DE2557535A1 - Fernerkennungsanordnung fuer objekte - Google Patents
Fernerkennungsanordnung fuer objekteInfo
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Description
DIETRICH LEV/lNi^Y 19.12.1975
RElNtR PR^
M ö N C H E N 2 1
M ö N C H E N 2 1
G ©hTbiikb^-^^, 'raris, BId.Haussmann 173 (Prankreich)
"Pernerkennungsanordnung für Objekte"
Priorität vom 20.Dezember 1974 aus der
französischen Patentanmeldung 74 42 371
Die Erfindung betrifft eine Pernerkennungsanordnung für Objekte, die eine kodierte Information tragen. Ein wesentliches
Anwendungsgebiet stellt die Erkennung von Landfahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, dar, die mit einem
eine kodierte Information tragenden Träger versehen sind, welche Information das Fahrzeug kennzeichnet und entschlüsselt
wird durch Peststellung und Auswertung der Lichtstrahlung, die von diesem Träger reflektiert wird, wenn er
mit einer Quelle beleuchtet wird.
Die Erkennungsanordnung gehört demzufolge zu den optelektrischen Anordnungen, bei denen die auf dem Träger des zu erkennenden
Objektes befindliche Information durch optische Mittel gewonnen und die nachfolgende Auswertung durch elektrische
oder elektronische Schaltungen durchgeführt.wird. Bei solchen Anordnungen wird das zu erkennende Objekt durch
eine Lichtquelle beleuchtet und das Objekt oder derjenige Teil des Objektes, der die es kennzeichnende Information
trägt, hat ein bestimmtes Reflexionsvermögen und schickt einen Teil der auffallenden Lichtenergie, moduliert mit der
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Information, zurück zu einem Detektor, der sie aufnimmt und an einen Dekoder übermittelt, der die elektrischen Signale
verarbeitet. Anordnungen dieser Gattung sind bekannt und auch schon in Benutzung. Bei einigen dieser Ausführungen ist
die verwendete Lichtquelle ein Laser, der einen dünnen, monochromatischen Lichtstrahl liefert, der den Informationsträger
oder Kodeträger beleuchtet. Das Ablenksystem für den Lichtstrahl 1st im allgemeinen eine sich drehende Spiegeltrommel,
die die einfallende Lichtenergie auf den Träger wirft und die von ihm reflektierte Energie einem opto-elektrischen
Wandler, der zur Gattung der Photovervielfacher gehört, zuleitet. Diese Anordnungen haben den Vorteil eines guten
Signal/Rauschen-Verhältnisses, das hauptsächlich auf der Schmalbandigkeit des Laserspektrums beruht,weisen aber einige
Nachteile auf, insbesondere die mechanische Ablenkung des Lichtstrahles und die Alterung des eingebauten Lagers sowie
schließlich auch die hohen Gestehungskosten. Die verwendete Lichtquelle muß zwar kein Laser sein, jedoch eine fokusierte
Lichtquelle. Die Spiegeltrommel ist jedoch erforderlich.
Eine andere bekannte Anordnung arbeitet mit einer Fernsehkamera. Die Lichtquelle ist dann eine Glühlampe. Eine solche
Anordnung besitzt den Vorteil, ohne bewegliche mechanische Teile auszukommen, wenig Platz zu benötigen und zu annehmbaren
Kosten herstellbar zu sein; in der Anwendung ist sie jedoch von nur geringem Interesse, da sie nur mittelmäßige Leistungen
sowie ein schlechtes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist und eine erhebliche Lichtleistung erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu
schaffen, die insbesondere ohne eine optische Leseeinrichtung
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nach der Art einer Spiegeltrommel in Verbindung mit einem Laser oder einer fokusierten Lichtquelle auskommt.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Zeichnung ist eine Anordnung nach der Erfindung anhand von beispielsweise gewählten Ausfuhrungsformen, deren
Einzelheiten und erläuternden Diagrammen schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erkennungsanordnung und des Kodeträgers,
Fig. 2 einen Kodeträger,
Fig. 3 ein Schema der Erkennungsanordnung,
Fig. H eine Photodiodenanordnung,
Fig. 5 ein Diagramm der von den Photodioden gelieferten
Signale,
Fig. 6 eine Photodiodenreihe zusammen mit deren Steuerschaltung für die Umschaltung,
Fig. 7 eine Aufsicht auf einen Kodeträger in Verbindung mit der Ausrichtung der Photodioden,
Fig. 8 eine Photodiodenreihe in Verbindung mit nicht reflektierenden Flächen sowie die sich hieraus
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ergebenden Signale,
Fig. 9 eine Verarbeitungsschaltung für die von den Photodioden gelieferten Videosignale und
Fig. 10 ein Diagramm der in der Schaltung nach Fig.9
verarbeiteten Signale.
