JP2938338B2 - 二次元コード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ等に情報
を入力するための光学的に読み取り可能なコード、特に
二進コードで表されるデータをセル化して、二次元のマ
トリックス上にパターンとして配置した二次元コードに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に二次元コードの読み取りは、Ｔ
Ｖカメラ等の画像入力装置から画像を取り込み、対象の
二次元コード位置を検出してコードのみを切り出す。次
に切り出された二次元コードからコードの大きさを求
め、データセルの座標を求め、データセルの「０」，
「１」（白，黒）判別をしキャラクター情報に変換す
る。

【０００３】このような二次元コードは、バーコードと
は異なり狭小な面積で比較的多くの情報を持つことがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これまでの二次元コー
ドは、誤り検出・訂正符号などの符号化理論を使用して
高精度の読み取り等ができるように考慮されている。し
かし二次元コードの読み取り処理は、下に述べるごとく
高性能なＣＰＵによるソフトウェア処理に頼っているの
が現状であり、高速読み取りという点で問題がある。

【０００５】これは、二次元コード自体が高速読み取り
に適したコード構成になっておらず、また二次元コード
の回転に対する処理に適したコード構成でもないからで
ある。例えば、特開平２−１２５７９号には、マトリッ
クスの２辺は暗（黒）部のみの辺とし、他の２辺は明
（白）部と暗部とが交互に繰り返す点線状の辺とし、こ
の４辺をその特徴から検出して、マトリックスの方向を
決定しているものである。しかし、このマトリックス
は、得られた画像をあらゆる方向から、上記４辺のパタ
ーンの特徴が現れるまでスキャンして、その位置と回転
角度を決定しなくてはならない。

【０００６】またマトリックスの画像の大きさが一定と
は限らないので、そのセルの位置も予め設定した間隔で
予想するとずれが生じる。また明部や暗部が連続する場
合も、読み取り方式によっては検出にずれを生じる。特
開平２−１２５７９号では、２辺に点線状に明暗のセル
が配置されているので、方向さえ決定されればその２辺
の明暗の位置から、全体のセルの位置を正確に予測で
き、読み取りも正確なものとなる。しかし、このように
大量のセルを各セルの位置を決定させるためのみに使用
することは、マトリックス全体の情報量を低下させるこ
とになり好ましくない。

【０００７】また、特開平２−１２５７９号のマトリッ
クス中では、二進コードを直線状に配置したセルにて一
つのキャラクタを表しているが、このようなセル配置で
は汚れにより多くのデータが読み取り不可能になる恐れ
がある。更に、周囲に配置された特徴的なパターンの４
辺と同じパターンがデータ領域にも生じることがあり、
また読み取り方向によっても周囲の４辺と同じパターン
が生じることもある。したがって読み取りに複雑な処理
が必要であり、読み取りにも時間がかかる恐れがあっ
た。

【０００８】元来、二次元コードは、バーコードなどに
比べて処理するデータ量が多いために、デコード時間が
非常にかかる。このことに加えて、上述した問題点か
ら、取り込んだ画像データから二次元コードだけを切り
出す処理に時間がかかった。更に、それ以前に、二次元
コードが一定しないあらゆる角度の回転状態で読み取り
装置に入力されるので回転角度検出、座標変換処理が必
要になり、デコード前処理にも時間がかかった。更に、
二次元コードは二次的に情報を持つため小さい面積に多
くの情報が集積されているので、コード自体汚れに対し
て弱い。

【０００９】よって本発明は、全方向で高速読み取りが
でき、さらに読み取り精度が高くデータ比率（コード内
に占めるデータ領域の比率）の高い二次元コードを提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
二進コードで表されるデータをセル化して、二次元のマ
トリックス上にパターンとして配置した二次元コードに
おいて、前記マトリックス内の、少なくとも２個所の所
定位置に、各々中心をあらゆる角度で横切る走査線にお
いて同じ周波数成分比が得られるパターンの位置決め用
シンボルを配置したことを特徴とする二次元コードにあ
る。

【００１１】請求項２記載の発明は、上記所定位置がマ
トリックスの頂点である請求項１記載の二次元コードに
ある。請求項３記載の発明は、上記位置決め用シンボル
が、同心状に相似形の図形が重なり合う形であることを
特徴とする請求項１または２記載の二次元コードにあ
る。

【００１２】請求項４記載の発明は、前記マトリックス
の内部に、セル化された前記データの位置を特定するた
めの、前記位置決め用シンボルと予め定められた位置関
係にある交互に明暗のセルが、直線状に配置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の二次元コード
にある。

【００１３】請求項５記載の発明は、前記マトリックス
内にデータ領域として設定されたパターンとデータ領域
以外に設定された部分のパターンとを有し、前記位置決
め用シンボルの前記パターンは前記データ領域以外に設
定された部分のパターン内に属しており、前記データ領
域として設定されたパターンに対して所定の変換処理を
することにより、前記データ領域として設定されたパタ
ーンを前記データ領域以外に設定された部分のパターン
とは異なる特徴のパターンとしたことを特徴とする請求
項１または２記載の二次元コードにある。

