JPH07107691B2 - 画像信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はファクシミリのように走査した画像データから
バーコード領域を抽出し復号化する画像信号処理装置に
関するものである。

従来の技術 従来、スーパーマーケットなどの物流関係や各方面では
バーコードが数多く使用されておりその多くは複数方向
の走査パターンを有する方式で、使用するバーコードラ
ベル上を少なくとも１走査は正しく走査するように構成
している。（日経エレクトロニクス 1980.12.22.p142
バーコードリーダの種類） 発明が解決しようとする課題 しかし、ファクシミリ走査のように１方向走査の画像デ
ータの中からバーコード領域を抽出して正しく読み出す
方式および装置の従来例は見当たらない。

本発明はバーコード領域を正しく抽出でき、それを復号
化できる画像信号処理装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は長
方形バーコード領域を含む原画像の走査分解データを２
値データに変換する２値化手段と、前記走査分解データ
の走査線密度に応じて前記２値データを縮小する可変倍
率縮小手段と、前記可変倍率縮小手段により縮小した２
値データを記憶する２値データメモリと、前記縮小した
２値データを輪郭データに変換し出力する輪郭検出手段
と、前記輪郭データを走査窓で走査し、前記走査窓内の
データが所定のデータ構造と一致すると０を出力し、不
一致であれば前記走査窓内のデータの論理和を取り出力
する選択膨張手段と、前記選択膨張手段の出力であるデ
ータをｍ×ｍ画素ごとにデータの論理積を取り出力する
論理積縮小手段と、前記論理積縮小手段により縮小した
縮小データを走査窓で走査し、前記走査窓内のデータの
論理積を取り収縮して出力する収縮手段と、前記収縮手
段により収縮されたデータに対し、画素の値が１の領域
の傾きと中心を演算する傾き・中心演算手段と、前記中
心を通りかつ前記傾きに沿った方向、及び直交する方向
の２方向の直線上の座標を順次算出するアドレス演算手
段と、前記座標の画像データを２値データメモリより読
み出しバーコードを復号するバーコード復号化手段とを
設けたものである。

作 用 本発明は上記構成により、バーコードを含む入力画像を
２値化し２値データに変換した後、入力画像信号の各種
走査線密度を一定の走査線密度に縮小変換することによ
り、引き続く一連の画像処理における走査窓の大きさを
変更せずに処理できるように、縮小変換された２値デー
タを２値データメモリに記憶するとともに輪郭データに
変換し、引き続いて輪郭データに対し膨張を行う際、走
査窓内のデータ構造が明らかに非バーコードの特徴を有
する場合に０を出力し、それ以外の場合は走査窓内のデ
ータの論理和をとりバーの輪郭間を塗りつぶし、膨張さ
れたデータをｍ×ｍ画素ごとに分割し、各ｍ×ｍ領域の
論理積を取り主・副両走査方向に1/mの画像に縮小し、
引き続きバーコード領域が消滅しない程度の大きさで収
縮処理を行うことにより、背景画像が消滅しバーコード
のスケルトンのみが抽出できるものである。画像の輪郭
データに対して膨張処理を行うのは大面積の背景パター
ンを、後の収縮処理で完全消滅させるためであり、また
収縮処理の前に論理積収縮を行い1/mの画像に変換する
のは、収縮に必要な大規模な走査窓を小さくし演算量を
軽減するためである。以上の処理によって抽出されたス
ケルトンの中心と傾きを求め、バーコードの中心線及び
直交する直線上のデータを読み取ることにより、バーコ
ードが任意の位置に任意の方向に存在しても、バーコー
ドの復号化を可能にしたものである。

