(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に施されたマークをマーク検出手段で得られた信号から判定するマーク判定方法において、
前記信号の信号波形を二回微分し、０を閾値として前記物体の所定の位置からサンプル順に二値化して得た値を並べた判定ビット列を生成し、
前記マークの幅が最大許容値であるときの前記信号波形を二値化した最大許容値ビット列と前記判定ビット列とでＡＮＤ演算を行い、
前記マークの幅が最小許容値であるときの前記信号波形を二値化した最小許容値ビット列と前記判定ビット列とでＡＮＤ演算を行い、
前記２つの演算の結果から前記マークを判定することを特徴とするマーク判定方法。
【請求項２】
物体に施されたマークをマーク検出手段で得られた信号から前記マークを判定するマーク判定装置において、
前記信号の信号波形を二回微分し、０を閾値として前記物体の所定の位置からサンプル順に二値化して得た値を並べた判定ビット列を生成する生成手段と、
前記マークの幅が最大許容値であるときの前記信号波形を二値化した最大許容値ビット列と
前記マークの幅が最小許容値であるときの前記信号波形を二値化した最小許容値ビット列とを記憶する記憶部と、
前記判定ビット列と前記記憶部が記憶した最大許容ビット列および最小許容ビット列とをＡＮＤ演算する演算部とを有し、
前記演算部の演算結果で前記マークを判定することを特徴とする前記マーク判定装置。
【請求項３】
物体に施されたマークをマーク検出手段で得られた信号から前記マークを判定するマーク判定処理を行なうプログラムを含む媒体であって、
前記信号の信号波形を二回微分し、０を閾値として前記物体の所定の位置からサンプル順に二値化して得た値を並べた判定ビット列を生成し、
前記マークの幅が最大許容値であるときの前記信号波形を２値化した最大許容値ビット列と前記判定ビット列とでＡＮＤ演算を行い、
前記マークの幅が最小許容値であるときの前記信号波形を２値化した最小許容値ビット列と前記判定ビット列とでＡＮＤ演算を行い、
前記２つの演算の結果から前記マークを判定処理を行なうことを特徴とするプログラムを含む媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリペイドカードやクレジットカード、ＩＣカードなど、そのカードの表面に施されたマークからカードの種別を判定するためのマーク判定方法及びその装置、並びに媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
斯様な従来のマーク判定方法としては、次の第１〜３に述べるような方法がある。
・第１の方法は、マーク検出信号波形をサンプリングしたデータの最大値と最小値の演算によって閾値を求め、この閾値を用いてマーク検出信号波形を二値化し、所定のマーク数と検出されたマーク数との比較や、あるいはマーク長を基準値と比較することによってマークの種類判定を行う方法である。この方法においては、二値化のための閾値としては、例えば最大値と最小値の平均値などが利用され、一回の判定でマーク種別を判定できなかった場合には、再度閾値を算出し直し、二値化、判定に至る一連の処理を規定の回数試行することによって判定の信頼性を向上させることが一般的である。
・第２の方法は、マーク検出信号波形を、予め記憶された複数の基準波形それぞれと比較し、マーク検出信号波形と最も相関の高い基準波形からマークの位置情報を読み取る方法である。この方法は、主に露光装置の分野において精密なマーク位置決めが必要とされる場合に使用される。
・第３の方法は、マーク検出信号波形に一次微分処理を施して得られる波形のエッジ数とエッジ間距離からマークを判定する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の第１のマーク判定方法では、次のような問題点があった。
・マーク検出信号波形の二値化のための閾値を一意に定めず、最大値と最小値から適当に閾値を類推し、何回か試行を繰返すことによって判定を行うため、試行回数が増えた場合に判定時間が長くなるという問題がある。これは搬送機構を伴う装置との組合わせでマーク判定を行わなければならないような場合に、許容された時間内に判定が終了しない可能性があることを示しており、問題となる。
・マークの濃淡、擦れ、汚れ、反射率の違いや、あるいはマーク検出センサの感度のバラツキなどによっては、部分的には明らかにマークの特徴を有していながら、最大値と最小値などから求まる閾値では一概に二値化が成功しない場合もあり、判定ミスが発生するという問題がある。
・二値化データをデータの先頭から走査した結果のマーク数及びマーク長の管理から判定を行うような場合には、測定誤差やマーク長誤差が累積し易く、また、マーク前後の汚れなど、マークでないものをマークと認識してしまう可能性も発生するなど、判定精度があいまいで判定範囲の管理・指定が困難であるという課題がある。
