JP4572871B2 - 光学情報読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、商品等に印刷又は貼り付けられているバーコード等の一次元光学情報、ＱＲコード（登録商標）等の二次元光学情報、或いは、携帯電話等に表示されたＱＲコード等を読み取る据え置き型の光学情報読取装置に関するものである。

紙などの基材にバーコードやＱＲコードなどの光学情報を印刷したものを物品や書類に取り付け、これを光学的に読み取り、物品の識別などを行う光学情報読取装置が知られている。現在、光学的情報の新たな使用形態として、携帯電話にＱＲコードを表示させ、据え置き型の光学的情報読取装置で読み取ることが行われている。例えば、携帯電話にＱＲコードを配信し、コンサート会場において、携帯電話に表示されたＱＲコードを光学的情報読取装置で読み取ることでチケットの代わりをさせる等の態様で使用されている。

この光学情報読取装置は、ケース内部にＬＥＤ等の光照射手段を設けて、光学情報読取装置の読取口が向けられている光学情報を照明していた。この照明により光学情報から反射される光を、読取口からケース内部に導き、ＣＣＤ等を用いて画像を読み取り、その明暗の分布から光学情報が表している情報を解読していた。
特開昭６０−４８５７８号公報 特開平１１−１２０２８４号公報

しかしながら、特に艶のある紙などに印刷された光学情報は、照明光の入射角度によっては鏡面反射を生じて光学情報の画像の一部がコードに記録されている白黒とは無関係にすべて明（白）として読み取られ、光学情報を正しく取り込むことができない場合があった。特に、携帯電話の液晶からなる表示器は鏡面反射が起き易く、鏡面反射によって表示器に表示されたＱＲコードが読み取れないことが度々生じている。

このような場合には、光学情報読取装置自体が読み取り対象が異常であると判定して読み取りを完了することができないので、操作者は情報コードの担体を移動させたり読み取り角度を変更させたりして試行錯誤し、鏡面反射の影響がない位置・角度で読み取りを行わねばならず、読み取りの作業性が低下する原因となっていた。

このような鏡面反射による異常な画像から元の画像を復元する装置として、特許文献１に同一対象に対して２方向から画像を検出して、その画像を合成することで、鏡面反射領域を除去するパターン検出装置が開示されている。また、特許文献２には、複数の照明を備え、照明方向を変えながら画像を読み取ることで、鏡面反射の生じない照明方向を探し出して情報コードを読み取る光学情報読取装置が開示されている。

しかし、特許文献１のパターン検出装置は、ＣＣＤ等の高価な画像読取手段が２つ必要であり、製造コストの上昇につながった。また、特許文献２の光学情報読取装置は、照明方向を変えながら鏡面反射が生じない照明方法を探し出すため、情報コードを読み取れるようになるまでに時間が掛かった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、鏡面反射に影響されず情報コードを迅速に読み取ることができる光学情報読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、複数の光源Ｌ１〜Ｌ１２と、画像を取り込む画像取得手段２４と、画像から情報コードを検出する情報コード検出手段３２と、検出された情報コードを解読する解読手段３２とを備える光学情報読取装置１０であって、
前記情報コード検出手段により検出された情報コードが存在している画像ブロックを特定する画像ブロック特定手段と、
前記画像を複数個の画像ブロックＢＬに区画し、該複数個の画像ブロックＢＬ中で過大な露光の有った画像ブロックＢＬを検出する飽和画像ブロック検出手段（Ｓ１５）と、
前記画像ブロックのそれぞれと、当該画像ブロックを照明する光源との対応関係を記憶する記憶手段３４と、
画像ブロック特定手段により特定された情報コードが存在する場合、前記記憶手段により記憶された対応関係に基づき、前記飽和画像ブロック検出手段により検出された過大な露光の有った画像ブロックを照明する光源の照度を下げる照度調整手段（Ｓ３２、Ｓ４２）とを備えることを技術的特徴とする。

請求項１の光学情報読取装置では、画像を複数個の画像ブロックに区画し、該複数個の画像ブロック中で過大な露光の有った画像ブロックを検出することで、鏡面反射の生じた画像ブロックを特定する。そして、画像ブロックのそれぞれと当該画像ブロックを照明する光源との記憶されている対応関係に基づき、鏡面反射が生じているとして特定した画像ブロックを照明している光源を探し出し、当該光源の照度を下げる。これにより鏡面反射が生じなくなるので、鏡面反射に影響されず情報コードを迅速に読み取ることができる。