実施例 第１図は本発明の一実施例における画像信号処理装置の
構成図である。第１図において、１は入力画像信号（多
値）の入力端子、２は入力端子１の入力画像信号を２値
化する２値化回路、３は入力画像信号走査線密度の入力
端子である。４は２値化した画像信号を縮小する可変倍
率縮小回路で、縮小後の走査線密度をａ本/mm入力端子
３の走査線密度をｂ本/mmとしたときa/b（ａ＜＝ｂ）に
縮小する。５はその縮小した信号を記憶する２値データ
メモリ、６はその縮小した信号の輪郭データを出力する
輪郭検出回路、７は輪郭データを走査する走査窓内デー
タが所定のパターン構造と一致すると０を出力し不一致
であれば前記走査窓内のデータの論理和を取り出力する
膨張処理によりバーコードの輪郭データ間を塗り潰す選
択膨張回路である。なお、所定のパターン構造とはバー
コードの輪郭にはない背景画像の輪郭である。８は膨張
データをｍ×ｍ画素ごとに区切り各区分の論理積を取り
出力する論理積縮小回路で、出力データは主走査・副走
査方向ともそれぞれ1/mに縮小される。９は論理積縮小
データを走査する走査窓内データの論理積を取り出力す
る収縮処理によりバーコード領域の一部を残し背景画像
領域を消去する収縮回路、10はその収縮したデータから
バーコード領域の傾きと中心を演算する傾き・中心演算
回路、11は傾き方向に従って２値データメモリ５を読み
出すアドレス演算回路、12は２値データメモリ５の読み
だしデータからバーコードを復号するバーコード復号化
回路である。

上記構成において、以下その動作について説明する。入
力端子１の入力画像信号（多値）を２値化回路２で２値
信号に変換した後、可変倍率縮小回路４で所定の走査線
密度ａ本/mmに変換し２値データメモリ５に記憶する。
一方、輪郭検出回路６で前記２値信号を輪郭信号に変換
し、選択膨張回路７で前記輪郭信号を膨張してバーコー
ド領域を塗り潰す。この時、背景画像の輪郭検出パター
ン判定と一致したところは０が出力されるため次の論理
積縮小回路８で前記選択膨張した信号を縮小すると背景
画像の消去量が多くなる。更に前記論理積縮小した信号
に対し収縮回路９で所定サイズの収縮を行なうことによ
りバーコード領域を残して背景画像を除去する。前記膨
張は太いバーコード幅分行ない、前記論理積縮小の縮小
率と縮小後の縮小量はバーコード領域の短辺が残る範囲
で大きくし、背景画像の除去効果を高める。前記収縮し
た信号から傾き・中心演算回路10でバーコードの傾きと
中心を求め、アドレス演算回路11で前記傾き角に添って
前記２値データメモリ５からバーコードデータを読み出
すアドレスを演算する。その読みだしアドレスでデータ
メモリ５から読みだしたデータをバーコード復号化回路
12で解読しバーコード判定を行なう。

第２図は本発明の第２の実施例における画像信号処理装
置の構成図である。第１図の実施例と異なるところは入
力端子１の入力画像信号（多値）を加算平均によるデー
タの直線補間で高密度の画像データに変換する補間回路
13を設けた点である。高密度の画像データに変換するこ
とにより後の可変倍率縮小回路４で所定の走査線密度に
変換した時の画像データの空間的な歪みを減少させるこ
とができる。

