DE19960555A1 - Verfahren zum Auffinden und Lesen eines zweidimensionalen Strichcodes - Google Patents

Abstract

Zweidimensionale Strichcodes, die von einer Ruhezone aus weißem Raum umgeben sind, die einen Rand umfassen oder nicht umfassen kann, wobei jeder Strichcode codierte, digitale Information in einem Bitmuster aufweist, das vorzugsweise stochastisierte, codierte Datenbits darstellt, sind auf ein bedrucktes Medium gedruckt. Um die codierte, digitale Information aus dem bedruckten Medium herauszuziehen, wird das bedruckte Medium abgetastet, dann wird das Bitmuster innerhalb des bedruckten Mediums aufgefunden, indem ein Fenster schrittweise in einem vorherbestimmten Muster über das bedruckte Medium hinweg bewegt wird. Bei jedem Schritt wird der Teil des bedruckten Mediums, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft, um zu bestimmen, ob er zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt. Die Schrägstellung des Bitmusters, falls eine vorhanden ist, wird bestimmt, indem ein Erkenner endlicher Zustände in Kombination mit einer Hough-Transformationsberechnung verwendet wird. Bei einer Ausführungsform wird der Kandidatbereich in mehrere horizontale Bereiche unterteilt, vorläufige Schrägstellungswinkel werden für jeden Bereich berechnet, und der tatsächliche Schrägstellungswinkel wird unter Verwendung eines Wahlschemas ausgwählt. Sobald der Schrägstellungswinkel berechnet worden ist, wird die Schrägstellung des Bitmusters, falls notwendig, beseitigt, das Bitmuster wird zugeschnitten und die stochastisierte, digitale Information wird aus dem Bitmuster ...

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein verbessertes Verfahren zum Auf­ finden und Lesen innerhalb einer Abbildung gedruckter, zweidimensiona­ ler Strichcodes.

Im Gegensatz zu den häufigen Voraussagen, daß wir eines Tages in einer "papierlosen Gesellschaft" leben werden, spielen Papier und andere be­ druckte Medien eine zunehmend wichtige Rolle als ein billiges, effektives und zweckmäßiges Kommunikationsmittel. Eine grundlegende Einschrän­ kung bei Papier ist jedoch, daß es vom Standpunkt des Computers aus gegenwärtig ein Format allein zur Ausgabe ist. Während Papier das bevor­ zugte Medium zur Anzeige von Information für den Gebrauch durch den Menschen sein kann, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, daß ein Computer zuverlässig Daten wiederfinden kann, sobald sie gedruckt wor­ den sind. Die optische Zeichenerkennung (optical character recognition oder OCR) versucht, dieses Problem auf einem relativ einfachen Gebiet, wie Text, der unter Verwendung von Standardfonts ausgedrückt ist, zu lösen, hat dies aber bisher nur mit begrenztem Erfolg erreicht. Während Genauigkeitsraten von neunundneunzig (99%) Prozent vielleicht erzielbar sind und eindrucksvoll erscheinen mögen, wird eine Seite mit 3000 Zei­ chen noch im Durchschritt dreißig (30) OCR-Fehler aufweisen und somit eine teure und zeitraubende Nachbearbeitung von Hand benötigen.

Ein anderer Ansatz verwendet computerlesbare Strichcodes, die direkt auf Papier (oder einem anderen bedruckten Medium, wie Mikrofilm) enthalten sein können. Sobald sie codiert worden sind, können derartige Strichcodes von dem Computer verwendet werden, um Information wiederzufinden, die für den menschlichen Leser offenbar, aber für einen Computer schwie­ rig zu erkennen ist (z. B. gedruckter Text), Information, die zur Schaffung der Seite einbegriffen, jedoch für den menschlichen Leser im wesentlichen unsichtbar ist (z. B. Tabellenkalkulationsformulare), oder irgendwelche andere gewünschte Information, ob von dem tatsächlichen Zeichentext auf dem Papier abhängig oder nicht.

Computerlesbare Strichcodes, in denen digitale Daten direkt auf Papier aufgezeichnet sind, sind bekannt und sind dafür verwendet worden, eine Dokument- oder Produktkennzeichnung bereitzustellen, wobei ein fester Satz von Werten unter Verwendung einfacher numerischer Codierungs- und Lesetechniken gegeben ist. Dokument- oder Produktkennzeichnungs­ systeme, die in der Vergangenheit angewandt worden sind, umfassen Strichcodemarkierer und -lesegeräte, die in einem weiten Bereich von Schauplätzen Verwendung gefunden haben. Mit Bezug auf Papierdoku­ mente sind spezielle Markierungen oder Muster in dem Papier dazu ver­ wendet worden, Information über ein in Beziehung stehendes Ausrü­ stungsstück bereitzustellen, beispielsweise das Auftragssteuerungsblatt zur Bildverarbeitung, wie es von Hikawa in dem US-Patent Nr. 5 051 779 gelehrt wird. Ähnlich sind Kennzeichnungsmarkierungen, die codierte In­ formation umfassen, auf die Fläche vorgedruckter Formulare gedruckt worden, wie es in dem US-Patent Nr. 5 060 980 von Johnson et al be­ schrieben worden ist. Das System von Johnson et al schreibt vor, daß ein Benutzer handgeschriebene Information in die Felder einer Papierkopie des Formulars eingibt und dann das Formular abtastet, liest oder scannt, um Einträge in die Felder in dem Duplikatformular zu schaffen, das elek­ tronisch in dem Computer gespeichert ist. Ein weiteres System ist in dem US-Patent Nr. 5 091 966 von Bloomberg et al beschrieben, daß das Deco­ dieren von skulpturförmigen Codes lehrt, die digital codierte Daten auf Papier sind. Die Kennzeichnungscodes können von einem Computer gele­ sen werden und vereinfachen dadurch die Computerhandhabung des Do­ kuments, wie die Kennzeichnung, das Wiederfinden und das Übertragen eines solchen Dokuments.

Neben den oben beschriebenen, verschieden geformten Strichcodes sind zweidimensionale Strichcodes, die "Datenstreifen" genannt werden, mit mehreren Reihen aus "Datenlinien", die auf bedruckte Medien digital co­ dierte Information darstellen, in der Technik ebenfalls bekannt. Jede Da­ tenlinienreihe besteht aus einer Reihe aus schwarzen und weißen Pixeln oder Bildpunkten, die jeweils eine binäre "0" bzw. "1" darstellen. Die Ori­ entierung oder Ordnung der Bits in jeder Reihe bestimmt die darin gespei­ cherten digitalen Daten. Die in der Gesamtheit der Reihen gespeicherten Daten definieren die Daten, die in dem zweidimensionalen Strichcode ent­ halten sind. Um den Strichcode zu lesen, führt der Benutzer normalerwei­ se ein Handlesegerät (Handscanner), das gleichzeitig die Information in jeder Datenlinienreihe liest, vertikal entlang der Länge des Strichcodes, um alle Datenlinienreihen zu lesen.

Ein Beispiel eines Systems nach dem Stand der Technik, das einen zwei­ dimensionalen Datenstreifenstrichcode mit Reihen aus Datenlinien mit Papiermedien verwendet, wird in den US-Patenten Nr. 4 692 603, 4 754 127 und 4 782 221 von Brass et al gefunden. Bei diesem System bestehen zweidimensionale Strichcodes aus Datenlinienreihen, die dazu verwendet werden, Computerprogramme und Daten auf Papier zu codie­ ren, und unter Verwendung eines Handlesegerätes eingelesen oder ge­ scannt werden. Zusätzlich zum Codieren der Computerprogramme und Daten enthalten diese Datenlinien auch Folge- und Synchronisationsbits, die nachstehend als "Taktbits" bezeichnet werden. Die Anforderung zur Verwendung zahlreicher Taktbits direkt innerhalb jeder Datenlinienreihe reduziert die Menge von digitalen Daten wesentlich, die innerhalb jeder Reihe gespeichert werden kann. Wenn Datenlinienreihen mit Taktbits be­ schädigt sind, was üblich ist, wenn derartige Strichcodes fotokopiert oder durch Faksimilesysteme übertragen werden, würden ferner derartige Taktbits verlorengehen, was es schwierig, wenn nicht unmöglich, macht, die in dem Strichcode codierte Information zu decodieren. Andere Bei­ spiele von zweidimensionalen Strichcodes umfassen: (1) US-Patent Nr. 5 083 214 von Knowles, das ein zweidimensionales Strichcodesystem be­ schreibt, das innerhalb der codierten Daten selbst eingebettete Taktbits erfordert, und (2) US-Patent Nr. 4 924 078 von Sant'Anselmo et al. das ein zweidimensionales Strichcodesystem beschreibt, bei dem ein Orientie­ rungs- und/oder Zeitgebungszellenrand innerhalb des Körpers des Strich­ codes selbst enthalten ist.

In der anhängigen Patentanmeldung "A Clock-Free Two-Dimensional Bar­ code and Method for Printing and Reading the Same", (Serial Nr. 08/569 280, am 8. Dezember 1995 eingereicht) ("die '280-Anmeldung"), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme explizit enthalten ist, ist ein taktloser, zweidimensionaler Strichcode mit einem Rand auf min­ destens einer der vier Seiten des Strichcodes beschrieben, wobei der Rand außerhalb der Umgrenzungen des Strichcodes selbst angeordnet ist. Die zweidimensionalen Strichcodes werden manchmal "PanaMarks"® ge­ nannt. Wie es in Fig. 1A hierin abgebildet ist, ist ein zweidimensionaler Strichcode 10 an der unteren rechten Ecke einer bedruckten Seite 11 ge­ druckt, obwohl diese Position völlig beliebig ist. Bei der in Fig. 1A abgebil­ deten Ausführungsform ist der restliche Teil der bedruckten Seite 11 von gedrucktem Text 12 eingenommen. Jedoch wird ein Fachmann feststellen, daß irgendeine Art eines computererzeugten, bedruckten Materials, bei­ spielsweise ein Tabellenkalkulationsblatt oder Graphiken, den gedruckten Text 12 ersetzen kann. Der zweidimensionale Strichcode 10, der hierin in Fig. 1B abgebildet ist, umfaßt einen Rand 13, der an all seinen vier Seiten vorhanden ist. Wie es in der '280-Anmeldung vollständig beschrieben ist, ist der Rand 13, obwohl er nur auf einer der vier Seiten des zweidimensio­ nalen Strichcodes 10 notwendig ist, aus ästhetischen Gründen typischer­ weise auf allen vier Seiten enthalten.

