Be s ehre ibung

Codierung beim Beschriften mit optisch lesbaren

Markierungen

Die Erfindung betrifft die Codierung beim Beschriften von Oberflächen mit optisch lesbaren Markierungen.

Aus US 6076738 ist ein Beschriftungsverfahren bekannt, nach dem digitale Werte vorbestimmter Länge n in ein maschinenlesbares Format auf einem Medium aufgebracht werden. Das Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: Codieren der digitalen Werte in eine entsprechende Codierung mit 2 hoch n physisch unterschiedlichen, ro- tationsvarianten (Anspruch 1) oder rotationsinvarianten (Anspruch 4), individuell unterscheidbaren Formen ("glyph shapes") im wesentlichen mit gleichem Flächenbetrag, um einen Satz von untereinander unabhängigen Formen zu erzeugen, die entsprechend den digitalen Werten variieren. Diese Formen werden in vorbestimmter Reihenfolge und in vorbestimmtem Format auf das Medium geschrieben, um die digitalen Werte in einem selbstsynchronisierenden Code zu speichern.

Als Beispiel für rotationsvariante strichförmige

Glyphen 1 werden um +- 45 Grad gedrehte Striche aufge ^¬ führt, wie in Fig. 2a gezeigt. Hierbei ist n=l . Fig. 2b zeigt ein Beispiel mit 4 rotationsvarianten strichför- migen Glyphen 1, also mit n=2. Fig. 2c zeigt ein Bei- spiel mit 4 keilförmigen Glyphen, also n=2.

Nach US 5245165 werden keilförmige Glyphen nach Fig. 2b vorgeschlagen, in den vier (2 hoch 2) Drehlagen 0, 90, 180, 270 Grad relativ zu einer Referenzachse, um damit je 2 Bit zu codieren.

Solche Glyphen werden selbstsynchronisierend (seif clocking) genannt, da sich an jeder Position ein Glyph befindet und damit die Synchroninformation in dem sich ergebenden Muster aus Glyphen enthalten ist .

Individuell unterscheidbare Formen werden im Folgenden Glyphen genannt, unabhängig davon, ob ihr Flächenbetrag im wesentlichen gleich ist oder nicht.

Das Finden der Glyph-Positionen und der Abtastrichtung ist bei Glyphen der oben genannten Art über eine Lauflängenanalyse möglich, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist: Liegt eine versuchsweise gelegte Abtastlinie 2 genau in der Richtung der Anordnung der Symbole und geht sie genau durch die Mitte der Symbole, so ergeben sich bei Strichglyphen (Fig. 3a) im Abtastsignal äquidistante Peaks 3 (Fig. 3b zeigt den Helligkeitsverlauf entlang der Abtastlinie) . Liegen Position oder Richtung der Abtastlinie falsch, wie bei Abtastlinie 2a, so sind

diese Peaks (nicht gezeichnet) nicht äquidistant.

Keilförmige Glyphen sind nach US 5245165 (s.o.) in einem gegenseitigen Abstand platziert. Fig. 3c zeigt solche Glyphen nach Fig. 2c, jedoch vorteilhaft ohne gegenseitigen Abstand. Fig. 3d zeigt den diesbezügli ^¬ chen Helligkeitsverlauf. äquidistant erscheinen Hellig ^¬ keitssprünge an den mit senkrechten Linien gekennzeichneten Stellen 4. Zusätzliche Sprünge 6 treten an den Rändern der Glyphen auf, was die Lauflängenanalyse erschwert. Da hier, im Gegensatz zur o.g. US 5245165, die Glyphen keinen gegenseitigen Abstand haben, erscheinen die zusätzlichen Kantenübergänge genau in der Mitte zwischen den auszuwertenden Kantenübergän- gen, was die Lauflängenanalyse wiederum etwas verein ^¬ facht.