【００１４】請求項６記載の発明は、前記位置決め用シ
ンボルが３箇所のみに設けられていることを特徴とする
請求項１または２記載の二次元コードにある。

【００１５】請求項７記載の発明は、前記位置決め用シ
ンボルが配置されていない前記マトリックスの頂点に、
頂点検出用セルを配置したことを特徴とする請求項１お
よび２および６のうちいずれか１項に記載の二次元コー
ドにある。請求項８記載の発明は、前記位置決め用シン
ボルが前記マトリックスの四隅にそれぞれ設けられてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の二次元コー
ドにある。 請求項９記載の発明は、前記マトリックスの
形が正方形であり、前記位置決め用シンボルの形が、暗
部からなる正方形内の中心に明部からなる縮小した正方
形が形成され、該明部からなる縮小した正方形内の中心
に暗部からなる更に縮小した正方形が形成されている形
であることを特徴とする請求項３記載の二次元コードに
ある。 請求項１０記載の発明は、前記所定の変換処理
は、前記データ領域に対応するマトリックスに変換用の
所定パターンを形成し、該変換用の所定パターンと前記
データ領域として設定されたパターンとの排他的論理和
を取る処理から成ることを特徴とする請求項５記載の二
次元コードにある。 請求項１１記載の発明は、前記周波
数成分比が暗：明：暗：明：暗＝１：１：３：１：１で
あることを特徴とする請求項３または９記載の二次元コ
ードにある。 請求項１２記載の発明は、 前記３個の位
置決め用シンボルの中心座標と前記マトリックスの頂点
の座標と前記二次元コードの外形と前記二次元コードの
傾きとの間に所定の計算上の関係が存在することを特徴
とする請求項６記載の二次元コードにある。 請求項１３
記載の発明は、前記データ領域として設定されたパター
ンがセル群に分割されており、この分割された各々のセ
ル群は単一のセルが一方向のみに連続した細長い長方形
でなく、縦横それぞれに複数のセルを積んだものから成
ることを特徴とする請求項５記載の二次元コードにあ
る。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明は、マトリックス内の、少
なくとも２個所の所定位置に、各々中心をあらゆる角度
で横切る走査線において同じ周波数成分比が得られるパ
ターンの位置決め用シンボルが配置されている。したが
ってこの位置決め用シンボルについてはいかなる方向か
ら読み取っても、同じ特徴的な周波数成分比が得られる
ため、角度を変えてスキャンし直すことがなく、早期に
かつ容易にマトリックス内の少なくとも所定位置２個所
が判明する。マトリックスの所定個所２個所が判明すれ
ば、その間の距離や角度からマトリックス全体の位置や
回転角度の算出は容易である。

【００１７】上記マトリックス内の所定位置は、マトリ
ックスの頂点であってもよい。マトリックスの頂点であ
れば、スキャンによる探索も早期に発見が可能であり、
二次元コードの外形等も得易い。また探索において他の
コードパターンに邪魔されにくい。

【００１８】前記位置決め用シンボルは、マトリックス
の頂点の内、少なくとも２個所に同心状に相似形の図形
が重なり合う形であってもよい。ここで同じ周波数成分
比が得られるパターンとは、いずれの方向からそのほぼ
中心部を通ってスキャンしても、相似の明暗パターンを
示すものである。例えば同心状に相似形の図形が重なり
合う形である。具体的には、暗部からなる正方形内の中
心に明部からなる縮小した正方形が形成され、その内の
中心に暗部からなる更に縮小した正方形が形成されてい
るパターンである。そして、その場合の周波数成分比と
しては、例えば暗：明：暗：明：暗＝１：１：３：１：
１とすることが考えられる。また、図形も正方形ばかり
でなく、円形、六角形、その他各種の図形、特に正多角
形や円形、楕円形が挙げられる。しかし、マトリックス
の形は正方形が普通であり、位置決め用シンボルもその
形に適合している正方形がスペースの無駄が最小となる
ので好ましい。特に正方形が一層無駄が少ないので好ま
しい。なお、位置決めシンボルについては、３箇所のみ
に設けてもよいし、マトリックスの四隅にそれぞれ設け
てもよい。マトリックスの四隅それぞれに設ければ、そ
の位置決めシンボルの位置から直接、２次元コードの外
形を把握することができ、また傾きも把握できる。一
方、３箇所のみに設けた場合には、例えば、その３個の
位置決め用シンボルの中心座標とマトリックスの頂点の
座標と二次元コードの外形と二次元コードの傾きとの間
に成立する所定の計算上の関係が分かれば、二次元コー
ドの外形や傾きを把握することができる。

【００１９】請求項４記載の発明は、前記マトリックス
の内部に、セル化されたデータの位置を特定するため
の、位置決め用シンボルと予め定められた位置関係にあ
る交互に明暗のセルが、直線状に配置されていることを
特徴としている。交互に明暗のセルを配置すると、明
（白）または暗（黒）のセルが連続している場合に比較
して、セル単位の位置が判別し易い。また、位置決め用
シンボルと予め定められた位置関係で直線状に配置すれ
ばよいので、例えば、この交互に明暗とされたセル（以
下、交互明暗セルともいう）の配列については、辺に平
行に配置してもよいし、頂点から所定の傾斜で配置して
もよい。但し、辺に平行である場合には、少なくとも縦
方向と横方向との２方向に設けないとマトリックス内の
全セルの位置に対応することができない。それに対し
て、正方形のマトリックスの場合、頂点から１／１の傾
斜で交互明暗セルを配置すると、マトリックスの１辺分
のセルを利用するのみでよいので、スペースが他の有用
な情報に有効に利用できる。

【００２０】勿論、頂点から対角線状に配置すると、交
互明暗セルの位置が検索し易くなるので好ましいが、辺
の途中からでもよい。その場合には、マトリックス内に
は複数本の１／１傾斜の交互明暗セルの配置がなされる
ことになる。また正方形でないマトリックスの場合は、
頂点から１／１の傾斜で交互明暗セルを配置しただけで
は、対角の頂点と頂点とを結ぶことはできないので、そ
のままでは、全セルに対応することはできないが、他の
頂点から配置された１／１傾斜の交互明暗セルで対応す
ることができる。更にそれでも対応できない場合は、辺
の途中から配置された１／１の傾斜の交互明暗セルを設
けることにより対応することができる。このようにして
も、縦横に交互明暗セルを配置するよりは、スペースの
有効利用となる。

