JP2933720B2 - ラベルイメージキャプチャ用自動電子カメラ - Google Patents

ラベルイメージキャプチャ用自動電子カメラ

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ラベル上のコード読取り装置に関し、さら
にとりわけ、太陽光の明るさから完全な暗闇までを含む
明るさの条件において、多様なラベル様式を読み取りか
つデコードする能力のある被接触電子カメラシステムに
関している。
発明の背景 この分野においては、いろいろな種類の機械読み取り
コードと電子コードリーダが知られている。電子コード
リーダは有用であるが、なぜならば、これは、機械読み
取りコードとして具現されたデータを自動的に収集し、
それにより、データが、手作業のデータ入力による場合
よりもより迅速より正確に収集されるからである。
レーザスキャナは通常一次元のバーコードの読み取り
に使用され、様々なアプリケーションにおいて利用され
る。例えば、バーコードは多様な物品、商品、また、そ
れらの包装に添付された荷送りラベル上に見受けられ
る。一旦バーコードが適切なバーコードリーダによって
読み取られデコードされると、データベース内に蓄積さ
れた関連データにアクセスするためにそのデコードされ
た番号の利用が可能になる。例えば、物品や商品につい
ては、各々の製品が唯一のバーコード番号を有してお
り、前記関連データが、その製品とその価格と生産者な
どを識別する。
あるパッケージについては、ラベル番号は、そのパッ
ケージと、パッケージの大きさや重量、送り元と送り先
の住所、そして（例えば、翌日配達、翌々日配達等の）
選択されたサービスの種類、などのような情報を含む関
連データと、を混同せず識別するだろう。
ポータブルの、非接触バーコードリーダの場合では、
ラベルを読み取るために用いられるレーザ光線は、ま
た、他の二つの重要な機能を提供する。使用者がバーコ
ードリーダを対象のラベルに合わせるのを助け、バーコ
ードリーダをバーコードの軸に沿うように正しく方向付
けできるようにする可視光線を、レーザ光線は照射す
る。加えて、レーザ光の明るさと波長は、店舗や事務所
や倉庫等内の周辺光環境が、バーコードリーダがラベル
を読み取る性能に影響しない程度のものである。
一次元のバーコードは、およそ15字の最大枠を要求す
るアプリケーションには最適である。一次元バーコード
を利用する最大のデータをエンコードするためには、バ
ーコードは比較的大きくなければならない。これでは、
小さな品目に合わない程大きく、比較的大量の紙を必要
とするようなラベルになってしまう。実際には、大量の
データをエンコードするために、コンパクトな二次元バ
ーコードやシンボロジーが開発されてきた。例えば、六
角符号化シンボロジーは、およそ１平方インチの領域内
の100文字に相当するものをエンコードできる。そのよ
うなシンボロジーが米国特許群において開示されている
が、それは、“品目、プロセス及びシステムをエンコー
ドする多角形情報”と題した第4,998,010号と、“品
目、プロエス及びシステムをエンコードする六角形情
報”と題した第4,874,936号とであり、該開示におい
て、言及により包含され、その一部を形成している。こ
れら二次元シンボロジーは、バッケージのラベル上で使
用されると、送り元、送り先、重量、サービスの種類な
どの荷送り情報がラベルから直接的に読み取られるのを
可能にし、この際、関連データが集中化されたデータベ
ース内で検索されるのを要求しない。
二次元バーコードを読み取るために用いられる一般的
なレーザスキャナは、二次元コードを読み取る能力はな
い。しかしながら、電荷結合素子（CCD）アレイを利用
するカメラは、一次元または二次元のコードを含むであ
ろう二次元イメージの“キャプチャ”の能力がある。一
旦CCDカメラの出力がデジタル化されると、それは、蓄
積され、そして／または、デコードされる以前に加工さ
れ得る。イメージデータがキャプチャされた後にイメー
ジを“回転”させる能力により、カメラがたとえコード
独自の軸に沿って正確に調整されていないとしても、コ
ードがキャプチャされデコードされるようになる。
CCDカメラは二次元イメージをキャプチャし、デコー
ドアルゴリズムへイメージデータを供給するので、CCD
カメラ利用のラベル読み取り装置は、該装置内にプログ
ラムされたデコードアルゴリズムと同等に多目的性があ
る。このことは、適切なデコードアルゴリズムが利用可
能ならば、様々なタイプのバーコード及び二次元シンボ
ロジーをキャプチャしデコードするのに、あるリーダを
利用可能にする。そのようなカメラと関連する方法の例
が、米国特許群において開示されているが、それは、
“バーコードシンボルの要素の幅を決定する方法と装
置”と題した第5,329,105号と、“複合カメラシステ
ム”と題した第5,308,960号と、そして、“劣化したバ
ーコードシンボルの低解像度イメージを処理する方法と
装置”と題した第5,276,315号とであり、該開示におい
て言及により包含されている。
コンパクトCCDカメラは容易に使用可能であり、この
業務によく適している。しかしながわ、キャプチャされ
たイメージデータをデコードするのに用いられる前記ア
ルゴリズムは、キャプチャされたイメージが明る過ぎず
暗過ぎもしないときや、イメージの明るさとコントラス
トがイメージ全体に亘ってほぼ一定であるときに、最高
に機能する。それゆえ、キャプチャされたイメージが適
正な明るさを有しているかを保証する必要があるが、そ
れは、照射源、カメラの光学系、そしてビデオシステム
のゲイン、を含む様々な要因に影響される。
一般的な写真カメラによるスナップショットを撮るこ
とに似ている、イメージのキャプチャのプロセスは、CC
Dアレイにイメージをフォーカスすることと、電荷がCCD
アレイの太陽電池内に蓄積するのを可能にさせることと
を含む。
太陽電池内に蓄積する充電の程度は、入射光のレベル
に依存する。キャプチャされたイメージの明るさは、時
間的な蓄積の充電の程度を合計することにより決定す
る。合算時間を変更することによって、与えられた光レ
ベルに応じて収集された充電総量と、そしてキャプチャ
イメージの明るさと、が変更可能である。照射時間は、
また、カメラの露光時間や電子シャッタースピードに関
わっている。
CCDに起きるイメージ作用は、二つの作用の成果とし
て説明できる。第一の作用は、照射されイメージ処理さ
れるべき対象物のコントラスト作用である。第二の作用
は、照射及びカメラのレンズの複合的影響である。この
第一の作用は、バーコードや二次元コードを構成する黒
と白の要素の間のコントラストに相当する。第二は、好
ましからざるもので、カメラの様々な性能を駆使して可
能な範囲で修正されるべきものである。
光源からの好ましからざる影響を最小化するために、
カメラの全視野に合致する光を伴って対象のラベルを照
射することが必要である。多様な照射器がこの分野では
知られており、いささかの局所特性を有し、かつ、二次
元の視野全体に合致する、光を提供する照射器が当分野
には存在する。加えて、照射光パターンの品質は、カメ
ラの被写界深度に相当する物体距離の範囲に合致してい
るべきである。
対象のラベルが完全に照射されたときでも、CCDカメ
ラのレンズアセンブリはキャプチャイメージに影響する
減衰を生起せしめる。例えば、いくつかのCCDカメラに
おいては、たとえ対象物が完全に照射されたときでも、
レンズで生成されるイメージがcos4（θ）に近い要因に
より減衰される。イメージの隅部分での明るさは中央部
での明るさの50％程であろう。それゆえ、当分野におい
ては、カメラのレンズアセンブリにより生起される減衰
をカメラが修正するような要請がある。
手持ちタイプのラベルリーダは、光環境が直射日光か
ら薄暗まで変化するような状況で使用されるので、キャ
プチャイメージの明るさが光環境の全範囲をカバーする
ことを保証可能であるような手持ちタイプのラベルリー
ダであることが好ましい。このことは、十分な被写界深
度を提供し直射日光がCCDアレイを損傷するのを防ぐの
に充分な程小さい絞りを伴って始めて可能である。カメ
ラのシャッタスピードは、また、前記リーダの動きのた
めにイメージがぶれるのを防ぐのに充分なくらいな速さ
を維持できなければならない。それゆえ、当分野におい
ては、予想される光環境を補填する充分なダイナミック
レンジを伴って全体的なビデオゲイン調整が可能なカメ
ラが必要とされている。さらには、光環境を正確に判定
することと、適正なイメージの明るさを保証するために
ビデオゲインを選択することとの能力を有するカメラが
必要とされている。
従来技術は、光源と露光制御を備えたラベルイメージ
ャを包含しているが、当分野における自動電子カメラに
は、平坦な光源を備えることと、カメラのレンズアセン
ブリに由来する減衰現象を補填することと、が要請され
ている。さらには、カメラの電子ストロボと露光を制限
している間、照射光のダイナミックレンジを補填するに
充分な全体的なビデオゲイン調整を備えるカメラが必要
とされている。入射光のレベルを考慮することなく、イ
メージの明るさを正確に制御するカメラが、なお、必要
とされている。
発明の概要 本発明は、その視野全体に及び視野より以上に見合う
照射を提供し、その光学的特性に起因するイメージの明
るさの変位を補填し、あるテストイメージの明るさに相
当するビデオシステムゲインを補正、するような電子カ
メラの提供しようとしている。
本発明によれば、これらの目的は、視野全般でほぼ均
一のコントラストを有するディジタルイメージを生成す
るようなカメラという点で達成される。本発明のこの側
面に従えば、前記カメラは、イメージセンサと、視野と
被写界深度を定義する光学系と、及び照射器と、を含ん
でいる。前記照射器は、光学系とおよそ同芯円上に配さ
れた複数の光源を含んでいる。前記照射器はまた、ほぼ
均一かつ被写界深度の中心から周縁にかけて合致するよ
うな形状を有する照射パターンで光源から光を投射する
ように成形された分散環状レンズを含んでいる。
これらの目的はまた、被写体から反射した光度の範囲
をカバーする好適なディジタルイメージを生成するよう
な電子カメラという点で達成される。本発明のこの側面
に従えば、前記カメラは、適正なシャッタスピードコン
トロールとアナログイメージ信号生成手段とを含むイメ
ージセンサアセンブリと、前記アナログイメージ信号を
受領しかつ増幅された前記アナログイメージ信号を出力
するよう構成されたビデオゲイン回路と、A/Dリファレ
ンス入力に応答し、かつ、前記増幅アナログイメージ信
号をディジタルイメージ信号に変換するように構成され
た、A/Dゲインコントローラを含むアナログディジタル
（A/D）コンバータと、を包含している。輝度評価回路
は、ディジタルイメージ信号の受領と、前記ディジタル
イメージ信号の少なくとも一部分の明るさにつれて変化
する矯正信号の出力と、をするよう構成されている。シ
ャッタスピードコントロール、ビデオゲイン回路、及び
A/Dリファレンス入力は、前記矯正信号に応答可能であ
る。
これらの目的は、電子カメラに設けられたレンズによ
り生じる減衰効果を補正する方法を提供することによっ
ても達成される。本発明のこの側面に従ったカメラなら
ば、この減衰に対応する複数の値を収容する。前記複数
の値は、カメラにより供給されたビデオ信号中の各々の
ピクセルに対応する点を包含する曲線を創造するに充分
なものである。前記カメラは、前記複数の値を順番に検
索し、前記曲線を提供する複数のの値にフィルタをかけ
る。転送命令は、前記ビデオ信号に適用され、そして、
前記カメラによって供給された各々のピクセルとして
の、前記転送命令における対応点は、前記転送信号を補
正することに適用される。
これらの目的は、また、電子カメラ製イメージの輝度
の評価と前記カメラのゲインコントロールとの方法を提
供することによっても達成される。本発明のこの側面に
よれば、前記方法は、前記カメラ製のビデオフィールド
内の各ピクセルに対応するビットを含む第１メモリと、
前記ピクセルの有り得る各輝度レベルに対応するビンを
含む第２メモリと、を供給する。前記ビットの予定数
は、評価されるべきピクセルに対応するテストビットと
して、定義される。前記ビデオフィールド内のプクセル
は、前記第１メモリ内のビットに同期される。テストビ
ットに対応する各ピクセル毎に、前記ピクセルの輝度に
対応するビンが増加される。前記方法は、前記ビンの前
記値を順番に合算し、前記合算がいつ予定数を超過した
かを判定する。前記方法は、前記予定値を超過する前記
合算に応答する最終ビンの値を定義し、前記最終ビンの
値を出力として供給する。
本発明によって構成されたカメラは、多くの利点を有
している。照射光源は、均一な照射を供給するので、イ
メージはその視野を全体を亘って良好なコントラストを
持つことが可能である。この光学系による減衰の影響を
矯正する方法は、視野の縁部に掛けて起こる減衰をカメ
ラが補填するを可能にする。カメラのゲインを制御する
方法は、多様な光環境でカメラが作動するのを可能にす
