JP2023035458A - ２次元コードと一体化された画像の生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】どのような画像に対しても、２次元コードのドットが目立ち難いような検査点の場所を、自動的に選ぶことが可能な２次元コードと一体化された画像を提供する。【解決手段】２次元コードと一体化された画像の生成方法であり、画像の輝度を算出して黒白に２値化し、２値化された境界付近に検査点を設定し、２次元コードを境界付近に配置し、モジュールのドットの計測を行いながら最小となる位置に配置して画像を生成する。【選択図】図４

Description

本発明は、ＱＲコード（登録商標）などの２次元コードと一体化された画像の生成方法に関し、特に、ドット（汚点）の付着などで美観が損なわれることなく、画像のデザインに寄与するように雑音なく２次元コードが配置された、２次元コードと一体化された画像の生成方法に関する。

近年スマートフォンの普及と共に、外出先でもこれらの端末を利用して気軽にインターネットを利用することができるようになっている。それに伴い、駅や広場等にある広告では、これらの端末で読み取ることを考えて、ＱＲコード（登録商標）が広く使用されている。ＱＲコードは1994年にデンソーウェブ株式会社によって開発された２次元コードの１つである。ＱＲコードは縦横２方向に情報を有しており、多くの情報を高速で読み取ることができる。ＱＲコードにはバージョン１（若しくはモデル１）からバージョン４０（若しくはモデル４０）まであり、バージョン１は最初に作られたもので、誤り訂正レベルＬであっても、数字４１桁までしか扱うことができない。バージョン１を改良したものがバージョン２であり、バージョン２は誤り訂正レベルＬで、数字７７桁、英数字４７文字を扱うことができる。

図１は、ＱＲコードのバージョン２（若しくはモデル２）の内容を模式的に示しており、誤り訂正レベルＭの場合である。ＱＲコードのシンボルを構成する最小の黒若しくは白の正方形のセルがモジュールであり、１モジュールがデータの１ビットに相当している。

ＱＲコードは、撮影時の傾きや歪みにも耐性を持っており、格納される情報はリード・ソロモン（ＲＳ）符号で符号化されているため、ある程度の汚れや破損が生じても問題なく情報を読み取ることができる。しかし、ＱＲコードは白黒のモジュールによる幾何学模様で構成されているため、デザイン性が必要とされる広告や販促物等に用いる場合には、全体のデザイン性が損なわれてしまう課題がある。

特開２０２０－１６１１７２号公報 特開２０２０－８００６５号公報

そのため、広告等においてデザイン性が損なわれないように、ＱＲコードと画像を一体化させたＱＲコードが必要とされている。従来ではロゴマークと一体化したＱＲコードが開示されているが、このＱＲコードはモジュールをドット化し、埋め草コード語に対応する画像を２値化した結果を格納し、バーコードリーダで画像を読み込んだ際に、ＱＲコードと画像の読み取り結果が一致するモジュールは画像のままにすることで、画像に付与するモジュールを可能な限り少なく、目立ち難いようにしている。また、ＱＲコードに用いられるリード・ソロモン（ＲＳ）符号に対して非組織符号化を行い、検査点の場所を画像の目立ち難い場所に置き、ドットを付与した場合も、可能な限り目立ち難いようにしている。

検査点は誤り訂正符号の冗長のことであり、組織符号と呼ばれる構成方法では、ｎバイトの長さの符号があった場合、頭から連続してｋバイト（ｋ＜ｎ）に情報を入れ、つまり作成された任意のｋバイトの情報がそのまま格納され、読み込むことができる。残りの（ｎ－ｋ）バイトが検査点となり、ｋバイトから計算で求められる一意的に付属決定したバイトとなる。また、非組織符号とは、ＲＳ符号の特殊な構成法で、どこでも良い任意のｋバイトに情報を入れることができ、残りの（ｎ－ｋ）バイトを特殊な方法で計算し、その値を求めることで、全体としてＲＳ符号を構成する。その構成法は符号理論の一般的な教科書、例えばMcWilliams-Sloaneにも開示されている。

