JP5423504B2 - タグ認識システム、タグ認識装置およびタグ認識方法 - Google Patents

Description

本発明は、タグ認識技術に関し、より詳細には、光無線通信により個体識別タグを認識するタグ認識システム、タグ認識装置およびタグ認識方法に関する。

近年、オフィス、病院、公共施設などの種々のロケーションには、利用者に情報提供したり、利用者が情報を入力したりするために、コピー機、自動販売機、大型ディスプレイ、医療機器などの多数の情報端末が設置されるようになっている。

この情報端末の開発者または管理者の観点からは、当該情報端末の利用者を識別し、各個人毎にサービスや操作画面をカスタマイズしたいという要望がある。また、実際に操作を行った者の情報のみならず、操作しようとして近寄ってきた者、近くを通りかかっただけの者についても、情報を収集したという要望がある。

上記要望に応える技術としては、従来より非接触ＩＣカードを使用する方法が知られている。この方法では、識別番号が格納される非接触ＩＣカードを利用者に携帯させ、情報端末に非接触ＩＣカードリーダを搭載し、情報端末の利用時に非接触ＩＣカードの提示を求めるというものである。しかしながら、このような非接触ＩＣカードは、普及型の近接型では通信距離が数十ｃｍ程度であり、利用者がＩＣカードをリーダにかざさなければならないため、作業が煩雑であるという問題点があった。さらに、この非接触ＩＣカードを使用する方法は、情報端末を操作しようとして近寄っただけの者や、近くを通りがかっただけ者の情報を収集することに困難であった。

また、光学マーカを使用して上述した要望に応えようとする技術も知られている。光学マーカを使用する方法では、利用者の識別番号を表すバーコードまたは二次元コードなどの光学マーカ、または光学マーカを貼り付けたタグを携帯させて、情報端末が搭載するカメラで光学マーカを光学的に読み取らせるというものである。しかし、従来の方法では、第三者が光学マーカを読み取るカメラを使って容易に利用者を追跡することができてしまうため、セキュリティ上の問題があった。

その他、上記要望に応え、かつセキュリティを確保できる技術としては、赤外線タグと、赤外線カメラを搭載したタグリーダとを使用する対象物認識システムが知られている。このシステムでは、利用者は、赤外線カメラから見える位置に赤外線タグを装着し、赤外線タグは、その装着者に関する情報にリンクした固有の識別番号を格納し、この識別番号を赤外線の点滅にエンコードして送信する。一方、タグリーダは、赤外線カメラを使用してその点滅パターンを読み取り、識別番号をデコードする。この従来技術のシステムでは、リーダから受信した情報に従って、送信する識別番号を暗号化することにより、識別番号をセキュアに送信することができる。

上記赤外線タグを使用した対象物認識システムでは、リーダは、赤外線タグの点滅周波数よりも十分高いフレームレートで赤外線カメラによりイメージを連続的に読み込み、読み込んだ複数のイメージから、赤外線タグの位置および点灯状態を判定する必要がある。このため、赤外線タグの点滅を読み取るためにかかる画像処理の負荷が大きくなり、リーダのコストを押し上げる要因となっていた。

一方、イメージの連続読み込み中の赤外線タグの位置変化が微小であれば、赤外線タグの位置を特定するための処理を簡素化することができる。この観点から、特開２００４−２０８２２９号公報（特許文献１）は、赤外線タグの点滅パターンを高速化すると共に赤外線カメラのフレームレートを十分高くし、赤外線タグの位置変化を小さくする技術が提案されている。

または、赤外線タグの点滅周期および赤外線カメラのフレームレートは低く設定するが、赤外線タグの位置を追跡する画像処理をリーダ側で行うことによって、赤外線タグの位置変化に追従して発光点を特定するという手法も提案されている。

例えば、特許第４３２２１４５号明細書（特許文献２）は、光学タグとビデオカメラとを含む光学タグシステムであって、カメラ画像に含まれる光点を囲むようにテンプレート領域を設定し、テンプレート領域の周囲に探索領域を設定し、フレーム毎に探索領域だけを探索して対象光点のテンプレート値と最も近いテンプレート値を有する領域の情報を光点軌跡として保持し、その光点軌跡が示す内で光学タグが点灯しているのか、消灯しているのかを検出する光学タグシステムを開示している。

しかしながら、上記特許文献１に開示される従来技術では、フレームレートの高い高価なカメラと、そのカメラで高速に読み取った画像イメージを処理するための高い画像処理能力が必要となる。また上記特許文献２に開示される従来技術によれば、フレームレートの低い安価なカメラを使ったリーダと、赤外線タグを使った対象物認識システムを提供することができる。しかしながら、赤外線タグの発光点を追跡するための画像処理が複雑であるため、充分な精度を得ようとすると、リーダ側の画像処理の負担が大きいという問題がある。

すなわち、従来の赤外線タグを使用した対象物認識システムでは、セキュリティを確保することができるが、赤外線タグが位置変化する利用状況で充分な認識精度を得ようとすると、タグリーダが複雑な画像処理を必要とするか、またはカメラによる計装コストが高くなるか、さらにその結果として赤外線タグを安定的に検出することが困難となるという問題があった。

