(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品に貼られたバーコードラベルをＣＣＤカメラにより画像として撮像し、得られた画像を画像処理して上記バーコードを読み取るバーコード読み取り装置であって、上記バーコードラベルの位置を特定するための第一のＣＣＤカメラと、同第一のＣＣＤカメラで特定したバーコードを入力画像として取り込むための第二のＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラによる撮像で得られた画像に対し画像処理を行う画像処理演算部とでシステムを構成し、上記画像処理演算部は、バーコードを入力として取り込むためのＣＣＤカメラからのバーコードの画像を元に、同バーコードの切り出した部分に対して投影を行うと共に輝度値に対する所定レベルのしきい値を投影図を元にバーとスペースの部分が認識でき、かつ同バーとスペースに相当する部分の幅の変化が同しきい値を変化することにより顕著に変動しない値に設定し２値化処理を行ってバーコードの識別を行い、同２値化処理のみでは識別不可能な場合には、投影図における各バーの領域での各画素での最大輝度値からの差の輝度を求めて合計値を輝度面積として算出し、その比を各バーの領域毎に比較することによりナローバーとワイドバーを判定し、更にスペースに対しても上記処理と同様な輝度の面積比を比較する処理を行ってナロースペース、ワイドスペースの判定を行い、上記判定結果に対して各バーコード特有の特徴を加味し、識別出来ない場合には、上記しきい値を再設定し、上記動作を繰り返すことによりバーコードを識別可能とする識別アルゴリズムを備え、バーコードを遠方より高速で読み取り可能とすることを特徴とする全方位一次元バーコード読み取り装置。
【請求項２】
上記バーコード読み取り装置の画像処理演算部は、バーコードラベルの方向が不特定の場合でも、ＣＣＤカメラから入力された画像に上記しきい値を設定すると共に上記輝度の面積比を比較することによりバーコードを識別可能とする請求項１記載の全方向一次元バーコード読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場においてベルトコンベア上を移動する形状の異なった製品に貼られた製品の種類を示すバーコードラベルを、ＣＣＤカメラを用いて読み取り、識別する全方向一次元バーコード読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベルトコンベア上を移動する形状の異なった製品に貼られたバーコードラベルを読み取るには、例えば、レーザー光を用いたバーコード読み取り装置を使用している。その際、読み取り精度を上げる為、バーコードを貼る位置、バーコードの方向、ベルトコンベアへの載せ方等に工夫を行っている。また、バーコードラベルが貼られた製品の形状（大きさ）が変わる度に、製品と読み取り装置との距離を一定に保つため、読み取り装置自身を上下に移動させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように工場内のベルトコンベア上を移動する製品にバーコードラベルを貼り、製品を識別するためには、製品識別の為に貼られたバーコードを読み取る必要がある。その際、製品は、形状（大きさ）が異なり、コンベア上のどの位置に載せられるか不定で、また、バーコードラベルも製品表面のどの位置にどういう方向で貼られているか定まっていないという条件のもとでバーコードを読み取らなければならない。
【０００４】
従来のバーコード読み取り装置、例えばレーザー光を用いたバーコード読み取り装置の場合は、バーコードを貼る位置や方向、ベルトコンベアへの載せ方を一定にする必要がある。また、従来のバーコード読み取り装置は、読み取り深度が浅く、バーコードとの距離がある一定の値を超えると読み取りが不可能になる。したがって、ベルトコンベア上を移動する異なった形状の製品に貼られたバーコードラベルを読み取り、識別するには、製品の形状（大きさ）に合わせ、読み取り装置を移動しなければならない。また、従来のバーコード読み取り装置は、読み取りの際の走査方向が一定である為、バーコードの方向が不定の場合、読み取りできないことがある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、バーコードラベルが貼られた製品の形状が異なっている場合でも、バーコード読み取り装置を移動させることなくバーコードの読み取り、識別をすることを可能にし、また、バーコードの方向が不定である場合においても、全方向に対して識別することを可能にする全方向一次元バーコード読み取り装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はＣＣＤカメラを用いて、バーコードラベル全体が被写体となるように撮像し、撮像した画像を元に画像処理することで、バーコードの読み取り、識別を可能としたことを特徴とする。即ち、本発明は次の（１）、（２）の手段を提供する。
【０００７】
（１）製品に貼られたバーコードラベルをＣＣＤカメラにより画像として撮像し、得られた画像を画像処理して上記バーコードを読み取るバーコード読み取り装置であって、上記バーコードラベルの位置を特定するための第一のＣＣＤカメラと、同第一のＣＣＤカメラで特定したバーコードを入力画像として取り込むための第二のＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラによる撮像で得られた画像に対し画像処理を行う画像処理演算部とでシステムを構成する。
