KR102659734B1 - 정보 코드 패턴 판독 장치 - Google Patents

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Abstract

정보 코드 패턴을 판독하는 기술이 개시된다. 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성이 먼저 판단된다. 판독이 가능하다고 판단된 경우 카메라 영상을 영상 판독 서버로 전송하여 판독된 정보 코드를 수신한다. 수신한 정보 코드는 외부로 출력한다. 추가로, 카메라 영상에서 수평 라인을 따라 화소 값을 누적하여, 라인별 누적된 수평 라인별 누적된 화소값의 수직방향 분포로부터 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 카메라들로부터 영상 판독 서버가 카메라 영상들을 수신할 경우, 혹은 복수의 영상 판독 서버에 의해 카메라 영상이 판독될 경우 카메라들이 판독된 결과값을 식별하기 위해 식별자가 부여될 수 있다.

Description

정보 코드 패턴 판독 장치{Information Code Pattern Recognition Apparatus}
바코드, QR 코드와 같은 정보 코드 패턴을 판독하는 기술이 개시된다.
바코드나 QR 코드와 같은 정보 코드 패턴은 주로 판매 관리나 물류에서 사용되고 있지만 자동화 라인에서 아이템을 식별하기 위해 사용되기도 한다. 자동화 라인에서 정보 코드 패턴을 판독하는 경우 정해진 시간 안에 판독이 되지 않으면 그 다음 단위 공정이 진행될 수 없기 때문에 판독 속도가 중요하다. 따라서 자동화 라인에서 사용되는 정보 코드 패턴 판독 장치는 고성능 프로세서가 탑재되어 고가이다.
이러한 자동화 라인에서 정보 코드 패턴 판독 장치의 역할을 자세히 들여다보면, 각 단위 공정에서 걸리는 공정 시간 안에 판독이 이루어질 필요는 없는 경우가 많다. 예를 들어 현재 단위 공정에서 판독된 결과로부터 아이템의 종류가 결정되는 경우, 이후의 분류기 등 단위 공정에서 그 판독된 정보가 이용되기 까지는 단위 공정 종료 이후에도 시간적 여유가 좀 더 있다. 도 1은 예시적인 자동화 라인의 공정 흐름과 타이밍을 도시한다. 긴 수평선은 시간축이고, 굵고 짧은 수직방향 선분은 단위 공정들의 구획을 보여준다. 시간 (1) 에서 카메라 촬영이 이루어진다. 이 촬영된 카메라 영상에서 판독된 결과는 그 다음 단위 공정에서 시간 (4)에서 사용된다. 즉, 현재 단위 공정이 종료된 이후에도 표시된 간격만큼의 시간이 더 확보될 수 있다.
그런데 각 단위 공정마다 촬영이 이루어지기 때문에 만약 촬영된 카메라 영상에서 정보 코드 패턴이 판독 불가능하다면 단위 공정 시간 내에 대응 조치가 이루어져야 한다. 이러한 대응 조치는 예를 들면 카메라 촬영이 불량인 경우 재 촬영할 수도 있고, 로봇 암의 파지 불량인 경우 해당 아이템을 버려야 할 수도 있고, 현 공정 단계의 불량이 후단의 연속적인 불량을 초래하는 극단적인 경우 라인을 세워야 하는 경우도 있을 수 있다.
한편, 네트워크, 특히 무선 망의 혁신으로 인해 통신 속도가 놀랍도록 빨라지고 있다. 이로 인해 현장에서 데이터를 처리하는 것보다 클라우드에서 처리하는 클라우드 컴퓨팅이 확산되고 있다.
제안된 발명은 자동화 라인에서 사용되는 정보 코드 패턴 판독 장치의 비용을 줄이는 것을 목적으로 한다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성이 먼저 판단된다. 판독이 가능하다고 판단된 경우 카메라 영상을 영상 판독 서버로 전송하여 판독된 정보 코드를 수신한다. 수신한 정보 코드는 외부로 출력한다.
추가적인 양상에 따르면, 카메라 영상에서 수평 라인을 따라 화소 값을 누적하여, 라인별 누적된 수평 라인별 누적된 화소값의 수직방향 분포로부터 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 카메라 영상에 식별자가 부여될 수 있다. 하나 이상의 카메라들로부터 영상 판독 서버가 카메라 영상들을 수신할 경우, 혹은 복수의 영상 판독 서버에 의해 카메라 영상이 판독될 경우 카메라들이 판독된 결과값을 식별하기 위해 식별자가 부여될 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 어떠한 문제로 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독이 불가능하다고 판단될 경우 판독 불가 이벤트가 출력될 수 있다. 일 양상에 따르면, 판독 불가 이벤트는 카메라로 출력되는 재촬영 요구 이벤트일 수 있다.