る。これらの特徴は、その視野全体に亘って一様な照射
をもたらし、かつ、その光学的特徴から起因するイメー
ジの輝度の変化を補填するようなカメラを、提供する。
図面の簡単な説明 図１は、パッケージのラベルの読み取りに使用される
本発明による自動電子カメラに関する手持ちタイプラベ
ルリーダの斜視図である。
図２は、図１の手持ちタイプのラベルリーダ10の側断
面図である。
図３は、図１の手持ちタイプのラベルリーダ10の、正
面図である。
図４は、図１の手持ちタイプのラベルリーダ10の、平
断面図である。
図５は、図１の手持ちタイプのラベルリーダの一部を
形成するカメラアセンブリと照射光源の断面図である。
図６は、図１の手持ちタイプのラベルリーダの一部形
成する照射光源により生成される照射パターンを示す図
である。
図７は、図１の手持ちタイプのラベルリーダの一部を
形成する、アナログ／ディジタルプリント回路ボードに
設けられた回路のブロック図である。
図８は、図１の手持ちタイプのラベルリーダの一部を
形成する、CPUプリント回路ボード上に設けられた回路
のブロック図である。
図９は、図１の手持ちタイプのラベルリーダの一部を
形成する、コントロールプリント回路ボード上に設けら
れた回路のブロック図である。
図10は、ラベル読み取りサイクルを実行するための手
持ちタイプのラベルリーダを操作する好適な方法を示す
フローチャートである。
図11は、ラベルイメージのキャプチャに関するイベン
トのシーケンスを示す時系列図である。
図12は、ゲインルックアップテーブルにより提供され
るゲインコントロール値を示す表である。
図13は、図７のゲインコントロール回路に設けられた
回路のブロック図である。
図14は、ディジタルイメージの輝度を分析する好適な
ヒストグラム方法を示すフローチャートである。
図15は、図14の分析する好適なヒストグラム方法内の
ビットをサンプリングすることに使用されるパターンの
タイプを示す図である。
図16は、図７のヒストグラム回路に設けられた回路の
ブロック図である。
図17aと図17bは、それぞれ、ヒストグラムアルゴリズ
ムにより定義される、累積の分布と確率密度とを示して
いる。
図18は、レンズアセンブリの減衰効果により生起され
る減衰を示すグラフである。
図19は、図７の放物線生成回路に設けられた回路のブ
ロック図である。
図20は、放物線生成回路により生成される信号間の関
係を示す図である。
図21は、シャッタスピード、トリガ信号、及び、転送
クロック間の関係を示す時系列図である。
図22は、パッケージのラベルの読み取りに使用される
本発明の自動電子カメラに関するポータブルデータター
ミナルの斜視図である。
好適な実施例の詳細な説明 ここで図面を参照してみると、数枚の図面を通して数
字が要素を表現しているが、図１は、本発明の実施であ
る自動電子カメラを聞み込んだ手持ちタイプラベルリー
ダ10を示している。
リーダ10の構造を詳述する前に、このリーダの機能と
作用を概説しよう。手持ちタイプラベルリーダ10の第１
の機能は、パッケージラベル上で使用される一次及び二
次元コードをキャプチャしデコードすることである。こ
のデコード済みラベルデータは、データ端末に提供され
るが、そこでこれはパッケージの配達を受領する人物の
著名のような、他のパッケージ関連データと、関連付け
られる。
そして、パッケージデータのすべてが、前記データタ
ーミナルによって運送会社の中央コンピュータに転送さ
れ、そこでそれは追跡と課金目的に利用される。
パッケージラベル上に配されたデータをキャプチャし
デコードするために、手持ちタイプラベルリーダ10は、
電荷結合素子（CCD）カメラと、このカメラを制御しカ
メラ製のデータをデコードするよう要求されたエレクト
ロニクスと、を含む自動電子カメラを組み込んでいる。
この電子カメラは、また、対称性のある、多様でない光
パターンを生成する内蔵の照射器を含んでいる。
ラベル読み取り作業開始前、手持ちタイプのラベルリ
ーダは、アイドル状態にある。アイドル状態にあると
き、手持ちタイプのラベルリーダコントロール回路は、
他の部分のほとんどの電源を落とす。マーカーランプ
は、手持ちタイプのラベルリーダの適切な照準を容易に
するために、アイドル状態の間は点灯されている。
ラベル読み取り作業は、操作者がトリガを押したとき
起動される。その時点で、前記コントロール回路は、カ
メラと他の電子回路に電力を与え、そして、それら部分
をリセットさせる。そして輝度評価回路は、適切な輝度
を有するディジタルイメージの取得が必要とされるよう
なシャッタスピードとビデオゲイン設定を決定する。こ
れらの設定を利用してラベルのディジタルイメージがキ
ャプチャされた後、マイクロプロセッサは、記憶された
ラベルイメージデータをデコードし、このデータを接続
するデータ端末へ出力する。
ここで図１に転じてみると、好適な手持ちタイプのラ
ベルリーダ10は、ピストル状の形状を有しており、それ
により、片手で容易に保持できるようになっている。手
持ちタイプのラベルリーダ10は、二次元コード15やパッ
ケージ25上のラベル20に印刷された一次元バーコード
（図示せず）のような、多様なラベル様式のイメージを
キャプチャしデコードする能力がある。ラベル12は、ま
た、パッケージ識別番号や、受取人及び目的地の住所の
ような情報を具備する印刷英数字30を含んでいる。ラベ
ルイメージデータが手持ちタイプのラベルリーダにより
デコードされた後、デコード済みイメージデータは、コ
ード40経由でデータ端末35に供給される。データ端末35
は、ポータブル又はデスクトップ又はデータ端末のいか
なるタイプにも、仮想的になり得る。前記リーダと前記
端末間のデータ交換は、光学的、赤外線、あるいはRFリ
ンク経由で達成され得る。
図２から４は、好的な手持ちタイプのラベルリーダ10
の主要部を示している。図２は、手持ちタイプのラベル
リーダ10の、前記カメラアセンブリ、プリント回路基盤
（PCB）、及びその他部品の配置を示す、側断面図であ
る。図３は、手持ちタイプのラベルリーダ10の、照射光
源を示す、正面図である。図４は、手持ちタイプのラベ
ルリーダ10の、前記カメラアセンブリ、及びプリント回
路基盤（PCB）の配置を示す、平断面図である。
手持ちタイプのラベルリーダ10は、カメラアセンブリ
65、マーカーランプ70、及び照射光源75を含んでいる。
前記電子回路は、コントロールボード80、CPUボード8
5、そしてアナログ／ディジタル（A/D）ボード90であ
る、３つのプリント回路基盤（PCB）を含んでいる。ハ
ンドル100に取付けられたトリガ95は、操作者がラベル
読み取り作業を開始するために、利用される。インジケ
ータランプ101群は、手持ちタイプのラベルリーダの状
態とデコード作業が成功したかどうかを示すために利用
される。
前記PCB群は、フレキシブルフラットケーブル102経由
で互いに接続されている。
当業者ならば、ケーブル102は、電力と、PCB群間の様
々なデータとコントロール信号を供給するバックプレー
ンのように機能することを認めるだろう。カメラアセン
ブリ65は、ビデオケーブル103によりA/Dボード90に接続
されている。このビデオケーブルは、カメラアセンブリ
からA/Dボード90に、アナログビデオ出力とタイミング
信号を送るように用いられる。ビデオケーブルは、A/D
ボード90からカメラアセンブリ65にコントロール信号を
送るのにも用いられる。
前記コントロール、CPU、及びA/D、ボード群について
は、後でより完璧に論じよう。
好適なマーカーランプ70は、AND製の光放射ダイオー
ドAND190AOP型である。これらマーカーランプ群は、手
持ちタイプのラベルリーダの前縁における分離プリント
回路基盤上に設けられている。これらマーカーランプ群
は、対象ラベルに向かうように存在し、カメラのCCDア
レイの水平軸に沿って並べられている。マーカーランプ
70の各々は、対象面に斑点を形成する光線を投影し、こ
のとき、カメラの視野の中央部が、スポット間に来るよ
うに位置づけられる。マーカーランプは、操作者が、対
象コードの中心を２つの斑点間に置くことで、カメラの
照準を正確に合わせることを可能にする。
図５は、カメラアセンブリ65と照射光線75のさらに詳
しい例示を提供している。このカメラアセンブリは、ソ
ニー製の高解像度CCIRフォーマットCCDカメラM37/CE型
である。焦点距離5mmのレンズアセンブリ120は、CCDア
レイ122でイメージを形成するために用いられる。これ
は、およそ、横530（Ｈ）で縦410（Ｖ）の比較的広い視
野を提供する。CCDアレイ122で形成されるイメージのサ
イズは、4.89mm（Ｈ）で3.64mm（Ｖ）である。理想焦点
のための被写体距離は、149mmである。理想焦点距離（1
49mm）での視野は、141mm（Ｈ）で105mm（Ｖ）（5.54″
x4.13″）。被写界深度は、前記理想焦点から＋50mmで
ある。対象物が完全に照射されているときでも、およそ
cos4（θ）の要因により、このレンズアセンブリにより
生成されたイメージの輝度が減衰されることが、当業者
ならば、理解できるだろう。それゆえ、θ＝230である
ところの、均一に照射されたイメージの隅においては、
イメージ輝度は、イメージの中央部の輝度の約52％であ
る。
当業者ならば、好適なカメラ65が、ある内部信号への
アクセスを許容するために改良されることを理解できる
だろう。フィルタが掛かっており同期信号とブランキン
グを含むような、標準的なビデオ出力信号を使用する代
わりに、カメラ65は、CCDのサンプルと保持回路とが直
接的に取り去られたピクセルボルテージを含むアナログ
CCDビデオ出力信号を提供ように変更される。このよう
に、CCDビデオ出力は、CCDアレイを構成する画像要素
（ピクセル）の各々に対応する一連のアナログ信号であ
る。各ビデオフィールドは、イメージの左上隅で始ま
り、ピクセルのすべてが出力されるまで、１行１行移動
して行く。
このカメラは、また、３つの適切なタイミング信号を
供給するように変更される。14.318MHzピクセルクロッ
クの信号が、いつ新しいピクセルが時計刻みで取出され
るかを示す。垂直駆動（VDRV）信号は、新しいフィール
ドの開始を示す。水平駆動（HDRV）信号は、新しい行の
始まりを示す。露出していない（すなわち、黒い）参照
ピクセルからのピクセルボルテージがCCDビデオ出力信
号経由で出力されるのを可能にするために、このカメラ
の内的ブランキング信号は非稼働である。このカメラ
は、また、いつCCD出力が黒いピクセルに対応するかを
示す黒いピクセルタイミング信号を供給する。後に説明
するが、黒いピクセルの参照は、直流分再生ビデオアン
プに利用される。A/Dボードは、トリガパルスを生成
し、これは、カメラで露光を開始するために利用され
る。
好適なカメラは、通常のビデオアプリケーションにお
いてインターレースされる偶数及び奇数のフィールドに
対応するCCD素子を含んでいる。しかしながら、本発明
においては、偶数又は奇数のフィールドかどうかを顧み
ることなしに、ラベルイメージは高解像度カメラの単一
フィールドを利用してキャプチャされる。
単一のビデオフィールドの利用は、752（Ｈ）×291
（Ｖ）ピクセル、6.4ミクロン（Ｈ）×12.5ミクロン
（Ｖ）に相当、のイメージフィールドを提供する。これ
は、理想焦点距離149mmでの136.5dpi（Ｈ）x70 dpi
（Ｖ）の対象面における解像度を定義する。
純粋に水平又は垂直以外の角度における解像度は、水
平と垂直の解像度のベクトルの和に等しい。
15ミル（0.015インチ）の幅を持つ要素を伴うラベル
を確実にデコードするために、カメラは、少なくとも10
0ドット パー インチ（dpi）の解像度を提供しなけれ
ばならない。このように、このカメラは、対象ラベルの
水平軸がカメラの水平軸の62.40内であるときに、充分
な解像度を提供する。
イメージされるべき対象物は、手持ちタイプのラベル
リーダの前縁に設けられている16個のLED105の円形アレ
イにより照射される。この円形アレイは、図３及び４に
より明確に示されるように、カメラレンズの周りに配さ
れている。好適なLEDは、AND製のAND120CR型LEDであ
る。好適なLEDは、660ナノメートル（nm）の波長を有す
る濃い赤色光を放出する。濃い赤色光を使用する利点
は、普通使われるラベルインクが、630から680nm間の波
長を持つレーザスキャナを伴って稼働することを要求さ
れるということである。それは、また、赤色マーキング
ペンで荷送りラベル上にマークするのを可能にする。マ
ーキングペンからの赤色インクは、人々から視認可能で
あろうが、カメラには写らないだろう。加えて、ヒトの
目は、この範囲の波長を有する光には最も鈍感である。
それゆえ、濃い赤色光の輝きは、同じエネルギーの白色
光の輝きよりもかなり認知しにくい。赤色光は、また、
使用者の夜間視力においてわずかな効果しか持たない。
図５を参照すると、LED105は、真っ直ぐ前方へ向か
い、そして、平凹レンズ、拡散層113、及び偏向フィル
タ115のような、分散環状レンズ112を含む、分散レンズ