【０００４】
従来の第２のマーク判定方法では、精密位置決めには有用だが、測定精度がメモリに蓄えられる基準波形の量に依存するため、装置に大容量のメモリが必要となる上、マークを走査する時間が限られているときは、高速処理可能なＣＰＵ（中央演算処理装置）が必要となるなど、装置側にかかる制約が大きいという課題がある。特にマークが位置合わせのためのものではなく、マーク形状やパターンから、そのマークが施された物体の種別を特定するためだけに利用されている場合には大掛かりな装置は不要であり、本発明の属する技術分野にはそぐわないという問題がある。
【０００５】
従来の第３のマーク判定方法では、マークの濃淡、擦れ、汚れ、反射率などの違いによって信号波形に凸凹がある場合には本来エッジでないものをエッジと認識してしまう可能性があることや、エッジ間距離の誤差累積によっては判定ミスが発生するという課題があり、マークの劣化を許容しつつ判定を行うことが求められる本発明の属する技術分野にはそぐわないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの状態によらず一定の時間内に判定が行え、かつ判定処理の高速化を可能とするマーク判定方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの条件下においても、部分的に明らかにマークの特徴を有していれば判定することで判定率を向上させるマーク判定方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の第３の目的は、測定誤差やマーク長誤差の累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定し、判定率を向上させるマーク判定方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第４の目的は、上記第１から第３の目的の実現にあたって、簡単な構成、かつ新規な手法でマーク判定を行うことで、マークが施された物体の種別を判定することができるマーク判定装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第５の目的は、上記第４の目的の実現にあたって、マーク判定装置を上記各目的の実現に向かって決められた手順に従って処理させることができるプログラムを含む媒体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のマーク判定方法は、物体に施されたマークをマーク検出手段で走査し、走査で得られた信号から前記マークを判定して前記物体の種別を判定するマーク判定方法において、前記信号の信号波形を二回微分して、マーク波形検出の都度、二値化のための閾値の最適値を一意に定め、その閾値を用いて前記信号波形を二値化したビット列のデータを基準ビット列と比較して前記マークを判定するようにしたものである。これによれば、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの状態によらず、一定の時間内に判定を行え、かつ判定処理の高速化を可能とする。また、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの条件下においても、部分的に明らかにマークの特徴を有していれば判定することで判定率の向上を可能とすることとなる。
【００１２】
また、本発明のマーク判定方法は、前記基準ビット列が、マーク幅の最大許容値に相当するものと、最小許容値に相当するものからなり、この両許容値と前記走査で得られた測定データを比較することで、判定精度・誤差を管理しながら前記マークを判定するようにしたものである。これによれば、測定誤差やマーク長誤差の累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定し、判定率を向上させることができることとなる。
【００１３】
また、本発明のマーク判定装置は、物体に施されたマークを光学的に検出するマーク検出手段と、マーク検出時にマークを走査するのに前記物体を搬送するための搬送手段と、前記搬送手段による前記物体の搬送中に前記マーク検出手段で検出された検出信号波形を二回微分し、マーク波形検出の都度、二値化のための閾値の最適値を一意に定め、その閾値を用いて前記信号波形を二値化したビット列のデータを基準ビット列と比較することで前記マークの種別を判定する判定手段と、前記判定手段により判定された前記マークの種別から前記物体の種別を判定する制御手段とを備えた構成を有している。この構成によれば、搬送手段による搬送中にマークが施された物体の種別を判定し得るという作用を有する。