検査点に対応するＱＲコードのモジュールはどのようになるのか、各モジュールが黒になるのか（黒いドットが打たれるか）、白になるのか（白いドットが打たれるか）確定できないので、どのようなドットが打たれても目立たない、いわゆるエッジと呼ばれる画像の境界点に入れるということである。

しかし、従来開示されているＱＲコードは、手動で検査点を置く場所を決めて非組織符号化をしているため、別の画像や同じ画像の違う場所にＱＲコードを配置するような場合、最もＱＲコードが目立ち難くなるような検査点の配置を再度手動で探す必要がある。

本発明はこのような事情からなされたものであり、本発明の目的は、どのような画像に対しても、ＱＲコード（登録商標）などの２次元コードのドットが目立ち難いような検査点の場所を、自動的に選ぶことが可能な２次元コードと一体化された画像を提供することにある。

本発明は２次元コード（ＱＲコード（登録商標））と一体化された画像の生成方法に関し、本発明の上記目的は、前記画像の輝度を算出して黒白に２値化し、２値化された境界付近に検査点を設定し、前記２次元コードを前記境界付近に配置し、モジュールのドットの計測を行いながら最小となる位置に配置して前記画像を生成することにより達成される。

画像の白黒の境界にＱＲコードを配置して、ドットの計測により自動的にドットが最小になるようにしているので、ＱＲコードのドットが目立ち難い画像を得ることができる。画像のエッジ、即ち色が変わる際、特にＱＲコードとして黒白の２値化画像に変換する際、黒から白、或いは白から黒へと色が変わるＱＲコードのモジュールの位置に関して、ＲＳ符号の検査点としてドットを付与しているので、ＱＲコードのドットが目立ち難い画像を得ることができる。

ＱＲコード（バージョン２）の内容を示す模式図である。 従来のＱＲコードの作成方法を示すフローチャートである。 従来の作成方法で作成されたＱＲコードの一例を示す図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すローチャートである。 本発明の画像例を示す画像図である。 本発明の画像例を示す画像図である。

画像にＱＲコードを重畳させる際に、モジュールと重なった画像部分は都合よく、その対応するモジュールを想定されたＱＲコードのモジュールとして認識されず、つまり２値化した際に、黒若しくは白と判定される。しかしながら、その黒か白かの自由度は大きくなく（自由に選べるわけではなく、格納すべき情報とそれのＲＳ符号化に拘束される）、必然的に元の画像に対応したモジュール（の位置）の２値化した画像が、ＱＲコードでのモジュールの２値化と異なる場合が生じる。この場合は雑音になってしまうので、かかる雑音を如何に少なくするかという課題解決が本発明である。１つ目は非組織符号化であり、それだけではなく、元画像のどの位置に、ＱＲコードのどのモジュールを対応させるかという自由度と非組織符号化によって、ＲＳ符号のどのシンボルを情報点にするか、即ちモジュールとするかの自由度があり、この自由度を利用して探索を行い、出来るだけ雑音の少ないＰＡＱＲ（Post Aesthetic QR）コードを作成するようになっている。

本発明では、検査点が目立ち難い場所を、画像をピクセル毎に２値化した際の白と黒の境界の部分とし、境界に置かれるビットが含まれるシンボルを検査点の候補とし、その中からドットの付与が少なくなる検査点の組合せを複数種類（例えば１０種類）記録し、それぞれＱＲコードを作成して、最終的には主観的に見て最もＱＲコードが目立っていないものを選ぶようにする。ここで、シンボルとは、ＲＳ符号において取り扱うものであり、ＱＲコードの場合、8ビットの塊のことである。ＲＳ符号の1シンボルが、ＱＲコードの隣接した８モジュールとなる。

