RU2183030C2 - Reader of code from surface of bodies of rotation - Google Patents

Abstract

FIELD: optoelectronics technology, identification of products marked by bar, alphabetic-digital or graphical symbols. SUBSTANCE: reader of code from surface of bodies of rotation has unit processing videosignal and optical unit connected to it that incorporates multielement matrix photodetector, lens, illumination elements and conical mirror placed in sequence on optical axis. Illumination elements are arranged uniformly over circumference in symmetry with optical axis of ring collimator, outside field of vision of lens. Conical mirror has through hole in center for entry of article with code and reflection surface of mirror is directed towards lens and is located around surface with code. EFFECT: potential for reading information in the form of alphabetic-digital and Greek symbols in addition to bar codes achieved thanks to generation and recording of two-dimensional image of read code. 4 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано в системах идентификации продукции, маркируемой штриховыми, алфавитно-цифровыми или графическими символами. The invention relates to optoelectronic technology and can be used in systems for identifying products marked with dash, alphanumeric or graphic characters.

Известно устройство лазерного считывания штриховых кодов с полированных поверхностей топливных стержней [1], которое состоит из источника лазерного излучения, рассеивателя света, располагающегося таким образом, что поверхность стержня со штриховым кодом находится между рассеивателем и считывателем света. Поверхность рассеивателя располагается под углом 30^o по отношению к тракту распространения луча, по направлению к поверхности с кодом, так что только 25% света отражается в считыватель. Считыватель, в состав которого входит упомянутый источник лазерного излучения, может изменять положение между позицией освещения и позицией приема света с помощью двигателя. Управление устройством производится от компьютера.A device for laser reading of bar codes from polished surfaces of fuel rods [1], which consists of a laser source, a light diffuser, located in such a way that the surface of the bar with a bar code is located between the diffuser and the light reader. The surface of the diffuser is located at an angle of 30 ^o relative to the path of the beam, in the direction of the surface with the code, so that only 25% of the light is reflected in the reader. The reader, which includes the aforementioned source of laser radiation, can change the position between the position of the lighting and the position of receiving light by the engine. The device is controlled by a computer.

Данное устройство обладает низким быстродействием из-за механического сканирования считываемой поверхности, а также достаточно сложной конструкцией. This device has a low speed due to mechanical scanning of the read surface, as well as a rather complicated design.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков и решаемой задаче является считыватель штриховых кодов [2], состоящий из блока обработки видеосигнала и оптического блока, содержащего расположенные вдоль оптической оси многоэлементный линейный фотоприемник, объектив, осветительные элементы и цилиндрическую линзу. Осветительные элементы размещены попарно симметрично относительно оптической оси вне конуса поля зрения объектива в плоскости, проходящей через оптическую ось объектива, перпендикулярной к поверхности многоэлементного фотоприемника. Вдоль образующей цилиндрической линзы выполнено сквозное щелевое отверстие, длина и ширина которого превышает длину и ширину изображения многоэлементного фотоприемника, спроецированного объективом на цилиндрическую линзу. The closest to the proposed device in terms of the essential features and the problem to be solved is a barcode reader [2], which consists of a video signal processing unit and an optical unit containing a multi-element linear photodetector located along the optical axis, a lens, lighting elements, and a cylindrical lens. Lighting elements are placed pairwise symmetrically with respect to the optical axis outside the cone of the field of view of the lens in a plane passing through the optical axis of the lens perpendicular to the surface of the multi-element photodetector. Along the generatrix of the cylindrical lens, a through slit hole is made, the length and width of which exceeds the length and width of the image of the multi-element photodetector projected by the lens onto the cylindrical lens.

Данный считыватель обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не может быть использован для считывания алфавитно-цифровых и графических символов по причине использования линейного, многоэлементного фотоприемника и одномерного освещения поверхности с кодом. This reader has limited functionality since it cannot be used to read alphanumeric and graphic characters due to the use of a linear, multi-element photodetector and one-dimensional illumination of the surface with a code.

Заявляемый считыватель кода с поверхности тел вращения обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможности считывания, помимо штриховых кодов, информации в виде алфавитно-цифровых и графических символов. The inventive code reader from the surface of the bodies of revolution provides an extension of the functionality of the device, namely the ability to read, in addition to bar codes, information in the form of alphanumeric and graphic characters.

Поставленная задача достигается за счет получения и регистрации двумерного изображения считываемого кода. The task is achieved by obtaining and registering a two-dimensional image of the read code.

