JPH0634255B2 - 光学的読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、ハンドスキャナにより、バーコード又は文
字等を光学的に読取る光学的読取装置に関する。

(イ) 背景となる技術 光学的読取装置は、バーコードや文字を読取るために使
われる。対象物を強い光で照射し、反射光又は透過光を
イメージセンサで認識し、これを画素ごとに分解して、
適当な処理をして、バーコード、文字などを固定する。

バーコードや文字は、バツクになる白地の部分の中に黒
く印刷されているが、予め位置が分つているわけではな
いので、バーコードや文字のない部分についても情報を
入力し、これを処理するようになつている。これは時間
的にも、処理能力の制限からも無駄なことである。

ハンドスキャナでバーコード、文字をスキヤンする場合
は、人間が操作するので、情報の記載されている領域だ
けを選んでスキヤンする、という事は可能である。

しかし、それでも、読みとるべきバーコード又は文字の
存在する位置に関して何ら指定するものがないから、読
取装置の方は、スキヤンされた全域について、無意味な
情報の入力、情報処理を続ける。これは、汚れやシミな
どによるエラーを招く原因にもなる。

そこで、本発明者は、ワクやケイ線をバーコード、文字
に予め附しておき、読取り範囲をワク内、又はケイ線の
上、というふうに決めておけば、よい、という事に気付
いた。このようにすると、次の利点がある。

(1) 取り込むべき情報はワク内、或はケイ線上にある
のであるから、必要最少限の情報だけを入力することが
でき、無駄がなくなる。

(2) バーコード、文字の認識のアルゴリズムにワクや
ケイ線との相対位置、方向等の関係を取入れる事によ
り、正読率を高めることができる。

などのメリットが期待できる。

このようにするためには、バーコード、文字などの読取
られるべき情報と、これらの記載されている位置を指定
するワク、ケイ線とが簡単に区別されるのでなければな
らない。

こうするため、例えば、次のような構成が考えられるか
も知れない。

文字、バーコードを黒い色調で印刷しておき、ワク、ケ
イ線はより淡い。赤、青、黄などの色調で印刷する。２
個のイメージセンサを用いる。イメージセンサの入射光
の中心波長を異なるようにしておき、一方のイメージセ
ンサは文字などを、他方のイメージセンサはワク等を専
門に読みとるようにする。

しかし、２個のイメージセンサを使う機構には、次のよ
うな難点があるであろう。

(1) ハンドスキャナのような簡易形の読取装置では、
部品コスト中、イメージセンサの占める割合が高い。従
つて、イメージセンサを２つ使うのはコストの上から問
題がある。

(2) ２個のイメージセンサは、同一場所を、対応する
画素へ同時に情報を与えなければならない。この位置合
わせが難しい。

このような理由で、２つのイメージセンサを使うこと
は、最良の解決とはいえない。

(ウ) 発明の目的 本発明は、文字、バーコードなどと、これを囲み、或は
これの下に引かれたワク、ケイ線などとが含まれている
対象物から、文字などとワク等とを区別して読取ること
のできる光学的読取装置を、比較的安価に、高度の調整
を必要としない方で実現することを目的とする。

特にワクに対するセンサの感度が高い場合に有効な方法
を与える。

(エ) 文字、ワク、白紙に対する光電変換素子出力対象
物は白紙の上に文字、バーコード（文字などという）、
と、ワク、ケイ線（ワクなどという）を記載したもので
ある。文字などは黒く印刷してあり、白紙の部分に対し
強いコントラストを有する。ワクなどはより淡い色で印
刷しておく。

こうすると、強い照明光を当てた場合、反射光をモニタ
すると、反射光強度は、３段階あるはずである。白紙か
らの反射が最も強く、黒文字からの反射は殆どなく、淡
色のワクからの反射はこれらの中間である。

第１図は文字、ワク、白紙に対する光電変換素子出力を
例示する説明図である。Ｘ−Ｘ′はハンドスキャナの移
動方向つまり読取方向である。

対象物Ｏに於て、白紙Ｃの上に、濃い文字Ａと、淡いワ
クＢが印刷してあるとする。光電変換素子のＸ−Ｘ′線
上での出力を、対象物に位置合わせして示している。白
紙領域Ｃでの反射は最も強いから、反射光強度は最も強
い。文字領域Ａでの反射は最も弱い。ワク領域Ｂでの反
射はこの中間である。