【００１４】
また、本発明のマーク判定装置は、前記基準ビット列が、マーク幅の最大許容値に相当するものと、最小許容値に相当するものの二種類からなり、前記判定手段がこの両許容値と測定データを比較することで、判定精度・誤差を管理しながら前記マークを判定する構成としたものである。この構成によれば、測定誤差やマーク長誤差の累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定し、判定率を向上させることができることとなる。
【００１５】
また、本発明のマーク判定装置は、前記マーク検出手段で検出された検出信号をデジタル信号に変換する信号変換手段をさらに備えるとともに、前記判定手段は前記信号変換手段で変換されたデジタル信号波形をフィルタ処理してノイズを除去した波形を得る手段を備えた構成としたものである。これによれば、フィルタ処理によりノイズを取り去った理想的な波形からマーク判定を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の媒体は、物体に施されたマークをマーク検出手段により走査し光学的に検出するマーク検出処理と、前記マーク検出処理で得られた信号波形を二回微分して二値化して二値化ビット列を得る二重微分処理と、前記二重微分処理で二値化したビット列のデータを基準ビット列と比較し、前記マークを判定するマーク判定処理とをコンピュータに順次実行させるためのプログラムを含む構成としたものである。これによれば、測定誤差やマーク長誤差の累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定し、判定率を向上させることができるマーク判定方法及びその装置の実現が可能となる。
【００１７】
また、本発明の媒体は、物体に施されたマークをマーク検出手段により走査し光学的に検出するマーク検出処理と、前記マーク検出処理で検出されたマーク検出信号をフィルタ処理してノイズを除去するノイズ除去処理と、前記マーク検出処理で得られた信号波形を二回微分して二値化して二値化ビット列を得る二重微分処理と、前記二重微分処理で二値化したビット列のデータを基準ビット列と比較し、前記マークを判定するマーク判定処理とをコンピュータに順次実行させるためのプログラムを含む構成としたものである。これによれば、測定誤差やマーク長誤差の累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定し、判定率を向上させることができるマーク判定方法及びその装置の実現が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態では、図２に示すカードＡ３０６及び図３に示すカードＢ３０６の、２種類のカードの判定を行う場合を一例として説明するが、必ずしもこれらのカード３０６に限られるものではなく、またカード以外の物であってもよいものである。そのカードＡ３０６とカードＢ３０６の一表面の略同じ位置には、マーク２０１とマーク２０２が印刷等で施されており、そのマーク２０１，２０２で２つのカードがＡ，Ｂにそれぞれ区別されている。すなわち、カードＡ３０６に付されたマーク２０１は、長さＬ１の黒マーク部分２０１ａと長さＬ２の白無地領域の部分と長さＬ３の黒マーク部分２０１ｂとで構成され、カードＢ３０６に付されたマーク２０２は、長さＬ４の黒マーク部分２０２ａと長さＬ５の白無地領域の部分と長さＬ６の黒マーク部分２０２ｂとで構成されている。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態として示すカード種別判定装置の構成ブロック図である。図１におけるカード種別判定装置３００は、カード３０６の表面に施されているマーク（２０１，２０２）を検出するためのマーク検出部３０１と、マーク検出部３０１で検出されたアナログ波形をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換部３０２と、Ａ／Ｄ変換部３０２で変換されたデジタル信号をもとにカード３０６の種別判定を行うための判別部３０３と、マーク検出部３０１の直下に配置され、カード３０６を搬送するための搬送部３０４と、判定部３０３の判定結果からカード３０６の搬送制御を行う制御部３０５とを備えている。
【００２０】
