知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5775199
(24)【登録日】2015年7月10日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】高速視覚装置
(51)【国際特許分類】
G06K 7/10 20060101AFI20150820BHJP
G06T 1/00 20060101ALI20150820BHJP
【ＦＩ】
G06K7/10 372
G06T1/00 430F
【請求項の数】16
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2014-136368(P2014-136368)
(22)【出願日】2014年7月2日
(62)【分割の表示】特願2011-542269(P2011-542269)の分割
【原出願日】2009年12月10日
(65)【公開番号】特開2014-225270(P2014-225270A)
(43)【公開日】2014年12月4日
【審査請求日】2014年7月2日
(31)【優先権主張番号】12/341,192
(32)【優先日】2008年12月22日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500576452
【氏名又は名称】コグネックス・コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100060690
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 秀雄
(74)【代理人】
【識別番号】100070002
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 隆夫
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(72)【発明者】
【氏名】ナダバー、サティーシュ
(72)【発明者】
【氏名】エキッツ、ウィリアム
【審査官】
久保 正典
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０５−２１７０１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５４４１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０５６３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５３５７１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０６Ｋ７／００−７／１４
Ｇ０６Ｔ１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
異なるレンズ焦点位置に設置可能となる、レンズ視野を有する多焦点レンズを備えたカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、
前記レンズ視野が撮影されるシンボルを向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも一方を配置する工程と、
画像構成設定を設定する工程と、
各レンズ焦点位置で取得された各画像に対して、前記画像構成設定の異なる複数の異なるレンズ焦点位置それぞれにおける画像のサブセットを取得する工程と、
各画像を取得した後に次の画像を取得する間に、前記画像の画像処理を実行する工程と、
を含むことを特徴とする画像処理を実行する方法。
前記レンズ視野が撮影されるシンボルを向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも一方を配置する工程と、
画像構成設定を設定する工程と、
各レンズ焦点位置で取得された各画像に対して、前記画像構成設定の異なる複数の異なるレンズ焦点位置それぞれにおける画像のサブセットを取得する工程と、
各画像を取得した後に次の画像を取得する間に、前記画像の画像処理を実行する工程と、
を含むことを特徴とする画像処理を実行する方法。
【請求項2】
前記多焦点レンズが最小焦点位置から最大焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、前記異なる焦点位置のそれぞれの画像に対して前記画像処理が実行されるまで前記画像処理を継続することを特徴とする請求項１に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項3】
前記複数の画像を取得する工程が、以前に取得された画像から取得されるデータの関数として次の焦点位置を選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項4】
前記多焦点レンズが、イ）撮影される前記シンボルに合焦しているか、ロ）撮影される前記シンボルに合焦していないか、の何れかを判断するために、少なくとも１つの画像のサブセットを使用する工程をさらに有し、前記多焦点レンズが撮影される前記シンボルに合焦した場合に、合焦されたレンズに対応した画像に前記画像処理を実行して終了することを特徴とする請求項１に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項5】
前記多焦点レンズが撮影されるシンボルに合焦していない場合に、撮影されるシンボルに前記レンズをさらに良く合焦させる方法を決定するために、別の画像を取得する前に、前記取得画像の少なくとも１つを使用して撮影されるシンボルにさらに良く合焦するように調節する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項6】
前記多焦点レンズが撮影されるシンボルに合焦していない場合に、前記取得画像の少なくとも１つを使用して前記シンボルのサブセットを復号する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項7】
前記画像構成設定が、明るさ、露出時間、及びイメージセンサ利得の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項8】