請求項１の光学情報読取装置では、情報コードが存在している画像ブロックを特定し、情報コードが存在し、且つ、過大な露光の有った画像ブロックを照明する光源の照度を下げる。このため、情報コードが存在している部分のみ鏡面反射が生じないようにできるので、照度を過度に下げることなく、情報コードを迅速に読み取ることができる。

請求項２の光学情報読取装置では、鏡面反射が生じているとして照度を下げた画像ブロックの画像の露光時間又は増幅度を調整する。このため、照度を下げた画像ブロックの画像も適切に処理することができる。

請求項３の光学情報読取装置では、照度を下げるときに光源を消灯するため、照度調整のための複雑な演算処理が不要で、情報コードを迅速に読み取ることが可能である。

請求項４の光学情報読取装置では、過大な露光の有った画像ブロックを照明する光源の照度を下げる場合に、露光の程度を算出して、算出した程度に応じて照度を下げる。このため、照度の下げ過ぎが生じず、適切に画像ブロックを照明することで、確実に情報コードを読み取ることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明の光学情報読取装置の実施形態について図を参照して説明する。まず、第１実施形態に係る光学情報読取装置１０の構成概要を図１に基づいて説明する。図１（Ａ）は、第１実施形態の光学情報読取装置１０の平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。図１（Ａ）に示すように光学情報読取装置１０は、ほぼ矩形箱状なすハウジング１２を備え、該ハウジング１２の上面に、商品のバーコード、携帯電話の表示器に表示されたＱＲコード等の情報コードを読み取る読取窓１４が設けられている。読取窓１４には樹脂プレート１４Ｇが嵌められている。

ここで、光学情報読取装置１０は、読取窓１４に商品のバーコード、ＱＲコードを表示した携帯電話５０が押し当てられることで、読み取りを行う。ここで、バーコード、ＱＲコードのデコードに成功した場合に、ブザーが鳴動させられ、デコード結果が上位装置へ送信される。

図２は光学情報読取装置１０の回路構成を示すブロック図である。
１２個の照明器Ｌ１〜Ｌ１２（図中Ｌ１、Ｌ１２のみ示す）からの光は、読取窓１４の樹脂プレート１４Ｇを透過してバーコードＢに照射される。バーコードＢにより反射された光は、樹脂プレート１４Ｇを透過してハウジング１２内に入り、結像レンズ２２へ入射し、ＣＣＤから成る受光センサ２４にバーコードＢの像を結像させる。バーコードＢの像を光電変換して読み取った受光センサ２４は、像のパターンを表す電気信号として増幅回路２６へ出力する。増幅回路２６からの増幅された信号はＡ／Ｄ変換回路２８でデジタルデータに変換され、画像データ前処理回路３２へ送られ、ＣＰＵ４０の処理により、そのデータをデコード（解読）して、情報コードが表している情報を得、その情報をメモリ３４に一旦記憶する。次に、このメモリ３４内に記憶されたデコード情報を通信回路４４により、所定タイミングで、電波による無線通信あるいは有線通信で上位装置へ送信する。同時に、読み取り成功を告知するブザー４６を鳴動させる。ここで、メモリ３４のシステム領域には、ＣＰＵ４０の制御プログラム、後述する照明器と鏡面反射領域との対応マップ等が保持されている。クロック制御回路３０は、受光センサ２４、Ａ／Ｄ変換回路２８、画像データ前処理回路３２に同期用のクロック信号を送る。外部から供給された電力は二次電池３８及び電源回路３６を介して光学情報読取装置１０を動作させる。ＣＰＵ４０は、操作スイッチ４２による操作に応じた読み取り処理を行う。

第１実施形態の光学情報読取装置１０は、ＬＥＤから成る複数の照明器Ｌ１〜Ｌ１２を備え、画像中で鏡面反射を起こしている部位を特定し、当該鏡面反射部位を照明している照明器Ｌ１〜Ｌ１２を選択回路４８で選択して消灯する。

鏡面反射が生じる領域と、該鏡面反射を生じさせる照明器Ｌ１〜Ｌ１２との対応関係について図３〜図７を参照して説明する。
図３（Ａ）は、１２個の照明器Ｌ１〜Ｌ１２と結像レンズ２２とを保持する光学モジュール２０の説明図である。
光学モジュール２０の中央部に結像レンズ２２が配置され、結像レンズ２２の回りを囲むように１２個の照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２が３行４列で配置されている。