제안된 발명에 따라 자동화 라인에서 사용되는 정보 코드 패턴 판독 장치에 저성능의 프로세서를 채택할 수 있어 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 예시적인 자동화 라인의 공정 흐름과 타이밍을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 시스템의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 판독 가능성 판단부(310)의 구성을 도시한다.
도 5는 바코드가 촬영된 카메라 영상과 그 수평 대표값들의 수직방향 분포의 예들을 도시한다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 이하에서는 이러한 양상들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통하여 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 시스템의 구성을 도시한다. 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 시스템은 각각이 카메라와 연결되어 있는 정보 코드 패턴 판독 장치들(31-1 내지 31-N)과, 네트워크를 통해 이들과 연결된 영상 판독 서버(50)를 포함한다. 일 실시예에서, 카메라들(11-1 내지 11-N)은 자동화 라인의 단위 공정들에 흩어져 배치되어 있다. 각각의 정보 코드 패턴 판독 장치들(31-1 내지 31-N)은 대응하는 카메라에 인접한 장소에 유선으로 연결되어 설치되거나, 또는 카메라의 내부에 회로로 구현될 수 있다. 영상 판독 서버(50)는 자동화 라인에 인접한 건물의 제어실에 위치하거나, 또는 원격지의 호스팅 센터에 위치할 수 있다.
정보 코드 패턴 판독 장치들(31-1 내지 31-N)은 유선 혹은 무선망을 통해 영상 판독 서버(50)와 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서 정보 코드 패턴 판독 장치들(31-1 내지 31-N)과 영상 판독 서버(50)는 이동 통신망을 통해 연결된다. 영상 판독 서버(50)는 도면에서 하나의 서버로 도시되었지만 복수의 서버가 부하 균형(load balancing)을 이루는 분산 처리 구조를 가질 수도 있다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성이 먼저 판단된다. 판독이 가능하다고 판단된 경우 카메라 영상을 영상 판독 서버로 전송하여 판독된 정보 코드를 수신한다. 수신한 정보 코드는 외부로 출력한다. 도 3은 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 장치는 판독 가능성 판단부(310)와, 영상 판독부(330)와, 출력부(370)를 포함한다. 도 3에서 각각의 블록은 컴퓨터 프로그램 코드로 구현될 수 있다. 또 다른 예로, 판독 가능성 판단부(310)는 FPGA와 같은 프로그래머블 게이트 어레이로 구현될 수도 있다. 자동화 설비에서 실시간 구현이 중요하며, 일 실시예에 따른 정보 코드 패턴 판독 장치에서 처리 시간에 가장 민감한 부분이 판독 가능성 판단부(310)이므로 이 부분을 게이트 어레이로 구현하고 나머지는 범용 프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 구현하는 것이 적절할 수 있다.
판독 가능성 판단부(310)는 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단한다. 정보 코드 패턴은 예를 들어 바코드일 수 있다. 바코드의 판독이 불가능하거나 어려운 경우는, 예를 들면 카메라의 초점이 맞지 않거나 비정상적인 조명으로 일부가 너무 밝거나 너무 어두운 경우일 수 있다. 또 다른 예로 피사체가 정상적인 위치에서 이탈하여 영상에서 잡히지 않거나 너무 작게 혹은 너무 기울어져서 잡힌 경우일 수 있다. 화면 상에서 바코드 패턴이 검출되지 않을 때 판독 불가로 판정할 수 있다. 검출된 바코드 패턴의 휘도가 너무 낮거나 에지가 불명료한 경우 판독 불가로 판단할 수 있다. 에지는 영상의 미분값으로부터 판정할 수 있다. 미분값의 분포가 기준치 이하로 낮다는 것은 초점이 불량하다는 것을 의미할 수 있다. 검출된 바코드 패턴의 휘도가 검출 영역에 대해 불균일하다면 조명이 불균일하거나 촬영시 외란광의 영향을 받은 경우로 판독 불가로 판단할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 판독 가능성 판단부(310)는 패턴 영상 추출부(311)와 패턴 전처리부(313)를 포함할 수 있다. 패턴 영상 추출부(311)는 카메라 영상으로부터 정보 코드 패턴 영역을 검출하여 추출한다. 바코드 등 정보 코드 패턴은 흑백 혹은 컬러의 일정한 패턴을 가지고 있고, 자동화 라인에서는 한 가지 종류만의 정보 코드 패턴을 사용하는 것이 일반적이므로 이들의 영상 면에서의 특성을 이용하여 정보 코드 패턴을 검출하고 추출할 수 있다. 영상에서 특정한 영역을 인식하고 그 경계면을 확정하여 영상을 잘라내는(segmentation, clipping) 것은 영상 처리에서 알려진 공지기술이다.
