JP4013027B2

JP4013027B2 - Two-dimensional code reader

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Publication number: JP4013027B2
Application number: JP2001121098A
Authority: JP
Inventors: 幸治坂頂
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Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2007-11-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２進コードで表わされるデータをセル化して２次元のマトリクス上にパターンとして配置した２次元コードを読み取るための２次元コード読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マトリクス式の２次元コードとして、ＱＲコード、データマトリクスコード等が知られている。これらの２次元コードには、ファインダパターン（位置検出パターン又は位置決め用シンボル）なる特徴部分がある。
【０００３】
図１８はＱＲコードの一例を示す図である。ＱＲコードは、特定寸法比率の正方形を組み合わせたファインダパターンを３個有する。ＱＲコードの内部は、ｎ×ｎの正方形の升目（これをセルという）に区切られている。ファインダパターンは、例えば、一辺の長さが７セルに相当する黒い正方形と、一辺の長さが５セルに相当する白い正方形と、一辺の長さが３セルに相当する黒い正方形とを同心状に組み合わせてなる。
【０００４】
図１９はデータマトリクスコードの一例を示す図である。データマトリクスコードは、ファインダパターンとしてＬ字を形成する２辺と、その対角に位置し白黒が交互に並ぶタイミングパターンとを有する。
【０００５】
一般的に２次元コードの読み取りは次のようにしてなされている。（１）画像メモリ上でファインダパターンを検出する。（２）セルの部分の白黒を認識する。（３）白を０、黒を１のデータに並べ替える。（４）デコード処理を行ない、文字情報への変換を行なう。
【０００６】
図２０は従来のＱＲコード読み取りのフローチャートである。ステップＳ１で、画像メモリの画素値の白と黒の中間値をグローバルしきい値とする。ステップＳ２で、画像メモリ内のＸ軸方向に対して、位置検出パターン（ファインダパターン）の比率の検出を行ない、位置検出パターンの外縁のポイントを記憶する。そして、画像メモリ内の隣接するピクセル線についてこれを繰り返す。次にステップＳ３で、画像メモリ内のＹ軸方向に対してステップＳ２と同様の処理を繰り返す。ステップＳ４で、Ｘ軸，Ｙ軸の検出結果から位置検出パターンの中心位置を求める。ステップＳ５で、他の２個の位置検出パターンの中心位置を求める。ステップＳ６で、３個の位置検出パターンの中心位置に基づいてシンボルの向きを求める。ステップＳ７で、データ部のセルをしきい値に基づいてそれらが明暗のいずれであるかを決める。暗の画素を１とし、明の画素を０とする。ステップＳ８で、データの解析処理を行ない、デコード処理を行なう。
【０００７】
なお、特許２８６７９０４号公報には、ファインダパターンを現す周波数特性（周波数成分比）を検出して、ファインダパターンの位置を検出するようにした２次元コード読取装置が開示されている。
【０００８】
データマトリクスコードのファインダパターンは一般的に次の方法で検出される。画像メモリ上の直線を検出し、Ｌ字を構成する候補を選出する。画像取り込み時にエッジを抽出し、エッジ抽出データを元に画像メモリからエッジコードを算出し、ラベリング処理を行なう。ラベリング処理されたデータに基づいて直線を検出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品や液晶，ＰＤＰ等では２次元コードの印字スペースが極めて小さく、コードは小さく印字する必要がある。マーキングについては、対象物に直接、コードのマーキングを行なうダイレクトマーキングが行なわれるのが一般的である。マーキングの方法として次の２つの方法があるが、いずれも、コードの１つ１つのセルはドットで形成されることが多い。
（１）レーザマーキングレーザ加工の持つ優れた特長（非接触、高自由度、高速精密加工）を活かして非加工物表面にレーザ光を照射し、加熱・溶接蒸発といった熱加工原理によりマーキングを行なう。ＩＣパッケージ、シリコンウェハ、液晶基板、高熱処理または洗浄処理を行なう基板・部材等にレーザマーキングが用いられる。
（２）露光方式によるマーキング露光方式はレーザ方式と比較し、パーティクルが発生しない、より微細なマーキングが可能になるなどの特長がある。露光工程を有する半導体ウェハ、液晶パネル、カラーフィルタ等で露光方式のマーキングが用いられる。
【００１０】
ＱＲコード読み取りに際して、従来の読み取りは図２１に示すアルゴリズムで読み取りが行なわれる。カメラで撮像して得た画像データは、２次元コード読取装置に取り込まれて（ステップＳ１１）、メモリ上に展開される（ステップＳ１２）。ステップＳ１３では、コードの切り出しがなされる。このコードの切り出し（ステップＳ１３）は、カメラから取り込んだ画像データの中から必要なデータを抽出するプロセスであり、背景を含めて取り込んだ画像データから２次元コードの画像のみを切り出す。ステップＳ１４で、コードの位置、大きさ、傾きが検出され、ステップＳ１５で各セルの白黒が認識され、ステップＳ１６で誤り訂正がなされる。この誤り訂正（ステップＳ１６）では、データに誤りが存在した際に、データの訂正がなされる。そして、ステップＳ１７のデコード処理で、２値データから文字列への変換がなされる。
【００１１】
ＱＲコードの読み取りでは、３箇所のファインダパターンを検出することで、コードの位置、傾き、大きさを検出し、コードの切り出しがなされる。
【００１２】
２次元コードの読取りには、通常１セル５画素以上にコードを映し出すことが行われているが、１セル５画素程度に２次元コードを映した場合には、ファインダパターンが小さくなってファインダパターンの登録作業が難しいという課題がある。
【００１３】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は２次元コードの画像データからファインダパターンを自動的に検出し、検出したファインダパターンに基づいて画像データから２次元コードを高速に読み取ることができる利便性の高い２次元コード読取装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データを格納する画像データ格納部と、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データを格納するモデルパターン格納部と、モデルパターンとして予め設定したファインダパターンを格納するモデルパターン格納部と、前記モデルパターンと前記画像データとを照合し、その相関度合に基づいてファインダパターンを検出するファインダパターン検出手段と、前記ファインダパターンの検出に基づいて前記２次コードの内容を読み取るコード読取り手段とを備えた２次元コード読取装置であって、前記画像データ格納部に格納された画像に対し、２次元コードのファインダパターンの位置を特定するための少なくとも始点と終点を含む位置情報の入力をユーザが行う入力手段と、前記入力手段により入力された位置情報に基づいて画像を抽出する領域を定める領域確定手段と、さらに、前記領域確定手段により定められた領域の少なくとも３角部を、モデルパターンとして抽出して前記モデルパターン格納部に格納する角部抽出手段とを備えたことを特徴とし、また、前記角部抽出手段は、所定数の余白部と共に前記モデルパターン格納部に格納することを特徴とするとともに、さらに、前記モデルパターン格納部に格納されたモデルパターンの画像を表示する表示手段を、備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係るファインダパターン検出手段は、２次元コードであるＱＲ（Quick Response）コードの１：１：３：１：１という比率のファインダパターンを検出することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明に係るファインダパターン検出手段は、２次元コードであるデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンのファインダパターンを検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る２次元コード読取装置は、撮像した画像データの中からＱＲ（Quick