前記多焦点レンズが液体レンズとされることを特徴とする請求項１に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項9】
レンズ視野を有する多焦点レンズを備えたカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、
前記レンズ視野が撮影されるシンボルに向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも一方を配置する工程と、
複数の異なるレンズ焦点位置および複数の異なる画像構成設定を設定する工程と、
各レンズ焦点位置および画像構成設定の組合せについて画像を取得する工程と、
各画像を取得した後に次の画像を取得する間に前記画像の画像処理を実行する工程と、
を含むことを特徴とする画像処理を実行する方法。
前記レンズ視野が撮影されるシンボルに向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも一方を配置する工程と、
複数の異なるレンズ焦点位置および複数の異なる画像構成設定を設定する工程と、
各レンズ焦点位置および画像構成設定の組合せについて画像を取得する工程と、
各画像を取得した後に次の画像を取得する間に前記画像の画像処理を実行する工程と、
を含むことを特徴とする画像処理を実行する方法。
【請求項10】
前記画像構成設定が、明るさ、露出時間、及びイメージセンサ利得の少なくとも１つであることを特徴とする請求項９に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項11】
前記画像構成設定が前記レンズ焦点位置と並行して調節されることを特徴とする請求項９に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項12】
前記多焦点レンズが最小焦点位置から最大焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、前記異なる焦点位置のそれぞれの画像に対して前記画像処理が実行されるまで前記画像処理を継続することを特徴とする請求項９に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項13】
前記複数の画像を取得する工程が、以前に取得された画像から取得されるデータの関数として次の焦点位置を選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項14】
前記多焦点レンズが、イ）撮影される前記シンボルに合焦しているか、ロ）撮影される前記シンボルに合焦していないか、の何れかを判断するために、少なくとも１つの画像のサブセットを使用する工程をさらに有し、前記多焦点レンズが撮影される前記シンボルに合焦した場合、合焦されたレンズに対応した画像に前記画像処理を実行して終了することを特徴とする請求項９に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項15】
前記多焦点レンズが撮影されるシンボルに合焦していない場合に、撮影されるシンボルに前記レンズをさらに良く合焦させる方法を決定するために、別の画像を取得する前に、前記取得画像の少なくとも１つを使用して撮影されるシンボルにさらに良く合焦するように調節する工程をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の画像処理を実行する方法。
【請求項16】
前記多焦点レンズが撮影されるシンボルに合焦していない場合に、前記取得画像の少なくとも１つを使用して前記シンボルのサブセットを復号する工程をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の画像処理を実行する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、機械視覚装置（machine vision system）に関し、さらに詳細には、高速プロセッサを用いて、カメラレンズの異なる焦点位置で画像を取得しながら画像処理（machine vision process）を行うことで、総合画像処理を高速に処理する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
機械視覚装置は様々な用途に開発されてきた。たとえば、箱や製品の上に置かれたバーコードや種々のシンボル（symbol）を読み取ってそれから情報を取得するために、画像装置が開発されてきた。他に製造部品の機能や性能の検査用に開発されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
画像装置は多く、撮影されるシンボルや品の画像を取得するカメラを備える。プロセッサが、画像を受信して、次の１つまたは複数の画像処理を実行するために用いる情報を抽出する。カメラセンサと撮影されるシンボルや品との間の距離は、多くは用途によって異なる。これらの場合、有効な画像（画像処理を完了するのに必要なデータが抽出できる画像）を得るため、調節可能なレンズ及びオート焦点システムがしばしば用いられる。この場合、システムが起動されて画像処理を実行するとき、レンズ及びオート焦点システムが、レンズを自動的に合焦させて、撮像されるシンボルや品目（item）の鮮明な画像がカメラのセンサに生成される。合焦処理の終了後に、撮影される鮮明なシンボルや品目が取得されて処理され、画像処理が完了する。
【0004】
一般的には、「追跡」システム及び「レンジ決め」システムを含めた２つの型のオート焦点システムがある。「追跡」システムの場合、表記の通り、連続した画像（繰返しの画像）が取得され、そこで２つの連続した取得画像の間で焦点決定処理が処理され、レンズが異なった焦点に設置された状態で次の画像が取得される。撮影されるシンボルや品目に合焦したことを焦点決定処理が示すまで前記処理が続けられ、そのレンズ位置で、合焦された画像が取得されて処理され、画像処理が終了する（たとえば、画像の中のシンボルが探られて復号（decode）されたりする）。
【0005】
