(57)【要約】【課題】従来、コードデザインの制限となるという課題があった。画像の取得から１μ秒以下で位置を特定すること、及び数ｍから数十ｍ離れた位置で認識することは現実的ではないという課題があった。２次元コードは標準化が前提であり、セキュリティ機能が付与されてないという課題があった。【解決手段】コード生成にあっては、コード画像中心にホログラムを形成する。例えば、回折型レンズをアルミ箔上に光吸収する塗料を印刷する。数十ｍ離れた遠距離でのコード解析にあっては、上記レンズ機能によって集光された回折光を利用してコード画像の中心を高速に特定する。セキュリティ管理用ホログラム２次元ＩＤコードにあっては、上記コード画像から得られた情報と画像取得装置に固有の端末識別番号によって暗号化及び復号化を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ領域及び中心のマーカ領域がホログラム印刷された汎用２次元コード及び２次元ＩＤコード。
【請求項２】
請求項１に記載のホログラム印刷された中心のマーカ領域にレーザー光が照射された場合、回折光をカメラ受光面で取得することにより、該輝点を２次元コード画像の中心位置とすることができ、コード画像から情報を解析する処理時間を１０３ｍｓ短縮できるホログラム型２次元コード及び光学的情報読取装置。
【請求項３】
請求項１に記載のホログラムは、レーザー干渉及び回折型レンズの機能をもち、回折光がカメラ受光面で集光されるように形成され、１０ｍ以上の遠距離で時速２００ｋｍ以下の移動する２次元コードのデータ位置の中心をリアルタイムに特定することを特徴とした光学的情報読取装置及び該画像データ解析方法。
【請求項４】
請求項２に記載のデータ位置中心をデータ読込スタート位置、外周側のホログラム印刷されたマーカ領域をデータ読込ストップ位置として、スタート位置から放射状にデータ領域の重み付けされた情報を読込む解析方法及び裏面からのコード解析を可能とする解析方法。
【請求項５】
請求項４の解析を光相関器によって相関演算させることにより、図５に示すように解析全体の処理時間が９ｍｓと、従来の半導体プロセッサベースの演算と比較して処理時間を２桁短縮できるホログラム型２次元コード及び光学的情報読取装置。
【請求項６】
データ領域もしくはデータ外周側のマーカ領域が同心フレネル状に形成されている場合、請求項１に記載のレーザー干渉によって生じた回折光がカメラ受光面（焦点位置）から奥行き方向へ±１０ｍｍ以内のずれが生じた場合においても、同心円状の輪郭がいずれの場合もデータ中心位置及びデータが得られることを特徴とした光学的情報読取装置及び該画像データ解析方法。
【請求項７】
光軸から１５度傾いた状態で読込可能な請求項１に記載のホログラム型２次元ＩＤコード。
【請求項８】
上記解析によって得られた同心円状の輪郭の中心位置が２〜１００個得られる場合、データ領域がカメラ受光面の座標に対して回転または歪があることを判断し、高速位相型空間光変調器等の光学歪変換補正素子を用いてデータ領域の面を補正する座標変換を行い、同時に複数のデータを読取ることを特徴とした光学的情報読取装置及び該画像データ解析方法。
【請求項９】
特定の条件を満たすフレーム、ロゴ、マーク、文字、家紋を利用して２次元コードとすることが可能なホログラム型２次元コード、ホログラム型２次元ＩＤコード及び解析方法。
【請求項１０】
コード情報は赤、緑、青の各々の輝度情報によって階調化され、輝度情報が０かそれ以外、コード間及びバーの間隔や周期性、それらの配置によって規定されることを特徴としたホログラム型２次元コード、ホログラム型２次元ＩＤコード、解析方法及び光学的情報読取装置。
【請求項１１】
熱揺らぎ等の障害物があっても読取可能とするために、可視光以外の波長領域で利用可能なホログラム型２次元コード、ホログラム型２次元ＩＤコード、解析方法及び光学的情報読取装置。
【請求項１２】
上記解析をサーバーで行うことで、本発明の２次元コードが印刷された物が紛失や盗難にあった場合、持ち主所有の撮影装置がもつユーザＵＩＤ、ＩＰアドレス、シリアル番号等の端末識別情報もしくはＧＰＳ情報が画像データに付されていなければ解析不可とすることを特徴としたセキュリティネットワークシステムに使用するホログラム型２次元ＩＤカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、読取対象の画像を撮影し、画像データとして取り込んでその画像データを解析する光学的情報読取装置及び２次元コードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物流、郵便、医療などの分野において、扱う物や人を識別する手段として、２次元コードが利用されている。