In der anhängigen Patentanmeldung "A Borderless Clock-Free Two- Dimensional Barcode and Method for Printing and Reading the Same", (Serial Nr. 09/088 189, am 1. Juni 1998 eingereicht) ("die '189- Anmeldung"), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme explizit enthalten ist, ist ein taktloser, zweidimensionaler Strichcode ohne eine Rand (hierin in Fig. 2 gezeigt) zusammen mit Verfahren zum Drucken und Lesen desselben beschrieben. In der '189-Anmeldung sind zwei alternative Symbologien für den Strichcode dargestellt, und zwar eine erste Symbolo­ gie, die erfordert, daß die vier Eckenbits 21 schwarz sind (wenn auf einen weißen Hintergrund gedruckt wird), und eine zweite Symbologie, in der keine schwarzen Eckenbits 21 erforderlich sind. Als solche sind zwei al­ ternative Verfahren zum Lesen des Strichcodes von Fig. 2 in der '189- Anmeldung beschrieben, und zwar ein erstes Verfahren, das den Strich­ code verarbeitet, der keine Eckenbits erfordert, wie es durch das Flußdia­ gramm in Fig. 8A darin und der damit in Beziehung stehenden Beschrei­ bung beschrieben ist, und ein zweites Verfahren, das den Strichcode ver­ arbeitet, der Eckenbits benötigt, wie es durch das Flußdiagramm in Fig. 8B darin und die damit in Beziehung stehende Beschreibung beschrieben ist. Obwohl die beiden Verfahren zum Lesen des Strichcodes, die in der '189-Anmeldung beschrieben sind, befriedigende Ergebnisse liefern, wurde es herausgefunden, daß, wenn der Strichcode auf eine Seite mit einem komplexen Hintergrund gedruckt war, die durch den Auffindungsschritt 70 der Fig. 8A und 8B der '189-Anmeldung, die darin in Verbindung mit den Fig. 9A und 9B beschrieben ist, gelieferten Ergebnisse weniger als op­ timal waren, insbesondere bei der Anwesenheit von Einzellinienrauschzu­ ständen (d. h., eine beliebige Linie über den Strichcode hinweg mit einer Breite, die kleiner oder gleich der Breite eines Bitblocks innerhalb des Strichcodes ist, was oft bei gefaxten Dokumenten und durch schlecht ge­ wartete Drucker gedruckten Dokumenten auftreten kann). Zusätzlich wurde herausgefunden, daß Änderungen bei dem Schritt der Abschätzung des Schrägstellungswinkels über Hough-Transformation 71 der Fig. 8A und 8B der ' 189-Anmeldung vorgenommen werden könnten, um die Verarbei­ tungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Wegen der zunehmenden Verarbei­ tungsgeschwindigkeit des Schrittes der Abschätzung des Schrägstellung­ winkels über Hough-Transformation der vorliegenden Erfindung ist auch der Schritt der Abschätzung des Schrägstellungswinkels zur Vorlagenan­ passung 71 der Fig. 8B der '189-Anmeldung nicht länger erforderlich, der es erfordert, daß der Strichcode Eckenbits umfaßt, wodurch die Zahl von Bits verkleinert wird, die innerhalb des Strichcodes gespeichert werden kann, und eine weniger als optimale Verarbeitungsgeschwindigkeit auf­ weist.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum De­ codieren von Information zu schaffen, die digital in der Form eines randlo­ sen, taktfreien, zweidimensionalen Strichcodes codiert ist, der auf ein be­ drucktes Medium gedruckt ist, das bei Anwesenheit komplexer Hinter­ gründe arbeiten kann.

Es ist ein zusätzliches Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Decodie­ ren von Information zu schaffen, die digital in der Form eines randlosen, taktfreien, zweidimensionalen Strichcodes codiert ist, der auf ein be­ drucktes Medium gedruckt ist, das eine verbesserte Verarbeitungsge­ schwindigkeit aufweist.

Es ist außerdem ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum De­ codieren von Information zu schaffen, die digital in der Form eines randlo­ sen, taktfreien, zweidimensionalen Strichcodes codiert ist, der auf ein be­ drucktes Medium gedruckt ist und keine Eckenbits umfaßt.

Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Decodieren von Information zu schaffen, die digital in der Form eines zweidimensio­ nalen Strichcodes codiert ist, der auf ein bedrucktes Medium gedruckt ist, und der einen Rand umfassen kann oder auch nicht umfassen kann.

Verschiedene andere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfin­ dung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersicht­ lich werden, und die neuartigen Merkmale werden in den beigefügten An­ sprüchen besonders herausgestellt.

Diese und andere Ziele werden durch ein Verfahren zum Decodieren sto­ chastisierter Information erreicht, die auf ein von einem Menschen lesba­ res Medium in der Form eines Pixel- oder Bitmusters (Bitmaps) aus Rei­ hen und Spalten aus Datenpixeln gedruckt ist, die codierte Datenbits dar­ stellen. Jedes Datenpixel weist entweder eine erste oder eine zweite Farbe auf. Das Bitmuster weist eine vorherbestimmte Größe auf und ist von ei­ nem Außenbereich aus Pixeln mit einer vorherbestimmten, im wesentli­ chen gleichmäßigen Farbe umgeben. Ein Rand aus einer kontrastbilden­ den Farbe kann innerhalb des Außenbereichs vorhanden sein. Das vom Menschen lesbare Medium wird zuerst abgetastet oder gescannt, um das Bitmuster zu digitalisieren, und dann zu einer Grauskalendarstellung auf einer Pixelbasis formatiert. Die Grauskalendarstellung auf Pixelbasis wird in eine Binärdarstellung auf Pixelbasis umgewandelt, indem ein Schwel­ lenwertintensitätspegel auf der Grundlage der Grauskalendarstellung fest­ gelegt wird, und Pixel, die größer oder gleich dem Schwellenwert sind, auf einen ersten Pegel, z. B. "0", umgewandelt werden, und Pixel, die kleiner als der Schwellenwert sind, auf einen zweiten Pegel, z. B. "1", umgewandelt werden. Die Reihen- und Spaltenumgrenzungen des digitalisierten Bitmu­ sters werden aufgefunden oder lokalisiert, indem ein Fenster schrittweise in einem vorherbestimmten Muster über die Binärdarstellung auf Pixelba­ sis bewegt wird. Bei jedem Schritt wird der Teil der Darstellung, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft, um zu bestimmen, ob der Teil zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt, und die Umgrenzungen des digitalisierten Bitmusters werden als die Um­ grenzungen des Fensters festgelegt, wenn der Teil zu der einen Charakte­ ristik oder den mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt. Der Schrägstellungswinkel des digitalisierten Bitmusters wird bestimmt, und die Schrägstellung des digitalisierten Bitmusters wird gegebenenfalls be­ seitigt, so daß der Schrägstellungswinkel auf im wesentlichen Null verrin­ gert wird. Das digitalisierte Bitmuster wird danach gestutzt oder zuge­ schnitten, und die Binärdaten werden aus dem digitalisierten Bitmuster ausgelesen, wodurch ein eindimensionales Feld oder Array aus digitalen Daten erzeugt wird. Schließlich wird das eindimensionale Array entsto­ chastisiert, und es wird eine Fehlerkorrektur angewandt, um eine im we­ sentlichen fehlerfreie digitale Darstellung der codierten Information zu er­ zeugen.

Bei einer Ausführungsform umfaßt das Fenster, das bei dem Auffindungs- oder Lokalisierungsschritt verwendet wird, einen Kernbereich, der der vorherbestimmten Größe des Bitmusters entspricht, und einen Ruhebe­ reich, der dem Außenbereich entspricht. Das Prüfen umfaßt das getrennte Prüfen von Teilen der Darstellung, die von dem Kernbereich und dem Ru­ hebereich umgeben sind, um zu bestimmen, ob die Teile zu einem Cha­ rakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters bzw. des Außenbereichs passen. Vorzugsweise wird die Pixelverteilung jedes Be­ reichs geprüft, um zu bestimmen, ob sie in vorherbestimmte Bereiche fällt, um zu bestätigen, daß das Bitmuster in der Abbildung vorhanden ist, d. h., das Bitmuster im Kernbereich wird eine annähernd gleichmäßige Pi­ xelverteilung aufweisen, und der Außenbereich wird eine Pixelverteilung aufweisen, die Pixel nahe bei 100% mit entweder "0" oder "1" besitzt. Wenn die Teile der Darstellung, die von dem Kernbereich und dem Ruhe­ bereich umgeben sind, zu dem einen Charakteristikum oder den mehreren Charakteristiken des Bitmusters passen, werden die Umgrenzungen eines Kandidatbereichs für das digitalisierte Bitmuster auf die Umgrenzungen des Kernbereichs festgelegt. Wenn zusätzlich herausgefunden wird, daß die Teile der Darstellung, die von dem Fenster umgeben sind, die vorher­ gehende Prüfung bestehen, kann der Teil, der vom Kernbereich umgeben ist, auch zugeschnitten werden, um die äußeren Umgrenzungen des Kan­ didatbitmusters darin zu bestimmen, wenn die äußeren Umgrenzungen mit den vorherbestimmten Abmessungen des Bitmusters verglichen wer­ den, um weiter zu bestätigen, daß ein Bitmuster innerhalb des Fensters vorhanden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Schrägstellungswinkel bestimmt, indem zuerst alle horizontalen oder ver­ tikalen Kanten innerhalb des aufgefundenen Kandidatbereichs vorzugs­ weise unter Verwendung eines Erkenners endlicher Zustände aufgefunden werden. Die Koordinaten einer horizontalen oder vertikalen Linie inner­ halb des aufgefundenen Kandidatbereichs, die die horizontalen oder verti­ kalen Kanten darstellen, werden dann unter Verwendung der Hough- Transformation berechnet. Schließlich wird der Schrägstellungswinkel als der Winkel zwischen den Koordinaten der horizontalen oder vertikalen Li­ nie innerhalb des Kandidatbereichs und einer horizontalen Linie, die eine Reihe aus Pixeln innerhalb der Darstellung darstellt, oder einer vertikalen Linie, die eine Spalte aus Pixeln innerhalb des Kandidatbereichs darstellt, berechnet. Wahlweise können sowohl die horizontalen als auch vertikalen Kanten aufgefunden werden, und der Schrägstellungswinkel kann unter Verwendung sowohl der horizontalen als auch vertikalen Kanten berech­ net werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der Kandidatbereich in mehrere horizontale und/oder vertikale Bereiche unterteilt. Für jeden horizontalen und/oder vertikalen Bereich werden vorläufige Schrägstellungswinkel be­ rechnet, und der Schrägstellungswinkel wird durch ein Wahlschema aus den vorläufigen Schrägstellungswinkeln ausgewählt, beispielsweise wird der Medianwert ausgewählt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be­ schrieben, in dieser ist bzw. sind:

Fig. 1A ein Diagramm, das schematisch den zweidimensionalen Strichcode der '280-Anmeldung veranschaulicht, der auf eine Seite aus gedrucktem Text gedruckt ist, und Fig. 1B ein Beispiel des zweidimensionalen Strichcodes der '280- Anmeldung,

Fig. 2 ein Beispiel eines zweidimensionalen Strichcodes gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die Schritte zum Codieren und De­ codieren von Information auf einem bedruckten Medium gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4 ein zweidimensionaler Strichcode, der auf ein bedrucktes Medium mit einem komplexen Hintergrund gedruckt ist, wobei eine Ruhezone um den Strichcode herum vorgesehen ist,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das beschreibt, wie der zweidimensio­ nale Strichcode gemäß der vorliegenden Erfindung zu lesen ist,

Fig. 6 die Auslegung des Schiebefensters, das als Teil des Auffin­ dungsverfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 7A, 7B und 7C drei alternative Ausführungsformen von Suchmu­ stern, die als Teil des Auffindungsverfahrens der vorliegen­ den Erfindung verwendet werden,

Fig. 8 ein Schaubild des Erkenners endlicher Zustände, der dazu verwendet wird, Kantenpixel bei dem Verfahren zur Schräg­ stellungsabschätzung der vorliegenden Erfindung zu detek­ tieren,

Fig. 9A ist ein Diagramm eines Verfahrens zur Schrägstellungswin­ kelabschätzung nach dem Stand der Technik auf der Grundlage der Verwendung einer einzigen Linie innerhalb der Kantenabbildung, und Fig. 9B ist ein Diagramm des Wahlschemaverfahrens, das als Teil des Verfahrens zur Schrägstellungswinkelabschätzung der vorliegenden Erfin­ dung verwendet wird.