本発明は、上記従来からの問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、個体識別タグの発光状態を判定する簡略化された画像処理を提供し、ひいては個体識別タグの識別処理を低コストかつ安定的に実現することが可能なタグ認識システム、タグ認識装置およびタグ認識方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題に鑑み、本発明では、下記特徴を有する、識別タグ、タグリーダ、および識別タグとタグリーダとを含むタグ認識システムを提供する。本発明の識別タグは、当該識別タグの外面に、発光素子と、該発光素子の周囲の光学マーカとが設けられ、この発光素子を制御して、発光によりタグ識別値を発信することを特徴とする。本発明のタグリーダは、撮像装置から読み込んだフレームから上記光学マーカを検出する検出手段と、上記識別タグの外面上の光学マーカと発光素子との位置関係の取り決めに従い、検出された光学マーカから、フレーム中の発光素子に対応する発光部位を推定する推定手段と、上記発光部位の画像情報から当該発光素子の発光状態を判定する判定手段と、発光状態の判定結果に従ってタグ識別値を識別する識別手段とを含む。

さらに本発明によれば上記タグリーダが実行するタグ認識方法が提供される。本発明のタグ認識方法は、タグリーダが、撮像装置に上記識別タグを撮像させるステップと、撮像装置からフレームを読み込むステップと、読み込んだフレームから光学マーカを検出するステップと、光学マーカと発光素子との位置関係の取り決めに従い発光部位を推定するステップと、発光部位の画像情報から発光素子の発光状態を判定するステップと、発光状態の判定結果に従ってタグ識別値を識別するステップとを実行することを特徴とする。

上記構成によれば、識別タグの外面には所定の取り決めに従い発光素子の周辺に光学マーカが設けられるが、識別タグのタグ識別番号は、光学マーカではなく、識別タグが備える発光素子の発光によりタグリーダへ伝達される。したがって、第三者は、光学マーカを認識できたとしても、赤外線通信により伝送されるタグ識別番号を得ることが困難となる。さらにタグリーダ側では、上述した所定の取り決めに従い、識別タグの外面に設けられた光学マーカ部を検出するという簡素な画像処理によって当該識別タグのフレーム中の発光部位を推定することができる。したがって、この推定するための画像処理は負荷が小さく、高い周波数の点滅および高いフレームレートでの撮像の必要性も回避されるため、全体的なコストも低減される。

本実施形態の対象認識システムの概略（Ａ）および赤外線タグの外観（Ｂ）を示す図。 本実施形態の対象認識システムのハードウェア構成を示す図。 本実施形態のタグリーダ側で実現される機能ブロック図。 本実施形態において赤外線カメラにより赤外線タグを撮影した場合に取得されるフレーム（Ａ）、当該フレームを２値化した場合のバイナリ画像データ（Ｂ）を模式的に示す図。 本実施形態におけるマーカ情報（Ａ）、発光部位情報（Ｂ）および判定結果（Ｂ）のデータ構造を示す図。 赤外線タグおよびタグリーダ間における赤外線無線通信の概略を示すタイミングチャート。 本実施形態のタグリーダが実行する処理および赤外線タグが実行する処理を示すフローチャート。 本実施形態のタグリーダが実行する赤外線カメラによるデータ受信処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明の実施形態は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明では、識別タグとタグ認識装置とを含むタグ認識システムの一例として、赤外線個体識別タグ（以下、赤外線タグという。）とタグリーダを実装する情報端末とを含んで構成される対象物認識システムについて説明する。

図１（Ａ）は、本実施形態の対象認識システムの概略を示す図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の対象認識システム１００は、認識対象となる利用者１０２に装着される赤外線タグ１０４と、情報端末１０６とを含む。赤外線タグ１０４は、この利用者１０２に関連する情報（個人情報や履歴情報など）に紐付けられる固有の識別番号（以下、タグ識別値という。）を格納し、タグリーダからの要求に応答して、当該識別番号を発信する。

本実施形態の赤外線タグ１０４は、バッテリを搭載する、いわゆるアクティブ・タグであり、このバッテリが供給する電力により赤外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点滅させ、赤外光による無線通信を実現している。なお、他の実施形態では、電波または光により充分な電力が取り込める限り、パッシブ・タグとして構成してもよい。赤外線タグ１０４の形状や形態は、特に限定されるものではないが、好適には、病院や工場において使用される作業着等に取り付け易いようにクリップ、ストラップを備えることができる。

情報端末１０６は、赤外線タグ１０４と通信するタグリーダが組み込まれており、この情報端末１０６が実装するタグリーダは、情報端末１０６の前方を向く赤外線カメラを備え、当該赤外線カメラの視野に赤外線タグ１０４が入る場合に、当該赤外線タグ１０４から赤外光無線通信により伝達されるタグ識別値を受信する。情報端末１０６は、例えば、この受信したタグ識別値に紐付けられた利用者に関する情報を外部のデータベースから取得し、利用者毎にカスタマイズした画面表示を行うなど、利用者情報を活用した情報の提供を行うことができる。