【０００８】
上記画像処理演算部は、バーコードを入力として取り込むためのＣＣＤカメラからのバーコードの画像を元に、同バーコードの切り出した部分に対して投影を行うと共に輝度値に対する所定レベルのしきい値を投影図を元にバーとスペースの部分が認識でき、かつ同バーとスペースに相当する部分の変化が同しきい値を変化することにより顕著に変動しない値に設定し２値化処理を行ってバーコードの識別を行い、同２値化処理のみでは識別不可能な場合には、投影図における各バーの領域での各画素での最大輝度値からの差の輝度を求めて合計値を輝度面積として算出し、その比を各バーの領域毎に比較することによりナローバーとワイドバーを判定し、更にスペースに対しても上記処理と同様な輝度の面積比を比較する処理を行ってナロースペース、ワイドスペースの判定を行い、上記判定結果に対して各バーコード特有の特徴を加味し、識別出来ない場合には、上記しきい値を再設定し、上記動作を繰り返すことによりバーコードを識別可能とする識別アルゴリズムを備えているバーコードを遠方より高速で読み取り可能とする全方向一次元バーコード読み取り装置。
【０００９】
（２）上記バーコード読み取り装置の画像処理演算部は、バーコードラベルの方向が不特定の場合でも、ＣＣＤカメラから入力された画像に上記しきい値を設定すると共に上記輝度の面積比を比較することによりバーコードを識別可能とする（１）記載の全方向一次元バーコード読み取り装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明は、当初、工場においてベルトコンベア上を高速で移動する形状の異なる製品に貼られたバーコードを非接触で読み取り、識別することを目的として進められた。図１は、本発明で目標としたバーコードの撮影環境を示したものであり、ベルトコンベア１の移動速度υを１５〜２０ｍ／分、バーコード３とＣＣＤカメラ２の距離を２ｍと設定した。
【００１２】
図２は本発明の実施の一形態に係るバーコードを自動的に識別するシステムである全方向一次元バーコード読み取り装置の構成図である。図において、まず、ベルトコンベア上を移動する対象物の表面全体を＃１ＣＣＤカメラ２−１で撮像する。次に上記撮像で得られた画像に対し画像処理部４とホストコンピュータ５とで画像処理を行い、バーコードラベルの位置を検出する。画像処理部４は主に２値化等の画像処理及び認識を行い、ホストコンピュータ５はシステム全体のタイミングの制御、モニタ、デバック等を行う。
【００１３】
この結果をホストコンピュータ５より＃２のＣＣＤカメラ２−２に送信し、＃２ＣＣＤカメラ２−２では撮影対象をバーコードに絞り、このバーコードの部分を入力画像として画像処理部４へ取り込むのである。＃２のＣＣＤカメラ２−２により得られた画像は、画像処理部４とホストコンピュータ５により画像分割の処理を行うことにより、バーコードの形状を抽出し、識別が行える。
【００１４】
以下に、＃２ＣＣＤカメラ２−２で撮像した画像を元に、バーコード部分の切り出しを行う為の形状抽出の処理を説明する。図３に図２中の＃２のＣＣＤカメラ２−２のバーコードラベル撮影条件及び実験に用いたカメラの仕様を示す。図中、７，８は照明を示し、９ａは距離１ｍの場合の影像範囲、９ｂは距離２ｍの場合の影像範囲である。また、図４に図３の条件で撮影したバーコードラベルの画像を示す。
【００１５】
撮影条件は、レンズが９０[mm]，絞りは５．０，照度が１０００[lux] とした。使用器具は、３ＣＣＤカメラ（ＤＸＣ−９５０  ＳＯＮＹ）、有効画素数は７６８×４９４，水平解像度は７５０ＴＶ本，照度は２０００ｌｘ（Ｆ９．５，３２００Ｋ），ズームレンズ（ＶＣＬ−７１２ＢＸ  ＳＯＮＹ）で焦点距離が７．５mm〜９０mm, 絞りは１．４〜１６である。
【００１６】
図４は上記の条件で撮影したバーコードラベルの画像を示す図であり、（ａ）はＣＣＤカメラとバーコードの距離が１ｍの場合、（ｂ）が２ｍの場合である。図５は、図４（ａ）の原画像に対してバーコードの形状を抽出するため、エッジ検出及び２値化を行った結果を示すものであり、しきい値は２００としている。
【００１７】
しきい値２００とは、カメラからの映像信号を８ビットのＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）を通してデジタル信号に変換した場合、８ビットなので、０〜２５５の整数によるデジタル値で映像信号の輝度値が表示される。従ってこの０〜２５５の内の２００を選ぶことを意味する。本図に示すように多少、バーの部分が欠損しているが形状抽出としては、十分結果が得られた。
【００１８】
そこで、次にバーコードとＣＣＤカメラの距離を１ｍ以上離した場合による形状抽出について検討した。バーコードの構成は黒い部分のバーと白い部分のスペースで構成され、バーとスペースには、それぞれ幅の狭いナローと幅の広いワイドがある。通常、ナローとワイドの比率は、１：２〜１：３である。バーコードの識別においては、このナローとワイドを的確に判定することが重要である。
【００１９】