先ず非組織符号化について説明する。

ＱＲコードに用いられるＲＳ符号を非組織符号化することで、埋め草コード語の位置の自由度を増やすことができる。非組織符号化は符号化方法の１つであり、通常のＲＳ符号は符号長を”ｎ”、情報点の数を”ｋ”とすると、前半のｋ個のシンボルが情報点、後半の（n－k）個のシンボルが検査点となる。この符号化方法は組織符号化と呼ばれる。一方で、非組織符号化では、情報点を任意のｋ箇所に配置し、残った（n－k）箇所に検査点を配置する。この非組織符号化を用いることで、符号生成にｎＣｋの自由度を与えることができる。

非組織符号化したＲＳ符号を作成するためには、符号語Ｃとパリティ検査行列Ｈの関係式ＨＣ^ｔ＝０を用いる。ＱＲコードのＲＳ符号にはＧＦ（２^８）の有限体を用いた短縮ＲＳ符号が使用されている。符号長を”ｎ”、情報点の数を”ｋ”とした時、パリティ検査行列Ｈの前半（２５５－ｎ）行が短縮されており、後半のn行を利用している。原始多項式ｘ^８＋ｘ^４＋ｘ^３＋ｘ^２＋１＝０の根をαとしたとき、パリティ検査行列Ｈは下記数１となる。

符号長ｎ、情報点の数ｋのＲＳ符号で情報点をｓ_１，ｓ_２，・・・、ｓ_ｋ、検査点をｐ_１，ｐ_２，・・・、ｐ_ｎ－ｋとしたとき、検査点の値を導出する方法は、以下の項目（a）～（ｃ）の通りである。

（a）シンボルｎから情報点とするシンボルｋを任意に選択する。この位置をｌ_１、ｌ_２、・・・、ｌ_ｋとする。

（ｂ）パリティ検査行列Ｈの内、選択したシンボル（ｎ－ｋ）以外のシンボル(検査点とするシンボル)に対応する列を、行・列変形によって対角化する。この行列をＨ’とする。

（ｃ）α^ｎ＋α^ｎ＝０の関係を利用して、下記数２で検査点の値を導出する。ここで、a_i,jはパリティ検査行列Ｈのi行j列の要素である。

非組織符号化によって生成されたＲＳ符号は、任意の符号語を組織符号化によって生成したＲＳ符号と一致する。そのため、組織符号化によって生成されたＲＳ符号と同じように誤り訂正を行うことができる。ＱＲコードコードでは終端パターンまでが実際に読み取る情報であるため、終端パターンまでのシンボルをそのままにして非組織符号化を行うことで、埋め草コードと検査点の位置を任意の場所に置きながら、既存のＱＲコードリーダで読み取り可能である。

次に、従来のＱＲコードの作成方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、ＱＲコードのモジュールを小さくドット化して目立たないようにする（ステップＳ１）。一般的なＱＲコードリーダは、オープンソースのライブラリであるZXingを利用している。このリーダでは、モジュールの中心部分のみを観察して白黒の判定を行っているため、ドットをモジュールの中心に置くことで、ＱＲコードを読み取ることができる。次に画像を２値化し（ステップＳ２）、ＱＲコードのドットの色と一致している場所はそのままでも読み取れるため、ドットを置かない。ここで、埋め草コード語は画像を２値化した結果に対応させ、画像のままでも読み取れるようにする。検査点には任意のビットを入れることができないため、画像にドットが残りやすい。そのため、検査点を、非組織符号化でドットが残った場合でも目立たないような場所に、手動で配置する（ステップＳ３）。検査点の場所を変えながらＱＲコードを複数作成し（ステップＳ４）、最終的にその中で最もドットが目立たないＱＲコードを主観で選ぶ（ステップＳ５）。

かかる従来の作成方法では、検査点の位置を手動で決めているため、様々な検査点の組み合わせでＱＲコードを作成することができないため、作成したＱＲコードが最もドットが目立たないＱＲコードとは限らない。また、画像を変える度に、検査点の場所を手動で探す必要がある。図３は、その一例を示すＱＲコードである。