レンジ決めの場合、撮影されるシンボルや品目とレンズまたはセンサとの距離が決定され、その後にレンズが決定した距離と関連付けられた位置に焦点が調節されように制御される。このように、たとえばレーザー光ビーム撮影されるシンボルや品目に関連した表面に向けて照射されて、反射ビームがシンボルとセンサ距離を判定するために検知され用いられて良い。
【0006】
用途によっては追跡方法が良く機能するが、高速な画像処理が必要とされ、または所望される用途には、これらの方法では速度が十分ではない。そのために、オート焦点システムはしばしば、次の画像を取得する前にレンズを調節するのに加え、取得画像をそれぞれ評価する焦点判断処理を実行して次に何をするかを決定する（すなわち、合焦していない場合に異なる焦点位置を使用して別の画像を取得し、合焦している場合に取得画像に画像処理を実行する）ことが良く知られるが、この画像繰返し毎に相当の時間を要する（たとえば数十ミリ秒）。総合繰返しシステムは、合焦した画像に画像処理を実行する前でさえ、合焦するのに数百ミリ秒かかることもある。この遅延時間はユーザ（たとえば、スワイプリーダを使用するユーザや、ハンドヘルド・シンボルリーダのユーザ）に知覚される。
【0007】
レンジ決めシステムでは、通常、追跡システムよりも早く動作する。しかしながら残念なことに、レンジ決めシステムは、専用のレンジ決めハードウェアに加え、他のシステムハードウェアを必要とし、そのためシステムの総合コストが上がる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
全体の処理を高速化するために高速プロセッサを用いることが知られてきており、これは、異なる焦点位置の画像を取得することと並行して画像を処理することによって合焦画像を取得しながらその画像に画像処理を施す。たとえば、カメラが最小位置から最大位置までの焦点位置の範囲を有するレンズである場合、異なる所定（すなわち画像に関係なく）の使用可能な全ての焦点位置でレンズを高速に続けて焦点調節させて、連続した画像を取得するように、レンズ及びカメラセンサを制御することもできる。それぞれの画像と次の画像を並行して取得した後に、総合画像処理を高速にするために取得画像は何らかの処理が施される。たとえば、ある場合では、所定の異なる使用可能焦点位置で次の画像を取得しながら、シンボルや品目の特徴を画像に探すように取得画像が処理され得る。他の場合では、異なる焦点位置での次の画像を取得しながら、画像内のシンボルを復号するように画像を処理することもできる。ここで、超高速プロセッサの場合には、非合焦の画像をコストをかけずに処理し、かつ、システムは使用可能な全ての合焦画像を１００ミリ秒以下で高速、連続に取得し処理して閲覧できる。
【0009】
他の場合には、プロセッサは本質的にソフトウェアスレッドを別々に実行でき、ここで、１つのスレッドが繰返し焦点調節を扱い、別のスレッドが同時に取得画像（すなわち、異なる合焦画像）毎に復号またはシンボルの特定を実行する。高速プロセッサの場合、非合焦画像の処理に関連する処理コストがかからないし、ある場合には、画像のシンボル位置などの利用可能な情報の部分的に復号されたデータなどは、正確に合焦した画像を取得する前のわずかに不鮮明な画像から取得することができる。
【0010】
前記に関連して、発明の実施形態少なくとも１つには、レンズを異なるレンズ焦点位置に設置可能な撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも一方を、前記撮影レンズが撮影されるシンボルに向くように配置する工程と、それぞれの画像が前記レンズ焦点の異なる位置で取得される、複数の画像を取得する工程と、それぞれの画像が取得された後の続く画像を取得している間に前記画像の画像処理を実行する工程と、を有し、前記画像処理が、前記取得された画像のシンボルを特定し、前記取得された画像のシンボルを復号する。
【0011】
ある場合には、前記焦点レンズが、最小焦点位置から最大焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、前記複数の画像を取得する工程が、前記焦点位置が前記範囲の一端から開始して前記範囲の他端に向かって段階的に増えていく位置で、連続して画像を取得する方法である。ある場合には、前記焦点レンズが、最小の焦点位置から最大の焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、かつ、前記処理が、前記画像の少なくとも１つに対して前記画像処理が成功して完了するか、前記異なる焦点位置のそれぞれの画像に対して前記画像処理が実行されるまで継続する方法である。ある場合には、前記焦点レンズが、最小の焦点位置から最大の焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、かつ、前記処理が、前記異なる焦点位置のそれぞれの画像に対して前記画像処理が実行されるまで継続する。ある場合には、前記複数の画像を取得する工程が、以前に取得された画像から取得されるデータの関数として次の焦点位置を選択する。
【0012】
ある場合にはさらに、前記レンズが撮影される前記シンボルに合焦されるか、前記レンズが撮影される前記シンボルに非合焦であるかの１つを判断するために画像の少なくとも１つのサブセット（sub set）を使用する工程をさらに有し、前記レンズが前記撮影されるシンボルに合焦し合焦されたレンズに対応した画像について前記画像処理を実行した後に前記処理を終了する。ある場合にはさらに、前記レンズが撮影されるシンボルに非合焦の場合、撮影されるシンボルに前記レンズをより合焦させる方法を決定するために前記取得画像の少なくとも１つを使用し、他の画像を取得する前に、撮影されるシンボルにより合焦するように調節する。
【0013】
他の実施形態では、レンズを異なるレンズ焦点位置に置くことの可能な撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、前記撮影レンズが撮影されるシンボルに向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも１つを配置する工程と、１つの異なる位置で前記レンズ焦点によってそれぞれの画像が取得される、複数の画像を取得する工程と、それぞれの画像が取得された後、次の画像を取得している間に、前記画像の画像処理を実行する工程と、を有する。
【0014】