Предложенное устройство содержит блок обработки видеосигнала и соединенный с ним оптический блок, включающий расположенные последовательно на оптической оси многоэлементный матричный фотоприемник, объектив, осветительные элементы и коническое зеркало. Осветительные элементы размещены равномерно по окружности симметрично относительно оптической оси в кольцевом коллиматоре вне конуса поля зрения объектива. Коническое зеркало имеет сквозное отверстие по центру для ввода изделия с кодом, а отражающая поверхность зеркала направлена в сторону объектива и располагается вокруг поверхности с кодом. The proposed device comprises a video signal processing unit and an optical unit connected to it, including a multi-element array photodetector arranged in series on the optical axis, a lens, lighting elements and a conical mirror. Lighting elements are placed uniformly around the circumference symmetrically relative to the optical axis in the annular collimator outside the cone of the field of view of the lens. The conical mirror has a through hole in the center to enter the product with the code, and the reflective surface of the mirror is directed towards the lens and is located around the surface with the code.

Новыми признаками являются взаимное расположение осветительных элементов равномерно по окружности симметрично оптической оси, введение кольцевого коллиматора, в котором установлены осветительные элементы, и конического зеркала с отверстием для ввода изделия и отражающей поверхностью, направленной в сторону объектива и располагающейся вокруг поверхности изделия с кодом, кроме того, многоэлементный фотоприемник выполнен в виде двумерного матричного фотоприемника. New features are the mutual arrangement of the lighting elements evenly around the circumference symmetrically to the optical axis, the introduction of an annular collimator in which the lighting elements are installed, and a conical mirror with a hole for inputting the product and a reflective surface directed towards the lens and located around the surface of the product with a code, in addition , the multi-element photodetector is made in the form of a two-dimensional matrix photodetector.

На фиг.1 изображен считыватель кода с поверхности тел вращения. На фиг.2 представлено изображение кода, получаемое на двумерном матричном фотоприемнике. На фиг.3 приведен алгоритм обработки информации в блоке обработки видеосигнала 1. На фиг.4 показано изображение кода, получаемое после преобразований в блоке обработки видеосигнала 1. Figure 1 shows a code reader from the surface of bodies of revolution. Figure 2 presents the image of the code obtained on a two-dimensional matrix photodetector. Figure 3 shows the algorithm for processing information in the processing unit of the video signal 1. Figure 4 shows the image of the code obtained after the conversion in the processing unit of the video signal 1.