アセンブリ110の背後に設けられている。カメラレンズ
アセンブリ120は、LEDアレイの中心に配されている。好
適な分散環状レンズ112は、純粋なエポキシ材で出来た
平凹レンズである。外面130は、平坦、すなわち、カメ
ラの光軸に垂直である。内面125は、前記外面に平行な
部分と、角度250において前記外面から分離する部分
と、を含み、これにより、CCD122に向かって開口する円
錐である部分を形成している。分散環状レンズの薄い部
分は、約0.060インチの厚さであり、一方、最も厚い部
分は約0.250の厚さである。好適な分散環状レンズ112
は、1.52という屈折率を有しており、そして、焦点距離
−3.0である平凸レンズの効果に近づく。前記平凹レン
ズは、負焦点距離で、フレスネルレンズと置き換え可能
である。
分散環状レンズ112の内面125は、高度に磨かれてい
る。外面130は、拡散層113に接合されるようにかなり広
げられている。好適な拡散層113は、ミネソタ マイニ
ング アンド マニュファクチャリング カンパニー製
のDFA−12型光拡散フィルムから形成されている。拡散
層113は、偏光レンズ115に接合されている。
分散レンズアセンブリ110の直径は、出来る限り小さ
く作られる。その外直径は、約1.5インチである。LED10
5の中心群によって形成される円の直径は、約1.2インチ
である。これにより、照射光源75がカメラレンズ自体に
同調した光源に接近するのが可能になり、そして、被写
体距離が変化するときにはほとんど変化しないという照
射パターンに帰結する。
図６は、前記拡散層の効果なしでの、分散環状レンズ
112の効果を例示している。各LED105は、350の円形光線
パターンを放射する。完全に焦点の合ったシステムにお
いては、分散環状レンズ112は、各LEDの光線パターンが
分散するか中心（すなわち、光軸）から反対方向に約1
3.4゜曲がるように仕向け、この結果前記円形パターン
は、楕円状に広がることになる。
拡散層113は、それが、分散環状レンズ112を通して送
られる光を拡散するゆえに、必須である。被写体距離が
短いときには、これがイメージの中央部の薄暗いスポッ
トを除去する。加えて、拡散層は、局所的異常や照射パ
ターン内の明るいスポットを取り去る。拡散楕円パター
ンの合算は、小さな局所的多様性を有しかつ中央部から
縁部まで一貫性のある全体的パターンである。このよう
に、照射パターンは、角変化のみを説明する照射矯正技
術の利用を、可能にする。上述したように、カメラレン
ズアセンブリ120により生成されるイメージの輝度は、
対象物が完全に照射されているときでさえも、約cos
4（θ）の要因によって減衰される。
図５を再度参照すると、LED105からの光は、偏光フィ
ルタ115によって、偏光化される。さらには、分離直交
偏光フィルタ135が、カメラレンズアセンブリ120内に設
けられている。この干渉偏波は、それが、光沢面（例え
ば、きれいなプラスチックラベルプロテクタあるいは滑
らかな紙の表面）からの直接的反射と拡散反射とを区別
するのを可能にするので、有用である。また、照射光源
からの光の干渉偏波と反射光は、LED照射器からのぎら
つきを低減する。てかり面のあるラベルを観察すると
き、ラベル要素のコントラストは、偏光フィルタの使用
により格段に増加する。
カメラレンズアセンブリ120は、前方レンズグループ1
40と後方レンズグループ145を含んでいる。レンズの絞
り面は、前記前方及び後方グループの間に位置してい
る。好適な手持ちタイプのラベルリーダにおいて、カメ
ラは、固定の絞りを伴って作動する。これは、調整可能
なアイリスあるいは前記絞り面内の他のアセンブリの必
要性を排除する。代わりに、偏光フィルタ135と狭帯域
フィルタ150が、前記絞り面に設けられている。
当業者ならば、狭帯域フィルタを通る光の伝達率は、
投射光の角度が増加同様劇的に変化するであろうこと
が、理解できるだろう。このため、前記光線の角度が増
大するにつれて、縁部におけるイメージの明るさに重大
な減衰が起こり易くなるだろう。この効果は、前方及び
後方レンズグループの間の絞り面に前記フィルタを設置
することにより、低減される。この偏光フィルタと狭帯
域フィルタの設置は、フィルタ内の局所的欠陥がカメラ
でイメージされることを防ぎ、かつフィルタを損傷から
守る。
好適な狭帯域フィルタは、640から720nmの通過帯域を
有している。この帯域は、前記フィルタの、投射角度の
増加の発生する、特性における変化の影響を最小化する
ために選択される。フィルタの帯域の中心は、前記角度
が増加するとき、短くなる。それゆえ、選択されたLED
波長が前記帯域の短波長端に一致するようにフィルタを
選択することは、光線と偏光フィルタの間の角度が増加
するにつれて、減衰を低減する。
帯域のフィルタ掛けは、日光及び他の広帯域の光源の
輝度を、約8:1のファクタで低減するが、しかし、照射
光減75からの赤色光について微細な影響を被る。この減
衰は、前記カメラで要求されるダイナミックレンジでの
低減に帰結し、これにより、固定絞りの利用が可能にな
る。屋内光源からのちらつきとぎらつきとは、また、前
帯域フィルタによって低減される。蛍光ライトは、120H
zのレートで変化するが、これは、適切な露光を定義す
るのを困難にしている。典型的なオフィス環境において
は、天井光が、てかてかのラベル上に多数のぎらつきス
ポットを、生起させている。前記帯域フィルタは、周囲
の光からのぎらつきを低減する。偏光フィルタ135は、
2.5:1の係数で、すべての光を低減する。広帯域の光源
の複合減衰は、20:1である。この減衰とf/5.6より大き
くない固定絞りとは、CCDに焦点の合った直射日光によ
ってもイメージングCCDは損なわれない、ということを
保証する。
図７から９に転じて、プリント回路基盤の主な部分と
機能を説明しよう。図７は、A/Dボード90に含まれるこ
の回路のブロック図である。明確には、図７は、カメラ
65と、カメラとA/Dボード90間の接続とを、示してい
る。このA/Dボードは、２つの主な機能を有する。第１
は、カメラのアナログビデオ信号を８ビットのディジタ
ルイメージデータに変換し、かつ、そのディジタルイメ
ージデータをビデオRAMに蓄積することである。蓄積さ
れたディジタルイメージデータは、CPUボード85上のマ
イクロプロセッサに読み取られ、これにより、ラベルイ
メージを探知しデコードするというイメージ処理アルゴ
リズムが、実行される。第２の機能は、蓄積ディジタル
イメージデータが適切な標準的な輝度を持つことを保証
するために、ビデオシステムの全体的ゲインを制御する
ことである。これは、前記デコードアルゴリズムがディ
ジタルイメージデータを分析しデコードできるようにな
るために、必要である。
A/Dボード90上の特有の部品に言及する前に、ビデオ
システムがどのように作動するかと、及びビデオ信号の
全体的ゲインがどのように制御されるかと、の一般的な
説明を提示することは意義がある。カメラはアナログCC
Dビデオ出力信号を供給する。CCDビデオ出力は、アナロ
グ／ディジタル（A/D）コンバータによりディジタル化
される前に、アナログビデオアンプ回路により増幅され
る。A/Dコンバータの出力は、前記ビデオRAMに蓄積され
続いて前記マイクロプロセッサによりデコードされるデ
ィジタルイメージデータである。
マイクロプロセッサが正確にディジタルイメージデー
タをデコードするために、ディジタルイメージの輝度
は、予定の範囲でなければならない。前記デコードアル
ゴリズムは、もしディジタルイメージが明るすぎるか暗
すぎるかすると、ラベルコードのイメージを究明し的確
にデコードするという困難を伴うだろう。それゆえ、ビ
デオシステムは、（前記リーダの作動パラメータ内で）
対象物からの反射光の総量を顧みずに、適切な輝度のデ
ィジタルイメージを供給するのに充分なほどに融通のき
くものでなければならない。前記カメラ、ビデオアンプ
回路、及びA/Dコンバータが、おのおの相対的なゲイン
を供給する能力があるということと、ビデオシステムの
全体的ゲイン調整が、前記カメラによりイメージ化され
るでろう光度の範囲を補正するのに充分であるべきだと
いうことと、は当業者ならば理解できるだろう。このよ
うに、好適な手持ちタイプのラベルリーダ10におけるビ
デオシステムは、明るい太陽光の下でイメージ化される
ラベルから、内蔵照射器で照射されるような、全くの闇
でイメージ化されるラベルまでの範囲での光度を補填で
きるのが好ましい。
前記カメラは、CCDアレイにキャプチャされたイメー
ジに対応するアナログCCDビデオ出力信号を提供する。
このキャプチャイメージは、予定された時間シャッタを
開くことにより形成されるスナップショットに似てい
る。イメージの明るさは、前記アレイに当たる光度と照
射時間（すなわち、光が、CCDの太陽電池に当たるのを
許される時間）により定義される。適切に露光したイメ
ージは、明る過ぎ（露光過剰）もせず、暗すぎ（露光不
足）もしない。それゆえ、照射時間（電子シャッタスピ
ード）と、ラベルイメージをキャプチャする際にCCDカ
メラが適切に露光されることを保証するような絞り設定
（ｆストップ）と、を決定することが必要である。ビデ
オシステムの全体ゲイン調整へのカメラの貢献は、電子
シャッタスピードと絞りの量によって定義される。
手持ちタイプのラベルリーダ10をラベルイメージのキ
ャプチャに利用するときには、シャッタスピードと絞り
の設定範囲をいつ決定するかを考慮しなければならない
という制約が存在する。好適なカメラは、1/4000秒ほど
の速さのシャッタスピードの能力があるものである。最
も遅い電子シャッタスピードであってもなお、キャプチ
ャ済みイメージが、操作者の体の通常の動きが原因で起
きるようにボケない。本発明者は、シャッタスピード
は、11250秒よりも遅くてあってはならないと判断して
いる。それゆえ、好適なカメラは、1/4000より1/250秒
までに分布するシャッタスピードで操作されるものであ
る。
カメラに関するいかなる動きも除去するので、固定絞
りは好ましい。対象ラベルとラベルリーダ間の距離の正
確な決定を操作者に要求することなしで、レベルイメー
ジをキャプチャするのに充分な被写界深度を有すること
をカメラが保証するのに充分なくらいに、絞り量は小さ
くなければならない。固定絞りはまた、CCDアレイが損
なわれるのを防ぐのに充分なくらいに、明るい太陽光が
低減されることを保証するのに充分な程小さくなければ
ならない。上述したように、帯域フィルタと偏光フィル
タにより持らされる前記減衰と相まって、イメージング
CCDはCCDに焦点の合った直射日光により損傷を受けない
であろうことを、f/5.6より大きくない固定絞りが確実
にしてくれると、本発明者は判断している。
フィルタが掛かった後、光度のダイナミックレンジ
は、約100:1又は40dBである。1/250から1/4000秒まで変
化する、シャッタスピードは、16:1又は24dBのゲイン調
整率をもたらす。
カメラからのアナログCCDビデオ出力は、ビデオアン
プ回路175により増強される。好適なビデオアンプ175
は、ハリス セミコンダクタ製の四重電流帰還アンプHA
5024型を含んでいる。好適なラベルリーダにおいては、
ビデオアンプ回路のゲインは、6dB刻みで6dBから24dBま
でに調整可能であり、これにより8:1又は18dBのゲイン
調整範囲が提供される。LED照射器を利用するとき、CCD
の出力は、約100ミリボルト（mv）である。ビデオアン
プ回路の最大ゲインが24dBのとき、カメラの100mv出力
が約1.6Vに増強される。
ビデオアンプ回路175のアナログ出力は、アナログ／
ディジタル（A/D）コンバータ180に供給され、そこで、
アナログビデオ出力の各ピクセルは８ビットディジタル
値に変換される。VIDEO_IN入力に加えて、A/Dコンバー
タは、また、ピクセルクロック入力、ポジティブリファ
レンス入力とネガティブリファレンス入力（好適なリー
ダにアースされた、ゆえに図示しない）とを有してい
る。ピクセルクロック入力は、CCDカメラからピクセル
クロック信号を受領する。このリファレンス信号は、デ
ィジタル出力値を定義するのに用いられるアナログリフ
ァレンス信号である。（ピクセルクロック信号として示
される）各ピクセル毎に、A/Dコンバータのディジタル
出力は、以下に等しい、すなわち： 出力＝（（VIDEO_IN）／（ポジティブリファレンス入
力−ネガティブリファレンス入力）＊255） A/Dコンバータの転送作用は、リファレンス電圧を調
整することにより変更可能である。このように、A/Dコ
ンバータは、そのリファレンス電圧を調整することによ
りゲイン調整をもたらすことができる。ポジティブ及び
ネガティブコンバータにかかる名目上2.5Vのリファレン
スは、3.65:1又は11.25dBに昇るファクタによって、減
衰され得る。
上述したように、当業者ならば、シャッタスピードコ
ントロールであるゲイン（24dB）、足すビデオアンプ回
路のゲイン（18dB）、足すA/Dコンバータのゲイン（11.