次にバーコードとＣＣＤカメラの距離が１．５ｍの場合の画像に対して処理を行うことにする。処理方法としては、距離が１ｍの場合有効であった２値化を用いることにする。図６（ａ）がバーコードとＣＣＤカメラの距離１．５ｍの場合に撮像した原画像の一部を示す図であり、図６（ｂ）が、その２値化処理の結果に対して投影を行った図であり、しきい値を２００としている。
【００２０】
図６（ｂ）から原画像と２値化処理の結果を比較すると形状抽出が十分可能な結果が得られた。このことから、バーコードとＣＣＤカメラの距離が１．５ｍの場合にも形状抽出には、２値化が有効であることが分かった。バーコードの形状抽出に２値化処理を行うことで、原画像からバーコード部分を切り出すことが可能となった。
【００２１】
次に、原画像から切り出したバーコードの識別方法について検討した結果を説明する。まず、切り出した画像に対し投影を行った。図７はその結果を示す図であり、図７（ａ）は投影結果を示す図、図７（ｂ）は２値化処理を行った結果であり、図７（ａ）の様にしきい値（Ｘ）を設けて画像を２値変換したものである。図７（ｂ）より、バー及びスペースに対して１又は２画素をナロー、３又は４画素をワイドと判定する。
【００２２】
図８は、この判定方法を用いた場合のバーコードとＣＣＤカメラの距離としきい値の関係を示したものである。図８より識別率は、しきい値の選び方に左右されることが分かる。識別率が高くなっているのは、７０％から８０％の場合であるが、バーコードとＣＣＤカメラの距離が１．７ｍの場合は、しきい値を変えても識別できなかった。２値化処理を行い画素幅を用いた識別方法では、距離の限界は１．６ｍであった。しかし、本発明の目標はバーコードとＣＣＤカメラの距離を２ｍとしていることから画素の幅を用いた方法では、識別が行えないことが分かる。
【００２３】
そこで、バーコードとＣＣＤカメラの距離が１．７ｍ以上の場合でも識別できる方法をさらに検討した。図９はこの方法を示す図で、（ａ）は識別のステップのフローチャート、（ｂ）は（ａ）の方法を実施する場合の図であり、バーコードとＣＣＤカメラの距離が２ｍの場合の投影図である。ここで、図９中のＷＢ，ＮＢは、実際のバーの状態を表している。
【００２４】
この図９（ｂ）の投影図に対して、図８の結果よりしきい値を８０％とする。このとき１画素のものは、ナローバーと識別できるが、２画素のものが識別できない。そこで、図９の斜線部分に注目すると、斜線部▲１▼及び斜線部▲２▼は、輝度値とバーの幅を乗ずることにより３７８０，３７８９であった。また、斜線部▲３▼は１８５０であった。これらの面積比は、およそ２：２：１であることから、斜線部▲１▼及び斜線部▲２▼をワイドバー、斜線部▲３▼をナローバーと判定する。また、ナロースペースＮＳ、ワイドスペースＷＳについても同様に面積を用いることにより、識別が可能となる。
【００２５】
次にアルゴリズムについて説明する。まず、バーコードの切出しと投影を行い、投影に対してしきい値による２値化を行う。この場合、しきい値は投影図を元にバーとスペースの部分が認識でき、かつバーとスペースに相当する部分の幅の変化がしきい値を変化することにより顕著に変動しない値を算出する。次に、２値化を行った結果を用いて各バーに対応する幾つかの画素の最大輝度値（２５５×５）から輝度値を引いた値の各領域での和を算出し、それらの数値によりワイドバーとナローバーを判定する。スペースに対しても同様の処理を行う。この結果に対して各バーコード特有の特徴を加味し、最終判定を行う。ここで識別不能ならば、バーコード切出し後のしきい値による２値化処理まで戻り、それでも識別不能な場合は、一番最初のバーコード切出しと投影の処理へ戻る。
【００２６】
さらに、ここで対象として使用したバーコードの種類は、Code−３９であり、このCodeの基本構成は１キャラクタの表示に対して、ＷＳが１つしか存在しないことに注目してナロースペースＮＳ、ワイドスペースＷＳの判定を行うことにより、識別率の向上を図ることができる。以上の識別方法を用いてバーコードとＣＣＤカメラとの距離が２ｍの場合にもバーコードの識別が行えることを確認した。
【００２７】
これまでに示した処理は、バーコードの向きが一定であった。そこで、次にバーコードＣＣＤカメラの距離を２ｍとし、バーコードの向きが異なる場合の識別についても検討した。図１０は、バーコードが投影方向に対して角度を持つ場合の原画像と投影結果を示す図で、（ａ）はバーコードの回転角１０度のときの原画像を示す図、（ｂ）はバーコードの回転角１０度のときの投影図である。ここでは、図１０（ａ）のように投影は場を狭くして処理を行っている。また、図１０（ｂ）より、ナロースペースとワイドスペースとの面積比がおよそ１：３となっていることから、バーコードの角度が小さい場合には、投影方向が変わらなくても識別が行えることが分かる。
【００２８】
次に、バーコードの角度が上記より大きな場合の識別について検討した。ここで、本発明で用いた装置では、斜め方向に対して投影が行えないため、画像をアフィン交換により回転させ、投影を行った。図１１はそのときの原画像に対して投影を行った結果の投影図であり、（ａ）がバーコードの回転角が２２．５度のときの投影図、（ｂ）はバーコードの回転角が４５度のときの投影図である。この投影結果は、スペースの部分の輝度値にぱらつきがあり、投影による輝度値の累積が一定にならなかったため、輝度値の最大値を８０％としている。
【００２９】