ある実施形態においては、レンズを異なるレンズ焦点位置に置くことの可能な撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、イ）前記撮影レンズが撮影する品目に向くように、前記カメラ及び前記撮影されるシンボルの少なくとも１つを配置する工程と、ロ）焦点位置にレンズを設置する工程と、ハ）前記レンズが前記焦点位置にある状態で、前記品目の画像を取得する工程と、ニ）前記画像に画像処理を実行する工程、ホ）前記ニ）の工程を実行している間、撮影される品目の次の画像を取得する次の焦点位置を用いて、前記ロ）及び前記ハ）の工程を開始し、前記次の焦点位置が前の焦点位置の何れと異なっている工程、とを有する方法である。
【0015】
ある場合にはさらに、前記次の画像を用いて前記ニ）の工程を繰り返す工程をさらに有する。ある場合にはさらに、複数のレンズ焦点位置に対して前記ニ）及び前記ホ）の工程を繰り返す工程をさらに有する。ある場合にはさらに、前記画像処理がシンボル読取処理及びシンボル配置処理の１つである。ある場合にはさらに、次の焦点位置を使用して前記ロ）及び前記ハ）の工程を開始する前に、前記撮影される品目により合焦させる方法を決定するために前記取得画像の少なくとも１つを使用し、撮影される品目により合焦するように次の焦点位置を選択する工程をさらに有する。
【0016】
さらに他の実施形態では、レンズを異なるレンズ焦点位置に置くことの可能な撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する装置であって、複数の画像を取得するために、レンズが異なる焦点位置で画像がそれぞれの取得されるカメラを制御する工程と、画像がそれぞれ取得され、続く画像が取得されている間に、前記画像に画像処理を実行する工程と、を実行するようにプログラムされたプロセッサが設けられ、前記画像処理が、取得画像にシンボルを特定するか、取得画像にシンボルを復号するかの１つを有する装置である。
【0017】
ある場合には、前記焦点レンズが、最小の焦点位置から最大の焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、前記プロセッサが連続して画像を取得することによって複数の画像を取得するようにカメラを制御するようにプログラムされ、前記焦点位置が前記範囲の一端から開始して前記範囲の他端に向かって前記範囲の中で段階的に増えていく。ある場合には、前記焦点レンズが、最小の焦点位置から最大の焦点位置まで異なる焦点位置の範囲を有し、かつ、前記処理が、前記画像の少なくとも１つに対して前記画像処理が成功して完了するか、または前記異なる焦点位置のそれぞれの画像に対して前記画像処理が実行するまで、プロセッサが画像処理を実行する。
【0018】
ある場合には、前記レンズが撮影される前記品目に合焦されるか、前記レンズが撮影される前記品目に非合焦であるかの１つを判断するために画像の少なくとも１つのサブセットを使用し、前記レンズが前記撮影される品目に合焦し合焦されたレンズに対応した画像について前記画像処理を実行した後に前記処理を終了する工程を実行するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている。ある場合には、前記レンズが撮影されるシンボルに非合焦の場合、撮影されるシンボルに前記レンズをより合焦させる方法を決定するために前記取得画像の少なくとも１つを使用し、他の画像を取得する前に、撮影されるシンボルにより合焦するように調節する工程を実行するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている。
【0019】
ある実施形態では、レンズを異なるレンズ焦点位置に置くことの可能な撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する装置であって、レンズが異なる焦点位置で画像がそれぞれの取得される複数の画像を取得する工程と、画像がそれぞれ取得され、続く画像が取得されている間に、前記画像に画像処理を実行する工程と、を実行するようにプログラムされたプロセッサが設けられている装置である。
【0020】
ある実施形態では、撮影レンズを有する多焦点レンズを備えるカメラを用いて画像処理を実行する方法であって、イ）前記レンズを焦点位置に設置する工程と、ロ）前記レンズが前記焦点位置の状態で、前記品目の画像を取得する工程と、ハ）前記画像に画像処理を実行する工程と、ニ）前記ハ）の工程を実行している間、撮影される品目の次の画像を取得する次の焦点位置を用いて、前記イ）及び前記ロ）の工程を開始し、前記次の焦点位置が前の焦点位置の何れと異なっている方法である。
【0021】
ある場合には、前記プロセッサがさらに、次の画像を使用して前記ハ）の工程を繰り返す。ある場合には、前記プロセッサがさらに、複数のレンズ焦点位置に対して前記ハ）及びニ）の工程を繰り返す。ある場合には、前記画像処理が、シンボル読取処理及びシンボル位置特定処理のうちの１つである。
【0022】
前述及び関連の目的を達成するために、本発明は、さらに、以下に全てを説明する機能を有する。以降の説明及び添付の図面が、本発明の所定の例示の態様を詳細に説明する。しかしながら、これら態様は、本発明の原理が適用できる数種の方法のみを例示しているにすぎない。本発明の他の態様や、有利な点、新規な機能は、図面と一緒に検討することで、以降の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の少なくともある態様に関連する、注目の品目上のシンボルの画像を取得するハンドヘルドリーダ装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明は、様々な変形や代替の形態が考えられる一方で、本発明の具体的な実施形態が、図面の例によって示され、明細書に詳細に説明される。しかしながら、明細書の具体的な実施形態が開示された特定の形態に限定されて説明されるものではなく、反対に、本発明が添付の請求項で規定されるような特許請求の範囲内の全ての変形、等価、代替に及ぶことが意図されていることを理解すべきである。
【0025】
発明の主旨の種々の態様を添付の図面を参照しつつこれから説明するが、類似の参照番号はいくつかの図に亘って同等の要素に対応する。しかしながら、関連の図面や明細書の詳細な説明は、開示された特殊な形態に請求する主旨事項を限定することを意図するものではないことは理解されよう。むしろ意図するところは、請求する主旨事項の精神と範囲内の全ての変形、等価、代替に及ぶことである。