【０００３】
日本でよく利用されているものにＱＲコードがあり、デコード時の復号処理が優れ、最大２９５３バイトのデータを１つのコードで表現できる。しかしながら、データ読出し位置を特定するためには、ＱＲコード画像の四隅または切り出しシンボルと呼ばれるデータ位置を特定するための３つのマーカーが全てカメラ画像として取得される必要があり、コードデザインの制限となるという課題があった。
【０００４】
更にコード画像が歪んだ場合、焦点がずれた場合にはその補正のための演算に１ＧＨｚのプロセッサで１ｍｓ以上かかるという課題があった。
【０００５】
上記課題を克服する方法として、１つのマーカーを中心としてデータ領域をその外側に配置した2次元コードに着目した。このような配置の2次元コードに
【特許文献１】記載のマキシコードがあるが、ファインダパターンと呼ばれる中心マーカーを検索するためには、
【特許文献２】に記載のような相関演算を電子演算器によって行うため画像の取得から１μ秒以下で位置を特定すること、及び数ｍから数十ｍ離れた位置で認識することは現実的ではないという課題があった。
【０００６】
そもそも、このような2次元コードは標準化されることを前提に利用普及が広められたものであるため、コード生成及び解析において誰がどこで行ったものかは関係なく、セキュリティ機能はないという課題があった。
【０００７】
セキュリティ機能のある画像技術として電子透かし等があるが、コード情報が大きくなることや光源が様々に変化する環境において真値の画像を取得しなければ、完全復号することができないという問題があった。
【特許文献１】Ｕ．Ｓ．ＰＡＴＥＮＴ４，８７４，９３６
【特許文献２】特開２００５−１５７６７７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上述べたような問題点を解決するために成されたものであり、コード生成方法、及び数十ｍ離れた遠距離でのコード解析方法とセキュリティ管理システム用ホログラム２次元ＩＤコードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１は上記課題を解決するためのホログラム型２次元コード生成プログラムのフローチャートである。該フローチャートはコード情報入力１０１と、暗号化されたコード生成１０２と、初期画像の定義１０３と、極座標変換１０４と、コード情報描画部１０５から１０９と、極座標逆変換１１０、コード画像出力部１１１の各処理から構成される。
【００１０】
該初期画像の定義１０３の半径Ｄの円は、例えば半径５Ｄの次式に従った輝度分布Ａ（ｒ）もしくは光学的な屈折率分布としてレンズ機能を有する。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
ｒは円中心からの距離、Ｉｏは出力画像の最大輝度、Ｊ１は高速演算のために漸化式を用いた第一種の変形ベッセル関数、ｘ（ｒ）はパラメータである。また、ｋは光源の波長λから既定される波数、Ｒはフーリエ面における集光円形スポットの半径、Ｚはレンズ面からの距離である。
【００１３】
図２は上記過程に従って生成されたホログラム型２次元コードの例である。該ホログラム型２次元コードはレンズ機能部２０１、カテゴリ用文字２０２、例として、１つの円で２ビットの情報を含むダイビットで構成される。
【００１４】
情報“１１”を示すビット円２０３、情報“００”を示すビット円２０４、情報“０１”を示すビット円２０５、情報“１０”を示すビット円２０６、情報読取終了を示すストップビット２０７から構成される。情報“？？”の？は赤、緑の各々の輝度情報によって階調化・重み付けされ、コード間及びバーの間隔や周期性、それらの配置によって規定される。
【００１５】
前記ホログラム型２次元コードの材料は、各種用紙、透明フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、プラスチック、アルミ箔、ガラスから選択され、裏表の両面から解析しても同一データ内容であることを特徴とする。
【００１６】
図３は前記課題を解決するために、請求項（０００９）から（００１４）に記載ホログラム型２次元コードの情報読取プログラムのフローチャートである。該フローチャートは、カメラからのＩＰアドレス及びＧＰＳ情報の入力３０１、カメラ画像入力３０２、カメラ画像入力有無の判定３０３、色成分毎の分解３０４、円中心位置の検索３０５、極座標変換３０６、コード情報の解析３０７、カメラＩＰアドレス及びＧＰＳ情報並びに３０７で求められたコード情報から入力データの復号３０８、解析不可判定３０９、メモリ開放３１０、解析終了３１１の各処理から構成される。