Wie es in den US-Patenten Nr. 5 625 721 und Nr. 5 703 972 von Lopresti et al. die beide mit "Certifiable Optical Character Recognition" betitelt sind, und in US-Patent Nr. 5 748 807, das mit "A Method and Means For En­ hancing Optical Character Recognition of Printed Documents" betitelt ist, deren Offenbarungsgehalte alle hierin explizit durch Bezugnahme einge­ schlossen sind, beschrieben ist, kann Information über Inhalte, Layout, Erzeugung und Wiederauffindung eines Dokuments durch einen Compu­ ter codiert werden, wenn das Dokument zu Beginn erzeugt wird oder bei einer anschließenden Computerverarbeitung desselben. Die codierte Do­ kumentinformation kann dann über einen zweidimensionalen Strichcode bereitgestellt werden, der auf der Fläche einer gedruckten Version des Do­ kuments erzeugt ist. Fortschrittliche Codier- und Druckauflösungsfähig­ keiten, die gegenwärtig verfügbar sind, können bis zu 30 000 Bits Infor­ mation auf dem Raum von einem einzigen Quadratzoll (645,16 mm²) auf­ nehmen. Deshalb kann man, wie es durch die oben genannten Anmel­ dungen gelehrt wird, theoretisch die gesamten Dokumentinhalte codieren, wobei dies nur durch die Menge an Raum auf der Dokumentfläche be­ grenzt ist, die man dem zweidimensionalen Strichcode zu opfern gewillt ist. Ein Strichcodelesegerät in Verbindung mit einem optischen Seiten­ scanner oder Seitenlesegerät oder vollständig getrennt von diesem, kann den zweidimensionalen Strichcode abtasten und die Information einem zugehörigen System liefern, das mit der geeigneten Erkennungs- und De­ codier-Software ausgestattet ist. Die decodierte Information kann dann von dem Abtastsystem dazu verwendet werden, eine neue Version des Do­ kuments zu schaffen oder die Erkennung, Wiedergabe und Fehlerkorrek­ tur für das gescannte oder abgetastete Dokument zu verbessern. Um den zweidimensionalen Strichcode zu decodieren, ist es nicht erforderlich, daß ein derartiges Strichcodelesegerät- und -abtastsystem die Druckauflösung des zweidimensionalen Strichcodes kennt, vorausgesetzt, daß die Ab­ tastauflösung des Lesegeräts in der Lage ist, mindestens eine 3 × 3- Pixelmatrix für jedes logische Bit des zweidimensionalen Strichcodes für die bevorzugte Ausführungsform des unten in bezug auf Fig. 8 diskutier­ ten Erkenners endlicher Zustände herzustellen.

Die in der Form eines zweidimensionalen Strichcodes codierte Information kann dazu verwendet werden, die Software-Werkzeuge zu verbessern, die bereits dazu verwendet werden, Papierdokumente zu schaffen. Beispiele umfassen Textverarbeitungs-, Tabellenkalkulations-, objektorientierte Graphik- und Multimediaanwendungen, wie Sprachaufzeichnung und fo­ tografische Bildgebung.

Der Rand 13, der bei dem zweidimensionalen Strichcode 10 von Fig. 1 verwendet wird, war kein kritisches Merkmal der Erfindung, die in der '280-Anmeldung offenbart ist, da der größte Teil der darin beschriebenen Schlüsselverfahrensschritte funktioniert, ob ein Rand vorhanden ist oder nicht. Jedoch wurde der Rand 10 bei der '280-Anmeldung von den Schritten der Schrägstellungsabschätzung und der Schrägstellungsbesei­ tigung verwendet.

Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel der zweidimensionalen Strichcodesym­ bologie, die bei der '189-Anmeldung eingeführt wurde. Ein zweidimensio­ naler Strichcode 20 umfaßt einen codierten Satz aus Datenbits in einem zweidimensionalen Gitter. Typischerweise wird jedes Datenbit; das codiert ist, als eine Matrix aus schwarzen oder weißen Pixeln 23 gedruckt. Eine Pixelmatrix, die ein Datenbit darstellt, ist quadratisch und kann so klein wie eine 1 × 1-Matrix bis so groß wie eine 6 × 6-Matrix oder größer sein. Es können auch nichtquadratische Matrizen verwendet werden. Es sind keine Takte oder Ränder bei der Symbologie für den zweidimensionalen Strichcode 20 notwendig oder erforderlich. Bei der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist der zweidimensionale Strichcode 20 ein 20 × 20-Array aus Datenbits, wobei jedes Bit in einer 9 × 9-Pixelmatrix gespeichert ist, ob­ wohl festgestellt werden kann, daß die Größe flexibel ist, und daß die ein­ zige Anforderung an die Größe ist, daß der Leseprozeß die Größe des co­ dierten Arrays kennt.

In der '189-Anmeldung sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Strichcode-Symbologie beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform sind die vier Eckenbits 21 immer schwarz (wenn auf einen weißen Hintergrund gedruckt wird). Die vier Eckenbits 21 bei der ersten Ausführungsform werden "Ankerbits" genannt. Die restlichen Datenbits bei der ersten Aus­ führungsform der ' 189-Anmeldung sind pseudo-stochastisiert (pseudo­ randomized) und können irgendeine Kombination gewünschter Informati­ on und Fehlerkorrekturbits enthalten. Die Symbologie der ersten Ausfüh­ rungsform sorgt für eine gute Schrägstellungsabschätzung, wenn die Schrägstellung klein ist und der zweidimensionale Strichcode 20 frei von irgendeiner Beschädigung ist. Jedoch macht die Plazierung der Ankerbits 21 in der Ecke diese gegenüber Beschädigung anfällig. Somit gibt es bei der in der '189-Anmeldung beschriebenen zweiten Ausführungsform keine Forderung nach Ankerbits 21, und der zweidimensionale Strichcode 20 ist einfach ein N×M-Array aus Datenbits, vorzugsweise mit N = M = 20, wo­ bei in diesem Fall für die Speicherung von bis zu 50 Bytes (400 Bits) In­ formation gesorgt wird. Bei der zweiten Ausführungsform sind alle Daten­ bits pseudo-stochastisiert und können irgendeine Kombination ge­ wünschter Informations- und Fehlerkorrekturbits enthalten. Vorzugsweise wird ein herkömmlicher (7, 4) Hamming-Code als der Fehlerkorrekturcode verwendet, um statistisches Rauschen zu detektieren und zu korrigieren, wobei in diesem Fall der zweidimensionale Strichcode bis zu 28 Bytes (224 Bits) Information festhalten kann.

Fig. 3 veranschaulicht die Schritte, die in dem Codier/Decodier-Prozeß enthalten sind. Mit der Ausnahme, wie es hierin in bezug auf die Verfah­ ren der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist jeder Schritt ausführli­ cher in der '280-Anmeldung und/oder in der '189-Anmeldung beschrie­ ben. Während des Codierprozesses werden zunächst Eingangsdaten in der Form eines eindimensionalen, linearen Bitstroms verarbeitet, um bei Schritt 30 einen normalen, auf Blöcken beruhenden Fehlerkorrekturcode ("ECC") zu addieren, bei Schritt 31 stochastisiert, bei Schritt 32 von einem eindimensionalen Bitstrom auf eine zweidimensionale Darstellung, d. h., den zweidimensionalen Strichcode, abgebildet, und der zweidimensionale Strichcode wird schließlich bei Schritt 33 gedruckt. Der Decodierprozeß wiederholt diese Schritte in umgekehrter Reihenfolge, wobei der gedruck­ te, zweidimensionale Strichcode bei Schritt 34 gelesen wird, bei Schritt 35 aus einer zweidimensionalen auf eine eindimensionale Darstellung abge­ bildet wird, bei Schritt 36 entstochastisiert wird, und schließlich bei Schritt 37 der ECC angewandt wird, um den "rohen" linearen Bitstrom wiederherzustellen. Insbesondere werden die Verfahren der vorliegenden Erfindung bei dem Leseschritt 34 verwendet.

Fig. 5 veranschaulicht die Schritte bei dem Leseverfahrensschritt der vor­ liegenden Erfindung. Zuerst wird die gescannte oder abgetastete Grau­ skalenabbildung durch den Schwellenwertbildungsschritt 100 in schwarz und weiß umgewandelt, wobei ein bestimmter Intensitätspegel dynamisch ausgewählt wird (z. B. der mittlere oder Medianwert-Pixelwert) und Pixel mit einem Pegel gleich oder über dem ausgewählten Intensitätspegel wer­ den als schwarz (oder weiß) angesehen, und Pixel mit einem Intensitätsp­ egel, der kleiner als der ausgewählte Intensitätspegel ist, werden als weiß (oder schwarz) angesehen. Um den Prozeß zu beschleunigen, wird als nächstes wahlweise die Auflösung der gescannten oder abgetasteten Ein­ gangsabbildung bei Schritt 102 reduziert, wie es unten weiter diskutiert wird. Danach wird bei Schritt 104 durch das Schiebefensterverfahren der vorliegenden Erfindung ein zweidimensionaler Kandidatstrichcodebereich lokalisiert oder aufgefunden und aus der Eingangsabbildung herausgezo­ gen, wie es unten in bezug auf die Fig. 4, 6 und 7 weiter diskutiert wird. Wenn bestimmt wird, daß ein Kandidatbereich einen zweidimensionalen Strichcode umfaßt, wird der Kandidatbereich bei Schritt 104 aus der ur­ sprünglichen Abbildung herausgezogen (mit der ursprünglichen Auflö­ sung). Dann wird bei Schritt 106 der Schrägstellungswinkel des zweidi­ mensionalen Strichcodes innerhalb des Kandidatbereichs durch das Ver­ fahren der vorliegenden Erfindung abgeschätzt, wie es mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 hierin weiter beschrieben wird.

Sobald der Schrägstellungswinkel bekannt ist, wird er bei Schritt 108 wie notwendig korrigiert, wie es in der '189-Anmeldung ausführlicher be­ schrieben ist. Wenn der Schrägstellungswinkel ϕ größer als ein minimaler Schwellenwert α ist, über welchen der Leseschritt 112 nicht länger in der Lage ist, den Strichcode zuverlässig zu lesen, jedoch unter einem zweiten Schwellenwert β, wird ein einfaches Schrägstellungsbeseitigungsverfahren angewandt. Wenn der Schrägstellungswinkel ϕ größer als der zweite Schwellenwert β ist, der typischerweise auf sieben Grad Schrägstellung festgelegt ist, wird ein trigonometrischer Schrägstellungsbeseitigungspro­ zeß angewandt, der mehr Verarbeitungszeit als das einfache Schrägstel­ lungsbeseitigungsverfahren benötigt. Das einfache Schrägstellungsbeseiti­ gungsverfahren wendet das Scher-Dreh-Verfahren an, und ist vollständig in der '189-Anmeldung in bezug auf die Fig. 16A, 16B und 16C darin of­ fenbart. Das trigonometrische Schrägstellungsbeseitigungsverfahren ist auch vollständig in der '189-Anmeldung in bezug auf Fig. 17 darin be­ schrieben.

Der Kandidatbereich wird wahlweise bei Schritt 110 zugeschnitten, um eine enge Umgrenzung um den zweidimensionalen Strichcode herum zu schaffen, wie es unten weiter beschrieben ist. Schließlich wird die Infor­ mation, die in dem zweidimensionalen Strichcode codiert ist, bei Schritt 112 aus dem Kandidatbereich gelesen, wie es in den '280- und '189- Anmeldungen vollständig beschrieben ist. Der Kandidatbereich kann so­ wohl bei dem Zuschneideschritt 110 als auch dem Leseschritt 112 geprüft werden, um sicherzustellen, daß er bestimmte Charakteristiken des zwei­ dimensionalen Strichcodes enthält, und in dem Fall, daß der Kandidatbe­ reich derartige Charakteristiken nicht enthält, kann die Verarbeitung zu dem Auffindungsschritt 104 zurückkommen, um die Suche nach einem Kandidatbereich wiederaufzunehmen.