【0026】
「例」という語句は、ここでは例や、場合、事例を意味して用いられる。ここで説明する「例」としての何れの態様や設計は、他の態様や設計に亘る好適で有利なこととして解釈される必要はない。
【0027】
さらに、開示の主旨するところは、標準のプログラミングおよび／または工学技術を用いてシステム、方法、装置、または製造品として実現して良く、ソフトウェア、ハードウェア、またはこれらの何れの組合せを製造して、ここに詳述する態様を実現できる。「製造品」（または別には「コンピュータプログラム」）という言葉は、ここでは、何れのコンピュータ読取装置、搬送、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムにまで含めることを意図して用いられる。たとえば、コンピュータ読取媒体には、磁気記憶装置（たとえば、ハードディスク、フレキシブルディスク、磁気帯など）や、光ディスク（たとえば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサトルディスク（ＤＶＤ）など）、スマートカード、フラッシュメモリ装置（たとえば、カードスティック）が含められ、但しこれに限らない。さらに、搬送波が、電子メールの送受信やインターネットやローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などのネットワークのアクセスに使用されるなど、コンピュータ読取電子データを搬送するのに用いられることは理解されるべきである。もちろん、多数の変形が、請求する主旨の精神及び範囲から逸脱せずにこの構成に作られることは、当業者には理解できよう。
【0028】
さて、図面を参照し、ここでは類似の参照番号がいくつかの図に亘って同等の要素に対応しているが、さらに具体的には図１を参照し、本発明が例示のハンドヘルドリーダ１０の内容に説明され、該リーダは品目（たとえば１２）の表面に置かれたシンボル（たとえば１４）の画像を取得するために使用される。ここで本発明は、ハンドヘルド装置１０の内容で説明されるが、本発明が他の装置やシステムにも利用できることは理解され、該装置には食料品店や小売店で使用されるスワイプリーダ装置が含められ、顧客や調査員がラベルが意味するように画像窓に近接する領域に亘るシンボルを含む品目の表面を機械に通してそのシンボルの画像を取得し、該システムには設置カメラが含められ、コンベヤが種々のシンボルやパッケージを設置カメラの視野を通して移動させ、その結果カメラレンズとシンボルが用いられるパッケージや品目の表面との距離が品目から品目で変わることもあり得る。
【0029】
図１を参照し、ハンドヘルドリーダ１０はハンドル部２０を形成する剛性の樹脂収容体１６、ハンドル部２０から人間工学的に考慮された形状で延在する円筒部２２で構成される。トリガ１８が円筒部２２の直下のハンドル部２０の上端に設けられる。焦点距離調節可能なレンズ２４が円筒部２２の先端に設けられ、該レンズが視野２６を有する。レンズ２４は、米国特許第７，２６４，１６２号に記載されている液体レンズのような液体レンズを含め、これに限らない多焦点位置レンズの何れの形式でも良い。動作中、リーダ操作者がリーダ１０をカメラまたはレンズ視野２６が品目１２の表面を向くように配置し、リーダの視野２６の範囲内に配置されるべく、シンボル１４がその上に適用される。このように配置されると、ユーザが起動トリガまたはアクチュエータ１８を押すことでリーダ１０は視野２６内のシンボル１４の画像を取得する。合焦した画像すなわちシンボル１４が取得されると、リーダ１０のプロセッサがシンボルを復号し、復号した情報を他のソフトウェアアプリケーションに使用のために供給する。さらに、シンボル１４の復号が成功して完了した後に、復号が成功して完了したことをリーダ１０がユーザに示しても良い。ここで、図１に示されていないが、成功して復号したことの表示は音声ビープ音や、騒音、ＬＥＤなどの照明、その両方で提供されて良い。
【0030】
さて、図１について前述した要素に加えて、図２を参照し、リーダ１０はプロセッサ３０、カメラ／センサ３４、バッテリー４０、データベースまたはメモリ３２、及びシンボル復号の成功を示す音声生成器やＬＥＤなどの１つまたは複数のインタフェース装置３６を有する。プロセッサ３０がデータベース３２に接続され、そこでプロセッサ３０で実行されるプログラムが保存される。さらに、プロセッサ３０がカメラセンサ３４経由で取得された画像がデータベース３２に保存できる。また、プロセッサ３０はカメラセンサ３４と接続されてそれからの画像データを受信しても良く、電力を受信するためにバッテリー４０と接続されても良い。トリガ／アクチュエータ１８はシンボル読取処理を起動するためにプロセッサ３０に接続される。
【0031】
また、プロセッサ３０はレンズ２４の焦点位置または焦点距離を調整するために可変焦点レンズ２４に接続される。たとえば、ある用途では、レンズ２４はレンズ２４の焦点位置または焦点距離を１インチから２４インチの間のどこにでも調節するように制御できても良い。他にはレンズ範囲の値が無限である最大設定を可能とする値を有しても良く、イメージセンサがその焦点位置に置かれてその設定に対応する。以降、レンズ２４はレンズ範囲を規定する最大焦点位置及び最小焦点位置を有するものとする。さらに、一方の極値の最大位置、他方の極値の最小位置、及びその間の１８個の斬新する位置を含む計２０個のレンズ所定位置があるものとする。それぞれの画像が取得された後、及び追加の画像の取得と並行して、プロセッサ３０は前の取得画像にシンボルを復号する。シンボルが成功して復号されると処理は終了する。シンボルが成功して復号できない場合は画像が２０個の可能なレンズ位置でそれぞれ取得されるまで処理が継続する。
【0032】
次に図３を参照すると、レンズ視野２６内のシンボルの画像を取得するため、及びシンボルを素早く復号するための、図２で前述したプロセッサ３０によって実行される処理または方法５０が示される。ここで、一般に、レンズ焦点は初期に最大位置に設定され、最小焦点位置に向かって漸増する焦点位置を踏んでカメラ視野の複数画像を取得し、そこでは、レンズ２４が異なる焦点位置または焦点距離にある状態で、それぞれの画像が取得される。