図１（Ｂ）は、本実施形態の赤外線タグ１０４の外観を一例として表した図である。図１（Ｂ）示す赤外線タグ１０４は、カード形状とされており、その外面の略中央部に赤外線ＬＥＤなどの発光素子１１４が設けられている。図１（Ｂ）に示す赤外線タグ１０４は、さらに、この発光素子１１４を囲むように、略正方形の枠形状の光学マーカ部１１２が設けられている。

赤外線タグ１０４における発光素子１１４の位置、数および大きさは、特に限定されるものではなく、光学マーカ部１１２の形状や、模様、その位置、大きさも、特に限定されるものではないが、上記光学マーカ部１１２と、上記発光素子１１４との位置関係については、予め定められた取り決めに従う。図１（Ｂ）に示す例では、略正方形の枠形状の光学マーカ部１１２とし、その枠形状の略中心に発光素子１１４が配置されるものとして取り決めが為されているものとする。他の実施形態では、光学マーカ部は、バーコード、２次元コードなどのこれまで知られた如何なる光学マーカの形状、模様等を採用することができる。ただし、認識精度および認識処理の簡略化の観点からは、上記略正方形の枠形状といった、短形枠形状の光学マーカの形状とすることが好ましい。

光学マーカ部１１２は、好適な実施形態では、赤外光を光源方向に強く反射する性質を有する、いわゆる再帰性反射材を塗布した領域として構成することができる。再帰性反射部材は、特に限定されるものではないが、好適には、可視光領域において透明性を有する材料を採用することができる。可視領域において透明または半透明な再帰性反射部材を採用することにより、人に目に目障りとならず、一方で、赤外線カメラを備えるタグリーダにより、好適に光学マーカを検出することができるようになる。他の実施形態では、光学マーカ部１１２は、透明または半透明な材料ではなく、黒などの不透明な材料を採用してもよい。

図２は、本実施形態の対象認識システム１００のハードウェア構成を示す図である。図２に示す対象認識システム１００の赤外線タグ１０４は、コントローラ１２０と、識別番号格納部１２２と、ＲＦ（Radio Frequency）受信部１２４と、発光素子１１４とを含んで構成される。またタグリーダ１３０は、コントローラ１３２と、識別番号格納部１３４と、ＲＦ送信部１３６と、赤外線照射部１３８と、赤外線カメラ１４０とを含んで構成される。

赤外線タグ１０４の識別番号格納部１２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＮＶ−ＲＡＭ（Non-volatile RAM）などの不揮発性の記憶媒体により構成され、当該赤外線タグ１０４を一意に識別するタグ識別番号を格納している。またタグリーダ１３０の識別番号格納部１３４も、同様に、ＲＯＭまたはＮＶ−ＲＡＭなどにより構成され、当該タグリーダ１３０を一意に識別する識別番号（以下、リーダ識別番号）を格納している。

タグ識別番号およびリーダ識別番号は、説明する実施形態では、６ビットのビット長を有するものとするが、識別番号のビット長は特に限定されるものではない。また、識別番号は、タグ（またはタグを携帯する利用者）およびタグリーダを、使用範囲内において一意に識別できる限り、如何なる識別番号を用いることができる。上記識別番号は、ＩＰ（Internet Protocol）アドレス、ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスなどの標準化されている識別子や、ベンダ毎に定めることができるシリアル番号を採用してもよい。

タグリーダ１３０の赤外線照射部１３８は、１つまたは複数の赤外線ＬＥＤにより構成され、上述した赤外線タグ１０４の光学マーカ部１１２に赤外線を反射させて赤外線カメラで撮像するために、所定の方向、例えば当該情報端末１０６の前方に向けて赤外線を照射する。タグリーダ１３０の赤外線カメラ１４０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサと、レンズ等の光学系と、赤外線フィルタとを含み構成され、上記赤外線照射部１３８が赤外線を照射した際に、所定のフレームレートで撮像し、赤外線タグ１０４の外面に設けられた光学マーカ１１２からの反射光の撮像を試みる。

なお、赤外線タグ１０４の光学マーカ部１１２が不透明な材料（例えば黒色）を使用して構成される場合には、上記赤外線照射部１３８は、必ずしも要するものではなく、この場合、光学マーカ部１１２を検出するために、可視光領域で撮像する可視光域のカメラを使用することとなる。

タグリーダ１３０のＲＦ送信部１３６は、赤外線タグ１０４へＲＦ信号を送信する。また赤外線タグ１０４のＲＦ受信部１２４は、タグリーダ１３０側からのＲＦ信号を受信する。本実施形態では、赤外線タグ１０４と、タグリーダ１３０とは、赤外線通信を開始するために、上記ＲＦ受信部１２４およびＲＦ送信部１３６を使用して、ＲＦ通信によりパケット交換１０８を行う。ここで交換されるパケットには、タグリーダ１３０側から赤外線タグ１０４側へ送信され、当該赤外線タグ１０４の固有のタグ識別番号を赤外線通信により送信するよう要求する識別番号要求パケットを含む。

本実施形態のＲＦ受信部１２４およびＲＦ送信部１３６が使用する高周波の周波数帯は、例示では２．５ＧＨｚ帯とすることができるが、ＬＦ（Low Frequency）帯、ＨＦ（High Frequency）帯、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯など、無線通信で採用されている如何なる周波数帯を採用することができる。

