(57)【要約】  光学ペンの先端位置から得られる情報をエンコードする装置が提供される。かかる装置は、支持盤を有し、前記支持盤の全表面に連続的に配置された２次元コードパターンがエンコードされた表示媒体を備え、前記パターンは平行な細帯の列によって形成されており、前記細帯は、少なくとも２本の平行ラインを有し、そのうち１本のラインはベースラインであり、残りのラインは補助ラインであり、前記平行な細帯のそれぞれはドット列を有し、当該ドットは、選択された基数による数を表すように所定位置に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ペンの先端から得られる情報をエンコードする装置であって、
支持盤を有し、前記支持盤の全表面に連続的に配置された２次元コードパターンがエンコードされた表示媒体を備え、
前記パターンは平行な細帯の列によって形成されており、前記細帯は、少なくとも２本の平行ラインを有し、そのうち１本のラインはベースラインであり、残りのラインは補助ラインであり、
前記平行な細帯のそれぞれはドット列を有し、当該ドットは、選択された基数による数を表すように所定位置に配置されている、装置。
【請求項２】
前記ドット列は複数の数を表し、各数が列番号である、請求項１の装置。
【請求項３】
前記ドット列は複数の数を表し、各数が行番号である、請求項１の装置。
【請求項４】
前記ベースライン上に正射影した前記ドット間の距離が約５００−６５０ミクロンである、請求項１の装置。
【請求項５】
前記平行ライン間の距離が約１００−１５０ミクロンで一定である、請求項１の装置。
【請求項６】
前記ドットの直径が１００−１５０ミクロンの間である、請求項１の装置。
【請求項７】
前記ドットのサイズが、前記表示媒体上の画面の物理ピクセルの構造体が前記光学ペンにおけるカメラによって得られたカメラ画像フレーム上のノイズとして見えるように選択されている、請求項１の装置。  
【請求項８】
被着体上にドットコードパターンをエンコードする方法であって、
画像を含むデジタル文書を開くこと、
前記画像におけるテキストライン間の空間、水平ライン、および図の有無を探すこと、
テキストライン間の空間に前記ドットコードパターンを挿入すること、
前記文書の選択された軸に沿って延びるラインを識別すること、および
前記ラインをエンコードされたラインに置き換えることを含む、方法。
【請求項９】
光学ペンによって読み取られるべき文書の特定の情報を含む追加のドットコードを前記文書の選択された位置に挿入することを含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
選択されたドットを赤外線不可視インクのラインで囲むことを含む、請求項８の方法。
【請求項１１】
前記文書における東洋文字を識別し、縦軸を前記軸として選択することを含む、請求項８の方法。
【請求項１２】
被着体上のドットコードパターンを細帯に沿って読み取る方法であって、
光学ペンが前記被着体の表面を移動したときに、前記光学ペンに６０から１００フレーム毎秒のレートで前記ドットコードパターンを撮影させること、および
各フレームを、
ドットの画像に適合し、文字の画像は排除するように構成されたマスクを用いて、ドットコードパターンにおけるドットの位置を特定し、
少なくとも前記ドットの位置特定に基づいて前記細帯を識別し、
前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標を読み取り、
少なくとも前記座標に基づいて前記表面の位置を特定することで解析することを含む、方法。
【請求項１３】
前記細帯の識別は、前記ドットの周波数が最大となる方向を前記細帯の方向として選択することを含み、
前記選択は、
局所的なドット群におけるすべてのドットの、候補の方向に垂直なラインへの射影を探索すること、
前記ドット群から前記細帯の幅内にあるドットを識別すること、
前記ドット群から前記識別された局所的なドットを除外すること、
前記ドット群に残ったドットに対して、前記選択、探索、識別を繰り返すことを含む、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記細帯の識別は、ドットを頂点として頂点Ｐ１およびＰ２のペアでエッジが形成されるグラフを定義することを含み、前記エッジは、期待される範囲ＬｉｍｉｔＩｎｆ＜Ｄｉｓｔ（Ｐ１，Ｐ２）＜ＬｉｍｉｔＳｕｐの距離内にあり、かつ、結合されたグラフ複合体である、請求項１２の方法。
【請求項１５】
前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標の読み取りは、エンコードされた表面におけるフレームの位置を特定することを含む、請求項１２の方法。
【請求項１６】
ドットの位置が第１および第２の座標で表され、
前記座標の読み取りは、開始ドットの前記第１の座標を識別し、前記開始ドットの前記第２の座標が増加する方向を識別することを含む、請求項１２の方法。
【請求項１７】
