JPH06502036A - ２進データ表現方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ２進データ表現方法 発明の分野 本発明は、例えば標準の商用印刷過程による印刷のように実体のある形として記 録可能であるように、２進データを図形的アレイとして表現するための方法に関 する。

この種の印刷されたデータは、次に、イメージスキャナ及び走査されたイメージ から２進データを抽出するコンピュータプログラムによってもとの２進形に再構 成することが可能である。

光学式文字認識（ＯＣＲ）技術は、印刷されたテキストからテキストデータを再 生成するために広く使われる。

ＯＣＲは、本質的には、イメージデータの２進テキストデータへの変換を扱うソ フトウェア技術である。

ＯＣＲの信頼性は、完全ではないが、改善されつつある。ＯＣＲは、完全でない にも拘わらず、電子テキスト編集におけるデータ入手ツールとして非常に有用で ある。

ただし、有用であっても、ＯＣＲがマシン間の通信手段として適切な技術である というわけではない。その理由３つを次に示す。即ち、第１に、英字（或いは数 字）の図形的外観は、人間読者の要求に応えたものである。英字を機械によ７て 読取るということは、機械による読取り可能を目的としてデザインされた図形的 記号を認識するために機械が作動するというよりも、機械に備えられた処理能力 の大部分を文字認識のために使用することを意味する。このために機械が費やす 余分な努力は、主として人間可読なテキストシステムに価値を添加するというこ とだけで正当化されるに過ぎない。第２に、人間可読テキスの場合、印刷物の単 位面積当たりのデータ密度は、関連技術の能力限界に遠く及ばない。第３に、各 ２進コード（０から２５５まで）１つを１つの文字で表すことができない。一意 的に文字に割り当てられる２進コードは、２５６個の２進コードの中の僅かに約 ３分の１に過ぎない。残りの２進コードは非標準的方法によって文字に割り当て られ、文字に割り当てられないコードもある。１つの数に２つの１６進数字を割 り当てれば問題は解決されるが、データ密度の問題を更に悪化させることになる 。

バーコード 今日では、数種のバーコードフォーマットが、生として製品識別のために、広く 使用されている。バーコードは、情報をただ１つの方向にのみ、通常は線（ライ ン）に沿って、コード化する。垂直方向は情報をコード化しないが、冗長度を持 ち込むことにより水平方向のデータパターンをかなり大きい範囲に亙って拡張し 、その結果、パターンは、ある程度劣化するにも拘わらずその機能性を保持する ので、バーコードは、読取リマシンとパターンとを関連づける際に、機械的協調 をほとんど必要としない。

バーコードは、情報をほとんど記憶しない。バーコードは、機械可読識別コード の記憶には適するが、大量のデータを伝送するには、データ単位当たり実際に使 用するよりも遥かに大きい印刷面積を必要とする。バーコードは、普通のテキス トが必要とする面積の数倍の面積を占有する。バーコードパターンの冗長度次元 を短くすることにより、それに比例してデータ密度を増大させることができる。

しかし、読取り装置（リーダ）の位置合わせに必要とされる精度は、密度増大に 比例して厳しくなる。

例外的な情況においては、伝達を必要とするデータ自体の量は非°常に少ない。

従って、この種のデータを伝達するためにはバーコードが適切である。この種の 例としては、成る種のＴＶプログラム案内がバーコードの形で発表するタイミン グ情報を挙げることができる。特定のプログラムを記録するようにビデオレコー ダをプログラミングすることは、所要のプログラム用のパターンを横断してバー コードリーダペンを移動させるという簡単な動作に過ぎない。

ドツトコード ドツトコードシステムは、情報を記録するために、平らな表面の双方の次元を使 用する。ドツトコードは、本質的に読み難い。ドツトコードでは、読取り装置と データパターンを精密に同期化することが必要である。即ち、読取り装置（リー ダ）とデータドツトの列とが正確に位置合わせされた場合に限り、読取られたデ ータはもとのデータの順序で再構成される。ドツトコードシステムにおいてデー タ密度を高くしようとすればする程、この位置合わせ要件は厳格さを増し、これ に対応して、微小なドツトスクリーンが使用されるようになる。

読取り機械がデータパターンと同期していないか、或は、位置合わせされていな い場合には、順序性が失われ、順序性の再構成が必要になる。同期化補助手段と しである揮の基準情報が必要であるが、この種の情報は、ドツトパターン自体か ら抽出すること（自動相関）は本質的に不可能であるので、外部から導入するこ とが必要である。

第１の種類（同期化された読取り装置）のドツトコードシステムが提案済みであ る。この種のシステムは読取り装置（リーダ）の同期化、即ち、この種システム の科学技術的な主要成分を重視する。この種のシステムは、未だ、市販されるに は至っていない。この種のシステムは高度の専用精密機械を必要とし、そのコス トが高いために、それを使用して得られる利点が＃＠殺される。

発明の要約 従って、本発明の目的は、２進データを機械可読な形に表現する方法を提供する ことにある。機械可読な形に表現されたデータは、単位面積当たり比較的多量の データを含むことが可能であり、従来の光機械的手段によって再生可能であり、 低コストのイメージスキャナを用いてもとの２進形に再変換可能である。更に、 この方法においては、縮尺（スケール）及びアスペクトレシオの観点から、デー タを長方形に配列する際の融通性が大きい。

簡単に言えば、本発明の中心的なアイデアは、賢明なデザインのドツトコードパ ターンと適当なコード化およびコード解読ソフトウェアとを組合わせることによ り、新規なデータ伝送方法をコストエフエクチブ（費用に対して効率の良い）に することのできる方法において、利用可能な機械に新規な能力を付与するという ことである。

因みに、上記のアイデアは、その実現に専用／１−ドウエアを必要とする限り、 その目的は達成不可能である。本発明の要諦は、再構成プログラムにより非常に 高い精度をもって位置決め可能な機械可読図形基準ノくターンにある。プログラ ムは、この基準パターンから、データ自体を含む図形要素の正確な位置を計算で きる。