マーク検出部３０１は、カード３０６に付されたマーク２０１，２０２を検出するもので、例えば反射型赤外線光電センサーなどにより実現できる。そのカード３０６は、図示せぬ所定のカード挿入口に挿入されると、搬送部３０７によってマーク検出部３０１の直下に搬送され、マーク（２０１，２０２）がマーク検出部３０１によってマークを走査される。マーク検出部３０１で走査された信号は、Ａ／Ｄ変換部３０２でデジタル信号に変換されて判定部３０３に入力され、判定部３０３でマークの種別を判定してカード３０６の種別（カードＡ，カードＢ）が特定される。制御部３０５は、例えばＣＰＵを搭載したパーソナルピュータで、装置全体の動作を制御し、カード３０６の種別によって搬送の速度を変更したり、あるいはカード３０６にマーク２０１、マーク２０２のいずれも施されていない時は搬送部３０７に対してカード３０６を引き戻すなどの指示を行う。その制御部３０５は、予め図示せぬ記憶装置部に組み込まれているプログラムに従って、決められた手順で装置全体を制御する。
【００２１】
図４は、記憶装置部に組み込まれているプログラムにより、制御部３０５がカード種別判定装置３００を制御する処理手順を示す動作フローチャートである。そのフローチャートに従って、その処理手順を次に説明する。
【００２２】
カード３０６が所定のカード挿入口に挿入され、搬送部３０７によってマーク検出部３０１の直下に搬送されると、マーク（２０１，２０２）が走査されてマーク検出が開始される。マーク検出部３０１で走査された信号は、Ａ／Ｄ変換部３０２でデジタル化される。Ａ／Ｄ変換部３０２でデジタル化されたマーク検出信号波形は、まずステップＳＴ１００において、移動平均などによるフィルタ処理によりノイズが除去される。図５はマーク検出波形をフィルタ処理した後に得られる理想的な信号波形の一例を示す図である。また、図６はマーク検出波形をフィルタ処理した後に得られる実際の信号波形の一例を示す図である。図５および図６において、縦軸はＡ／Ｄ変換された信号の強度（単位は、例えばｄＢ）を表し、横軸はマーク検出を行なったカード３０６上の位置（例えばＸ座標）を表す。マークが良好な状態ならば、図５に示すような理想的な波形を得ることができるが、実際にはマークの汚れ、擦れなどにより、図６のように歪んだ波形を得る可能性がある。図６において、符号５０１で示す領域はマーク２０１におけるマーク部分２０１ａに、符号５０２はマーク部分２０１ｂに、それぞれ相当している。
【００２３】
ここで従来の方法ならば、この信号の最大値と最小値から適当に閾値を算出するなどしてデータの二値化を行うが、図５のように汚れや擦れなどに起因して、マーク部分２０１ａとマーク部分２０１ｂとで濃度に差がある場合には、領域５０１と領域５０２で波形の高さが揃わなくなり、結果として明らかにマークの特徴を有していながら、判定ができないという問題があった。また、この他にも検出信号波形に一次微分処理を施して、波形のエッジ数とエッジ間距離からマークを判定する方法もあるが、領域５０３のようにマークの汚れによって信号波形に凸凹がある場合には本来エッジでないものをエッジと認識してしまう可能性があることや、エッジ間距離の誤差累積によっては判定ミスが発生することもあった。
【００２４】
そこで、本発明においてはステップＳＴ１００で得られた信号波形に対して、ステップＳＴ１０１において二重微分処理を施す。ここで、二重微分処理は以下に示す次式（１）に従って行われる。
【００２５】
ｙ（ｉ）＝｛ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ＋△ｄ１）｝−｛ｘ（ｉ＋△ｄ２）−ｘ（ｉ＋△ｄ１＋△ｄ２）｝  ‥‥‥式（１）
【００２６】
ここで、ｘ（ｉ）をステップＳＴ１００で得られた信号波形のｉ番目のデータ、ｙ（ｉ）をｉ番目の二重微分値、△ｄ１、△ｄ２はそれぞれ一次微分、二次微分のためのデータ間隔とする。
【００２７】
図７に、図６の信号波形に二重微分処理を施した結果を示す。この図７において、縦軸は二重微分処理を施したデジタル信号の強度（単位は、例えばｄＢ）を表し、横軸はマーク検出を行なったカード３０６上の位置（例えばＸ座標）を表す。図７から明らかなように、図６に見られたような波形の歪みは二重微分処理によって除去され、０を閾値に二値化を行うことが可能となる。
【００２８】
二値化はステップＳＴ１０２においてビット変換処理として行われる。すなわち、上式（１）において、ｙ（ｉ）が正ならばビットをオンとし、負ならばオフとする。このステップＳＴ１０１、及びＳＴ１０２の処理をデータのサンプル数分繰り返すことにより、二値化ビット列を得る（ステップＳＴ１０３）。
【００２９】
以下に図６のデータに対して上記処理を行った結果のビット列Ｍａｒｋを例として示す。ここで１ｂｉｔの間隔がマークを走査する分解能となり、その値はマーク全長Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３をデータのサンプル数で割った値に相当する。
【００３０】
Ｍａｒｋ＝００００７ＦＦＦＦＦＦＦＦＦ０００００００ＦＦＦＦＦＦ８０００００００  ‥‥‥式（２）
【００３１】