前記表面の位置特定は、少なくとも前記被着体の表面の第１および第２の点の距離に基づいて前記表面の位置を特定することを含み、前記被着体の表面の前記第１および第２の点は前記ドットコードパターンの画像における第１および第２の点に相当する、請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記表面の位置特定は、前記光学ペンが前記被着体の表面に接触しているか否かを判定することを含む、請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１１年７月６日出願の米国仮特許出願第６１／３９８８９１号の優先日の利益を請求し、そのすべての内容がここに参考文献として援用される。
［分野］
本開示は、パターン認識に関し、特に、光学ペンまたはスタイラスのポジショニング方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザはマウスやキーボードに代えて電子ペンまたはスタイラスを用いてコンピュータを操作することを好むことがよくある。例えば、ユーザが紙またはホワイトボードに手書きの文書を書くときである。手書き文書の問題点の一つとして、編集可能なデジタル形式にアーカイブすることがある。従来、文書をスキャンすることで対応している。
【０００３】
ある方法および装置によると、パターンに頼ってエンコードされた表面を解析してペンの位置を特定する。このような既存のパターンにはいくつかの不利な点がある。それらは、
１．既存のパターンは単位領域当たりドット数が非常に多い（つまり、ドット密度が高すぎる）。
２．既存のドットパターンに使われるドットは小さすぎて一般的な家庭用プリンタを用いて正しく印刷しにくい傾向にある。
３．既存のドットパターンは読むことが困難であり、文書の読み取りがより困難となる傾向にある。
４．ドットパターンと同時に文書を印刷することができない。
５．既存のドットパターンは紙の上にむらなくドットを拡散している。
【０００４】
高ドット密度のパターンの画像解析は非常に難しく、低コストおよび低能力プロセッサによりリアルタイムにデバイス位置を返すことができない。しかも、ドットが小さい（例えば、直径が約５０ミクロン）と、ドットパターンは非常にノイズの影響を受けやすくなる。したがって、紙または被着体に汚れがあると、ペンがドットパターンを読み取ることが難しくなる。
【０００５】
ドットパターンと文書を同時に印刷できないことは特に重要である。従来、まず紙にパターンを印刷してから、すでに印刷されているパターン上に文書を印刷している。ここで、パターンと文書との間の位置ずれという問題が起こり得る。この問題を解決するために、パターンを覆わないように特殊なインクで文書が印刷される。
【０００６】
従来技術の別の欠点は、ユーザがペンを文書に押し当ててパターンを認識させなくてはならないことである。これは、ペンが内部にペン先が紙に接触したことを検知する機械部分とセンサを備えることを意味するが、パターン認識に関していくつかの問題が生じる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、印刷可能なドットコードパターン、可読性を変えることなくこの特殊なコードで任意のデジタル文書を印刷するプロセス（罫線ソフトウェア（rule-software））、およびドットコードから情報を読み取る（画像解析）する光学装置用のプロセスに関する。当該情報は少なくとも装置の空間的な絶対位置を含む。ドットコードがデジタル文書とともに印刷されると、ユーザにはあたかも罫線入り用紙に印刷されたかのように見える。この情報は、コーデックを用いるさまざまなデバイスに送信または保存される。
【０００８】
本発明の一局面に従った装置は、光学ペンの先端位置から得られる情報をエンコードする装置である。かかる装置は、支持盤を有し、前記支持盤の全表面に連続的に配置された２次元コードパターンがエンコードされた表示媒体を備え、前記パターンは平行な細帯の列によって形成されており、前記細帯は、少なくとも２本の平行ラインを有し、そのうち１本のラインはベースラインであり、残りのラインは補助ラインであり、前記平行な細帯のそれぞれはドット列を有し、当該ドットは、選択された基数による数を表すように所定位置に配置されている。
【０００９】
ある実施形態では、前記ドット列は複数の数を表し、各数が列番号である。
【００１０】
別の実施形態では、前記ドット列は複数の数を表し、各数が行番号である。
【００１１】
さらに別の実施形態では、前記ベースライン上に正射影した前記ドット間の距離が約５００−６５０ミクロンである。
【００１２】
別の実施形態では、前記平行ライン間の距離が約１００−１５０ミクロンで一定であり、また、前記ドットの直径が１００−１５０ミクロンの間である。
【００１３】
あるほかの実施形態では、前記ドットのサイズが、前記表示媒体上の画面の物理ピクセルの構造体が前記光学ペンにおけるカメラによって得られたカメラ画像フレーム上のノイズとして見えるように選択されている。
【００１４】
本発明の別の局面に従った方法は、被着体上にドットコードパターンをエンコードする方法である。かかる方法は、画像を含むデジタル文書を開くこと、前記画像におけるテキストライン間の空間、水平ライン、および図の有無を探すこと、テキストライン間の空間に前記ドットコードパターンを挿入すること、前記文書の選択された軸に沿って延びるラインを識別すること、および前記ラインをエンコードされたラインに置き換えることを含む。
【００１５】