赤外線タグ１０４のコントローラ１２０は、上述した発光素子１１４、識別番号格納部１２２、ＲＦ受信部１２４に接続され、これらを制御して、タグリーダ１３０との通信を実行する。タグリーダ１３０のコントローラ１３２は、上述した識別番号格納部１３４、ＲＦ送信部１３６、赤外線照射部１３８および赤外線カメラ１４０に接続され、これらを制御することによって赤外線タグ１０４との通信を実行する。

タグリーダ１３０のコントローラ１３２は、定期的または不定期に、赤外線照射部１３８により情報端末１０６の前方に向けて赤外線を照射させ、赤外線カメラ１４０により撮像したフレーム中から光学マーカ部１１２からの反射光の検知を試みることで、赤外線タグ１０４が視野内に存在するか否かを確認する。赤外線カメラ１４０の視野内に赤外線タグ１０４が存在する場合には、上述したＲＦ通信により、識別番号要求パケットを送信する。

識別番号要求パケットには、赤外線通信の安全性を向上させるため、送信元の正当性を示す当該タグリーダ１３０のタグ識別値や、暗号化に使用する暗号化鍵などを含めることができる。この暗号化鍵としては、擬似乱数発生器により発生された擬似乱数や日付の値を好適に使用することができる。

赤外線タグ１０４のコントローラ１２０は、ＲＦ受信部１２４が上記識別番号要求パケットを受信した場合に、発光素子１１４を制御して、自己のタグ識別番号を赤外線通信により発信させる。このとき、正当なものとして予め登録されたリーダ識別番号を含む識別番号要求パケットを受信した場合にのみ、自己のタグ識別番号を発信するよう構成することもできる。また、要求パケットに暗号化鍵が含まれる場合には、当該暗号化鍵を使用して、タグ識別値を暗号化した上で伝送することができる。またリーダ識別番号自体を使用して暗号化してもよい。

上記リーダ識別番号を利用した仕組みを導入することにより、特定のタグリーダからの要求パケットにのみ応答してタグ識別番号を発信することができ、他の不正なタグリーダに対して誤ってタグ識別番号を発信したり、第三者から識別番号を追跡されたりする可能性を低減できるという利点がある。また暗号化の仕組みを導入することにより、タグ識別番号をより安全性高く送信することができる。

タグリーダ１３０のコントローラ１３２は、赤外線カメラ１４０により撮像したフレーム中から、光学マーカ部１１２の反射光により特定される発光素子１１４の部位を特定し、その発光状態を判定することで、赤外光の点滅としてエンコードされたタグ識別番号を取得する。また識別番号が暗号化される場合には、エンコードして取得したデータを復号し、タグ識別番号を取得する。

以下、図３に示す機能ブロック図を参照しながら、本実施形態のタグ認識方法による赤外線通信処理を説明する。図３は、本実施形態のタグリーダ１３０側で実現される機能ブロックを示す。図３に示すタグリーダ１３０の機能ブロック１５０は、フレーム読込部１５２と、マーカ検出部１５４と、発光部位推定部１５６と、状態判定部１５８と、識別番号識別部１６０とを含む。これらの各機能部１５２〜１６０は、タグリーダ１３０のコントローラ１３２の制御のもと実現される。

フレーム読込部１５２は、赤外線カメラ１４０から１フレームの画像を読み込み、フレーム１６２をメモリ領域に格納し、マーカ検出部１５４に処理を渡す。マーカ検出部１５４は、このフレーム１６２中から所定の形状パターンを有する光学マーカの検出を試みる。本実施形態では、赤外線タグ１０４の光学マーカ部１１２の画像パターンが予め登録されており、マーカ検出部１５４は、この登録されたパターンにマッチする画像領域をフレーム１６２中から検索し、マーカを検出する。

マーカ検出部１５４は、拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）の技術分野において既知のマーカ検出アルゴリズムを用いて上記マーカの検出を行うことができる。ここで、図４を参照しながら、フレーム１６２中からマーカを検出する処理の一例を説明する。

図４（Ａ）は、本実施形態において、赤外線照射部１３８の赤外線照射の下、赤外線カメラ１４０により赤外線タグ１０４を撮影した場合に取得されるフレームを模式的に示す図である。図４（Ａ）に示すフレーム１８０には、赤外線タグ１０４の光学マーカ部１１２の反射光１８２と、発光素子１１４が点灯した状態である場合に観測される発光１８４と、他の環境光１８６ａ，１８６ｂとが明るい領域として存在する。環境光１８６は、蛍光灯などのよって生ずるが、これらは赤外線タグ１０４の光学マーカ部１１２を検出する際のノイズとなる。

マーカ検出部１５４は、まずグレースケールとして読み込まれるフレーム１６２を２値化し、明るい閉領域１９２，１９４，１９６ａ，１９６ｂを検出して識別子を付する。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すフレームを２値化した場合のバイナリ画像データを模式的に示す図である。マーカ検出部１５４は、続いて、検出された各閉領域の外接短形を求め、外接短形と閉領域との接点座標を見つけることで、閉領域の輪郭が四角形であるか否かを判定する。この段階で、４つの頂点を有さない環境光１８６ａ，１８６ｂおよび発光１８４に対応する閉領域１９６ａ，１９６ｂ，１９４が除外される。