Response）コードを形成する白黒（または、明暗）パターンの幅の１：１：３：１：１という比率、またはデータマトリクス（Data Matrix）の黒（または、暗）パターンのＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出するファインダパターン検出手段を備えたので、検出したファインダパターンに基づいて画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードのファインダパターンの検出作業を効率的に行なうことができ、利便性の向上を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データを格納する画像データ格納部と、画像データ格納部に格納された画像データの中から２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出するファインダパターン検出手段と、ファインダパターン検出手段で検出したファインダパターンを自動的に登録するファインダパターン登録手段と、ファインダパターン登録手段に登録されたファインダパターンに基づいて画像データ格納部に格納された画像データの２次元コードを読み取るコード読取装置とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明に係るファインダパターン検出手段は、２次元コードであるＱＲ（Quick Response）コードの１：１：３：１：１という比率のファインダパターンを検出することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るファインダパターン検出手段は、２次元コードであるデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンのファインダパターンを検出することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る２次元コード読取装置は、撮像した画像データの中からＱＲ（Quick Response）コード形成する白黒（または、明暗）パターンの幅の１：１：３：１：１という比率、またはデータマトリクス（Data Matrix）の黒（または、暗）パターンのＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出し、検出したファインダパターンを自動登録した後、自動登録したファインダパターンに基づいて画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードの読取りの効率化ならびに高速化を図ることができる。
【００２２】
さらに、本発明に係るファインダパターン検出手段は、画像データを所定の画素間隔で間引いたファインダパターンを生成するとともに、間引いたファインダパターンに基づいて画像データの２次元コードを読み取ることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るファインダパターン検出手段は、１つのファインダパターンを検出すると、予め設定したファインダパターン配置情報を参照して他のファインダパターンが存在すべき位置を推測することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るファインダパターン検出手段は、画像データを所定の画素間隔で間引いたファインダパターンを生成したり、１つのファインダパターンを検出すると、他のファインダパターンが存在すべき位置を推測することができるので、より高速に画像データの中から２次元コードを特定し、読み取ることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データを格納する画像データ格納部と、モデルパターンとして予め設定したファインダパターンを格納するモデルパターン格納部と、モデルパターンと画像データとを照合し、その相関度合に基づいてファインダパターンを検出するファインダパターン検出手段と、ファインダパターンの検出に基づいて２次元コードの内容を読み取るコード読取手段とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データの中からファインダパターンを検出し、検出したファインダパターンをモデルパターンとして登録するモデルパターン登録手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードのモデルパターンが、ＱＲ（Quick Response）コードのファインダパターンであることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る２次元コード読取装置は、２次元コードのモデルパターンが、データマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンであることを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る２次元コード読取装置は、予め登録されたＱＲ（Quick Response）コードパターンまたはデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンをモデルパターンとして登録し、モデルパターンと画像データとを照合し、その相関度合に基づいてファインダパターンを検出して画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードがダイレクトマーキングで形成されている場合でも、２次元コードを確実に読み取ることができる。また、ファインダパターンに欠けや汚れがあってもファインダパターンを的確に検出することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る２次元コード読取装置のシステム構成図である。
【００３１】
本発明に係る２次元コード読取装置は、コントローラ１と、カメラ２と、ビデオモニタ３と、パソコン／ＰＬＣ４と、コンソールユニット５と、ＰＬＣ／タイミングＳＷ６とからなる。
【００３２】
コントローラ１は、カメラＩ／Ｆ１１と、専用画像処理ＡＳＩＣ１２と、フレームバッファ１３と、モニタＩ／Ｆ１４と、グラフィックメモリ１５と、第１の画像メモリ１６と、第２の画像メモリ１７と、モデルメモリ１８と、ＣＰＵバス１９と、ＣＰＵ２０と、ＲＳ−２３２ＣＩ／Ｆ２１と、コンソールＩ／Ｆ２２と、パラレルＩ／ＯＩ／Ｆ２３と、ＦＬＡＳＨ−ＲＯＭ２４と、ＤＲＡＭ２５とからなる。
【００３３】
専用画像処理ＡＳＩＣ１２、ＣＰＵ２０、コンソールＩ／Ｆ２２、パラレルＩ／ＯＩ／Ｆ２３、ＦＬＡＳＨ−ＲＯＭ２４及びＤＲＡＭ２５は、ＣＰＵバス１９を介してそれぞれ接続されている。
【００３４】
カメラ２で撮像した画像は、カメラＩ／Ｆ１１を介して専用画像処理ＡＳＩＣ１２に供給される。専用画像処理ＡＳＩＣ１２及びＣＰＵ２０は、カメラＩ／Ｆ１１を介してカメラ２で撮像した画像の取り込みを制御する。専用画像処理ＡＳＩＣ１２には、グラフィックメモリ１５、各画像メモリ１６，１７及びモデルメモリがそれぞれ接続されている。また、専用画像処理ＡＳＩＣ１２には、フレームバッファ１３が接続されており、このフレームバッファ１３に格納された画像データはモニタＩ／Ｆ１４を介してビデオモニタ３へ供給される。これにより、モニタ画像をフレームバッファ１３に書き込むことで、ビデオモニタ３にモニタ画像を表示させることができる。
【００３５】
ＣＰＵ２０とパソコン／ＰＬＣ４とはＲＳ−２３２ＣＩ／Ｆ２１を介して接続している。したがって、ＣＰＵ２０とパソコン／ＰＬＣ４とはシリアルデータ通信が可能である。コンソールユニット５は、コンソールＩ／Ｆ２２を介してＣＰＵバス１９に接続されている。コンソールＩ／Ｆ２２と専用画像処理ＡＳＩＣ１２とは専用の信号線で接続されている。ＰＬＣ／タイミングＳＷ６はパラレルＩ／ＯＩ／Ｆ２３を介してＣＰＵバス１９に接続されている。ＰＬＣ／タイミングＳＷ６と専用画像処理ＡＳＩＣ１２とは専用の信号線で接続されている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、専用画像処理ＡＳＩＣ１２によってファインダパターン検出手段、コード読取手段、ファインダパターン登録手段及びモデルパターン登録手段を構成している。また、各画像メモリ１６，１７によって画像データ格納部を構成し、モデルメモリ１８によってファインダパターン記憶手段及びモデルパターン格納部を構成している。
【００３７】