ある実施例は、光学ペンによって読み取られるべき文書の特定の情報を含む追加のドットコードを前記文書の選択された位置に挿入することを含む。
【００１６】
別の実施例は、選択されたドットを赤外線不可視インクのラインで囲むことを含む。
【００１７】
さらに別の実施例は、前記文書における東洋文字を識別し、縦軸を前記軸として選択することを含む。
【００１８】
本発明のさらに別の局面に従った方法は、被着体上のドットコードパターンを細帯に沿って読み取る方法である。かかる方法は、光学ペンが前記被着体の表面を移動したときに、前記光学ペンに６０から１００フレーム毎秒のレートで前記ドットコードパターンを撮影させること、および各フレームを、ドットの画像に適合し、文字の画像は排除するように構成されたマスクを用いて、ドットコードパターンにおけるドットの位置を特定し、少なくとも前記ドットの位置特定に基づいて前記細帯を識別し、前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標を読み取り、少なくとも前記座標に基づいて前記表面の位置を特定することで解析することを含む。
【００１９】
ある実施例は、前記細帯の識別は、前記ドットの周波数が最大となる方向を前記細帯の方向として選択することを含み、前記選択は、局所的なドット群におけるすべてのドットの、候補の方向に垂直なラインへの射影を探索すること、前記ドット群から前記細帯の幅内にあるドットを識別すること、前記ドット群から前記識別された局所的なドットを除外すること、前記ドット群に残ったドットに対して、前記選択、探索、識別を繰り返すことを含む。
【００２０】
別の実施例は、前記細帯の識別は、ドットを頂点として頂点Ｐ１およびＰ２のペアでエッジが形成されるグラフを定義することを含み、前記エッジは、期待される範囲ＬｉｍｉｔＩｎｆ＜Ｄｉｓｔ（Ｐ１，Ｐ２）＜ＬｉｍｉｔＳｕｐの距離内にあり、かつ、結合されたグラフ複合体である。
【００２１】
さらに別の実施例は、前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標の読み取りは、エンコードされた表面におけるフレームの位置を特定することを含む。
【００２２】
さらにある実施例は、ドットの位置が第１および第２の座標で表され、前記座標の読み取りは、開始ドットの前記第１の座標を識別し、前記開始ドットの前記第２の座標が増加する方向を識別することを含む。
【００２３】
さらに別の実施例は、前記表面の位置特定は、少なくとも前記被着体の表面の第１および第２の点の距離に基づいて前記表面の位置を特定することを含み、前記被着体の表面の前記第１および第２の点は前記ドットコードパターンの画像における第１および第２の点に相当する。
【００２４】
その他の実施例は、前記表面の位置特定は、前記光学ペンが前記被着体の表面に接触しているか否かを判定することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光学ペンの構成図である。
【図２】エンコードされたパターンを含むデジタルホワイトボードを示す図である。
【図３】本発明に係る印刷媒体対象物を示す図である。
【図４】テキストとドットが記載された印刷紙を示す図である。
【図５】テキストとドットと図が記載された印刷紙を示す図である。
【図６】Ａはフレームのサンプルを示す図であり、ＢはＡのフレーム内で画像識別アルゴリズムによって選択されたライトグレーのドットを示す図である。
【図７】表面を表す図である。
【図８】表面の特定の位置でドットがあるか否かがどのようにして確認できるかを示す図である。
【図９】差ｐ−ｑがＮｓｅｔを超えている場合を表す図である。
【図１０】別のドットコードパターンを示す図である。
【図１１】ＩＲ（赤外）不可視インクで囲むことでドットコードを偽装させる方法を示す図である。
【図１２】前の行のドットコードが次の行のドットコードにどのように変形するかを表す図である。
【図１３】補助ラインを１本のみ用いた別の３進法構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態により既存技術のすべておよびその他の欠点が解消されるであろう。特に、当該実施形態は、表面のドットのパターンをエンコードし、エンコードされたパターンを持つ文書を印刷し、当該パターンをデコードするシステムおよび方法である。
【００２７】
パターンは光学ペンの空間位置を表す、すなわち文書管理用のコマンド、リンクまたはその他のデータを識別することがある。また、ペンに情報を送信して、エンコードされたパターンでペンの操作方法を変更することもできる。
【００２８】
本発明の実施形態に係るプロセスおよびシステムは、従来技術よりも、経済的および商業的に実現可能であり、容易に実施し、容易に利用することができる。
【００２９】
本発明の第１の実施形態によると、ユーザは罫線ソフトウェアを用いた任意の印刷可能な文書を選択することができる。印刷文書は、罫線入り用紙に印刷された文書に現れる罫線と同じように、「罫線」が追加されたように見える。もし文書にすでに「罫線」があれば、ソフトウェアは罫線を「パターンライン」に変更することができる。ユーザは「ライン」の位置を変更することができ、または「ライン」を追加／削除することができる。
【００３０】