マーカ検出部１５４は、続いて、四角形の閉領域１９２の内部の画像について、予め用意したマーカ画像とのマッチングにより類似度を算出し、その四角形がマーカ画像であるか否かを判定し、検出したマーカに関する情報を記述するマーカ情報１６４をメモリ上に格納し、発光部位推定部１５６に渡す。

図５（Ａ）は、本実施形態のマーカ検出部１５４が出力するマーカ情報のデータ構造を一例として示す。図５（Ａ）に示すマーカ情報１６４は、各マーカに割り当てられた識別子と、そのマーカの中心座標と、４頂点の座標と、四辺の直線を表す関数の係数と、検出されたマーカそれぞれに算出される信頼度の値とを含む。ここでは、複数のマーカが検出され得るが、複数のマーカが検出された場合には、信頼度の上位のマーカ、または信頼度が所定の閾値以上のマーカを対象とすることができる。また、マーカ検出部１５４は、フレーム間のマーカの識別値を対応付けし、フレーム間で近接した位置に同じような大きさで検出されたマーカには同一の識別値を付する。これにより、複数の赤外線タグが撮像画像中に含まれる場合であっても、それぞれ独立に処理することが可能となる。

再び図３を参照すると、発光部位推定部１５６は、マーカ情報１６４を読み出し、予め取り決められた光学マーカ部１１２と発光素子１１４との位置関係から発光部位を推定する。本実施形態では、略正方形の枠形状の光学マーカ部１１２の略中心に発光素子１１４が配置されるものとして取り決められており、発光部位推定部１５６は、マーカの中心座標を発光部位の中心座標として、さらにマーカの４頂点間の距離から発光部位の大きさを判定し、発光部位情報１６６としてメモリ上に記憶し、状態判定部１５８に処理を渡す。

図５（Ｂ）は、本実施形態の発光部位推定部１５６が出力する発光部位情報のデータ構造を一例として示す。図５（Ｂ）に示す発光部位情報１６６は、各マーカに割り当てられた識別子と、その発光部位座標と、その画像上の大きさとを含む。

再び図３を参照すると、状態判定部１５８は、発光部位情報１６６を読み出し、フレーム１６２中の発光部位として特定された画像領域の画素値を読み込み、発光状態を判定する。上記発光部位の画像領域は、例えば中心座標（Ｘ０，Ｙ０）を中心としたＲ×Ｒの正方形のピクセル領域または直径Ｒの円に相当するピクセル領域として特定される。発光状態の判定は、例えば、特定された画像領域の画素値の平均を算出し、状態判定のために予め与えられる閾値と、算出した平均値とを比較し、閾値を超える場合（閾値よりも明るい値の場合）に点灯状態（Ｈ：High）と判定し、閾値を越えない場合に消灯状態（Ｌ：Low）と判定することができる。また、平均値の算出方法は特に限定されるものではなく、中心座標からの距離に応じて重み付け平均を算出してもよい。

１フレームについて発光状態が判定されると、その判定結果１６８に書き込まれ、必要なフレーム数分この発光状態の判定処理が繰り返される。図５（Ｃ）は、本実施形態の状態判定部１５８が出力する判定結果１６８のデータ構造を一例として示す。図５（Ｃ）に示す判定結果１６８は、各マーカに割り当てられた識別子と、各フレームにおいて判定された発光状態（Ｈ／Ｌ）を示す値とを含む。ひとつの通信についての判定結果に含まれるフレーム数は、赤外線タグ１０４の点滅周波数、赤外線カメラ１４０のフレームレート（サンプリング周波数）、タグ識別番号のビット数等に応じて設定されるものである。

図６は、赤外線タグおよびタグリーダ間における赤外線無線通信の概略を示すタイミングチャートである。図６に示す例では、赤外線タグ１０４は、マンチェスタ符号化方式に従いタグ識別番号をエンコードし、発光素子１１４の点滅によって、「０」および「１」の値を表現する。図６に示す例では、赤外線無線通信により赤外線タグから送信されるデータは、スタートビット「０」と、タグ識別番号「１１１００１」と、パリティビット「０」との合計８ビットから構成され、これらの各ビットの値が、消灯（Ｌ）から点灯（Ｈ）への遷移（「０」）または点灯（Ｈ）から消灯（Ｌ）への遷移（「１」）によって表現される。なお、マンチェスタ符号化方式が好適に用いられるが、ＮＲＺ（Non Return to Zero）符号化方式など他の符号化方式を採用してもよい。

タグリーダ１３０側の赤外線カメラ１４０のイメージ読み込み周波数（フレームレート）は、発光素子１１４の点滅周波数の２倍以上とする必要があり、例えば赤外線タグ１０４の点滅周波数が１５Ｈｚの場合には、タグリーダ１３０の読み込み周波数は、その２倍の３０Ｈｚとすることができる。