Der erste Schritt 102 des Leseprozesses verringert die Auflösung der Ab­ bildung um einen Faktor von vorzugsweise vier, um den Auffindungs­ schritt 104 zu beschleunigen, obwohl ein Fachmann feststellen kann, daß die Auflösung der Abbildung um andere Faktoren verringert werden kann, und, wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit kein Thema ist, muß dieser Schritt überhaupt nicht ausgeführt werden. Die Eingangsabbildung wird vorzugsweise einfach unterabgetastet, um eine Abbildung mit niedrigerer Auflösung zu schaffen. Die folgende Gleichung beschreibt, wie eine Abbil­ dung mit verringerter Auflösung aus der ursprünglichen Eingangsabbil­ dung erzeugt werden kann:

R(I, J) = O(Reihe_Sprung * I, Spalte_Sprung * J) (1)

für:

0 ≦ I < Reihe_m/Reihe_Sprung
0 ≦ J < Spalte_m/Spalte_Sprung

wobei O(x, y) die ursprüngliche Eingangsabbildung darstellt, R(x, y) die reduzierte Abbildung darstellt, Reihe_m und Spalte_m jeweils die vertikale bzw. horizontale Größe des Eingangsabbildungs-Arrays darstellen, und Reihe_Sprung und Spalte_Sprung jeweils Abtastfaktoren in den vertikalen bzw. horizontalen Richtungen sind. Vorzugsweise sind Reihe_Sprung und Spalte_Sprung beide gleich 4. Wie der Fachmann feststellen kann, können andere Verfahren zur Verringerung der Auflösung der Eingangsabbildung das durch Gleichung (1) beschriebene, bevorzugte Verfahren ersetzen.

Der Auffindungsschritt 104 bestimmt den Ort des zweidimensionalen Strichcodes innerhalb einer gegebenen Dokumentabbildung. Verfahren nach dem Stand der Technik zur Auffindung umfassen ein einfaches Auf­ findungsschema auf der Grundlage der Verteilung eines Histogramms der horizontalen und vertikalen Projektion von Abbildungspixeln, wie es in der '280-Anmeldung beschrieben ist, und ein mathematisches, auf Morpholo­ gie beruhendes Schema, das in der anhängigen Patentanmeldung "Method of Locating a Machine Readable Two Dimensional Barcode Within an Image (amended)", (Serial Nr. 08/822 347, am 17. März 1997 eingereicht) ("die '347-Anmeldung") beschrieben ist. Das einfache Auffindungsschema der '280-Anmeldung ist ungeachtet des Ortes des zweidimensionalen Strichcodes innerhalb einer Abbildung relativ schnell, liefert jedoch keine optimalen Ergebnisse, wenn der zweidimensionale Strichcode auf einen komplexen Hintergrund gedruckt ist, Einzellinienrauschen umfaßt oder einen Schrägstellungswinkel aufweist, der größer als fünf Grad ist. Das auf Morphologie beruhende Auffindungsschema der '347-Anmeldung kann mit Dokumenthintergründen wie gedrucktem Text umgehen, kann jedoch nicht mit komplexen Hintergründen, wie dem dunklen Hintergrund 220 von Fig. 4 umgehen und ist im Hinblick auf die Verarbeitungsgeschwin­ digkeit nicht so effektiv. Das unten beschriebene Verfahren der vorliegen­ den Erfindung hat die günstigen Eigenschaften der beiden Verfahren nach dem Stand der Technik und ist in der Lage, den zweidimensionalen Strichcode aufzufinden, wenn er auf ein Dokument gedruckt ist, das einen komplexen Hintergrund, wie den dunklen Hintergrund 220 von Fig. 4, umfaßt.

Nach Fig. 4 wird nun beim Drucken eine Ruhezone 200 aus weißem Raum explizit um den zweidimensionalen Strichcode 210 herum geschaffen, um die Genauigkeit des Auffindungsprozesses zu verbessern, wenn der zwei­ dimensionale Strichcode 210 in einem bedruckten Medium eingeschlossen ist, das komplexe Hintergründe, wie Hintergrund 220, enthält. Die Ruhe­ zone 200 verbessert auch die Genauigkeit des Auffindungsprozesses bei der Anwesenheit von Linienrauschen und Schrägstellung des zweidimen­ sionalen Strichcodes. Wie es in Fig. 1A gezeigt ist, ist, wenn der zweidi­ mensionale Strichcode in einer Ecke eines Dokuments außerhalb der Grenzen angeordnet ist, in denen die Dokumentinhalte, wie Text oder Graphiken, liegen, von Natur aus eine Fläche aus weißem Raum vorhan­ den. Jedoch zeigt sich eine viel schwierigere Situation, wenn ein Doku­ ment keine derartigen Grenzen oder anderen Flächen aus weißem Raum umfaßt. Somit kann dadurch, daß explizit die Anwesenheit einer Ruhezo­ ne 200 um den zweidimensionalen Strichcode 210 herum erforderlich ist, der zweidimensionale Strichcode 210 überall auf einem Dokument mit ei­ nem komplexen Hintergrund plaziert sein, wie es allgemein in Fig. 4 ge­ zeigt ist, und dennoch durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gelesen werden.

Der Auffindungsschritt 120 von Fig. 5 zieht Nutzen aus der Tatsache, daß der zweidimensionale Strichcode in der Mitte einer Ruhezone (weißer Be­ reich) angeordnet ist, wobei die Kombination auf jede Art von Dokument­ hintergrund gedruckt werden kann. Deshalb ist der zweidimensionale Strichcode von einem weißen Randbereich umgeben, wie es in Fig. 4 ge­ zeigt ist. Wie ein Fachmann feststellen wird, erfordert die Ruhezone, daß im wesentlichen alle Pixel darin die gleiche Farbe aufweisen, jedoch kann die besondere Farbe schwarz oder weiß sein (oder eine andere Farbe im Fall eines Farbdokuments, die in dem Schwellenwertschritt 100 in schwarz oder weiß umgewandelt wird). Der Auffindungsschritt 120 muß ein gewisses Niveau an "Speckle"-Rauschen und Linienrauschen gestat­ ten, das in die Ruhezone beispielsweise während des Druckens oder Abta­ stens bzw. Scannens eingeleitet wird. Der Auffindungsschritt 120 verwen­ det das in Fig. 6 veranschaulichte Schiebefenster 300, um einen zweidi­ mensionalen Strichcode in der Eingangsabbildung aufzufinden. Insbeson­ dere wird das Schiebefenster 300 über die Eingangsabbildung hinweg be­ wegt und wird an ausgewählten Positionen dazu verwendet, den Teil der Abbildung innerhalb der Umgrenzungen des Schiebefensters 300 heraus­ zuziehen. Der herausgezogene Teil der Abbildung wird dann geprüft, um zu bestimmen, ob ein zweidimensionaler Strichcodekandidatbereich darin vorhanden ist, wie es unten weiter diskutiert wird. Das Schiebefenster 300 weist zwei Bereiche auf: (1) einen Kernbereich 310 und (2) einen Ruhebe­ reich 320. Der Kernbereich 310 entspricht dem zweidimensionalen Strich­ code selbst, und der Ruhebereich 320 entspricht der Ruhezone des zwei­ dimensionalen Strichcodes. Die Größe der beiden Bereiche ist hauptsäch­ lich durch die Spezifikation des zweidimensionalen Strichcodes, d. h., die Größe des zweidimensionalen Strichcodes 210 und der Ruhezone 200, die in Fig. 4 gezeigt sind, bestimmt. Da jedoch die Größe des rechteckigen Fensters, die notwendig ist, um den zweidimensionalen Strichcode zu ent­ halten, zunimmt, wenn der zweidimensionale Strichcode schräggestellt ist, wie dies durch den schräggestellten, zweidimensionalen Strichcode 330 in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Größe des Kernbereichs des Schiebefensters 300 geringfügig größer als die erwartete Größe des zweidimensionalen Strich­ codes, um sich an Umstände anzupassen, bei denen ein zweidimensiona­ ler Strichcode bis zu einer bestimmten maximalen Größe schräggestellt ist. Zusätzlich gestattet diese Eigenschaft auch, daß der zweidimensionale Strichcode während des Druck- und/oder Scanprozesses geringfügig ver­ größert und dennoch durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgefunden werden kann.

Es können verschiedene Suchmuster für das Schiebefenster 300 verwen­ det werden. Der Einfachheit halber kann das Suchmuster von der oberen linken Ecke der Abbildung starten und Reihe um Reihe von links nach rechts für jede Reihe abtasten, wie es in Fig. 7A gezeigt ist, was leicht durchzuführen ist, jedoch keinerlei a priori Wissen um den Ort des zwei­ dimensionalen Strichcodes innerhalb einer gegebenen Abbildung verwen­ det und deshalb nicht das effektivste Suchverfahren sein kann.

In der Praxis wird der zweidimensionale Strichcode gewöhnlich an einen vordefinierten Ort innerhalb einer Seite gedruckt. Wenn decodiert wird, braucht somit nur ein kleiner Teil der gesamten Dokumentabbildung durch das Schiebefenster 300 abgetastet werden. Dieser kleine Bereich wird gewöhnlich durch die Abtastvorrichtung gemäß dem erwarteten Ort des zweidimensionalen Strichcodes, z. B. in jeder Ecke des Dokuments, erhalten. Sobald der kleine Bereich (oder Bereiche) herausgezogen sind, ist es wahrscheinlicher, daß sich der zweidimensionale Strichcode näher an der Mitte des herausgezogenen kleinen Bereichs als an der Umgrenzung befinden wird. Das bevorzugte Suchmuster startet von der Mitte des her­ ausgezogenen kleinen Bereichs und dehnt sich in einem spiralähnlichen Muster nach außen aus, wie es in Fig. 7B gezeigt ist, was es gestattet, daß der zweidimensionale Strichcodekandidatbereich viel schneller aufgefun­ den wird, als durch das einfache Verfahren, das in bezug auf Fig. 7A dis­ kutiert wurde. Jedoch kann die Implementierung dieses Suchverfahrens komplizierter sein. Deshalb kann alternativ ein Suchmuster, das weniger kompliziert als das Suchmuster von Fig. 7B durchzuführen jedoch schneller als das Suchmuster von Fig. 7A ist, unter Verwendung eines Sprungreihensuchmusters durchgeführt werden, wie es in Fig. 7C veran­ schaulicht ist, das reihenweise in dem herausgezogenen kleinen Bereich sucht. Wie es in Fig. 7C gezeigt ist, startet das Sprungreihensuchmuster das Suchen in der mittleren Reihe, springt dann von der mittleren Reihe eine Reihe nach oben und eine Reihe nach unten, dann von der mittleren Reihe zwei Reihen nach oben und zwei Reihen nach unten, wobei jede Reihe durchsucht wird, bis ein zweidimensionaler Kandidatstrichcodebe­ reich gefunden wird oder das obere Ende und das untere Ende des her­ ausgezogenen kleinen Bereichs erreicht sind. Für jede Reihe sucht das Sprungreihensuchmuster von links nach rechts. Obwohl es nicht so ef­ fektiv wie das spiralähnliche Muster von Fig. 7B ist, ist es leichter durch­ zuführen.

Wenn eine verbesserte Effektivität notwendig ist, kann ferner jedes hierin diskutierte Suchmuster derart modifiziert werden, daß es durch Über­ springen einiger Abtastwege sucht, so daß nur entlang der geradzahligen Wege gesucht wird, wie es in den Fig. 7A-7C gezeigt ist.

Wenn das Schiebefenster jeden Ort passiert, wird der Abbildungsbereich innerhalb des Schiebefensters 300 geprüft, um zu sehen, ob er bestimmte Charakteristiken des zweidimensionalen Strichcodes enthält. Wie es oben angedeutet wurde, sind die Bits in dem zweidimensionalen Strichcode sto­ chastisiert und enthalten eine gleichmäßige Verteilung von Bits. Zusätz­ lich ist die annähernde Größe des zweidimensionalen Strichcodes be­ kannt, und der zweidimensionale Strichcode ist von einer Ruhezone aus weißem Raum umgeben. Das Auffindungsverfahren der vorliegenden Er­ findung prüft den Abbildungsbereich bei jedem Schritt, um zu bestimmen, ob er diese Merkmale enthält, und somit zu bestimmen, ob der Abbil­ dungsbereich als ein zweidimensionaler Strichcodekandidatbereich aus­ gewählt werden sollte.