【0033】
さらに図１から図３を参照し、処理ブロック５６にて、レンズ２４の焦点位置が最大位置に設置される。ブロック５８にて、レンズが最大焦点位置にある状態で最初のすなわち開始の画像が取得される。ブロック５８の後、２つの別の処理が並行して開始される。図３で、別々の処理が、５２及び５３とそれぞれ表記された並列の細い箱で囲まれている。見ての通りに、第１のサブ処理５２によって、プロセッサ３０がレンズ２４の異なる焦点位置でカメラ視野の次の画像を取得し続ける。サブ処理５４は取得画像内に認識された何れのシンボルも復号する。
【0034】
再び図１から図３を参照し、サブ処理５２によれば、ブロック５８で画像が取得された後、プロセッサ３０がレンズ２４を次の所定の中間焦点位置に設置する。ブロック６２で、別の画像がレンズの次の焦点位置で取得される。ブロック６２の後、制御が処理ブロック６４に移り、プロセッサ３０が現在のレンズ位置が最小焦点位置かどうかを判断する。現在のレンズ位置が最小焦点位置ではない場合、制御がブロック６０に戻り、プロセッサ３０が再びレンズ焦点位置を次の所定中間焦点位置に設置し、最小焦点位置に向かって漸増する。ブロック６０、６２及び６４を含む処理は、レンズがブロック６４で最小焦点位置になるまで続き、制御がブロック６６に移り、プロセッサ３０がカメラセンサ３４を介しての画像の取得を停止させる。さらに図３を参照し、再びブロック６４にて、レンズ位置が最小焦点位置かどうかを判断することと並行して、画像がブロック６２で取得された後、制御がまたブロック６８に移り、プロセッサ３０がブロック６２で取得された画像を復号する。
【0035】
再び図１から図３を参照し、画像がブロック５８または６２で取得された後、ブロック６８でプロセッサ３０が取得画像の中の何れのシンボルを復号する。判断ブロック７０で、シンボルの復号の試みが不成功のとき、制御がブロック７２に移り、プロセッサ３０が取得する連続した画像の最後の画像を復号するかどうかをプロセッサ３０が判断する。ブロック６８で最新の復号が最後の画像に対し実行されていない場合、制御がブロック６８に戻り、次の取得画像が復号の目的として検査される。ブロック６８での最新の復号の実行がブロック７２での最後の画像に実行されている場合、制御がブロック７４に移り、復号の試みが不成功であることをリーダ１０が表示する。
【0036】
ここで、復号の不成功は音声（たとえば復号が成功したときに関連する音声とは明らかに異なるビープまたはブザー音）またはＬＥＤ表示などで表示できる。さらに、復号の不成功は単に復号の成功の表示をしないことでも良い。レンズ２４が読取目的のシンボルに十分に合焦できないような位置にリーダ１０があるため復号が不成功になることもあり得て、その場合、リーダのユーザが単にリーダ装置をシンボルのある表面に近づけたり離したりして、トリガ１８を再び操作して前述の処理を繰り返すこともできる。
【0037】
再び図１から図３を参照し、ブロック７０で、シンボル１４が成功して復号された場合、制御がブロック７６に移り、復号の成功が表示されて良い。前述のように、復号の成功は音声騒音、ＬＥＤの点灯またはその両方の生成で表示しても良い。
【0038】
図３を再び参照し、ここで、シンボルを成功して復号することに要する総合時間は、異なるレンズ焦点位置で追加の画像を取得しながら取得画像内にシンボルを復号する、高速プロセッサ３０を用いることで実質的に削減できる。ある場合では、次の画像を取得する前の１つの画像でシンボルの復号が成功しても良く、見込まれる焦点位置のサブセットに対応する画像のサブセットのみが取得されても良い。たとえば、ここで説明する２０個の漸増レンズ焦点位置のある例示されたシステムにおいて、５つの焦点位置に対応する５つの画像の後に、シンボル１４がその５番目の画像で復号が成功したとき、もはや、続く画像は取得され復号される必要はないと言える。
【0039】
少なくともいくつかの実施形態では、シンボルに正確に合焦している画像を生成する前に、多少焦点ずれしている異なる画像が生成され、焦点ずれしているにも関わらず、復号されるべきデータの少なくとも幾分かを復号するのに利用でき、正確に合焦した画像が取得された後にシンボルを完全に復号するのに必要な工程が、これにより促進される。このため、サブ処理１４０が図３に示される処理５０の一部に代用され得、図４に示される。図３のブロック５８または６２の何れかの後に、制御が図４のブロック１４２に移り、プロセッサ３０（図２を再び参照）が以前の取得画像で続いて復号されていないデータの復号を実行する。ブロック１４４にて、新しいデータサブセットが復号されている場合、プロセッサ３０の制御が処理ブロック１４６に移り、新しいデータサブセットが保存される。次に、ブロック１４８にて、シンボル１４に関連するデータの全てが復号されると、制御が図３のブロック７６に戻され、復号が成功したことが表示される。しかしながら、ブロック１４８にて、シンボル１４に関連するデータの全てが復号されていないとき、制御は図３のブロック７２に戻され、前述の処理が継続される。
【0040】
さらに図４を参照して、ブロック１４４で、新しいデータサブセットが復号されていないとき、制御が図３のブロック７２に移り、前述のプロセスが繰り返される。このように、シンボル１４に関連する新しい部分またはデータのサブセットがブロック１４４で復号される毎に、シンボル１４に関連するデータの全てが速やかに復号されるまで、データがデータベースセブセットに追加される。ここで、実際の例を順に示す。
【0041】
図１を再び参照して、リーダ１０が異なるコード形式の間の自動識別ができ、コード形式が異なる方法で復号されることを考えよう。ここで、この形式のシンボルを実際に復号する前に、コード形式が識別されなければならない。しばしば、様々なコード形式が１つのコード形式を別と区別することに使われる全く異なる形態や異なる特徴を有することがあり、これら特徴や形態は不鮮明画像から識別でき、一方で復号されるべき実際のデータは不鮮明画像から容易には識別できない。この場合、復号処理の自動識別部は正確に合焦した画像を取得する前の不鮮明画像を使って実行され、復号処理は正確に合焦された画像が取得された後にさら高速に実行できるが、それは自動識別処理が完了しているからである。正確に合焦している画像を取得する前に不鮮明画像で部分的な復号がされる、他の反復復号処理も予期される。
