JP4217143B2 - バーコード読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送路に沿って搬送される物品の複数の面のいずれかに付されているバーコードを検出して読み取るバーコード読取装置に関するものである。

従来、物流配送センター等においては、届け先や種類がランダムに投入された物品をベルトコンベヤ等の搬送手段によって搬送し、搬送されてくる物品の表面に付されたバーコードをバーコード読取装置によって読み取り、そのバーコードの情報に基づいて各種の物品を仕分装置によって自動的に仕分けることが行われている。

このように、ベルトコンベヤ等の搬送手段によって搬送されてくる物品のバーコードを光学的に読み取るバーコード読取装置では、例えば、ラインセンサ，撮像カメラ等から成る撮像手段を搬送路の上方に設置しておき、搬送されてくる物品の正面を撮像手段によって撮像し、その画像を処理してバーコードを読み取るという方式が採られている。このような方式の場合、バーコードの付された面が撮像手段の正面を通過しなければバーコードを撮像することができない。そのため、物品をベルトコンベヤ上に置く際に、バーコードの付された面が撮像手段の方向を向くように置かなければならないという制約がある。

このような制約を無くすには、物品の全ての表面を撮像する必要がある。例えば、直方体状の物品を対象とした場合、６つの面（正面、背面、上面、底面、及び左右の側面）のいずれか１つの面にバーコードが付されていることになり、搬送面に接する物品の底面を対象外としても、５つの面を撮像する必要がある。その場合、例えば５つの面のそれぞれに対応させて５台の撮像カメラを配置すれば、いずれかのカメラでバーコードを捉えることが可能となるが、５台の撮像装置が必要となり、照明もカメラの台数分必要となる。

１台のＣＣＤカメラ等の撮像装置で５つの面のいずれかの面に付されたバーコードを自動的に読み取ることを可能としたバーコード読取装置としては、反射鏡を利用したものがある。反射鏡を利用したバーコード読取装置としては、例えば、物品の各方向からの像を撮像装置に導く複数の反射鏡と、各反射鏡からの像を１コマづつ順次撮像装置に入力するシャッタ装置を有する切替手段とを備え、物品の前後左右及び上面の像を各反射鏡を通して捉え、撮像装置で受像した画像データからバーコードの位置及び向きを検出した後その位置データに基づいて画像データからバーコードを読み取るようにしたものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平７−２１３００号公報

上述したように、直方体状の物品の複数の面のいずれにバーコードが付されていても読取可能とした従来の装置としては、複数の面にそれぞれ対応する複数台の撮像装置により撮像した画像から読み取る形態のものと、反射鏡等を介して１台の撮像装置により撮像した画像から読み取る形態のものとがある。直方体状の物品の底面を除く５面のいずれかにバーコードが付されていると言う条件では、前者の装置では５台のカメラと照明手段が必要となる。また、後者の装置では、１台の撮像装置でバーコードを読み取ることが可能となるが、ハードウェア構成として、各面の像を撮像装置に導くための複数の反射鏡と、各反射鏡からの像を１コマづつ順次撮像装置に入力するシャッタ装置を有する切替手段とが必要となり、装置の構成が複雑となり、装置全体の価格も高価なものとなる。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、搬送されてくる物品の１つの頂点を共有する３面又は１つの線分を共有する２面のいずれにバーコードが付されていても、１台の撮像手段で撮像した１フレームの画像からバーコードを高精度で読み取ることができるバーコード読取装置を提供することにある。

本発明は、搬送路に沿って搬送される直方体状の物品を対象として、前記物品の複数の面のいずれかに付されているバーコードを検出して読み取るバーコード読取装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記物品の１つの頂点を共有する３面の各面に対してそれぞれ角度を有する斜め方向から前記物品の３面を含む領域を撮像する撮像手段と、前記物品の１つの頂点を共有する３面の各面に対してそれぞれ角度を有する投射角度で前記撮像手段の撮像領域を照明する照明手段と、前記撮像手段により撮像した前記物品の原画像を処理して前記３面のいずれかに付されたバーコードを検出するバーコード検出手段と、前記検出したバーコードの原画像を処理して前記撮像手段の受光軸の傾斜角度に起因するバーコードの形状の歪を補正し、歪の無い正画像のデータを生成する歪補正手段とを備え、更に、前記バーコード検出手段は、前記撮像手段により撮像した前記物品の１フレームの原画像から前記物品の２平面の交線から成るエッジをそれぞれ検出して３つの交線が交わる前記頂点の座標を求め、その頂点を中心として画像処理をして前記バーコードを検出する構成とすることによって達成される。