以下、上記各構成について更に具体的に説明する。２値
化回路２は一定の閾値レベルまたは入力画像信号レベル
に応じて変動する閾値レベルで入力画像信号を単純に２
値化する一般的な回路である。可変倍率縮小回路４は公
知の技術であるが、その動作を第３図と第４図で説明す
る。第３図は縮小回路の動作フローである。今、縮小倍
率をA/Bとしたとき入力画像データを出力するかしない
かを次のように行なう。14は開始点で、処理15でレジス
タＭを０クリアし、判断16でレジスタＭの内容からＡを
減算する。その結果、負でなければ処理17で入力画像デ
ータをスキップ（出力しない）し判断18で全データの処
理終了かを判定し、終了であれば19で終了、終了でなけ
れば判断16の判定処理に戻る。判断16の判定処理でレジ
スタＭの内容が負であれば処理20で入力画像データを出
力し、処理21でレジスタＭの内容にＢを加算し判断18の
判定処理にいく。処理17と20の入力画像データを画素単
位で考えると主走査方向の縮小で、１ライン単位で考え
ると副走査方向の縮小となる。第４図（ａ）は主走査方
向の縮小回路の実施例で、第３図の動作フローを実現し
ている。同図（ｂ）は（イ）の入力画像データ、
（ロ）、（ハ）はそれぞれタイミングパルスＡ、タイミ
ングパルスＢである。22は入力画像データの信号線、23
は出力画像データの信号線、24はタイミングパルスＢの
信号線、25はタイミングパルスＡの信号線、26は副走査
同期信号の信号線である。27はアンドゲートで、信号線
24のタイミングパルスＢと後述するレジスタ31の出力信
号線33の信号との論理積を出力する。28はオアゲート
で、信号線25のタイミングパルスＡとゲート27の出力信
号の論理和を出力する。29はレジスタＡ、30はレジスタ
Ｂで、縮小倍率A/Bの値がセットされている。31はレジ
スタＭで、信号線26の副走査同期信号で０クリアし、ゲ
ート28の出力パルスで後述するデータセレクタ36の出力
信号をラッチして信号線32にデータ（符号ビットを含
む）を信号線33に符号ビットのみを出力する。34は減算
器で、レジスタ31の内容からレジスタ29の内容を減算し
て出力する。35は加算器で、レジスタ31の内容にレジス
タ30の内容を加算して出力する。36はデータセレクタ
で、信号線33のデータが１（レジスタ31の内容が負）で
あるとき加算器35の内容を出力し他は減算器34の内容を
出力する。37はデータレジスタで、ゲート27の出力パル
スで信号線22の入力画像データをラッチし信号線23の出
力画像データとする。

上記構成においてその動作を説明すると、レジスタ31の
内容が正の時はデータ線33が０であるから信号線24のタ
イミングパルスＢはゲート27で禁止されるためデータレ
ジスタ37の内容が更新されない。またデータセレクタ36
は減算器34の内容を出力しているため信号線25にタイミ
ングパルスＡが入力する毎にレジスタ31の内容はＡだけ
減少していく。レジスタ31の内容が負になるとデータ線
33が１になり信号線24のタイミングパルスＢはゲート27
を通りデータレジスタ37の内容を更新する。このときデ
ータセレクタ36は加算器35の内容を出力しているため信
号線24のタイミングパルスＢはレジスタ31の内容をＢだ
け増加させることになる。

第１図又は第２図の輪郭検出回路６は２値画像データを
２×２走査窓で走査し第（１）式の演算で輪郭信号デー
タを出力する。第５図にその輪郭検出のための走査窓を
示す。38は２値画像データ、39は２×２走査窓であり、
走査窓の各データＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄから輪郭信号出力Ｒを
次式で演算する。

一方、選択膨張回路７は走査窓内データが所定のパター
ン構造と一致しないときに走査窓内データの全ての論理
和をとって出力信号とする回路である。走査窓の大きさ
は黒または白の広いバー幅をｒとしたとき直径ｒ＋１の
円形マスクにするとバーコード領域を塗り潰すことがで
きる。第６図（ａ）〜（Ｉ）は直径７の円形マスクとそ
の中でのパターン判定の一例を示している。バーコード
の輪郭データはバーの端を除くと平行な直線の輪郭線で
あるため、それ以外の背景画像に存在する輪郭線を検出
する。（ａ）と（ｂ）は孤立した輪郭点の検出で０で囲
まれた領域Ａに１が１個でも存在するかを判定する。
（ｃ）と（ｄ）は０で分かれた領域A,B,C,D全てに１個
以上の１が存在するかを判定する。（ｅ）〜（ｌ）は直
線でない輪郭線を判定するパターン例である。前記パタ
ーンの判定は簡単なANDとORゲート回路網で実現出来る
ことであり回路実施例についての説明は省略する。論理
積縮小回路８は選択膨張したデータ入力に対してｍ×ｍ
画素毎の全ての論理積をとり出力する縮小回路で主走査
副走査方向とも1/mに縮小される。縮小回路９は縮小デ
ータを走査する走査窓内データの全ての論理積をとって
収縮した出力信号とする回路である。前記選択膨張処理
で塗り潰したバーコード領域の短辺をｓとし、主走査方
向と副走査方向の縮小率をそれぞれｋとしたとき収縮回
路の収縮量をksより小さい範囲で最大の値にするとバー
コード領域を残し多くの背景雑音を除去することができ
る。縮小することの目的は収縮のための走査窓サイズを
小さくし回路構成を簡単にするとともに、傾き・中心演
算のためのデータ数を少なくし演算時間を短縮すること
にある。但し、中心座標の誤差も大きくなるため必要な
精度との兼ね合いで縮小率を決定しなければならない。
傾き・中心演算回路10はバーコードの傾きと中心を収縮
回路９の出力信号の黒（データ＝１）データアドレスか
ら演算する。今、第７図に示すような画像データが傾き
・中心演算回路10の入力信号であるとき傾きと中心点の
演算例について説明する。同図40が画像データ領域（デ
ータメモリ領域にたいし縮小率ｋ倍した大きさで対応し
ている）で、41がバーコードの領域、42が収縮回路９で
収縮されたバーコードの領域で傾き・中心演算回路10の
入力画像、他に背景雑音が無くバーコードは長方形で、
長辺方向に読みだすと復号化できるものとする。長方形
の４点を （x₁,y₁）、（x₂,y₂）、（x₃,y₃）、（x₄,y₄） とし、それぞれ （x₁,y₁）;yが最小である点p_ymin （x₂,y₂）;yが最大である点p_ymax （x₃,y₃）;xが最小である点p_xmin （x₄,y₄）;xが最大である点p_xmax 以下の演算において|y_m−y_n|＞|x_m−x_n|であるときｘ座
標とｙ座標を交換して演算する。