Die Fernerkennungsanordnung für eine kodierte Information tragende
Objekte ist eine opto-elektrische Anordnung, d.h. eine
optische Anordnung, die die empfangenen Signale in elektrische Signale umwandelt und damit eine elektrische Auswertung der
aufgenommenen Informationen ermöglicht.
Die Anordnung arbeitet mit Objekten, die im allgemeinen an ihr mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit vorbeilaufen
und anhand der ihnen zugeordneten Information erkannt werden sollten. Diese Information ist in Form eines Kodes auf einen mit
dem Objekt verbundenen Träger aufgebracht. Dessen Abmessungen sind vergleichsweise klein. Er ist, sofern es sich bei den Objekten
um Fahrzeuge handelt, an der Fahrzeugkarrosserie befestigt oder, sofern es sich bei den Objekten um Pakete oder ähnliche
Frachtstücke handelt, an der Seitenfläche' dieser Frachtstücke befestigt.
Figur 1 zeigt in stark schematisierter Form den Aufbau der Anordnung.
Die eigentliche Erkennungsanordnung stellt sich in Form
eines Gehäuses mit der Öffnung 2 dar, aus der die Lichtenergie einer Lichtquelle austritt, die den Träger 3 beleuchten soll,
welcher im beschriebenen Beispiel an der Seite eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Die optische Achse der Anordnung ist mit 5
bezeichnet. Die von dem Träger reflektierte Lichtenergie passiert
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die Öffnung 2 und wird in der Anordnung 1 verarbeitet, die die opto-elektrischen Wandler und die Verarbeitungsschaltungen enthält.
Der Träger 3 besteht aus einer Folge von Flächen, die das auftreffende
Licht entweder reflektieren oder absorbieren. Die Aufeinanderfolge der Flächen bestimmt den Kode, der das Fahrzeug kennzeichnet,
auf dem der Träger befestigt ist.
Figur 2 zeigt in schematischer Form ein Beispiel eines in Verbindung
mit der Anordnung verwendbaren Trägers. Er besitzt in seiner Längsrichtung entsprechend der Achse χ eine gewisse Anzahl
lichtreflektierender, rechteckiger Flächen, die durch lichtabsorbierende Flächen getrennt sind. Die Flächen haben eine
bestimmte Höhe H und der untere Teil des Trägers besteht aus einer Fläche der Höhe h, die als nicht reflektierende neutrale
Zone 8 bezeichnet wird. Die Anordnung der reflektierenden und absorbierenden Flächen kann selbstverständlich auch anders aussehen,
beispielsweise horizontal getroffen sein.
Figur 3 zeigt in schematischer Form den Aufbau der Erkennungsanordnung.
Sie umfaßt eine Lichtquelle 9> die eine Glühlichtlampe, eine Jod-Quartζ-Lampe oder eine Lumineszenzdiode, die weißes
oder monochromatisches Licht a-bgibt, sein kann, sowie eine
Optik 10, die das Lichtbündel so formt, daß es den Träger 3 beleuchtet und die als Sendeoptik bezeichnet werden kann. Eine
Reflexionsoptik 4 lenkt den reflektierten Lichtstrahl über ein wahlweise vorhandenes Filter 13 auf eine Reihe von otpo-elektrischen
Wandlern 14, im vorliegenden Fall Photodioden. Eine Speise-
und Steuerschaltung 15 für die Umschaltung der Photodioden 14 und eine Verstärker- und Verarbeitungsschaltung 16 für die von
den Photodioden 14 gelieferten Signale vervollständigen die An-
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Ordnung. Die Verstärker- und Verarbeitungsschaltung 16 ist bei
17 mit einer vom Anwendungsfall abhängigen externen Einheit verbunden.
