FR3082642A1 - Code matriciel ou qr-code a motif en relief - Google Patents

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Abstract

Code matriciel (1) s'étendant généralement selon un plan principal (P), destiné à être lu par un dispositif de détection (9, 9') radar ou lidar depuis une face avant du plan principal, le code matriciel étant composé avec des premiers éléments (11) d'un premier type (T1) et des seconds éléments (12) d'un second type (T2), chacun des premier et second types d'éléments représentant respectivement un 1 et un 0 binaire, dans lequel le code matriciel comprend des motifs en relief (MR) qui s'étendent selon une direction perpendiculaire (N) au plan principal (P), les motifs en relief permettant d'augmenter le contraste entre les échos renvoyés respectivement par les éléments des premier et second types.

Description

L'invention se rapporte aux codes matriciels et aux systèmes utilisant de tels codes matriciels (appelés également dans la pratique « QR-codes »). Les « QR-codes » sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines de la consommation et dans de nombreux domaines techniques.
Le plus souvent, les « QR-codes » sont sous la forme de motifs imprimés sur des supports d’affichage ou sous la forme d’étiquettes destinées à être apposées sur de tels supports. Plus récemment, les « QR-codes » sont aussi utilisés dans des dispositifs d’affichage digitaux tels que les écrans de téléphones intelligents.
Les « QR-codes » usuellement utilisés sont à lecture optique, c’est-à-dire qu’un dispositif d’imagerie prend un ou plusieurs clichés du « QR-code » et identifie les zones sombres et claires pour en déduire une matrice de 0 et 1 binaires, ce qui forme le code matriciel.
Par ailleurs, certains véhicules récents sont équipés d’un radar embarqué pour détecter et identifier des véhicules roulant dans le même sens de circulation devant le véhicule considéré, équipé du radar embarqué. Ce radar fait partie d’un système de régulation de distance de suivi, évolution du régulateur de vitesse, aussi appelé « ACC » (« Adaptative Cruise Control ») dans le jargon du métier.
Les inventeurs ont identifié un besoin d’améliorer les conditions de lisibilité des codes matriciels, notamment en vue de leur utilisation par des systèmes de lecture tels que des radars ou lidars.
A cet effet, il est proposé un code matriciel s’étendant généralement selon un plan principal, destiné à être lu par un dispositif de détection radar ou lidar depuis une face avant du plan principal, le code matriciel étant composé de premiers éléments d’un premier type et de seconds éléments d’un second type, chacun des premier et second types d’éléments représentant respectivement un 1 et un 0 binaire. Le code matriciel objet de l’invention est remarquable en ce qu’il comprend des motifs en relief qui s’étendent selon une direction perpendiculaire au plan principal, les motifs en relief permettant d’augmenter le contraste entre les échos renvoyés respectivement par les éléments des premier et second types.
Grâce à ces dispositions, il est possible de lire ce type de code matriciel même en conditions optiques dégradées, c'est-à-dire avec un niveau d'éclairement insuffisant et/ou avec de la fumée ou des particules sur le trajet de la lumière entre le code matriciel et le dispositif de lecture. Avantageusement, on utilise une émission active d'ondes électromagnétiques millimétriques ou nanométriques à destination du code matriciel ; ce dernier renvoie un écho sélectif suivant que les ondes impactent un élément de premier type (donnant un bon niveau d’écho) ou un élément de deuxième type (donnant peu ou pas d’écho). Dit autrement, on peut ainsi avoir un écho radar très faible sur les éléments du deuxième type, avec un très bon contraste vis-à-vis des éléments de premier type.
Sous le terme « code matriciel », il faut comprendre un code de type « QR-code » d'usage maintenant courant.
Les éléments qui composent le code matriciel représentent chacun un pixel, c’est-à-dire un élément d’information graphique binaire. La taille de chaque pixel peut être petite moyenne ou grande selon les applications et les distances de lecture.
On note que le code matriciel avec motif(s) en relief peut comporter tout type d'information utile comme un « QR-Code » de type classique.
Dans divers modes de réalisation de l’invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l’une et/ou à l’autre des dispositions suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Selon un aspect avantageux, les éléments des premier et second types sont chacun de forme carrée et ils sont disposés en damier selon le plan principal général. On obtient ainsi une matrice d'éléments codés sous forme binaire, c'est-à-dire chaque élément de forme carrée représentant un bit d'information, à savoir un pixel.