さらに、前記撮像手段の撮像方向が、前記３面の各面に対する傾斜角度をそれぞれθ_１，θ_２，θ_３としたとき、３０度≦θ_１≦８０度、３０度≦θ_２≦８０度、３０度≦θ_３≦８０度を満たす方向であること、によって一層効果的に達成される。さらに、前記物品を挟んで前記撮像手段及び前記照明手段がそれぞれ対向して配置されており、前記バーコード検出手段は、前記２台の撮像手段からの画像を処理して前記物品の６面のいずれかの面に付されたバーコード、又は前記搬送路の搬送面に接する前記物品の１面を除く５面のいずれかの面に付されたバーコードを検出すること、前記バーコードが１次元バーコード又は２次元バーコードであること、によってそれぞれ一層効果的に達成される。

本発明によれば、６面体から成る物品の１つの頂点を共有する３面（又は１つの線分を共有する２面）を１台の撮像手段により撮像し、その画像データ（１フレームの画像）に基づいてバーコードを検出して読み取るようにしているので、各面毎に異なる撮像手段で撮像する方式と比較して、画像を取得するためのカメラや照明装置の数を減らすことができ、省電力及び低コスト化を図ることができる。また、物体の３面（又は２面）に対して斜め方向から照明及び撮像する配置構成とすることによって、照明の正反射ゾーンを減らし、正反射光の影響による読取精度の低下を回避することが可能になると共に、３面（又は２面）のいずれの面にバーコードが存在していても１フレームの画像から検出することが可能となる。さらに、各面に対して斜めから撮像した際に生じるバーコード形状の歪を補正するようにしているので、傾斜角度が大きくてもバーコードを読み取ることが可能となる。さらに、物品を挟んで２台の撮像手段を対向設置して撮像し（又は物品の６面のうちの異なる２面をそれぞれ撮像対象として３台の撮像手段を配置して撮像し）、それらの画像データに基づいてバーコードを読み取る構成とすることによって、物品の６面（又は搬送面に接する面を除く５面）のいずれかにバーコードが付されていても読取可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、１次元バーコード又は２次元バーコードのラベル（以下、バーコードと記述する）が付された物品（製品又はその収容体）は、６面体から成る直方体状の物品を例として説明する。

図１は本発明のバーコード読取装置における撮像手段の配置構成の一例を示す模式図である。図１において、物品１は、図中の矢印で示す方向を進行方向（搬送方向）として、コンベヤ等の搬送手段によって搬送されてくる。撮像手段１０は、物品の１つの頂点Ｃを共有する３面の各面に対してそれぞれ傾斜した方向の視点位置から、搬送手段によって搬送されてくる物品の３面を撮像する手段である。撮像手段１０は、例えば２次元エリアを１フレームで撮像することができるＣＣＤカメラ等の撮像カメラから構成される。最良の形態では、撮像手段１０の位置は、搬送面上の進行方向をＸ軸、搬送面上でＸ軸と直交する軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸の交点を通り搬送面に対して垂直な軸をＺ軸とし、これらのＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸と光軸（ここでは、撮像手段の受光軸）とのなす角をθｘ，θｙ，θｚとしたとき、θｘ≒θｙ≒θｚ≒４５度となる方向に設置される。

すなわち、物品の側面が搬送方向と平行であると仮定すると、撮像手段１０の撮像方向（受光軸）は、直方体状の物品１の１つの頂点を共有する３面の各面に対する傾斜角度をそれぞれθ_Ｃ１，θ_Ｃ２，θ_Ｃ３としたとき、θ_Ｃ１≒４５度、θ_Ｃ２≒４５度、θ_Ｃ３≒４５度となる方向から撮像する構成とするのが望ましい。その場合、３面のピクセル分布が略同一になり、３面のいずれの面にバーコード２が付されていても同じ精度でバーコードを読取可能となる。但し、上記傾斜角度は、略４５度に限るものではなく、各面に対する受光軸の傾斜角度は、３０度≦θ_Ｃ１≦８０度、３０度≦θ_Ｃ２≦８０度、３０度≦θ_Ｃ３≦８０度を満たす角度であれば、バーコードを読み取ることが可能である。例えば、物品１の面上に付されているバーコード２を撮像手段１０により読み取る場合、チルト角θ_Ｔは無関係であるが、スキュー角θ_Ｓは、＋３０度≦θ_Ｓ≦＋８０度（あるいは−３０度≦θ_Ｓ≦−８０度）、ピッチ角θ_Ｐは、＋３０度≦θ_Ｐ≦＋８０度（あるいは−３０度≦θ_Ｐ≦−８０度）であれば良く、撮像手段１０の受光軸の傾斜角度で言うと、上記のように、３０度≦θ_Ｃ≦８０度であれば良いことになる。