25dB）、都合53.25dB（460:1）の、CCDアレイに当たる
光における変異を40dBで補填するに充分な、充分な被写
界深度を提供しイメージがボケないことを保証するカメ
ラ設定を可能にするような、全体的ゲイン調整を、ビデ
オシステムは提供することを理解できよう。
ビデオシステムにより持らされる53.25dBのゲイン調
整範囲は、照射時に予測される変化と比較して13dBの超
過ダイナミックレンジを提供する。この超過ゲインは、
分かれており、これによりビデオシステムは、光環境の
どちらかの際限での約6dBのダイナミックレンジを提供
する。このことは、様々なビデオシステムの部品の耐久
性をもたらすゆえに、有用である。加えて、本発明のこ
の特徴ゆえに、ビデオシステムは、適切な範囲で操作す
るためのいかなる手動調整を要求することなく作成が可
能である。
A/Dコンバータの出力は、このコンバータへの信号のD
C復帰に依る光度に常に比例している。CCD上の黒色リフ
ァレンスピクセルは、光に反応せず、それらの出力電圧
は、ビデオアンプ回路にバイアスを掛けるために使用さ
れ、それにより、ゼロ密度（黒）が、ネガティブコンバ
ータリファレンス（すなわち、０ボルト）に等しいビデ
オ入力電圧を生成するようになる。A/Dコンバータの出
力は、それゆえ、ゼロである。A/Dコンバータの出力
は、光度に直接的に比例しているので、カメラのシャッ
タスピード、ビデオアンプ回路のゲイン、そして／ある
いはA/Dコンバータのリファレンス電圧、を変えながら
本システムの全体的ビデオゲインを調整するのに、A/D
コンバータの出力の期待値への率は、利用可能である。
イメージの輝度が決定され、これら設定が調整される特
殊な方法は、後に述べることとする。
上述したように、カメラ65のCCDビデオ出力は、ビデ
オアンプ回路175の入力に接続されており、そこで、カ
メラからのアナログビデオ出力が増幅される。当業者な
らば、ビデオアンプ回路175は、また、カメラからの黒
色ピクセル信号を受領することも理解するだろう。黒色
リファレンスは、ビデオアンプが復帰するために供給さ
れ、それゆえ、アナログビデオ出力が黒色リファレンス
信号であるときに０ボルトの出力が為されるようにな
る。ビデオアンプ回路のゲインが制御されるところの方
法は、後に述べることとする。
ビデオアンプ回路175の出力は、アナログ／ディジタ
ル（A/D）コンバータ180に供給され、ここで、各アナロ
グピクセルは８ビットディジタル値に変換される。上述
したように、A/Dコンバータのポジティブリファレンス
入力は、ビデオシステムのゲインを調整するために偏光
される。このプロセスは、後により完全に説明しよう。
A/Dコンバータ180の出力は、ランダム・アクセス・メ
モリ（RAM）185とヒストグラム回路190とに供給され
る。ビデオRAM185は、256KバイトのダイナミックRAMア
レイである。ビデオRAMは、１つのシリアル入力ポート
と１つのシリアル出力ポートを有している。この入力ポ
ートは、A/Dコンバータ180の出力に接続されている。出
力ポードは、CPUボード85上に配されたデコードマイク
ロプロセッサに接続されている。各ポートは、それ自身
のデータクロックを有しており、ゆえに、データの書き
込みと読み取りが非同期つまり異なるクロック率で可能
である。ビデオRAMコントロール回路（図示せず）は、
カメラから第３の領域を探知し、それをビテオRAMに書
き込む。はじめの２つの領域は、 ラベルイメージの適切な露光を獲得するために必要なシ
ャッタスピードとシステムゲイン設定を決定するのに利
用される。このプロセスは、後により完全に説明しよ
う。
ヒストグラム回路190は、A/Dコンバータ180からの出
力の輝度レベルを評価しかつ適切な輝度を有するディジ
タルイメージを供給するシステムの相対的ビデオゲイン
を調整するために、イメージデータヒストグラムルゴリ
ズムを実行する。ヒストグラム回路190は、電子的にプ
ログラム可能なリード・オンリー・メモリ（EPROM）ル
ックアップテーブル、スタティックRAM、データバッフ
ァ及びラッチ、などの多様な、カスタムプログラマブル
論理装置を利用して実行される。好適な手持ちタイプの
ラベルリーダにおいて、すべての制御指令、カウンタ、
ステートマシン、多重化装置、アドレス、そして比較器
は、回路の融通性を最大化するためかつ回路のサイズを
最小化するために、フィールド・プログラマブル・ゲー
ト・アレイ（FPGAs）内で実行される。
一般に説明されるように、ヒストグラム回路は、累積
分布関数を生成するための確率密度関数を積分すること
により、ディジタル化されたビデオイメージの輝度を計
測する。ヒストグラム技術の利点は、それが、この回路
の局所的に暗いか特別に明るい領域に対する感度を最小
化するということである。好適な手持ちタイプのラベル
リーダにおいては、予定のグレーレベル、好ましくは75
％の彩度、で、あるいは、それ以下に落ちつく（図15に
示すような）イメージの選択的にサンプリングされたピ
クセルの１団の予定のパーセンテージ（90％）を有する
ように、適切に露光したイメージは定義される。サンプ
リングされたピクセルの１団の予定のパーセンテージに
収まるような、実際のグレーレベルは、好ましいレベル
に匹敵し、２つの割合は、露光／ゲイン設定を矯正する
のに用いられるが、この点は、図14から20に関連して後
に説明する。
このように、好適なヒストグラム回路190は、８ビッ
トグレーレベル、ビデオイメージデータから255回選択
的にサンプリングされた点の明るさを評価する。ビン・
スタティックRAM（SRAM）は、８ビットのデータを記憶
するための256のビンを提供する。各ビンの数は、グレ
ーレベルに対応しており、各ビンは、各グレーレベル用
のサンプルでの実現値の全体数を保持する。イメージの
サンプリングした後、このビンの内容は、ビンSRAMのア
ドレス０（最も暗いグレーレベル）を起点として、ビン
の合算の実行が、255の90％回選択的にサンプリングさ
れたピクセル（230ピクセル）に届くまで、合算され
る。到達ビンの数（ビン数）が、全体的イメージの明る
さレベルの評価となる。ビン数は、記憶され、ゲインコ
ントロール回路195に供給される。
ゲインコントロール回路195は、ヒストグラム回路と
最終ゲイン値により持らされるビン数に基づく、新し
い、相対的システムゲイン値を設定するために、ゲイン
ルックアップテーブルを利用する。新しいゲイン値は、
本システムの全体的ゲイン調整を制御するのに用いられ
る出力信号を提供する。このことは、上述したように、
カメラの電子シャッタスピードと、ビデオアンプ回路の
ゲインと、そして、A/Dコンバータのリファレンス電圧
とを調整することによって達成される。ゲインコントロ
ール回路からのビデオアンプゲイン出力は、直接的にビ
デオアンプ回路175に供給される。ゲインコントロール
回路からのA/Dコンバータゲイン出力は、A/Dコンバータ
のリファレンス電圧信号へアナログ出力信号を供給する
ところの、放物線生成回路200に供給される。ゲインコ
ントロール回路からのシャッタコントロール信号は、シ
ャッタコントロール回路205に供給され、そこで、露光
が始まるとトリガパルスをカメラにもたらす。このプロ
セスの詳細は、後にさらに完全に説明しよう。A/Dコン
バータ90は、CPUボード85とコントロールボード80にコ
ネクタ210経由で接続されている。
図８は、CPUボード85上に設けられた回路のブロック
図である。CPUボード85は、マイクロプロセッサ225、電
子的にプログラム可能なリードオンリーメモリ（EPRO
M）230、ランダムアクセスメモリ（RAM）235、シリアル
通信回路240、及び、コネクタ245、を含んでいる。
好適なマイクロプロセッサ225は、インテグレイテッ
ド、デバイス、テクノロジー製の、中央処理装置（CP
U）IODT3081型である。マイクロプロセッサの第１の機
能は、A/Dボード上のビデオRAM185内に記憶されるディ
ジタルイメージデータをデコードすることである。加え
て、マイクロプロセッサ155は、デコード動作が成功し
たかどうかを示すインジケータランプの動作を制御す
る。
CCDカメラは、二次元イメージ又は「スナップショッ
ト」をキャプチャし、イメージデータをデコードアルゴ
リズムにもたらすので、CCDカメラ利用のラベル読み取
り装置は、ラベルリーダにおいてプログラムされたデコ
ードアルゴリズムと同様に多目的利用性が高い。これに
より、多様なバーコードと二次元シンボロジーを読み取
りデコードすることに、シングルラベルリーダの利用が
可能になり、供給済の適切なデコードアルゴリズムが役
に立つ。このようなカメラと関連する方法の例が、“品
目、プロセス及びシステムをエンコードする六角形情
報”と題した第4,874,936号と、“バーコードシンボル
の要素の幅決定の方法と装置”と題した5,329,105号
と、“複合カメラシステム”と題した第5,308,960号
と、“バーコードシンボルの低解像度イメージの処理の
方法と装置”と題した第5,276,315号と、において開示
されており、これら開示において、言及により包含され
ている。CPUボードは、512KバイトのEPROM230を含んで
おり、それは、ベーシックオペレーションシステムとデ
コードのソフトウェアとを記憶するように利用されてい
る。このオペレーションシステムとデコードアルゴリズ
ムは、新しいEPROM装置を提供することによりアップグ
レード又は改変され得る。
CPUボードは、また、4MバイトのRAM235を含んでお
り、それは、イメージデータのデコードに関する多様な
データを記憶する。当業者ならば、イメージデータがビ
デオRAM185から読み取られたときにそれを記憶すること
と、デコードプロセスに起因する多様なデータを記憶す
ることに、RAM235が利用され得ることを理解するであろ
う。
シリアル通信回路240は、シグネティクス製の5CN2681
T型の二重同期受信／転送機（DUART）を含んでいる。シ
リアル通信回路は、それが取り付けられているところの
手持ちタイプのラベルリーダとデータターミナル間で、
マイクロプロセッサ225により、シリアルデータを通信
することに利用される。
コネクタ245は、CPUボード85をコントロールボード80
とA/Dボード90にバックプレーンケーブル経由で接続す
ることに利用される。
図９は、コントロールボード80上に設けられた回路の
ブロック図である。コントロールボード80の主な機能
は、シーケンサ回路260内電極供給回路265、照射器回路
270、及び、インジケータ回路275、において実行され
る。コントロールボード80は、CPUボード80とA/Dボード
90にコネクタ280により接続されている。
一般に、説明されるように、シーケンサ回路260は、
トリガ95からの信号を受領し、そして、ラベル読み取り
サイクルに関するシーケンス動作を起動する。例えば、
トリガ信号を受領すると、シーケンサ回路260は、電極
供給回路265が、カメラ、マイクロプロセッサ、及び、
手持ちタイプのラベルリーダがアイドル状態のときは電
力断である他の部品への電力を、投入させるようになる
信号を供給する。シーケンサ回路260は、また、電源投
入時に部品が初期化されるようなリセット信号を供給す
る。ラベル読み取りサイクルは、図10を参照つつ後に詳
しく説明する。
照射器回路275は、照射光源を駆動するためのアナロ
グ回路を提供する。A/Dボードは、照射器回路275が、カ
メラがイメージをキャプチャするときのみ、照射光源の