Diese genannten Vorteile bei der Synchronisierung verschwinden, wenn man die Informationsdichte entsprechend den o.g. US-Patenten erhöht:

Geht man bei Strichglyphen von 2 (n=l) über auf 4 (n=2), so erhält man Glyphen nach der in Fig. 4 dargestellten Form mit Glyphen, die teilweise in Abtastrichtung ausgerichtet sind und daher keine klaren Peaks mehr ergeben, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Auch wenn man alle Glyphen um 22,5 Grad gegen die Abtastrichtung dreht, werden die Peaks zunehmend unscharf, da die Abtastlinie zunehmend parallel zu der Glyph-Richtung verlaufen muss. Bei noch höherer Informationsdichte werden diese Nachteile noch

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gravierender .

Entsprechendes gilt, wenn man bei Keilglyphen die Informationsdichte von 4 (n=2) auf 8 (n-3) erhöht.

Mit Zunahme der Informationsdichte leidet nach bekann ^¬ ter Technik die Synchronisierbarkeit . Zusätzlich wird die Unterscheidung der Glyphen schwieriger.

Aus DE 101 09 705 C2 ist eine Codierung beim verformenden Beschriften bekannt, insbesondere für geritzte Markierung, mit Geradenstücken unterschiedlicher Richtung, die sich bezogen auf eine Arbeitsrichtung um nicht mehr als 20 Grad unterscheiden. Mit dieser Codie- rungsmethode sind insbesondere geritzte Striche mit einfachen Mitteln sicher kontrastreich darstellbar, doch ist die Informationsdichte durch den dadurch sehr engen Winkelbereich sehr beschränkt.

Aus der Nachrichtentechnik ist die differentielle

Codierung von Informationen bekannt. Bei differentiel- ler Phasenmodulation beispielsweise steckt die Informa ^¬ tion in der Phasendifferenz aufeinanderfolgender Symbole.

Aus DE 10 2004 038 601 ist ein Codierungsverfahren bekannt, das auch für das Beschriften von Oberflächen geeignet ist, mit schrittweiser Inversion schrittspezifischer, sog. Inversionszellen, mit dem Vorteil, dass das Decodieren durch Mehrheitsentscheidungen über Vergleiche von Zellinhalten möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist eine Codierung bereitzustel ^¬ len zum Beschriften von Oberflächen mit optisch lesbaren Markierungen, die ein sicheres Synchronisieren und eine sichere Symbolinterpretation bei hoher Informati ^¬ onsdichte gestattet.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 oder 2 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine ungerade Anzahl p unterscheidbarer Glyphen 1 verwendet, deren Strichrichtung durch eine Referenzlinie 5 hindurchgeht innerhalb eines Winkelbereichs von 90 Grad +- 55 Grad. Dadurch wird auch bei hoher Informationsdichte eine sichere Selbstsynchronisation durch das Signal entlang einer Abtastlinie 2 sichergestellt.

Fig. 1 zeigt oben ein Beispiel mit p=3, unten ein Bei ^¬ spiel mit p=5. Fig. 5 zeigt den Winkelbereich von 90 +- 55 Grad zwischen der Glyph-Richtung und Abtastlinie 1. In Fig. 1 und 5 fallen Abtastlinie 2 und Referenzlinie 5 zusammen.

Zum Synchronisieren werden versuchsweise Abtastlinien gelegt. Fällt eine Abtastlinie mit einer Referenzlinie zusammen, so ergeben sich äquidistante Peaks .

Eine ungerade Anzahl unterscheidbarer Glyphen bietet den Vorteil der symmetrischen Verteilung der Richtungen um die synchronisationstechnisch optimalen 90 Grad herum.

Ist die digitale Gesamt-Information in binärer Form (Basis 2) gegeben, z.B. als Folge aus Ziffern "0" und "1", so kann man diese Information - oder blockweise Teile davon - einfach als Binärzahl interpretieren und diese in eine ternäre Zahl (Basis 3) wandeln, z.B. als Folge aus Ziffern "0", "1" und "2". Diese Ziffern sind nun Ausgangspunkt für eine Codierung mit 3 möglichen unterscheidbaren Glyphen. Bei der Decodierung geht man entsprechend umgekehrt vor. Entsprechendes gilt natür ^¬ lich für alle anderen möglichen ungeraden Basen.