従って、基準パターンとデータ自体は組織的な単位を構成し、この種の組織的な 単位は、提案された形において、アスペクトレシオが選択可能であって縮尺可能 な矩形配列にこれらの単位を組み合わせることを可能にするという付加的利点を 有する。

図面の簡単な説明 前述その他の本発明の目的を本発明に従って達成する方法について十分な理解が 得られるようにするために、゛　本開示の一部を構成する次に示す添付図面を参 照して、本発明の特に有利な実施例について説明する。

図１は、本発明に従ったデータアレイの見取り図である。

図２は、図１のアレイの拡大図である。

図３は、図１及び２のアレイを更に拡大した見取り図であり、周囲のフレームと 比較して更に拡大したデータポイントを示す。

図４は、空きデータフィールドを有するデータアレイの見取り図である。

図５は、図４のアレイの角部分の部分図である。

図６は、形の異なる同期化ラインを用いた別の実施例の図５と同様の見取り図で ある。

図７は、データドツトの位置が三角形の基礎上に配列されたデータフィールドの 非常に拡大された部分的な見取り図である。

図８は、データドツトの位置が直角に配列された場合の図７と同様の非常に拡大 された見取り図である。

図９は、図８に示すデータドツト位置の配列を用いた本発明に基づくデータアレ イの部分的な見取り図である。

図１０及び１１は、本発明の処理過程における手順を例証するフローチャートで ある。

図１２及び１３は、本発明に使用可能な同期化ラインのパターンの非常に拡大さ れた概略説明図である。

図１４は、情報を含むフレームの別の実施例におけるデータアレイの見取り図で あり、説明のために、データフィールドに比較してフレーム幅を誇張されて図示 されている。

図１５．１６及び１７は、図１４のフレームに使用可能なデータパターンの拡大 された説明図である。

好ましい実施例の説明 本発明は種々の分野で利用できるが、印刷物の形でデータを伝達する場合につい て説明する。過去においては、雑誌の出版社がコンピュータプログラム又は多量 のデータを読者に供給しようとする場合には、人間可読な印刷されたリストとし てデータ又はプログラムを提供するか、或いは、ディスケットに入れたコードを 供給するか、いずれかを選択することができた。ただし、ディスケ・ントを用い る場合には、雑誌とディスケットの性質に差があるため、この場合に特有の包装 および発送上の問題があった。人間可読の形で供給される場合には、読者即ち顧 客は、それを利用するために、コードを自分のマシンにキー人力しなければなら なかったが、美大な量のデータ又は長いプログラムをキー人力することはまさに 大仕事であった。データを機械可読な形で雑誌に印刷する場合には、印刷される 媒体と雑誌の性質が一致しており、印刷される媒体は雑誌のほかの部分と同じ方 法で作成可能であるので、問題の解決手段としてはこの方が遥かに優れている。

しかし、この一般的な考え方を実現しようとする試みは、ごく最近までは、完全 に成功したとは言えデータパターンの機械による読取りのために、イメージスキ ャナを使用することが検討されている。イメージスキャナは、デスクトップ型の 出版用システムの構成要素として急速に人気を得ており、画像資料および本文両 方のＯＣＲシステム用入力要素として使用される。イメージスキャナは、今日で は、非専門的なコンピュータユーザー用として大量に市販されており、従って、 価格は安く、しかも、下降気味である。

イメージスキャナは、グラフィックデータをピントマツプの形で捕捉する。イメ ージスキャナは、スキャナの機械成分とドツトパターン（点で構成された模様） との間のアラインメント（位置合わせ）を確実に実施するための手段は一切持た ないので、イメージスキャナ自体、ドツトパターンからデータを抽出するには不 適当である。

従って、本発明は、パターンから原（オリジナルの）データを抽出するタスクか らスキャナを解放し、その代わりに、走査されたあらゆる図形資料のビットマ・ ノブのように、イメージビットマツプをスキャナから受け入れる。

次に、コンピュータプログラムによってデータがビ・ソトマップから抽出される 。このプログラムが満足に機能するためには、データドツトパターンのコンフィ ギユレーションが決定的に重要である。本発明がデータド・ノトノくターンのコ ンフィギユレーションに要求する本質的な特性を次に示す。

１、データパターンの識別 ドツトパターンは、そのまま識別され、無関係な印刷と区別されなければならな い。特有の図形要素Ｃよ、ドツトフィールドの部分を、印刷された資料の他のあ らゆる形から区別するために役立つ。フレーム状境界番よ、有効なドツトパター ンが含む特定のマーク（しるし）１こよって有効なドツトパターンを特定するこ とにより当該境界が明確に認識可能であるように形成されること力（好ましく、 この場合のマークは、他の機能を遂行するため１こも使用できる。

２、データパターンの空間的方向 データエリアの方向（オリエンテーション）は、フレーム上またはフレーム内に 配置され、他の機能も遂行可能な特定のマーキング（しるし）によって認職可能 である。「オリエンテーション」は、「上」、「下」、「左」、及び、「右」を 意味する。データエリアの方向を検出することは必要であり、そうしなければ、 データストリーム（流れ）の末端は開始端と混同されかねない。

３、スキャナの較正 ２進データの読取りは、エラーの観点からすれば、図形データ（ピクチャーデー タ）の捕捉よりも一層臨界的な過程である。ピクチャ走査のための較正エラーを 許容限度内に制限すると、２進データの抽出を不可能にしかねない。従って、較 正エラーを検出し、修正動作をさせるためにマシンにフィードバックするか、或 いは、故障の原因として報告しなければならない。等しいサイズの黒２！準エリ アと白基準エリアは、等量の白および黒読取り値を生成しなければならず、輝度 較正のために使用できる。

４、幾何学的基準マーク データパターンのサイズは、相対的なドツトサイズでなくて利用可能な印刷面積 によってのみ制限されるべきである。解読プログラムは、基準としての幾何学的 配列に対して各ドツトの位置を算定しなげればならないので、あらゆるドツトに 対して基準としての幾何学的配列から許容される最大距離は、解読中のシステム のエラー限界（マージン）及びドツトの半径によって制限される。ドツトの半径 決定に際しては、予測される絶対誤差限界（エラーマージン）に対して許容範囲 を設けなければならない。ドツト位置計算の絶対誤差限界は、その基準としての 幾何学的配列からの距離に比例するので、基準としての当該幾何学的配列は、実 際のドツトの周囲内の成る点（スポット）と算定されたドツトの位置とが合致す ることを保証できる程度に、ドツトのサイズと比較して、充分に近接していなけ ればならない。