ファインダパターン検出手段は、画像データ格納部に格納された画像データの中から２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出する。また、ファインダパターン検出手段は、画像データを所定の画素間隔で間引いたファインダパターンを生成する。さらに、ファインダパターン検出手段は、１つのファインダパターンを検出すると、予め設定したファインダパターン配置情報を参照して他のファインダパターンが存在すべき位置を推測する。
【００３８】
ＱＲ（Quick Response）コードのファインダパターンは、白黒（または、明暗）パターンの幅の１：１：３：１：１という比率から検出する。また、ＱＲ（Quick Response）コードがレーザマーキング等で形成され、●状のドットパターンの場合には、前処理として●状のドットの画像に膨張処理を施してドットパターンを平滑化した後、ファインダパターンを白黒（または、明暗）パターンの幅の１：１：３：１：１という比率から検出する。
【００３９】
データマトリクス（Data Matrix）のファインダパターンは、黒（または、暗）パターンのＬ字型パターンから検出する。また、データマトリクス（Data Matrix）がレーザマーキング等で形成され、●状のドットパターンの場合には、前処理として●状のドットの画像に膨張処理を施してドットパターンを平滑化した後、ファインダパターンを黒（または、暗）パターンのＬ字型パターンから検出する。なお、データマトリクス（Data Matrix）のファインダパターン検出は、直接Ｌ字をサーチせずに、Ｌ字の縦一辺（Ｉ）または横一辺（−）をサーチすることにより、Ｌ字型ファインダパターンの存在を推定することもできる。
【００４０】
ファインダパターン登録手段は、ファインダパターン検出手段で検出したファインダパターンを自動的に登録する。
【００４１】
コード読取手段は、ファインダパターン記憶手段に記憶されたファインダパターンに基づいて画像データ格納部に格納された画像データの２次元コードを読み取る。また、コード読取手段は、ファインダパターン登録手段に登録されたファインダパターンに基づいて画像データ格納部に格納された画像データの２次元コードを読み取る。
【００４２】
モデルパターン登録手段は、２次元コードをカメラで撮像して得た画像データの中からファインダパターンを検出し、検出したファインダパターンをモデルパターンとして登録する。
【００４３】
図２は本発明に係る２次元コード読取手段におけるコード切り出し動作（パターンサーチ）を示す図である。モデルメモリ１８には、ドットで形成されたファインダパターンをモデルとして登録している。一方、ＱＲコードをカメラ２で撮像して得られた画像データは、画像メモリ１６に格納される。そして、専用画像処理ＡＳＩＣ１２（ファインダパターン検出手段）は、カメラ２から取り込まれた画像とモデル画像とを照合して、入力画像からＱＲコードに含まれる３つのファインダパターンを検出する。
【００４４】
従来の１：１：３：１：１という定型のパターンを探すのではなく、予め対象となるコードのファインダパターンをモデルとして登録しておくため、マーキング方式の特徴に左右されずに、また、ドットの欠け等にも対応することができ、ファインダパターンを高精度で検出でき、ダイレクトマーキングされたＱＲコードの読取性能を大幅に向上させることができる。
【００４５】
また、実施の形態に係る２次元コード読取手段では、読取エラー発生の際のユーザ側での原因究明の対策として、次の４つの機能を搭載している。
【００４６】
（１）セル認識位置表示機能：２次元コードの読取において、白と黒のセルの認識の際、黒と認識した点をモニタ表示する機能である。この機能により、コードに不具合がある場合にも、コードの白黒認識点はビデオモニタ３を見て確認することができる。
【００４７】
（２）セル認識照合機能：ある１つのコードに関するセルの白黒情報を基準データとして登録しておき、読取の際に一致判定し、モニタ出力を行なう機能である。この機能により、同じコードを読み取る場合、汚れたり欠けたりしている部分をチェックすることができ、マーキングの安定性を解析できる。
【００４８】
（３）画像解析機能：読取を行なった画像データに対する解析機能である。下記の３つの機能があり、ユーザ側にて読取エラーの原因解析をすることができる。
（ａ）ラインブライト：水平、垂直方向の任意の１ライン上の濃度分布がグラフ表示される。
（ｂ）画素値表示：特定エリアの濃度情報が０〜２５５の数値で表示される。
（ｃ）画像拡大：特定エリアの画像が拡大表示される。
【００４９】
（４）ＮＧ画像保存機能：読取エラーの画面を２４面まで画像で保存することが可能であり、どのような読取エラーが発生したかを保存画像で確認することができる。
【００５０】
以上の４機能により、読取エラーが生じた場合にも、ユーザ側にて原因の解析と対策を行なうことが可能である。
【００５１】
２次元コードにはリードソロモン符号による誤り訂正が使用されている。このリードソロモン符号による誤り訂正では、元データにその一部が破損しても復元できるような符号理論を駆使した誤り訂正コードを加えて、データ領域に配置している。これにより、コードの位置が汚れたり欠けたりしても、元のデータを復元できる。
【００５２】
本実施の形態に係る２次元コード読取手段では、図３に示す誤り訂正アルゴリズムを用いることで、誤り訂正の情報も出力できるようにしている。
▲１▼：２次元コードから得られたデータを元にシンドロームの演算を行なう。ここで、シンドロームとは、誤りの有無を検出する演算子であり、誤りがない場合には全てのシンドローム値が０の値をもつ。
▲２▼：誤り位置多項式用の変数を求める。
▲３▼：誤り位置多項式を解くことにより、誤り位置が検出される。
▲４▼：誤り位置に対応する誤りの値を求める。
▲５▼：誤りの位置からそれに対応する値を差し引くことで誤りが訂正される。
【００５３】
次に本発明に係る２次元コード読取手段の読取操作方法を説明する。図４〜図８は、ＱＲコードの読取操作方法を示す図である。なお、図４〜図８は、モニタ画面の表示内容を示している。図４（ａ）は確認状態の画面を示している。図４（ｂ）は設定状態の指定する画面を示している。図４（ｃ）は設定状態で画像入力モードを指定する画面を示している。図４（ｄ）は画像入力モードで画像前処理を設定する画面を示している。
【００５４】
図５（ａ）は画像前処理で平滑度合を設定する画面を示している。なお、画像前処理では、平滑化弱、平滑化強、エッジ強調の何れかを選択指定できる。図５（ｂ）は図４（ｃ）に示した状態に戻った状態を示している。図５（ｃ）は読取ＱＲパターンを指定する画面を示している。図５（ｂ）はパターン設定を指定する画面を示している。
【００５５】
図６（ａ）はモデル登録を指定する画面である。図６（ｂ）はＱＲコードのバージョンを設定する画面である。図６（ｃ）及び図６（ｄ）はファインダパターンの領域を設定する画面である。図６（ｃ）でファインダパターン（ＦＰ）を取り囲む始点を選択し、図６（ｄ）で終点を選択する。
【００５６】
図７（ａ）はモデル参照を指定する画面であり、図７（ｂ）はモデル参照の画面である。このモデル参照の画面で登録したモデル（ファインダパターン）を確認できる。図７（ｃ）は図４（ａ）に示した確認状態の画面である。図７（ｄ）は読取画面である。ＴＲＩＧ入力でファインダパターンの検出がなされ、コードの読取が行なわれる。画面中のＯＫの表示は、コードの読取が正常になされたことを示している。また、画面中の２４７ｍｓの表示は、コードの読取に要した時間を示している。図８（ａ）に示す画面で読取設定を設定すると、図８（ｂ）に示す画面で各種読取パラメータを変更できる。
【００５７】
図９及び図１０はＤＭ（データマトリクス）コードの読取操作方法を示す図である。図９（ａ）はＤＭパターン設定でモデル登録を指定する画面であり、モデル登録を指定すると、図９（ｂ）に示す画面でバージョンの指定を行なう。次に、図９（ｃ）でファインダパターンを取り囲む始点を選択し、図９（ｄ）でファインダパターンの終点を選択する。これにより、モデルの登録がなされる。
【００５８】
図１０（ａ）でモデル参照を指定すると、図１０（ｂ）に示すように、登録されたモデルを確認できる。ＤＭ（データマトリクス）コードでは、Ｌ字パターンの各角部である３点がそれぞれモデルとして登録される。そして、図１０（ｃ）に示す確認画面に戻った状態で、図１０（ｄ）に示すように、ＴＲＩＧ入力を行なうとモデルパターンが検出され、ＤＭ（データマトリクス）コードの読取がなされる。
【００５９】
図１１はＱＲコードの読取手順を示す図である。画像が取り込まれると、３箇所のファインダパターンがそれぞれ検出され、各ファインダパターンに基づいてＱＲコードの切り出しがなされる。そして、切り出されたＱＲコードの傾き、大きさが認識され、その認識に基づいて各セルの認識がなされる。次に、各セルの白，黒が認識され、デコード処理によって２進数で表記された内容の復号がなされ、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェースを介して読み取りデータがパソコン等の上位装置へ供給される。