【００２１】データ領域の各キャラクタを表現するセル
群を二次元状にまとめて配置してもよい。このようにす
ると、同じ汚れの面積でも、その汚れに一部でも覆われ
るキャラクタが少なくて済み、読み取れなくなるキャラ
クタが少なくて済む。二次元にまとめる形式は、例えば
正方形や長方形にまとめたり、キャラクタ単位のセルの
数からして正方形や長方形にならない場合は、２つのキ
ャラクタを組み合わせることにより正方形や長方形を実
現しても良い。

【００２２】前記二次元コードはそのままマトリックス
に配置するのではなく、所定の変換処理をすることによ
り、パターンを所望のパターンに変換してもよい。例え
ば、前記マトリックス内にデータ領域として設定された
パターンとデータ領域以外に設定された部分のパターン
とを有し、前記位置決め用シンボルの前記パターンは前
記データ領域以外に設定された部分のパターン内に属し
ており、前記データ領域として設定されたパターンに対
して所定の変換処理をすることにより、前記データ領域
として設定されたパターンを前記データ領域以外に設定
された部分のパターンとは異なる特徴のパターンとする
のである。データ領域以外に設定された部分のパターン
とは、例えば、前記位置決め用シンボル、あるいは前記
交互明暗セル等であり、それらの特徴的なパターンは、
初期に検出されなくてはならないパターンであるので、
データ領域内には、それらの特徴的なパターンがなるべ
く少なくなるように所定の変換処理をする。

【００２３】例えば、この所定の変換処理としては、前
記データ領域に対応するマトリックスに変換用の所定パ
ターンを形成し、該変換用の所定パターンと前記データ
領域として設定されたパターンとの排他的論理和（Ｅｘ
ＯＲ）を取る処理とすることが考えられる。勿論、一つ
の所定パターンでは、変換後に所望のパターンが形成さ
れるとは限らないので、複数の所定パターンを用意して
おき、各々にて変換し、その結果、得られた複数パター
ンの内から所望のパターン、即ちデータ領域以外に設定
された部分のパターンとは一番異なる特徴のパターンを
選択すれば良い。また、データ領域に関して言えば、デ
ータ領域として設定されたパターンがセル群に分割され
ており、この分割された各々のセル群は単一のセルが一
方向のみに連続した細長い長方形でなく、縦横それぞれ
に複数のセルを積んだものから成るようにすることもで
きる。

【００２４】尚、上記各請求項において、位置決め用シ
ンボルが配置されていないマトリックスの頂点に、頂点
検出用セルを配置してもよい。このことによりその頂点
を検出容易とできる。

【００２５】

【実施例】図１に一実施例としての二次元コード１の構
成を示す。本二次元コード１は、３個の位置決め用シン
ボル２、データ領域３、タイミングセル４、頂点検出用
セル５から構成されている。これら全体はセル数が縦横
同数（２１セル×２１セル）の正方形状に配置されてい
る。各セルは、光学的に異なった２種類のセルから選ば
れており、図および説明上では白（明）・黒（暗）で区
別して表す。尚、タイミングセル４は、１／１傾斜の交
互明暗セルに該当し、頂点検出用セル５はタイミングセ
ル４も兼ねている。また、図１では便宜上データ領域３
にはまだデータが記載されていない白紙の状態を示して
いる。

【００２６】位置決め用シンボル２は、二次元コード１
の４つの頂点の内、３つに配置されている。そのセルの
明暗配置は、黒部からなる正方形２ａ内の中心に白部か
らなる縮小した正方形２ｂが形成され、その内の中心に
黒部からなる更に縮小した正方形２ｃが形成されている
パターンである。

【００２７】この位置決め用シンボル２をスキャンした
場合の明暗検出を図２に示す。図２（Ａ）に示すよう
に、位置決め用シンボル２の中心を代表的な角度で横切
る走査線（ａ），（ｂ），（ｃ）での明暗検出パターン
は、図２（Ｂ）に示すごとく、すべて同じ周波数成分比
を持つ構造になっている。即ち、位置決め用シンボル２
の中心を横切るそれぞれの走査線（ａ），（ｂ），
（ｃ）の周波数成分比は暗：明：暗：明：暗＝１：１：
３：１：１となっている。勿論、走査線（ａ），
（ｂ），（ｃ）の中間の角度の走査線においても比率は
１：１：３：１：１である。

【００２８】このことにより、二次元コードがいかなる
方向に回転していても、一定方向の走査処理のみで位置
決め用シンボル２の持つ特定周波数成分比を検出するこ
とができる。このため走査方向を繰り返し何度も変更し
て基準となる所定のパターンを検出する必要がない。し
たがって、位置決め用シンボル２の中心位置が容易に早
期に判明するので、二次元コード１の位置が迅速に特定
でき、その後の処理も早期に開始できる。

【００２９】またこのように少なくとも位置決めは一方
向のスキャンのみで済むので、ＴＶカメラ等の画像検出
装置から取り込んだ画像に、二次元コード１以外の各種
のノイズが検出されていても、ノイズが二次元コード１
か否かをスキャンする方向を変えて何度も判定処理する
ことがなく、直ちに二次元コード１の位置が判明する。
更にそれ以後は検出された位置決め用シンボル２の周辺
だけを検索すればよく、高速にデータ領域のコードが切
り出される。また、特定周波数成分比を検出する手段
は、ハードウェア処理に適しており、ＴＶカメラ等から
の画像取り込みと並列した処理ができることとなり、さ
らに高速にコードを切り出すことができる。

【００３０】次に図３を参照して、位置決め用シンボル
２をコードの頂点に２個以上配置することにより、二次
元コードの外形を簡単に求めることができることを説明
する。図３（ａ）は、位置決め用シンボル２を頂点に３
個配置した二次元コード８の例を示す。３個の位置決め
用シンボル２の中心位置が分かれば、その中心座標から
二次元コード８の３頂点の座標は計算で求められる。こ
の３頂点の座標（ｘ₀，ｙ₀），（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，
ｙ₂）から式１，２による計算から残りの頂点座標
（Ｘ₀，Ｙ₀）を求めることができ、二次元コード８の外
形が分かる。さらに、二次元コード８の傾きθ₁も式３
の計算で求められる。

