フィルム下のコードを識別する装置及び方法

著者らは特許

G01N21/21 - 偏光に影響をおよぼす特性(G01N21/19が優先)
G01N21/84 - 特殊な応用に特に適合したシステム
G06K7/10 - 電磁放射線によるもの,例.光学的読取り;粒子放射線によるもの
G06K7/14 - 波長を特定しない光を用いるもの,例.白色光の反射を感知するもの
G06K9/20 - 画像の入力

の所有者の特許 JP2016528505:

カーハーエス・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

 

本発明は、透明層により少なくとも部分的に覆われた物品を、表面特性を割り出すことにより識別する方法に関する。透明層により覆われた物品の表面の特性パラメータを特に簡単かつ高い信頼性で割り出すことができるような方法を提供するために、光学システムが、物品の表面及び透明層の表面から反射される光の少なくとも二つの偏光面を捉え、この捉えられた偏光面を考慮して物品を識別するための表面特性を割り出す。

 

 

本発明は、透明層により少なくとも部分的に覆われた物品を、表面特性を調べることにより識別する方法及び装置に関する。
基本的に同じ物品の表面は、十分な精度で調べると、互いに明確に区別することができる。このことは、巨視的な範囲でも既に部分的には成り立つが、いずれにせよ微視的な範囲では成り立つことである。つまり、二つの物品は詰まるところ全く同じということはない。
物品を識別するため、とりわけ、その出所や真性を確かめるために、かくして物品の表面一部分の特性パラメータを算出する等して、一又は二以上の特徴的なデジタル値に置き換えることが知られている。すなわち、本来固有の表面の特性を走査し特定することで、そこから、表面に関する特徴的なデジタル値にそれ自身対応している測定値を導出することになる。
しかしながら、表面特性の把握(検出・取得)は、例えば、最初のパラメータ算出時と、後続の検証プロセスとにおいて光の状態(Lichtverhaeltniss)が異なることによって、困難となる。これは、例えば、表面に当たった光が、光の状態に依存した物品表面上での反射を生じるからである。また、例えば物品の位置・姿勢は、一番最初に特性パラメータを出したときと、さらに検証を行うときとでは異なる可能性があり、その結果、このことに起因して、算出されたデータにその都度影響するような、異なる反射がやはり生じることとなる。
そのため、算出された特性パラメータは、往々にして物品の表面そのものに対応するのではなく、異なる外部状況に強く影響を受けている。従って、最初に算出されたデータセットと、検証のために算出されたデータセットとの比較は、識別時の間違いにつながりかねない。
独国特許出願公開第102008014334号公報 独国実用新案公開第202012010977号公報
従って、本発明は、物品の表面の特性パラメータを簡単かつ信頼性をもって割り出すことができる方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明は、請求項1の特徴部分を有した方法及び請求項8の特徴部分を有した装置により課題を解決する。有利な他の本発明の構成は、下位請求項に与えられている。
本発明の基礎をなす思想は、従前の表面認識方法が、例えばセロハンフィルムといった透明層で覆われている表面においては、それまで利用できなかったという課題であった。これは、透明層上で発生した光の反射が正確な特性パラメータの把握を困難にするか、もしくは全く不可能にしてしまうためである。
透明層により少なくとも部分的に覆われた物品を、表面特性を割り出すことにより識別する本発明の方法は、物品の表面及び透明層の表面から反射される光の少なくとも二つの偏向面を捉え、この捉えた偏光面を考慮することで、物品を識別するための表面特性を割り出す光学システムを用いて行われる。
偏光面が異なるが故に、或る偏光面において、検出された画像がそれを上回る数の反射光等のノイズを含んでいると、その偏光面を特性パラメータの把握の際にふるい落とすことができる。すなわち、特性パラメータは、光学システムに許された各偏光面内において可能な限り画像として把握され、光学システムによって処理され、例えばデータセット等に変換されて蓄積・記憶される。算出、処理ないし変換の際に、光学システムは、光の反射が入って来るような偏光面については完全に無視したままにしたり、あるいは、光学システムは、光学システムが望まない光の反射を算出するような偏光面内領域を光学システムが特性パラメータを決める際に考慮しないでおくように構成されている。留意すべきなのは、本発明において表面特性とは、表面のあらゆる反射プロファイルであると解すべき点であり、それには、内在的な(本来固有の)特性、構造、材料特性及び粗さが含まれるだけでなく、同じく、表面か或いは表面から内部に入り込むように設けられた識別符号、刻印、構造、色等による人工的に作り出された特性も含まれる。