Als eine erste Prüfung an jeder Position wird der Kernbereichsdichtewert der Abbildung innerhalb des Kernbereichs 310 des Schiebefensters 300 geprüft, um zu bestimmen, ob er in einen vorbestimmten Bereich fällt. Weil die Bits innerhalb des zweidimensionalen Strichcodes wegen des Sto­ chastisierungsprozesses (randomization process) in einem gleichmäßigen Muster verteilt sind, wird insbesondere ein perfekt gleichmäßiger, zweidi­ mensionaler Strichcode eine gleiche Anzahl von schwarzen Pixeln und weißen Pixeln aufweisen. Die "Kernbereichsdichte" ist als das Verhältnis der Anzahl von schwarzen Pixeln zur Gesamtzahl von Pixeln innerhalb des Kernbereichs 310 des Abtastfensters 300 definiert. Weil der oben disku­ tierte Binärisierungsprozeß (binarisation process) der Abtastvorrichtung oder des Schwellenwertschrittes 100 bewirken kann, daß der zweidimen­ sionale Strichcodebereich zu dunkel oder zu hell ist, kann die Kernbe­ reichsdichte geringfügig auf einem Niveau schwanken, das etwas niedriger oder höher als 0,5 ist. Deshalb kann der Kernbereichsdichtewert in einem vorherbestimmten Bereich um 0,5 herum liegen. Wenn der zu decodieren­ de, zweidimensionale Strichcode einen Rand umfaßt, müssen zusätzlich der Schwellenwert und der Bereich der Kernbereichsdichte entsprechend eingestellt werden, um den zusätzlichen schwarzen Pixeln Rechnung zu tragen, die aufgrund des schwarzen Randes vorhanden sind (falls z. B. der Schwellenwert 0,5 beträgt und der Bereich 0,45 bis 0,55 beträgt, wenn kein schwarzer Rand vorhanden ist, kann der Schwellenwert 0,55 betra­ gen und der Bereich ist 0,50 bis 0,60, wenn ein schwarzer Rand vorhan­ den ist). Wenn herausgefunden wird, daß der Kernbereich eine Kernbe­ reichsdichte aufweist, die die Anwesenheit eines zweidimensionalen Strichcodes anzeigt, fährt die Prüfung fort, sonst wird das Schiebefenster in seine nächste Position bewegt, um die Kernbereichsdichte zu bewerten.

Als eine zweite Prüfung an jeder Position wird die Ruhebereichsdichte des Bereichs innerhalb des Ruhebereichs 320 des Schiebefensters 300 be­ wertet, um zu bestimmen, ob sie in einen vorherbestimmten Bereich fällt. Die Ruhebereichsdichte ist als das Verhältnis der Anzahl von schwarzen Pixeln zur Gesamtzahl von Pixeln innerhalb des Ruhebereichs 320 des Schiebefensters 300 definiert. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Ru­ hezone 200 idealerweise keine schwarzen Pixel, und somit würde ein per­ fekt abgetasteter, zweidimensionaler Strichcode ohne irgendein Rauschen (d. h. schwarze Pixel) innerhalb der Ruhezone 200 einen Ruhebereichs­ dichtewert von Null ergeben. Um etwas Speckle-Rauschen oder Rauschen einer einzelnen gezogenen Linie Rechnung zu tragen, wird im voraus ein Maximaldichtewert, der etwas größer als Null ist, als ein annehmbarer Wert ausgewählt. Der Ruhebereichsdichtewert für den Teil der Abbildung in der Ruhezone 320 des Schiebefensters 300 wird bewertet, und wenn herausgefunden wird, daß er kleiner oder gleich dem im voraus ausge­ wählten Wert ist, fährt die Prüfung fort, sonst wird das Schiebefenster in seine nächste Position bewegt, um die Kernbereichsdichte zu bewerten.

Als eine abschließende Prüfung wird ferner eine Zuschneideprüfung durchgeführt, wenn ein Abbildungsbereich innerhalb eines Abtastfensters in die annehmbaren Bereiche für sowohl die Kernbereichsdichte als auch die Ruhebereichsdichte fällt, um die Gültigkeit jedes Bereichs zu prüfen. Der Zuschneideschritt der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsa­ che, daß die Bits in dem zweidimensionalen Strichcode gleichmäßig ver­ teilt sind. Somit wird in einem Array aus 20 × 20 Bits keine Reihe oder Spalte in dem Kandidatbereich vorhanden sein, die nicht irgendwelche schwarzen Bits enthält. Das Zuschneiden wird von der Mitte zur Außen­ seite hin vorgenommen. Von der Mitte des Kandidatbereichs ausgehend wird jede Abbildungsreihe fortlaufend von der Mitte zum oberen Ende des Kandidatbereichs abgetastet, bis eine Reihe erreicht ist, die keine schwar­ zen Pixel enthält, wobei man annimmt, daß dies dort ist, wo die obere Kante des zweidimensionalen Strichcodes liegt. Der Abtastprozeß wird weitere drei Male wiederholt, wobei die Reihenabtastung von der Mitte nach unten zum unteren Ende des Kandidatbereichs und die Spaltenab­ tastung dann von der Mitte zu der am weitesten links liegenden Spalte des Kandidatbereichs und schließlich von der Mitte zu der am weitesten rechts liegenden Spalte des Kandidatbereichs fortschreitet. Anstelle daß eine einzige Reihe die Kante des zweidimensionalen Strichcodes kenn­ zeichnet, können die jeweiligen Umgrenzungen des zweidimensionalen Strichcodes durch die Anwesenheit einer vorherbestimmten, aufeinander­ folgenden Anzahl von Reihen oder Spalten gekennzeichnet sein, die kein Schwarz enthalten, um Abtastzeilenrauschen von dem Abtastprozeß oder einer zu hellen Abbildung Rechnung zu tragen.

Nachdem der Kandidatbereich zugeschnitten worden ist, wird die Größe des neuen Bereichs gegen die erwartete Größe des zweidimensionalen Strichcodes geprüft. Wenn eine wesentlich unterschiedliche Größe gefun­ den wird, kennzeichnet dies, daß der Kandidatbereich kein zweidimensio­ naler Strichcodebereich ist, und das Schiebefenster wird in seine nächste Position bewegt, um die Kernbereichsdichte zu bewerten. Das Prüfen der Größe nach dem Zuschneideprozeß bewirkt die Beseitigung gewisser Be­ reiche, die von den ersten beiden Prüfungen falsch detektiert worden sein können. Beispielsweise kann ein Textbereich die Dichteprüfung bestehen, wenn er einen Font mit einer Größe umfaßt, die der Größe jedes Bits in­ nerhalb des zweidimensionalen Strichcodes ähnlich ist und einen be­ stimmten Zeilenabstand und Zeichenabstand aufweist. Jedoch wird ein Zuschneiden eines Textbereichs gewöhnlich mit einem einzigen Bereich eines verbundenen Bestandteils, z. B. einem Zeichen, enden, der eine Grö­ ße aufweisen wird, die sich wesentlich von derjenigen unterscheidet, die für den zweidimensionalen Strichcode erwartet wird.

Sobald herausgefunden wird, daß ein Kandidatbereich alle drei Prüfungen erfüllt, wird er als ein gültiger Kandidatbereich angesehen. Der gegenwär­ tige Ort innerhalb der Abbildung des Schiebefensters wird aufgezeichnet und auf die Abbildung mit voller Auflösung abgebildet, und der entspre­ chende Bereich wird als ein Kandidatbereich zur weiteren Verarbeitung herausgezogen. Wenn ein zweidimensionaler Strichcode innerhalb des Schiebefensters einen relativ großen Schrägstellungswinkel aufweist, kön­ nen dessen Ecken außerhalb der Umgrenzungen des Kernbereichs 310 des Schiebefensters 300 verblieben sein. Die Ecken können wiedergefun­ den werden, indem die Größe des Kernbereichs 310 geringfügig ausge­ dehnt wird, wenn der Kandidatbereich aus der Abbildung mit voller Auflö­ sung herausgezogen wird, um sicherzustellen, daß der gesamte zweidi­ mensionale Strichcode herausgezogen ist. Jegliches Rauschen, das in dem herausgezogenen Bereich wegen der Ausdehnung der Fenstergröße ge­ schaffen wird, kann bei dem Zuschneideschritt 110 beseitigt werden, der die gleiche Zuschneideverfahrensweise von innen nach außen verwendet, die oben in bezug auf den Auffindungsschritt 104 beschrieben wurde.

Ungleich den Auffindungsverfahren, die in den '280- und '189-Anmel­ dungen beschrieben sind, schneidet das Verfahren der vorliegenden Erfin­ dung den aufgefundenen Kandidatbereich vor der Schrägstellungsbeseiti­ gung nicht zu, weil das Zuschneiden eines schräggestellten, zweidimen­ sionalen Strichcodes leicht seine Ecken beschädigen kann, wohingegen das Zuschneiden eines zweidimensionalen Strichcodes, dessen Schräg­ stellung richtig beseitigt ist, seine Ecken bewahren wird.

Das Verfahren zur Schrägstellungsabschätzung der '280-Anmeldung be­ ruht auf der Auffindung von zwei Ankerbits an der oberen linken und der unteren linken Ecke des zweidimensionalen Strichcodes, um den Schräg­ stellungswinkel zu berechnen. Wie es darin weiter diskutiert wird, werden Vorlagen dazu verwendet, die Ecken aufzufinden, und dieses Verfahren versagt, wenn der Schrägstellungswinkel relativ groß, wie größer als an­ nähernd fünf Grad Schrägstellung ist. Zusätzlich sind die Ecken des zwei­ dimensionalen Strichcodes oft durch Rauschen verformt, was zu einem ungenauen Wert für den durch das Verfahren der '280-Anmeldung abge­ schätzten Schrägstellungswinkel führt.

Um diese Mängel zu beheben, offenbart die '189-Anmeldung eine Schräg­ stellungsabschätztechnik auf der Grundlage einer Hough-Transformation. Die Hough-Transformation ist eine parametrische Transformation, die da­ zu verwendet werden kann, geometrische Merkmale, wie gerade Linien, innerhalb einer Abbildung zu detektieren. Das Verfahren der '189-Anmel­ dung zieht alle horizontalen Kantenpixel unter Verwendung einer vertika­ len Schwarz- und Weiß-Maske über die gesamte Abbildung hinweg her­ aus. Dann wird die Hough-Transformation mit allen identifizierten hori­ zontalen Kantenpixeln durchgeführt, um den Winkel der längsten Kanten­ linie zu berechnen, der den Schrägstellungswinkel des zweidimensionalen Strichcodes darstellt. Dieses Verfahren erfordert eine bedeutende Verar­ beitungszeitdauer, weil eine Bewegen einer vertikalen Maske über die ge­ samte Abbildung hinweg, um jedes Kantenpixel zu detektieren, umfaßt, daß auf jedes Abbildungspixel mehrere Male zugegriffen wird (die tatsäch­ liche Anzahl von Zugriffen hängt von der Größe der Maske ab), und weil das Hough-Transformationsverfahren eine breite Vielfalt von möglichen Winkeln in 0,5-Grad-Inkrementen für alle Kantenpixel prüft, um den Win­ kel der längsten Kantenlinie zu bestimmen. Weil der durch die Hough- Transformation bestimmte Winkel dem Winkel der Linie entspricht, die die größte Anzahl von Pixeln enthält, wird zusätzlich der Schrägstellungswin­ kel nicht genau bestimmt, wenn Rauschen einer gezogenen Linie über den zweidimensionalen Strichcode hinweg vorhanden ist. Dies ist der Fall, weil die Rauschlinie die dominante Linie unter allen Kantenlinien sein wird, was bewirkt, daß der Verfahrensschritt zu Schrägstellungsabschätzung den Winkel gemäß dem Linienrauschen berechnet. Die Auswirkung einer gezogenen Linie ist in Fig. 9A veranschaulicht, wobei Linie 400 entlang des unteren Endes des zweidimensionalen Strichcodes 410 gezogen ist. Weil die dominante Linie 430 in der horizontalen Kantenabbildung 420 die dominante Linie ist, wird das Verfahren zur Schrägstellungswinkelab­ schätzung der '189-Anmeldung den Schrägstellungswinkel falsch als 0,5 Grad berechnen.