패턴 전처리부(313)는 패턴 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단한다. 전체 카메라 영상에 비해, 정보 코드 패턴 영역만을 처리하는 경우 전술한 경우에 비해 더 쉽게 판독 가능성을 판단할 수 있다.
영상 판독부(330)는 판독 가능한 것으로 판단된 카메라 영상을 영상 판독 서버로 전송하고 판독된 정보 코드를 수신한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 영상 판독 서버(50)는 다수의 카메라 영상을 처리하여 정보 코드 패턴을 판독할 수 있는 계산 능력을 가진다. 영상 판독부(330)는 판독 가능한 것으로 판단된 카메라 영상전체 혹은 카메라 영상의 일부 예를 들어 각각의 카메라 영상 프레임에서 추출된 하나 이상의 정보 코드 패턴 영역들을 영상 판독 서버로 전송할 수 있다. 수신되는 카메라 영상의 수에 따라 영상 판독 서버(50)는 새로운 영상 판독 타스크를 실행하여 정보 코드를 판독하여 요청한 정보 코드 패턴 판독 장치로 전송한다.
출력부(370)는 영상 판독부(330)에서 수신한 정보 코드를 외부로 출력한다. 예를 들어 출력부(370)는 후단의 단위 공정을 처리하는 제어기로 수신한 정보 코드를 포함하는 제어 전문을 생성하여 출력할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 영상 판독부(330)는 정보 코드 판독 요청부(331)와 정보 코드 매칭부(333)를 포함할 수 있다. 정보 코드 판독 요청부(331)는 카메라 영상에 식별자를 부여하여 영상 판독 서버로 전송한다. 정보 코드 매칭부(333)는 수신한 정보에 포함된 식별자를 확인하고 매칭되는 카메라 영상을 판독한 정보 코드로 출력한다.
도 2에서 다수의 카메라들(11-1 내지 11-N)에 연결된 각각의 정보 코드 패턴 판독 장치들(31-1 내지 31-N)로부터 영상 판독 서버(50)로 카메라 영상들이 연속적으로 전송되고, 각각의 카메라 영상에서 하나 이상의 정보 코드 패턴 영역이 검출될 경우, 영상 판독 서버(50)는 각각의 정보 코드 패턴이 어느 정보 코드 패턴 판독 장치로부터 전송된 어느 카메라 영상에서 추출된 것인지 구별하여 요청한 코드 패턴 판독 장치로 전송해야 한다. 영상 판독부(330)의 정보 코드 판독 요청부(331)는 연속적으로 입력되는 카메라 영상들 중 일부를 추출하여 영상 판독 서버로 전송함에 있어서 카메라 영상에 영상 프레임 식별자를 부여한다. 또 다른 양상에 따르면, 정보 코드 판독 요청부(331)는 영상 프레임 식별자에 추가로 카메라 식별자를 부여할 수 있다.
영상 판독 서버로부터 수신한 정보 코드를 포함하는 전문은 해당 정보 코드가 어느 카메라의 어느 영상 프레임에서 추출된 어느 정보 코드 패턴 영역에서 검출된 것인지를 나타내는 식별정보를 포함할 수 있다. 예를 들어 이러한 식별 정보는 카메라 식별자, 영상 프레임 타임 스탬프, 해당 정보 코드 패턴 영역의 중심점 픽셀 좌표일 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 정보 코드 패턴 판독 장치는 판독 불가 처리부(350)를 더 포함할 수 있다. 판독 불가 처리부(350)는 판독 가능성 판단부(310)에서 판독이 불가능하다고 판단될 경우 판독 불가 이벤트를 외부로 출력할 수 있다. 패턴 전처리부(313)가 패턴 영상에서 정보 코드 패턴을 판독하는 것이 불가능하다고 판단한 경우, 판독 불가 처리부(350)는 판독 불가 이벤트를 생성하여 출력부(370)를 통해 외부 기기, 예를 들면 자동화 제어기로 출력할 수 있다. 이러한 판독 불가 이벤트 정보는 정보 코드 패턴이 해당 패턴 영상에서 판독이 불가능한 이유를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 이러한 판독 불가능 이유에는 예를 들면 일시적인 카메라 촬영 불량, 카메라 고장, 조명 불량, 피사체 상태 불량 등이 있을 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 판독 불가 처리부(350)는 재촬영 처리부(351)를 포함할 수 있다. 재촬영 처리부(351)는 카메라로 재촬영 요구 이벤트를 출력한다. 판독 불가 이유가 일시적인 조명이나 카메라 제어 불량이라면 재촬영 처리부(351)는 정해진 시간 안에 재촬영을 시도할 수 있다.
