DE112006003048T5

DE112006003048T5 - Signalverarbeitung beim Strichcodelesen mit einer Wavelettransformation

Info

Publication number: DE112006003048T5
Application number: DE112006003048T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hayakawa; Susumu Hmura Nakano; Kentaro Tokoroza Takahashi
Original assignee: Optoelectronics Co Ltd; Opticon Inc
Current assignee: Optoelectronics Co Ltd; Opticon Inc
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20070086670A1; WO2007047550A2; US7526130B2; US20090224050A1; JP2009512093A; WO2007047550A3

Abstract

Verfahren zum Verarbeiten eines bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen digitalen Signals, aufweisend einen Schritt des Anwendens einer Wavelettransformation auf das digitale Signal.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Signalverarbeitungsverfahren bei Strichcodelesetechniken, und insbesondere auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen digitalen Signals, bei dem eine Wavelettransformation auf das digitale Signal angewendet wird und ein Rauschschwellenwert für jeden Pegel der Wavelettransformation bestimmt wird, um Breitbandrauschen zu filtern.
Bei einem Strichcodelesevorgang wird ein Laserlichtstrahl von einem Strichcodeleser auf einen Strichcode projiziert und von dem Strichcode reflektiertes Licht wird von einem Detektor empfangen. Aus dem empfangenen reflektierten Licht wird ein analoges Signal erzeugt, das die in dem Strichcode codierte Information darstellt. Nachdem es in einer analogen Verarbeitungsstufe verarbeitet wurde, wird das analoge Signal durch einen Analog/Digital(A/D)-Wandler für weitere Verarbeitung und Decodierung in ein digitales Signal umgewandelt. In der digitalen Verarbeitungsstufe werden üblicherweise ein oder mehr digitale Bandpassfilter verwendet, um Rauschen in dem Signal zurückzuweisen. Das Gleiche gilt für auf Bildern basierendes Strichcodelesen wie CCD- oder CMOS-Strichcodeleser.
Wenn jedoch ein Breitbandrauschen wie weißes Rauschen auftritt, kann das Rauschen in dem Signalband nicht durch Bandpassfilter zurückgewiesen werden. Das weiße Rauschen kann das Lesevermögen verschlechtern, wenn die Signalverstärkung klein ist, z. B., wenn sich der. Strichcode in einem Abstand befindet oder wenn das Auflösungsvermögen gering ist.
Daher besteht ein Bedarf nach einem besseren Verfahren zum Verarbeiten von Strichcodesignalen, um Breitbandrauschen wie weißes Rauschen zu eliminieren oder zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen digitalen Signals vor, bei dem eine Wavelettransformation auf das digitale Signal angewendet wird. Vorzugsweise wird ein Schwellenwert für jeden Pegel der Waveletkoeffizienten bestimmt, und die Koeffizienten werden auf null gesetzt, wenn sie niedriger als der Schwellenwert sind.
Vorzugsweise wird das digitale Signal aus einem bei dem Strichcodelesevorgang erhaltenen analogen Signal umgewandelt, und der Schwellenwert ist ein Rauschschwellenwert, der bestimmt ist anhand von in einer analogen Verarbeitungsstufe erhaltenen Informationen, in der das analoge Signal vor der Analog/Digital-Umwandlung verarbeitet wurde. Vorzugsweise wird der Rauschschwellenwert anhand einer Gesamtübertragungsfunktion H (ω) in der analogen Verarbeitungsstufe berechnet:
worin n₀ das in einem Vorverstärker in der analogen Signalverarbeitungsstufe erzeugte thermische Widerstandsrauschen ist und N die Anzahl von Daten ist.
Vorzugsweise ist die Gesamtübertragungsfunktion H(ω) ein Produkt von zumindest einer von einer Übertragungsfunktion einer Differenzialverarbeitungsstufe H_diff, einer Übertragungsfunktion einer AGC-Verstärkungsstufe und einer Übertragungsfunktion einer Frequenzfilterstufe H_f: H(ω) = HdiffXHvagcXHf (2)
Vorzugsweise ist die Wavelettransformation eine Haar-Wavelettransformation. Vorzugsweise ist die Wavelettransformation eine diskrete Wavelettransformation.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile werden deutlicher nach dem Lesen der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch Signalverarbeitungsstufen illustriert, die ein Signalverarbeitungsverfahren bei einem Strichcodelesevorgang gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren; und