【0042】
では図５を参照すると、図２に示されるハンドヘルドプロセッサ３０を介して実行される別の方法またはプロセス１０が示され、画像がリーダ１０経由で取得され、自動焦点処理及び同時復号処理を含めた並行処理が実行されてシンボルの総合復号が促進される。
【0043】
図１及び図２も参照し、ブロック１０２で、レンズ２４が初期焦点位置に設置される。ブロック１０４では、レンズの初期位置にある状態で初期画像が取得される。ブロック１０４の後に、１０５番で示す自動焦点サブ処理、及び１０７番で示す復号処理を含む２つの並列及び別のサブ処理が開始される。自動焦点処理１０５を参照して、処理ブロック１０６で、レンズがシンボル１４に合焦したかをプロセス３０が判断する。レンズが合焦したかを判断するために取得画像を用いる方法及びアルゴリズムは当技術分野で良く知られ、したがってここでは詳述しない。ここでは、取得画像を高速で検査し画像が合焦しているかどうかをプロセッサ３０が評価すると言えば十分であろう。ブロック１０６の後、制御が処理ブロック１０８に移り、レンズがシンボル１４に合焦している場合、焦点処理はブロック１１０で終了する。レンズがブロック１０８で非合焦の場合、制御がブロック１１２に移り、レンズがシンボル１４にさらに合焦させるためにどのように調整させるかをプロセッサ３０が判断する。ブロック１１４で、プロセッサ３０がシンボル１４にさらに合焦するようにレンズを調節し、ブロック１１６で、新しい次の画像が取得される。ブロック１１６の後、制御がブロック１０６に戻され、ブロック１０６、１０８、１１０、１１２、及び１１４を含めた処理がシンボルの合焦画像が取得されるまで続く。さらに、ブロック１１６の後、制御が復号サブ処理１０７のブロック１１８に移る。
【0044】
さらに図１、２、及び図５を参照し、ブロック１１８で、プロセッサ３０が取得画像の中に認識される何れのシンボルの復号を実行する。ブロック１２０で、シンボル１４の復号が成功する場合、制御がブロック１２６に移り、プロセッサ３０が成功した表示（たとえば音声やＬＥＤまたは照明装置の点灯、またはその両方）を行う。ブロック１２０で、シンボルの復号が不成功の場合、制御はブロック１２２に移り、プロセッサがすでに合焦画像の復号をしたかどうかの判断をプロセッサ３０がする。プロセッサが合焦画像の復号を未だ行っていない場合、制御がブロック１１８に戻され、プロセッサが取得画像の復号を試み続ける。ブロック１２２で、プロセッサが合焦画像を復号する試みをし、試みが不成功の場合（たとえば図５の１２０参照）、制御がブロック１２２に移り、プロセッサ３０が復号の不成功を表示する。
【0045】
例示されていないが、図４について前述のサブ処理に同種のサブ処理が図５に示す処理の一部に含まれるか代用されても良く、復号が不鮮明画像を用いて実行でき、正確に合焦された画像を取得する前に復号が完了できれば、図４について前述した近い方法で、総合の処理速度が促進される。
【0046】
シンボルの画像を取得してシンボルを復号することに関する処理が前記に説明されたが、本発明を用いることで促進され得る他の画像処理が予想されることが認められる。たとえば、プロセッサ３０で実行されるプログラムによって、プロセッサ３０が不鮮明の画像だけを使って、画像の中にシンボルの位置を特定するか、シンボルを特定し、その後、正確に合焦した画像を用いてのみ復号が実行できる。ここで、実際の復号は合焦画像が取得された後に発生し、シンボルの特定に要する工程が画像取得処理に並行して実行されるので、総合処理はさらに促進される。では図６を参照すると、図５に示す処理のサブセットを代用しても良いサブ処理が示され、正確に合焦した画像の取得前に、不鮮明な画像がシンボルの位置を特定することに用いられる。図１及び図２をさらに参照し、図５のブロック１０４または１１６の何れかの後、制御が図６のブロック１３２に移り、プロセッサ３０が取得画像にシンボルを特定することを実行する。ブロック１３４において、シンボルが取得画像に特定できない場合、制御が処理ブロック１３６に移り、プロセッサが合焦画像にシンボル１４を特定することをしているかどうかをプロセッサ３０が判断する。合焦画像にシンボル１４を特定することをプロセッサが実行していない場合、制御がブロック１３２に戻され、前述のプロセスが繰り返される。ブロック１３６で続け、プロセッサが合焦画像にシンボルを特定することを実行すると、制御が図５のブロック１２４に戻され、前述のプロセスが続けられる。
【0047】
さらに図１、２及び図６を参照し、ブロック１３４で、画像にシンボルが特定されると、制御がブロック１３５に移り、レンズが合焦しているかどうかをプロセッサ３０が判断する。レンズが合焦していると、制御がブロック１３７に移り、プロセッサ３０が合焦画像のシンボルの復号を実行する。ここで、シンボルの位置は既知なので、復号処理は促進される。ブロック１３９で、シンボルの復号が不成功のとき、制御が図５のブロック１２４に戻され、前述の処理が続けられる。ブロック１３９で、シンボルが成功して復号されると、制御が図５のブロック１２６に戻され、復号が成功したことを前述のようにして示される。
【0049】
別の一例では、画像にシンボルを特定する、あるいは復号を実行する代わりに、取得画像に注目の品目または目的物を特定することを実行する、別の装置及び方法が提供される。この目的のため、図３に示す処理のサブセットを代用しても良いサブ処理１９８が、図７に示される。図１、２を再び参照し、図３のブロック５８、または６２の何れかの後に、制御が図７のブロック２００に移る。処理ブロック２００で、プロセッサ３０が取得画像内に注目の品目の特徴を特定することを実行する。決定ブロック２０２で、注目の特徴が特定されると、制御がブロック２０８に移り、特徴物が特定されたことをプロセッサ３０が表示し、処理が終了する。ブロック２０２で、取得画像に注目の特徴が特定されないとき、制御がブロック２０４に移り、プロセッサが最後の画像に注目の特徴を特定することを実行するかどうかをプロセッサ３０が判断する。最後の画像が注目の特徴に対して調査されていないとき、制御がブロック２００に戻され、前述の処理が続けられる。最後の画像がブロック２０４で実行され、特徴が取得画像の何れにも特定されないと、制御がブロック２０６に移り、プロセッサ３０が何れの画像にも注目の特徴を特定することが不成功であることを表示する。