【００１７】
該円中心位置の検索３０５は、光学及び電子演算によるものであり、例えばハフ変換によって求めてもよいが、（００１０）から（００１２）に記載のレンズ機能によって中心位置を演算なしで求めることができる。
【００１８】
前記（００１４）に記載のコード情報の解析３０７において、コード画像がフーリエ面に対して傾いていたり、高温時の空気の熱揺らぎや水中等の環境で歪んでいたりした場合、中心点に対して四方に特徴点を用意しておき、ホモグラフィ変換によって歪補正を行ってもよい。
【００１９】
前記（００１４）に記載のコード情報の解析３０７は、極座標変換３０６後の任意のθにおいて、コード情報を読むことができれば、コード画像として利用することができる。言い換えれば、コード画像の中心点とストップビットが直線で結ぶことができれば、任意のフレーム（ロゴ、文字、家紋、紋章等）形状に合せて情報を埋め込んでもよい。
【００２０】
本発明のホログラム型２次元コードはコード画像とカメラのＩＰアドレス及びＧＰＳ等による位置情報を入力とし、図１記載のコード画像生成の暗号化、図３記載の入力データＩＮＰＵＴ１、ＩＮＰＵＴ２の復号解析を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるホログラム型２次元コードにおいては、（００１０）から（００１２）記載のレンズ機能を有する。図４は（数１）に従って計算した光の強度分布である。これは、ｚ＝５０ｃｍの位置にある、半径ｒ＝７．２ｍｍの本発明のレンズ機能付きホログラム型２次元コードからの反射光の強度分布に相当する。コードのレンズ機能を用いて高速で移動するホログラム型２次元コードのデータ位置の中心をリアルタイムに特定するという効果を呈するとともに、移動物体がカメラに近づく際、ホログラム型２次元コードの面が焦点面になる前に該レンズ機能による焦点距離分だけ手前でスポット半径R＝０．５ｍｍのコヒーレント光をカメラ側で確認することができるという効果を呈する。
【００２２】
図５は２次元コード読込処理の処理時間を示したものである。処理の中でも円中心位置の検索３０５、極座標変換３０６及びＩＮＰＵＴの復号３０８に時間がかかることがわかる。本発明では、中心位置の検出をホログラムによる回折を利用して光学的に処理する。従って、３０２の時点で中心位置の輝度が高いために即時にその座標を取得できるという効果を呈する。これにより、半導体プロセッサベースの処理では２７９ｍｓかかる処理が１７６ｍｓまで３７％時間短縮できるという効果を呈する。更に、光相関処理によって復号処理を行うことで９ｍｓまで短縮できるという絶大なる効果を呈する。
【００２３】
本発明のホログラム型２次元コードは（００１４）で記したように円形状の情報ビット及びストップビットによって構成される。図６は焦点距離からｘｍｍ（ｘ＝０，５，１０，１５）ずれた場合のホログラム型２次元コードの例である。実験的にレーザー干渉によって生じた回折光がカメラ受光面（焦点位置）から奥行き方向へ±１０ｍｍ以内のずれが生じたいずれの場合においても、データ中心位置が得られ、データが読めるという効果を呈することを確認した。
【００２４】
本発明のホログラム型２次元コードは（００１４）で記したように円形状の情報ビット及びストップビットによって構成される。図７は熱揺らぎのある空間にコードを設置した場合にカメラ側で取得されるデータを再現したものである。中心点から放射状にデータが存在するため、特定の角度で一部真値のデータを認識ことができなくとも０〜３６０°の範囲で統計的に真値のデータを割出し、認識することができるという効果を呈する。
【００２５】
図８はＴ字型のフレームに本発明のホログラム２次元コードを適用した例である。図中の極座標変換後の例に示すようにスタートビット、情報ビット、ストップビットが一繋がりで読込可能であることを特徴とし、この条件を満たすフレーム、ロゴ、マーク、文字、家紋を利用してホログラム型２次元コードとすることができるという効果を呈する。
【００２６】
図９は本発明のホログラム型２次元コードのセキュリティ管理システムの例である。図３に記載の解析を一括してサーバーで管理することで、標準化されていない本発明のホログラム型２次元コードが紛失や盗難にあった場合、持ち主所有の撮影装置がもつＩＰアドレス、ユーザＵＩＤ、シリアル番号等の端末識別情報もしくはＧＰＳ情報が画像データに付されており、コード生成時のものと一致しなければ解析不可とできるという効果を呈する。これにより、該ホログラム型２次元コードを紛失したとしても、利用者しか知らないカメラと場所でなければ解析できない。
【実施例】
【００２７】