Das Verfahren zur Schrägstellungsabschätzung der vorliegenden Erfin­ dung beruht auch auf dem Hough-Transformationsverfahren mit zwei we­ sentlichen Änderungen, um das Verfahren praktischer und zuverlässiger zu gestalten. Zuerst wird ein Erkenner endlicher Zustände dazu verwen­ det, die Kantenpixel des zweidimensionalen Strichcodes in einem einzigen Durchgang zu detektieren, anstelle der vertikalen Maske, die bei der '189- Anmeldung verwendet wird. Da die Schwarz-Weiß- und Weiß-Schwarz- Übergänge innerhalb des Kandidatbereichs Kanten in den logischen Rei­ hen und Spalten zugeordnet sind, wird ein gültiger Übergang durch eine spezifizierte Anzahl von aufeinanderfolgenden schwarzen Pixeln gefolgt durch eine spezifizierte Anzahl von aufeinanderfolgenden weißen Pixeln (oder umgekehrt) durch einen zusätzlichen Erkenner endlicher Zustände bestimmt, der in Fig. 8 in Diagrammform gezeigt ist. Dieses Verfahren ist effizienter, weil es nur einmal auf jedes Abbildungspixel zugreift, und kann dazu verwendet werden, entweder horizontale oder vertikale Kanten oder beide zu detektieren. Zusätzlich erfordert der Erkenner endlicher Zu­ stände nicht, daß der zweidimensionale Strichcode überhaupt irgendwel­ che Ankerbits umfaßt, was das Verfahren zur Schrägstellungsabschät­ zung der vorliegenden Erfindung bei der Anwesenheit einer geringfügigen Verformung irgendeiner Ecke des abgetasteten, zweidimensionalen Strich­ codes robuster macht.

Insbesondere überprüft der Erkenner endlicher Zustände nacheinander jedes Pixel in jeder Reihe (oder Spalte), um vertikale (oder horizontale) Kanten zu finden. Ein Kantentransistor oder -übergang ist als eine erste Abfolge von mindestens N Pixeln in einer ersten Farbe gefolgt durch eine zweite Abfolge von mindestens N Pixeln in der entgegengesetzten Farbe definiert. Die Position des schwarzen Pixels, die den Kantenübergang be­ wirkt, wird als der Ort der Kante verwendet. In einer Reihe, die beispiels­ weise aus vier aufeinanderfolgenden weißen Pixeln gefolgt von vier aufein­ anderfolgenden schwarzen Pixeln und weiter gefolgt von drei aufeinan­ derfolgenden weißen Pixeln besteht, werden somit nur die fünf Pixel in der Reihe als ein Kantenübergang bezeichnet, wenn N = 4. Wenn jedoch in dem gleichen Beispiel N = 3, werden die fünften und die achten Pixel als Kantenübergänge (Kanten) bezeichnet.

Im Zustandsdiagramm von Fig. 8 ist ein Erkenner endlicher Zustände, der eine Maschine für bedingte Zustände ist, gezeigt, der für N gleich oder größer als 3 arbeitet. In Fig. 8 beziehen sich die Bezeichnungen "B" und "W" auf die Farbe (d. h., schwarz oder weiß) des Pixels an der besonderen Position innerhalb der verarbeiteten Reihe oder Spalte. Somit geht in ei­ nem Anfangszustand 500, wenn die Farbe des ersten Pixels schwarz ist, der Prozeß von Zustand 500 zu Zustand 501 über. Wenn die Farbe des ersten Pixels weiß ist, geht statt dessen der Prozeß von Zustand 500 zu Zustand 502 über. Die Verarbeitung fährt durch die Zustandsmaschine weiter fort, wie es weiter unten diskutiert wird, bis ein spezielles Zeichen erreicht ist, das das Ende der besonderen verarbeiteten Reihe oder Spalte angibt, an welchem Punkt die nächste Reihe oder Spalte vom Anfangszu­ stand 500 verarbeitet wird. Bei jedem Zustand über Zustand 500 hinaus, wird ein Positionsindex I inkrementiert, um die Position des Pixels zu ver­ folgen, das innerhalb der besonderen Reihe oder Spalte untersucht wird. Zusätzlich werden bestimmte andere Arbeitsgänge bei verschiedenen Zu­ ständen durchgeführt, wie dies in Tabelle 1 angegeben und unten weiter beschrieben ist.

Tabelle 1

Zustand
Operation(en)
501, 502	#Pixel = 2
503-506, 509, 510	#Pixel = #Pixel + 1
507	#Pixel = 2
Kanten_Kandidat = I-1
508	#Pixel = 2
Kanten_Kandidat = I
511, 512	#Pixel = #Pixel + 1
Speichere(Kanten_Kandidat)

Wenn bei Zustand 501 die Farbe des nächsten Pixels schwarz ist, geht die Verarbeitung zu Zustand 503 über, wohingegen, wenn die Farbe des nächsten Pixels weiß ist, die Verarbeitung zu Zustand 502 übergeht. Wenn ebenso bei Zustand 502 die Farbe des nächsten Pixels weiß ist, geht die Verarbeitung zu Zustand 504 über, wohingegen, wenn die Farbe des nächsten Pixels schwarz ist, die Verarbeitung zu Zustand 501 übergeht.

Wie es in Tabelle 1 angegeben ist, ist bei den Zuständen 501 und 502 die Anzahl von aufeinanderfolgenden Pixeln, denen begegnet wird, auf 2 fest­ gesetzt (für zwei aufeinanderfolgende schwarze Pixel bei Zustand 501 und zwei aufeinanderfolgende weiße Pixel bei Zustand 502). Vom Zustand 501 aus geht die Verarbeitung zu Zustand 503 über, wenn das nächste Pixel schwarz ist, und zu Zustand 502, wenn das nächste Pixel weiß ist. Bei Zustand 503 fährt die Verarbeitung bei Zustand 503 fort, solange jedes folgende Pixel, dem begegnet wird, schwarz ist und die Anzahl der Pixel kleiner als N bleibt. Jedesmal, wenn Zustand 503 durchlaufen wird, wird der Pixelzählwert, d. h., #Pixel in Tabelle 1, inkrementiert. Wenn das N-te aufeinanderfolgende schwarze Pixel erreicht wird, geht die Verarbeitung zu Zustand 505 über. Wenn einem weißen Pixel vor N aufeinanderfolgenden schwarzen Pixeln begegnet wird, geht die Verarbeitung zu Zustand 502 über. Die Verarbeitung durchläuft die Zustände 502, 504 und 506 auf analoge Weise, wenn zuerst einer Reihe von weißen Pixeln begegnet wird, wobei die Pixelfarben umgekehrt sind.

Bei Zustand 505 fährt die Verarbeitung bei Zustand 505 für jedes folgende schwarze Pixel fort, wobei der Pixelzählwert für jeden Durchlauf inkre­ mentiert wird und tatsächlich nach dem letzten schwarzen Pixel in der ge­ genwärtigen Abfolge gesucht wird. Wenn bei Zustand 505 einem weißen Pixel begegnet wird, geht die Verarbeitung zu Zustand 507 über, wo der Pixelzählwert auf 2 gesetzt wird und der Index des letzten schwarzen Pi­ xels als ein "Kanten_Kandidat" gesetzt wird. Der Kanten_Kandidat ist das letzte schwarze Pixel in einer Abfolge von N oder mehr aufeinanderfolgen­ den schwarzen Pixeln. Bei Zustand 507 wird der Pixelzählwert auf 2 zu­ rückgesetzt. Wenn das Pixel, dem bei Schritt 507 begegnet wird, schwarz ist, geht die Verarbeitung zurück zu Zustand 501, um ein Zählen von schwarzen Pixeln zu beginnen, wobei tatsächlich der Kanten_Kandidat verworfen wird, weil die notwendige Bedingung, d. h. mindestens N aufein­ anderfolgende schwarze Pixel gefolgt von mindestens N aufeinanderfolgen­ den weißen Pixeln, nicht erfüllt worden ist. Wenn das Pixel, dem bei Zu­ stand 507 begegnet wird, weiß ist, geht die Verarbeitung zu Zustand 509 über, wo der Pixelzählwert inkrementiert wird. Die Verarbeitung fährt bei Zustand 509 fort, solange weißen Pixeln begegnet wird und der Pixelzähl­ wert kleiner als N bleibt. Wenn einem schwarzen Pixel zu irgendeiner Zeit, bevor das N-te weiße Pixel erreicht ist, begegnet wird, kehrt die Verarbei­ tung zu Zustand 501 zurück, wobei der Kanten_Kandidat verworfen wird, weil die notwendige Bedingung von mindestens N aufeinanderfolgenden weißen Pixeln nicht erfüllt ist. Wenn das N-te aufeinanderfolgende weiße Pixel erreicht ist, geht die Verarbeitung zu Zustand 511 über, bei dem der Kantenkandidat gespeichert wird, und der Pixelzählwert wird inkremen­ tiert. Wie es oben mit Bezug auf die Zustände 502, 506 und 506 festge­ stellt wurde, ist die Verarbeitung durch die Zustände 508, 510 und 512 analog zu derjenigen, die oben mit Bezug auf die Zustände 507, 509 und 511 diskutiert wurde, wobei die Pixelfarben umgekehrt sind. Die einzige Ausnahme ist, daß der Kanten_Kandidat bei Zustand 508 auf den Index des gegenwärtigen Pixels gesetzt ist, während der Kanten_Kandidat bei Zustand 507 auf den Index des vorhergehenden Pixels gesetzt ist, wie es in Tabelle 1 angegeben ist, da nur schwarze Pixel als Kanten bezeichnet werden können.

Wenn als nächstes bei Zustand 511 einem schwarzen Pixel begegnet wird, geht die Verarbeitung zu Zustand 508 über und dieses schwarze Pixel wird als ein Kanten_Kandidat festgelegt, da mindestens N aufeinanderfol­ genden weißen Pixeln begegnet worden ist (nur schwarze Pixel können Kanten sein). Nach Zustand 508 fährt die Verarbeitung durch die Zustän­ de 510 und 512 fort, auf eine ähnliche Weise wie die Verarbeitung, die bei den Zuständen 509 und 511 auftrat, um zu bestimmen, ob es N aufein­ anderfolgende schwarze Pixel gibt, die mindestens N aufeinanderfolgenden weißen Pixeln folgen, und wenn dies der Fall ist, wird der Kanten Kandi­ dat als eine Kante bei Schritt 512 gespeichert. Wenn bei Zustand 511 ei­ nem weißen Pixel begegnet wird, geht die Verarbeitung zu Zustand 506 über, um das letzte weiße Pixel in der gegenwärtigen Abfolge zu suchen, und geht dann zu Zustand 508 über, sobald das letzte weiße Pixel aufge­ funden wurde, um zu bestimmen, ob eine Abfolge von mindestens N schwarzen Pixeln folgt. Analoge Schritte treten mit Bezug auf die Verar­ beitung von Zustand 512 durch die Zustände 505, 507, 509 und 511 auf.