頁をデータ印刷で覆った場合、データフィールドのサイズに対するドツトのサイ ズの比率が、予測された相対誤差限界よりもかなり小さくなる。その結果、デー タ印刷の大きいフィールドは小さいセクタ（区分）に分割する必要があり、この 場合の各セクタは、スキャナの解像度のための許容限界および安全のための適当 な限界を備え、予測された絶対誤差限界に対しては充分に近接し、しかも、デー タドツトの半径を超過しないような位置基準点を有するものとする。

本発明においては、同期化ライン（Ｉりで構成される格子を想定し、この場合の 同期化ラインは検出可能なものであって、その位置が、スキャナの解像度以上の 精度をもって統計的に計算されるするものとする。この種の（同期化）ラインは 、関連ドツトパターンを幾何学的に精密に定義する場合の基準としての幾何学的 配列を構成する。

統計的な位置決め計算を手際良〈実施するために（直線の場合には線形回帰）、 同期化ラインの縁は、例えばジグザグ形パターンのような非直線経路に従う。こ の設計の目的は、圭査点の直角格子に対してライン（線）の経路に沿ったライン の縁の位置を無作為化することである。換言すれば、いずれかの側のジグザグ形 ラインの境界内のあらゆる場所におけるスキャナ読取り値は、走査の解像度単位 よりも高い統計的精度を以てラインの近接を記録する。従って、ラインに沿った 任意のゾーンにおいて同期化ラインに接触する確率は、ジグザグ形の峰（ピーク ）部分が横方向にライン軸から離れている距離が０％の点からジグザグ形の谷部 分が横方向にライン軸から離れている距離が１００％の点まで線形に成長する。

交差する走査行１つ当たり、及び、交差する走査列１つ当たり少なくとも１つの 読取り点を当該確率細片が捕捉するならば、ジグザグ形の振幅即ち確率細片の幅 は少なくとも走査の解像度１単位でなければならない。２つの縁（２つの確率細 片）の離隔距離が解像度単位の整数１つと２分の１倍であるならば、振幅として は、解像度単位の半分の値で充分である。従って、交差する各走査は、２つの確 率細片の一方又は他方いずれかの中で少なくとも１回は読取りを実施することが 保証される。この文脈に従い、「解像度単位」は使用する走査機械によって決定 され、公称３００ｄｐ　ｉである。

ジグザグ形の曲がりを浅くするために、位相またはジグザグ形１つの長さは、数 個の解像度単位に亙るように選定することが好ましい。ジグザグ形の周期性は、 共通の整数除数を持たないために、走査の周期性とは数値的に結合しないことが 好ましい。

同期化ラインの境界がジグザグ形になることは、同期化ラインの輪郭を統計学的 に和らげ、更に正確な回帰を生じさせるために役立つ。同期化ラインの境界をジ グザグ形にすることによって得られる利益は、走査解像度が増大するにつれて減 少し、走査解像度が印刷解像度に到なり、ここで説明するように、本発明を商業 的に実現可能にするために必要とされる解像レベルにおいてジグザグ形同期化ラ インを印刷するには解像度が充分でない。

例えば、図１２にその輪郭を示す階段状デザイン２３、或は、図１３にその輪郭 を示す城壁状または歯車鉄道状設計２４は、レーザプリンタを使用するための適 当な妥協案である。

最後に、縁が円滑化された同期化ラインも充分満足のゆくように機能するものと 推測される。データドツトの直角１．三角形、又は、他の配列のいずれかと関連 して使用する場合、任意の境界設計による同期化ラインは、個々のデータドツト を確実に位置決めするための基準幾何学的配列として機能することができる。こ の種の同期化ラインの本質的な役割は、パターンに含まれるデータと当該データ を解釈する過程との間の機能的な中間手段として機能することである。

５、データドツトスクリーン 大きな関心の持たれるスクリーンの配列は三角形および直角ドツトスクリーン（ それぞれハニカム及び将棋盤模様）である。三角形配列は詰め込み濃密が最も大 きく、商用平版印刷技法によって作成できる。オフィス用として製造された現在 利用可能な低コストのレーザプリンタは、現在検討中の程度の解像度を持つ三角 形格子上にドツトを配列することはできないが、適当な直角パターン（模様）は 作ることができる。

前記配列の性質は、主としてドツトの形状によっては決定されず（検討中の大き さの程度では、データドツトは本質的に円形である）、ドツトの配置を規定する スクリーン又はアレイの格子によって決定される。三角形配列においては、６０ 度格子上ドツトが配置され、直角配列においては、９０度格子上にドツトが配置 される。

前記５つの基礎的要素または手順は、組織的または論理的な重要度順ではなくて 実用的な重要度順に列挙したものである。本明細書においては特定の要素と関連 して現れる機能は、実際には、２つ又はそれ以上の要素に分配されて現れること もある。逆に、２つ又は複数の機能が、１つの単一要素によって組合わされて扱 われることもあり得る。

本発明が現行技術よりも優れている点は次のように要約できる。ＯＣＲと比較す ると、本発明の方法が提供できるデータ密度の方が大きく、２０倍以上にも達す る。

０から２５５までの全ての２進コードは、単なる文字割当て部分集合ではなくて 、伝送可能である。コンピュータプログラム又は書式化されたデータは２５６全 でのコードを必要とする。コードの伝送は、記号的でなくて数値的であり、従っ て、明確である（文字を２進コードに割当てるには、様々な規格に従う。）。本 発明は、エラーに対する抵抗性も提供する。ＯＣＲシステムにおいては、エラー チェック、及び、エラー修正は行われない。