【００６０】
図１２はデータマトリクスコードの読取手順を示す図である。画像が取り込まれると、Ｌ字の切り出しパターンが検索され、さらにＬ字の対角の白黒交互パターンが認識される。そして、これらの認識結果から傾き，大きさが認識され、その認識に基づいて各セルの認識がなされる。次に、各セルの白，黒が認識され、デコード処理によって２進数で表記された内容の復号がなされ、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェースを介して読み取りデータがパソコン等の上位装置へ供給される。
【００６１】
図１３は２値化方式と微分方式の比較を示す図である。本実施の形態に係る２次元コード読取手段は、グラデーションに強くまた照明等による変動に強い微分方式を採用している。
【００６２】
図１４は微分方式によるＱＲコードの読取方法を示す図である。ＱＲコードの読取では、「設定」濃淡値で設定された値を用いて、ファインダパターンを検出する。これは、画素間の差（微分値）が濃淡値以上変化した際に、白と黒が反転したと認識する方法である。読取濃淡値リトライをＯＮにすることにより、ファインダパターンの検出失敗の際に、濃淡値を変化させてリトライする。この機能により、ワークの経時変化に対しても対応可能である。
【００６３】
図１５はデータ部の白黒認識動作を示す図である。スレッシュ値は、ファインダパターンが検出された後、データ部のセルの白黒を認識する際に用いる。したがって、３点のファインダパターンが検出されていなければ、スレッシュ値は使用されない。
【００６４】
図１６は相関サーチ自動登録モデル例を示す図である。ＱＲコードでは、３箇所にあるファインダパターンの中からいずれか１つがモデルとして自動登録される。データマトリクスコードでは、Ｌ字パターンの３角部がそれぞれモデルとして自動登録される。ここで、各角部は所定セル数の白部とともに登録される。ベリコードでは、黒の四角枠の各角部がそれぞれモデルとして自動登録される。ここで、各角部は所定セル数の白部とともに登録される。
【００６５】
図１７はＱＲコードの相関サーチ方法を示す図である。ファインダパターンが１点検出された場合には、検出されたファインダパターンＰの位置に対して他の２点のファインダパターンが存在する可能性のある位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれに対してファインダパターンの検出を行なう。
【００６６】
ファインダパターンが２点検出された場合には、検出された２点のファインダパターンＰ，Ｑに対して他の１点のファインダパターンが存在する可能性のある位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’のそれぞれに対してファインダパターンの検出を行なう。
【００６７】
このように、先に検出されたファインダパターンの位置に基づいて、他のファインダパターンの検索範囲を限定することで、全てのファインダパターンを検出するまでの時間を短縮できる。
【００６８】
２次元コードの読み取りには、１セルが５画素以上になるように撮像するのが通常である。また、大きく写した方がコードをより確実に読み取ることができる。これに対して、１セルが５画素程度に２次元コードを撮像した際には、モデルとなるファインダパターンが小さくなり、モデルの登録作業が難しいという問題が生ずる。また、モデルの登録にもノウハウがあり、マージン（余白部）を含ませることが必要である。
【００６９】
本発明に係る２次元コード読取手段は、モデルとなるファインダパターンの自動登録機能を備えているので、画像メモリ上の２次元コードのファインダパターンの位置検出を行ない、相関サーチのモデルの登録位置を決定し、モデル領域を自動的に登録することができる。
【００７０】
さらに、本発明に係る２次元コード読取手段は、画像データを所定の画素間隔で間引いて登録画像を生成し、この登録画像とモデルパターンとを照合しその相関度合に基づいてファインダパターンを検出することができるので、ファインダパターンの検索時間を短縮できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る２次元コード読取装置は、撮像した画像データの中からＱＲ（Quick Response）コードの１：１：３：１：１という比率またはデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出し、検出したファインダパターンに基づいて画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードのファインダパターンの検出作業を効率的に行なうことができ、利便性の向上を図ることができる。
【００７２】
また、本発明に係る２次元コード読取装置は、撮像した画像データの中からＱＲ（Quick Response）コードの１：１：３：１：１という比率またはデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンの特徴点を画像処理で自動的に検出し、検出したファインダパターンを自動登録した後、自動登録したファインダパターンに基づいて画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードの読取りの効率化ならびに高速化を図ることができる。
【００７３】
さらに、本発明に係るファインダパターン検出手段は、画像データを所定の画素間隔で間引いたファインダパターンを生成したり、１つのファインダパターンを検出すると、他のファインダパターンが存在すべき位置を推測することができるので、より高速に画像データの中から２次元コードを特定し、読み取ることができる。
【００７４】
また、本発明に係る２次元コード読取装置は、予め登録されたＱＲ（Quick Response）コードパターンまたはデータマトリクス（Data Matrix）のＬ字型パターンなど、２次元コードのファインダパターンをモデルパターンとして登録し、モデルパターンと画像データとを照合し、その相関度合に基づいてファインダパターンを検出して画像データの２次元コードを読み取るので、２次元コードがダイレクトマーキングで形成されている場合でも、２次元コードを確実に読み取ることができる。また、ファインダパターンに欠けや汚れがあってもファインダパターンを的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元コード読取装置のシステム構成図
【図２】本発明に係る２次元コード読取装置におけるコード切り出し動作（パターンサーチ）を示す図
【図３】リードソロモン誤り訂正アルゴリズムのフローチャート
【図４】ＱＲコードの読取操作方法を示す図（その１）
【図５】ＱＲコードの読取操作方法を示す図（その２）
【図６】ＱＲコードの読取操作方法を示す図（その３）
【図７】ＱＲコードの読取操作方法を示す図（その４）
【図８】ＱＲコードの読取操作方法を示す図（その５）
【図９】ＤＭ（データマトリクス）コードの読取操作方法を示す図（その１）
【図１０】ＤＭ（データマトリクス）コードの読取操作方法を示す図（その２）
【図１１】ＱＲコードの読取手順を示す図
【図１２】データマトリクスコードの読取手順を示す図
【図１３】２値化方式と微分方式の比較を示す図
【図１４】微分方式によるＱＲコードの読取方法を示す図
【図１５】データ部の白黒認識動作を示す図
【図１６】相関サーチ自動登録モデル例を示す図
【図１７】ＱＲコードの相関サーチ方法を示す図
【図１８】ＱＲコードの一例を示す図
【図１９】データマトリクスコードの一例を示す図
【図２０】従来のＱＲコード読み取りのフローチャート
【図２１】従来のＱＲコード読み取りのアルゴリズムを示す図
【符号の説明】
１コントローラ
２カメラ
３ビデオモニタ
４パソコン／ＰＬＣ
５コンソールユニット
６ＰＬＣ／タイミングＳＷ
１１カメラＩ／Ｆ
１２専用画像処理ＡＳＩＣ
１３フレームバッファ
１４モニタＩ／Ｆ
１５グラフィックメモリ
１６，１７画像メモリ
１８モデルメモリ
２０ＣＰＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-dimensional code reader for reading a two-dimensional code in which data represented by a binary code is converted into cells and arranged as a pattern on a two-dimensional matrix.