17 mit einer vom Anwendungsfall abhängigen externen Einheit verbunden.
Die opto-elektrischen Wandler sind photoempfindliche Dioden, die
in einer geraden Linie oder Reihe angeordnet sind. Sie sind in
integrierter Schaltungstechnik realisiert, was insbesondere ihre Anordnung in einer Reihe ermöglicht, ohne daß hierfür viel Platz benötigt wird.
integrierter Schaltungstechnik realisiert, was insbesondere ihre Anordnung in einer Reihe ermöglicht, ohne daß hierfür viel Platz benötigt wird.
In Figur 4 ist das Schaltbild einer Photodiode in stark vereinfachter
Form wiedergegeben. Die Photodiode 18 mit positiven und
negativen Ladungen im Bereich ihrer Grenzschicht (symbolisch mit 19 bezeichnet) wird entsprechend demPfeil 25 beleuchtet. Ihre
Speiseschaltung ist mit 20 bezeichnet und ein über 23 gesteuerter Unijunktion- oder Doppelbasistransistor 21 steuert die Umschaltung der Photodiode. Der Widerstand 22 bildet den Lastwiderstand für die betrachtete Photodiode und liefert dann seinen Anschlüssen 2h das Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung u, die proportional zur Beleuchtung der Photodiode ist.
negativen Ladungen im Bereich ihrer Grenzschicht (symbolisch mit 19 bezeichnet) wird entsprechend demPfeil 25 beleuchtet. Ihre
Speiseschaltung ist mit 20 bezeichnet und ein über 23 gesteuerter Unijunktion- oder Doppelbasistransistor 21 steuert die Umschaltung der Photodiode. Der Widerstand 22 bildet den Lastwiderstand für die betrachtete Photodiode und liefert dann seinen Anschlüssen 2h das Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung u, die proportional zur Beleuchtung der Photodiode ist.
Figur 5 ist ein Diagramm der auf diese Weise von drei Photodioden
gelieferten Spannung u in Abhängigkeit von der Zeit. Je nach Beleuchtung dieser drei Photodioden sind die Impulse mehr oder weniger
groß.
Da in der Erkennungsanordnung ein Träger erkannt werden soll, also
letztlich ein Bild ausgewertet werden soll, wird eine bestimmte Anzahl solcher Photodioden in einer Reihe angeordnet; eine
sequentiell angeschaltete Steuerspannung ermöglicht jeder Photodiode die Abgabe ihres Ausgangssignals, d.h. die Abschätzung
der Lichtenergie desjenigen Teils des Trägers, den sie abtastet.
sequentiell angeschaltete Steuerspannung ermöglicht jeder Photodiode die Abgabe ihres Ausgangssignals, d.h. die Abschätzung
der Lichtenergie desjenigen Teils des Trägers, den sie abtastet.
_ 7 —
Diese Anschaltung bzw. Umschaltung wird mit Hilfe eines Synchronzählers und eines Taktgebers bewerkstelligt.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Photodiodenreihe entsprechend
den vorstehenden Ausführungen. Die Photodioden sind mit Pl ... Pn bezeichnet und ihre zugehörigen, gesteuerten
Schalter mit Tl ... Tn. Der Zähler 26 wird von einem Taktgeber 27 gespeist. Die Stromversorgung ist schematisch durch
eine Batterie 20 dargestellt. Die aus der Abtastung des Trägers sich ergebenden Videosignale treten an den Anschlüssen
24 des'Lastwiderstandes 22 auf.