【0050】
特別な実施形態が前述に例示されたに過ぎず、発明は、当業者には明らかな、本明細書で教示する利益を有する、異なる、しかし等価の方法で、変形及び実施されて良い。さらには、本明細書に示された詳細な構成または設計を特許請求の範囲に記載される以外に制限する意図はない。したがって、前述の特別な実施形態は代替され変形され、そのようなバリエーションの全てが発明の請求の範囲と精神の範囲内と見なされることは明白である。したがって、本明細書で請求する保護は特許請求の範囲で説明されるものである。
【0051】
このように、本発明は、添付の特許請求の範囲で特定されるように、本発明の精神と範囲に入る全ての変形、等価、代替を含むものである。たとえば、最大の焦点位置から最小の焦点位置に繰り返す代わりに、所定の中間位置から開始して最大位置または最小位置まで繰り返して、反対方向に繰り返すことも良いし、最も画像化と復号処理が最近で成功した位置周辺に関連した焦点または位置で開始して最大位置または最小位置に向かって繰り返すなどでも良い。
【0052】
別の例として、前述の装置は撮像処理（たとえば、シンボルの復号）を完了させる一方で異なる焦点位置で画像を取得するが、他の装置では、また他の「画像形成」設定が焦点の変化に並行して調節される。たとえば、シンボルリーダが照明装置（図２の３５参照）を有し、照明の明るさそれぞれの焦点位置に対して複数の異なる設定に調節しても良く、焦点位置対照明の明るさの組合せのそれぞれに対して別々の画像が取得され、復号はそれぞれ取得画像に対して実行される。別の例では、異なるセンサ利得及び／または露光時間が異なる、それぞれの焦点位置の画像を取得することに用いられ、復号が画像取得処理に並行して実行される。
【0053】
実施形態は離散的なステップの焦点位置を踏むシステムを含むよう、前記に説明したが、さらにもう１つの例として、レンズが１つの限界焦点位置から他の限界焦点位置に向かって単純に駆動され、連続の画像が限界位置及び中間の一連の位置で得られるようにレンズ焦点位置が調節されて、画像が速やかに取得出来ても良い。この場合、それぞれの画像に対する露光時間が不鮮明さの無いかまたは最小であるように、そして、レンズ焦点が変化している間に焦点変化の程度が露出時間の間で最小または許容内にあるように、画像のそれぞれに対して露光時間が設定されることになる。ここで、許容とはレンズが合焦位置にあるときの取得画像に実行される画像処理が成功して完了するに十分な品質であることを意味する。
【0054】
たとえば、レンズ２４が液体レンズである場合、最小電圧がレンズに印加されると発生する最小焦点位置でレンズが始まる。印加電圧が最小電圧から最大焦点位置に対応する最大電圧までステップしても良い。この場合、最小焦点位置から最大焦点位置までの調節は調節期間を超える。たとえば、調節期間が６０ミリ秒でも良い。調節期間中、露光時間は１００マイクロ秒のような短い期間に設定され、６０マイクロ秒の露光時間中で、１ミリ秒毎に別々の画像が取得されて、結果、調節期間中に６０画像が取得される。この場合、最初の画像が取得されると、前述の実施形態と関連する方法で、続く画像を取得することと並行して、６０画像の処理を開始しても良い。他の実施形態では、６０画像全てが取得されてから、画像処理が速やかに実行されても良い。
【0055】
上記の説明に関連し、図８を参照し、レンズを最小位置から最大位置に向かって連続的に駆動しながら複数の画像を取得する方法２５０が示され、画像取得と並行に画像が処理されて画像の１つに現れるシンボルを復号される。ブロック２５２で、レンズ焦点が最小焦点位置に設置される。ブロック２５６で、レンズが最終最大位置に向かって駆動される。ここで、液体レンズの場合、印加電圧が最小から最大に１段階で印加される。
【0056】
図８をさらに参照すると、ブロック２５８の後、制御が並列するサブ処理２５８及び２６０に移る。サブ処理２５８に従い、ブロック２６２で、画像が高速、連続で取得され、最大位置に向かってレンズが駆動されて、中間焦点位置の画像が取得される。ここで再び、レンズの安定時間が６０マイクロ秒で露光時間が１マイクロ秒に設定されると、６０画像の総時間は安定時間内に取得される。ブロック２６４で、レンズ位置が最大焦点位置でない場合、制御がブロック２６２に戻され、さらに画像が取得される。最大レンズ位置が達成されると、ブロック２６６で画像取得処理が終了する。
【0057】
サブ処理２６０を参照し、ブロック２６８で、プロセッサが取得画像の１つのシンボルの復号を実行する。ブロック２７０でシンボルが復号されると、制御がブロック２８０に移り、復号の成功が表示される。復号が特定の画像で成功しないとき、処理がブロック２７２に移り、最後の取得画像を復号していないとき、制御がブロック２６８に戻り、さらに復号が異なる画像に対して実行される。最後の画像の復号を実行すると、制御がブロック２７８で復号の不成功が表示される。
【0058】
さて、図９を参照すると、少なくともいくつかの実施形態と関連する、さらにもう１つの処理３００が示され、一連の画像が速やかに取得、保存された後に、復号が実行される。この目的のために、ブロック３０２で、レンズ焦点が最小焦点位置に設置される。ブロック３０６で、レンズが最後の最大位置に向けて駆動される。ここで、液体レンズの場合、印加電圧が最小値から最大値に１段階で印加される。
【0059】
図９を参照し、ブロック３０６の後、制御がブロック３０８に移り、画像が高速、連続に取得されながら、最大位置に向けてレンズが駆動され、中間の焦点位置画像が取得される。取得画像が続けて解析のためにメモリに保存される。ここで再び、レンズの設置時間が６０マイクロ秒で露光時間が１マイクロ秒に設定され、総合の６０画像が設定期間に取得されるであろう。ブロック３１０で、レンズ位置が最大焦点位置ではないとき、制御がブロック３０８に戻り、さらに多くの画像が取得される。最大レンズ位置が達成されると、ブロック３１２で画像を取得する処理が終了する。
【0060】
ブロック３１４で、プロセッサが最初の取得画像にシンボルの復号を実行する。シンボルがブロック３１６で復号され、制御がブロック３２２に移り、復号が成功したこと表示する。復号が特別な画像で不成功の場合、制御がブロック３１９に移り、異なる画像について復号が実行される。復号が最後の画像に実行されると、制御がブロック３２０に移り、復号の不成功が表示される。