そこで、本発明では、ドットの付与が少なく、目立ち難いように検査点を自動的に選んで候補となるＱＲコードを出力する方法を提案する。即ち、本発明は、検査点の位置を自動的に決めることだけではなく、ドットをできるだけ打たない方法を提案し、どうしてもドットを打つ必要がある場合は、目立たない場所、つまり画像のエッジにドットを打つための方法である。

図４は本発明の構成例を示しており、全体の制御を行うＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）１には、プログラムや定数などを格納するＲＯＭ２及び演算データなどを一時記憶するＲＡＭ３が接続されている。また、ＣＰＵ１には、画像を作成する画像作成部１０と、画像のピクセルのＲＧＢを計測するピクセル計測部１１と、計測されたＲＧＢデータから輝度値ｙを算出する輝度値算出部１２と、検査点を設定する検査点設定部１３と、ＱＲコードを作成して付与するＱＲコード作成部２０と、ドットの数、量を計測ドット計測部２１と、判定部２２と、配置部２３とが相互に接続されている。

このような構成において、その動作例を図５に示すフローチャートを参照して説明する。

本発明では、画像に対してＱＲコードを配置し、最もドットが目立たないＱＲコードと一体化されるようにする。先ず検査点を前述のようにドットが残った場合でも目立たないような場所に自動的に配置する。ＱＲコードと認識できるように、ＱＲコードのモジュールを構成する。即ち、ドットを打つ。ＱＲコードと画像の位置関係である配置の場所を自動的に探索するが、ＱＲコードのバージョン、誤り訂正レベル、大きさ、配置する場所は探索前に決めているものとする。

先ず画像作成部１０で画像を作成し（ステップＳ１０）、ＱＲコードリーダは画像を黒と白で２値化して処理するため、画像も白と黒で２値化したもので考える必要がある。２値化は、ＱＲコードを配置する場所を対象にピクセル毎に行う。即ち、ピクセル計測部１１はピクセル毎にＲＧＢ成分を取得し（ステップＳ２０）、そのＲＧＢ値から輝度値算出部１２が輝度値ｙを計算する（ステップＳ２１）。ＱＲコードは２値化することによって、そのモジュールを判定するので、ここでのピクセルは、ＱＲコードに重ねられた画像のピクセルを意味している。輝度値ｙを求めるピクセルのＲＧＢ成分を(r、g、b)としたとき、輝度値ｙは下記数３で求める。
（数３）
ｙ＝0.299r＋0.587g＋0.114b

上記数３で輝度値ｙを求め、輝度値ｙの閾値ｙ_ｔを”１１０”に設定し、判定部２２は閾値ｙ_ｔ”１１０”以下のピクセルを「１」(黒)、閾値ｙ_ｔ”１１０”より大きいピクセルを「０」(白)で処理する（ステップＳ２２）。

明暗の境界に置かれるビットの判定画像の明暗の境界付近に検査点のビットを置くことで、ドットが目立ち難くなると考えられる。そこで、検査点設定部１３により検査点を白黒の境界に設定し（ステップＳ２３）、その後、ＱＲコード作成部２０でＱＲコードを作成し（ステップＳ２４）、配置部２３により検査点にＱＲコードを配置する（ステップＳ２５）。そして、画像の明暗の境界付近に置かれるビットを調べる。対象とするビットはＱＲコードの埋め草コードと検査点とし、ドット計測部２１は対象とするモジュールの中心の範囲で判定を行う（ステップＳ２６）。この範囲は、１辺の大きさがモジュールの１辺の大きさの約半分とし、画像に付与するドットの大きさも考慮して決める。一例としてＱＲコードのモジュールの大きさが２０×２０ピクセル四方、ドットの大きさを４×４ピクセル四方の場合、判定部２２は、モジュールの中心の８×８ピクセル四方の範囲でドットの判定を行う。境界付近に置かれるビットは画像を２値化したとき、この範囲内に白と黒のピクセルが混じっているビットとする。

ビットといった場合は、ＲＳ符号に対応するシンボルを構成する「０」若しくは「１」のことであり、ドットとは、ＱＲコードのモジュールに配置する黒若しくは白の点のことである。これは、２値化した際の色であって、カラー画像の場合は、２値化した際の色を考慮しながら、背景に対して目立たない色で点を構成する。