In Fig. 5 sind - wie gesagt - die Ergebnisse einer Abtastung
mit Hilfe von drei Photodioden dargestellt, jedoch ist hieraus ohne weiteres erkennbar, daß eine Ausdehnung auf eine größere
Zahl ohne Schwierigkeit möglich ist. Man erkennt, daß
zwei Videospitzen, d.h. zwei aufeinanderfolgende Impulse durch eine Taktgeberperiode getrennt sind und daß außerdem, wenn
man annimmt, daß eine Reihe mit η Photodioden vorliegt, jede Photodiode alle nT Nanosekunden beispielsweise abgefragt
wird, worin T die Impulsperiode des Taktgebers ist.
Fig. 7 zeigt in der Aufsicht wie der Träger und die Photodiodenreihe
angeordnet sind. Der Träger 3 ist hier mit waagerechten, abwechselnd reflektierenden und absorbierenden
Flächen dargestellt und bei 28 ist das Bild der Photodiodenreihe (14 in Fig. 3) in der Leseentfernung wiedergegeben.
Die Optiken 10 und 12 (Fig. 3) sind derart aufgebaut, daß das Bild der Photodiodenreihe die Form eines Rechteckes 28 mit
.der Länge LD und der Breite Id hat, während der Querschnitt
des einfallenden Lichtstrahles auf der Fläche des Trägers ebenfalls ein Rechteck 29 bildet, dessen Abmessungen L und 1
•etwa größer als diejenigen des Bildrechteckes der Photodiodenreihe
sind. Hingegen ist die Länge Ic des abzutastenden Trä-
- 8 809828/0810
gers kleiner als die Länge LD der abtastenden Photodiodenreihe. Hierdurch wird eine gewisse Höhentoleranz festgelegt, wenn
der Träger und die Photodioden so angeordnet sind, daß die Abtastung vertikal erfolgt, wobei diese Toleranz deswegen
notwendig, weil die Träger von einem Fahrzeug zum nächsten nicht stets an der gleichen Stelle angebracht werden können.
Im Beispiel der Fig. 7 sind die reflektierenden Flächen 31
und die absorbierenden Flächen 32 des Trägers senkrecht zur
Reihe der abtastenden Photodioden angeordnet. Die Verschiebung oder Bewegung des mit dem Träger versehenen Objektes geschieht
gewöhnlich in Richtung des horizontalen Pfeiles 33, so daß mehrere aufeinanderfolgende Abtastungen des Trägers
durchgeführt werden. Die Zahl aufeinanderfolgender Abtastungen hängt vor allem von den Bedingungen, unter denen die Erkennung
stattfinden soll, ab. Mehrere Abtastungen werden selbst dann ausgeführt, wenn das mit dem Träger versehene
Objekt stillsteht.
Jeder Photodiode entspricht wenigstens eine Elementarzone
oder Fläche des Trägers. Wenn diese Fläche reflektierend
ist, wird die Photodiode beleuchtet und liefert einen der Beleuchtung proportionalen Impuls. Wenn diese Fläche absorbierend
ist, wird die entsprechende Photodiode nicht beleuchtet
und liefert keinerlei Signal. Die geordnete und zyklische Abfrage jeder Photodiode der Reihe gestattet also das Auslesen
des auf dem Träger aufgezeichneten Kodes.
Fig. 8 zeigt schematisch bei a eine Reihe von Photodioden Pl bis Pn mit dem Bild von nichtreflektierenden Flächen Zl, Z2,
Z3 beispielsweise, die eine oder mehrere Photodioden überdecken können. Die Kurve b der Fig. 8 gibt das Videosignal
der abgefragten Photodiodenreihe wieder, wobei die Amplitude der Impulse proportional zur von den Photodioden zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Abtastungen empfangenen Lichtenergiemenge
lst· 609826/0810 . - 9 -
Im Vorstehenden wurde die Arbeitsweise der Erkennungsanordnung ohne Aufstellung besonderer Hypothesen erläutert. Unter
anderem wurde dabei davon ausgegangen, daß der Träger parallel zur Photodiodenreihe und in einer bestimmten, ein
korrektes Arbeiten ermöglichenden Entfernung liegt. Diese Daten sind Konstanten aer Anordnung, welche nach den Verwendungsbedingungen
und baulichen Merkmalen, beispielsweise der gewählten Zahl der Photodioden und dem Ausgangsmaterial des
Trägers, geändert werden können. Das Ausgangsmaterial des Trägers kann Papier sein oder ein nachleuchtend-reflektierendes
Material und legt die Leistungsfähigkeit der zu verwendenden Lichtquelle fest.