罫線ソフトウェアは文書の右上部分にほかの情報、例えば、文書識別コードを追加することができる。ユーザが文書を印刷するとき、罫線にしか見えないようなものは実際にはドットコードパターンがエンコードされて罫線として偽装したものである。
【００３１】
印刷された文書コピー上に特殊な光学ペンを用いてユーザが手書きをする場合、画像解析技術を用いてペンがエンコードされたパターンから少なくともペンの絶対的な空間位置を読み取る。絶対座標はコンピュータにリアルタイムで保存または転送され得る。罫線ソフトウェアがペンからデータを受信し、コンピュータ上の文書を見つけ、当該文書の適当な位置にインクの動きを追加することで、ユーザが光学ペンで作成したデジタル版の印刷文書が作り出される。
【００３２】
別の実施形態では、事実上コンピュータをタブレットコンピュータに変えて、透明な平面上にパターンがエンコードされる。この表面はコンピュータ画面上に配置されている。光学ペンはエンコードされたパターンからその先端の空間座標を判定し、当該情報をコンピュータに送信する。そして、ドライバーソフトウェアはマウスポインターを適当な位置に動かす。ペン先が画面に接触すると、ペンは当該接触を示す情報をコンピュータに送信する。エンコードされたパターンはさらなるデータ、さらには座標を取得するのに利用することができる。例えば、罫線ソフトウェアは仮想キーボード、またはコメント記述用パレットなどのほかのソフトウェアツールをエミュレートしてもよい。この実施形態では、ペンはインク容器を使用しない。
【００３３】
さらに別の実施形態では、表面をデジタルホワイトボードに変えて、コンピュータ画面の画像が投影される不透明の表面にパターンがエンコードされる。光学ペンはエンコードされたパターンからその先端の空間座標を読み取り、当該情報をコンピュータに送信する。そして、ドライバーソフトウェアは当該情報を受信し、マウスポインターを対応するペン先位置に移動させる。ペン先が表面に接触すると、ペンが当該接触を示す情報をコンピュータに送信する。エンコードされたパターンはさらなるデータ、さらには座標を取得するのに利用することができる。例えば、罫線ソフトウェアは仮想キーボード、またはコメント記述用パレットなどのほかのソフトウェアツールをエミュレートしてもよい。この実施形態では、ペンはインク容器を使用しない。
【００３４】
エンコードされたパターンは、ドットが小さくかつドット数が限られているため、ほとんど人間の目には見えない。また、ドットは投影画像に覆われている。
【００３５】
ドットパターンがエンコードされた半透明の表面へ後方から投影することで同様の実施形態が可能である。
【００３６】
画面投影を行わない別の実施形態も可能である。この場合、ユーザはエンコードされたホワイトボード上でインクペンを用いる。上述したように、ユーザのペンの動きは接続されたコンピュータによって捕捉される。
【００３７】
光学ペン
図１に示したように、インク容器ありまたはなしの光学ペン１は内蔵されたカメラ４を有する。カメラ４は、エンコードされたドットコードパターンがある表面９の位置７における画像を検出および捕捉する。カメラ４はレンズ部品６および照明手段を有する。ペン本体２は、光学ペン１が検出した画像に関する情報を個人情報端末（ＰＤＡ）、ほかのペン、電話機、および／または有線または無線の通信手段を有するコンピュータなどのほかのデバイスへ保存または転送できるようにするためのプロセッサまたはほかのセンサおよびハードウェアを有する。カメラ４によって捕捉された画像はペン本体２またはほかのデバイスで処理することができる。
【００３８】
カメラ４は、ドットコードが見つかる位置７の範囲内の表面９の画像を捕捉する赤外線カメラであってもよい。ある実施形態では、かかる画像はペン本体２で解析され、ドットコードパターン内にある情報を用いてペン本体２のプロセッサが少なくとも表面９に関するペン先８の空間座標を判定する。当該情報により、プロセッサは表面９に対するペン先８の直交位置だけではなくペン先８が表面に接触しているか否かを判定することができる。
【００３９】
ドットコードパターン
図３における印刷媒体は、紙、透明／半透明のプラスチック／ガラスなどの支持盤を有し、支持盤の全表面９に２次元のドットコードパターンが連続的に配置されている。ドットコードパターンは平行な細帯２０の列としてフォーマットされており、各細帯２０においてドット５０の列がある。ドットは、ある基数による数を表すように所定位置に配置される。当該数は行および／または列を表し得る。
【００４０】
図３におけるＡはドットコードパターンのサンプルを示す。細帯２０はベースライン４０および補助ライン６０に沿って延びる。図３におけるドット列は、Ａに示したように１本のベースライン４０および１本の補助ライン６０だけを用いて２進法の数０１０１０１１０１１０１０１００１０１を表し、Ｂに示したように１本のベースライン４０および２本の補助ライン４０を用いて３進法の２０１１２２１１２１１０２０１１を表す。当該数はその位置における列および／または行番号を表し得る。図１３に示したように、補助ライン６０を１本のみ用い、さらに３進法を用いて別の設定をすることができる。
【００４１】
図３に示した３進法表示は補助ライン６０を１本のみ用いて実現することができる。
【００４２】