そこで、ふたつの閾値Ｅ、Ｆを与えて、文字Ａ、ワク
Ｂ、白紙Ｃを判別できるはずである。

下閾値Ｅは文字とワクを弁別するもので、両者の反射光
強度の中間の値をとつている。

上閾値Ｆはワクと白紙とを弁別するものである。

光電変換素子の出力をＸとすると、Ｘ＜Ｅであれば文
字、Ｅ＜Ｘ＜Ｆであればワク、Ｆ＜Ｘであれば白紙とい
う事になる。

このように光電変換素子の出力Ｘを３値化できるはずで
ある。

しかしながら、ワクの色が赤系統もしくは赤外域の反射
の強い色である場合、ワクＢからの反射は強くて白紙Ｃ
からの反射と殆ど変るところがない。

これは、光電変換素子の感度分布にもよる第２図は、実
線が一般的な光電変換素子の感度分布を示すグラフにな
つている。一般に、光電変換素子は、700〜900ｎｍの波
長を持つ近赤外光に対してピーク感度をもつ。

もしも、ワクを赤系統の色、又は赤外域反射の強い色と
する。これは、カーボンを含まない印刷用インクには多
くみられる特性である。このような赤系統色の反射光分
布を第２図の破線で示している。

赤系統色の反射光分布のピークと、光電変換素子の感度
のピークが近赤外域でほぼ合致する。このため、赤系統
色の反射光を、特に光電変換素子はよく感じることにな
る。白紙からの反射光が最大であるが、赤系統色表明か
らの反射光もこれと殆ど変らないようになる。

第３図は第１図と同じ対象物でワクを赤で印刷したもの
の光電変換素子出力Ｘを示している。

ワク領域Ｂ、白紙領域Ｃの出力が極めて接近しており、
上閾値Ｆとの比較によつて、判然と誤りなくワクＢ、白
紙Ｃを弁別することが難しい。

(オ) 発明の構成 光電変換素子の出力Ｘの内、白紙に対する値Ｃと、ワク
に対する値Ｂが接近しており、この間に上閾値Ｆを設定
することが難しい。

そこで、下閾値Ｅを２つに分けてα、βとする。いずれ
も、ワクに対する値Ｂより低いレベルの値である。βを
第１閾値、αをバイアス値と呼ぶ。

第５図は白紙Ｃ、ワクＢ、文字Ａに対する光電変換素子
出力Ｘの例を示すグラフである。

素子出力Ｘからバイアス値αを差引く。第６図は縦軸に
（Ｘ−α）を示したグラフである。

横軸は時間ｔであるが、白紙の上のワク、文字をスキヤ
ンしているのであるから位置座標と考えてもよい。

次に（Ｘ−α）の値を増幅する。第７図は増幅後の出力
Ｙの値を示すグラフである。増幅率をａとすると、 Ｙ＝ａ（Ｘ−ａ） (1) である。このようにすると、ワクＢ、白紙Ｃに対する出
力の差がａ倍に拡大され分離しやすくなる。

この段階での、ワクＢ、白紙Ｃに対するＹ出力をＹｂ、
Ｙｃとする。この差は、Ｂ、Ｃの差のａ倍であるから、
間に新しく閾値を設定して、これを分離する事が容易に
なる。そこで、第２閾値γを、 Ｙｂ＜γ＜Ｙｃ (2) となるように設定する。Ｙ出力をγりよつて上下に分け
２値化する。これはコンパレータによつて簡単に実行で
きる。２値化した出力をＺとする。

Ｚ＝θ（Ｙ−γ） (3) である。ここでθ（Ｙ）はＹが正のとき１、Ｙが負のと
き０となるステップ函数である。こうすると、白紙に対
してＺ＝１、文字又はワクに対してＺ＝０となる。

一方、第５図の源出力Ｘに対し第１閾値βで２値化す
る。これは、文字だけを分離するものである。２値化出
力Ｗは Ｗ＝θ（Ｘ−β） (4) によつて与えられる。第９図は２値化出力Ｗのグラフで
ある。文字についてはＷ＝０、白紙、ワクについてはＷ
＝１である。

第８図のＺと、第９図のＷを比較すると、文字はいずれ
も０であり、白紙はいずれも１である。しかし、ワクに
ついてはＺ＝０、Ｗ＝１となつて喰い違つている。

そこで、排他論理和回路を使つて、ワクのみを取り出
す。排他論理和（エクスクルーシブオア）は、２つの入
力が異なる時のみ出力１を与え、２つの入力が同一の
時、出力０を与える。排他論理和の出力Ｖを第１０図に
示している。

Ｖ＝・Ｚ＋Ｗ・ (5) である。こうして、ワクについてＶ＝１、文字、白紙に
対してＶ＝０となるので、ワクの位置をこれによつて検
出することができる。

(カ) 読取装置の構成 第４図は本発明の光学的読取装置の構成を示すブロック
図である。

１は筐体であつて、これを手で動かしながら、読取対象
物２の上を滑らせてゆく。筐体１の中には、光源３、光
電変換素子４、増幅器５、差動増幅器６、２値化回路
７、８、排他論理和回路９などが含まれる。

光源３は強い光で読取対象物２を照らす。ここには、白
紙、ワク、文字などがあり、それぞれ反射率が違う。反
射光をレンズなどを用いて光電変換素子４に入射させ、
光強度に比例した電流信号（又は電圧信号）を得るの
で、増幅器５を通して増幅する。