Считыватель кодов с поверхности тел вращения (фиг.1) состоит из блока обработки видеосигнала 1 и соединенного с ним оптического блока 2. Оптический блок 2 содержит располагающиеся вдоль оптической оси двумерный матричный фотоприемник 3, объектив 4, осветительные элементы 5, установленные равномерно по окружности симметрично оптической оси в кольцевом коллиматоре 6, и коническое зеркало 7. Коническое зеркало 7 имеет сквозное отверстие по центру для ввода изделия 8 с нанесенным кодом 9. Отражающая поверхность конического зеркала 7 направлена в сторону объектива 4 и располагается вокруг поверхности изделия 8 с нанесенным кодом 9. Размер отражающей поверхности зеркала должен обеспечивать получение полной проекции кода 9 на фоточувствительной площадке двумерного матричного фотоприемника 3. Элементы оптического блока 2 установлены в светонепроницаемый корпус 10, имеющий отверстие со стороны конического зеркала 7, предназначенное для ввода изделия 8. Двумерный матричный фотоприемник 3 соединен с блоком обработки видеосигнала 1. The code reader from the surface of the bodies of revolution (Fig. 1) consists of a video signal processing unit 1 and an optical unit 2 connected to it. Optical unit 2 contains a two-dimensional array photodetector 3, a lens 4, lighting elements 5 arranged symmetrically uniformly around the circumference the optical axis in the annular collimator 6, and a conical mirror 7. The conical mirror 7 has a through hole in the center to enter the product 8 with the code 9. The reflecting surface of the conical mirror 7 is directed in the side of the lens 4 and is located around the surface of the product 8 with the code 9. The size of the reflecting surface of the mirror should provide a full projection of the code 9 on the photosensitive area of the two-dimensional matrix photodetector 3. Elements of the optical unit 2 are installed in a light-tight housing 10 having an opening on the side of the conical mirror 7 intended for inputting the product 8. The two-dimensional array photodetector 3 is connected to the video processing unit 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В оптическом блоке 2 световое излучение от осветительных элементов 5, располагающихся по окружности симметрично оптической оси объектива 4, ограничивается по углу кольцевым коллиматором 6 и далее, отражаясь от конического зеркала 7, освещает область поверхности изделия 8 с нанесенным кодом 9. Изделие 8 с кодовой информацией 9 вводится в считыватель кода через сквозные отверстия в корпусе 10 и в зеркале 7. В качестве осветительных элементов 5 предпочтительно использовать светодиоды. Равномерность освещения поверхности изделия 8 с кодовой информацией 9 обеспечивается плотностью расположения осветительных элементов 5 и подбором элементов с близкими параметрами излучения. Кольцевой коллиматор 6 вырезает лучи света, освещающие только отражающую поверхность конического зеркала 7 и блокирует прохождение лучей, падающих на поверхность с кодом 9, минуя коническое зеркало 7. Освещенный посредством конического зеркала 7 код 9 с помощью этого же зеркала 7 и объектива 4 проецируется на фоточувствительную поверхность двумерного матричного фотоприемника 3. Изображение поверхности изделия 8 с кодом 9 на фоточувствительной площадке двумерного матричного фотоприемника будет иметь вид кольцевой развертки считываемой поверхности в полярных координатах. Характер полученного изображения представлен на фиг.2, где 11 - изображение кода. С выхода двумерного матричного фотоприемника 3 видеосигнал поступает на выход оптического блока 2 и далее в блок обработки видеосигнала 1. Алгоритм работы блока обработки видеосигнала приведен на фиг.3. После ввода изделия с кодом в считыватель фотоприемник 3 регистрирует изображение кода и далее по команде оператора или в автоматическом режиме накопленное на ПЗС матрице изображение считывается в ОЗУ блока обработки видеосигнала 1. Считанная картинка представляет собой круговую панораму поверхности изделия 8 в области нанесенного кода 9. Из полученного изображения выделяется кольцевая область, содержащая полезную информацию. Эта область преобразуется из полярных координат F(φ,ρ) в декартовы F'(x,y) [3]
F′(x,y) = F(x₀+ρcosφ,y₀+ρsinφ),
где х₀, y₀- координаты центра кольцевой области.The proposed device operates as follows. In the optical unit 2, the light radiation from the lighting elements 5, arranged in a circle symmetrically to the optical axis of the lens 4, is limited by the angle of the annular collimator 6 and then, reflected from the conical mirror 7, illuminates the surface area of the product 8 with the code 9 applied. Product 8 with code information 9 is inserted into the code reader through the through holes in the housing 10 and in the mirror 7. It is preferable to use LEDs as lighting elements 5. The uniformity of illumination of the surface of the product 8 with code information 9 is ensured by the density of the lighting elements 5 and the selection of elements with close radiation parameters. An annular collimator 6 cuts out light beams illuminating only the reflecting surface of the conical mirror 7 and blocks the passage of rays incident on the surface with code 9, bypassing the conical mirror 7. Code 9 illuminated by the conical mirror 7 with the same mirror 7 and lens 4 is projected onto the photosensitive the surface of the two-dimensional matrix photodetector 3. The image of the surface of the product 8 with code 9 on the photosensitive area of the two-dimensional matrix photodetector will look like a circular scan of the read Surfaces in polar coordinates. The nature of the obtained image is presented in figure 2, where 11 is the image of the code. From the output of the two-dimensional matrix photodetector 3, the video signal is output to the optical unit 2 and then to the video signal processing unit 1. The operation algorithm of the video signal processing unit is shown in Fig. 3. After entering the product with the code into the reader, the photodetector 3 registers the image of the code and then, on the operator’s command or automatically, the image stored on the CCD is read into the RAM of the video signal processing unit 1. The read image is a circular panorama of the surface of the product 8 in the area of the applied code 9. From The resulting image is allocated an annular region containing useful information. This region is transformed from the polar coordinates F (φ, ρ) to the Cartesian F '(x, y) [3]
F ′ (x, y) = F (x ₀ + ρcosφ, y ₀ + ρsinφ),
where x ₀ , y ₀ are the coordinates of the center of the annular region.