ベースライン４０と補助ライン６０との距離を３００ミクロン、ドットサイズを１００ミクロン、青の罫線を５００ミクロン幅だとする。同じラインにおけるドット間の距離が３００ミクロン、かつ、３進法の９桁の数を持つＸおよびＹを使用する場合、Ａ４で２７３９３４ページもの文書にドットパターンを使用することができる。
【００４３】
さらに、当該ドットパターンおよびそれに関連する読み取り処理により、表面ベースに対する光学ペンの先８の空間位置および光学ペンの先８が紙に接触しているかどうかを得ることができる。
【００４４】
平面におけるペン先位置にのみ関心があり、平面からの高さには関心がないようであれば、フレーム内の１本の細帯２０のみがあればよい。しかし、精度を向上するために、いつスキャンしても２本の異なる細帯２０から少なくとも２個の断片が画像に含まれるようにカメラ４が設定される。
【００４５】
ドットサイズおよびエンコードされたドットパターンの特徴間の距離などのその他の大きさは、ドットパターンを対象とするアプリケーションの種類に応じて変わる。
【００４６】
あるアプリケーションでは、２０インチ画面の典型的なコンピュータをタブレットコンピュータに変える。この場合、コンピュータ画面の前面に、ドットパターンでエンコードされた透明な表面９を配置することができる。
【００４７】
上述のアプリケーションに関して、ベースライン（ライン４０のような帯の中心）上に正射影したドット間の距離は約５００−６５０ミクロンであり、（ライン５０および６０のような）平行な仮想ライン間の距離は約１００−１５０ミクロンで一定である。概して、ドットの直径は１００−１５０ミクロンである。当該アプリケーションは、通常、ＩＲカメラ４とともに動作する。ドットサイズは、画面の物理ピクセルにより形成された構造体がカメラ４の画像フレーム上のノイズとして見えるように選択される。２０インチよりも大きな画面では、そのようにはっきりさせるためにより大きなドットサイズを用いる必要があるかも知れない。
【００４８】
別のアプリケーションはドットパターンを持つ印刷紙をエンコードするものである。このアプリケーションでは、エンコードされた表面９が紙であり、エンコードされた減算ドットサイズはプリンタの解像度に合うように４２ミクロンから開始することができる。このパターンを持つ印刷文書において、２本の細帯間の距離は変わり得る。当該距離は、２つの連続する「テキストライン」間にコードラインを挿入できるように選択される。この変動は、光学ペン１におけるカメラ４の画像領域群によって制限される。ペン先の位置特定を向上するには、各画像フレーム内に少なくとも２個の帯断片のパターンがある方がよい。
【００４９】
罫線ソフトウェア
罫線ソフトウェアは、同時に印刷される文書とドットコードを用意する。ドットコードと文書を同時に印刷することで、両者を印刷紙上に確実に整列させることができる。したがって、罫線ソフトウェアの主機能の中でも興味深いのは、文書の可読性を阻害しないコードパターンの挿入、およびすべてのユーザの光学ペン１の動きを保存するデジタルコピーの達成である。
【００５０】
動作中、罫線ソフトウェアは保存されたデジタル文書を開き、テキストライン間の空間、水平ライン、および図の有無を探す画像解析を実行する。
【００５１】
罫線ソフトウェアはテキストライン間の余白にコードパターンを挿入する。ユーザの快適性を向上するため、図１１に示したように、罫線ソフトウェアはライトブルーのようなＩＲ不可視インクでドットを囲むことができる。文書が東洋文字であれば、水平ラインは垂直ラインに置き換えることができる。
【００５２】
罫線ソフトウェアは、画像解析の過程で水平ラインを識別するとこれらをエンコードされたラインに置き換えることができる。罫線ソフトウェアは、図５に示した画像で動作する場合のように、図を見つけると、ユーザによるソフトウェアの設定に応じて図を避けるかまたはそれに上書きする。
【００５３】
文書の一番上、すなわち便利な箇所に、罫線ソフトウェアは、光学ペン１によって読み取られるべき文書識別番号などのある文書情報を持つ追加のドットコードを挿入することができる。光学ペン１がユニークな識別番号を持つ実施形態では、ソフトウェア管理者はデジタル文書コピーを修正可能なペンを設定することができる。
【００５４】
ドットコードの読み取り
ここでは光学ペン１がエンコードされたパターンをどのようにして読み取るかを示す。
【００５５】
ユーザが光学ペン１を表面９を横切って移動させると、カメラ４がパターンの撮影を開始する。これは６０から１００フレーム毎秒のレートで行われる。各撮影で８ビットグレースレールの３２０×２４０ピクセルフレームが生成される。
【００５６】
各フレームは、ドットパターンにおけるドットの位置を特定する、細帯を識別する、座標を読み取る、および必要に応じて表面を識別する、といった４つのステップで解析される。
【００５７】
ドットの位置特定
ドットの位置特定は、ドットの画像には適合し、ほぼすべての文字を見過ごすマスクを用いて行われる。これは高速画像識別アルゴリズムによって実行され、たとえ低コストプロセッサでもリアルタイムで完了することができる。
【００５８】
図６Ａはフレームの例を示す。図６Ｂは画像識別アルゴリズムによって選択されたライトグレーのドットを示し、いくつかはテキスト文字中に見られる。