図３（Ｂ）は、上記照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２により強く照明される領域を示している。照明器Ｌ１により領域Ａ１が強く照明され鏡面反射を起こし得る。同様に照明器Ｌ２により領域Ａ２が強く照明され、照明器Ｌ３により領域Ａ３が強く照明され、照明器Ｌ４により領域Ａ４が強く照明され、照明器Ｌ５により領域Ａ５が強く照明され、照明器Ｌ６により領域Ａ６が強く照明され、照明器Ｌ７により領域Ａ７が強く照明され、照明器Ｌ８により領域Ａ８が強く照明され、照明器Ｌ９により領域Ａ９が強く照明され、照明器Ｌ１０により領域Ａ１０が強く照明され、照明器Ｌ１１により領域Ａ１１が強く照明され、照明器Ｌ１２により領域Ａ１２が強く照明さる。

図４は、上述した照明器Ｌ１〜Ｌ１２と強く照明される領域Ａ１〜Ａ１２との対応関係を示すマップである。図４に示すマップの内容が、上述したメモリ３４に照明器と鏡面反射領域との対応マップとして保持されている。

図５（Ａ）は、光学モジュール２０とバーコードとの距離による鏡面反射領域の変位を測定する方法の説明図である。ここでは、鏡面反射を起こしやすいように光学モジュール２０の正面に鏡Ｍを置いて測定を行う。図中の上側が最短距離Ｌａに鏡Ｍを配置した場合を、図中の下側が最長距離Ｌｂに鏡Ｍを配置した場合を示している。図５（Ｂ）の左側は、図５（Ａ）中の上側の最短距離Ｌａに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態を示し、図５（Ｂ）の右側は、図５（Ａ）中の下側の最長距離Ｌｂに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態を示している。

図５（Ｂ）の左側に示す最短距離Ｌａに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態での、領域Ａ１から領域Ａ１０までの幅Ｌａｘ１と、領域Ａ１の幅Ｌａｘ２との比（Ｌａｘ１：Ｌａｘ２）と、図５（Ｂ）の右側に示す最長距離Ｌｂに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態での、領域Ａ１から領域Ａ１０までの幅Ｌｂｘ１と、領域Ａ１の幅Ｌｂｘ２との比（Ｌｂｘ１：Ｌｂｘ２）は等しい。このＬａｘ１：Ｌａｘ２＝Ｌｂｘ１：Ｌｂｘ２の関係から、情報コードとの各距離において領域Ａ１〜Ａ１２を特定する。

図６（Ａ）は、図５（Ｂ）の左側に示す最短距離Ｌａに情報コードを配置した際における第１実施形態での画像ブロックの構成を示す説明図である。光学情報読取装置１０は、撮像した画像を図６（Ａ）に示す画像ブロックＢＬに区画して処理を行い、上述した領域Ａ１から領域Ａ１０までの幅Ｌａｘ１に基づいて、画像ブロックＢＬ上に領域Ａ１〜Ａ１２を割り振る。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中に楕円Ｃで示す部位を拡大して示す説明図である。領域Ａ１は、区画ｘａ、ｙａから区画ｘａ、ｙａまでの画像ブロックの集合からなり、同様に、領域Ａ２は、区画ｘｃ、ｙｃから区画ｘｄ、ｙｄまでの画像ブロックの集合からなる。この例の光学モジュール２０と情報コードとが最短距離Ｌａである場合（即ち、図１中に示す読取窓１４の樹脂プレート１４Ｇに情報コードを押し当てた状態）、１個の領域が縦横５個の画像ブロックから構成されているが、距離が離れるにつれて、領域を構成する画像ブロックの数が少なくなる。なお、第１実施形態では、１個の画像ブロックは、例えば、１６画素から構成されているが、１個の画像ブロックを１画素で構成することもできる。

図７は、光学情報読取装置１０による情報コード読み取り処理を示すフローチャートである。光学情報読取装置１０において図２中に示すＡ／Ｄ変換回路２８は、ＡＤ１０bitを出力する。ここで、画像の信号は８bitで扱い、これを越える場合には、露出飽和が生じている、即ち、鏡面反射が生じているものとして信号処理がなされる。