【００３１】

【数１】

【００３２】勿論、残りの頂点座標（Ｘ₀，Ｙ₀）につい
ては、３個の位置決め用シンボル２の中心位置から直接
求めることもできる。また、図３（ａ）のごとく、位置
決め用シンボル２を配置していない頂点に頂点検出用セ
ル５を配置し、式１，２の計算で求めた頂点座標
（Ｘ₀，Ｙ₀）の近傍を検索し、検出された頂点検出用セ
ル５の座標を正確な頂点座標（Ｘ₀，Ｙ₀）とすることに
より、歪んだ二次元コードでも精度良く二次元コードの
外形を求めることができる。勿論、歪む恐れがなければ
頂点検出用セル５を用いなくてもよい。

【００３３】図３（ｂ）に示すごとくの二次元コード９
としてもよい。本二次元コード９は、図３（ａ）の二次
元コード８が３つの頂点に、位置決め用シンボル２を配
置しているのに対し、二次元コード９の対角する２つの
頂点に位置決め用シンボル２を配置している。勿論、歪
む恐れがあれば頂点検出用セル５を用いる。この場合で
も式４〜８のように二次元コード９の外形及び傾きθ₂
がもとめられる。この場合は、データ比率が大きくなる
利点があるが、二次元コード９の回転位置を決定するた
めの方向決め用シンボル１１が必要となる。

【００３４】

【数２】

【００３５】図３（ｃ）に位置決め用シンボル２を二次
元コード１３の全ての頂点に配置した場合を示す。この
場合、歪んだ二次元コード１３でも直接に二次元コード
１３の外形を求めることができる。傾きθ₃はｔａｎ^-1
（ｙ₁−ｙ₀／ｘ₁−ｘ₀）にて求められる。ただし、デー
タ比率は低くなる。またこの場合も位置決め用シンボル
２を全ての頂点に配置した場合コードの方向が分からな
くなる。そのために、方向を決める方向決め用シンボル
１１を配置することによりコードの方向が特定できる。

【００３６】図１に示すごとく交互明暗セルであるタイ
ミングセル４は、二次元コード１の頂点１ａから対角線
上に白のセル４ａ、黒のセル４ｂを交互に配置した構造
になっている。即ち、１／１の傾斜で二次元コード１の
データ領域３内に設けられている。このタイミングセル
４は、各データセルの座標を正確に検出するために使用
される。

【００３７】タイミングセル４の代表的な配置を図４
（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）のタイミングセル４
は、対角線状に一方の頂点Ｐ１から他方の頂点Ｐ３に向
かって、右下方向へ移動して行く状態で交互に明暗のセ
ル４ａ，４ｂを配置して行くことにより形成される。

【００３８】このタイミングセル４を用いてデータ領域
３の各データセルの座標を求めるには、まず各タイミン
グセル４の中心座標を求め、二次元コードの２辺Ｌ１，
Ｌ２に平行に、この各セルの中心座標を通る仮想線ｉ，
ｊを引き、これらの仮想線ｉ，ｊの交点を各データセル
の座標とする。このように、タイミングセル４を使用し
てデータセルの座標を求めると、二次元コード全体の大
きさから縦横のセル数で割って求めるより、誤差及びコ
ードの歪みの影響を無くすことができ、読み取りが一層
正確なものとなる。

【００３９】従来は、図１８に示すように、タイミング
セル４が二次元コードの隣合う２辺に配置されていたの
で、例えば、タイミングセル４の数は９×９のマトリッ
クス（図１８）では１７セル必要であった。しかし、図
４（ａ）の９×９のマトリックスでは９セルで済み、デ
ータ以外のセルの使用を少なくでき二次元コードのデー
タ比率を高くすることができる。

【００４０】コードが正方形で無い場合は、タイミング
セル４を辺の途中から斜めに配置させれば良い。例えば
図４（ｂ）のように、頂点Ｐ１３から１／１の傾斜で配
置されるタイミングセル４は、領域Ｒ₁ついては上記仮
想線の交点が形成できるが、領域Ｒ₂については一方の
仮想線（この場合は縦方向のみ）しか得られないので交
点が存在しない。勿論、一方の仮想線のみでもデータセ
ル座標決定に有用であるが、領域Ｒ₂に示したように、
横方向の仮想線を生成するタイミングセル４ｙを用意す
ればデータ領域の全てのセルの座標を正確に特定でき
る。

【００４１】尚、図１の場合は、データ領域３の内、突
出している領域３ａ，３ｂについては、タイミングセル
４からは縦横の一方の仮想線しか描くことはできない。
しかし、狭小な範囲であるので、上述したように一本の
仮想線でも比較的正確となり、実質的には問題ない。ま
た領域３ａ，３ｂは位置決め用シンボル２にて挟まれて
いる領域であるので、その位置決め用シンボル２の明暗
から仮想線を引き出せば、交点は得られ、一層正確に座
標位置を決定できる。

【００４２】次に、データ領域３内に表示されているデ
ータは、一般的にコードの汚れや破損等に対しても復元
出来る誤り訂正符号と誤り検出をするＣＲＣ符号を付加
してコード化されている。特に、コードの汚れや破損に
対してはバースト誤り訂正符号が適しており、誤り訂正
効率の良いリードソロモン符号が良く知られている。