このようにして得られたビットデータは、ステップＳＴ１０４において第１のマークの判定を行う。ステップＳＴ１０４のマーク判定処理では、対応するマークの基準ビット列を最大許容値Ｔ＿ｍａｘ及び最小許容値Ｔ＿ｍｉｎの２種類を記憶しておき、ステップＳＴ１０３で得られたビット列と、上記２つの基準ビット列Ｔ＿ｍａｘ、Ｔ＿ｍｉｎとの比較を行う。
【００３２】
例えば、第１のマークとしてマーク２０１の判定を行うものとし、マーク２０１のＴ＿ｍａｘ、Ｔ＿ｍｉｎがそれぞれ以下の式（３）及び式（４）のように規定されているものとすれば、ステップＳＴ１０４のマーク判定処理は、以下の式（５）及び式（６）で実現される。すなわち検出データＭａｒｋが式（５）及び式（６）を同時に満たせば、マーク２０１と判定する。ここで、＆はビット演算のＡＮＤ処理を示す。
【００３３】
Ｔ＿ｍａｘ＝０３ＦＦＦＦＦＦＦＦ００００７ＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ８ＦＦＦＦＦ  ‥‥‥式（３）
【００３４】
Ｔ＿ｍｉｎ＝０００１ＦＦＦＥ００００００００３ＦＦＦＦＦＦＦ００００００００  ‥‥‥式（４）
【００３５】
（Ｍａｒｋ＆Ｔ＿ｍｉｎ）＝＝Ｔ＿ｍｉｎ  ‥‥‥式（５）
【００３６】
（Ｍａｒｋ＆Ｔ＿ｍａｘ）＝＝Ｍａｒｋ    ‥‥‥式（６）
【００３７】
式（５）及び式（６）から明らかなように、マーク判定はビット演算のみで可能となるため高速な処理が期待できる。また、判定エラーとなったときに、閾値を算出し直す繰返し処理がないため、マークのパターンや形状によらず一定の時間内に判定が可能となる。さらに、判定範囲を、マークを走査した分解能の単位で明確に指定できるため、判定精度の設定や誤差管理が容易となる。例えば、マーク２０１の判定において、マーク部分２０１ａとマーク部分２０１ｂの間の白無地領域Ｌ２に汚れを許容するのであれば、式（３）に示したＴ＿Ｍａｘを、新たに式（７）に示す値に変更するだけでよい。
【００３８】
Ｔ＿ｍａｘ＝０３ＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ８ＦＦＦＦＦ  ‥‥‥（式７）
【００３９】
このような方法をとることにより、複数のマークを別々に測定してそれぞれの長さを判定する場合に比べ、誤差累積による判定ミスの発生を回避することができる。
【００４０】
さて、ステップＳＴ１０５で検出データが式（５）及び式（６）を同時に満たせばマーク２０２として判定が終了するが、満たさない場合は別のマークとしてステップＳＴ１０６に進む。
【００４１】
ステップＳＴ１０６ではマーク２０２に対応したＴ＿ｍａｘ、Ｔ＿ｍｉｎが新たに定義され、ステップＳＴ１０４と同様に式（５）、式（６）によって判定が行われる（ステップＳＴ７）。マーク２０１、マーク２０２のいずれでもない場合には該当マークなしとして判定を終了する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は信号波形を二回微分することで、二値化のための閾値を一意に定め、その閾値を用いて信号波形を二値化したビット列のデータを、基準ビット列と比較することでマークを判定するので、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの状態によらず、一定の時間内に判定が行える。また、判定処理の高速化を可能とし、マークのパターンや濃淡、擦れ、汚れ、反射率、マーク検出センサのバラツキなどの条件下においても、部分的に明らかにマークの特徴を有していれば判定を行うことで判定率を向上させることができる。さらに、測定誤差やマーク長誤差が累積を伴わず、判定精度や誤差を容易に管理、指定することで、判定率を向上させることを可能とする、というすぐれた効果を有するマーク判定方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すカード種別判定装置の構成ブロック図。
【図２】本実施の形態におけるカードＡの概略構成図。
【図３】本実施の形態におけるカードＢの概略構成図。
【図４】本実施の形態におけるカード種別判定装置の動作を示すフローチャート。
【図５】マーク検出波形をフィルタ処理した後に得られる理想的な信号波形の一例を示す図。
【図６】マーク検出波形をフィルタ処理した後に得られる実際の信号波形の一例を示す図。
【図７】図６の信号波形に二重微分処理を施した後に得られる信号波形図。
【符号の説明】
２０１  マーク
２０２  マーク
３００  カード種別判定装置
３０１  マーク検出部
３０２  Ａ／Ｄ変換部
３０３  判定部
３０４  搬送部
３０５  制御部
３０６  カード
【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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