光学システムは、こうして、ノイズとなる光の反射、特に透明層の表面から生じた光をできるだけ無くして物品の表面の特性パラメータを特定する。
従って、本発明の方法によれば、例えば、物品がもはや透明層を有さなくなってからの時点での特性パラメータを検証する場合に、新たに割り出された特性パラメータと最初に割り出された特性パラメータとを合理的に比較することもできるように、専ら物品の表面特性だけを、とりわけ、上に置かれた透明層の影響を受けることなく、把握しかつ特定することが可能である。
光学システムは、それぞれが偏光フィルタを有した例えば複数の画像センサといった複数の画像検出装置から形成されていてもよく、その場合には、偏光フィルタは、互いに向きがずらされて配置されている。また、例えば画像検出装置は、データを取得するために異なる姿勢に動かされる回転可能な偏光フィルタを有して設けられていてもよい。しかしその場合には、偏光フィルタの少なくとも二つの姿勢でデータの取得が行われなければならない。
本発明のさらなる発展態様によれば、光学システムは、一つの偏光センサ、つまりは一つの画像センサを備え、当該センサが複数の偏光フィルタを備え、少なくとも二つないしそれより多い偏光面を同時に捉える。このような偏光センサは、特許文献1や特許文献2から公知である。こうして、このような偏光フィルタを用いることで、複数の偏光面における特性パラメータをとりわけ速く把握することができる。これにより、特に産業上の利用に際して、光学システムを通る物品の通過速度を工業機械を通る速度に合わせることが可能である。
光学システムにより割り出される表面特性は、特に好ましくは、組織構造(Gefuegestruktur)、粗さ、色についてのパラメータや表面張力についてのパラメータといった本来固有の表面特性である。この場合、光学システムは、特性パラメータを個々に割り出すこともするし、様々な特性のパラメータを一緒にして割り出すようにも構成することができる。光学システムにより作出できる物品の“指紋”は、相応に多くの異なるパラメータを含み得るのであり、これにより、明らかに物品の識別精度が高められる。
既に上述したように、本来固有の特性も人工的な特性も把握できる、つまりは、基本的に全ての光学的に把握可能な特性が識別のために参照できるので、表面の特性というと、表面あるいは表面から内部にかけての特性も関係し得ることになる。これについては、例えば、刻印等、表面にもたらされた識別符号や、記号、文字、カラーマーキング、コード、それも特には点コード、バーコード又はマトリックスコードといった表面に付された識別符号、且つ/又は、他の人工的な構造が属するが、これらは、識別には使えるものの透明層の下では十分確実には検出され得ないものである。また、例えば、通常光下で人の眼には明確には見えない或いは十分はっきりとは見えないものの、例えば反射された光の偏光を利用すれば視認可能となるものも表面特性となり得る。
透明層とは、物品の表面ないし表面一部分を覆う透明つまりは透き通ったあらゆる層・レイヤー・シート・フィルムを意味する。これは、例えばコーティングとして形成されている透明層でもよい。このようなコーティングは、表面にしっかりと或いははがせるように接合されていてもよい。これは、例えば高光沢の包装紙でもよいし、あるいは例えば機械部品上のラッカーコーティングでもよい。
とはいえ、本発明の発展態様によれば、透明層は、フィルムとして形成されている。このフィルムは、識別のために参照されなければならない物品部分を覆う。フィルムはまた物品を完全に包むものでもよいし、典型的なのは、物品そのものか或いはパッケージを少なくとも部分的に包んで、外の影響等から保護するような透明フィルム等である。これには、例ばセロハンフィルム、収縮フィルムあるいは透明な梱包用フィルム(Transportfolie)が属する。
透明層は、基本的には着色されていてもよいが、少なくとも最低限は透明性を具備することが担保されていなければならない。従って、シートは、いかなる場合も最低限透明なので、光学システムは、シートの下に置かれた表面を捉えることができる。とはいえ、透明層は、好ましくは無色に形成されている。これは、表面特性の把握は、無色の透明層を用いると特に容易だからである。
本方法は、基本的には、識別のために特定される物品表面一部分が透明層により覆われているようなあらゆる物品に応用可能である。こうして、少なくとも部分的に透明層が覆っているもの、例えば、機械、機械の一部、消耗品、食料品、医薬品ないし医薬品の包装といったものが、本発明の方法により識別される。とはいえ、表面が紙及び/又はプラスチックからなる物品、特には紙包装及び/又はプラスチック包装が本発明の方法により識別されることが特に好ましい。