Der Kantendetektionsprozeß fährt durch die Reihe oder Spalte aus Pixeln fort, wobei nach N aufeinanderfolgenden schwarzen (oder weißen) Pixeln und dann nach N aufeinanderfolgenden weißen (oder schwarzen) Pixeln einer zweiten Farbe gesucht wird, bis das spezielle Zeichen erreicht ist, das das Ende der Reihe oder Spalte bezeichnet. An jedem Punkt, an dem N aufeinanderfolgende schwarze (oder weiße) Pixel gefunden werden, dem N aufeinanderfolgende weiße (oder schwarze) Pixel folgen, wird das schwarze Pixel an der Grenze zwischen den beiden Abfolgen als eine Kante festgelegt.

Sobald die Kantenpixel (entweder horizontal, vertikal oder sowohl hori­ zontal als auch vertikal) durch den Erkenner endlicher Zustände detek­ tiert werden, werden sie in den Hough-Bereich unter Verwendung des gleichen Prozesses, der in der '189-Anmeldung beschrieben ist, abgebildet.

Der Erkenner endlicher Zustände verbessert die Verarbeitungsgeschwin­ digkeit des Schrittes zur Schrägstellungsabschätzung, beeinflußt jedoch nicht die Auswirkung von Linienrauschen. Wenn, wie es in Fig. 9A gezeigt ist, eine Linie 400 gezogen wird, die durch einen Strichcode 410 hindurch verläuft, wird sie die dominante Kantenlinie 430 innerhalb der Kantenab­ bildung 420 werden und wird ein falsches Ergebnis für den Schrägstel­ lungswinkel erzeugen, wenn die Linie nicht parallel zur horizontalen (oder vertikalen, wenn vertikale Kanten detektiert werden) Achse des Strich­ codes selbst gezogen ist. Die Linie 430 in Fig. 9A bewirkt, daß der Schräg­ stellungswinkel falsch als 0,5 Grad abgeschätzt wird. Um den Einfluß ei­ ner derartigen beliebig gezogenen Linie beim Abschätzen des Schrägstel­ lungswinkels des zweidimensionalen Strichcodes zu verringern, unterteilt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die horizontale Kantenabbil­ dung, die von dem Erkenner endlicher Zustände geschaffen wird, in eine Anzahl von Bereichen. Der Schrägstellungswinkel wird für jeden Bereich bestimmt, und es wird ein Wahlschema dazu verwendet, den Schrägstel­ lungswinkel zu bestimmen, der am wahrscheinlichsten die tatsächliche Schrägstellung repräsentiert. Bei dem bevorzugten Verfahren wird die ho­ rizontale Kantenabbildung in drei Bereiche unterteilt, wie einen oberen Bereich 440, einen mittleren Bereich 450 und einen unteren Bereich 460 der horizontalen Kantenabbildung 420 von Fig. 9B. Der Schrägstellungs­ winkel wird für jeden Bereich bestimmt, d. h., fünf Grad für den oberen Bereich 440 und den mittleren Bereich 450 und 0,5 Grad für den unteren Bereich (aufgrund der Kantenlinie 430, die durch die gezogene Linie 400 hervorgerufen wird), und der Medianwert, d. h., vorzugsweise fünf Grad, wird als die tatsächliche Schrägstellungswinkelabschätzung gewählt. Wie der Fachmann feststellen wird, gibt es viele Möglichkeiten, das Wahl­ schema zu implementieren. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Me­ dianwert verwendet, weil er den geringsten Overhead im Hinblick auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit liefert. Andere Verfahren zum Bestimmen des Schrägstellungswinkels umfassen den am häufigsten auftretenden Schrägstellungswinkel (d. h., Majoritätswahl) oder komplexere Gewich­ tungstechniken (d. h. gewichtete Wahl). Dieses Mehrbereichs-Schräg­ stellungsabschätzschema ist robuster gegenüber beliebigem Linienrau­ schen als Verfahren nach dem Stand der Technik, weil, wenn Linienrau­ schen vorhanden ist, das die Schrägstellungsabschätzung beeinflussen wird, es wahrscheinlich ist, daß nur ein einziger Bereich beeinflußt wird, wie es durch die Linie 400 in Fig. 9B veranschaulicht ist. Wenn Linienrau­ schen vorhanden ist, das mehr als einen Bereich überquert, muß es unter einem relativ großen Winkel in bezug auf die Kantenpixel in der horizon­ talen Kantenabbildung sein und wird somit keine dominante Linie sein, die die Schrägstellungswinkelabschätzung beeinflußt. Wie der Fachmann feststellen wird, kann auf der Grundlage der Detektion von sowohl hori­ zontalen als auch vertikalen Kanten die Kantenabbildung in sowohl hori­ zontale als auch vertikale Bereiche zur Prüfung durch eines der Wahl­ schemata unterteilt sein.

Wie es oben diskutiert wurde, gestattet die Verwendung eines Erkenners endlicher Zustände, um die Kantenpixel aufzufinden, gefolgt durch den Schrägstellungsabschätzschritt auf der Grundlage der Hough-Transfor­ mation, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit für Ankerbits in dem zweidimensionalen Strichcode beseitigt, was die Auswirkung von Eckenverformung des zweidimensionalen Strichcodes verringert. Zusätzlich erhöht das Mehrbereichs-Wahlschema die Immuni­ tät des Verfahrens zur Schrägstellungsabschätzung der vorliegenden Er­ findung gegenüber Hintergrundrauschen, insbesondere gezogene Linien, weiter.

Sobald der Schrägstellungswinkel abgeschätzt worden ist, wird die Schrägstellung des Kandidatbereichs beseitigt, wie es oben mit Bezug auf Schritt 108 von Fig. 5 diskutiert ist, und in der '189-Anmeldung ausführ­ licher beschrieben ist, unter Verwendung eines Scher-Dreh-Verfahrens für kleinere Schrägstellungsniveaus und alternativ unter Verwendung eines trigonometrischen Verfahrens für größere Schrägstellungsniveaus.

Nach dem Korrigieren des Schrägstellungswinkels wird die Umgrenzung des zweidimensionalen Strichcodes wahlweise durch den Zuschneide­ schritt 110 von Fig. 5 bestimmt, der das gleiche Verfahren von innen nach außen verwendet, das oben mit Bezug auf den Auffindungsschritt 104 be­ schrieben ist, obwohl ein engerer Schwellenwert dazu verwendet wird, die Gültigkeit des Kandidatbereichs des zweidimensionalen Strichcodes zu prüfen, da die Beseitigung der Schrägstellung bereits aufgetreten ist und es unwahrscheinlich ist, daß irgendwelche gültigen Bits weggeschnitten sind. Sobald der Kandidatbereich zugeschnitten ist, werden dessen Ab­ messungen mit den erwarteten Abmessungen des zweidimensionalen Strichcodes verglichen. Wenn sich die Abmessungen stark unterscheiden, ist kein zweidimensionaler Strichcode in dem Kandidatbereich vorhanden, und die Verarbeitung geht zurück zu dem Auffindungsschritt 104, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn die Abmessungen in einen Bereich fallen, der nahe bei der Größe des zweidimensionalen Strichcodes ist, geht die Verar­ beitung zum Leseschritt 112 über.

An diesem Punkt ist der abgetastete, zweidimensionale Strichcode aufge­ funden, dessen Schrägstellung beseitigt und er eng zugeschnitten worden. Der nächste Schritt ist es, die Datenbits auszulesen, was den zweidimen­ sionalen Strichcode aus dem Abbildungsbereich, in dem jedes Bit als eine Ansammlung schwarzer oder weißer Pixel dargestellt ist, bei der bevor­ zugten Ausführungsform in ein 20 × 20-Bit-Array aus logischen Werten transformiert. Es ist anzumerken, daß, da die zweidimensionale Strich­ codesymbologie taktfrei ist, es keine vorherbestimmten Referenzmuster gibt, um zu helfen, den Leseprozeß zu orientieren. Jedoch ist die logische Größe des zweidimensionalen Strichcodes im voraus bekannt, beispiels­ weise ein Quadrat, das bei der bevorzugten Ausführungsform 20 Bits auf jeder Seite mißt. Weil diese Bits in der Markierung während des Codier­ prozesses pseudo-stochastisiert werden, wird außerdem irgendeine be­ sondere Reihe oder Spalte aus Pixeln eine stärkere Verteilung von Schwarz-Weiß- und Weiß-Schwarz-Übergängen in der Nähe der Kanten in den logischen Reihen und Spalten und eine geringere Verteilung in der Nähe der Mitten aufweisen. Dieser Prozeß ist vollständig in der '280-An­ meldung beschrieben. Sobald horizontale und vertikale Mittellinien durch den in der '280-Anmeldung beschriebenen Prozeß hergestellt sind, werden die Bits aus dem zweidimensionalen Strichcode ausgelesen, indem der Pi­ xelwert aufgezeichnet wird, der an der Schnittstelle jeder horizontalen und vertikalen Mittellinie liegt (wobei beispielsweise jeder "weiße" Pixelwert = "0" und jeder "schwarze" Pixelwert = "1" gesetzt wird). Die '189-Anmeldung beschreibt mit Bezug auf die Fig. 18A-18D ein verbessertes Taktungsver­ fahren zum Auslesen der Bits aus dem zweidimensionalen Strichcode, das die Fehlerrate reduziert, indem die Bits in jeder der vier möglichen Rich­ tungen gelesen werden, wodurch vier unterschiedliche Arrays geschaffen werden, die Daten darstellen, und das Array zur Ausgabe ausgewählt wird, bei dem der ECC-Schritt 37 von Fig. 3 zeigt, daß es die geringste An­ zahl von Fehlern aufweist. Wenn der Leseschritt versagt, wie es beispiels­ weise von dem ECC bestimmt wird, kann die Verarbeitung hier wieder zu­ rück zu dem Auffindungsschritt 104 übergehen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Zusammengefaßt sind zweidimensionale Strichcodes, die von einer Ruhe­ zone aus weißem Raum umgeben sind, die einen Rand umfassen oder nicht umfassen kann, wobei jeder Strichcode codierte, digitale Information in einem Bitmuster aufweist, das vorzugsweise stochastisierte, codierte Datenbits darstellt, auf ein bedrucktes Medium gedruckt. Um die codierte, digitale Information aus dem bedruckten Medium herauszuziehen, wird das bedruckte Medium abgetastet, dann wird das Bitmuster innerhalb des bedruckten Mediums aufgefunden, indem ein Fenster schrittweise in ei­ nem vorherbestimmten Muster über das bedruckte Medium hinweg be­ wegt wird. Bei jedem Schritt wird der Teil des bedruckten Mediums, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft, um zu bestimmen, ob er zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt. Die Schrägstellung des Bitmusters, falls eine vorhanden ist, wird be­ stimmt, indem ein Erkenner endlicher Zustände in Kombination mit einer Hough-Transformationsberechnung verwendet wird. Bei einer Ausfüh­ rungsform wird der Kandidatbereich in mehrere horizontale Bereiche un­ terteilt, vorläufige Schrägstellungswinkel werden für jeden Bereich be­ rechnet, und der tatsächliche Schrägstellungswinkel wird unter Verwen­ dung eines Wahlschemas ausgewählt. Sobald der Schrägstellungswinkel berechnet worden ist, wird die Schrägstellung des Bitmusters, falls not­ wendig, beseitigt, das Bitmuster wird zugeschnitten und die stochasti­ sierte, digitale Information wird aus dem Bitmuster ausgelesen. Schließ­ lich werden in dem Prozeß, der jegliche entdeckte Fehler korrigiert und/oder aufzeichnet, die digitalen Informationen entstochastisiert und jegliche Fehlerkorrekturcodes entfernt, wodurch die ursprüngliche, co­ dierte, digitale Information reproduziert wird.