赤外線タグ１０４から送信されるスタートビットは、タグリーダ１３０にデータ通信の開始を通知するためのビットである。タグリーダ１３０は、上述したように、定期的に赤外線カメラ１４０のフレームを読み込み、状態判定部１５８により赤外線タグ１０４の発光状態を判定する。タグリーダ１３０は、２フレームの判定結果からスタートビット（つまり消灯（Ｌ）から点灯（Ｈ）への遷移）を検出すると、赤外線タグ１０４が送信する総ビット数（図６に示す例では、６ビット）の２倍のフレーム数（図６に示す例では１４フレーム）だけ、上述した発光状態の判定処理を繰り返させる。判定結果１６８には、図５（Ｃ）に示すように、スタートビットからパリティビットまでの合計１６フレーム分の発光状態を示す値（Ｈ／Ｌ）が記録される。スタートビットを含め所定のフレーム数分の判定結果が得られると、識別番号識別部１６０へ処理が渡される。

識別番号識別部１６０は、判定結果１６８を読み出し、各フレームにおける発光部位の発光状態から識別番号に相当するビット列のビット判定を行い、タグ識別番号１７０を出力する。識別番号識別部１６０は、適宜パリティビットによる誤り検出を行い、得られたタグ識別番号の正しさを検証する。なお、本実施形態では、１ビットのスタートビットと、１ビットのパリティビットとを用いる場合について説明したが、他の実施形態では、スタートビットのビット数を増やしてもよく、また、チェックサム、ブロック符号、ハミング符号、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）などの他の誤り検出符号または誤り訂正符号を用いてもよい。

以下、図７および図８を参照して、赤外線タグおよびタグリーダ間で行われる、本実施形態のタグ認識方法による赤外線無線通信について、より詳細に説明する。図７は、本実施形態のタグリーダ１３０が実行する処理および赤外線タグ１０４が実行する処理を示すフローチャートである。図７に示す処理は、タグリーダ１３０において定期的または不定期に呼び出されて、ステップＳ１００から開始される。なお、図７に示す処理は、予め設定されたインターバルで定期的に開始されてもよく、図示しない他の人体検知センサと連携することで人体検知センサがヒトを検知したタイミングで開始されてもよい。

ステップＳ１０１では、タグリーダ１３０は、赤外線照射部１３８から赤外線の照射を開始し、ステップＳ１０２で、フレーム読込部１５２により赤外線カメラ１４０から１フレームの画像を読み込む。ステップＳ１０３では、タグリーダ１３０は、マーカ検出部１５４によりマーカの検出を試み、ステップＳ１０４では、読み込んだフレーム中にマーカが存在するか否かを判定する。ここでは、例えば、マーカ検出部１５４が検出したもののうち、所定の閾値を越える信頼度を有するマーカが存在するか否かを判定することができる。

ステップＳ１０４で、マーカが存在すると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０５へ処理が進められる。ステップＳ１０５では、タグリーダ１３０は、ＲＦ送信部１３６を使用して識別番号要求パケットを送信し、ステップＳ１０６で、赤外線カメラ１４０によるデータ受信処理を呼び出す。この識別番号要求パケットには、リーダ識別番号と、上述した暗号化鍵とが含まれる。

一方、赤外線タグ１０４の処理は、ステップＳ２００で、ＲＦ受信部１２４が識別番号要求パケットを受信したことに応答して開始される。ステップＳ２０１では、赤外線タグ１０４は、識別番号要求パケットに含まれるリーダ識別番号と、予め登録されたリーダ識別番号とを照合し、その正当性を判定する。ステップＳ２０１で、正当であると判定された場合には、ステップＳ２０２へ処理が進められる。ステップＳ２０２では、赤外線タグ１０４は、識別番号格納部１２２からタグ識別番号を読み出し、要求パケットに含まれる暗号化鍵を使用してタグ識別番号を暗号化し、発光素子１１４の点滅にエンコードして、タグ識別番号を含むデータ・パケットを赤外線無線通信により送信し、ステップＳ２０３で本処理を終了する。一方、ステップＳ２０１で、正当でないと判定された場合には、ステップＳ２０３へ処理が進められ、何も応答せずに処理を終了する。

図８は、本実施形態のタグリーダ１３０が実行する、赤外線カメラによるデータ受信処理を示すフローチャートを示す。図８に示す処理は、図７に示すステップＳ１０６で呼び出され、ステップＳ３００から開始する。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０７で示す処理ループでは、フレーム毎に発光状態の判定が行われる。

ステップＳ３０２では、タグリーダ１３０は、フレーム読込部１５２により、赤外線カメラ１４０から１フレームの画像を読み込み、メモリ上に保存する。ステップＳ３０３では、タグリーダ１３０は、マーカ検出部１５４により、読み込んだフレームからマーカの検出を試み、マーカ情報を取得し、ステップＳ３０４で、当該フレーム中にマーカが存在するか否かを判定する。ここでも、上記ステップＳ１０４と同様に、所定の閾値を越える信頼度を有するマーカが存在するか否かを判定する。ステップＳ３０４で、マーカが存在すると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０５へ処理が進められる。

ステップＳ３０５では、タグリーダ１３０は、発光部位推定部１５６により、赤外線タグ１０４の外面上における光学マーカ部１１２と発光素子１１４との位置関係の取り決めに従って、検出されたマーカのマーカ情報から発光素子１１４に対応するフレーム中の部位を推定する。本実施形態では、検出されたマーカの中心座標から所定の大きさの範囲の画像領域が推定される。ステップＳ３０６では、タグリーダ１３０は、状態判定部１５８により、フレーム中の推定された発光部位の画像情報から発光素子１１４の発光状態を判定し、判定結果に書き込む。