После преобразования координат строится зеркальное отображение полученного изображения и определяется начало кода. В результате этих преобразований изображение принимает обычный вид (фиг.4) и может быть обработано по одной из известных программ распознавания. Например, в случае буквенно-цифровой информации можно использовать программу Fine Reader[4]. After the coordinate transformation, a mirror image of the resulting image is built and the beginning of the code is determined. As a result of these transformations, the image takes the usual form (figure 4) and can be processed using one of the known recognition programs. For example, in the case of alphanumeric information, you can use the Fine Reader program [4].

В качестве блока обработки видеоинформации 1 может использоваться компьютер, например IBM - PC. As the video processing unit 1, a computer, for example, an IBM-PC, can be used.

В качестве двумерного матричного фотоприемника 3 может быть использована серийная цифровая ПЗС камера, например камера DIC - L [5] фирмы World Precision Instruments. Данная камера комплектуется интерфейсным устройством, устанавливаемым в компьютер. As a two-dimensional matrix photodetector 3, a serial digital CCD camera can be used, for example, a DIC-L camera [5] from World Precision Instruments. This camera is equipped with an interface device installed in a computer.

Пример. В качестве блока обработки видеосигнала 1 использован компьютер IBM PC 486. Двумерный матричный фотоприемник 3 выполнен на камере DIC-L с ПЗС матрицей, содержащей 753х484 фоточувствительных элементов (размер фоточувствительной области 6,42 мм х 4,78 мм). Объектив 4 с относительным отверстием 1:2 и фокусным расстоянием 20 мм. Использовано 12 осветительных элементов 5 из светодиодов АЛ336К с матированной поверхностью. Коэффициент уменьшения изображения алфавитно-цифрового кода в плоскости фотоприемной матрицы составлял 6-7. Коническое зеркало 7 изготовлено из металла с напыленной алюминием зеркальной поверхностью, расположенной под углом 45^o к оптической оси.Example. As the video processing unit 1, an IBM PC 486 computer was used. Two-dimensional matrix photodetector 3 was made on a DIC-L camera with a CCD matrix containing 753x484 photosensitive elements (the size of the photosensitive region is 6.42 mm x 4.78 mm). Lens 4 with a relative aperture of 1: 2 and a focal length of 20 mm. 12 lighting elements 5 of AL336K LEDs with a frosted surface were used. The image reduction coefficient of the alphanumeric code in the plane of the photodetector matrix was 6-7. The conical mirror 7 is made of metal with an aluminum sprayed mirror surface located at an angle of 45 ^o to the optical axis.

Литература
1. Европейский патент ЕР 0326796, G 06 K - 7/10.Literature
1. European patent EP 0326796, G 06 K - 7/10.

2. Патент Российской Федерации RU 2071102, G 02 В 27/14. 2. Patent of the Russian Federation RU 2071102, G 02 В 27/14.

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. 3. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Math reference.

4. Совместное издание: издательство " Тойбнер " Лейпциг, М.: "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.234. 4. Joint publication: Toibner Publishing House Leipzig, M .: Nauka, Main Edition of Physics and Mathematics, 1981, p.234.

5. Мир ПК, 12, 1995, с.84-90. 5. The World of PC, 12, 1995, pp. 84-90.

6. World Precision Instruments, Inc. DIC-L. Digital camera. Manual. 12/95. 6. World Precision Instruments, Inc. Dic-l. Digital camera. Manual 12/95.

Claims (1)

Считыватель кода с поверхности тел вращения, содержащий блок обработки видеосигнала и соединенный с ним оптический блок, включающий расположенные вдоль оптической оси многоэлементный фотоприемник, объектив, осветительные элементы, отличающийся тем, что многоэлементный фотоприемник выполнен в виде двумерного матричного фотоприемника, а осветительные элементы размещены равномерно по окружности симметрично оси оптической системы в кольцевом коллиматоре вне конуса поля зрения объектива, кроме того, в оптический блок введено коническое зеркало с отверстием по центру для ввода изделия с нанесенным кодом, причем отражающая поверхность зеркала направлена в сторону объектива и располагается вокруг поверхности с кодом. A code reader from the surface of the bodies of revolution, comprising a video signal processing unit and an optical unit connected to it, including a multi-element photodetector, a lens, lighting elements located along the optical axis, characterized in that the multi-element photodetector is made in the form of a two-dimensional matrix photodetector, and the lighting elements are placed uniformly along circles symmetrically to the axis of the optical system in the annular collimator outside the cone of the field of view of the lens, in addition, a conical mirror with a center hole for inputting articles coated with the code, the reflecting mirror surface directed towards the lens and is positioned around the code surface.

Images