差動増幅回路６は、光電変換素子出力Ｘと、バイアス値
αの差をａ倍するもので、(1)式に対応する作用をす
る。

２値化回路８は、差動増幅回路６の出力Ｙと、閾値γを
比較し、２値化するもので、(3)式に対応する作用をす
る。出力Ｚは白紙について１、文字又はワクについて０
である。

２値化回路７は光電変換素子の増幅された出力Ｘと第１
閾値βを比較して２値化する回路である。出力Ｗは(4)
式で与えられるものに対応する。Ｗは文字について０、
白紙、ワクについて１である。

排他論理和回路９は、２値化回路７、８の出力Ｗ、Ｚの
排他論理和を計算する。エクスクルーシブオアゲートの
ＩＣを使えばよい。

結局、２値化回路７の出力としての文字情報をＷによ
り、排他論理和回路９の出力としてのワク情報をＶによ
つて出力することになる。

(キ) 効 果 (1) 文字又はバーコードの部分と、ワク又はケイ線の
部分を各々認識する事ができる。

このため、文字やバーコードの存在する場所をワク内
に、又はケイ線の直上に制限することができる。読取操
作は、最初から限定された面積だけについて行えばよい
から、読取操作が迅速に実行される。また、単なる汚れ
やシミなどを読まないから、正読率も向上する。

(2) センサ１個の出力を３値化するものであるから、
光学的構成は簡単である。本発明の装置は従来のハンド
スキヤナに電気処理系を追加するだけで実現できる。

(3) 特に、ワク（又はケイ線）に赤系の色あるいは、
カーボンを含まない一般の印刷用インクを用いた場合に
は、ワクと白紙の識別を行うために有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は白紙の上に文字、ワクなどを印刷したものをハ
ンドスキヤナでなぞつた場合、光電変換素子に現われる
出力を印刷対象物に対応させて示した図。 第２図は光電変換素子の感度分布と、赤系統色のワクの
反射光の分布を示すグラフ。 第３図は光電変換素子のワクに対する感度が高い場合の
光電変換素子の出力を示すグラフ。 第４図は本発明の光学的読取装置の構成を示すブロツク
図。 第５図は光電変換素子の出力Ｘを、白紙、ワク、文字に
対応させて示すグラフ。横軸は時間ｔであるが、ハンド
スキヤナをスキヤナさせているから、これは印刷物の上
の位置を表わしていると考えてよい。 第６図は（Ｘ−α）の操作をした後の出力を示すグラ
フ。 第７図は（Ｘ−α）を増幅率αで増幅したものを示すグ
ラフ。縦軸はＹである。これはａ（Ｘ−α）に等しい。
γは新しくＹｃとＹｂとの間に設けた閾値である。 第８図はＹの値を二値化したもののグラフ。縦軸はＺ＝
θ（Ｙ−γ）である。 第９図はＸの値をβによつて２値化した出力Ｗを示すグ
ラフ。 第１０図はＺとＷの排他論理和Ｖのグラフである。ワク
について１、文字又は白紙について０となる。 １……筐体 ２……読取対象物 ３……光源 ４……光電変換素子 ５……増幅器 ６……差動増幅器 ７……２値化回路 ８……２値化回路 ９……排他論理和回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源３、レンズおよび光電変換素子４を内
   蔵するハンドスキャナを操作することによって、反射率
   の高い白紙の上に書かれた、反射率の低い文字、記号お
   よび反射率が白紙より低いが白紙の反射率に近いワクや
   ケイ線などを読み取る光学的読取装置において、光電変
   換素子４の出力Ｘを２系統に分岐し、第１の系統への出
   力Ｘを、白紙、ワク、ケイ線からの反射光と文字からの
   反射光の中間の光レベルに対応する第１の閾値βと比較
   し、文字と、白紙、ワク、ケイ線とを区別するよう２値
   化する２値化回路７と、第２の系統への出力Ｘを入力と
   し、ワク、ケイ線に対応するレベルよりやや低い一定値
   のバイアス値αをＸから差し引いてから増幅することに
   より、文字からの反射光に対応する信号を飽和させ、か
   つ白紙に対応する信号が回路のダイナミックレンジの上
   限に近いレベルまで増幅されるように作用する差動増幅
   回路６と、前記差動増幅回路６の出力を白紙からの反射
   光と、ワク、ケイ線からの反射光の中間の光レベルに対
   応する第２の閾値γと比較し、白紙と、ワク、ケイ線、
   文字とを区別するよう２値化する２値化回路８と、２つ
   の２値化回路７、８の出力の排他論理和をとる排他論理
   和回路９とよりなり、文字、記号などの部分と、ワク、
   ケイ線などの部分とをそれぞれ認識することを特徴とす
   る光学的読取装置。