Außerdem ist die Anordnung so ausgelegt, daß sie .auch dann
verwendbar ist, wenn der Kodeträger eine beträchtliche Eigengeschwindigkeit besitzt oder mehr oder weniger stark in bezug
auf die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems geneigt oder schräggestellt ist.
Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild einer Verarbeitungsschaltung
für die von den opto-elektrischen Wandlern gelieferten Videoinformationen.
Diese Verarbeitungsschaltung ist an einen Träger angepaßt, der eine bestimmte Anzahl von Flächen umfaßt,
von denen jede eine Ziffer und ihre Adresse trägt. Die durch die Photodioden durchgeführte Analyse führt folglich zu einm
Videosignal, das eine bestimmte Anzahl numerischer Daten enthält, die die Identität des Objektes bezeichnen, welches mit
dem zu übersetzenden Träger versehen ist. Diese numerische Verarbeitungsschayltung l6 in Fig. 3 umfaßt eine Quantifizierungsschaltung
3^j die eine Schaltung 35 zur Abtrennung der
Ziffer von der Adresse in dem Erkennungssignal speist.
Auf diese Schaltung folgt eine Schaltung 36>
die die Adressen verarbeitet, sowie eine Schaltung 37} die die Ziffern verarbeitet,
jedoch von der Schaltung 36 gesteuert wird. Die Adresserr-
- 10 609826/0810
Verarbeitungsschaltung liefert bei 39 ein Signal, das anzeigt, daß kein Fehler in der Adresse vorliegt, während die
Ziffernverarbeitungsschaltung 37 einen Ausgangsspeicher 38
speist, der die/Erkennungsnummer des Objektes bildenden Ziffern in Klarschrift liefert.
Die Quantifizierungsschaltung 3^ wird mit dem Videosignal gespeist,
das von der Photodiodenreihe abgegeben wird und umfaßt eine Ausgangsschwellwertschaltung, so daß nur die Impulsspitzen
an die Abtrennschaltung 35 geliefert werden.
Fig. 10 veranschaulicht im Diagramm diese Verarbeitung. Die
Zeile a gibt die Taktimpulse wieder. Die Zeile b gibt das Videosignal
mit dem Schwellwert s wieder und die Zeile c zeigt das quantifizierte Videosignal.
Im beschriebenen Beispiel geschieht die Abtrennung der Adresse von der Ziffer unter Zugrundelegung dessen, daß die Ziffer
durch die reflektierenden Flächen des Trägers gebildet wird und daß die Adresse durch die nichtreflektierenden Zwischenräume
oder absorbierenden Flächen gebildet wird. Somit sind in dem verarbeiteten Impulszug die Intervalle zwischen den Impulsen,
die das elektrische Bild der Ziffern der Erkennungsnummer eines Objektes repräsentieren, das elektrische Bild der
auf dem Träger aufgeschriebenen Adresse.
Die Verarbeitung der Adresse in der Schaltung 36 kann im vorliegenden
Beispiel anhand der Unterscheidung der Länge der schwarzen
Zwischenräume des Trägers erfolgen, wobei die Ziffern eins oder Null der Adresse unterschiedliche Dauern, beispielsweise
fünf bis zehn Taktgeberperioden für eine logische eins und zwei bis vier Perioden für eine logische Null besitzen. Die
Adresse besteht beispielsweise aus vier numerischen Symbolen und ihr Vergleich mit einem zentralen Kode ermöglicht ihre Dekodierung
und die .anschließende überprüfung der Ziffer. Das
609826/0810 " " " "
- ii -
bei 39 erscheinende Signal zeigt an, daß die Adressenzahl
entsprechend dem vollständigen auf dem Träger befindlichen Wort dekodiert wurde. Die Verarbeitung der Ziffern in der
Schaltung 37 beruht auf einer Impulszählung, wobei das numerische
Symbol Eins beispielsweise fünf bis zehn Impulse umfaßt, während das Symbol Null nur eins bis vier Impulse umfaßt.