[0002]
[Prior art]
As a matrix type two-dimensional code, a QR code, a data matrix code, and the like are known. These two-dimensional codes have a characteristic part called a finder pattern (position detection pattern or positioning symbol).
[0003]
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a QR code. The QR code has three finder patterns that combine squares having a specific dimension ratio. The inside of the QR code is divided into n × n square cells (this is called a cell). The finder pattern is, for example, a black square whose side is equivalent to 7 cells, a white square whose side is equivalent to 5 cells, and a black square whose side is equivalent to 3 cells. In combination.
[0004]
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a data matrix code. The data matrix code has two sides that form an L-shape as a finder pattern, and a timing pattern that is positioned diagonally and in which black and white are alternately arranged.
[0005]
In general, reading of a two-dimensional code is performed as follows. (1) A finder pattern is detected on the image memory. (2) Recognize the black and white of the cell portion. (3) Rearrange white into 0 and black into 1 data. (4) A decoding process is performed and conversion into character information is performed.
[0006]
FIG. 20 is a flowchart of conventional QR code reading. In step S1, an intermediate value between white and black pixel values of the image memory is set as a global threshold value. In step S2, the ratio of the position detection pattern (finder pattern) is detected with respect to the X-axis direction in the image memory, and the outer edge point of the position detection pattern is stored. This is repeated for adjacent pixel lines in the image memory. Next, in step S3, the same processing as in step S2 is repeated for the Y-axis direction in the image memory. In step S4, the center position of the position detection pattern is obtained from the detection results of the X and Y axes. In step S5, the center positions of the other two position detection patterns are obtained. In step S6, the direction of the symbol is obtained based on the center positions of the three position detection patterns. In step S7, the cells of the data portion are determined to be light or dark based on the threshold value. Dark pixels are set to 1 and bright pixels are set to 0. In step S8, data analysis processing is performed and decoding processing is performed.
[0007]
Japanese Patent No. 2867904 discloses a two-dimensional code reading apparatus that detects a frequency characteristic (frequency component ratio) representing a finder pattern and detects the position of the finder pattern.
[0008]
The finder pattern of the data matrix code is generally detected by the following method. A straight line on the image memory is detected, and candidates for forming an L-shape are selected. Edges are extracted at the time of image capture, edge codes are calculated from the image memory based on the edge extraction data, and labeling processing is performed. A straight line is detected based on the labeled data.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Electronic parts, liquid crystals, PDPs and the like have a very small space for printing a two-dimensional code, and the code needs to be printed small. As for marking, direct marking for marking a code directly on an object is generally performed. There are the following two marking methods. In either case, each cell of the code is often formed of dots.
(1) Laser marking Using the excellent features of laser processing (non-contact, high degree of freedom, high-speed precision processing), the surface of non-processed material is irradiated with laser light, and marking is performed using the thermal processing principle such as heating and welding evaporation. . Laser marking is used for IC packages, silicon wafers, liquid crystal substrates, substrates and members that perform high heat treatment or cleaning treatment, and the like.
(2) Marking by exposure method Compared with the laser method, the exposure method has features such as no generation of particles and finer marking. Exposure type marking is used in semiconductor wafers, liquid crystal panels, color filters and the like having an exposure process.
[0010]
When reading the QR code, the conventional reading is performed by the algorithm shown in FIG. Image data obtained by imaging with the camera is captured by the two-dimensional code reader (step S11) and developed on the memory (step S12). In step S13, the code is cut out. This code extraction (step S13) is a process of extracting necessary data from the image data acquired from the camera, and only the image of the two-dimensional code is extracted from the image data including the background. In step S14, the position, size, and inclination of the code are detected. In step S15, the black and white of each cell is recognized, and error correction is performed in step S16. In this error correction (step S16), the data is corrected when an error exists in the data. Then, in the decoding process in step S17, the binary data is converted into a character string.
[0011]
In reading the QR code, the position, inclination, and size of the code are detected by detecting three finder patterns, and the code is cut out.
[0012]
When reading a two-dimensional code, the code is usually projected on 5 pixels or more in one cell. However, when a two-dimensional code is projected on about 5 pixels in one cell, the finder pattern becomes smaller and the finder pattern is displayed. There is a problem that registration work is difficult.
[0013]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to automatically detect a finder pattern from image data of a two-dimensional code, and to detect a two-dimensional code from image data based on the detected finder pattern. An object of the present invention is to provide a highly convenient two-dimensional code reader capable of reading at high speed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a two-dimensional code reader according to the present invention includes an image data storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera; A model pattern storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, a model pattern storage unit that stores a finder pattern preset as a model pattern, and the model pattern and the image data are collated A two-dimensional code reader comprising: a finder pattern detecting means for detecting a finder pattern based on the degree of correlation; and a code reading means for reading the content of the secondary code based on the detection of the finder pattern, An input unit that allows a user to input position information including at least a start point and an end point for specifying the position of the finder pattern of the two-dimensional code for the image stored in the image data storage unit, and is input by the input unit Area determining means for determining an area from which an image is to be extracted based on the obtained position information; To, at least three corners of the area defined by the area determination means, the corner portion extracting means for extracting a model pattern stored in said model pattern storage unit And features And also Said The corner extraction means is characterized in that it is stored in the model pattern storage unit together with a predetermined number of margins, and further comprises display means for displaying the model pattern image stored in the model pattern storage unit. It is characterized by that The
[0015]
The finder pattern detecting means according to the present invention is characterized by detecting a finder pattern having a ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of a QR (Quick Response) code which is a two-dimensional code.
[0016]
Furthermore, the finder pattern detection means according to the present invention is characterized by detecting a finder pattern of an L-shaped pattern of a data matrix (Data Matrix) which is a two-dimensional code.