第７図の例では傾きａは長辺２点から ａ＝（y₂−y₃）／（x₂−x₃）または ａ＝（y₄−y₁）／（x₄−x₁） 傾きが逆になると ａ＝（y₂−y₄）／（x₂−x₄）または ａ＝（y₃−y₁）／（x₃−x₁） 中心（x₀,y₀）は x₀＝（x₄＋x₃）/2 y₀＝（y₂＋y₁）/2 第８図に長方形４点p_ymin,p_ymax,p_xmin,p_xmaxの各座標
点（x₁,y₁），（x₂,y₂），（x₃,y₃），（x₄,y₄）を演算
する動作フローを示す。43は開始点、処理44は黒信号検
出部で入力画像信号一走査線のデータから最初の黒信号
を検出するところである。黒信号が無ければ判断45で副
走査終了かを判定し終了であれば黒信号の検出不可であ
る処理46の異常終了へ、副走査終了で無ければ判断44の
黒信号検出部へ戻る。判断44で黒信号を検出すると処理
47の各ポインタ初期値セット部へいきp_ymin,p_ymax,p
_xmin,p_xmaxの各点のx,y座標に黒信号を検出した最初の
アドレスをセットする。次に判断48で副走査終了かを判
定し終了であれば処理46の異常終了へ、終了でなければ
判断49の黒信号検出部へ行く。判断49の黒信号検出部は
次のラインの入力画像信号一走査線のデータから黒信号
を検出するところである。黒信号を検出すると処理50の
各ポインタ更新へいく。ここで、検出した黒信号の始点
をp_s、終点をp_eとしたとき点p_ymaxのx,y座標に点p_sのア
ドレスをセットし、点p_sのｘアドレスが点p_xminのｘア
ドレスより小さければ点p_xminのx,y座標に点p_sのアドレ
スをセットし、点p_eのｘアドレスが点p_xmaxのｘアドレ
スより大きければ点p_xmaxのx,y座標に点p_eのアドレスを
セットした後判断48の副走査終了判定へ戻る。判断49の
黒信号検出部で黒信号が検出されなくなると、処理51に
いき正常終了となる。次に、アドレス演算回路11は２値
データメモリ５にデータ入力が完了した後、バーコード
の傾きに添ってデータを読み出すためのアドレスを演算
するところである。傾き・中心演算回路10で求めた傾き
ａと中心（x₀,y₀）から中心を通る直線ｙ＝ax＋ｂを求
め、その直線に添ってデータを読み出す。読みだしアド
レスx,yは ｘ＝1,2,3・・・ ｙ＝ax＋ｂ ｂ＝（y₀−ax₀）/k 傾き・中心演算回路10とアドレス演算回路11はマイクロ
コンピュータで演算回路を構成する。バーコード復号化
回路12は従来のバーコード復号化技術をそのまま適用で
き、例えば符号の参照テーブルと比較するなどしてバー
コードの復号を行なう。補間回路13は入力画像データ
（多値）の加算平均演算を繰り返して行なうことで簡単
に実現できる。第９図は２倍補間の例で実線丸の各入力
画素データd₁₁,d₁₃,d₃₁,d₃₃に対して点線丸の各補間デ
ータは次のように演算して求める。