Selon un aspect optionnel, les éléments du premier type sont formés comme des dièdres ou des trièdres, formés en creux par rapport à la face avant. Moyennant quoi, ces formes permettent de renvoyer un écho très net quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente. L’écho renvoyé est de bonne qualité et de bonne puissance.
Par « dièdre » il faut comprendre ici un élément de type catadioptre optique et/ou électromagnétique formé par trois faces que l'on définit parfois comme un « coin de cube » ou « cube corner » en anglais ; les trois faces sont de préférence perpendiculaires entre elles.
Selon un aspect optionnel, les éléments du premier type sont formés comme des trièdres rectangles. Ainsi, la reconnaissance du bit élémentaire est facilitée, grâce à l’écho radar/lidar caractéristique de trièdres rectangles. L'écho est stable et de bonne qualité quel que soit l'orientation relative ce qui procure une robustesse de lecture élevée, même s'il y a un mouvement relatif entre le code matriciel et le dispositif de lecture, même pendant la lecture.
Selon un aspect optionnel, les éléments du second type sont formés comme une ou plusieurs bosses en saillie par rapport à la face avant. Moyennant quoi, ces formes permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente.
Selon un aspect optionnel, les éléments du second type sont formés comme une ou plusieurs portions hémicylindriques en saillie par rapport à la face avant. Moyennant quoi, ces formes permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente. Cette forme peut être obtenue de façon répétable, et est facile à réaliser par un procédé soit d'impression 3D soit d'impression conventionnelle.
Selon un aspect optionnel, les éléments du second type sont formés comme une ou plusieurs portions hémisphériques en saillie par rapport à la face avant. Moyennant quoi, ces formes permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente. Ces formes peuvent être obtenues de façon répétable, et sont faciles à réaliser par un procédé soit d'impression 3D soit d'impression conventionnelle.
Selon une option, les éléments du second type sont formés comme une ou plusieurs portions pyramidales en saillie par rapport à la face avant. Moyennant quoi, ces formes sont connues pour leur propriété anéchoïque et permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente.
Selon un aspect optionnel, les éléments du second type sont revêtus de peinture spéciale de type à décalage quart d’onde. Avantageusement ce genre de peinture permet d'obtenir à la fois une réflexion sur la structure sous-jacente et une réflexion sur la face externe de la peinture elle-même, les deux réflexions se retrouvant en opposition de phase dans l'écho général, avec un effet d'annulation, permettant ainsi de fournir un écho de très faible amplitude.
Selon un aspect optionnel, les éléments du premier type sont de couleur claire et de préférence blanche et les éléments du second type sont de couleur foncée et de préférence noire. On peut ainsi combiner une lecture optique traditionnelle avec une lecture électromagnétique active à base de radar ou de lidar ; la combinaison des deux techniques permettant d'obtenir un taux de réussite de lecture très élevé, avec une fiabilité de lecture élevée et une possible redondance.
Selon un aspect optionnel, il est prévu des motifs spéciaux de repérage (pour alignement et cadrage). Ceci facilite le cadrage et rend efficace l’utilisation d’un masque pour le traitement d’imagerie (traitements des pixels de la matrice) avec ou sans balayage.
Selon un aspect optionnel, le code matriciel est à codage dupliqué par répétition homothétique de motifs, de préférence du type tapis tractai de Sierpenski. Ceci permet une tolérance à un défaut localisé (par exemple dû à un choc local en bosse ou en creux, ou une rayure ayant abîmé les motifs en relief).
Selon un aspect optionnel, il peut être prévu la combinaison d’un « QR-code » à forte résolution combinée avec le « QR-code >> à basse résolution. La lecture peut ainsi être adaptée selon la résolution disponible du dispositif de lecture radar et/ou lidar.
La présente invention concerne également un système d’interaction comprenant un code matriciel avec motifs en relief tel que décrit ci-dessus et au moins un dispositif de lecture à base de technologie radar ou lidar.
La présente invention concerne également un dispositif d’affichage, de type panneau d’affichage ou de type plaque minéralogique, comprenant un code matriciel tel que décrit ci-dessus.
D’autres aspects, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif. L’invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un exemple de code matriciel, aussi appelé dans la pratique un « QR-code >>,
- la figure 2 représente schématiquement le fonctionnement d'un dièdre optique,
- la figure 3 représente schématiquement en perspective deux éléments de « QR-code >>, l'un avec un écho radar (ou lidar) prononcé l'autre avec un écho faible,
- la figure 4 illustre schématiquement une coupe du substrat qui porte le code matriciel (« QR-code >>) à motif en relief,
- la figure 5 illustre un système d’interaction comprenant un code matriciel avec motifs en relief et un dispositif de lecture à base de technologie radar ou lidar,
- la figure 6 illustre un exemple de peinture spéciale à double réflexion à déphasage,
- la figure 7 illustre un exemple d'éléments anéchoïques sous forme de portions pyramidales en saillie,
- la figure 8 illustre un code matriciel est à codage dupliqué par répétition de motifs, de type tapis fractal de Sierpenski.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle.