LEDを点灯させるような信号を提供する。このように、
照射光源は、同じくA/Dボードに制御されるところの、
カメラの電子シャッタのトリガを引くことを伴って点灯
される。照射光源をこの方法で制御することによって、
照射光源は、各ラベル読み取りサイクルにつき３回点灯
される。はじめの２回は、ビデオシステムを再度調整す
るための、事前露光のための時間である。第３は、対象
ラベルのイメージをキャプチャするためである。当業者
ならば、読み取り作業の間隙に照射光源の消灯すること
が、オーバーヒートからLED群を防ぎ、それらがより強
い電流で駆動されるようにするということを理解できる
だろう。
加えて、LEDは、それらがより冷えているときに明る
くなる。
インジケータ回路270は、マーカーランプ70を駆動す
るために必要な回路と、手持ちタイプのラベルリーダの
口部に設置される状態インジケータランプとを、提供す
る。インジケータ回路270は、照射光源が点灯中に、そ
の部分がキャプチャ済みイメージ内で明るいスポットに
ならないようにするために、マーカーランプを消灯す
る。インジケータ回路は、また、状態イジケータランプ
を、マイクロプロセッサから受領した信号に従って、点
灯及び消灯する。例えば、１つのインジケータランプ
は、一次元コードがデコードされたかどうかを示すため
に使用される。他方は、二次元コードがデコードされた
かどうかを示すために使用される。両インジケータラン
プは、手持ちタイプのラベルリーダがあいどる状態にあ
るとき、黄色く光る。これらのインジケータランプは、
前記トリガが引かれた時とデコードプロセスが完了した
時との間フラッシュする。一又は二次元コードがデコー
ドされるかに依って、対応するインジケータが縁に変わ
る。他方のインジケータは赤に変わる。もしデコードプ
ロセスが成功しないならば、両インジケータ共、赤くな
る。
図10は、ラベル読み取り動作を実行するために手持ち
タイプのラベルリーダで利用されるアルゴリズムを示す
フロー図である。ラベル読み取りアルゴリズム300は、
ステップ305において手持ちタイプのラベルリーダを伴
ってアイドル状態で、始まる。この時点で、マーカーラ
ンプ70は、使用者が対象ラベルにこのリーダを正確に照
準できるようにするために、点灯される。省電力のため
に、手持ちタイプのラベルリーダ内のほとんどの部品に
は、電力は供給されない。手持ちタイプのラベルリーダ
10は、コントロールボード80がトリガ95からのトリガ入
力信号を受領するときである、ステップ310までアイド
ル状態に留まる。
ステップ315において、コントロールボード80は、手
持ちタイプのラベルリーダ内の、カメラ、マイクロプロ
セッサ225及びA/Dボード90上に配されたカメラコントロ
ール回路を含む、全部品に電力を供給する。電力が供給
されると、コントロールボードは、また、カメラ、マイ
クロプロセッサ及びカメラコントロール回路が初期化さ
れるようなリセット信号を発信する。
ステップ320において、コントロールボード80は、VIN
IT信号をマイクロプロセッサとA/Dボードのカメラコン
トロール回路に供給する。VINIT信号は、ラベルイメー
ジデータがキャプチャされるところの前記プロセスの始
まりを示す。好適な手持ちタイプのラベルリーダにおい
て、トリガパルスがトリガ95により受領されたてから約
62ミリ秒（msec）後に、VINIT信号は供給される。当業
者ならば、電源を入れて安定したビデオ出力信号の供給
を開始するのに充分な時間をカメラが持つことを保証す
るために、そのようなディレイが必要であるということ
を、理解できよう。
ステップ325において、カメラはキャプチャ済みイメ
ージの輝度が矯正されることを保証するために、露光を
調整する。このことは、対象ラベルを照射することと、
適切な電子シャッタスピードと、カメラにより受領され
た反射光の総量に反応したシステムゲイン調整と、を含
んでいる。
適切なシャッタスピードとゲイン調整が一旦決定され
ると、対象ラベルは照射され、ステップ326において、
ラベルイメージデータがキャプチャされたビデオRAMに
記憶される。この時点で、本プロセスはステップ330に
進む。
ステップ330において、マイクロプロセッサ225は、記
憶済ラベルイメージをビデオRAM185から読み取り、ラベ
ルデータをデコードする。記憶済ディジタルイメージデ
ータのデコードは、ディジタルイメージデータへ記憶済
デコードアルゴリズムを適用することによって達成され
る。当業者ならば、CCDカメラにキャプチャされた特定
の情報のしるしのために、デコードアルゴリズムはデザ
インされなければならないことが理解できよう。それゆ
え、もしラベルリーダがバーコード読み取りの為に使用
されるのなら、適切なバーコードデコードアルゴリズム
は、マイクロプロセッサのEPROM230内に記憶されなけれ
ばならない。
同様に、もしデータターミナルが、二次元シンボロジ
ーを持つパッケージに関して利用されるのなら、適切な
デコードアルゴリズムがデコード内に供給されなければ
ならない。当業者ならば、CCDカメラによりキャプチャ
された情報のしるしは、バーコードと二次元シンボロジ
ーに限らず、光学的文字認識（OCR）技術で読み取り可
能な印刷又は手書きの文章をも含みうることが理解でき
よう。データターミナルが多様な情報のしるしの読み取
りとデコードに利用できるようにするために、複数のデ
コードアルゴリズムを提供することが可能である。
当業者ならば、数ステップがディジタルイメージデー
タをデコードするために必要とされるであろうことも理
解できるだろう。例えば、デコードアルゴリズムは、は
じめに、キャプチャ済イメージが認識可能な字体の情報
のしるしを含んでいるかどうかを判定する必要があるだ
ろう。もしそうならば、アルゴリズムは、情報のしるし
の方向付けを決定することと、もし必要ならば情報のし
るしを所期の軸に並べてデータを循環させることと、の
必要がある。必要な全ステップが完了しディジタルイメ
ージデータがデコードされた後、デコード済データは、
CPUボード85上のランダムアクセスメモリ内に記憶され
る。
ステップ335において、マイクロプロセッサ225は、デ
コード済ラベルデータを付属のターミナルデータ器具に
転送する。デコードデータは、シリアルポートの１つを
経由してシリアルデータとして転送される。好適な手持
ちタイプのラベルリーダにおいては、シリアルデータは
付属のデータターミナルヘリーダケーブル40経由で供給
する。
ステップ340において、コントロールボード80上のシ
ーケンサ回路260は、スイッチの利く部品の電源を切
り、手持ちタイプのラベルリーダは、アイドル状態に戻
る。好適な手持ちタイプのラベルリーダにおいては、コ
ントロールボードがCPUボードからデコードプロセスが
完了した旨の信号を受領したときに電源が切られる。も
し、何らかの理由で、マイクロプロセッサがそのような
信号を供給し損なったら、コントロールボード回路は、
自動的に他の部品の電源をトリガからの信号の受領後約
８秒間切るだろう。このタイムアウトは、マイクロプロ
セッサ何らかの理由でクラッシュしたときでさえも、手
持ちタイプのリーダがアイドル状態に戻ることを保証し
ている。
ここで図11に転じ、イメージデータの好適な方法を説
明しよう。イメージデータキャプチャのプロセスは、図
10の方法のステップ325を形成している。
図11は、ラベルイメージテータがキャプチャされるイ
ベントの一通りのシーケンスを示す時系列図である。そ
の水平スケールは、０から160msecまでの期間を反映し
ている。当業者ならば、本発明で利用されるCCIRフォー
マットカメラが20msecにつき１つのビデオフィールドを
提供するということが理解できよう。それゆえ、この時
系列図は、20msec間隔で刻まれている。
本時系列図は、トリガ信号が受領された直後つまり約
0msecで電力がカメラとA/Dボードに供給されるというこ
とを示すことで始まる。図10を基に上述したように、ラ
ベル読み取りサイクルは、オペレータが手持ちタイプの
ラベルリーダのトリガを引いたときに始まる。この時点
で、コントロールボード上の回路は、マイクロプロセッ
サ、カメラ、及びA/Dボード上の他の部品に電力を供給
する。
約62msecにおいて、コントロールボードは、ヒストグ
ラム回路190にVINIT信号を供給することによって、イメ
ージキャプシャシーケンスを初期化する。カメラが暖ま
り、良好で安定したビデオ出力信号の供給を開始するの
が可能なほど、トリガ信号とVINIT信号の間の期間は充
分ものである。
A/DボードはVINIT信号をコントロールボードから受領
した後、A/Dボードは、カメラからの次のVDRV信号を待
つ。上述したようにVDRV信号は新しいビデオ信号の始ま
りを示す。CCDアレイは、電子シャッタスピードに対応
する時間の間露光する。後にさらに詳しく説明するが、
この露光時間の大部分が、VDRV信号に先立つものであ
る。VDRV信号が発生する直後に、内的転送クロック信号
は、CCDアレイ内の太陽電池内で増大した充電をして、C
CDレジスタへの転送を生起せしめる。こうして、イメー
ジは、CCDレジスタから、CCDビデオ信号を供給する時間
につき１つのピクセルずつ、時計刻みに取出される。
VINIT信号に続く最初のVDRVの後に、A/Dボード回路
は、ビデオシステムゲイン調整を、テスト露光を行うた
めに用いられる、予定のデフォルトの設定にセットす
る。期待のシステムのゲイン設定は、シャッタスピー
ド、ビデオアンプのゲイン、及びA/Dリファレンス入力
を含んでいる。
約96と100msecの間で、カメラの太陽電池は、デフォ
ルトの照射時間露光される。100msec時点のVDRV信号の
直後、カメラは、最初のビデオフィールドを形成するア
ナログピクセルデータを出力する。データがカメラから
供給されるにつれて、A/Dボードのヒストグラム回路190
は、フィールド１のイメージの輝度を決定する。ヒスト
グラム回路の出力は、約116から120msecの間に始まる第
２の露光に先立ちゲイン設定を調整するために、ゲイン
回路195によって利用される。ヒストグラム回路195によ
り持らされるアルゴリズムは、後にさらに詳しく説明す
る。
120msec時点のVDRV信号の後、カメラは、第２のビデ
オフィールドを形成するアナログピクセルデータを出力
する。A/Dボードのヒストグラム回路は、これらのデー
タがカメラにより供給されたときに、それを分析する。
ヒストグラム回路の出力は、約136から140msecの間に始
まる第３の露光に先立ちビデオシステムゲインを調整す
るために、利用される。
140msec時点のVDRV信号の後、カメラは、第４のビデ
オフィールドを形成するアナログピクセルデータを出力
する。CCDビデオ出力信号がカメラから時計刻みに取出
され、そしてA/Dコンバータによりディジタル化される
につれて、ディジタルイメージデータは、ビデオRAM内
に記憶されて行く。図10を伴って上述したように、記憶
済ビデオイメージデータは、CPUボード上に配されたマ
イクロプロセッサにより読み取られデコードされるだろ
う。好適な手持ちタイプのリーダにおいては、マイクロ
プロセッサは、ディジタルデータが（約160msec時点
で）ビデオRAM内に記憶されるまでは、その初期化を完
了せず手順をブートアップしない。それゆえ、マイクロ
プロセッサが読み取り可能になり次第、ディジタルイメ
ージデータは使用可能になる。
既に述べたとおり、ビデオシステムの全体的ゲイン調
整は、手持ちタイプのラベルリーダが様々な環境にある
ときの反射光のダイナミックレンジを補填するのに十分