ＲＳ符号は、シンボル単位(８ビットずつ)で符号化及び復号を行う。そのため、シンボル中に境界に含まれるビットが多いシンボルほど検査点としたときに、ドットが目立ち難い。そこで、埋め草コード語と検査点に当たるシンボルの内、境界に含まれるビットが１ビットでも含まれるシンボルを、検査点の候補とする。ただし、１ビットのみ境界が含まれるシンボルの内、１番目及び８番目のビットのみが境界であるものは例外とする。これは、ＱＲコード上でこれらのビットの逆側にドットが配置される場合、境界から離れた所にドットが付与されるため、目立ち易いからである。検査点の候補の数が必要な検査点の数に足りない場合は、例外とした１ビットのみ境界が含まれるシンボルも検査点の候補に加える。

検査点の候補から様々な組み合わせで検査点を選び（ステップＳ２７）、非組織符号化を行う。このとき、埋め草コード語に当たる部分は、ドットの範囲に対して対応する画像の輝度値ｙの平均値をとり、閾値ｙ_ｔ”１１０”以下の場合は「１」、閾値ｙ_ｔ”１１０”より大きい場合は「０」とする。その後、埋め草コード語と検査点の場所で、ドットを何個付与するかを計数する。ドットを付与するのは、以下のパターンＡ及びＢである。

パターンＡ：
ドットが置かれる範囲に白と黒のピクセルが混じっている場合、ビットの値に関わらずドットを付与する。これは、ドットの範囲に白と黒が混じっている場合、そのまま読み取ると、どちらにも読み取れてしまうため、読み誤りが起きないようにドットを付与する。

パターンＢ：
ドットが置かれる範囲が全て黒若しくは白の場合、対応するビットと２値化した結果が対応していない場合、ドットを付与する。

このように、検査点の選び方を変えながら付与されるドットを計数し、ドットの数が少ないものから１０個の検査点の組合せをＲＡＭ３に記録する。これは、一般的にドットの付与が少ないほどドットが目立たないからである。その後、それぞれの検査点の組合せでＱＲコードを作成して配置し、最終的には主観で最もドットが目立たないと思われるものを選ぶ。

既存手法で作成されたＱＲコードと同じ画像、場所にＱＲコードを配置し、同程度のＱＲコードを作成できるかを確認する。ＱＲコードのバージョンは”４”、誤り訂正レベルはＬ、モジュールは２０ピクセル四方、ドットは４ピクセル四方とした。

図６（Ａ）～（Ｃ）及び図７はいずれも本発明の画像例であり、いずれもドットが目立ち難くなっている。

上述ではＱＲコード（登録商標）を例に挙げて説明しているが、他の２次元コードにも同様に適用できる。

１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
１０ 画像作成部
１１ ピクセル計測部
１２ 輝度値算出部
１３ 検査点設定部
２０ ＱＲコード作成部
２１ ドット計測部
２２ 判定部
２３ 配置部

Claims (4)

1. ２次元コードと一体化された画像の生成方法であり、前記画像の輝度を算出して黒白に２値化し、２値化された境界付近に検査点を設定し、前記２次元コードを前記境界付近に配置し、モジュールのドットの計測を行いながら最小となる位置に配置して前記画像を生成することを特徴とする２次元コードと一体化された画像の生成方法。
2. 前記ドットが置かれる範囲に白と黒のピクセルが混じっている場合、ビットの値に関わらず前記ドットを付与するようになっている請求項１に記載の２次元コードと一体化された画像の生成方法。
3. 前記ドットが置かれる範囲が全て黒若しくは白の場合、対応するビットと前記２値化した結果が対応していない場合、前記ドットを付与するようになっている請求項１に記載の２次元コードと一体化された画像の生成方法。
4. 前記２次元コードがＱＲコード（登録商標）である請求項１乃至３のいずれかに記載のＱＲコードと一体化された画像の生成方法。
   

Images