【００４３】本実施例では、このバースト誤り訂正符号
でコード化された各キャラクタデータ（複数ビットで表
される）をデータセル領域に割り当てる。割り当てた状
態を図５に示す。個々のキャラクタは、各ビットに該当
するセル６ａをバラバラに配置するのではなく、なるべ
く正方形に近くなるようにセル６ａをまとめて配置する
ことが好ましい。図５の例では、キャラクタのデータが
８ビットとパリティが１ビットの９セル（ｂ０〜ｂ８）
で構成されている場合を示している。このようにキャラ
クタの各セル群６を正方形に近くなるように配置するこ
とにより、汚れや破損に対してのキャラクタ単位での損
傷が少なくすみ、誤り訂正範囲内に入り易く読み取り性
能が高くなる。

【００４４】図６（ａ），（ｂ）は、キャラクタの各セ
ル群６を正方形（二次元状）にまとめて配置した二次元
コード２１の場合の方が、単に一次元状（線状）に配列
した二次元コード２３の場合よりも汚れに対しての読み
取りが有利であることを説明するものである。図６
（ａ）は、キャラクタのセル群６を正方形に配置した二
次元コード２１に汚れ１６が付いた場合を示している。
この場合は、キャラクタが４個分まで潰れてしまう汚れ
の最大の大きさを示したものである。第６図（ｂ）は、
キャラクタのセル群６を線状に配列した二次元コード２
３に汚れ１６が付いた場合を示している。キャラクタ４
個分まで潰れてしまう汚れの最大の大きさを示したもの
である。

【００４５】汚れや破損は、どのような形で、またどの
ような角度で付くか分からないので、図６（ｃ）のよう
な形の汚れ１６ａは、直径Ｄの円状の汚れ１６としてキ
ャラクタのセル群６に影響を与えると考えられる。よっ
て、キャラクタのセル群６を正方形（３セル×３セル）
に配置した場合は、図６（ａ）のように、キャラクタ４
個分が潰れる最大の汚れは直径６セル分である。また、
キャラクタのセル群６を細長い長方形（１セル×９セ
ル）に配置した場合は、図６（ｂ）のように、キャラク
タ４個分が潰れる最大の汚れは直径４セル分である。こ
のように汚れや破損に関しては、キャラクタのセル群６
をより正方形に近い形で配置した方が潰れるキャラクタ
の数が少なく、誤り訂正範囲内におさまり読み取りに有
利である。

【００４６】以上のようにしてデータをキャラクタ毎に
データ領域３のセルに割付け、あらかじめ決められたキ
ャラクタ・フォーマットに従いキャラクタのセル群６内
の各セル６ａに白，黒を配置する。このようにして、二
次元コード１の構造は完成する。

【００４７】次にデータによっては以下のような構成と
しても良い。即ち、単にコード化したデータを配置した
場合に、白セルや黒セルが連続したり、白セルあるいは
黒セルばかりのバランスの良くないコードとなった場合
の対策である。このような場合は、次に述べるごとく２
値化が精度良くできなくなるので、複雑な処理と時間を
かけなければならない。一般的に２値化回路は、高速処
理が可能で、背景の明るさ変動に対応できる図７（ａ）
のような、コンパレータ３０を用いた追従型が使用され
る。この場合、白あるいは黒セルが連続すると図７
（ｂ）のように、追従波形３２が入力波形３１の白また
は黒レベルに近づき、次に変化するセルの２値化が忠実
にできなくなり、２値化信号３３は実際のセル幅よりも
細くなったり太くなったりする。

【００４８】また、位置決め用シンボル２と同じ周波数
成分比を持つパターンがデータ領域３内に存在する可能
性があり、当然、位置決め用シンボル２と同じ周波数成
分比がデータ領域３から発生してしまうので、位置決め
用シンボル２との区別が付かなくなる。この場合は、位
置決め用シンボル２と同じ周波数成分比を検出した位置
を含めて、二次元コードの頂点に配置されている位置決
め用シンボル２を検出しなければならないため、二次元
コードの外形を求める処理時間がかかる。これは、デー
タ領域３内の位置決め用シンボル２と同じ周波数成分比
が多いほど処理時間がかかることになる。

【００４９】この問題を解決するために、データ領域３
及びキャラクタのセル群６の中にダミーセルを持たせ、
条件に応じて白，黒を割り付ける方法と、データ領域３
に白セル、黒セルを配置した後に、ある規則でセルの特
徴を変化させる方法とがあり、いずれを用いても良い。
しかし前者は、データ以外の余分なセルを必要としデー
タ比率が低くなる傾向にある。

【００５０】後者は、セルの特徴を変化させる規則を見
つけるのが一般的に難しいと言われているが、あらかじ
め決まった何種類かの規則を用意し、すべての規則でデ
ータ領域３のセル特徴を変化させてみて、その中で一番
良い規則を選択すれば簡単に行える。この例を図８に示
す。

【００５１】図８の最上列左側はデータを仮配置した二
次元コード４１であり、中央と右側は乱数及び規則性を
持ったセル特徴の変化用マトリックスパターン４２ａ，
４２ｂである。この仮配置した二次元コード４１とセル
特徴の変化用マトリックスパターン４２ａ，４２ｂの個
々のセルに対応させて、セル特徴の変化用マトリックス
パターン４２ａ，４２ｂの黒セル部分４３ａに相当する
仮配置した二次元コード４１上のセルの特徴を反転さ
せ、白セル部分４３ｂに相当する二次元コード４１上の
セルは変化させない。つまり、データを仮配置した二次
元コード４１とセル特徴の変化用マトリックスパターン
４２ａ，４２ｂとのＥｘｃｌｕｓｉｖｅ−ＯＲをとれば
良い。これを、用意されている全てのマトリックスパタ
ーン４２で実施する。その結果、適用したマトリックス
パターン４２の数だけ得られているパターン４５から、
白セル及び黒セルの連続が少なく、またデータ領域３で
位置決め用シンボル２と同じ周波数成分比を持つ部分が
少ないか、または無いものを、一番良いデータ（最適配
置パターン）として最終の二次元コード４６とする。図
８の例では、パターン４５の内、左側のパターン４５ａ
が選ばれる。尚、この処理はデータ領域３のセルだけに
ついて行う。