であることが好ましい。加えて、カメラの絞りとシャッ
タスピードは、極遅いシャッタスピードや極浅い被写界
深度が原因でもキャプチャ済イメージがボケないことの
保証しなければならないだろう。好適なシステムにおい
ては、ビデオシステム内の部品群は、53.25dBに及ぶ全
体的ゲイン調整を提供することが可能である。これは、
カメラのシャッタスピードを変化させながらの24dBのゲ
イン調整、ビデオアンプ回路の調整から18dB、及びA/D
コンバータの調整から11.25dB、を含んでいる。
好適な手持ちタイプのラベルリーダにおいては、全体
的ビデオゲインは、0.75dB間隔で調整される。このゲイ
ンは、A/Dボード上のゲインコントロール回路195の一部
を形成するゲインルックアップテーブルにより、定義さ
れる。ゲインルックアップテーブル内で実行されるゲイ
ン値が、図12内に示される。ゲインルックアップテーブ
ルは、０から53.25dBまで0.75dB刻みで分布するゲイン
調整に対応する、72の分離したゲインコントロール値
（０−71）を提供する。
各ゲインコントロール値は、予定の設定のシャッタス
ピードと、ビデオアンプゲインと、及び、A/Dコンバー
タリファレンス電圧とに対応する。例えば、最も暗い光
環境で利用されるであろう、最大ゲインコントロール値
の71は、1/250秒のシャッタスピードを要求する。これ
は、イメージがボケる危険を伴わずに利用可能な最も遅
いシャッタスピードであると、本発明は診断している。
ゲインコントロール値の71は、18dBのビデオアンプゲイ
ン調整を提供し、そしてこれは、好適なビデオアンプ回
路によって持らされる最大のゲイン調整である。また、
A/Dコンバータが、アナログビデオ信号をディジタル信
号に変換するプロセスの中間その最大の相対的ゲインを
提供するように、A/Dコンバータのリファレンス信号は
設定されるだろう。
ゲインコントロール195の主要な要素が、図13に示さ
れている。当業者ならば、ゲインルックアップテーブル
内に記憶されたゲインコントロール値は、カメラと、ビ
デオアンプ回路と、そしてA/Dコンバータとに向けて適
切な入力信号を提供すべくデコードされなければならな
い。好適なゲインコントロール回路195は、以前のゲイ
ンコントロール値と後に述べる方法でヒストグラム190
によって提供されるビンの数とに応答する、ゲインコン
トロール値ルックアップテーブルを記憶するためにEPRO
M500を利用する。EPROM500の出力は、デコーダ505に供
給され、そこで、フィールドプログラマブルゲートアレ
イの一部を形成する。デコーダ505は、ゲインコントロ
ール値をデコードし、システムゲインを調整することに
使用される信号を供給する。VIDEO_GAIN信号は、ビデオ
アンプに直接的に供給されるう。シャッタ設定は、カメ
ラへのシャッタトリガパルスを提供するために使用され
るところのシャッタコントロール回路205に対して提供
される。放物線ページ信号とREF6dB信号とは、放物線生
成回路に提供され、そこで、A/Dコバータへのビデオリ
ファレンス信号を制御することに使用される。当業者な
らば、代替的な実施例として、放物線矯正関数が、ビデ
オアンプ回路175に、又は、A/Dコンバータとビデオアン
プの両方に適用され得ることを理解できよう。シャッタ
コントロール回路と放物線生成回路との機能は、後にさ
らに完全に述べることとする。
ゲインルックアップテーブルは、はじめに、デフォル
トのゲインコントロール値32を選択するが、これは、約
96msec時点で（図11参照）で露光に使用される。図12に
示すように、ゲインコントロール値32は、ビデオシステ
ムゲイン調整の24dBに対応している。上述したようにA/
Dコンバータの出力は、直接的に光度に比例している。
これにより、ゲインルックアップテーブルがシステムの
全体的ビデオゲインを調整するのが可能になる。光の総
量が決定され、かつ、これらの設定が調整される特有の
方法については、後に述べることとする。
前記ヒストグラム分析が（デフォルトのゲイン調整設
定を用いてキャプチャされた）第１ビデオフィールドに
適用される後、ゲインルックアップテーブルは、A/Dコ
ンバータの出力として示されるような光度に基づく第２
ビデオフィールドのゲインコントロール値を選択する。
この光度は、ヒストグラム回路により供給されたヒスト
グラムビン値（ビン数）によって表現される。
ゲインルックアップテーブルは、次のゲインコントロ
ール値を、以前のゲインコントロール値と最近ののヒス
トグラムからのビン値とに基づいて、設定する。
以前のゲイン値は、データラッチ510によりEPROM500
に供給される。イメージ領域の90％であるピクセルグレ
ーレベル（すなわち、255分の230ピクセル）が、飽和値
（255）の約75％（190）未満に降下するように、ゲイン
コントロール値は、信号処理を駆動するよう選択され
る。このことが成立する方程式は、 次の値＝ 最後の値＋4/3＊20 LOG（190/ビン数） もし第１フィールドからのイメージが飽和（すなわ
ち、イメージが最も明るい；ビン数＝255）したのな
ら、第２フィールドは、第２デフォルトゲイン値の８で
露光されるが、これは、6dBのビデオシステムゲイン調
整を意味する。補とんんどの場合、デフォルトのコント
ロール値から適正なゲインコントロール値へのジャンプ
は、１回の矯正で達成され可能である。しかしながら、
CCDが飽和状態の明るい光環境の場合では、２つの調整
が必要である。それゆえ、好適な手持ちタイプのラベル
リーダは、３つのビデオフィールドを超えて適正な露光
に到達するように設計されている。
図14は、ヒストグラム分析を実行する好適な方法400
を示すフロー図であり、これは、ヒストグラム回路190
により実行される。上述したとおり、ヒストグラム作用
は、累積分布関数を生成するためにピクセル輝度の確率
密度関数を積分する。ヒストグラム回路で使用されるハ
ードウェアは、カスタムプログラマブルロジック、EPRO
Mルックアップテーブル、スタティックRAM、データバッ
ファ、そしてラッチ、を含む。すべての制御指令、カウ
ンタ、ステートマシン、多重化装置、アドレス、及び比
較器は、回路の融通性を最大化するためかつボードスペ
ースを最小化するために、フィールド・プログラマブル
・ゲート・アレイ内で実行される。
好適な方法400はステップ405において、ビンSRAMをク
リアすることで始まり、それは、各光度値の発生数を記
憶するために使用される。ステップ405において、記憶
済ビン値を合算するのに使用される可変のBIN_SUM_TOTA
Lもクリアされる。
ヒストグラムプロセは、イメージの輝度を判定するた
めに、255個の予選択済ピクセルをサンプリングする。
分析されるべく選択されたピクセルは、ショットガンパ
ターンに似た準ランダムパターンを形成すし、そして、
イメージの中央部付近で最高の集中を見せている。ヒス
トグラムプロセスで使用されるショットガンタイプパタ
ーンを、図15に示す。好適な手持ちタイプのラベルリー
ダにおいては、選択済ピクセル群は、イメージの真ん中
３分の１に位置している。
予選択済ピクセルは、EPROM内のヒットテーブル内に
記憶されるヒットビットによって識別される。ヒットテ
ーブルは、ビデオフィールドの各々につき１ビット含ん
でいる。予選択済ビットは、ヒットテーブル内の当該ビ
ット当り１を記憶することにより示される。ヒストグラ
ムプロセスにより看過された、他のビッオは、ヒットテ
ーブル内で、０で表現される。各ピクセルがカメラから
時計刻みで取出されるにつれて、ヒストグラム回路は、
対応ヒットビットを、それが１かどうかを見るために、
チェックする。このプロセスは、ステップ410と415に示
されている。もしヒットビットが０ならば、本方法はス
テップ410に戻って次のピクセルがカメラから時計刻み
に取出されるのを待つ。
もしヒットビットが１ならば、本方法は、A/Dコンバ
ータからのイメージデータバイトがビンSRAM内のビンの
数に対応するアドレスに使用されるところの、ステップ
420へ進む。ステップ425において、本方法は、そのビン
に現在記憶されている値を読み取る。ステップ430にお
いて、前記値は１つずつ加算される。ステップ435にお
いて、新しい値が、ビンに記憶され直す。
ステップ440において、本方法は255個の予選択済ピク
セルのすべてがサンプリングされたかどうかを判断す
る。このことは、好適なヒストグラム回路においては、
最後のVDRV信号以来発生したHDRV信号の数をカウントす
ることと、前記線が最後のヒットビットを含んだときに
ヒットエンド信号を生成することと、により達成され
る。このように、本方法は、それがデータを受け取ると
ころのビデオラインを維持し、すべてのヒットビットが
いつ検査されたかを判定する。代替的に、ヒストグラム
回路は、遭遇したヒットビットの数を保持し得る。当業
者ならば、好適な方法で検査されたビットが、ビデオイ
メージの2/3時点より以前で、すべて発生してしまうこ
とが理解できよう。このことは、次のフィールドのため
の電子シャッタをトリガする時間内で、ヒストグラムプ
ロセスが完了しかつゲインコントロール値が選択される
ような、時間を与えるために、為される。
このように、図11のフィールド１において、第１のヒ
ストグラムプロセスは、電子シャッタをトリガする時間
を与えるために、約96msecより速いくらいでなされるで
はあろうが、約95msecで完了しなければならない。
ステップ440において、もし、予選択済ピクセルのす
べてが完了していないと本方法が判断したならば、本方
法はステップ410に戻る。もし、予測定済ピクセルのす
べてが分析されているのならば、本方法はステップ445
に進み、ビンレジスタの合算値として使用されるビン合
算値をクリアする。
ステップ450において、本方法はビンSRAMアドレスポ
インタを00に設定する。
ステップ455において、本方法は、ビンSRAMアドレス0
0内の値を読み取り、それをビン合算値に追加する。ス
テップ460において、ビン合算値が、255個である予選択
済サンプルピクセルの90％である予定のしきい値（230
ピクセル）以下かどうかを、本方法は判断する。もしそ
うならば、本方法は、ステップ465に進み、アドレスポ
インタが、１つ増加する。ステップ465から、本方法
は、ステップ455に戻る。ステップ455、460、そして、4
65を繰り返すことで、本方法は、ビンSRAMレジスタ内に
記憶された値を合算する。
ステップ460において、ビン合算値がしきい値を超え
たと本方法が判断したとき、本方法は、ステップ470に
進む。ビン数の値は、ゲインコントロール回路に供給さ
れ、それは、ゲインコントロールルックアップテーブル
をアドレス指定することに使用される。
図16は、ヒストグラム回路190の主要な要素を示して
いるが、それは、図14の方法400を履行するものであ
る。上述したとおり、ヒストグラム回路は、カスタムプ
ログラマブルロジック、EPROMルックアップテーブル、
スタティックRAM、データバッファ、そして、ラッチ、
を含んでいる。すべての制御指令、カウンタ、ステート
マシン、多重化装置、アドレス、及び比較器は、回路の
融通性を最大化するためかつボードスペースを最小化す
るために、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレ
イ内で実行される。
ヒットテーブルは、EPROM500内にに記憶され、そして
それは、手持ちタイプのラベルイーダではゲインコント
ロール値ルックアップテーブルを含む（図13参照）。EP