照明手段（図示せず）は、物品の１つの頂点を共有する３面の全域を照明領域として照明する手段であり、撮像手段１０と同様に、物品の３面の各面に対する光軸の傾斜角度をそれぞれθ_Ｌ１，θ_Ｌ２，θ_Ｌ３としたとき、θ_Ｌ１≒４５度、θ_Ｌ２≒４５度、θ_Ｌ３≒４５度となる方向から、３面の全域を１台の照明手段により照明する構成とするのが望ましい。但し、各面に対する投光軸の傾斜角度は、照明光の正反射に起因するバーコードの読取不可領域が発生しない角度（３０度≦θ_Ｌ１≦８０度、３０度≦θ_Ｌ２≦８０度、３０度≦θ_Ｌ３≦８０度を満たす角度）であれば良い。本実施の形態では、６面体から成る物品の１つの頂点を共有する３面のそれぞれと投光軸との成す角度が略同一の角度（４５度）となるように、上記のように、物品の搬送空間を構成するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸に対して４５度となる位置に照明手段を設置し、その位置から各光線が平行な面状の光線束を照射する方式とすることで照明の正反射ゾーンを減らし、いずれの面にバーコードが付されていても正反射光の影響を受けること無く、バーコードを高精度で検出できるようにしている。

照明手段は、撮像手段１０とは別の筐体のフラットライト等から構成しても良いが、撮像カメラ等の陰が生じない様に、例えば撮像手段１０の受光部を囲む様にレーザ光を出射する発光素子が配列されて一体的に形成されたもの、あるいは光源からの光をミラー等を介して面状の光線束を出射するように撮像手段１０と一体的に形成されたものとするのが好ましい。

上述のような配置構成において、搬送されてくる物品が所定の位置に来た時に、物品の３面が照明されている状態で１台の撮像手段１０により撮像し、その画像をコンピュータ等から成る画像処理手段に送出する。物品を撮像するタイミングは、物品の３面が交わる頂点が受光軸を通るタイミングが望ましいが、頂点の位置は物品の大きさ、搬送路上の物品の位置によって変動する。そのため、本例では、物品の正面（前面）が所定の位置に来たことを検出するセンサの検出出力により撮像し、後述する画像処理により図１中の頂点Ｃを求め、その頂点を中心として各面のバーコードの認識処理をする形態としている。なお、物品を挟んで２台の撮像手段を対向設置して撮像する構成とするのが望ましく、その場合、搬送面に接する物品の１面（底面）を除く５面のいずれにバーコードが付されていても、２台の撮像手段の画像からバーコードを読み取ることが可能となる。その際、搬送ローラ等で物品の両端部を支持しながら搬送する手段を用いた構成とした場合など、搬送面の下方から空隙等を通して物品の底面等を撮像することが可能な場合は、６面のいずれにバーコードが付されていてもバーコードを読み取ることができる。

図２は、本発明に係わるバーコード読取装置の主要部の構成例をブロック図で示している。バーコード読取装置１００は、上記の撮像手段１０及び照明手段２０の他に、撮像手段で撮像した画像に基づいてバーコードを読み取る画像処理手段３０を備えている。画像処理手段３０は、本例ではＣＰＵ等から成る画像処理装置であり、構成としては、撮像手段１０により撮像した原画像を処理して物品の３面のいずれかに付されたバーコードを検出するバーコード検出手段３１と、検出したバーコードの原画像を処理してバーコードの位置及びベクトルを求め、上記の撮像手段１０の受光軸の傾斜角度に起因するバーコードの形状の歪を補正し、歪の無い正画像のデータを生成する歪補正手段３２と、補正された画像データに基づいてバーコードで表されたデータを認識して復号化するコード復号化手段３３とを具備している。

ここで言う「バーコードの形状の歪」とは、撮像カメラから捕捉対象物であるバーコードを見た時に、図３の概念図に示すように、捕捉された原画像Ｇ１は遠方側と近方側とでは基準のバーコードの形状が変化することから生じる歪を言う。すなわち、物体の表面に付されたバーコードをカメラの視点から所定の方位角で捉えると、方位角に応じた幾何学的な形状の歪を生じ、例えば１次元バーコードであれば、遠方側のバーコードの大きさ（コードの幅及び長さ）の方が、近方側のバーコードより小さくなり、隣接するコードの間隔も遠方に遠ざかるに連れて狭くなると言う歪が生じ、２次元バーコードであれば、同様にセル形状の歪が生じる。