【００５２】この二次元コード４６をデコードする場合
は、単一のマトリックスパターン４２のみで処理してい
る場合は直ちにデコードできるが、複数のマトリックス
パターン４２から選択されて変換処理されている場合
は、どのセル特徴の変化用マトリックスパターン４２を
使用したかを判別する必要がある。よって、二次元コー
ド４６の変換処理に使用したセル特徴の変化用マトリッ
クスパターン４２の種別情報４７をデータとして二次元
コード４６内に入れて置くと良い。これにより、デコー
ド処理は二次元コード４６内から変換処理に使用したマ
トリックスパターン情報４７を読み取り、これに対応し
たセル特徴の変化用マトリックスパターン４２とＥｘｃ
ｌｕｓｉｖｅ−ＯＲをとるだけで簡単に元のデータセル
に変換できる。

【００５３】次に、上述した各二次元コードをさらに性
能良く、使い易いものにする手段について説明する。
尚、図９に示すごとく、二次元コード１の周囲にダミー
の線を配置しても良い。図９（ａ）は、位置決め用シン
ボル２及び二次元コード５１の周辺部のセルが精度良く
２値化できるように、二次元コード５１の周囲をダミー
の黒線５１ａで囲った例である。一般的に二次元コード
の周囲は余白であるために、切り出し用シンボル２と二
次元コード５１の周辺の黒セルは図７で説明したように
精度良く２値化ができなくなる恐れがある。よって二次
元コード５１の周囲をダミーの黒線５１ａで囲うことに
より、位置決め用シンボル２及び二次元コード５１の周
辺の黒セルの２値化精度を良くすることができる。

【００５４】位置決め用シンボル２は全体の位置決めに
特に重要であり、その周波数成分を精度良く検出するた
めに、図９（ｂ）に示すごとく、二次元コード５２の
内、切り出しシンボル２の回りだけにダミーの黒線５２
ａを配置してもよい。これにより位置決め用シンボル２
だけを精度良く２値化させることができる。

【００５５】また、運用上、二次元コードを無効にした
い場合がある。一般的なバーコードが図１９に示すごと
く、バーコード１３０上に線１３１を引くだけで、簡単
に読み取り不能とできるのに対して、二次元コードの場
合は、そもそも二次元に配置されているため無効のため
の線も十分な長さが必要であることと、場合により上述
したごとくの誤り訂正符号が入っているので、簡単に線
を引くだけで読めなくすることはできない場合がある。

【００５６】したがって、図１０のように、二次元コー
ド５５内にコード読み取り禁止用セル５８を設け、その
セル５８を黒く塗りつぶすことによりリーダに読み取ら
せないようにすればよい。即ち、読み取り側の処理で読
み取り禁止用セル５８をデコードの前にチェックして、
そこが黒であれば、デコード処理に入らないようにすれ
ばよい。

【００５７】また、図１０内に示したように、二次元コ
ード５５内に重要なデータ５９がある場合、あるいは使
用したセル特徴の変化用マトリックスパターンの情報７
がある場合は、少なくとも離れた位置に１つ以上同じ情
報５９ａ，７ａを配置してもよい。このことにより、汚
れ、破損、背景の明るさ変動などがあって、一方が読み
取れない場合でも、他方でその重要なデータ５９，５９
ａ及び使用したセル特徴の変化用マトリックスパターン
の情報７，７ａが読み取れ、読み取り性能が向上する。

【００５８】上記実施例では、位置決め用シンボル２を
二重の正方形で、中心を横切る周波数成分比が黒：白：
黒：白：黒＝１：１：３：１：１の図形で示したが、図
１１（ａ）のように円形でもよく、図１１（ｂ）のよう
に六角形でもよく、また他の正多角形でも良い。即ち、
同心状に相似形の図形が重なり合う形に形成したもので
あればよい。さらに、中心を横切る周波数成分比があら
ゆる角度で同じならば、図１１（ｃ）に示すごとく、上
記図形を何重にしても良い。

【００５９】また、キャラクタのセル群６の配置におい
ては、１つのキャラクタで正方形になるようにしたが、
図１２（ａ）のように、２つのキャラクタのセル群６
６，６７を合わせて正方形になるようにしても良い。ま
た図１２（ｂ）のように正方形に配置出来ない場合は、
２つのキャラクタのセル群６９，７０を合わせて縦横の
比が１に近くなるように配置しても良い。

【００６０】さらに、本実施例では、二次元コード１の
外形を正方形で示したが、長方形でも良い。特に、ハン
ディタイプのスキャナで読み取る場合等で、読み取り操
作により二次元コードの回転位置にあわせてスキャナの
位置を回転させて読み取りが可能なときには、図１３の
ように二次元コード７１の外形を水平・垂直の解像度に
比例したものにすることが望ましい。このような二次元
コード７１の外形にすることにより、読み取りエリア７
２の範囲内で最も効率よくデータセルを配置でき、デー
タ量を極力多くすることができる。

【００６１】次に、二次元コードの符号化から印刷まで
の処理を図１４で説明する。この処理は図示しない二次
元コード印刷機のデータ処理装置にて実行されるもので
ある。まず、データを作業メモリにセットして（ステッ
プ１０１）、二次元コードに符号化する対象データを
「０」、「１」の２値に符号化する（ステップ１０
２）。そして、誤り検出符号（ＣＲＣ）と誤り訂正符号
をデータに付加する（ステップ１０３，１０４）。これ
を決められた規則で二次元配置し（ステップ１０５）、
用意されているセル特徴の変化用マトリックスパターン
とＥｘｃｌｕｓｉｖｅ−ＯＲを取り（ステップ１０
６）、その結果から最適配置パターンを求め（ステップ
１０７）、二次元コードに配置して（ステップ１０
８）、印刷をする（ステップ１０９）。