厳密に数値的なシステムは、システム自身が成る程度のエラー修正手順を備える 。

バーコードと比較すると、本発明は、容易に１００倍にも達する非常に大きいデ ータ密度を提供する。

他のドツトコード方式と比較すると、ここで提案されるパターン技法は、微小デ ータスクリーンの大面積への適用を可能にし、その結果として、エラー修正およ びデータ圧縮を用いて、伝送容量は８．５Ｘ１１インチの１頁当たり２００キロ バイト又はそれ以上になる。実際に達成可能な密度は、データのタイプに大幅に 依存する。

本方式は、ユーザー側に特別な技術を要求しない。本方式は、専用の高価で精密 なツールでなくて、容易に入手可能なハードウェアを使用する。付加価値が創造 される。

更にべつの利点としては、解像度（スクリーンサイズ）が可変であり、データフ ィールドのアスペクトレシオが選択可能であり、既存の下部構造から新規な利益 を引き出すことが可能であることを挙げることができる。

本発明は、ハードウェアの一意的な組合わせには関係しない。本発明に従ってデ ータの「読取り」および「解釈」が可能なシステムは、一般に、印刷された１つ 又は複数のデータアレイを調べることが可能であって少なくとも３００ＤＰ　Ｉ の解像度を持つビット地図を作ることのできるスキャナ、及び、例えば、スキャ ナによって作られたビットマツプを受取ってメモリーに記憶するために接続され た従来のパーソナルコンピュータのようなコンピュータを含む。この場合のコン ピュータは、ビットマツプを分析するためにソフトウェアを受け入れて使用する ことが可能でなくてはならず、また、ソフトウェアを通常の方法によって使用し 、コマンド及びメツセージを見ることができるように従来のモニタを含まねばな らない。これらの要件には、市販されていて入手容易な普通のコンピュータが満 足させることのできない要件は一切含まれていない。

本発明に基づく構成の例を用いて、以上に述べた原理について説明する。図１に 示すように、本発明に基づくデータフィールドアレイ１０は、随意の寸法の１つ 又は複数個のドツトコードフィールド１２を含む。データフィールドアレイは、 様々なアスペクトレシオを持つような様々な方法によって配列された任意の個数 のフィールドを含むことができる。認識可能な３つの要素を次に示す。

１、フレームの外側のあらゆる無関係なプリントから内側のデータを限定する封 入フレーム１４゜従って、データは、データの位置について混乱を引き起こすこ となしに他の印刷された物と一緒に１頁上に配置可能である。

２、同期化ライン１６の直角ネットワーク。

３、データドツトスクリーンの４つのフィールド１２゜本発明に基づくフィール ドアレイのサイズ及びアスペクトレシオは臨界的ではないが、あらゆる２進表現 システムにおいて、利用可能なスペースを能率的に使用可能であることが重要で ある。はぼ原寸によって図１に示すアレイは、６４Ｘ７４ビツトを配列して、各 フィールド１２　Ｅ　５９２バイトのデータを表わす。従って、−違約３センチ メートルの正方形は約２３６８バイトを保持する。

図２は、図１のアレイの拡大図である。図２において、レイアウトの構造的組織 に関する情報を提供するフレームライン１４の境界内に数個の白色マーク１８， １９が明瞭に示される。情報の対象は、同期化要素のオリエンチージョン、スケ ール、アスペクトレシオ、及び、概略位置である。特に、フレームの角に近接し た実質的に正方形である部分１８はフレームの角に対して一意的な位置を占存し 、それによって、アレイの「トップ」、即ち、始めデータと平行である縁を構成 するこれらの角を一意的に１別する。部分１９は、同期化ライン１６と実質的に 一直線上に位置し、これらの同期化ラインの探索を開始する場所を読取りシステ ムに表示する。上辺に沿ったマーク１９及び側辺に沿ったマーク１９のマーク１ ９の個数は、アレイのアスペクトレシオを定義する。　図に示すデータパターン が縞模様になっているのは、表示されたデータの人工的な性質に因るものである 。パターンを生成する際のプログラミングを容易にするために、「セット」と「 クリア」の間で無限に交替するビットによってデータが構成されるものと仮定し た。実際のデータは、一般に、無作為な点模様（ドツトパターン）に近いはずで ある。

図３は、図２及び図１の原理を用いたアレイの拡大図である。ただし、図３にお いては、スクリーンの幾何学的配列を分かり易くするために、パターンの組織的 要素に比較してデータドツトが著しく大きく図示されている。

ドツトが三角形格子上に配置されていることが明白に分かるはずである。三角形 格子の交差点を中心とするドツトの外観は六角形であり、機能的意味でなく形の 上で理想化されたものである。

図４は、「空白データ」のパターンを示す。組織的要素だけが見える状態を示す 。

図５は、図４の部分拡大図である。同期化ラインの外形のジグザグ形が明白に認 められる。双方の辺上のジグザグ形の位相は、何か特別な方法で相互配置される 必要はない。図に示すように、相互に半位相シフトした状態は「回虫」状の外観 を持つ。位相シフトが無ければ、「蛇状」になる。

再度説明すれば、図５においては、図を分かり易（するために、全てのデータ要 素が白点（ホワイトドツト）であると定義されているので、組織的要素だけが見 える。

同期化ラインが位相シフトしておらず、アレイが蛇状の線である場合を図６に示 す。データ分析に際して位相シフトは機能的に関係しないので、あらゆる非整数 位相シフトが実現可能である。

本発明を理解し易くするために、３つの機能性について別々に検討することとし 、そのために、各機能性ごとに図に示す図形要素を用い、機能性と要素との間の つながりは一時的に無視することとする。

同期化ライン 同期化ラインは、本発明の必須要素である。既に述べたように、同期化ラインを 広範囲に亙って採用しなかった場合には、システムは、主として、読取り装置自 体の光機械的な同期化に焦点を絞ることになる。

本発明のシステムは、コストの安い非同期性イメージスキャナに依存する。その ためには、走査の後でソフトウェアにより処理するためのシステム自身の同期化 データを走査によって入手する。図に示す同期化ライン１６は、この種同期化デ ータの可能な図形的構成の例である。