例えば煙草の場合、模造品がかなり多いために、識別に対する必要性が一層高い。煙草の包装も煙草カートンのパッケージも、湿気や汚れからの保護のためにセロハンフィルムで包まれる。このフィルムが、例えば正面側では部分的には二重に存在するので、二重のフィルムの下に置かれた表面部分の特性パラメータを割り出すことが不可能となる。
本発明の方法によれば、煙草カートンの箱詰め前に、個々の煙草の包装箱を包んでいるパッケージの表面一部分を確実に、生じる光の反射の影響なしに、把握し、例えば中央データバンクに蓄積することができる。その場合、例えば、二重の透明層の下に置かれた表面一部分と、その表面の本来固有の若しくは人工的な表面特性も把握することができる。政府当局は、例えば押収された煙草についてパッケージ表面の特性を再度把握することができ、取得されたデータとデータバンクに蓄えられたデータとを比較することで、そもそも模造品かどうか確かめたり、場合によっては煙草カートンの本来のサプライチェーンをトレースすることができる。
物品を識別するために光学システムにより最初に把握された特性パラメータを、後の時点でいつでも呼び出すことができるように、割り出されたパラメータは、特に好ましくは光学システムにより処理され、特にデジタル値で表現され、記憶・蓄積される。これらのデジタル値は、対象とする物品表面に関して一義的であり、表面を一義的に特徴付ける、表面のいわば指紋となる。その場合、割り出されたパラメータの種類に応じて、最初のデータと、検証の際に割り出されたデータとの間における高い一致度が、確実な識別のために必ず存在するはずである。
従って、光学システムは、特に好ましくは、例えばマイクロプロセッサといったデータ処理ユニット及び場合によっては記憶ユニットないし記憶ユニットと無線接続するための接続ユニットを備えている。代替的ないし付加的に、データセットが物品自体の上に例えばマトリックスコードないしバーコードの形態であしらわれるものでもよい。
検出時のコストと、とりわけ取得されたデータ量とを抑えるために、大抵は表面の決められた部分領域だけが検出される。本発明の一部面積を使って割り出された表面パラメータにおける数は、特に、確実な識別を保証するのに適しており、コスト、それも特に特性パラメータの把握、処理及び蓄積のコストを最低限度に抑える。
さらに、本発明は、物品を識別する装置によっても課題を解決し、物品は、
−少なくとも部分的に透明層によって覆われており、
−覆われた部分が光学システムの検出領域内に配置させられており、
−光学システムは、物品の表面及び透明層の表面から反射された光の少なくとも二つの偏光面を捉え、
−かつ当該捉えられた偏光面を考慮して物品を識別するための表面特性を割り出すように構成されている。
本発明の装置は、反射された光の様々な偏光面を捉え、光の反射が多数を占めるような面をふるい落とすように構成されている。これは、光学システムが光の反射を算出するような全ての偏光面又は捉えられた偏光面の部分領域を、撮像の際または処理の際もしくはデータセットの作成の際に考慮しないでおくことで行うことができる。
識別すべき物品は、基本的には、その識別すべき表面一部分が透明層によって覆われているようなあらゆる物品とすることができる。従って、装置の構成は異なるものであってよい。こうして、例えば、本発明の装置を様々な装置の中に不動に組み込むことも、また、装置を持ち運び可能なユニットとして構成することも可能である。光学システムと物品との間の直接的な接触はなくてもよい。
また、本発明の装置によれば、光学システムの検出領域の物品の位置・姿勢が異なるときも、あるいはまた、特性パラメータを割り出すときの光の状態が異なるときも、装置が特性パラメータを確実に割り出すことができるので、装置が特に持ち運び可能な用途に適しているようにできる。
いくつかの観点は、方法に関連して記載したが、これらの観点が、対応する装置の記載をも意味することは言うまでもない。これと同様にして、装置に関連して記載された観点は、対応する方法ステップの記載として、あるいは、方法ステップの特徴としても理解されるべきである。
以下に、本発明を実施例に基づき詳しく述べる。
光学システムと走行ベルト上を搬送される物品とを概略的に示す斜視図である。 図2の物品の識別部分の表面を概略的に示す拡大断面図である。 点コードを有する物品とともに図1の光学システムを概略的に示す斜視図である。
図1は、セロハンフィルムでできた透明層1(図では点線で示されている。)に包まれているパッケージ2aを有する煙草カートン2を概略的に示す。煙草カートン2は、搬送ベルト7上を梱包ユニット(本図では不図示)まで搬送される。このとき、煙草カートン2は、搬送中に正面2bが光学システム3のレンズ3aの方を向くように置かれている。