Die Ziffer umfaßt folglich im gewählten Beispiel fünf numerische Symbole Eins oder Null und wird mit einem ursprünglichen
2- aus 5-Kode verglichen, dekodiert und nach Bestätigung durch die Adressenverarbeitungsschaltung im Speicher 38
gespeichert.
Des weiteren sind noch Kontroll- oder Steuerschaltungen vorgesehen,
die in der Figur nicht dargestellt sind.
Eine Verarbeitung in gleicher Form ist auch dann möglich, wenn der Träger nur eine einzige Fläche umfaßt.
Vorstehend beschrieben wurde eine Erkennungsanordnung für mit einem Kodeträger ausgerüstete Objekte, welche Anordnung eine
Serie von opto-elektrischen Wandlern des Photodiodentyps umfaßt, die längs einer Linie angeordnet sind und sequentiell
geschaltet werden, um eine Analyse des Trägers vorzunehmen. Diese Anordnung besitzt Vorteile in bezug auf bekannte Anordnungen,
die mit Lasern arbeiten, welche Vorteile insbesondere auf dem Gebiet der Herstellungskosten und der Leistungsfähigkeit
liegen.
$09826/0810
Claims (6)
- DIETRICH LEWINSKYΗ:-" NZ-JOACHIM HUBERREINLR FRISTSCH ^ 19-12.1975M ö N C H E N 2 1 " *' 8799-IV/KGOTTHARDSTR.81Thomson-CSPPatentansprüche:I./Pernerkennungs anordnung für Objekte, die eine kodierte Information in Porm von abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden Flächen auf einem Träger tragen, mit einer Lichtquelle und einer deren Lichtstrahl auf den Träger konzentrierenden Optik und einem optoelektrischen Wandler,der das durch den kodierten Träger modulierte Licht empfängt, wobei mehrere Wandlerelemente in einer Reihe liegen und
im Moment des Lesens sequentiell geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen auf dem Träger (3) senkrecht zur Reihe der Wandler liegen, derart, daß der Träger (3) sowohl stehend als auch in Bewegung durch die Wandlerreihe abgetastet wird. - 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente Photodioden oder Photodioden in integrierter Schaltungstechnik sind.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Wandlerelementenreihe größer als die Länge des
kodierten Trägers ist, so daß einer Kurs- bzw. Parallitätsabweichung zwischen dem Träger und der Anordnung Rechnung getragen wird. - 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Synchronzähler und einen Taktgeber zum Schalten der Fotodioden enthält und die Umschaltungen in Zeitintervallen, die gleich dem Produkt aus der Zahl der Photo-609826/0810dioden der Reihe und der Taktgeberperiode sind, erfolgen. - 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtstrahl Rechteckquerschnitt mit Abmessungen, die sehr
wenig über denjenigen des in der Leseentfernung entworfenen Bildes der Photodiodenreihe liegen, besitzt, um die für die Beleuchtung des Trägers notwendige Lichtleistung zu begrenzen. - 6. Anordnung für eine kodierte Information tragende Fahrzeuge, die an dieser Anordnung mit einer im Mittel bei 40 bis 50
km/h liegenden Geschwindigkeit vorbeifahren, dadurch gekennzeichnet, daß der am Fahrzeug (4) befestigte Kodeträger (3) reflektierende und/oder nicht reflektierende Flächen in
waagerechter Anordnung eine unter der anderen Aufweist, die vor einer senkrechten Reihe von photoempfindlichen Wandlerelementen vorbeiwandern, die derart geschaltet sind, daß mehrere Abtastungen des Kodeträgers während seines Passierens
vor der Reihe durchgeführt werden.609826/0810AUL e e rs e ί t e
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