【００５９】
細帯の識別
上記取得したドットを結ぶラインのすべての方向の中で、細帯２０の方向Ｖは、ドットが最も高い空間周波数で発生する方向である。Ｖに垂直なライン、つまりＮへのすべての局所的なドットの射影を探すことで、期待される間隔（細帯２０の幅に相当）内のドット群が当該細帯内のドット群となる。これらドットを局所的なドット群から除外し、上記手法を再び適用することで、２番目の細帯２０のドットを識別することなどができる。
【００６０】
細帯２０を識別する別の方法は、ドットを頂点Ｐｉとしてドットのペア群でエッジが形成されるグラフを考慮することである。頂点のペアをＰ１およびＰ２とすると、これらの距離が期待される範囲境界間にあるか否か、すなわち、
ＬｉｍｉｔＩｎｆ＜Ｄｉｓｔ（Ｐ１，Ｐ２）＜ＬｉｍｉｔＳｕｐ
を判定することができる。ただし、ＬｉｍｉｔＳｕｐおよびＬｉｍｉｔＩｎｆは期待される範囲境界であり、結合されたグラフ複合体である。
【００６１】
座標の読み取り
フレームの基準座標軸（Ｖ，Ｎ）を参照してフレームにおける細帯２０内のドットを調べるならば、エンコードされた表面９におけるフレームの位置を特定することができる。
【００６２】
例えば、エンコードされたラインが表面座標のＸ，Ｙに６ビットの２値表現を用いたドット列…（Ｘ，（Ｙ−１）），（Ｘ，（Ｙ）），（Ｘ，（Ｙ＋１））…によって位置を表す場合、２４個の既知のドットがあれば、簡単なアルゴリズムおよびＸおよびＹの値を用いて、当該帯におけるどのドットがＸの開始ドットであるか、また、どの方向にＹが増加するかを引き出すことができる。
【００６３】
ほかにも表面座標を表現する効果的な方法がある。これらのいくつかは下記の「注記２」と題する節で説明する。
【００６４】
表面の位置特定
基準（０，ｘ，ｙ，ｚ）を考える。ただし、（０，ｘ，ｙ）はカメラ４における画像面の基準であり、ｚは、ｄＸおよびｄＹを画像解像度（例えば、ｄＸ＝３２０およびｄＹ＝２４０）、ｃを任意の数として焦点が（ｄＸ／２，ｄＹ／２，ｃ）となるような当該面の法線である。処理は、フレームにおける４つのドット画像、つまりＰ１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４を選択することから始まる。ただし、図７に示すように、Ｐ１およびＰ２はベースライン４０にあり、Ｐ３およびＰ４はほかのベースライン４０にある。
【００６５】
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４を画像Ｐ１…Ｐ４に対応する表面９の点とする。
【００６６】
幾何学的な考慮をし、Ｒ１およびＲ２間の距離を知る（例えば、Ｐ１およびＰ２間のドット数をカウントするなどして知る）ことで、面を基準（０，ｘ，ｙ，ｚ）に設置することができる。カメラ４は表面９におけるＲ１の絶対位置を読み取ることができるため、画像を定義する画像面（およびその逆）からアプリケーション面を認識することができる。アプリケーションは画像からさらなる情報を読み取る必要がある。例えば、図８に示したように、ドットが２値情報として存在するか否かを表面９の特定の位置でチェックすることができる。
【００６７】
場合によっては、ライン間にＩＲ可視テキストがない未利用のラインを配置して、カメラ４がこれらライン間のドットを探して文書ＩＤなどの補助的な２値情報を読み取るようにすることもできる。
【００６８】
基準（０，ｘ，ｙ，ｚ）に対するペン先８の位置は製造時の校正により決定することができるため、表面９に対するペン先８の位置を知ることができる。したがって、表面９に対するペン先８の位置を光学的に判定することができる。もし距離がゼロなら、ペン１はマウスダウンイベントのトリガーに利用可能な情報をコンピュータに送信する。
【００６９】
データ転送
光学ペン１から集められた情報はリアルタイムで転送または遅らせて保存される必要がある。このため、最小データに対応するコーデックが必要となる。ペン１から転送／保存されるデータの大半はペン先８の位置であり、１秒間に約６０−１００回のレートで転送される。
【００７０】
ペン先８の位置を毎回送信する代わりに、ペン１が新たな位置を転送することができる点で動きを止めるまで、初期値および最終位置と現在位置との差分値を送信することができる。テストにおいて、ベクトル差の絶対値は８未満であるという結果が得られたため、（０，０）の近傍、つまり「Ｎｓｅｔ」を８ビットの群（０…２５５）にマップすることができる。これは、新たな位置を送信または保存する代わりに、８ビット文字を送信または保存するだけでよいことを意味する。
【００７１】
近傍Ｎｓｅｔから２８個の整数群｛０，１，２…２５５｝へマップする関数をＦとし、一つ前の位置と現在の位置との差が（ｘ，ｙ）のとき、関数Ｆ（ｘ，ｙ）を送信または保存するだけでよい。これにより、現在のペン先８の絶対位置は、
（最終位置）＋Ｆ−１（Ｆ（ｘ，ｙ））
となるであろう。
【００７２】
差ｐ−ｑが近傍Ｎｓｅｔを超えていれば、図９に示したように、各部分が近傍Ｎｓｅｔ内に収まるように当該差を２つ以上の部分に分割することができる。
【００７３】
別のドットコードパターン