歪補正手段３２では、バーコード検出手段３１により検出したバーコードを含む面の画像を処理して、例えば、視点から見て近方側のバーコードと遠方側のバーコードの位置及びベクトルを求め、各バーコードの傾き（及び長さ）を補正すると共に、撮像手段１０の視点に対して近方側のバーコードの太さを基準として、遠方側のバーコードの太さを近方側のバーコードと同じ太さにする補正処理を行ない、図３中の加工済み画像Ｇ２に示すような歪の無い画像データを生成する。コード復号化手段３３では、補正後の歪の無い画像データを用いてバーコードを復号化する。

これらの手段を備えた画像処理手段（画像処理装置）３０は、パーソナルコンピュータ等の汎用的なコンピュータであっても良く、バーコード検出手段３１、歪補正手段３２及びコード復号化手段３３は、ＣＰＵにより実行されるコンピュータ・プログラムによって実現することができる。但し、一部の処理をハードウェアにより処理する態様も本発明に含まれる。

上述のような構成において、本発明に係わるバーコード読取装置の動作例を図４のフローチャートに沿って説明する。

先ず、搬送手段によって物品が搬送路の所定の位置に到来したかか否かをセンサによって検出し（ステップＳ１）、物品の到来が検出されると、物品の３面が照明手段によって照明された状態で、物品の１つの頂点を共有する３面の全域を含む領域が１台の撮像カメラによって撮像され（ステップＳ２）、その１フレームの画像データが画像処理装置に送出されて記憶される（ステップＳ３）。画像処理装置のバーコード検出手段は、撮像手段で撮像した１フレームの画像を処理してバーコードの有無を検出する。バーコードの有無は、例えば物品の２平面の交線から成る輪郭（エッジ）をそれぞれ検出して３つの交線が交わる図１中の頂点Ｃを求め、その頂点Ｃを中心とした座標系において、例えば物品の３面の領域について１つの面毎にバーコードの特徴部の有無を検出することにより行なう。なお、２台の撮像カメラによって物品の６面（あるいは底面を除く５面）を撮像する構成とした場合は、それぞれの１フレームの画像を処理してバーコードを検出する（ステップＳ４）。

そして、バーコードを検出した場合は、歪補正手段により原画像を処理してバーコードの歪を補正する。バーコードの歪の補正方法としては、例えばバーコードの模様の輪郭部分を抽出し、図５（Ａ）に示すように、例えばバーコード全体の輪郭を示す４つの辺Ｌ１，Ｄ１，Ｌ２、Ｄ２のベクトルを求めれば、各辺の傾斜及び長さの情報に基づいてバーコードの形状の歪を補正することが可能である。

ここで、１次元バーコードと２次元バーコードを対象とした場合に、その歪を補正する方法の例を示して説明する。なお、この形状の歪の補正に係わる画像データの変換アルゴリズムは公知の技術であり、ここでは、数式等を用いた詳細な説明は省略する。

歪補正手段は、バーコードが１次元バーコードの場合は、スタートバー及びストップバーを基準バーコードとして、撮像手段の視点から見て近方側の基準バーコードと遠方側の基準バーコードのベクトルを求め、求めた基準バーコードの位置及びベクトルの情報に基づき、近方側の基準バーコードを基準として、遠方側の基準バーコードの太さが近方側の基準バーコードと同じ太さとなるように補正すると共に傾き（及び長さ）を補正し、歪の無い画像とする。また、バーコードが２次元バーコードの場合は、例えば、３つの面が共有する頂点の座標を中心として、物品の１つの面の領域毎にＸ軸方向及びＹ軸方向に画像処理し、最初に検出した一連の黒ピクセル又は白ピクセル、及び最後に検出した一連の黒ピクセル又は白ピクセルの情報に基づいて、２次元バーコード全体の輪郭を示す４辺を推定して該４辺のベクトルを求め、求めた４辺のベクトルの情報に基づいて、撮像手段の視点から見て近方側のバーコードシンボル（セル）を基準として、２次元バーコードを構成する各セル形状の歪を補正する（ステップＳ５，Ｓ６）。上記ステップＳ６における補正処理が終わると、補正後の画像データをもとにバーコードの読み取りを行ない、コード復号化手段によってバーコードを複号化する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ１に戻って、次の物品の到来待ちとして待機する。