La figure 1 représente un code matriciel 1, qui peut être appelé dans la pratique un code bidimensionnel ou un « QR-Code >>.
Le code matriciel 1 peut être avantageusement un code de type « QR-code »(« Quick Response Code» en anglais, cf. norme ISO/CEI 18004). Des « QR-code » conformes à d’autres standards ou de type non encore standardisé sont également possibles.
Selon l'exemple illustré, il s'agit d'un code matriciel à 22 lignes et 22 colonnes.
Le code matriciel 1 comprend une pluralité d'éléments de base de forme carrée de côté ayant une dimension notée « e ».
Dans l'exemple illustré, la forme générale du « QR-code » est carrée, avec D1 = 22 x e et D2 = 22 x e, mais bien entendu, le « QR-code » pourrait être rectangle.
Chacun des éléments peut être repéré par sa position en termes de lignes et colonnes (indices de 1 à M dans l'exemple illustré).
La capacité du « QR-code » en termes de pixels peut être variée : 6 x 6, 12 x 12, 18 x 18, 25 x 25, 33 x 33, 57 x 57, voire plus. Pour les configurations rectangulaires, on peut avoir 22 x 11,20 x 40, 15 x 45, ou toute autres dimensions.
La taille du pixel de base «e» peut aller de 1 mm à 100 mm selon les applications visées et notamment selon la résolution des dispositifs de lecture ainsi que la distance maximale prévue pour la lecture.
Le code matriciel 1 est composé d’une pluralité d’éléments formant chacun un pixel binaire (i.e. représentant respectivement un 1 et un 0 binaire).
Le code matriciel 1 comprend des premiers éléments 11 d’un premier type T1 blancs sur l’exemple et des seconds éléments 12 d’un second type T2, qui sont disposée en damier, généralement en deux dimensions selon un plan principal P (cf. figure 3).
Du point de vue optique classique (dans le visible) dans l’exemple illustré, les éléments 11 du premier type T1 sont blancs et les éléments 12 du second type T2 sont de couleur noire ou très sombre, comme dans les « QR-code » classiques.
Avantageusement selon la présente invention, en référence aux figures 2, 3, 4, il est prévu des motifs en relief MR qui s’étendent selon une direction perpendiculaire N au plan principal P.
Plus précisément, on utilise pour les éléments 11 du premier type T1 un ou plusieurs dièdres formés en creux par rapport à la face avant 16 du « QR-code », ou encore un ou plusieurs trièdres 3 formés en creux par rapport à la face avant 16 du « QR-code ».
Sur la figure 2, on illustre le fonctionnement d’un dièdre en deux dimensions, principe qui s’extrapole directement dans la configuration à trois dimensions pour un trièdre. On conçoit les angles des différents plans pour qu’un rayon lumineux incident TX subisse deux réflexions dont la somme des déviations angulaires vaut 180°, ainsi le rayon réfléchi RX est retourné en sens inverse parallèlement au rayon incident TX. Le même phénomène se produit pour une onde électromagnétique plane qui se propage selon la direction TX1 et qui est réfléchie selon la direction RX1 parallèle à TX1.
Pour les éléments 11 du premier type T1, par exemple, une onde incidente TX1 alignée avec la normale N au plan P est retournée selon un écho RX1 également aligné avec la normale N au plan P.
Le même phénomène se produit pour une onde incidente de direction TX2 décalée angulairement de la normale N au plan P. L’écho retourné RX2, après double réflexion (somme de 180°) est parallèle à la directon incidente TX2.
Dans le cas à trois dimensions il est prévu des trièdres, notamment des trièdres rectangles avec trois plans, chacun des plans étant orthogonal aux deux autres.
Avantageusement chacun de ces dièdres/trièdres 3 présente un écho radar/lidar bien net, à savoir un écho radar de surface équivalente supérieure à un seuil prédéterminé, ce qui permet de déterminer la présence d’un 1 binaire.
De préférence, on choisira des trièdres rectangles qui présentent un écho radar/lidar de puissance homogène sur un angle solide assez ouvert en ce qui concerne la direction du faisceau incident d'ondes électromagnétiques comparées à la direction normale locale N du « QR-code ».