d₁₂＝（d₁₁＋d₁₃）/2 d₃₂＝（d₃₁＋d₃₃）/2 d₂₁＝（d₁₁＋d₃₁）/2 d₂₂＝（d₁₂＋d₃₂）/2 d₂₃＝（d₁₃＋d₃₃）/2 第10図は上述した装置のバーコード処理状態における具
体的実施例である。第10図（ａ）は２値画像で、文字の
背景画像上にバーコードラベルを貼った絵の一部を示し
ている。第10図（ｂ）は同図（ａ）の輪郭画像、第10図
（ｃ）は同図（ｂ）の選択膨張画像で白の小さな点の多
くはマスク内のパターン判定結果で０出力された所であ
る。第10図（ｄ）は同図（ｃ）の画像を論理積縮小した
画像（拡大表示している）、第10図（ｅ）は同図（ｄ）
の画像を収縮した画像（同じく、拡大表示）である。第
10図（ｆ）は同図（ｅ）の画像から２値データメモリ上
のバーコード読み取り位置を演算した結果バーコード上
の実線52の読み取りラインが得られた様子を示してい
る。

上記実施例ではバーの高さよりバーの全桁長が長い長方
形バーコード領域をもつラベルについての処理を実施し
たが、他の形状をもつラベルに対しても以下のように実
施すれば良い。

第11図はバーコードの異なる形状をもつ３種類について
示している。第11図（ａ）はこれまで実施例で説明した
バーコード形状で、バーの高さよりバーの全桁長が長い
ラベルである。従ってバーコード領域53を収縮した領域
54に対してその長手方向AA′を読み取るとバーコード復
号が可能である。それに対して第11図（ｂ）は逆の場合
で、バーの全桁長よりバーの高さが長いラベルである。
この場合にはバーコード領域55を収縮した領域56の長手
方向AA′に直交するBB′を読みとることによりバーコー
ド復号を行なう。第11図（ｃ）は同図（ａ），（ｂ）の
中間でバーコード領域57がほゞ正方形に近い場合で、こ
のときは収縮した領域58の直交する方向AA′とBB′の両
方を復号することで正しい一方の復号効果を得ることが
できる。