光学情報読取装置１０は、デコード画像取り込みと、露出飽和検出画像の取り込みを行う（Ｓ１２）。図８（Ａ）は、バーコードＢを撮像した受光センサ２４での画像エリアＩＥの像を示している。バーコードＢの像と共に鏡面反射ＭＲが発生している。図８（Ｂ）は、画像ブロックＢＬと鏡面反射ＭＲとを示す説明図である。次に、光学情報読取装置１０は、図８（Ｃ）に示すようにバーコードＢの存在しているコードエリアＣＥを、画像信号の白黒変化が起きている画像ブロックに基づき抽出、即ち、明暗変化点取得処理を行う（Ｓ１４）。引き続き、図９（Ａ）に示すように、上述したＡ／Ｄ変換回路２８からの８bitを越える信号レベルの画像ブロックを露光飽和エリアＯＶとして抽出する（Ｓ１５）。そして、図９（Ｂ）に示すように、バーコードの存在するコードエリアＣＥと露光飽和エリアＯＶを比較し（Ｓ１６）、コードエリアＣＥに露光飽和エリアＯＶが掛かっていないかを判断する（Ｓ１８）。

ここでは、図９（Ｂ）に示すようにコードエリアＣＥに露光飽和エリアＯＶが掛かっているため（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、露光飽和エリアＯＶが鏡面反射しているかを広範囲に渡って画像ブロックの信号レベルが上記８bitを越えるか否かにより判定する。そして、鏡面反射がある場合には（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、鏡面反射位置を検出する（Ｓ２８）。ここでは、図９（Ｃ）に示すように、領域Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２が鏡面反射位置として検出される。次に、領域Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２を照明している照明器を図４を参照して上述した照明器と鏡面反射領域との対応マップに基づき求める（Ｓ３０）。ここでは、照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２を特定する。そして、コードエリアＣＥで鏡面反射を引き起こしている照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２を図２に示す選択回路４８で選択して消灯し（Ｓ３２）、図１０（Ａ）に示すようにバーコードＢに鏡面反射ＭＲが掛からないようにする。最後に、消灯した照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２で照明していた領域Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２に対応する図１０（Ｂ）に示す暗部ＤＥの露光条件を補正する（Ｓ３４）。即ち、暗部ＤＥのＸ、Ｙ座標に基づき、暗部ＤＥに含まれる画像ブロックを画像信号を処理する際に、図２中の増幅回路２６の増幅率を高める。

そして、Ｓ１２の処理の戻り、再び画像取り込みを行い、コードエリアＣＥに飽和エリアが無くなると（Ｓ１８：Ｎｏ）、デコードを行い（Ｓ２０）、デコードしたデータを上位装置へ出力し（Ｓ２２）、処理を終了する。

第１実施形態の光学情報読取装置１０では、画像を複数個の画像ブロックＢＬに区画し、該複数個の画像ブロックＢＬ中で過大な露光の有った画像ブロックＢＬを検出することで、鏡面反射の生じた画像ブロック（領域）を特定する。そして、領域のそれぞれと当該画像ブロックを照明する照明器との記憶されている対応関係に基づき、鏡面反射が生じているとして特定した画像ブロックを照明している照明器を探し出し、当該照明器を消灯する。これにより鏡面反射が生じなくなるので、鏡面反射に影響されず情報コードを迅速に読み取ることができる。特に、照度を下げるとために照明器を消灯するため、照度調整のための複雑な演算処理が不要で、情報コードを迅速に読み取ることが可能である。

また、第１実施形態の光学情報読取装置１０では、鏡面反射が生じているとして照度を下げた画像ブロックＢＬ（暗部ＤＥ）の画像の増幅度又は露光時間を調整する。このため、照度を下げた画像ブロックＢＬ（暗部ＤＥ）の画像も適切に処理することができる。

[第２実施形態]
引き続き、本発明の第２実施形態に掛かる光学情報読取装置について説明する。
第１実施形態の光学情報読取装置では、鏡面反射を生じさせている照明器を消灯した。これに対して、第２実施形態では、鏡面反射を生じさせている照明器の照度を低下させる。第２実施形態の光学情報読取装置の回路構成は、図２を参照して上述した第１実施形態と同様であるため説明を省略し、光学情報の読み取り処理について、当該処理のフローチャートである図１１を参照して説明する。