図１１より、バーの部分の面積比がどちらもおよそ１：７となっていることより、十分に識別が行えることを確認した。以上の方法から、バーコードの方向に多少傾きがある場合でも識別が可能である。この原理で投影した画像に対して走査する角度を変えていくことによって、全方向読み取りが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は請求項１に記載の発明を基本的な構成としており、本発明によれば、次のような効果を奏するものである。
【００３１】
製品に貼られたバーコードラベルを読み取る際に、製品の表面上のどこに、どういう方向でバーコードラベルを貼るかなどを工夫する必要もなく、ベルトコンベア上の製品の位置も不特定でも構わなくなる。
【００３２】
また、バーコードの読み取りを行う時に、ベルトコンベアの移送速度を落としたり、または、停止したりする必要が無く、製造ラインの生産能力を向上させる効果がある。
【００３３】
さらに、ベルトコンベア上を移送される全ての製品について、あらかじめ製品の寸法等の情報がなくても、その製品の表面に貼付されたバーコードラベルを確実に読み取ることができ、そのベルトコンベアの同一ライン上を移送する製品の種類（大きさ）を変更することができ、生産計画の変更を容易に行える効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のバーコードの撮像環境を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のシステム構成図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のバーコードラベルの撮影条件を示す図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のＣＣＤカメラで撮像したバーコードの原画像で、（ａ）がバーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離が１ｍの場合、（ｂ）が距離２ｍの場合の図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のＣＣＤカメラで、バーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離１ｍで撮像したバーコードを、形状抽出及びバーコード部分切り出しの為に２値化処理した図である。
【図６】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のＣＣＤカメラで、バーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離１．５ｍで撮像したバーコードを示し、（ａ）は原画像を示す図、（ｂ）はその原画像を２値化処理した結果を投影を行った図である。
【図７】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置のＣＣＤカメラで、バーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離１．５ｍで撮像したバーコードを示し、（ａ）は原画像を元にバーコードの切り出しを行い、投影を行った結果を示す図、（ｂ）はその投影図を元にしきい値を設けて２値化処理を行った図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置でしきい値を変化させたときのバーコードの識別率を示した図である。
【図９】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置でバーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離２ｍでバーコードを撮像した画像を元に投影を行った図であり、（ａ）はその処理フローを、（ｂ）は投影図である。
【図１０】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置で、バーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離が２ｍで、バーコードの回転角が１０度のとき撮像したバーコードを示し、（ａ）は原画像で、（ｂ）は投影図である。
【図１１】本発明の実施の一形態に係る全方向一次元バーコード読み取り装置で、バーコード〜ＣＣＤカメラ間の距離が２ｍで撮像したバーコードの原画像を元に投影した図で、（ａ）はバーコードの回転角が２２．５度のとき、（ｂ）は回転角が４５度のときの図である。
【符号の説明】
１        ベルトコンベア
２        ＣＣＤカメラ
２−１    位置検出用ＣＣＤカメラ
２−２    読み取り用ＣＣＤカメラ
３        バーコード
４        画像処理部
５        ホストコンピュータ
６        製品
【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】
0004116709.tif 000009
【図９】
0004116709.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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