Ces dièdres forment ainsi une marque et/ou un repère bien caractéristique du point de vue de l'écho radar/ de l'écho lidar reçu en réponse à l'illumination par ondes électromagnétiques.
S'agissant maintenant des éléments du second type T2, ils peuvent être formés comme des zones plates. Avantageusement, les éléments du second type seront formés comme une ou plusieurs bosses 4 en saillie par rapport à la face avant 16.
De telles bosses 4 permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente.
Selon une option, les éléments du second type T2 peuvent être formés comme des portions hémicylindriques en saillie par rapport à la face avant 16.
Selon une option, les éléments du second type T2 peuvent être formés comme des portions hémisphériques en saillie par rapport à la face avant 16. Les portions hémisphériques ou hémicylindriques peuvent être obtenues de façon répétable, faciles à réaliser par un procédé, soit d'impression 3D soit d'impression conventionnelle.
Selon une autre option, pour les éléments du second type T2, on peut utiliser avantageusement de la peinture spéciale 6 comme ceci est illustré la figure 6.
Une partie de l’onde incidente est réfléchie par la face externe de la peinture 6, alors qu'une autre partie de l’onde incidente traverse la peinture et est réfléchie sur la face de la structure, c'est-à-dire ici le substrat qui porte le « QR-code ». On prévoit avantageusement que l'épaisseur de peinture 6 soit voisine du quart de la longueur d'onde utilisée, auquel cas la partie des ondes qui sont réfléchies sur le substrat du « QR-code » se retrouvent en opposition de phase avec la partie des ondes qui sont réfléchies sur la face externe de la peinture 6 (parcours supplémentaire d'une demilongueur d’onde).
Pour une porteuse radar à 80 GHz, la longueur d'onde λ est de l'ordre de 4 mm, et par conséquent le quart de longueur d'onde λ/4 et de l'ordre de 1 mm ce qui correspond à une épaisseur de peinture tout à fait raisonnable.
On note l'avantage ici de connaître la longueur d'onde principale d'utilisation à l'avance et par conséquent de prévoir la bonne conformation de la peinture 6 ainsi que de son épaisseur.
Selon une autre option, pour les éléments du second type T2, il peut être prévu, comme illustré à la figure?, des portions pyramidales en saillie par rapport à la face avant, avec du matériau alvéolaire. Ces formes sont connues pour leur propriété anéchoïque, elles permettent de renvoyer un écho très faible quel que soient l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique incidente.
Il est prévu dispositif de détection radar 9 ou un dispositif de détection lidar 9’ pour interagir efficacement avec les codes matriciels (cf. figure 5).
Comme connu en soi, un dispositif de détection radar comprend d'une part une antenne démission d'ondes électromagnétiques configurées pour émettre des trains d'ondes électromagnétiques et d'autre part une antenne de réception configurée pour capter les échos qui sont renvoyés par les éléments présents dans le champ de vision positive de détection radar.
Un exemple de tel dispositif de détection radar est décrit plus en détail dans le document US 6 116 369.
S'agissant des dispositifs radars, la fréquence porteuse peut être choisie entre 4 GHz et 100 GHz. Une application particulière notamment pour les radars dans le domaine automobile utilise des fréquences entre 70 GHz et 80 GHz. Il peut s'agir de radars multifaisceaux fins à balayage.
Les radars ou lidars 9, 9’ peuvent par exemple être des dispositifs portables tenus à la main ou intégrés dans un objet multifonction comme un outillage de mesure industriel ou un téléphone intelligent.
Les radars ou lidars 9, 9’ peuvent par exemple être installés à bord de véhicules.
Les « QR-codes » peuvent être installés ou apposés sur tout type d’objets, voire même les « QR-codes » peuvent faire partie intégrante de l’objet à identifier.
Les « QR-codes » peuvent porter des données d’identification et des informations complémentaires relatives à l’objet.
Parmi les objets d’intérêt, on relève généralement les « dispositif d'affichage » ce qui inclut les panneaux de signalisation routière, mais aussi les plaques minéralogiques présentes sur les véhicules circulant sur le réseau routier, sans exclure d'autres types de dispositifs comme des marqueurs latéraux dans des tunnels, des marqueurs de séparation de voie, etc.
Il faut noter qu’il est particulièrement avantageux de pouvoir identifier par des « QR-codes » à motif(s) en relief les panneaux de signalisation et les véhicules au travers de « QR-codes » sur les plaques minéralogiques.