ROMアドレスは、カウンタ520によって提供されるが、そ
れは、ドライバ525によって駆動される。カウンタ520
は、８で除算されたピクセルクロックに等しいクロック
によって駆動される。このように、EPROMは、８ピクセ
ルにつき新しい１バイト（８ビット）を供給する。ドラ
イバ525は、また、多重化装置530を制御するが、それ
は、各ピクセル毎に１つのヒットビット（８ビットの）
を出力する。
データラッチ535は、多重化装置530と、A/Dコンバー
タ180からのディジタルイメージデータと、からヒット
ビットを受領する。ヒットビットが１のとき、ディジタ
ルイメージ値は、データラッチ535内へラッチ入力さ
れ、ビンSRAM540をアドレス指定することに使用する。
アドレスメモリロケーション内に記憶される値である、
ビンSRAMの出力は、加算器545によって加算される。加
算値は、ビンSRAM540内に記憶され直す。
ヒットビットのすべてが履行されたとき、ビン数値の
出力に等しい、合算プロセスは、カウンタ550と合算／
比較器555とによって実行される。カウンタ550は、アド
レス00で始まり、順番にビンSRAMメモリをアドレスして
行く。各アドレスの出力は、合算／比較器555に供給さ
れ、そこで、ビンの合算がいつ予定の値以上になったか
を判定する。そうなったとき、前記比較器は、ビン数を
出力し、それは、ゲインコントロール回路195によって
利用される。
図17aと17bは、初期ゲインコントロール値の32を利用
してイメージ化されたサンプルラベルに適用された好適
なヒストグラム手続きの結果を示す。図17bは、確率密
度（サンプル／ビン）と、明るさ（ビン数）を示してい
る。図17aは、累積の分布（サンプルの累積数）と、明
るさ（ビンの数）を示している。
確率密度（図17b）は、図14の方法のステップ405から
440にかけての履行の結果であり、分散した各々の輝度
レベルでのサンプルピクセルの数を示している。このよ
うに、図17bの例において、サンプリングされたピクセ
ルのほとんどが150から200の範囲の明るさレベルを持つ
ように見える。これは、そのイメージはかなり明るいと
いうことを示している。
累積密度（図17a）は、図14の方法のステップ445から
ステップ470にかけての履行の結果である。前記確率密
度の積分により取得された、この累積密度は、ビンがビ
ン０から順番に合算されたようなサンプル総数を示して
いる。
図17aは、また、ヒストグラム回路の出力であるビン
数を示している。上述したとおり、ビン数出力は、230
個のサンプルの累積の分布に対応するビンの数である。
このように、ビン数出力は、約210であろう。このこと
は、キャプチャ済イメージは、初期輝度である190より
も明るいということを示している。
ゲインコントロールは、そのゲインコントロール値を
次のイメージに適用すべきか判断するために、ビン数値
の210と前回のゲインコントロール値の32とを使用す
る。図13に関連して上述した方程式に従って： 次のゲインコントロール値＝ 32＋4/3＊20 LOG（190/210）＝31 期待の輝度レベル（190）と実際の輝度（210）との割
合は、ゲインが約−0.87dBで調整される必要があるとい
うことを示している。4/3で乗じたとき、これは、ゲイ
ンコントロール値につき−1.16の変化に対応しており、
この際、0.75dB刻みで変化している。こうして、次のイ
メージに適用されるゲインコントロール値は、31となる
だろう。
CCDにおけるイメージ作用は、二つの作用の産物だと
言うことが出来る。１つは、照射されイメージ化される
対象物のコントラスト作用である。もう一方は、レンズ
と照射の複合効果である。上述したように、カメラのレ
ンズアセンブリ120は、たとえ対象物が完璧に照射され
ているときでも約cos4（θ）の要因により、生成したイ
メージの輝度を減衰するのである。それゆえ、均一に書
写されたイメージの隅部、ここはθ＝320であるが、に
おいては、イメージ輝度はイメージの中央の輝度の約52
％である。この作用は、図18に示す。上述したとおり照
射光源75による照射は、かなり均一であるが、それゆ
え、不測の作用が、前記レンズ減衰効果に支配される。
レンズアセンブリによる減衰は、好ましくなく、ビデ
オA/Dコンバータ180の相対的ゲインを調整するために、
減衰作用の非常な近似値を用いることで矯正可能であ
る。これは、A/Dコンバータのリファレンス電圧を調整
することで達成される。各ピクセルで得た減衰の総量に
対応する方法で、A/Dコバータのゲインを増加させるこ
とによって、A/Dコンバータは、イメージの中央から離
れるにつれてピクセル群が暗くなって行くという事実を
補填する。
当業者ならば、cos4（θ）の減衰作用は、イメージの
中央部でえ明るいということと、中央部から縁部にかけ
て移動するにつれて一様に減衰して行くということと
が、理解できよう。このように、減衰補填作用は、２つ
の放物線の合算に非常に似る可能性があり、そこで、１
つの方物線は、垂直方向に矯正されたフィールドにつき
１回適用され、他方は、水平方向に矯正されたビデオラ
インにつき１回適用される。結果として、ディジタル化
プロセスの出力は、視野全体に亘って非常に均一なコン
トラストを持つディジタルイメージとなる。
A/Dボード上の放物線生成回路200の主要な要素は、図
19に示してある。放物線生成回路は、クロック回路57
0、アドレスカウンタ575、EPROM580、ディジタル／アナ
ログ（A/D）コンバータ、そして、低域通過フィルタと
を利用する。
EPROMは、８つの放物線波形を８″ページに亘って記
憶する。各ページは、A/Dコンバータのための異なる平
均ゲイン調整を供給する。当業者ならば、異なるページ
内の波形の形は、仮想的に同型であるということが理解
できよう。しかしながら、それら値は、異なる平均ゲイ
ン調整を供給するように計量されている。クロック回路
570は、ピクセルクロックを32ずつ駆動し、各HDRV信号
と再同期させる。クロック回路の出力は、カウンタ575
に供給され、そこで、EPROM580内のリックアップテーブ
ルのためのアドレスを形成する。
このように、EPROMからの各値には、32ピクセルが適
用される。EPROMページは、ゲインコントロール回路か
らのページの信号（ページ信号）により選択される。
図12内のテーブルから、当業者ならば、放物線ページ
選択は、ゲインコントロール値により選択され、全体的
ゲイン調整の最良の部分を提供するということが理解で
きよう。前記８ページの各々は、相対的ゲイン値の１つ
（すなわち,0.00,0.75,1.50,…,5.25）として表現さ
れ、ルックアップテーブルを通じて繰り返される。
EPROMの出力は、D/Aコンバータ585に対して供給さ
れ、そこで、EPROMからのディジタル値をアナログ値に
変換する。アナログ出力は、ゲインコントロール回路か
らのリファレンス6dB信号の状態に依存しつつ、6dBずつ
増加するであろう。6dB信号がアクティブになとき、そ
ればD/Aコンバータの出力を6dBずつ低減し、そこで、A/
Dコンバータの出力を6dBずつ増加する。
D/Aコンバータの出力は、低域通過フィルタ590を通過
し、そして、前記信号を滑らかにし、前記放物線作用を
正しく繰り返す。好適な低域通過フィルタ590は、 約50KHzの遮断周波数を伴うベッセル低域通過フィル
タである。ベッセルフィルタは、その滑らからな周波数
ロールオフと、周波数に対する平らなディレイとの理由
から、用いられる。
図20は、ディジタル／アナログ（D/A）コンバータ585
の出力600と低域通過フィルタ590の出力605との間の関
係を示している。図20内の曲線は、CCDヒデオ出力の１
本の水平線に該当する関数の部分である。このプロセス
は、概ね放物線のように見られる段階関数を生成するた
めにEPROMの出力を利用することとして概説できよう。
そして、低域通過フィルタは、好ましい曲線関数を提供
するためにこの角を滑らかにし、そしてそれは、A/Dコ
ンバータのリファレンス入力に適用される。EPROMのル
ックアップテーブル内に記憶された値は、コンピュータ
を使って、期待の放物線波形を生成かつサンプリングす
るように、そして、ディレイを低域通過フィルタを通し
て形成するように、生成される。
本発明は、32ピクセルにつき１つのルックアップテー
ブルを提供することで、期待の波形は表現され得るとい
う判断に至った。これは以下の理由で有用である。すな
わち、放物線生成回路が通常放物線形をした出力を供給
するのを可能にするという理由である。
シャッタコントロール回路205は、ゲインコントロー
ル回路195からのシャッタ設定を、シャッタトリガパル
スをカメラへ供給するために使用する。トリガパルス、
シャッタスピード、そして、他のカメラ信号の間の関係
は、図21に示してある。
上述したとおり、VDRV信号は、それぞれ、新しいビデ
オフィールドの始まりを示している。各VDRV信号の直
後、累積したピクセルの電荷は、CCDの太陽電池から対
応するレジスタに転送される。レジスタから、ピクセル
値は、カメラからアナログビデオデータとして時計刻み
で取出される。転送クロック右信号（XFER CLK）は、該
電荷が太陽電池からレジスタにいつ転送されるかを示
す。
トリガパルスに先立ち、CCDの太陽電池により蓄積さ
れた電荷は、各HDRV信号において放棄される。統合済時
間、又はシャッタスピードは、トリガパルスがカメラに
供給されるときに始まる。その時点で、太陽電池は、転
送クロックが生じるまで充電を続ける。このように、統
合済時間、又はシャッタスピードは、トリガパルス（TR
IG）とカメラの転送クロック信号との間の相対的時間に
より決定する。
トリガ信号と転送クロックとの間の関係ゆえに、シャ
ッタコントロール回路は、次の転送クロックの発生の予
期と、転送クロックに先立ち適切なポイントでのトリガ
パルスの供給と、をしなければならない。これは、HDRV
信号と転送クロックとの間の周知の関係に依って達成さ
れる。
HDRV信号の間の間隔は、約64ミリ秒（μｓ）である。
転送クロックは、直前のHDRVの約35μｓ後に発生する。
加えて、CCD素子は、トリガパルスが受領されるときに
は、既に64μｓ相当の電荷を蓄積済みである。このこと
は、トリガパルスがカメラに、最後のHDRV信号から蓄積
し続けてきた、電荷をダンプしないように伝えているた
めに、起こる現象である。このように、統合済時間は、
トリガパルスと、転送クロック、プラス1HDRV期間（64
μｓ）、プラス35μｓ、との間のHDRV期間の数に等し
い。
トリガパルス作用は、フィールドプログラマブルゲー
トアレイ内で実行される。ヒストグラムが完了し、新し
いシャッタ設定がゲインコントロール回路から供給され
た後、シャッタ設定はデコードされ、トリガダウンカウ
ンタは７ビットの数と共にプレロードされる。カウント
が有効になり、カウンタが０までカウントダウンする。
カウンタが０になると、トリガパルスは、カメラに送ら
れる。トリガパルスは、6.32μｓの長さであり、負論理
である。トリガパルスの長さは、HDRVパルス（91ピクセ
ルクロック）の長さに対応している。
カウンタプリセットは、CCDカメラ内の転送クロック
へのヒットエンドパルスの相対的ポジションを知ること
により定義される。ヒットエンドパルスは、発生したヒ
ットビットの数を数えることにより、またはカメラから
クロックアウトされた線の数を数えることにより、生成
される。本発明者は、ヒットエンドパルスは、ビデオフ