上述のパターンに代えて、図１０に示したような２種類の平行ラインのドットによって形成されるドットパターンを用いることができる。上記のすべての技術が同様に有効である。これは、罫線入り用紙に代えて方眼紙または原稿用紙のような特殊な文書で利用することができる。そのような実施形態では、Ｘ座標はライン上のあるドットに含まれ、Ｙ座標は直交するラインに含まれ得る。
【００７４】
注記：
注記２：２個の細帯断片を用いて表面位置を判定するため、サンプルとして、図１２に示すように、あるラインを…Ｙ−１，Ｙ，Ｙ＋１…とし、その下のラインはそれと同じものを１ドットだけ（サイクリックに）左にずらし、次のラインはライン…Ｙ−１，Ｙ，Ｙ＋１…を繰り返し、さらにその下のラインはそれを２ドットだけ（サイクリックに）左にずらすなどして、ドットコードラインを構築することができた。
【００７５】
この構造はラインを方向付ける点で有利であり、それのダブルチェックが可能となる（このように「ベロ−（bellow）」はここでは意味があることである）。
【００７６】
個別のＡ４ページが大量に必要な場合、列…（Ｙ−１）Ｙ（Ｙ＋１）…に代えて列…Ｆ（Ｙ−１）Ｆ（Ｙ）Ｆ（Ｙ＋１）…を採用することもできる。ただし、関数Ｆは「Ｙ」の範囲のあるサブセットを置換する。例えば、１２ビット数でコードを表現する場合、サブセットは１から４０９３＝２＾１２−３までの任意の整数値となり得る。４０９３は素数であるため、Ｆ（ｙ）＝Ｋｅｙ０＊ｙ  Ｍｏｄ（４０９３）は、当該サブセットの固定整数ｋｅｙ０に関して当該サブセットにおける置換である。
【００７７】
ドットを４００ミクロン離して設定すると１２ビット数は４．８ミリメートルとなるため、「Ｙライン」は４．８×４０９３ｍｍ、つまり約１９６５センチメートル長となる。
【００７８】
同様に、…Ｇ（Ｘ−１）Ｇ（Ｘ）Ｇ（Ｘ＋１）…によって「Ｘライン」を生成する。ただし、Ｇは１から４０９３までの整数サブセットにおける別の置換、つまりＧ（ｘ）＝ｋｅｙ１＊ｘ  Ｍｏｄ（４０９３）である。
【００７９】
ここで、まずＸラインのコピーであるＹラインを（およそ）５ｍｍ離して配置して１９６５×１２×４０９３（平方センチメートル）のマップを生成する。次に、再び５ｍｍ離して同じＹラインおよびＸラインを繰り返すが、今度はＸラインをサイクリックにＭｏｄ（４０９３）の１ビットだけ右に動かす。再び同じＸラインおよびＹラインを配置し、今度はＸラインをサイクリックに２ビット動かすなどする。これを１２×４０９３回繰り返し、各回で当該マップに別の１×１９６５ｃｍ２の領域を追加することができる。最終的に総領域が１９６５×１２×４０９３＝９６５１２９４０ｃｍ２のマップを得る。このマップの行は全部で２×１２×４０９３であり、列は４０９３である。
【００８０】
１２ビット数の最初のビットにおけるラインにいるとする。列位置は「Ｙライン」におけるＹ値となり、行位置は、Ｙライン上側またはＹライン内またはＹライン下側にいることにより、それぞれ、２×（変位−１）または２×変位または２×変位−１となる。ただし、「変位」はＹラインからのＸラインのずれのビット数である。このことから容易に理解できるように、２４個の連続するビットがわかっていれば１２ビット数の開始ビットを知ることができ、数および変位を計算することができる。
【００８１】
Ｘラインに偶数のｋｅｙ０を、Ｙラインに基数のｋｅｙ１を用いることで、（４０９２）／２×（４０９４）／２個の１９６５×１２×４０９３（平方センチメートル）のマップを個別に持つことができる。列…Ｆ（Ｙ−１）Ｆ（Ｙ）Ｆ（Ｙ＋１）…に従ってｋｅｙ０およびｋｅｙ１が常にこの群にあるということはほとんどないため、ｋｅｙ０およびｋｅｙ１の値は５０個未満（１００フレーム毎秒で動作する場合１／２秒未満）のフレームを用いて見つける（キーを解読する）ことができる。ユーザが新たな文書で作業を始めると「キー解読」は一旦終了し、ｋｅｙ０およびｋｅｙ１が不正なキーであるときにのみ再びキー解読が行われる。
【００８２】
最終的に総面積は４０９２×４０９４×１９６５×３×４０９３平方センチメートルとなる。Ａ４ページは２１×２９．７ｃｍ２であるから、６．４８×１０１１ページの個別のＡ４ページ、すなわち６４８０億ページの個別のＡ４ページが得られる。これはエンタープライズサーバに保存されるアクティブページとしては十分な数である。
【００８３】
本発明はその精神または基本特性から逸脱することなくほかの特別な形態で実施することができる。上記実施形態はすべての点で説明を目的としたものであり、本発明を限定するものではない。それゆえ、本発明の範囲は上記記載よりもむしろ添付の特許請求の範囲によって示される。請求項の均等の目的および範囲内のすべての変更は本発明の範囲に含まれる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ペンの先端から得られる情報をエンコードする装置であって、
支持盤を有し、前記支持盤の表面の平行ラインに連続的に配置された２次元コードパターンがエンコードされた表示媒体を備え、
前記パターンは平行ラインによって形成され、各平行ライン間の距離は罫線入りの紙と類似のパターンを形成するおよそ５−７ミリメートルであり、各ラインは８０−１２０ミクロンのドット径によって形成され、各ドット径間の距離が３００−５００ミクロンであり、ベースラインから１００−２００ミクロンずれており、
平行な細帯のそれぞれはドット列を有し、当該ドットは、選択された基数による数を表すように所定位置に配置されている、装置。