2 ist ein Blockschaltbild, das schematisch ein für das digitale Signal bei dem Signalverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendetes Waveletrauschfilter illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie schematisch in 1 illustriert ist, weist eine Signalverarbeitung bei einem Strichcodelesevorgang üblicherweise eine analoge Verarbeitungsstufe 10 und eine digitale Verarbeitungsstufe 20 auf. Die analoge Verarbeitungsstufe 10 weist üblicherweise eine Vorverstärkungsstufe 11, eine Differentialverarbeitungsstufe 12, eine gesteuerte Verstärkung (GCA) 13, eine Frequenzfilterung 14, usw. auf. Nach der Verarbeitung in der analogen Verarbeitungsstufe 10 wird das analoge Signal durch einen Analog/Digital(A/D)-Wandler 21 in ein digitales Signal umgewandelt, und das umgewandelte digitale Signal wird mit geeigneten Algorithmen verarbeitet, um Rauschen digital auszufiltern, das Signal zu decodieren, usw.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine Wavelettransformation 22 bei dem digitalen Signal angewendet, um Rauschen, insbesondere Breitbandrauschen wie weißes Rauschen zu verringern, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert wird.
Eine diskrete Wavelettransformation kann ausgedrückt werden als
Der diskrete Waveletkoeffizient ist:
worin j als ein "Pegel" bezeichnet wird.
Wie schematisch in 2 illustriert ist, wird ein Signal bei jedem Pegel unter Verwendung der Waveletkoeffizienten zersetzt.
Die angenäherte Funktion f_j(t) bei dem Pegel j ist:
worin s als eine "Skalenfunktion" bezeichnet wird.
Ein Signal f₀(t) kann erweitert werden als: f0(t) = fli(t) + gl(t) (6)worin g_l(t) als "Waveletkomponente" des Pegels 1 bezeichnet wird. g₁(t) kann ausgedrückt werden als:
Somit kann das Signal f₀(t) auf den Pegel j wie folgt erweitert werden:
Weißes Rauschen hat keine Kohärenz mit dem Signal. Um Rauschen zu verringern, wird ein Rauschschwellenwert für jeden Pegel der Wavelettransformation ordnungsgemäß bestimmt, und die Koeffizienten, die kleiner als der Rauschschwellenwert sind, werden auf null gesetzt. Dies kann Breitbandrauschen enthaltend weißes Rauschen verringern. Solange wie der Rauschschwellenwert größer als null ist, ist er wirksam für eine Rauschverminderung. Wenn jedoch der Rauschschwellenwert zu groß ist, bewirkt er eine Verzerrung des Signals.
Der Rauschschwellenwert kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
worin σ die Standardabweichung des Rauschens ist und N die Anzahl von Daten ist.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Standardabweichung des Rauschens σ vorzugsweise so gesetzt, dass sie gleich der Rauscheingabe n_in in die Wavelettransformation ist, die wie folgt berechnet wird:
worin n₀ das thermische Widerstandsrauschen in dem Vorverstärker 11 ist, der üblicherweise der Ursprung von größerem Rauschen ist, und H(ω) ist die Gesamtübertragungsfunktion zwischen dem Vorverstärker 11 bis zur Wavelettransformation 22 in der analogen Verarbeitungsstufe.
Das thermische Widerstandsrauschen kann berechnet werden von:
worin k die Boltzmannkonstante ist, T die absolute Temperatur ist und R₀ ein Widerstandswert in dem Vorverstärker 11 ist.
Vorzugsweise ist die Gesamtübertragungsfunktion H(ω) ein Produkt von zumindest einer von einer Übertragungsfunktion einer Differentialverarbeitungsstufe H_diff, einer Übertragungsfunktion einer ADC-Verstärkungsstufe H_vagc und einer Übertragungsfunktion einer Frequenzfilterstufe H_f: H(ω) = HdiffXHvagcXHf (2)
Bei dem in 1 illustrierten Strichcodelesersystem ist nur die Übertragungsfunktion H_vagc der GCA-Verstärkung 13 eine variable Funktion, und die Übertragungsfunktionen H_diff und H_f sind fest oder bekannte Funktionen für die Berechnung durch die CPU 23.
Daher ergibt sich aus dem Vorstehenden, dass der optimale Rauschschwellenwert wie folgt ausgedrückt wird:
worin: H(ω) = HdiffXHvagcXHf (2)