ステップＳ３０１〜Ｓ３０７で示す処理が所定回数繰り返されると、ステップＳ３０８へ処理が進められる。ステップＳ３０８では、タグリーダ１３０は、識別番号識別部１６０により、発光状態の判定結果からタグ識別番号を識別し、ステップＳ３０９で、誤り判定を行い、ステップＳ３０９で本処理を終了し、図７で示す処理に制御を戻す。ステップＳ３０９の判定において、送信データの正しさが検証された場合には、得られたタグ識別番号が戻り値に設定され、送信データが誤りであると判定された場合には、エラーを示す値が戻り値に設定されることになる。

一方、ステップＳ３０４で、マーカが存在しないと判定された場合（ＮＯ）は、ループを抜けて、ステップＳ３１１で、エラーを戻り値に設定し、ステップＳ３１０で、本処理を終了する。これは、通信中に赤外線カメラ１４０の視野から赤外線タグ１０４が外れた場合に対応するため、次の定期的または不定期の図７に示す処理を開始した際に最初からやり直されることになる。なお、複数のマーカが検出された場合には、検出されたマーカ毎に、図８に示す処理が行われることになる。

再び図７を参照すると、タグリーダ１３０側では、ステップＳ１０６で、赤外線通信によるデータの受信が完了すると、上記戻り値を取得し、ステップＳ１０７へ処理が進められる。ステップＳ１０７では、戻り値からタグ識別番号の取得が成功したか否かを判定する。ステップＳ１０７で、タグ識別番号の取得に成功したと判定される場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０８へ処理が進められる。ステップＳ１０８では、タグリーダ１３０は、例えば情報端末１０６側にタグ識別番号を渡して、タグ識別番号に応じて利用者毎にカスタマイズされた画面表示や情報提供などが行われる。ステップＳ１０９では、赤外線照射部１３８からの赤外線の照射を終了し、ステップＳ１１０で、本処理を終了させる。

一方、ステップＳ１０７で、誤り判定により誤りが検出されたり、赤外線タグ１０４を通信中に見失ったりし、タグ識別番号の取得に失敗したと判定される場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０９へ処理が進められ、赤外線照射部１３８からの赤外線の照射を終了し、ステップＳ１１０で、本処理を終了させる。またステップＳ１０４で、マーカが存在しないと判定された場合（ＮＯ）にも、ステップＳ１０９へ直接処理が進められ、赤外線照射部１３８からの赤外線の照射を終了し、ステップＳ１１０で、本処理を終了させる。

以上説明した実施形態では、赤外線タグ１０４の外面には光学マーカ部１１２が設けられるが、赤外線タグ１０４のタグ識別番号は、光学マーカではなく、暗号化された上で赤外線タグ１０４が備える発光素子１１４の点滅によりタグリーダ１３０へ伝達される。したがって、第三者は、光学マーカ部１１２を認識できたとしても、赤外線通信により伝送されるタグ識別番号を得ることが困難となる。

さらにタグリーダ１３０側では、赤外線タグ１０４の外面に設けられた光学マーカ部１１２を検出するという簡素な画像処理によって当該赤外線タグ１０４の存在を検出するとともに、その発光部位を推定する。すなわち、光学マーカ部１１２は、発光部位を推定するために使用され、この推定するための画像処理は、パターンマッチング等により直接発光部位を検出する処理に比較しても、負荷が小さい。また赤外線カメラのフレームレートも、通常通り、点滅周波数の２倍で充分であり、タグリーダ１３０側の計装コストが低減される。

すなわち、本実施形態によれば、個体識別タグの発光状態を判定する簡略化された画像処理が提供され、ひいては個体識別タグの識別処理を低コストかつ安定的に実現することが可能なタグ認識システム、タグ認識装置およびタグ認識方法を提供することができる。

本実施形態の上記機能は、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語などで記述された装置実行可能な印刷制御プログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができる。

これまで本実施形態につき説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１００…対象認識システム、１０２…利用者、１０４…赤外線タグ、１０６…情報端末、１０８…パケット交換、１１２…光学マーカ部、１１４…発光素子、１２０…コントローラ、１２２…識別番号格納部、１２４…ＲＦ受信部、１３０…タグリーダ、１３２…コントローラ、１３４…識別番号格納部、１３６…ＲＦ送信部、１３８…赤外線照射部、１４０…赤外線カメラ、１５０…機能ブロック、１５２…フレーム読込部、１５４…マーカ検出部、１５６…発光部位推定部、１５８…状態判定部、１６０…識別番号識別部、１６２…フレーム、１６４…マーカ情報、１６６…発光部位情報、１６８…判定結果、１７０…タグ識別番号、１８２…反射光、１８４…発光、１８６…環境光、１９２，１９４，１９６…閉領域

特開２００４−２０８２２９号公報 特許第４３２２１４５号明細書

Claims (16)