本発明を実施するための例を図を用いて説明する。
【００２８】
図１０は本発明のホログラム型２次元コードが商品管理に利用されている例である。該管理システムは２以上の商品、図１０の例では商品Ａ１００１、商品Ｂ１００２、検索該当商品１００３から構成されているとする。利用者のデータ通信機能付きカメラ１００４によって検索された検索該当商品１００３は利用者のデータ通信機能付きカメラ１００４に搭載されている検索結果表示部１００５によってその詳細が表示される。
【００２９】
図１１は本発明のホログラム型２次元コードによってベルトコンベア上の物品を管理する例である。ベルトコンベア１１０１によって移動する物品Ａ１１０２、物品Ｂ１１０３、及び検索該当物品１１０４は利用者のデータ通信機能付きカメラ１１０５を利用して該物品に取付けられているホログラム型２次元コードにより管理される。
【００３０】
本発明のホログラム型２次元コードを利用すると、演算処理が速いため高速に移動する物体を認識することができる。図１２は高速移動体である車及びロボットを管理する例である。利用者の車のフロントガラス１２０１にホログラム型２次元コード１２０２を貼付することで、利用者の顔写真と同時に記録して管理してもよい。
【００３１】
同様にロボット１２０４にホログラム型２次元コード１２０５を貼付することにより物品管理として利用できる他、ホログラム型２次元コード１２０５をロボット１２０４に搭載されているディプレイや空間光変調器を利用して表示・投影し、コミュニケーション用データ通信機能付きカメラによって該コードを通信用信号として利用してもよい。
【００３２】
図１３はネットワークを利用した材木の追跡管理の例である。ホログラム型２次元コード付セメント１３０１やホログラム型２次元コード付木材１３０２のコード情報は利用者のデータ通信機能付きカメラ１３０３を経由してサーバーで管理される。
【００３３】
ＧＰＳ設定領域１３０４を出た管理物品のコード情報を再び利用者のデータ通信機能付きカメラ１３０５によって読込ことにより、ＧＰＳ設定領域外であるため、持ち出されたことが即時にわかる。
【００３４】
図１４は本発明のホログラム型２次元コードを利用した社員の個人認証システムの例である。社員１４０１はホログラム型２次元コード１４０２を所持し、管理者のデータ通信機能付きカメラ１４０３によって該コード画像を取得し、前記の方法によってデータを解析する。
【００３５】
図１５は本発明のホログラム型２次元コードを利用したスキー場等のアミューズメント施設の利用者の個人認証システムの例である。利用者１５０１が個人認証用ホログラム２次元コード１５０２を所持し、リフト１５０３にも同様に物品管理用ホログラム型２次元コード１５０４が貼付されている。このような状態で利用者がリフトに乗った場合、データ通信機能付きカメラ１５０５を利用して誰がどこへ向って乗っているかを管理することができる。
【００３６】
図１６は本発明のホログラム型２次元コードを利用した子供の安全位置確認システムの例である。利用者のデータ通信機能付きカメラ１６０１を利用して子供のランドセル１６０２に貼付されているホログラム型２次元コード１６０３を利用者のデータ通信機能付きカメラ１６０４で追跡することにより、該カメラのＧＰＳ設定領域１６０５の領域外に持ち出された場合即時にわかる。
【００３７】
図１７は本発明のホログラム型２次元コードを利用したペア機能の例である。利用者Ａ１７０１および利用者Ｂ１７０２は各々ホログラム型２次元コード１７０３、１７０４を所持しており、データ通信機能付きカメラ１７０５で両方のコードを同時に読込んだ際にサービスを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明コード生成プログラムのフローチャート図である。
【図２】本発明のホログラム型２次元コードの例である。
【図３】本発明コード解析プログラムのフローチャート図である。
【図４】本発明のホログラム型２次元コードに平行光を照射した場合の反射光の例である。
【図５】本発明の２次元コード読込の処理時間を示したものである。
【図６】焦点面から本発明のホログラム型２次元コードがｚ［ｍｍ］ずれた場合の例である。
【図７】本発明のホログラム型２次元コードが水中にある場合を再現した例である。
【図８】文字のフレームにはいった本発明のホログラム型２次元コードの例である。
【図９】ネットワークを利用したホログラム型２次元コードのセキュリティ管理システムの例である。
【図１０】本発明のホログラム型２次元コードを利用した商品売れ筋管理システムでの例ある。
【図１１】本発明のホログラム型２次元コードを利用したベルトコンベア上の物品管理システムの例である。