光学システム3は、高解像度の撮像用に作られている偏光カメラ4を備えている。偏光カメラは、データ処理・記憶ユニット5に接続されている。偏光カメラ4は、偏光センサ(本図では不図示)、つまり偏光フィルタを有した画像センサを備え、このセンサが同時に四つの異なる光の偏光面を捉える。
偏光カメラ4は、こうしてさらに、表面構造、本実施例では特に表面粗さに関するパラメータを把握し、光学システム3に設けられたデータ処理・記憶ユニット5を用いて、割り出された特性パラメータから、走査された表面の反射プロファイルを作成し、それをデータ値に変換するように形成されている。代替的に、例えば点コード、バーコードないし二次元コード(マトリックスコード)(Bar− oder Matrixcode)や表面に設けられた識別符号(例えば製造番号(Praegezeichen)等)といったような、物品に付されたマークが検出されるのでもよいであろう。
作動時には、偏光カメラ4は、搬送ベルトに向けられた状態で配置され、透明層1の下側にある、煙草カートン2の右上隅の識別部分6(本実施例では、斜線が入った表面で表されている。)をとらえる。
煙草カートン2は、搬送ベルト7によって偏光カメラ4の検出領域(破線によって示されている)を通り抜けて搬送される。このとき、偏光カメラ4は、識別部分6を走査し、具体的には、偏光カメラは、セロハンフィルムの表面から反射された光と、煙草カートン2のパッケージ2aの表面から反射された光とを、四つの偏光面で捉え、その情報をデータ処理ユニット5に伝達する。ここで、識別部分6は、煙草カートン2の正面2bにおいてセロハンフィルムが折り畳まれているために、その時々で部分的に二層のセロハンフィルムの下になったり、一層のセロハンフィルムの下になったりして、それが多くの異なる反射を生じさせる。
偏光カメラ4は、二つないしそれより多い偏光面において割り出された表面の特性パラメータを記録し、光の反射がパッケージ2aの表面パラメータの把握を妨げてしまった識別部分6の領域をフィルタにかけ、フィルタ処理された四つの偏光面の特性パラメータから、把握されたパッケージ表面一部分の反射プロファイルを作成し、二つないしそれより多い偏光面の特性から、把握されたパッケージ表面一部分の反射プロファイルを計算する。
反射プロファイルは、データ処理ユニット5によってデータセットに変換され、データ記憶ユニット5に蓄えられ、新たに割り出される特性パラメータと後になってから比較するために、簡単に呼び出しできるようになっている。
図2は、煙草カートン2の識別部分6を横切る概略断面図を示す。煙草カートン2は、複数の個別の煙草箱(本図では不図示)を包装するパッケージ2aからなる。このパッケージ2aは、紙製である。紙は、個別の表面特性、つまり本実施例では表面粗さ(波形で概略的に示されている。)を有し、光学システム3の高解像度の偏光カメラ4により把握可能とされている。代替的には、例えばコードといったような、付されたマークも検出できよう。
検出対象の表面一部分(識別部分6)の上側では、パッケージ2aは、無色で透明なセロハンフィルムにより覆われている。
煙草カートン2に光が差し込むと、光は、異なる偏光面において、セロハンフィルムの表面からも、紙(パッケージ2a)の表面からも反射される。このとき、特にセロハンフィルムの表面において、パッケージ2a(紙)の表面構造の正確な検出を妨げる光の反射が生じる。
識別部分6から反射された、異なる偏光面内の光を捉えることで、光学システム3は、割り出された特性パラメータの処理の際に、ノイズとなる光の反射をふるい落とすことができ、つまりは、割り出された表面パラメータについてのデータセットの作成時に、ノイズとなる光の反射を考慮せずにおくことができる。
図3は、図1の搬送ベルト7と光学システム3とを示す。搬送ベルト7上において、煙草カートン2は、煙草カートン2のパッケージ2aに印刷された点コード8(ドットコード)を有し、光学システム3の前に持来される。点コード8は、識別部分6に対応しており、セロハンフィルム(透明なシート1)により覆われているが、セロハンフィルムは、当該セロハンフィルムが正面で折り畳まれているために、部分的に一層や、二層の状態で点コードを覆っている。光学システム3による点コード8を割り出すことは、図1及び図2の先の実施例に対応するようにして行われる。
点コード8に代えて、任意の他の態様で付された識別符号、例えば、文字列、カラーマーキング(Farbmarkierung)、バーコードないし二次元コードが付されていて、光学システム3により読み取ることができるのでもよい。