1. 撮像装置を備えるタグリーダと、識別タグとを含むタグ認識システムであって、前記識別タグは、
   当該識別タグの外面に設けられる発光素子と、
   前記発光素子の周囲の前記外面上に設けられる光学マーカと、
   前記発光素子を制御して、発光によりタグ識別値を発信させる制御手段と、
   を含み、前記タグリーダは、
   前記撮像装置から読み込んだフレームから、前記光学マーカを検出する検出手段と、
   前記識別タグの外面上の前記光学マーカと前記発光素子との位置関係の取り決めに従い、検出された前記光学マーカから前記発光素子に対応する部位を推定する推定手段と、
   前記フレーム中の前記部位の画像情報から前記発光素子の発光状態を判定する判定手段と、
   前記発光状態の判定結果に従って前記タグ識別値を識別する識別手段と
   を含む、タグ認識システム。
2. 前記タグリーダは、さらに、当該タグリーダに固有なリーダ識別値を含ませて、前記タグ識別値の発信を要求する要求パケットを送信する送信手段を含み、
   前記識別タグは、さらに、前記要求パケットを受信する受信手段を含み、前記制御手段は、予め登録されたリーダ識別値と照合して、前記登録されたリーダ識別値に一致する要求パケットを受信した場合に、前記発光素子に前記タグ識別値の発信を行わせる、請求項１に記載のタグ認識システム。
3. 前記制御手段は、前記リーダ識別値を使用して前記タグ識別値を暗号化し、
   前記識別手段は、前記発光状態の判定結果から得られる情報から前記タグ識別値を復号する、請求項２に記載のタグ認識システム。
4. 前記タグリーダは、さらに、前記要求パケット毎に番号を発生する番号発生手段を含み、前記送信手段は、生成した前記番号を前記要求パケットに含ませて送信し、前記制御手段は、前記番号を使用して前記タグ識別値を暗号化し、前記識別手段は、前記発光状態の判定結果から得られる情報から前記タグ識別値を復号する、請求項２に記載のタグ認識システム。
5. 前記光学マーカは、略四角形形状を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタグ認識システム。
6. 前記光学マーカは、透明または半透明の再帰性反射材である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のタグ認識システム。
7. 前記発光素子は、赤外線を発光し、前記撮像装置は、赤外域に感度を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のタグ認識システム。
8. 前記制御手段は、マンチェスタ符号化方式により前記タグ識別値を発光パターンにエンコードする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のタグ認識システム。
9. 前記制御手段は、前記タグ識別値の発信の際に、さらに、スタートビットおよび誤り訂正符号を使用する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のタグ認識システム。
10. 撮像装置を備えるタグリーダであって、
    前記撮像装置から読み込んだフレームから、識別タグの外面上に設けられた光学マーカを検出する検出手段と、
    前記識別タグの外面に設けられる発光素子と、前記発光素子の周囲の外面上の前記光学マーカとの位置関係の取り決めに従い、検出された前記光学マーカから前記発光素子に対応する部位を推定する推定手段と、
    前記フレーム中の前記部位の画像情報から前記識別タグの前記発光素子の発光状態を判定する判定手段と、
    前記発光状態の判定結果に従って、前記識別タグが発光により発信するタグ識別値を識別する識別手段と
    を含む、タグリーダ。
11. 自己の正当性を示すために、当該タグリーダに固有なリーダ識別値を含ませて、前記タグ識別値の発信を要求する要求パケットを送信する送信手段を含む、請求項１０に記載のタグリーダ。
12. 前記識別手段は、前記発光状態の判定結果から得られる情報から、前記リーダ識別値を使用して前記タグ識別値を復号する、請求項１１に記載のタグリーダ。
13. さらに、番号を発生する番号発生手段を含み、前記送信手段は、前記番号を使用して前記タグ識別値を暗号化させるために、前記番号を前記要求パケットに含めて送信し、前記識別手段は、前記発光状態の判定結果から得られる情報から前記タグ識別値を復号する、請求項１１に記載のタグリーダ。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のタグリーダと通信する識別タグであって、前記識別タグは、
    当該識別タグの外面に設けられる発光素子と、
    前記発光素子の周囲の前記外面上に設けられる光学マーカと、
    前記発光素子を制御して、発光によりタグ識別値を発信させる制御手段とを含む、識別タグ。
15. 撮像装置を備えるタグリーダが実行する方法であって、前記タグリーダが、
    外面に発光素子が設けられ、該発光素子の周囲の外面上に光学マーカが設けられる識別タグを前記撮像装置に撮像させるステップと、
    前記撮像装置からフレームを読み込むステップと、
    読み込んだ前記フレームから前記光学マーカを検出するステップと、
    前記識別タグの外面上の前記光学マーカと前記発光素子との位置関係の取り決めに従い、検出された前記光学マーカから前記発光素子に対応する部位を推定するステップと、
    前記フレーム中の前記部位の画像情報から前記発光素子の発光状態を判定するステップと、
    前記発光状態の判定結果に従って、前記識別タグが発光により発信するタグ識別値を識別するステップと
    を実行することを特徴とする、識別タグ認識方法。
16. 自己の正当性を示すために、当該タグリーダに固有なリーダ識別値を含ませて、前記タグ識別値の発信を要求する要求パケットを送信するステップを前記タグリーダが更に実行することを特徴とする、請求項１５に記載の識別タグ認識方法。