【図１２】本発明のホログラム型２次元コードを利用した車及びロボットの管理システムの例である。
【図１３】本発明のホログラム型２次元コードとネットワークを利用した木材の追跡管理システムの例である。
【図１４】本発明のホログラム型２次元コードを利用した社員の個人認証システムの例である。
【図１５】本発明のホログラム型２次元コードを利用したスキー場等のアミューズメント施設の利用者の個人認証システムの例である。
【図１６】本発明のホログラム型２次元コードを利用した子供の安全位置確認システムの例である。
【図１７】本発明のホログラム型２次元コードを利用したペア機能の例である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    コード情報入力
１０２    暗号化されたコード生成
１０３    初期画像の定義
１０４    極座標変換
１０５    コード情報描画部
１０６    コード情報描画部
１０７    コード情報描画部
１０８    コード情報描画部
１０９    コード情報描画部
１１０    極座標逆変換
１１１    コード画像出力部
２０１    レンズ機能部
２０２    カテゴリ用文字
２０３    情報“１１”を示すビット円
２０４    情報“００”を示すビット円
２０５    情報“０１”を示すビット円
２０６    情報“１０”を示すビット円
２０７    情報読取終了を示すストップビット
３０１    カメラからのＩＰアドレス及びＧＰＳ情報の入力
３０２    カメラ画像入力
３０３    カメラ画像入力有無の判定
３０４    色成分毎の分解
３０５    円中心位置の検索
３０６    極座標変換
３０７    コード情報の解析
３０８    カメラＩＰアドレス及びＧＰＳ情報並びに３０７で求められたコード情報から入力データの復号
３０９    解析不可判定
３１０    メモリ開放
３１１    解析終了
５０１    半導体プロセッサによる処理の結果
５０２    本発明ホログラム回折を利用した場合の処理の結果
５０３    光相関器処理によって復号処理を行った場合の処理の結果
９０１    利用者のデータ通信機能付きカメラ
９０２    ８０１で読込可能なコード
９０３    非利用者のデータ通信機能付きカメラ
９０４    ＧＰＳ設定領域
１００１    商品Ａ
１００２    商品Ｂ
１００３    検索該当商品
１００４    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１００５    検索結果表示部
１１０１    ベルトコンベア
１１０２    物品Ａ
１１０３    物品Ｂ
１１０４    検索該当物品
１１０５    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１２０１    利用者の車
１２０２    ホログラム型２次元コード
１２０３    利用者
１２０４    ロボット
１２０５    ホログラム型２次元コード
１２０６    コミュニケーション用データ通信機能付きカメラ
１３０１    ホログラム型２次元コード付木材
１３０２    ホログラム型２次元コード付木材
１３０３    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１３０４    ＧＰＳ設定領域
１３０５    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１４０１    社員
１４０２    ホログラム型２次元コード
１４０３    管理者のデータ通信機能付きカメラ
１５０１    利用者
１５０２    個人認証用ホログラム型２次元コード
１５０３    リフト
１５０４    物品管理用ホログラム型２次元コード
１５０５    データ通信機能付きカメラ
１６０１    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１６０２    ランドセル
１６０３    ホログラム型２次元コード
１６０４    利用者のデータ通信機能付きカメラ
１６０５    ＧＰＳ設定領域
１７０１    利用者Ａ
１７０２    利用者Ａのホログラム型２次元コード
１７０３    利用者Ｂ
１７０４    利用者Ｂのホログラム型２次元コード
１７０５    データ通信機能付きカメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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