【００６２】次に、図１５，１６のフローチャートによ
り読み取り処理について説明する。この処理は図１７に
示すデコーダ５００により二次元コード８１をＣＣＤ５
００ａにて読み取ることにより開始される。まず、ＣＣ
Ｄ５００ａ側から読み込まれた画像信号の２値化がなさ
れる（ステップ３００）。この２値化された画像がハー
ド処理にて順次メモリに格納される（ステップ３１
０）。これと並列のハード処理にてこの２値画像から、
位置決め用シンボル２の位置座標が検出される（ステッ
プ３２０）。

【００６３】次に位置決め用シンボル２が３個以上見つ
けられたか否かが判定される（ステップ３３０）。この
場合は図１と同じ位置決め用シンボル２が３個の二次元
コード８１の検出であることから、３個存在しなければ
次の処理に移れない。したがってステップ３００の処理
に戻り、再度画像の読み直しをすることになる。尚、検
出される位置決め用シンボル２は３個でなく４個以上の
場合もある。これは二次元コード８１内の他の領域、あ
るいは二次元コード８１外の領域に位置決め用シンボル
２と同じ周波数成分比のパターンが存在することを示し
ている。

【００６４】次に見つかった位置決め用シンボル２（実
際は候補）の内から、３個選択し（ステップ３４０）、
位置決め用シンボル２の存在しないもう一つの頂点を計
算で求める（ステップ３５０）。次にその該当する個所
に頂点検出用セル５が存在するか否かを判定する（ステ
ップ３６０）。検出されなければ選択・組合せが良くな
いことになり、位置決め用シンボル２の他の組合せが有
るか否かが判定されて（ステップ３７０）、組合せが有
る内はステップ３４０に戻り再度選択し直す。選択・組
合せを変えて頂点検出用セル５の検出処理を繰り返して
も、頂点検出用セル５が検出されなければステップ３７
０では「ＮＯ」とされて再度ステップ３００の画像の２
値化処理からやり直す。

【００６５】ステップ３６０にて頂点検出用セル５が検
出されれば、次にその頂点検出用セル５から対角線に沿
って交互明暗セルからなるタイミングセル４を一つ一つ
辿って、各タイミングセル４の画像からその各中心座標
を決定する（ステップ３８０）。そしてこのタイミング
セル４の各中心座標から前述のごとく仮想線を考えて全
データセルの中心座標を決定する（ステップ３９０）。

【００６６】こうして全データセルの中心座標が決定し
たので、その白黒の判別を画像データに基づいて行う
（ステップ４００）。次いで、セル特徴の変化用マトリ
ックスパターン情報７の読み取りが行われる（ステップ
４１０）。このセル特徴の変化用マトリックスパターン
情報７に示されているセル特徴の変化用マトリックスパ
ターンをＲＯＭ，ＲＡＭあるいは図示しない外部記憶装
置から読み出して、そのパターンとのＥｘｃｌｕｓｉｖ
ｅ−ＯＲを取り、データセルの内容を元の状態に戻す
（ステップ４２０）。

【００６７】以上のステップ４１０，４２０の処理は、
セル特徴を変化させていない二次元コードの場合には実
行する必要はない。次にデータセルを個別のキャラクタ
セルに分割する（ステップ４３０）。勿論、図６
（ａ），（ｂ）あるいは図１２（ａ），（ｂ）に示した
キャラクタセルの配置に応じて、データセルをセル群に
分割する。

【００６８】この各セル群から個別のデータ、ここでは
キャラクタ（文字）に変換する（ステップ４４０）。次
に誤り訂正符号による誤り検出を行い、誤りがないか否
かが判定される（ステップ４５０）。誤りがある場合に
は、データの誤り訂正が行われる（ステップ４６０）。
ステップ４５０において誤りがない場合、あるいはデー
タの誤り訂正の後に、誤り検出符号（ＣＲＣ符号）によ
る誤り検出が行われ（ステップ４７０）、誤りなしなら
ば処理は終了する。誤り有りならば、再度ステップ３０
０の処理から再度開始される。

【００６９】このようにして、二次元コードからデータ
が得られると、図示しないホストコンピュータ側にデー
タ送信され、ホストコンピュータ側ではこのデータに基
づいて、所定の制御を実施する。

【００７０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、位置決め用シン
ボルについてはいかなる方向から読み取っても、同じ特
徴的な周波数成分比が得られるため、角度を変えてスキ
ャンし直すことがなく、早期にかつ容易にマトリックス
内の少なくとも所定位置２個所が判明する。マトリック
スの所定個所２個所が判明すれば、その間の距離や角度
からマトリックス全体の位置や回転角度の算出は容易で
ある。

【００７１】上記マトリックス内の所定位置がマトリッ
クスの頂点であれば、スキャンによる探索も早期に発見
が可能であり、探索が他のコードパターンに邪魔されに
くい。マトリックスは通常、正方形や長方形であり、そ
の形に適合している正方形や長方形を位置決め用シンボ
ルとすると、スペースの無駄が最小となるので好まし
い。特に正方形が一層無駄が少ないので好ましい。

【００７２】マトリックス内部の交互明暗セルに基づけ
ば、セル化されたデータの位置を特定することができ
る。特に交互に明暗のセルを配置しているため、明
（白）または暗（黒）のセルが連続している場合に比較
して、セル単位の位置が判別し易い。そして、１／１の
傾斜で交互に明暗のセルを配置すると、マトリックス内
で交互明暗セルを比較的少ない数で利用するのみでよい
ので、スペースが他の有用な情報に有効に利用できる。
また各キャラクタを表現するセル群を二次元状にまとめ
て配置すると、同じ汚れの面積でも、その汚れに一部で
も被われるキャラクタが少なくて済み、読み取れなくな
るキャラクタが少なくて済む。