Les radars ou lidars 9, 9’ peuvent par exemple être installés à bord des véhicules ou bien en bordure de la voie routière.
S'agissant des panneaux de signalisation, lorsqu'ils sont équipés de tels « QR-codes », ceci permet une localisation aisée par le système de détection radar, alors que la caméra vidéo peut avoir des difficultés d'identification des panneaux en fonction des éléments présents au deuxième plan par exemple en « ton sur ton », ou bien également en ce que l'espace qui sépare le véhicule du panneau contient de la fumée, du brouillard ou d'autres éléments en suspension qui peuvent rendre la visibilité normale plus difficile, alors que la détection radar fonctionne de manière très efficace.
Il est prévu en outre des motifs spéciaux de repérage 15 pour alignement et cadrage, par exemple ici trois doubles carrés comme illustré la figure 1. Ceci facilite le cadrage et rend efficace l’utilisation d’un masque pour le traitement d’imagerie (traitements des pixels de la matrice) avec ou sans balayage. Suivant le type du code matriciel 1, il peut être prévu un motif de repérage, deux motifs de repérage, trois motifs de repérage, voire quatre motifs de repérage.
Il faut remarquer que les motifs de repérage peuvent être totalement différents de ceux illustrés à la figure 1. Par exemple, il pourrait n’y avoir qu'un seul double carré, ou encore une ligne caractéristique d'alignement et de de synchronisation. Selon une variante illustrée à la figure 8, il peut être prévu d'utiliser un principe de tapis fractal de Sierpenski ; plus précisément, le code matriciel fractal 7 est à codage dupliqué par répétition homothétique de motifs. Le motif principal 71 se retrouve à échelle plus petite 72 (dimension divisée par 3) et se retrouve à échelle encore plus petite 73 (à nouveau dimension divisée par 3). La partie centrale 76 ici est vide et peut permettre d'y insérer un motif graphique optique classique. Grâce à l'utilisation du principe de tapis fractal de Sierpenski, on obtient une tolérance à un défaut localisé (par exemple dû à un endommagement local ou une rayure ayant abîmé les motifs en relief.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Code matriciel (1) s’étendant généralement selon un plan principal (P), destiné à être lu par un dispositif de détection (9, 9j radar ou lidar depuis une face avant (16) du plan principal, le code matriciel (1) étant composé de premiers éléments (11) d’un premier type (T1) et de seconds éléments (12) d’un second type (T2), chacun des premier et second types d’éléments représentant respectivement un 1 et un 0 binaire, caractérisé en ce que le code matriciel (1) comprend des motifs en relief (MR) qui s’étendent selon une direction perpendiculaire (N) au plan principal (P), les motifs en relief permettant d’augmenter le contraste entre les échos renvoyés respectivement par les éléments des premier et second types (T 1, T2).
  2. 2. Code matriciel (1) selon la revendication 1, dans lequel les éléments des premier et second types sont chacun de forme carrée et disposés en damier selon le plan principal (P).
  3. 3. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les éléments (11) du premier type sont formés comme des dièdres ou des trièdres (3), formés en creux par rapport à la face avant (16).
  4. 4. Code matriciel (1) selon la revendications, dans lequel les éléments du premier type (11) sont formés comme des trièdres rectangles.
  5. 5. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments du second type (T2) sont formés comme une ou plusieurs portions hémicylindriques (4) en saillie par rapport à la face avant (16) ou sont formés comme une ou plusieurs portions hémisphériques en saillie par rapport à la face avant (16).
  6. 6. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments du second type (T2) sont formés comme une ou plusieurs portions pyramidales (5) en saillie par rapport à la face avant (16).
  7. 7. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments du second type (T2) sont revêtus de peinture spéciale (6) de type à décalage quart d’onde.
  8. 8. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les éléments du premier type (T1) sont de couleur claire et de préférence blanche et dans lequel les éléments du second type (T2) sont de couleur foncée et de préférence noire.
  9. 9. Code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu des motifs spéciaux de repérage (15), pour alignement et cadrage, ce qui facilite le traitement de la matrice de pixels.
  10. 10. Système d’interaction comprenant un code matriciel (1) avec motifs en relief 5 selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un dispositif de lecture (9, 9’) à base de technologie radar ou lidar.
  11. 11. Dispositif d’affichage, de type panneau d’affichage ou de type plaque minéralogique, comprenant un code matriciel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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Citations (4)

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US6116369A (en) 1997-08-20 2000-09-12 Jaguar Cars, Limited Adaptive cruise control system
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