Claims (21)

1. Verfahren zum Decodieren stochastisierter Information, die auf ein vom Menschen lesbares Medium in der Form eines Bitmusters aus Reihen und Spalten aus Datenpixeln gedruckt ist, die codierte Da­ tenbits darstellen, wobei jedes Datenpixel entweder eine erste oder eine zweite Farbe ist, und das Bitmuster eine vorherbestimmte Größe aufweist und von einem äußeren Bereich aus Pixeln mit einer vorher­ bestimmten, im wesentlichen gleichmäßigen Farbe umgeben ist, mit den Schritten, daß:
das vom Menschen lesbare Medium abgetastet wird, um das Bit­ muster zu digitalisieren,
das Bitmuster zu einer auf Pixeln beruhenden Grauskalendar­ stellung formatiert wird,
die auf Pixeln beruhende Grauskalendarstellung in eine auf Pi­ xeln beruhende Binärdarstellung umgewandelt wird, indem ein Schwellenwertintensitätspegel auf der Grundlage der Grauskalendar­ stellung festgelegt wird und Pixel auf einen ersten Pegel oder auf ei­ nen zweiten Pegel in Abhängigkeit von ihrer Beziehung zu dem Schwellenwert umgewandelt werden,
die Reihen- und Spaltenumgrenzungen eines Kandidatbereichs für das digitalisierte Bitmuster aufgefunden werden, indem ein Fen­ ster über die auf Pixeln beruhende Binärdarstellung schrittweise in einem vorherbestimmten Muster bewegt wird, wobei bei jedem Schritt ein Teil der Darstellung, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft wird, um zu bestimmen, ob der Teil zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt, und die Umgren­ zungen des Kandidatbereichs als die Umgrenzungen des Fensters festgelegt werden, wenn der Teil zu der einen Charakteristik oder den mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt,
der Schrägstellungswinkel des digitalisierten Bitmusters inner­ halb des Kandidatbereichs bestimmt wird,
die Schrägstellung des digitalisierten Bitmusters beseitigt wird, so daß der Schrägstellungswinkel auf im wesentlichen Null reduziert ist,
Binärdaten aus dem digitalisierten Bitmuster ausgelesen werden, um ein eindimensionales Array aus digitalen Daten zu erzeugen,
das eindimensionale Array aus digitalen Daten entstochastisiert wird, und
Fehler des entstochastisierten, eindimensionalen Feldes aus di­ gitalen Daten korrigiert werden, um eine im wesentlichen fehlerfreie, digitale Darstellung der codierten Information zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster des Auffindungsschrittes einen Kernbereich, der der vor­ herbestimmten Größe des Bitmusters entspricht, und einen Ruhebe­ reich umfaßt, der dem Außenbereich entspricht, und wobei das Prü­ fen umfaßt, daß Teile der Darstellung, die von dem Kernbereich und dem Ruhebereich umgeben sind, separat geprüft werden, um zu be­ stimmen, ob die Teile zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters bzw. dem Außenbereich passen, und daß die Umgrenzungen des Kandidatbereichs auf die Umgren­ zungen des Kernbereichs gesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfen des Kernbereichs umfaßt, daß bestimmt wird, ob die Dichte von Pixeln mit der ersten Farbe oder der zweiten Farbe inner­ halb des Teils der Darstellung, der von dem Kernbereich umgeben ist, in einem vorherbestimmten Bereich liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfen des Ruhebereichs umfaßt, daß bestimmt wird, ob die Dichte von Pixeln mit der ersten Farbe oder der zweiten Farbe inner­ halb des Teils der Darstellung, der von dem Ruhebereich umgeben ist, in einem vorherbestimmten Bereich liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffindungsschritt ferner einen zusätzlichen Prüfschritt umfaßt, bei dem der Kandidatbereich zugeschnitten wird und die Abmessun­ gen des zugeschnittenen Kandidatbereichs mit der vorherbestimmten Größe des Bitmusters verglichen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bedruckte, vom Menschen lesbare Medium ferner weitere Infor­ mation umfaßt, und daß der Abtastschritt, der Formatierungsschritt und der Umwandlungsschritt das Bitmuster und die weitere Infor­ mation verarbeiten.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens des Schrägstellungswinkels umfaßt, daß:
horizontale oder vertikale Kanten innerhalb des Bitmusters unter Verwendung eines Erkenners endlicher Zustände aufgefunden wer­ den,
die Koordinaten einer horizontalen oder vertikalen Linie innerhalb des Bitmusters, die die horizontalen oder vertikalen Kanten darstel­ len, unter Verwendung der Hough-Transformation berechnet werden, und
der Schrägstellungswinkel als der Winkel zwischen den Koordi­ naten der horizontalen oder vertikalen Linie innerhalb des Bitmusters und einer horizontalen Linie, die eine Reihe aus Pixeln innerhalb des Kandidatbereichs darstellt, oder einer vertikalen Linie, die eine Spalte aus Pixeln innerhalb des Kandidatbereichs darstellt, berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kandidatbereich in mehrere horizontale und/oder vertikale Berei­ che unterteilt ist, vorläufige Schrägstellungswinkel für jeden der Viel­ zahl von horizontalen und/oder vertikalen Bereichen berechnet wer­ den, und der Schrägstellungswinkel durch ein Wahlschema aus den vorläufigen Schrägstellungswinkeln ausgewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wahlschema den Medianwert der vorläufigen Schrägstellungs­ winkel auswählt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wahlschema den Mittelwert der vorläufigen Schrägstellungswin­ kel auswählt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, daß:
die Auflösung der auf Pixeln beruhenden Binärdarstellung mit ei­ nem vorherbestimmten Faktor vor dem Auffindungsschritt reduziert wird, und
wobei der Auffindungsschritt den Kandidatbereich bei der ur­ sprünglichen Auflösung der auf Pixeln beruhenden Binärdarstellung herauszieht.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffindungsschritt das Fenster in einem vorherbestimmten Mu­ ster über mindestens einen vorherbestimmten Teil der umgewandel­ ten Darstellung bewegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich das vorherbestimmte Muster entlang von Reihen, beginnend bei einer mittleren Reihe der umgewandelten Darstellung, bewegt, und dann jeweils wiederholt eine Reihe nach oben und dann eine Reihe nach unten bewegt, bis die erste Reihe und die letzte Reihe der um­ gewandelten Darstellung erreicht sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine vorherbestimmte Teil aus mindestens einer Ecke der umgewandelten Darstellung besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, daß das digitalisierte Bitmuster nach dem Schritt der Beseitigung der Schräg­ stellung zugeschnitten wird.

16. Verfahren zum Decodieren stochastisierter Information, die auf ein vom Menschen lesbares Medium in der Form eines Bitmusters aus Reihen und Spalten aus Datenpixeln gedruckt ist, die codierte Da­ tenbits darstellen, wobei jedes Datenpixel entweder eine erste oder eine zweite Farbe ist, und das Bitmuster eine vorherbestimmte Größe aufweist und von einem Außenbereich aus Pixeln mit einer vorherbe­ stimmten, im wesentlichen gleichmäßigen Farbe umgebet ist, mit den Schritten, daß:
das vom Menschen lesbare Medium abgetastet wird, um das Bit­ muster zu digitalisieren,
das Bitmuster zu einer auf Pixel beruhenden Grauskalendarstel­ lung formatiert wird,
die auf Pixeln beruhende Grauskalendarstellung in eine auf Pi­ xeln beruhende Binärdarstellung umgewandelt wird, indem ein Schwellenwertintensitätspegel auf der Grundlage der Grauskalendar­ stellung festgelegt wird und Pixel, die größer oder gleich dem Schwellenwert sind, auf einen ersten Pegel, und Pixel, die kleiner als der Schwellenwert sind, auf einen zweiten Pegel umgewandelt wer­ den,
die Reihen- und Spaltenumgrenzungen eines Kandidatbereichs für das digitalisierte Bitmuster aufgefunden werden,
der Schrägstellungswinkel des digitalisierten Bitmusters inner­ halb des Kandidatbereichs bestimmt wird, indem horizontale oder vertikale Kanten innerhalb des Bitmusters unter Verwendung eines Erkenners endlicher Zustände aufgefunden werden, die Koordinaten einer horizontalen oder vertikalen Linie innerhalb des Bitmusters, die die horizontalen oder vertikalen Kanten darstellen, unter Verwendung der Hough-Transformation berechnet werden, und der Schrägstel­ lungswinkel als der Winkel zwischen den Koordinaten der horizonta­ len oder vertikalen Linie innerhalb des Bitmusters und einer hori­ zontalen Linie, die eine Reihe aus Pixeln innerhalb des Kandidatbe­ reichs darstellt, oder einer vertikalen Linie, die eine Spalte aus Pixeln innerhalb des Kandidatbereichs darstellt, berechnet wird,
die Schrägstellung des digitalisierten Bitmusters beseitigt wird, so daß der Schrägstellungswinkel auf im wesentlichen Null reduziert ist,
Binärdaten aus dem digitalisierten Bitmuster ausgelesen werden, um ein eindimensionales Feld aus digitalen Daten zu erzeugen,
das eindimensionale Array aus digitalen Daten entstochastisiert wird, und
Fehler des entstochastisierten, eindimensionalen Feldes aus di­ gitalen Daten korrigiert werden, um eine im wesentlichen fehlerfreie, digitale Darstellung der codierten Information zu erzeugen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffindungsschritt umfaßt, daß ein Fenster über die auf Pixeln beruhende Binärdarstellung schrittweise in einem vorherbestimmten Muster bewegt wird, bei jedem Schritt ein Teil der Darstellung, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft wird, um zu bestimmen, ob der Teil zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt, und die Umgrenzungen des Kandidatbereichs als die Umgrenzungen des Fensters festgelegt werden, wenn der Teil zu dem einen Charakteristikum oder den mehreren Charakteristiken des Bitmusters paßt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner den Schritt umfaßt, daß:
die Auflösung der auf Pixeln beruhenden Binärdarstellung mit ei­ nem vorherbestimmten Faktor vor dem Auffindungsschritt reduziert wird, und
wobei der Auffindungsschritt den Kandidatbereich mit der ur­ sprünglichen Auflösung der auf Pixeln beruhenden Binärdarstellung herauszieht.

19. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner den Schritt umfaßt, daß das digitalisierte Bitmuster nach dem Schrägstellungsbeseitigungsschritt zugeschnitten wird.

20. Verfahren zum Auffinden eines zweidimensionalen Strichcodes in­ nerhalb einer abgetasteten Binärabbildung mit den Schritten, daß:
ein Fenster über die Abbildung schrittweise in einem vorherbe­ stimmten Muster bewegt wird,
bei jedem Schritt ein Teil der Abbildung, der von dem Fenster umgeben ist, geprüft wird, um zu bestimmen, ob der Teil zu einem Charakteristikum oder mehreren Charakteristiken des zweidimensio­ nalen Strichcodes paßt, und
die Umgrenzungen des digitalisierten Bitmusters als die Umgren­ zungen des Fensters festgelegt werden, wenn der Teil zu dem einen Charakteristikum oder den mehreren Charakteristiken des zweidi­ mensionalen Strichcodes paßt.

21. Verfahren zum Bestimmen des Schrägstellungswinkels eines zweidi­ mensionalen Strichcodes innerhalb eines Kandidatbereichs einer ab­ getasteten Binärabbildung mit den Schritten, daß:
horizontale oder vertikale Kanten innerhalb des zweidimensiona­ len Strichcodes unter Verwendung eines Erkenners endlicher Zu­ stände aufgefunden werden,
die Koordinaten einer horizontalen oder vertikalen Linie innerhalb des zweidimensionalen Strichcodes, die die horizontalen oder verti­ kalen Kanten darstellen, unter Verwendung der Hough-Transfor­ mation berechnet werden, und
der Schrägstellungswinkel als der Winkel zwischen den Koordi­ naten der horizontalen oder vertikalen Linie innerhalb des zweidi­ mensionalen Strichcodes und einer horizontalen Linie, die eine Reihe aus Pixeln innerhalb des Kandidatbereichs darstellt, oder einer verti­ kalen Linie, die eine Spalte aus Pixeln innerhalb des Kandidatbe­ reichs darstellt, berechnet wird.