예를 들어 예시적인 자동화 라인의 공정 흐름과 타이밍을 도시한 도 1에서, 시각 (1)은 최초 카메라 촬영 시점이고, 시각 (4)는 그 다음 단위 공정에서 판독된 정보 코드가 필요한 시점이고, 시각 (3)은 재촬영이 허용되는 가장 늦은 시점일 경우, 패턴 전처리부(313)가 특정한 정보 코드 패턴 영역에서 정보 코드 패턴의 판독이 불가능하다고 판단하고, 그 판독 불가능 이유가 촬영 자체의 일시적인 불량이라고 판단한 경우 재촬영 처리부(351)는 시각 (3)의 이전에, 예를 들면 시각(2) 시점에서 재촬영을 시도할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 판독 불가 처리부(350)는 아이템 제거부(353)와, 비상 정지부(355)를 더 포함할 수 있다. 아이템 제거부(353)는 패턴 전처리부(313)가 촬영된 카메라 영상에서 피사체인 아이템이 불량인 것으로 판단한 경우 해당 아이템을 현 공정 단계의 장비에서 제거하도록 장비 제어기로 제어 전문을 생성하여 전송한다. 예를 들면 아이템이 자동화 라인에서 손상된 경우가 될 수 있다. 비상 정지부(355)는 패턴 전처리부(313)가 촬영된 카메라 영상에서 현재 공정 단계에 심각한 문제가 발생하여 연속적인 불량이 예상되는 경우 라인을 정지시키도록 장비 제어기로 제어 전문을 생성하여 전송한다.
추가적인 양상에 따르면, 카메라 영상에서 수평 라인을 따라 화소 값을 누적하여, 라인별 누적된 수평 라인별 누적된 화소값의 수직방향 분포로부터 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단할 수 있다. 도 4는 일 실시예에 따른 판독 가능성 판단부(310)의 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 추가적인 양상에 따른 판독 가능성 판단부(310)는 수평 화소 누적부(430)와 라인 분포 분석부(470)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 판독 가능성 판단부(310)는 패턴 영상 추출부(311)를 포함한다. 패턴 영상 추출부(311)에 의해 정보 코드 패턴 영역만이 추출되어 입력된다. 그러나 카메라 영상 전체가 입력되는 경우를 배제하는 것은 아니다.
도시된 실시예에서 추출된 정보 코드 패턴 영상은 사각형인 경우를 예로 든다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 추출된 정보 코드 패턴 영상은 원형일 수도 있다. 카메라 영상은 패턴 영상 추출부(311)에 입력되어 정보 코드 패턴 영상이 추출되어 수평 라인 버퍼(410)에 기록된다. 수평 화소 누적부(410)는 수평 라인 버퍼(410)에 저장된 이 라인별 누적된 화소 값을 모두 가산함으로써 수평 라인을 따라 화소 값을 누적한 수평 대표값을 산출한다. 버퍼(410)가 가득 차면 그 다음 수평 라인의 화소 값들이 입력되어 겹쳐 기록된다.
이 산출된 수평 대표값들이 수평 라인별로 한 개씩 출력되어 버퍼(450)에 순차적으로 기록된다. 영상 프레임의 모든 수평 라인에 대해 수평 대표값들이 기록되어 버퍼(450)가 가득 차면, 라인 분포 분석부(470)는 이 라인별 수평 대표값의 수직방향 분포로부터 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단한다. 버퍼(450)는 수직 라인의 수의 2배 만큼 구비되어, 라인 분포 분석부(470)가 현재 영상 프레임의 수직방향 분포를 분석하는 동안 그 다음 영상 프레임의 수평 라인들의 수평 대표값들은 버퍼(450)의 또 다른 수직 라인 부분에 순차적으로 기록될 수 있다.