なお、上述した実施の形態では、図１に例示したように、物品の正面の右側の斜め上方を視点とし、その視点位置から物品の正面、右側面及び上面の全域を撮像領域として撮像する構成としているが、この配置構成に限るものではなく、視点の位置は、物品の正面の左側の斜め上方、あるいは物品の背面の右側の斜め上方、物品の背面の左側の斜め上方であっても良い。その場合、物品を挟んで対向設置される撮像カメラは、２台とも斜め上方とした場合は、バーコード検出手段では、１方のカメラからの画像は物品の３面を対象として処理し、他方のカメラからの画像は上面を除く２面を対象として処理する。また、上方と下方で対向設置した場合は、それぞれのカメラからの画像をそれぞれ３面を対象として処理する。

また、上述した実施の形態では、直方体状の物品の１つの線分を共有する３面を含む領域を１台の撮像手段により撮像する場合を例として説明したが、１つの線分を共有する２面を含む領域を１台の撮像手段により撮像する形態としても良い。その場合、物品の６面のうちの異なる２面をそれぞれ撮像対象として撮像手段を３台配置し、３台の撮像手段からの画像を処理してバーコードを検出する構成とすれば、物品の６面のいずれにバーコードが付されていても読取可能となる。このような実施形態とした場合、撮像手段の受光軸（及び照明手段の投光軸）と一つの面との成す角度は、上述した実施の形態と同様である。すなわち、撮像手段の撮像方向は、１つの線分を共有する２面の各面に対する傾斜角度をそれぞれθ_１，θ_２としたとき、３０度≦θ_１≦８０度、３０度≦θ_２≦８０度を満たす方向であれば良く、θ_１≒４５度、θ_２≒４５度となる方向が望ましい。また、歪補正手段によるバーコード形状の歪の補正処理も上述した実施の形態と同様である。

本発明のバーコード読取装置における撮像手段の配置構成の一例を示す模式図である。 本発明に係わるバーコード読取装置の主要部の構成例を示すブロック図である。 本発明に係わるバーコード画像の補正処理を示す概念図である。 本発明に係わるバーコード読取装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 本発明に係わるバーコードの形状の歪の補正処理を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 物品
２ バーコード
１０ 撮像手段
２０ 照明手段
３０ 画像処理手段
３１ バーコード検出手段
３２ 歪補正手段
３３ コード復号化手段
１００ バーコード読取装置

Claims (4)

1. 搬送路に沿って搬送される直方体状の物品を対象として、前記物品の複数の面のいずれかに付されているバーコードを検出して読み取るバーコード読取装置であって、前記物品の１つの頂点を共有する３面の各面に対してそれぞれ角度を有する斜め方向から前記物品の３面を含む領域を撮像する撮像手段と、前記物品の１つの頂点を共有する３面の各面に対してそれぞれ角度を有する投射角度で前記撮像手段の撮像領域を照明する照明手段と、前記撮像手段により撮像した前記物品の原画像を処理して前記３面のいずれかに付されたバーコードを検出するバーコード検出手段と、前記検出したバーコードの原画像を処理して前記撮像手段の受光軸の傾斜角度に起因するバーコードの形状の歪を補正し、歪の無い正画像のデータを生成する歪補正手段とを備え、更に、前記バーコード検出手段は、前記撮像手段により撮像した前記物品の１フレームの原画像から前記物品の２平面の交線から成るエッジをそれぞれ検出して３つの交線が交わる前記頂点の座標を求め、その頂点を中心として画像処理をして前記バーコードを検出する構成としたことを特徴とするバーコード読取装置。
2. 前記撮像手段の撮像方向が、前記３面の各面に対する傾斜角度をそれぞれθ_１，θ_２，θ_３としたとき、３０度≦θ_１≦８０度、３０度≦θ_２≦８０度、３０度≦θ_３≦８０度を満たす方向である請求項１に記載のバーコード読取装置。
3. 前記物品を挟んで前記撮像手段が対向して配置されており、前記バーコード検出手段は、前記対向配置された２台の撮像手段からの画像を処理して前記物品の６面のいずれかの面に付されたバーコード、又は前記搬送路の搬送面に接する前記物品の１面を除く５面のいずれかの面に付されたバーコードを検出するようにしている請求項１又は２に記載のバーコード読取装置。
4. 前記バーコードが１次元バーコード又は２次元バーコードである請求項１乃至３のいずれかに記載のバーコード読取装置。

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