  1. 透明層(1)により少なくとも部分的に覆われた物品を、光学システム(3)を用いて表面特性を割り出すことにより識別する方法であって、
    前記光学システム(3)は、偏光カメラを備え、当該偏光カメラは、高解像度で撮像を行なうように構成されているとともにデータ処理・記憶ユニット(5)に接続されており、前記偏光カメラは、偏光センサを備え、前記偏光カメラを用いて少なくとも
    −物品の表面と透明層(1)の表面から反射された光の二つの偏光面を捉え、
    −捉えられた偏光面を考慮して、物品を識別するための表面特性を割り出す、
    方法。

  2. 請求項1に記載の方法において、
    前記光学システム(3)は、偏光フィルタを有する画像センサを備え、当該画像センサは、少なくとも二つまたはそれより多い偏光面を同時に捉えることを特徴とする方法。

  3. 請求項1又は2に記載の方法において、
    表面特性として、組織構造、粗さ、色、及び/又は、表面特性として、特に点コード、マトリックスコード又はバーコードといった表面の識別符号を検出することを特徴とする方法。

  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の方法において、
    前記透明層(1)は、透明なフィルムとして形成されていることを特徴とする方法。

  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法において、
    前記物品の前記表面は、紙及び/又はプラスチック、特に、紙パッケージ及び/又はプラスチックパッケージであることを特徴とする方法。

  6. 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の方法において、
    前記表面特性を処理し、特にデジタル化して蓄積することを特徴とする方法。

  7. 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の方法において、
    前記物品を識別するために、既に割り出された表面一部分の特性を再度割り出し、最初に割り出されて蓄積された特性データと比較することを特徴とする方法。

  8. 物品を識別する装置であって、前記物品は、
    −少なくとも部分的に透明層(1)により覆われ、
    −前記覆われた部分が光学システム(3)の検出領域内に配置されており、
    −前記光学システム(3)は、前記物品の表面及び前記透明層(1)の表面から反射された光の少なくとも二つの偏光面を捉えかつ当該捉えられた偏光面を考慮して前記物品を識別するための表面特性を割り出すように構成されており、
    前記光学システム(3)は、偏光カメラを備え、当該偏光カメラは、高解像度で撮像するように構成されており、さらに、データ処理・記憶ユニット(5)に接続され、前記偏光カメラは、偏光センサを備え、当該偏光センサを用いて同時に四つの異なる偏光面の光が検出可能とされている装置。

 

 

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