Ｓ１２〜Ｓ３０までの処理は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
鏡面反射を起こしている領域Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２を照明している照明器を図４を参照して上述した照明器と鏡面反射領域との対応マップに基づき求める（Ｓ３０）。ここでは、照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２を特定したとする。そして、コードエリアＣＥで鏡面反射を引き起こしている照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２の領域Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２でのそれぞれの照度に応じて、鏡面反射を起こさない照度を求め（Ｓ４０）、求めた照度になるように各照明器Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ９、ＡＬ１１、Ｌ１２の照度を調整する（Ｓ４２）。以降の処理は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

第２実施形態の光学情報読取装置では、情報コードが存在している画像ブロックＢＬを特定し、情報コードが存在し、且つ、過大な露光の有った画像ブロックＢＬ（領域）を照明する照明器の照度を下げる。このため、情報コードが存在している部分のみ鏡面反射が生じないようにできるので、照度を過度に下げることなく、情報コードを迅速に読み取ることができる。

また、第２実施形態の光学情報読取装置では、過大な露光の有った画像ブロックＢＬを照明する照明器の照度を下げる場合に、露光の程度を算出して、算出した程度に応じて照度を下げる。このため、照度の下げ過ぎが生じず、適切に画像ブロックＢＬを照明することで、確実に情報コードを読み取ることができる。

図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る光学情報読取装置の平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。 第１実施形態の光学情報読取装置の回路構成を示すブロック図である。 図３（Ａ）は、１２個の照明器と結像レンズとを保持する光学モジュールの説明図であり、図３（Ｂ）は、各照明器により照明される領域を示す説明図である。 照明器と鏡面反射領域との対応マップの説明図である。 図５（Ａ）は、光学モジュール２０とバーコードとの距離による鏡面反射領域の変位を測定する方法の説明図であって、図中の上側が最短距離Ｌａに鏡を配置した場合を、図中の下側が最長距離Ｌｂに鏡を配置した場合を示している。図５（Ｂ）の左側は、図５（Ａ）中の上側の最短距離Ｌａに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態を示し、図５（Ｂ）の右側は、図５（Ａ）中の下側の最長距離Ｌｂに鏡Ｍを配置した際の鏡面反射状態を示している。 図６（Ａ）は、第１実施形態での画像ブロックの構成を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中に楕円Ｃで示す部位を拡大して示す説明図である。 第１実施形態に係る光学情報読取装置による情報コード読み取り処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る光学情報読取装置による画像処理の説明図である。 第１実施形態に係る光学情報読取装置による画像処理の説明図である。 第１実施形態に係る光学情報読取装置による画像処理の説明図である。 第２実施形態に係る光学情報読取装置による情報コード読み取り処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 光学情報読取装置
２４ 受光センサ
２６ 増幅回路
２８ Ａ／Ｄ変換回路
３２ 画像データ前処理回路
３４ メモリ
４０ ＣＰＵ
Ｌ１〜Ｌ１２ 照明器
Ａ１〜Ａ１２ 領域
ＢＬ 画像ブロック

Claims (4)

1. 複数の光源と、画像を取り込む画像取得手段と、画像から情報コードを検出する情報コード検出手段と、検出された情報コードを解読する解読手段とを備える光学情報読取装置であって、
   前記情報コード検出手段により検出された情報コードが存在している画像ブロックを特定する画像ブロック特定手段と、
   前記画像を複数個の画像ブロックに区画し、該複数個の画像ブロック中で過大な露光の有った画像ブロックを検出する飽和画像ブロック検出手段と、
   前記画像ブロックのそれぞれと、当該画像ブロックを照明する光源との対応関係を記憶する記憶手段と、
   画像ブロック特定手段により特定された情報コードが存在する場合、前記記憶手段により記憶された対応関係に基づき、前記飽和画像ブロック検出手段により検出された過大な露光の有った画像ブロックを照明する光源の照度を下げる照度調整手段とを備えることを特徴とする光学情報読取装置。
2. 前記照度を下げた画像ブロックの画像の露光時間又は増幅度を調整する露光補償手段を備えることを特徴とする請求項１の光学情報読取装置。
3. 前記照度調整手段は、照度を下げるときに光源を消灯することを特徴とする請求項１又は請求項２の光学情報読取装置。
4. 前記照度調整手段は、前記過大な露光の有った画像ブロックを照明する光源の照度を下げる場合に、露光の程度を算出して、算出した程度に応じて光源の照度を下げることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１の光学情報読取装置。

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