Obgleich vorstehend die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist darauf hinzuweisen, dass zahlreiche Anpassungen, Modifikationen und Veränderungen für den Fachmann möglich sind, ohne dass der Geist der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Beispielsweise kann die Wavelettransformation eine Haar-Wavelettransformation oder andere Wavelettransformationen sein. Wenn es passend ist, können eine oder mehr der Übertragungsfunktionen H_diff, H_vagc, H_f bei der Berechnung von H(ω) weggelassen werden. Daher soll der Bereich der vorliegenden Erfindung nur durch die begleitenden Ansprüche definiert werden.
Zusammenfassung:
Ein Verfahren zum Verarbeiten eines digitalen Signals, das bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen wurde, weist einen Schritt des Anwendens einer Wavelettransformation auf das digitale Signal auf. Der Rauschschwellenwert jedes Pegels der Wavelettransformation wird anhand einer Gesamtübertragungsfunktion in der analogen Verarbeitungsstufe bestimmt, und die Koeffizienten werden auf null gesetzt, wenn sie kleiner als der Rauschschwellenwert sind.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten eines bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen digitalen Signals, aufweisend einen Schritt des Anwendens einer Wavelettransformation auf das digitale Signal.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Schritt des Bestimmens eines Schwellenwerts für Koeffizienten für jeden Pegel in der Wavelettransformation, und des Setzens dieser Koeffizienten auf null, wenn sie niedriger als der Schwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das digitale Signal durch Analog/Digital-Umwandlung eines bei dem Strichcodelesevorgang erhaltenen analogen Signals erhalten wird und der Schwellenwert auf der Grundlage einer Gesamtübertragungsfunktion H(ω) einer analogen Verarbeitungsstufe zur Verarbeitung des analogen Signals berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schwellenwert durch die folgende Gleichung berechnet wird:
bei der n₀ das in einem Vorverstärker der analogen Signalverarbeitungsstufe erzeugtes thermisches Widerstandsrauschen ist und N die Anzahl von Daten ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Gesamtübertragungsfunktion H(ω) ein Produkt von H_diff, H_vagc und H_f ist: H(ω) = HdiffXHvagcXHf (2)worin H_diff eine Übertragungsfunktion einer Differenzialverarbeitungsstufe ist; H_vagc eine Übertragungsfunktion einer Verstärkungsstufe durch AGC ist; H_f eine Übertragungsfunktion einer Frequenzfilterstufe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Wavelettransformation eine Haar-Wavelettransformation ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Wavelettransformation eines diskrete Wavelettransformation ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Wavelettransformation eine kontinuierliche Wavelettransformation ist.
Verfahren zum Verringern des weißen Rauschens in einem bei einem Strichcodelesevorgang erhaltenen analogen Signal, welches die Schritt aufweist: Umwandeln des analogen Signals in ein digitales Signal; Anwenden einer Wavelettransformation auf das digitale Signal; Bestimmen eines Rauschschwellenwerts für jeden Pegel bei der Wavelettransformation; und Einstellen aller Koeffizienten der Wavelettransformation auf null, wenn sie niedriger als der Rauschschwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Rauschschwellenwert auf der Grundlage von in einer analogen Verarbeitungsstufe zum Verarbeiten des analogen Signals erhaltenen Informationen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Rauschschwellenwert auf der Grundlage einer Gesamtübertragungsfunktion H(ω) der analogen Verarbeitungsstufe berechnet wird:
worin n₀ das in einem Vorverstärker in der analogen Signalverarbeitungsstufe erzeugte thermische Widerstandsrauschen ist und N die Anzahl von Daten ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Gesamtübertragungsfunktion H(ω) ein Produkt von zumindest einer von einer Übertragungsfunktion einer Differenzialverarbeitungsstufe H_diff, einer Übertragungsfunktion einer Verstärkungsstufe durch AGC H_vagc und einer Übertragungsfunktion einer Frequenzfilterstufe H_f ist: H(ω) = HdiffXHvagcXHf (2)