各同期化ラインは、黒線の認識を可能にする白い帯によって各側部の境界が形成 された黒線から成る。実際に、同期化要素は、広範囲のデータパターン全体に亙 って適切かつ周期的に配置される。符号解読過程によってこれら各々の基準要素 の位置が決定されると、パターン全体の各ドツトの基準要素は、当該局部基準区 分内の予ｎノされた全システム絶対誤差限界（エラーマージン）に対してドツト の半径よりも小さくなるように充分近接して配置される。

大きいデータ部分（エリア）を小さい区分に分割する線で構成される網（ネット ワーク）を図に示す。同期化する方法としては、統計的な回帰によってデータ区 分の境界を構成する４本の線１６各々の位置パラメータを算定し、これらの線に よって構成される４つの角を計算する。フィールドの角に相当するこれらの交差 点は位置基準点を表す。それら４つの角で形成される部分の内部の各データドツ トの相対位置ｘ、ｙは、パターン構造によって正確に定義される。各ドツトの絶 対位置は、そのドツトの既知の相対位置および算定された角の座標からめること が可能である。直線性の欠陥は、データ区分が充分小さくなるように寸法決定す ることによって臨界しきい値以下に保持される。

角座標の位置決め精度は、達氏可能なデータ密度の観点から重要である。例えば システム内のあらゆる緩み（スラック）のような角座標の計算誤差は、対応する ドツト半径を大きくすることによって吸収しなければならず、ドツト半径を少し でも大きくするとデータ密度が低ここて提案する同期化基準の位置決め法は統計 的な方法である。この方法は、同期化要素と走査格子との間の平行性（ひいては ジグザグ形）及び共通周期性を回避することによって良く機能する。共通周期性 は、ジグザグ形が走査解像力の簡単な倍数にならないように位相の長さを選定す ることによって回避される。換言すれば、位置決定法が統計的性質を持つので、 無作為性を最大にし、位相の合致を最小にすることが推奨される。

スキャナの解像度はデータドツトスクリーンより大幅に優れていない場合には、 同期化ラインの境界がジグザグ形になることは単位面積当たりのデータ密度にと っては有利である。直線でも差し支えないが、信頼性が低下するか、或いは、信 頼性を同じくするにはデータドツトを大きくしなければならない。ジグザグ形は 、システム最適化要素として重要である。

フレーム１４は、少なくとも、例えば広告のように出版物に現れる可能性のある 他の要素のフレームと当該フレームを区別し、含まれた資料の尺度（スケール） 及び内部構造に関する全体的な指示を供給するために充分な情報を所有する。図 に示すフレームマーキング（模様）は例に過ぎない。更に精巧なマーキングを用 いれば、フィールド型の情報を所有させることもできる。応用に重点を置いた融 通性の観点からすれば、ドツトデータと並置して従来の型のコード又はバーコー ドをオプションとして含むよう提案される。

要約すれば、フレーム及び同期化要素の両者は、パターンエ別専用のフレームと 位置情報を提供するだめの同期化ラインとを備えた同一機能性基盤の２つの化身 であると言うことができる。これら２つの機能は相互に排他的ではないので、情 況にとって好都合であれば、１つの図形要素に任せることもできる。

さて、データドツトスクリーンについて説明すると、２進情報の構成要素すなわ ちビットは、１つのデータドツトで図形として表現される。ドツトは、当該ビッ トがセットされているか或いはクリアであるか、即ち「１」か「０」かに応じて 、黒か白で表される。

ドツトは様々に配列可能である。ドツトは本質的に円形であり、データ密度に観 点からすれば、三角（ハニカム）配列が最良である。ただし、直角配列も合理的 であり、オフィスレーザプリンタを用いてドツトパターンを生成しようとする場 合に用いられる。この場合のオフィスレーザプリンタとは、プリンタ自身の直角 印刷格子を用いて六角形幾何学的配列を作ることが不可能であり、所要の小尺度 において解像力の点で制限を受けるプリンタを意味する。

ドツトの位置３０を三角形配置した場合を図７に示す。

この場合、ドツトの位置とは、ドツト位置の中心が例えば三角形３２のような正 三角形の頂点にあるような位置を意味する。既に述べたように、ドツトの位置の 間、又は、ドツトんの位置の列の間には空隙は無い。従って、図２から６までに おいて、ドツトの大幅拡大図では、ドツトは六角形として表され、三角形配列す ると、利用可能な空間がドツトによって完全に充満する。ただし、実際問題とし ては、印刷装置は、意図した実物大の六角形を印刷するわけではない。ドツトは 、はぼ円形であり、従って、図７に示すように配列される。

図９に示すフレーム３８及び同期化ライン４０と関連して、ドツト位置３６の矩 形または直角配置を、拡大倍率を小さくした図８に示す。前記のように、直角配 置は、例えばオフィスレーザマシンのような比較的低解像度のプリンタを用いて 印刷する場合に適する。

２進データを特定の形の図形模様（グラフィックパターン）に変換する場合、線 で構成される直角のネットワークは、矩形部分を矩形、好ましくは正方形の一般 的な二次元アレイに分割するように構成される。この場合、矩形部分のアスペク トレジオは区分ユニット内の演算子によって選択済みである。線幅は、スキャナ の解像力１単位程度である。両方の境界はジグザグ形に沿って伸延し、その幅は スキャナの解像力１単位程度であり、その周期は数個の解像力単位に端数を加え た値である。端数を加える理由は、１つのデータセクションの全長に亙って走査 格子との共振を防止するためである。線の各側部のジグザグ形は相互に反対位相 にある。従って、線は、交互に太くなり細くなる。

ここで説明する線で構成された格子は幾何学的配置基準格子として役立ち、各自 の局部座標系を持った各正方形を提供する。格子を構成するこれらの線を「同期 化ライン」と称する。

正方形で形成されるアレイ全体は、矩形の境界線内に囲まれている。このフレー ムはマーク（しるし）を含み、これらのマークの配置により同期化ラインの配置 に関する情報を提供し、これらのマークの形状により全フィールの方向および対 応する交差点に含まれるデーター（ドツトコード（三角または直角）、規則的タ イプ、商品コード、非−データパディング等）、規則的なタイプ、バーフード、 非データパディング等）の型に関する情報を提供する。同様に、これらのマーク は、無関係な図形と対照的に有効なデータとしてパターンを識別するために非常 に役立つ。