【請求項２】
前記ベースライン上に正射影した前記ドット間の距離が約５００−６５０ミクロンである、請求項１の装置。
【請求項３】
前記平行ライン間の距離が約１００−１５０ミクロンで一定である、請求項１の装置。
【請求項４】
前記ドットの直径が１００−１５０ミクロンの間である、請求項１の装置。
【請求項５】
前記ドットのサイズが、前記表示媒体上の画面の物理ピクセルの構造体が前記光学ペンにおけるカメラによって得られたカメラ画像フレーム上のノイズとして見えるように選択されている、請求項１の装置。
【請求項６】
被着体上にドットコードパターンをエンコードする方法であって、
画像を含むデジタル文書を開くこと、
前記画像におけるテキストライン間の空間、水平ライン、および図の有無を探すこと、
テキストライン間の空間に前記ドットコードパターンを挿入すること、
前記文書の選択された軸に沿って延びるラインを識別すること、および
前記ラインをエンコードされたラインに置き換えることを含む、方法。
【請求項７】
光学ペンによって読み取られるべき文書の特定の情報を含む追加のドットコードを前記文書の選択された位置に挿入することを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
選択されたドットを赤外線不可視インクのラインで囲むことを含む、請求項６の方法。
【請求項９】
前記文書における東洋文字を識別し、縦軸を前記軸として選択することを含む、請求項６の方法。
【請求項１０】
被着体上のドットコードパターンを細帯に沿って読み取る方法であって、
光学ペンが前記被着体の表面を移動したときに、前記光学ペンに６０から１００フレーム毎秒のレートで前記ドットコードパターンを撮影させること、および
各フレームを、
ドットの画像に適合し、文字の画像は排除するように構成されたマスクを用いて、ドットコードパターンにおけるドットの位置を特定し、
少なくとも前記ドットの位置特定に基づいて前記細帯を識別し、
前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標を読み取り、
少なくとも前記座標に基づいて前記表面の位置を特定することで解析することを含む、方法。
【請求項１１】
前記細帯の識別は、前記ドットの周波数が最大となる方向を前記細帯の方向として選択することを含み、
前記選択は、
局所的なドット群におけるすべてのドットの、候補の方向に垂直なラインへの射影を探索すること、
前記ドット群から前記細帯の幅内にあるドットを識別すること、
前記ドット群から前記識別された局所的なドットを除外すること、
前記ドット群に残ったドットに対して、前記選択、探索、識別を繰り返すことを含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記細帯の識別は、ドットを頂点として頂点Ｐ１およびＰ２のペアでエッジが形成されるグラフを定義することを含み、前記エッジは、期待される範囲ＬｉｍｉｔＩｎｆ＜Ｄｉｓｔ（Ｐ１，Ｐ２）＜ＬｉｍｉｔＳｕｐの距離内にあり、かつ、結合されたグラフ複合体である、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記ドットコードパターンによってエンコードされた座標の読み取りは、エンコードされた表面におけるフレームの位置を特定することを含む、請求項１０の方法。
【請求項１４】
ドットの位置が第１および第２の座標で表され、
前記座標の読み取りは、開始ドットの前記第１の座標を識別し、前記開始ドットの前記第２の座標が増加する方向を識別することを含む、請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記表面の位置特定は、少なくとも前記被着体の表面の第１および第２の点の距離に基づいて前記表面の位置を特定することを含み、前記被着体の表面の前記第１および第２の点は前記ドットコードパターンの画像における第１および第２の点に相当する、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記表面の位置特定は、前記光学ペンが前記被着体の表面に接触しているか否かを判定することを含む、請求項１０の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図１０】
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【図１２】
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【図３】
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【図４】
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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１１】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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