あらかじめ第11図（ａ）のタイプか同図（ｂ）のタイプ
かが知られていない場合には常にAA′とBB′の両方を読
みとりバーコード復号を行なうとよい。

発明の効果 以上のように、本発明の効果としては、バーコードを含
む各種走査線密度の入力画像信号を一定の走査線密度に
変換し、引き続く一連の画像処理における走査窓の大き
さを変更せずに処理できるようにし、輪郭検出を行った
後、輪郭データに対し選択膨張により走査窓内のデータ
構造が、非バーコードの特徴を有する場合は０を出力
し、それ以外の場合は走査窓内のデータの論理和を取り
バーの輪郭間を塗りつぶし、膨張された画像をｍ×ｍ画
素ごとに分割し論理積をとって出力し1/mの縮小画像に
変換した後に収縮処理を行うため、前記選択膨張におい
て背景のパターンとして０に置換された領域が拡大し、
小規模の走査窓を用いた収縮演算（論理積）により、文
字などの背景が消滅しバーコード領域のスケルトンのみ
の抽出が可能となる。したがって前記スケルトンの中心
及び傾きを容易に特定でき、バーコードの中心線及び直
交する直線上のデータを復号することによりバーコード
が任意の位置に任意の方向に存在しても正確かつ高速な
バーコード認識が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における画像信号処理装
置のブロック構成図、第２図は本発明の第２の実施例に
おける画像信号処理装置のブロック構成図、第３図は同
装置の要部である可変倍率縮小回路の動作フローチャー
ト、第４図（ａ），（ｂ）は同可変倍率縮小回路の主走
査方向のブロック回路図及び要部波形図、第５図は同装
置の要部の輪郭検出のための走査窓を示す概念図、第６
図は円形マスクと背景輪郭パターン判定を示す概念図、
第７図は同装置による収縮したバーコード領域の画像を
示す概念図、第８図は同収縮したバーコードの長方形領
域４点のアドレスを演算する動作フローチャート、第９
図は同装置による２倍補間を示す図、第10図（ａ）〜
（ｆ）は同バーコードを含む画像の処理状態を示した
図、第11図（ａ）〜（ｃ）は形状の異なるバーコードの
概念図である。 ４……可変倍率縮小回路、６……輪郭検出回路、７……
選択膨張回路、８……論理積縮小回路、９……収縮回
路、10……傾き・中心演算回路、11……アドレス演算回
路、13……補間回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小寺 宏曄 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 藤田 幹男 神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 小溝 茂雄 神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−115165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−141087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−144168（ＪＰ，Ａ) 画像処理ハンドブック編集委員会編「画 像処理ハンドブック」（昭62−６−８）昭 晃堂 Ｐ．320

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長方形バーコード領域を含む原画像の走査
   分解データを２値データに変換する２値化手段と、前記
   走査分解データの走査線密度に応じて前記２値データを
   縮小する可変倍率縮小手段と、前記可変倍率縮小手段に
   より縮小した２値データを記憶する２値データメモリ
   と、前記縮小した２値データを輪郭データに変換し出力
   する輪郭検出手段と、前記輪郭データを走査窓で走査
   し、前記走査窓内のデータが所定のデータ構造と一致す
   ると０を出力し、不一致であれば前記走査窓内のデータ
   の論理和を取り出力する選択膨張手段と、前記選択膨張
   手段の出力であるデータをｍ×ｍ画素ごとにデータの論
   理積を取り出力する論理積縮小手段と、前記論理積縮小
   手段により縮小した縮小データを走査窓で走査し、前記
   走査窓内のデータの論理積を取り収縮して出力する収縮
   手段と、前記収縮手段により収縮されたデータに対し、
   画素の値が１の領域の傾きと中心を演算する傾き・中心
   演算手段と、前記中心を通りかつ前記傾きに沿った方
   向、及び直交する方向の２方向の直線上の座標を順次算
   出するアドレス演算手段と、前記座標の画像データを２
   値データメモリより読み出しバーコードを復号するバー
   コード復号化手段とを具備する画像信号処理装置。
2. 【請求項２】長方形バーコード領域を含む原画像の走査
   分解データをデータ補間演算で高密度の画像データに変
   換する補間手段と、前記補間手段により補間したデータ
   を２値データに変換する２値化手段と、前記走査分解デ
   ータの走査線密度に応じて前記２値データを縮小する可
   変倍率縮小手段と、前記可変倍率縮小手段により縮小し
   た２値データを記憶する２値データメモリと、前記縮小
   した２値データを輪郭データに変換し出力する輪郭検出
   手段と、前記輪郭データを走査窓で走査し、前記走査窓
   内のデータが所定のデータ構造と一致すると０を出力
   し、不一致であれば前記走査窓内のデータの論理和を取
   り出力する選択膨張手段と、前記選択膨張手段の出力で
   あるデータをｍ×ｍ画素ごとにデータの論理積を取り出
   力する論理積縮小手段と、前記論理積縮小手段により縮
   小した縮小データを走査窓で走査し、前記走査窓内のデ
   ータの論理積を取り収縮して出力する収縮手段と、前記
   収縮手段により収縮されたデータに対し、画素の値が１
   の領域の傾きと中心を演算する傾き・中心演算手段と、
   前記中心を通りかつ前記傾きに沿った方向、及び直交す
   る方向の２方向の直線上の座標を順次算出するアドレス
   演算手段と、前記座標の画像データを２値データメモリ
   より読み出しバーコードを復号するバーコード復号化手
   段とを具備する画像信号処理装置。