ここまでは、それが構造上の、或いは、組織上のシステム情報を伝達することを タスクとする図形要素について説明してきた。次に、データ自体は、隣接した列 として隣接配置された小さいドツトの二次元アレイの形で個々の正方形を満たし 、その結果、データエリア全体がドツトデータのスクリーンで完全に覆われる。

ドツトの列の間には空隙は無い。各ドツトは、１つの２進デ一タ単位を表し、各 ドツトが表す等価ビットの値に応じて黒または白で表される。グリッド全体の幾 何学的配列は、システムパラメータによって正確に定義される。従って、各ドツ トは、フィールドを囲む同期化ラインに対して既知の相対位置を有する。ドツト のサイズ（直径）は、一般に、スキャナ解像力単位の２ないし３倍程度である。

２進データは、その変換以前に、種々の方法により前処理されることか好ましい 。即ち、２進データの体積は冗長度除去によって圧縮され、非直列化され、例え ばシステムパラメータ及びデーター識別のようなシステムデータが加えられ、最 後に、エラー修正冗長度が加えられる。

図形パターンからのもとの２進データを抽８する際に、印刷されたパターンは、 イメージスキャナによってイメ−ジビットマップに変換されて、Ｓ己億される。

パターンの組立とは異り、パターンを解読することは、一定の順序をもったプロ セス（過程）である。その理由は、目標が、データドツトが起きた順序で全ての データドツトを見て、その色が黒または白のいずれかを検査することであるとい うことに因る。そのためには、データドツト各個の位置を決定しなければならな い。しかし、データドツトは、同期化ラインによって定義された局部座標系に対 してのみ発見可能であるので、これらの各線（ライン）は、最初に線形回帰計算 法によって処理しなければならない。この場合にも、フレーム内のマークを解釈 することによってラインの概略の位置が決定された後に限りデータドツトの発見 が可能であり、マークの解釈も、フレームの発見を前提条件とする。要約すれば 、一連の位置決め手順が実行されなければならず、各手順段階ごとに所定の精度 を持つ位置情報を前回の手順段階から受け取り、改良された位置情報がその次の 手順段階に渡される。

次に、図１０及び１１に示す符号解読過程の計算が段階的に行われる。この場合 の座標系はビットマツプの座標系である。この座標系における各点は、１つのス キャナによる読取り値を表す。点の相互間隔はスキャナの解像力１単位に相当す る。Ｙ−座標は、その上に点が所在する走査線の逐次位置を識別し、Ｘ−座標は 、走査線上の点の逐次位置を識別する。

最初にページ走査（５０）が行われ、図形ビットマツプか生成されて、コンピュ ータメモリーに記憶される。

その結果として、イメージファイルが作成され、このファイルにおいては、各読 取り値すなわち各点は、２つの座標によって走査解像力単位（それぞれＸとＹｌ または、走査列と走査行）でアドレスできる。この後の全ての手順段階は、メモ リー内のビットマツプ上で遂行される。

フレーム発見（５２）には、可能な限り小さいデータパターンを確実に捕捉する ように充分に近接して等間隔配置された走査線のサンプル（標本）１つを、ビッ トごとに検査する。この検査において色の変化が発見されると、変化経過に沿っ て線追跡（エツジ−トラッキング）手順が開始される。追跡中の縁（エツジ）が 所定の距離に亙って直線ではないことが判明すると直ちに線追跡は放棄される。

ただし、予測された方向から９０度回転した場合はこの限りでない。線追跡によ って４つの角が見付かって開始位置に戻ると、潜在的なフレームが識別され、記 憶されている当該潜在フレームの角の座標によって当該潜在フレームの位置が決 定される。

潜在フレームは、フレームマークについて追跡される（５４）。フレームマーク が一切見付からない場合には、当該フレームは無関係パターンとして拒否され、 「フレーム無し」として報告される（５５）。フレーム探し手順は、ページの終 に到達するまで、再開される。追跡動作には、捕捉されたイメージのビットマツ プ内において所定の開始点から終了点まで直線に沿った読取り行為が含まれる。

この読取りは、位置決めされた縁（エツジ）と平行な経路に従って累算される。

アルゴリズム（算法）的には、直線を追跡するために、一定段階ｒｎＪ個分だけ 両座標をインクリメントし、開始点座標から終点座標までｒｎＪ個の段階で経路 を通過する。Ｕフレーム追跡Ｊは、４つの境界線の各々の長さ方向軸に沿って追 跡することを意味する。マークは白と黒に交互に変化する直線区間（ストレッチ ）として現れる。色の異なる直線区間の間の色の変化点（例えば、白から黒へ） によって位置に関する情報が生成され、直線区間の相対的な長さによってフィー ルド型の情報が生成され、直線区間の発生順序（黒から白対自から黒）によって パターンの方向情報が生成される。

フレームが発見されると、当該フレーム及びフレームに含まれるデータのビット マツプが、図１１（５６）に示すように処理される。図に示すように、フレーム は複数のデータフィールドのを含むことができることに注意されたい。４本の同 期化ラインによる矩形フレームに含まれる１つの個別データフィールドの符号解 読について次に説明する。多数のフィールドを定義する多数の同期化ラインが１ つの単一フレームに含まれることが可能であり、更に、フィールドの型（タイプ ）が異なることも同様に可能である、即ち、フォーマントの異なるデータを含む と同様にタイプの異なるデータを含むことが可能であり、いずれを採択するかは データプロジューサの自由裁量に任される。一連のこの種データフィールドを含 むパターン全体の解読は、個別フィールドの解読作業の反復であるので、詳細な 説明を必要としない。ただし、フレーム及び同期化ラインを含む幾何学的システ ムにとって、分析ソフトウェアに対して期待するフォーマ・ソト等の種類を示す 機械可読情報を含むことが望ましい。