[0017]
The two-dimensional code reader according to the present invention has a ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of the width of a monochrome (or light / dark) pattern forming a QR (Quick Response) code from captured image data, or Finder pattern detection means that automatically detects the feature points of the finder pattern of the two-dimensional code such as an L-shaped pattern of a black (or dark) pattern of a data matrix (Data Matrix). Since the two-dimensional code of the image data is read based on the finder pattern, the finder pattern detection operation of the two-dimensional code can be performed efficiently, and the convenience can be improved.
[0018]
The two-dimensional code reading apparatus according to the present invention also includes an image data storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, and a two-dimensional code out of the image data stored in the image data storage unit. Registered in the finder pattern detection means for automatically detecting the feature point of the finder pattern of the code by image processing, the finder pattern registration means for automatically registering the finder pattern detected by the finder pattern detection means, and the finder pattern registration means And a code reader for reading a two-dimensional code of the image data stored in the image data storage unit based on the finder pattern.
[0019]
Further, the finder pattern detecting means according to the present invention is characterized by detecting a finder pattern having a ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of a QR (Quick Response) code which is a two-dimensional code.
[0020]
The finder pattern detecting means according to the present invention is characterized by detecting a finder pattern of an L-shaped pattern of a data matrix (Data Matrix) which is a two-dimensional code.
[0021]
The two-dimensional code reader according to the present invention has a ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of the width of a monochrome (or light / dark) pattern that forms a QR (Quick Response) code from captured image data, or data. The feature points of the 2D code finder pattern, such as the black (or dark) pattern of the matrix (Data Matrix), are automatically detected by image processing, and the detected finder pattern is automatically registered and then automatically Since the two-dimensional code of the image data is read based on the registered finder pattern, it is possible to increase the efficiency and speed of reading the two-dimensional code.
[0022]
Furthermore, the finder pattern detection means according to the present invention generates a finder pattern obtained by thinning out image data at a predetermined pixel interval, and reads a two-dimensional code of the image data based on the thinned finder pattern.
[0023]
Further, the finder pattern detection means according to the present invention is characterized in that when one finder pattern is detected, a position where another finder pattern should exist is estimated with reference to preset finder pattern arrangement information.
[0024]
The finder pattern detecting means according to the present invention can generate a finder pattern obtained by thinning out image data at a predetermined pixel interval, or can detect a position where another finder pattern should exist when one finder pattern is detected. Therefore, it is possible to identify and read the two-dimensional code from the image data at higher speed.
[0025]
Furthermore, the two-dimensional code reader according to the present invention includes an image data storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, and a model pattern storage unit that stores a finder pattern set in advance as a model pattern. And a finder pattern detecting means for collating the model pattern with the image data and detecting a finder pattern based on the degree of correlation, and a code reading means for reading the contents of the two-dimensional code based on the detection of the finder pattern. It is characterized by that.
[0026]
Further, the two-dimensional code reader according to the present invention includes a model pattern registration means for detecting a finder pattern from image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera and registering the detected finder pattern as a model pattern. It is characterized by having.
[0027]
Furthermore, the two-dimensional code reader according to the present invention is characterized in that the model pattern of the two-dimensional code is a finder pattern of a QR (Quick Response) code.
[0028]
The two-dimensional code reader according to the present invention is characterized in that the model pattern of the two-dimensional code is an L-shaped pattern of a data matrix.
[0029]
A two-dimensional code reader according to the present invention registers a finder pattern of a two-dimensional code as a model pattern, such as a QR (Quick Response) code pattern registered in advance or an L-shaped pattern of a data matrix (Data Matrix), Since the pattern and image data are collated and the finder pattern is detected based on the degree of correlation and the two-dimensional code of the image data is read, even if the two-dimensional code is formed by direct marking, the two-dimensional code is ensured Can be read. In addition, the finder pattern can be accurately detected even if the finder pattern is chipped or dirty.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of a two-dimensional code reader according to the present invention.
[0031]
The two-dimensional code reader according to the present invention comprises a controller 1, a camera 2, a video monitor 3, a personal computer / PLC 4, a console unit 5, and a PLC / timing SW 6.
[0032]
The controller 1 includes a camera I / F 11, a dedicated image processing ASIC 12, a frame buffer 13, a monitor I / F 14, a graphic memory 15, a first image memory 16, a second image memory 17, and a model memory. 18, CPU bus 19, CPU 20, RS-232CI / F21, console I / F22, parallel I / OI / F23, FLASH-ROM24, and DRAM25.
[0033]
The dedicated image processing ASIC 12, CPU 20, console I / F 22, parallel I / OI / F 23, FLASH-ROM 24, and DRAM 25 are connected via a CPU bus 19.
[0034]
An image captured by the camera 2 is supplied to the dedicated image processing ASIC 12 via the camera I / F 11. The dedicated image processing ASIC 12 and the CPU 20 control capturing of an image captured by the camera 2 via the camera I / F 11. The dedicated image processing ASIC 12 is connected with a graphic memory 15, image memories 16, 17 and a model memory. A frame buffer 13 is connected to the dedicated image processing ASIC 12, and image data stored in the frame buffer 13 is supplied to the video monitor 3 via the monitor I / F 14. Thereby, the monitor image can be displayed on the video monitor 3 by writing the monitor image in the frame buffer 13.
[0035]
The CPU 20 and the personal computer / PLC 4 are connected via the RS-232CI / F21. Therefore, the CPU 20 and the personal computer / PLC 4 can perform serial data communication. The console unit 5 is connected to the CPU bus 19 via the console I / F 22. The console I / F 22 and the dedicated image processing ASIC 12 are connected by a dedicated signal line. The PLC / timing SW6 is connected to the CPU bus 19 via the parallel I / OI / F23. The PLC / timing SW 6 and the dedicated image processing ASIC 12 are connected by a dedicated signal line.
[0036]
In the present embodiment, the dedicated image processing ASIC 12 constitutes a finder pattern detection unit, a code reading unit, a finder pattern registration unit, and a model pattern registration unit. The image memories 16 and 17 constitute an image data storage unit, and the model memory 18 constitutes a finder pattern storage unit and a model pattern storage unit.
[0037]
The finder pattern detection means automatically detects the feature point of the finder pattern of the two-dimensional code from the image data stored in the image data storage unit by image processing. Further, the finder pattern detection means generates a finder pattern obtained by thinning out image data at a predetermined pixel interval. Further, when one finder pattern is detected, the finder pattern detection unit estimates a position where another finder pattern should exist with reference to preset finder pattern arrangement information.
[0038]
The finder pattern of the QR (Quick Response) code is detected from the ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of the width of the black and white (or light and dark) pattern. In addition, when a QR (Quick Response) code is formed by laser marking or the like, and in the case of a ● -shaped dot pattern, as a pre-processing, an image of the ● -shaped dot is subjected to an expansion process to smooth the dot pattern, and then a finder. The pattern is detected from a ratio of 1: 1: 3: 1: 1 of the width of the black and white (or light and dark) pattern.
[0039]
The data matrix (Data Matrix) finder pattern is detected from a black (or dark) L-shaped pattern. In addition, when a data matrix (Data Matrix) is formed by laser marking or the like, and in the case of a ● -shaped dot pattern, as a pre-processing, the dot pattern is subjected to expansion processing to smooth the dot pattern, and then the finder. The pattern is detected from a black (or dark) L-shaped pattern. The finder pattern detection of the data matrix (Data Matrix) does not directly search for the L character, but searches for the vertical side (I) or the horizontal side (-) of the L character to find the presence of the L-shaped finder pattern. Can also be estimated.