【００７３】前記位置決め用シンボル、あるいは交互明
暗セル等の特徴的なパターンとは異なるようにデータを
変換処理をすると、位置決め用シンボルや交互明暗セル
等との区別が容易となり、処理も簡単化し迅速となる。
また前記位置決め用シンボルが配置されていないマトリ
ックスの頂点に頂点検出用セルを配置すると、その頂点
の検出が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 二次元コードの一実施例の説明図である。

【図２】 位置決め用シンボルの周波数特性説明図であ
る。

【図３】 位置決め用シンボルの配置と処理の説明図で
ある。

【図４】 タイミングセルの配置状態説明図である。

【図５】 キャラクタ割付け状態説明図である。

【図６】 汚れによる影響の説明図である。

【図７】 ２値化回路の特性説明図である。

【図８】 データ以外に設定された部分のパターンとは
異なる特徴のパターンを生成する説明図である。

【図９】 二次元コードの周囲にダミーの線を配置する
説明図である。

【図１０】 二次元コードの他の実施例の説明図であ
る。

【図１１】 位置決め用シンボルの他の例の説明図であ
る。

【図１２】 キャラクタの他の割付け状態を示すセル群
の形状説明図である。

【図１３】 長方形状の二次元コードの実施例の説明図
である。

【図１４】 二次元コードの符号化から印刷までの処理
を表すフローチャートである。

【図１５】 二次元コード読み取り処理のフローチャー
トである。

【図１６】 二次元コード読み取り処理のフローチャー
トである。

【図１７】 読み取り装置の構成説明図である。

【図１８】 タイミングセルの配置例の説明図である。

【図１９】 従来のバーコード無効処理説明図である。

【符号の説明】

１，８，９，１３，２１，２３，４１，４６，５１，５
２，５５，７１，８１…二次元コード ２…位置決め用シンボル ２ａ，２ｂ，２ｃ…正方
形 ３…データ領域 ４，４ｙ…タイミングセ
ル ５…頂点検出用セル ６，６６，６７，６９，
７０…セル群 ７，７ａ，４７…変化用マトリックスパターン情報 １１…方向決め用シンボル ４２，４２ａ，４２ｂ…変化用マトリックスパターン ５８…コード読み取り禁止用セル ５００…デコーダ ５００ａ…ＣＣＤカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野尻 忠雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 長屋 隆之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 内山 祐司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06K 1/12 G06K 19/00

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二進コードで表されるデータをセル化し
   て、二次元のマトリックス上にパターンとして配置した
   二次元コードにおいて、前記 マトリックス内の、少なくとも２個所の所定位置
   に、各々中心をあらゆる角度で横切る走査線において同
   じ周波数成分比が得られるパターンの位置決め用シンボ
   ルを配置したことを特徴とする二次元コード。
2. 【請求項２】 前記所定位置がマトリックスの頂点であ
   る請求項１記載の二次元コード。
3. 【請求項３】 前記位置決め用シンボルが、同心状に相
   似形の図形が重なり合う形であることを特徴とする請求
   項１または２記載の二次元コード。
4. 【請求項４】 前記マトリックスの内部に、セル化され
   た前記データの位置を特定するための、前記位置決め用
   シンボルと予め定められた位置関係にある交互に明暗の
   セルが、直線状に配置されていることを特徴とする請求
   項１または２記載の二次元コード。
5. 【請求項５】 前記マトリックス内にデータ領域として
   設定されたパターンとデータ領域以外に設定された部分
   のパターンとを有し、前記位置決め用シンボルの前記パ
   ターンは前記データ領域以外に設定された部分のパター
   ン内に属しており、前記データ領域として設定されたパ
   ターンに対して所定の変換処理をすることにより、前記
   データ領域として設定されたパターンを前記データ領域
   以外に設定された部分のパターンとは異なる特徴のパタ
   ーンとしたことを特徴とする請求項１または２記載の二
   次元コード。
6. 【請求項６】 前記位置決め用シンボルが３箇所のみに
   設けられていることを特徴とする請求項１または２記載
   の二次元コード。
7. 【請求項７】 前記位置決め用シンボルが配置されてい
   ない前記マトリックスの頂点に、頂点検出用セルを配置
   したことを特徴とする請求項１および２および６のうち
   いずれか１項に記載の二次元コード。
8. 【請求項８】 前記位置決め用シンボルが前記マトリッ
   クスの四隅にそれぞれ設けられていることを特徴とする
   請求項１または２記載の二次元コード。
9. 【請求項９】 前記マトリックスの形が正方形であり、
   前記位置決め用シンボ ルの形が、暗部からなる正方形内
   の中心に明部からなる縮小した正方形が形成され、該明
   部からなる縮小した正方形内の中心に暗部からなる更に
   縮小した正方形が形成されている形であることを特徴と
   する請求項３記載の二次元コード。
10. 【請求項１０】 前記所定の変換処理は、前記データ領
    域に対応するマトリックスに変換用の所定パターンを形
    成し、該変換用の所定パターンと前記データ領域として
    設定されたパターンとの排他的論理和を取る処理から成
    ることを特徴とする請求項５記載の二次元コード。
11. 【請求項１１】 前記周波数成分比が暗：明：暗：明：
    暗＝１：１：３：１：１であることを特徴とする請求項
    ３または９記載の二次元コード。
12. 【請求項１２】 前記３個の位置決め用シンボルの中心
    座標と前記マトリックスの頂点の座標と前記二次元コー
    ドの外形と前記二次元コードの傾きとの間に所定の計算
    上の関係が存在することを特徴とする請求項６記載の二
    次元コード。
13. 【請求項１３】 前記データ領域として設定されたパタ
    ーンがセル群に分割されており、この分割された各々の
    セル群は単一のセルが一方向のみに連続した細長い長方
    形でなく、縦横それぞれに複数のセルを積んだものから
    成ることを特徴とする請求項５記載の二次元コード。