従って、この種のシステム情報は、例えばノ〈−コードの形で、フレームに含ま れる。追跡動作中に、このシステム情報の読取り（６０）が行われ、当該情報が 報告される（６２）。次に、システムノくラメータは、自動的またはオペレータ により設定可能である。

次に、輝度較正（６４）が行われる。輝度較正の詳細について次に検討すること とする。輝度較正が許容限度内でない場合には、修正動作が行われるか、又は、 スクリーン上に事実が報告される（６６）。

輝度が許容限度内である場合には、同期マーク１９及びフィールド型データの読 取り（６８）が行われ、データ分析に用いられるソフトウェアを評偏するための タイプを選定する目的でフィールドタイプの決定が行われる。

説明を容易にするために、それぞれ取扱いのための最適ルーチンを有する可能な ４つのタイプＡ、Ｂ、Ｃ及びＤがあるものと仮定する。これらのタイプ間の差異 は、例えば、三角形格子または直角格子のいずれかに配列されたドツトであるか 、或は、例えば文字数字テキスト又はバーコードのような他のシステムからのデ ータであることも育り得る。この段階において、フィールドタイプは決定済みで あり、過程は適切なタイプにファンされる（７０）。

次に、所定の精度により同期化ラインが位置決めされる（７２）。フレームマー ク１９は、同期化ラインがその中に所在しなければならないゾーンを識別するた めに充分な精度で同期化ラインの位置を指示する。これらのゾーンは、同期化ラ イン自体の反対側の均一な色をした中性ゾーンの中点間の部分全体及び同期化ラ インを含むものと仮定する。中性ゾーンは、同期化ラインとデータフィールドの 間の部分であり、ライン（線）と反対の色である。これにより、ラインはゾーン 内に所在し、データはゾーン内に所在しないことが保証される。ライン軸の方向 の交差点間にゾーンか所在するように境界を決定するものとし、このように、そ の次の個別データフィールドを基準にして同期化ライン区分を定義するものとす る。次に、当該ゾーン内における全てのスキャナ読取り値を検査することにより 、ライン（線）の正確な所在位置が決定される。同期化ライン（一般に黒色）に 属する座標読取り値は、線形回帰関数に供給される。このようにしてゾーン全体 の処理が終了するまでに、回帰関数は、当該座標系における同期化ライン軸の幾 何学的位置を出力する。

データフィールドを囲む４つの同期化ライン交差点に相当する角は、交差線座標 から数学的に位置決めされる。

その結果として、４対の座標値が得られる。これらの座標値は、ビットマツプ座 標における解像度単位の小数値程度に正確である。

次の段階は、データドツトの読取りに関係する。フィールドタイプは対応するフ レームマークから既知であるので、フィールド構造の正確な幾何学的配置も既知 である。従って、各データドツトの位置は、４つの基準角（コーナー）内におい て、その相対位置に線形補間法を適用することによって算定できる。フィールド 全体を解読するには、フィールドを構成する全てのドツト行を順次に追跡する。

この場合の演算は簡単な反復過程であり、本質的には、一定の座標増分を繰り返 し加算することである。

フィールドを読取った後で、プログラムは、読取るべき他のフィールドが有るか どうかを知るために探索し、この種フィールドが有れば、全てのフィールド及び 全てのフレームの読取りが終了するまで他のフレームを探索する。

再構成された生データは、前処理の場合と逆の順序で後処理される（７６）。即 ち、抽出に成功したが失敗したかに関するレポートによってエラーを修正し、シ ステムデータの報告又は記録或はその両者を行い、直列化し直し、圧縮解除する 。後処理も、システムの性質に合わせて調整可能であり、この場合、段階７６は 、特別な種類の必要とされる後処理にファンアウトすることを意味する。例えば 、テキストは、データの圧縮解除を含まない。

較正およびシステム情報をデータアレイのフレーム７９内に含ませるための適当 な配列方法を図１４に示す。

図２に関連して検討した方向マークおよび同期化ラインマーク１８及び１９に加 えて、フレーム７９は、それぞれ付加的な情報を含んだ領域を有する３つのフレ ーム成分８０．８１及び８２を含む。フレーム成分８０はフレームの最も外側の 層を形成し、フレーム成分８２は最も内部の層を形成し、フレーム成分８１はこ れらの層の間にはさまれた層を形成する。

既に述べたように、２進データの読取りは、図形データの捕捉よりも一層エラー に対して臨界的な過程である。

輝度較正はエラー源となる可能性がある。検討中の文脈に従えば、輝度較正は、 白い部分にも黒い部分にも相当しないで白と黒の輪郭部に相当する読取り値に対 するスキャナの応答（レスポンス）に関係する。読取り値がこのような位置にあ る場合、スキャナは、灰色、即ち、読取り値が主として黒の部分に位置する場合 には暗い灰色（ダークグレー）、或は、読取り値が主として白の部分に位置する 場合には明るい灰色（ライトグレー）を記録する。スキャナは、明るい灰色を白 、暗い灰色を黒と解釈し、明るいか暗いかは、スキャナの輝度較正設定（セッチ ング）に基づいて区別する。従って、明るいか暗いかの区別は輝度校正の問題で ある。輝度較正のバランスがとれていない場合には、認知済みの輪郭は黒または 白の側に移動する。このような移動が起きると、スキャナは小さい要素のサイズ を過大評価または過小評価し、その影響により、微小なデータスクリーンの解釈 に成功することが高度に臨界的になる。

従って、好ましくはフレーム内に所在する白と黒のサイズの等しい基準部分は、 等量の白と黒の読取り値を生成するはずである。このために、最も外側のフレー ム成分８０は、手順段階６４で読み取られた一連の４つの較正細片（ストリップ ）および均一な白と黒の縞を有する。

白い読取り値と黒い読取り値のそれぞれの個数の間のあらゆる不均衡は測定可能 であって、その値は修正用に使われる。この方法は、印刷に関する較正不均衡を 訂正し、印刷機において必然的に生ずるインク流の変動に起因するドツトのサイ ズの変動を効果的に補償する。