[0040]
The finder pattern registration means automatically registers the finder pattern detected by the finder pattern detection means.
[0041]
The code reading unit reads the two-dimensional code of the image data stored in the image data storage unit based on the finder pattern stored in the finder pattern storage unit. The code reading unit reads the two-dimensional code of the image data stored in the image data storage unit based on the finder pattern registered in the finder pattern registration unit.
[0042]
The model pattern registration means detects a finder pattern from image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, and registers the detected finder pattern as a model pattern.
[0043]
FIG. 2 is a diagram showing a code cutting operation (pattern search) in the two-dimensional code reading means according to the present invention. In the model memory 18, a finder pattern formed by dots is registered as a model. On the other hand, image data obtained by capturing the QR code with the camera 2 is stored in the image memory 16. Then, the dedicated image processing ASIC 12 (finder pattern detection means) collates the image captured from the camera 2 with the model image, and detects three finder patterns included in the QR code from the input image.
[0044]
Rather than searching for a conventional pattern of 1: 1: 3: 1: 1, the finder pattern of the target code is registered as a model in advance, so that it is not affected by the characteristics of the marking method. It is possible to deal with missing dots and the like, the finder pattern can be detected with high accuracy, and the reading performance of the direct-marked QR code can be greatly improved.
[0045]
Further, the two-dimensional code reading means according to the embodiment is equipped with the following four functions as countermeasures for investigating the cause on the user side when a reading error occurs.
[0046]
(1) Cell recognition position display function: This is a function for monitoring and displaying a point recognized as black when white and black cells are recognized in reading a two-dimensional code. With this function, even when there is a defect in the code, the black and white recognition point of the code can be confirmed by looking at the video monitor 3.
[0047]
(2) Cell recognition / collation function: A function for registering black and white information of a cell relating to a certain code as reference data, determining coincidence at the time of reading, and performing monitor output. With this function, when the same code is read, it is possible to check a dirty or missing portion and analyze the stability of the marking.
[0048]
(3) Image analysis function: An analysis function for the read image data. There are the following three functions, and the cause of the reading error can be analyzed on the user side.
(A) Line Bright: A density distribution on an arbitrary line in the horizontal and vertical directions is displayed in a graph.
(B) Pixel value display: The density information of the specific area is displayed as a numerical value of 0-255.
(C) Image enlargement: An image of a specific area is enlarged and displayed.
[0049]
(4) NG image saving function: Up to 24 reading error screens can be saved as images, and what kind of reading error has occurred can be confirmed with the saved images.
[0050]
With the above four functions, even when a reading error occurs, the user can analyze the cause and take countermeasures.
[0051]
Error correction by Reed-Solomon code is used for the two-dimensional code. In the error correction using the Reed-Solomon code, an error correction code that makes full use of code theory that can be restored even if a part of the original data is damaged is added to the data area. Thereby, even if the position of the code is dirty or missing, the original data can be restored.
[0052]
The two-dimensional code reading means according to the present embodiment can output error correction information by using the error correction algorithm shown in FIG.
{Circle around (1)} Syndrome is calculated based on data obtained from a two-dimensional code. Here, the syndrome is an operator that detects the presence or absence of an error. When there is no error, all syndrome values have a value of 0.
(2): A variable for an error position polynomial is obtained.
(3): An error position is detected by solving an error position polynomial.
{Circle around (4)} An error value corresponding to an error position is obtained.
(5): The error is corrected by subtracting the corresponding value from the error position.
[0053]
Next, a reading operation method of the two-dimensional code reading unit according to the present invention will be described. 4 to 8 are diagrams illustrating a QR code reading operation method. 4 to 8 show the display contents of the monitor screen. FIG. 4A shows a confirmation screen. FIG. 4B shows a screen for specifying the setting state. FIG. 4C shows a screen for designating the image input mode in the setting state. FIG. 4D shows a screen for setting image preprocessing in the image input mode.
[0054]
FIG. 5A shows a screen for setting the degree of smoothness in the image preprocessing. In the image preprocessing, any one of smoothing weakness, smoothing strength, and edge enhancement can be selected and designated. FIG. 5B shows a state returned to the state shown in FIG. FIG. 5C shows a screen for designating a read QR pattern. FIG. 5B shows a screen for designating pattern settings.
[0055]
FIG. 6A is a screen for designating model registration. FIG. 6B is a screen for setting a QR code version. FIG. 6C and FIG. 6D are screens for setting a finder pattern area. In FIG. 6C, the start point surrounding the finder pattern (FP) is selected, and in FIG. 6D, the end point is selected.
[0056]
FIG. 7A is a screen for designating model reference, and FIG. 7B is a screen for model reference. The registered model (finder pattern) can be confirmed on this model reference screen. FIG. 7C shows the confirmation state screen shown in FIG. FIG. 7D shows a reading screen. The finder pattern is detected by the TRIG input, and the code is read. The OK display in the screen indicates that the code has been read normally. The display of 247 ms on the screen indicates the time required for reading the code. When reading settings are set on the screen shown in FIG. 8A, various reading parameters can be changed on the screen shown in FIG.
[0057]
9 and 10 are diagrams showing a method for reading DM (data matrix) codes. FIG. 9A shows a screen for designating model registration in DM pattern setting. When model registration is designated, the version is designated on the screen shown in FIG. 9B. Next, the start point surrounding the finder pattern is selected in FIG. 9C, and the end point of the finder pattern is selected in FIG. 9D. As a result, the model is registered.
[0058]
When model reference is specified in FIG. 10A, the registered model can be confirmed as shown in FIG. In the DM (data matrix) code, three points that are corners of the L-shaped pattern are registered as models. Then, in the state where the confirmation screen shown in FIG. 10C is returned, as shown in FIG. 10D, when a TRIG input is performed, a model pattern is detected and a DM (data matrix) code is read.
[0059]
FIG. 11 is a diagram showing a QR code reading procedure. When an image is captured, three finder patterns are detected, and QR codes are cut out based on each finder pattern. Then, the inclination and size of the cut QR code are recognized, and each cell is recognized based on the recognition. Next, white and black of each cell are recognized, the contents expressed in binary numbers are decoded by decoding processing, and read data is supplied to a host device such as a personal computer via a serial interface such as RS232C.
[0060]
FIG. 12 is a diagram showing a data matrix code reading procedure. When the image is captured, an L-shaped cut-out pattern is searched, and an L-shaped diagonal black-and-white alternating pattern is recognized. The inclination and size are recognized from these recognition results, and each cell is recognized based on the recognition. Next, white and black of each cell are recognized, the contents expressed in binary numbers are decoded by decoding processing, and read data is supplied to a host device such as a personal computer via a serial interface such as RS232C.
[0061]
FIG. 13 is a diagram showing a comparison between the binarization method and the differentiation method. The two-dimensional code reading means according to the present embodiment employs a differentiation method that is strong against gradation and strong against fluctuations due to illumination or the like.