ィールドの78％の時間と同程度に遅く生成されること
と、そして、なお、ゲイン設定が、最悪の場合の（最も
早く）トリガポジション、それは11250秒だが、と見積
もられるの許容することと、を可能にするとの判断に至
った。しかしながら、上述したとおり、好適なヒットテ
ーブルは、ビデオフィールドの真ん中３分の１に位置し
ている。上述したとおり、A/DボードはLEDオン信号をコ
ントロールボードに供給し、そこで、CCDの露光時間の
み照射光源を点灯する。
このように、転送クロックより以前に、トリガ信号
は、HDRV信号の正確な番号で送出されなければならな
い。下記のテーブルは、数種の典型的な統合時間と関連
し、トリガパルスが転送クロックを依って続行するはず
のところのHDRV信号の番号を示している： 先の説明では、好適な手持ちタイプのラベルリーダ10
に重点を置いたが、当業者ならば、本発明の自動電子カ
メラが、また、他のタイプのデータ取得装置を伴う利用
に適した他の装置として具現され得ることを理解できよ
う。例えば、図22は、本発明の自動電子カメラがポータ
ブルデータターミナル45に組み込まれた代替的な具体例
を示している。ポータブルデータターミナル45は、キー
パッド50を含んでおり、そしてそれは、使用者が命令と
英数字データを入力可能な英数字と機能関連との両方の
キーを備えている。署名取得パッド55は、荷物を受け取
った人物の著名をディジタル化し取得することと、荷送
り情報（例えば、価格など）を入力データに沿って提供
することと、に用いられる。光学的インターフェイスポ
ート（図示せず）は、シリアルデータがポータブルデー
タターミナル45へ及びから転送されるようにするために
用意される。ポータブルデータターミナル45は、マイク
ロプロセッサと他の電子回路（図示せず）によって制御
される。そのような特性を備えるポータブルデータター
ミナルは、“データ入力ユニット”と題した米国特許第
5,278,399号に説明されており、これは、言及により包
含されている開示を含んでいる。
さらには、この自動電子カメラの機能の多くは、フィ
ールドプログラマブルゲートアレイような、多様な特定
用途向けIC内で実行されると説明してきた。当業者なら
ば、ここで説明される機能は、プログラム済汎用マイク
ロプロセッサや他の電子装置を利用しても実現可能であ
ることを理解できよう。
それゆえに、本発明は、すべての点で制限的よりも例
示的なものを意図した特定の実施例と連携して説明され
てきた。
代替的な実施例は、その精神と視野からの逸脱してい
ないことは、本発明が属する当分野における熟達者には
明白であろう。
フロントページの続き (72)発明者 サースメイヤー，ジョン，ウィリアム アメリカ合衆国，12590 ニューヨーク, ワッピンジャーズ ファルス，エッジヒ ル ドライブ 44番地 (72)発明者 クルセ，ロス，ナポレオン アメリカ合衆国，97305 オレゴン，セ ーレム，ラリアット コート 4718番地 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06K 7/10 G03B 7/28 - 19/02

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イメージセンサによるイメージキャプチャ
    のための視野及び光軸を限定する光学系を有するイメー
    ジセンサと； 前記光学系に隣接しかつ前記光学系と同芯円の環状を形
    成し、各々が前記光軸と平行な概ね円形の光線を投射す
    る複数の光源と； 前記光学系と同芯円で環状の分散環状レンズであって、
    この分散環状レンズは扁平な前方側と前記複数の光源に
    隣接する後方側とを有し、この後方側は内部及び外部の
    同芯円部を含み、この内部同芯円部は前記前方側と平行
    であり、前記外部同芯円部は前記前方側から広がってい
    る、分散環状レンズと； 前記分散環状レンズに隣接する拡散層と； を備え、 前記分散環状レンズが前記複数の光源から投射される前
    記円形光線のそれぞれを前記光軸からそらせることを特
    徴とする、対象物のイメージをキャプチャする電子カメ
    ラ。
  2. 【請求項２】前記分散環状レンズが前記複数の光源から
    投射される前記円形光線のそれぞれを前記光軸からそら
    せて楕円形に広げることを特徴とする請求項１記載の電
    子カメラ。
  3. 【請求項３】前記分散環状レンズと前記対象物との間に
    位置する第１偏向フィルタと、反射光経路内に配置され
    る第２偏光フィルタとをさらに備えることを特徴とする
    請求項１記載の電子カメラ。
  4. 【請求項４】前記分散環状レンズが平凹レンズから構成
    されていることを特徴とする請求項１記載の電子カメ
    ラ。
  5. 【請求項５】前記分散環状レンズが平凸レンズから構成
    されていることを特徴とする請求項１記載の電子カメ
    ラ。
  6. 【請求項６】前記分散環状レンズが負焦点距離のフレネ
    ルレンズから構成されていることを特徴とする請求項１
    記載の電子カメラ。
  7. 【請求項７】カメラの視野に対応しカメラで撮影すべき
    対象物を含む領域を照射する照射器であって、 前記カメラと同芯円で環状に配置され、各々が光軸と平
    行な概ね円形の光線を投射する複数の光源と； 前記対象物と前記複数の光源との間に位置し、前記カメ
    ラと同芯円の環状で、扁平前方側と後方側とを有し、こ
    の後方側は内部及び外部の同芯円部を含み、この内部同
    芯円部は前記前方側と平行であり、前記外部同芯円部は
    前記前方側から広がりかつ前記複数の光源に隣接して構
    成され、前記複数の光源から投射される前記円形光線の
    それぞれを前記光軸からそらせる分散環状レンズと； 前記分散環状レンズに隣接する拡散層と； を備え、 前記拡散光が前記視野内にわずかな局部変異を有する照
    射パターンを与えることを特徴とする照射器。
  8. 【請求項８】前記分散環状レンズが平凹レンズから構成
    されていることを特徴とする請求項７記載の照射器。
  9. 【請求項９】前記分散環状レンズが平凸レンズから構成
    されていることを特徴とする請求項７記載の照射器。
  10. 【請求項１０】前記分散環状レンズが負焦点距離のフレ
    ネルレンズから構成されていることを特徴とする請求項
    ７記載の照射器。
  11. 【請求項１１】被写体から反射した光度の範囲をカバー
    する好適なディジタルイメージを生成する電子カメラで
    あって、 前記カメラは、可変シャッタスピードコントロールとア
    ナログイメージ信号を生成するためのアナログイメージ
    信号生成手段とを含むイメージセサアセンブリと、前記
    アナログイメージ信号を受領しかつゲインに応じて増幅
    された前記アナログイメージ信号を出力するよう構成さ
    れたビデオゲイン回路と、A/Dリファレンス入力に応答
    し前記増幅アナログイメージ信号をディジタルイメージ
    信号に変換するように構成されかつA/Dゲインコントロ
    ーラを含むアナログディジタル（A/D）コンバータと、
    を包含しており、 輝度制御回路が、前記ディジタルイメージ信号の受領
    と、前記ディジタルイメージ信号の少なくとも一部分の
    明るさにつれて変化する矯正信号の出力と、をするよう
    構成されていることと； 前記輝度制御回路は、前記カメラによって生成されたビ
    デオフィールド内のピクセルに対応する複数のビットを
    含む第１メモリと；前記ピクセルの有り得る各輝度レベ
    ルでのビンを含む第２メモリと；を備える輝度評価回路
    を含み、かつ；テストビット、評価されるべき前記ピク
    セルに対応する前記テストビット、としての前記ビット
    の予定数を定義すること；前記ビデオフィールド内の前
    記ピクセルを前記第１メモリ内のビットに同期させるこ
    と；前記テストビットに対応する各ピクセル毎に、前記
    ピクセルの輝度に対応する前記ビンを増加させること；
    前記ビン内の値を合算すること；前記合算がいつ予定数
    を超過したかを判定すること；前記予定数を超過する前
    記合算に応答するビン値を定義すること：により、輝度
    評価回路出力信号が決定されることと； 前記矯正信号は、前記ビン値に対応することと； 前記シャッタスピードコントロール、前記ビデオゲイン
    回路のゲイン、及び前記A/Dリファレンズ入力のうちの
    少なくとも１つは、前記矯正信号に応答することと： を特徴とする電子カメラ。
  12. 【請求項１２】前記輝度評価回路は、前記矯正信号から
    導き出されるシャッタトリガパルスを生成することをさ
    らに特徴とし、前記シャッタスピードコントロールが前
    記トリガパルスに応答可能である、請求項11記載の電子
    カメラ。
  13. 【請求項１３】前記輝度評価回路は、前記矯正信号から
    導き出されるディジタル値を生成することをさらに特徴
    とし、前記ビデオゲイン回路が前記ディジタル値に応答
    可能である、請求項11記載の電子カメラ。
  14. 【請求項１４】前記輝度評価回路は、前記矯正信号から
    導き出されるアナログ電圧レベルを生成することをさら
    に特徴とし、前記A/Dゲインコントローラが前記アナロ
    グ電圧レベルに応答可能である、請求項11記載の電子カ
    メラ。
  15. 【請求項１５】電子カメラ製イメージ輝度の評価と前記
    カメラのゲインコントロールの方法であって、 複数のビットを含み、その各々のビットは、前記カメラ
    によって生成されたビデオフィールド内の複数のピクセ
    ルの中の１つに応答している、第１メモリを提供するス
    テップと； 前記ピクセルの有り得る各輝度レベルに応答するビンを
    含む第２メモリを供給するステップと； テストビット、評価されるべきピクセルに応答する前記
    テストビット、としての前記ビットの予定数を定義する
    ステップと； 前記ビデオフィールド内のピクセルを前記第１メモリ内
    のビットに同期させるステップと； テストビットに対応する各ピクセル毎に、前記ピクセル
    の輝度に対応するビンを増加させるステップと； 前記ビン内の値を順番に合算するステップと； 前記合算がいつ予定数を超過したかを判定するステップ
    と； 前記予定数を超過する前記合算に応答するビンの値を定
    義するステップと； 最終ビンの、前記イメージの輝度に対応する、値を出力
    として供給するステップと； を特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】前記テストビットは、前記ビデオフィー
    ルド内でのピクセルパターンを定義することをさらに特
    徴とする請求項15記載のイメージ輝度の評価方法。
  17. 【請求項１７】前記ピクセルパターンは、前記ビデオフ
    ィールドの中心に向かって偏りのあることをさらに特徴
    とする請求項16記載のイメージ輝度の評価方法。
  18. 【請求項１８】前記ピクセルパターンは、前記ビデオフ
    ィールドの中心近傍でほぼ散弾状であることをさらに特
    徴とする請求項16記載のイメージ輝度の評価方法。
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