Mit zunehmender Informationsdichte (p=3, 5, 7, ...) , d.h. mit kleiner werdenden Richtungsunterschieden, wird die Interpretation, d-h . die Unterscheidung der Glyphen schwieriger. Durch das Verbot, Glyphen parallel zur Referenzlinie zu orientieren, wird zwar die Synchronisierung erleichtert, jedoch leidet unter den enger werdenden Richtungsunterschiede die Unterscheidbarkeit der Glyphen. Dem wirkt nun die folgende erfindungsgemä ^¬ ße Ausgestaltung entgegen:

Nach einer speziellen Ausgestaltung wird die Information differentiell codiert, indem die Information jeweils in den Neigungsunterschied nah benachbarter, vorzugs ^¬ weise direkt benachbarter Glyphen verbracht wird.

Vorteil ist, dass insbesondere bei verformender Markie ^¬ rung, nah benachbarte, gleiche Symbole, eine ähnliche Erscheinungsform aufweisen, unabhängig von Beleuch- tungs- und Betrachtungsgeometrie. Bei dieser Codie-

rungsweise können Variationen - durch Effekte wie verschiedenartige Oberflächen, Markierungstiefen, Mikrostruktur der Oberfläche oder der Beschriftung (bei Laserbeschriftung wichtig) oder der Aufnahmegeometrie - beim Decodieren automatisch herausgerechnet werden; der Effekt ist bei direkt benachbarten Glyphen am deut ^¬ lichsten :

Zur Berechnung des Neigungsunterschieds wird vorteil- haft das Bild eines von zwei benachbarten Glyphen rechnerisch in p Stufen verdreht (einschließlich Nulldrehung) , entsprechend der bekannten Winkelquantisierung, und jeweils ein Bildvergleich des unverdrehten mit dem verdrehten Bild realisiert. Die Verdrehungsstufe, bei der die Bilder am ähnlichsten sind, ist der gesuchte Neigungsunterschied (vorteilhaft modulo p betrachtet) .

Bei dieser Vorgehensweise rechnen sich vorteilhaft alle o.g. Effekte automatisch heraus.

Durch die Kombination einer ungeraden Anzahl von Glyphen unterschiedlicher Strich- bzw. Kantenrichtung, mit Codierung durch Richtungsunterschiede gelingt eine sichere Erkennung, d.h. Synchronisation und Interpreta- tion der Glyphen, auch bei hoher Informationsdichte, d.h. bei kleinen Winkelunterschieden. Die über Rich- tungsunterschieds-Decodierung gewonnene Robustheit wirkt der zugunsten einer sicheren Synchronisation etwas verringerten Unterscheidbarkeit (etwas kleinere Richtungsunterschiede) entgegen.

Die Referenzlinie bzw. Abtastlinie ist i.A. eine Gera ^¬ de, sie kann auch gekrümmt sein, insbesondere kann sie auch eine Kreisbahn sein. über mehrere parallel geführte Referenzlinien entsteht ein 2D-Code.

Die Positionen der Glyphen auf der Abtastlinie sind i.A. äquidistant. Grundsätzlich können auch vorab bekannte, nicht äquidistante Verhältnisse vorherrschen, womit ebenso eine Synchronisierung ermöglicht wird.

Grundsätzlich kann auch durch absichtliche (bevorzugt geringfügige) Abweichungen von einer äquidistanten bzw. vorgegeben nichtäquidistanten Platzierung zusätzliche Information codiert werden.

Die Methode kann natürlich jedem bekannten höheren Codierungsverfahren, insbesondere mit Vorwärtskorrektur, nachgeschaltet werden, und wird dementsprechend beim Decodieren vorgeschaltet (Verkettete Codierung) .