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技術 光学的情報読取装置及びホログラム型2次元コード

出願人 ペガサスネット株式会社株式会社テルヤ杉山博一山口貴志
発明者 杉山晃也篠井侃杉山博一藪崎和美鈴木輝孝山口貴志竹添友和
出願日 2010年1月8日 (11年9ヶ月経過) 出願番号 2010-002473
公開日 2011年7月21日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2011-141776
状態 未査定
技術分野 ホログラフィ デジタルマーク記録担体 記録担体の読み取り
主要キーワード 設定領域外 変形ベッセル関数 非利用者 一繋がり レンズ機能付き ホログラム印刷 ストップ位置 追跡管理システム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年7月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (18)

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次元コード標準化前提であり、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、回折型レンズアルミ箔上に光吸収する塗料印刷する。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固有端末識別番号によって暗号化及び復号化を行う。

概要

背景

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。

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。

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。

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
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、
に記載のような相関演算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。

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。

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。
U.S.PATENT4,874,936
特開2005−157677公報

概要

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。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、回折型レンズアルミ箔上に光吸収する塗料印刷する。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固有端末識別番号によって暗号化及び復号化を行う。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

データ領域及び中心のマーカ領域ホログラム印刷された汎用次元コード及び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照射された場合、回折光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盗難にあった場合、持ち主所有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ステムに使用するホログラム型2次元IDカード

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
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、
に記載のような相関演算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。
U.S.PATENT4,874,936
特開2005−157677公報

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ホログラム次元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

0012

rは円中心からの距離、Ioは出力画像最大輝度、J1は高速演算のために漸化式を用いた第一種変形ベッセル関数、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次元コードが紛失盗難にあった場合、持ち主所有撮影装置がもつ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。

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ネットワークを利用した材木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

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。
本発明のホログラム型2次元コードの例である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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

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