較正は輪郭に対するレスポンス（応答）の過渡状態と関係があるので、例えば長 くて細い線のような面積が小さくて輪郭が非常に長いテストパターンが最適であ る。

スキャナがフィードバック信号を受信し、その信号に応答して焦点を訂正するこ とが可能であれば、焦点較正も採択できる。

フレーム成分８１はシステム識別情報を含むので、手順段階７０（図１１）にお いて、どのようなシステムが関係しているかを推論するためにシステムを分析す ることなしに適切な選択を実施できる。成分８１は、各フィールドに使われるド ツトアレイシステムを識別し、また、他の情報を含むためにも使用可能であるこ とが好ましい。

図１４に示して既に言及したように、種々のタイプのフィールドであっても差し 支えない。即ち、例えば、既に詳細に説明したドツトスクリーン８４、人間可読 な形のデータを識別できるテキストフィールド、８５において提案済みのテキス トとグラフィックスの組合せ、空きフィールド８６、バーコード等である。いず れのシステムが各フィールドに関係しているかということは成分８２において識 別され、更に、成分８２は、同期化ラインを位置決めするためのマーク１９のよ うなマークを有する。この場合にも、フレーム成分８２は、フレームの内側の層 を構成する４つの細片を有する。

各々のフレーム成分の個々の辺を短縮して図１５．１６、及び、１７に示す。各 々のフレーム成分の先行端および後行端は、図２と関連して述べたように、方向 コードを形成する白と黒の区分を有する。フレームは、既に述べた追跡過程にお いて読取られる。この過程において、成分は、線８８に沿っていずれかの端から 開始し、成分の軸に沿って読取られる。色の変化（黒／白）は、方向およびシス テム情報を与える幅の測定値を生成する。

図１５に示すように、較正細片の追跡は、この図に示す番号に対応する次に示す 過程に関係する。

１、細片の開始点を位置決めする１つの端において、外側からフレームの開始点 まで上方に移動する。

２、第１の正方形のほぼ中心点まで移動する。この点において最初の正方形の色 が認知される。

３、次の色遷移まで進み、成分細片の幅がめられる。

４、次の色遷移まで進み、フレームに垂直な方向の幅をめ、較正パターンの開始 点をめる。

もう一方の端において前記の手順１，２．３及び４を繰り返す。

５、較正パターンを通って進み、較正のためのフィードバック情報をめる。

他のフレーム成分細片の追跡 １６細片の開始点を位置決めする１つの端において、外側からフレームの開始点 まで上方に移動する。

２、第１の正方形のほぼ中心点まで進み、色情報をめる。

３、次の色遷移まで進み、フレームの垂直方向幅をめる。

４、データの開始点に相当する次の遷移まで進む。

必要に応じて、他の端において反復し、次に、５、データを通って前進する。

これらの追跡過程によって生成される情報を次に示すａ、パターンの方向（冗長 度を持つ）。

ｂ、フレーム成分細片の幅（冗長度を持つ）。

Ｃ，フレームの線に垂直な方向の幅（冗長度を持つ）。

ｄ、ｍ片から得られたデータ。

本発明については、紙上にデータアレイを印刷する場合について検討してきたし 、本発明にとって最も有用なフォーマットであると見なしてきたが、本発明は単 にフォーマットのみを対象とするものではないことを理解されたい。フィルムそ の他の媒質にも本発明を用いることが可能であり、特定の媒質に取って必要とさ れる場合には、明るい部分と暗い部分を逆にしても差し支えない。

本発明を例証するためには特定の有利な実施例を選出して用いたが、当該技術分 野に熟達した者であれば、添付特許請求の範囲に規定された適用範囲から逸脱す ることなく種々の変更及び改造が可能であることが理解できるはずである。

ＦＩＧ、１５ ＦＩＧ、１６ ＦＩＧ、１７ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．２進データを機械読可な形において図形的に表現するための方法において、 幾何学的基準システムを定義する情報を含む図形的要素のパターンを形成する過 程を有し、基準システムはデータフィールドの境界を定義する複数の同期化ライ ン及びパターンをデータフィールドの基準システムとして識別する複数の機械可 読なマークを含み、複数のデータ伝送要素を形成する過程を有し、各要素は複数 のデータ要素の位置の各々に機械可読なマークの在否によって特徴づけられ、各 データエレメントの位置が複数の個別データ要素の座標が決定可能であるように 基準システムに対して既知の幾何学的関係を有する、ことを特徴とする方法。
2. ２．前記の基準システムを形成する前記の図形的要素がデータ伝送要素のフィー ルドを囲みかつ定義するフレームを形成する線を有することを特徴とする請求項 １記載の方法。
3. ３．前記同期化ラインが直角であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．前記同期化ラインがジグザグ形の縁を有することを特徴とする請求項３記載 の方法。
5. ５．前記同期化ラインが城郭状の縁を有することを特徴とする請求項３記載の方 法。
6. ６．前記同期化ラインが階段状の縁を有することを特徴とする請求項３記載の方 法。
7. ７．線によって囲まれたデータ伝送要素の特性を識別するコード化された図形的 パターンを有するフレームの線を形成する過程を含むことを特徴とする請求項３ 記載の方法。
8. ８．特性が要素によって所有されるデータのタイプであることを特徴とする請求 項７記載の方法。
9. ９．特性がデータ伝送要素の幾何学的フォーマットであることを特徴とする請求 項７記載の方法。
10. １０．２進データを移送する方法において、凝縮された機械可読な形において媒 質上の２進データを図形的に印刷する過程と、 複数の個別データ要素の位置の各々の座標を数学的に求めることのできる幾何学 的基準システムを提供するために複数の第１の情報を含むパターン組織化図形要 素を形成する過程と、 所定位置において複数のデータ伝送要素を形成する過程とを有し、各要素は機械 可読マークの在否によって特徴づけられ、データ要素の位置は前記第１の要素に 対して既知の関係を有し、 紙媒質を移送する過程と、 媒質を光学的に走査する過程および第１及びデータ要素を含むパターンのビット マップを形成する過程と、データ要素の方向及び位置を決定するために第１の要 素を評価する過程と、 データ要素を読む過程と、 を有することを特徴とする方法。