[0062]
FIG. 14 is a diagram showing a QR code reading method by a differential method. In reading the QR code, a finder pattern is detected by using a value set in the “setting” gray value. This is a method of recognizing that white and black are inverted when a difference (differential value) between pixels changes by a gray value or more. By turning on the read gray value retry, when the finder pattern detection fails, the gray value is changed to retry. With this function, it is possible to cope with changes in the work over time.
[0063]
FIG. 15 is a diagram showing the monochrome recognition operation of the data portion. The threshold value is used when the black and white of the cell in the data portion is recognized after the finder pattern is detected. Accordingly, the threshold value is not used unless a three-point finder pattern is detected.
[0064]
FIG. 16 is a diagram showing an example of a correlation search automatic registration model. In the QR code, any one of the three finder patterns is automatically registered as a model. In the data matrix code, the three corners of the L-shaped pattern are automatically registered as models. Here, each corner is registered together with a predetermined number of white portions. In Vericode, each corner of the black square frame is automatically registered as a model. Here, each corner is registered together with a predetermined number of white portions.
[0065]
FIG. 17 shows a QR code correlation search method. When one finder pattern is detected, each of the positions A, B, C, and D where two other finder patterns may exist with respect to the position of the detected finder pattern P. The finder pattern is detected.
[0066]
When two finder patterns are detected, positions A ′, B ′, C ′, where another one finder pattern may exist with respect to the two detected finder patterns P and Q. A finder pattern is detected for each of D ′.
[0067]
In this way, by limiting the search range of other finder patterns based on the position of the finder pattern detected previously, the time until all the finder patterns are detected can be shortened.
[0068]
For reading a two-dimensional code, it is usual to take an image so that one cell has 5 pixels or more. In addition, a larger image can be read more reliably. On the other hand, when a two-dimensional code is captured by about 5 pixels in one cell, a finder pattern as a model becomes small, and there is a problem that it is difficult to register a model. There is also know-how in model registration, and it is necessary to include a margin (margin).
[0069]
Since the two-dimensional code reading means according to the present invention has an automatic registration function of a finder pattern as a model, the position of the finder pattern of the two-dimensional code on the image memory is detected, and the registration position of the correlation search model is determined. The model area can be registered automatically.
[0070]
Further, the two-dimensional code reading means according to the present invention generates a registered image by thinning out image data at a predetermined pixel interval, collates the registered image with a model pattern, and detects a finder pattern based on the degree of correlation. Therefore, the search time for the finder pattern can be shortened.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, the two-dimensional code reader according to the present invention has a QR (Quick Response) code ratio of 1: 1: 3: 1: 1 or a data matrix (Data Matrix) out of captured image data. The feature point of the finder pattern of the two-dimensional code such as an L-shaped pattern is automatically detected by image processing, and the two-dimensional code of the image data is read based on the detected finder pattern. The work can be performed efficiently and the convenience can be improved.
[0072]
Also, the two-dimensional code reader according to the present invention has a QR (Quick Response) code ratio of 1: 1: 3: 1: 1 or an L-shaped pattern of a data matrix (Data Matrix) among captured image data. Since the feature point of the finder pattern of the two-dimensional code is automatically detected by image processing, and the detected finder pattern is automatically registered, the two-dimensional code of the image data is read based on the automatically registered finder pattern. It is possible to increase the efficiency and speed of reading the dimension code.
[0073]
Furthermore, the finder pattern detection means according to the present invention generates a finder pattern obtained by thinning out image data at a predetermined pixel interval, or when one finder pattern is detected, estimates a position where another finder pattern should exist. Therefore, it is possible to identify and read a two-dimensional code from image data at a higher speed.
[0074]
The two-dimensional code reading apparatus according to the present invention registers a finder pattern of a two-dimensional code as a model pattern, such as a QR (Quick Response) code pattern registered in advance or an L-shaped pattern of a data matrix (Data Matrix). Since the model pattern and the image data are collated, the finder pattern is detected based on the degree of correlation, and the two-dimensional code of the image data is read, so even if the two-dimensional code is formed by direct marking, the two-dimensional code Can be read reliably. In addition, the finder pattern can be accurately detected even if the finder pattern is chipped or dirty.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a two-dimensional code reader according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a code cut-out operation (pattern search) in the two-dimensional code reader according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart of the Reed-Solomon error correction algorithm.
FIG. 4 is a diagram illustrating a QR code reading operation method (part 1);
FIG. 5 is a diagram illustrating a QR code reading operation method (part 2);
FIG. 6 is a diagram illustrating a QR code reading operation method (part 3);
FIG. 7 is a diagram illustrating a QR code reading operation method (part 4);
FIG. 8 is a diagram illustrating a QR code reading operation method (part 5);
FIG. 9 is a diagram illustrating a DM (data matrix) code reading operation method (part 1);
FIG. 10 is a diagram showing a DM (data matrix) code reading operation method (part 2);
FIG. 11 is a diagram showing a QR code reading procedure;
FIG. 12 is a diagram showing a data matrix code reading procedure;
FIG. 13 is a diagram showing a comparison between a binarization method and a differentiation method.
FIG. 14 is a diagram illustrating a QR code reading method based on a differentiation method;
FIG. 15 is a diagram showing a black and white recognition operation of the data portion.
FIG. 16 is a diagram showing an example of a correlation search automatic registration model
FIG. 17 is a diagram showing a correlation search method for QR codes.
FIG. 18 is a diagram showing an example of a QR code
FIG. 19 is a diagram showing an example of a data matrix code
FIG. 20 is a flowchart of conventional QR code reading.
FIG. 21 is a diagram showing a conventional QR code reading algorithm;
[Explanation of symbols]
1 Controller
2 Camera
3 Video monitor
4 PC / PLC
5 Console unit
6 PLC / Timing SW
11 Camera I / F
12 Dedicated image processing ASIC
13 Frame buffer
14 monitor I / F
15 Graphic memory
16, 17 Image memory
18 Model memory
20 CPU

Claims

An image data storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, a model pattern storage unit that stores image data obtained by imaging a two-dimensional code with a camera, and preset as the model pattern A model pattern storage unit for storing the finder pattern, a finder pattern detection unit for comparing the model pattern with the image data, and detecting a finder pattern based on the degree of correlation, and based on the detection of the finder pattern A two-dimensional code reading device comprising code reading means for reading the contents of the secondary code,
Input means for inputting position information including at least a start point and an end point for specifying the position of the finder pattern of the two-dimensional code for the image stored in the image data storage unit;
Area determination means for determining an area from which an image is extracted based on the position information input by the input means;
Further, corner extraction means for extracting at least three corners of the region determined by the region determination means as a model pattern and storing it in the model pattern storage unit ;
A two-dimensional code reading device comprising:

2. The two-dimensional code reading apparatus according to claim 1 , wherein the corner extraction unit stores the predetermined number of margins in the model pattern storage unit .

2-dimensional code reading apparatus according to claim 1, characterized in that the display means for displaying an image of the model patterns stored in said model pattern storage unit, further comprising.