도 5는 바코드가 촬영된 카메라 영상과 그 수평 대표값들의 수직방향 분포의 예들을 도시한다. 도 5의 (가)는 정상적으로 바코드가 촬영된 영상과, 그 수평 대표값들의 수직방향 분포의 예를 도시한다. 수평 대표값들은 모든 수평 라인들에 대해 동일한 값을 가진다. 도 5의 (나)는 촬영된 영상에서 바코드가 기울어진 경우로, 수평대표값들은 수평 라인들에 대해 증가/일정/감소 구간을 가지는 분포를 가진다. 카메라 영상에서 바코드가 기울어진 경우는 바코드 자체는 인식할 수 있는 정도라도 자동화 라인에서 로봇암이 바코드가 부착된 아이템을 비정상적으로 파지하여 아이템이 많이 기울어진 경우라면 비정상 파지 이벤트를 발생하여 로봇암이 파지를 교정하거나 해당 아이템을 버리는 것이 필요할 수도 있다.
도 5의 (다)는 바코드가 촬영된 영상에서 초점이 흐릿한 경우로, 수평대표값들은 모든 수평 라인들에 대해 정상적인 경우에 비해 낮은 값을 가진다. 이와 같이 수평대표값들의 분포로부터 카메라 촬영 영상의 판독 가능성이나 정상 여부를 판단할 수 있다.
영상 판독 서버는 카메라로부터 영상 프레임 혹은 추출된 정보 코드 패턴 영역이 수신되면 해당 영상을 인식하여 정보 코드를 추출한다. 바코드나 QR 코드 등의 정보 코드를 판독하는 알고리즘들은 상용화된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 추출된 정보 코드는 대응하는 정보 코드 패턴 영역을 식별할 수 있는 정보와 함께 회신 전문으로 구성되어 해당하는 정보 코드 판독 장치로 전송될 수 있다.
도시된 실시예에서 자동화 라인을 예로 들어 설명하였으나 제안된 발명은 이에 한정되지 않으며, 물류 관리 시스템이나 판매 관리 시스템 등 다양한 정보 코드 패턴 판독에 적용될 수 있다. 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
11-1 ~ 11-N : 카메라 31-1 ~ 31-N : 정보 코드 패턴 판독 장치
50 : 영상 판독 서버
310 : 판독 가능성 판단부 311 : 패턴 영상 추출부
313 : 패턴 전처리부 330 : 영상 판독부
331 : 정보 코드 판독 요청부 333 : 정보 코드 매칭부
350 : 판독 불가 처리부 351 : 재촬영 처리부
353 : 아이템 제거부 355 : 비상 정지부
370 : 출력부 390 : 통신부

Claims (6)

  1. 카메라 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단하는 판독 가능성 판단부;
    판독 가능한 것으로 판단된 카메라 영상을 영상 판독 서버로 전송하고 판독된 정보 코드를 수신하는 영상 판독부와;
    영상 판독부에서 수신한 정보 코드를 외부로 출력하는 출력부;
    를 포함하고,
    판독 가능성 판단부는 :
    카메라 영상에서 수평 라인을 따라 화소 값을 누적하여 수평 대표값을 산출하는 수평 화소 누적부와;
    수평 라인별 수평 대표값의 수직방향 분포로부터 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단하는 라인 분포 분석부;
    를 포함하는 정보 코드 패턴 판독 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 판독 가능성 판단부는 :
    카메라 영상으로부터 정보 코드 패턴 영역을 검출하여 추출하는 패턴 영상 추출부와;
    패턴 영상에서 정보 코드 패턴의 판독 가능성을 판단하는 패턴 전처리부;
    를 포함하는 정보 코드 패턴 판독 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 영상 판독부는 :
    카메라 영상에 식별자를 부여하여 영상 판독 서버로 전송하는 정보 코드 판독 요청부;
    수신한 정보에 포함된 식별자를 확인하고 매칭되는 카메라 영상을 판독한 정보 코드로 출력하는 정보 코드 매칭부;
    를 포함하는 정보 코드 패턴 판독 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 정보 코드 패턴 판독 장치가 :
    상기 판독 가능성 판단부에서 판독이 불가능하다고 판단될 경우 판독 불가 이벤트를 외부로 출력하는 판독 불가 처리부;
    를 더 포함하는 정보 코드 패턴 판독 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 판독 불가 처리부는 :
    카메라로 재촬영 요구 이벤트를 출력하는 재촬영 처리부;
    를 포함하는 정보 코드 패턴 판독 장치.
  6. 삭제
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JP2007133566A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Denso Wave Inc 情報コード読取装置

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