專利名稱：數(shù)據(jù)條及編碼和解碼印刷數(shù)據(jù)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以高密度存貯印刷的編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)條以及編碼和解碼印刷襯底上數(shù)據(jù)的方法。
為了存貯產(chǎn)品或物體的指數(shù)，長期以來條形碼已為大家所熟知并廣為使用。為了編碼一個信息，以不同的距離在物體上印刷不同寬度的線條。讀出設備可以接收線條模型并解碼信息。這種條形碼的數(shù)據(jù)密度為每平方厘米印刷面積幾個比特。US3211470給出了一個例子，其中數(shù)據(jù)可靠性通過減小結(jié)構(gòu)而得到提高。
為了得到更高的數(shù)據(jù)密度而采用數(shù)據(jù)碼，它由多個數(shù)據(jù)行構(gòu)成。WO 86/05906描述了一種這樣的數(shù)據(jù)條。此數(shù)據(jù)條包含專用的同步區(qū)，它用于光學讀出設備在數(shù)據(jù)行上對準并且控制所謂的掃描率，在讀出設備在數(shù)據(jù)條上經(jīng)過時它以此速率逐行接收。在EP 06705551A1中同步區(qū)有數(shù)據(jù)條的分區(qū)的邊緣形狀。Cobblestone軟件公司在www.paperdisk.com下描述了一種用同步標志作為條形碼的二維擴展的方法。它可以所謂數(shù)據(jù)流的形式實現(xiàn)在8英寸×11英寸的平板上直至4兆字節(jié)的數(shù)據(jù)密度。
這種已公開技術的缺點是它所達到的數(shù)據(jù)密度對于各種應用還總是太小。人們希望例如在書或產(chǎn)品說明中一個數(shù)據(jù)條上存貯音樂或語言的放音試樣，10秒鐘語言或音樂的高質(zhì)放音試樣對應數(shù)十萬字節(jié)數(shù)據(jù)。為此所需之印刷面積的大小是不能接受的。
在現(xiàn)有編碼中如此來提高數(shù)據(jù)密度，人們總是縮小印刷點，從而印刷過程達到極限，例如印刷點相互連接起來。印刷過程的不穩(wěn)定使得數(shù)據(jù)條變?yōu)閺U品。并且在小印刷點情況下提高了對讀出設備成象質(zhì)量的要求。典型和臨界的成象錯誤產(chǎn)成于失真，象散，慧形象差和陰影圖，如它們由平行板的反射所形成。于是具有簡單光學結(jié)構(gòu)的讀出設備不再能被應用。然而高價值的成象光學結(jié)構(gòu)由于衍射理論在物理上也有極限。印刷過程和成像光學結(jié)構(gòu)使得同步結(jié)構(gòu)對于讀出設備呈現(xiàn)不清晰或失真，并且盡管用昂貴的技術仍不能實現(xiàn)編碼上的同步。原因在于上述干擾以不可預見的強度并且聯(lián)合出現(xiàn)，而且干擾是變化地點的。在高數(shù)據(jù)密度下，一旦各印刷點相互連接起來或印刷點成象不清晰，則不可能通過座標變換來校正失真的特別臨界的影響。
如果在編碼-讀出設備中應用圖象傳感器，如CCD-陣列和CCD-平面?zhèn)鞲衅鳎瑒t存在另一個問題。所謂圖象傳感器包含二維延伸的傳感器單元。如果傳感器單元不明顯小于同步網(wǎng)柵，在此情況下同步方法同樣失效。
現(xiàn)有方法要求4倍或最好6倍的所謂過掃描，因為按照同步網(wǎng)柵和圖像傳感器網(wǎng)柵如何吻合，同步網(wǎng)柵被不同地接收。較小的傳感器單元的缺點是光靈敏度低，傳感器價格高以及讀出時的高數(shù)據(jù)量。
現(xiàn)有編碼的另一缺點是對污垢，磨損或數(shù)據(jù)載體變形的敏感度。此外，粗的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和同步結(jié)構(gòu)是人眼可識別的，并可在不同的應用中引起干擾。此外編碼不可能同時傳送可視的信息，如公司圖標或圖象。
本發(fā)明的目的在于給出印刷數(shù)據(jù)的一種編碼以及編碼和解碼這種印刷數(shù)據(jù)的一種方法，它們可在編碼的高抗干擾性的同時獲得高數(shù)據(jù)密度，同時可在編碼上迭加附加信息，尤其是可視信息，并保證此印刷數(shù)據(jù)的可靠編碼和解碼。
根據(jù)本發(fā)明該任務由一個以高密度存貯印刷的編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)條完成，其中數(shù)據(jù)條的印刷面積劃分為單元，并且在二維的單元中以至少兩個不同的具有特征和規(guī)定形狀的模型中的一個所規(guī)定的形狀被印刷，本發(fā)明任務還由一個編碼和解碼印刷襯底上數(shù)據(jù)的方法完成，其中編碼以二維單元的形狀實現(xiàn)，單元被定位在襯底上規(guī)定的位置上，這些單元具有至少兩個不同的具有特征和規(guī)定形狀的模型中的一個，并且單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被用于解碼。
本發(fā)明具有特征和規(guī)定形狀的模型可以如此精細，使得由于較小的地點分辨率而被人眼看作均勻的點?，F(xiàn)有印刷技術下這樣的模型的典型尺寸約為0.02毫米。原則上本發(fā)明也可應用其它的傳遞方法，例如壓印-或沖壓技術，這時被印制的襯底最好是堅固的材料，如塑料或金屬。
模型位于規(guī)定的二維單元內(nèi)，它們以規(guī)定的方式在水平和垂直方向上重復。模型填充單元的50％，這樣在單元中印刷的面積基本上相等于不印刷的面積，從而此二維數(shù)據(jù)條被人眼視作均勻的彩色面。
為了存貯數(shù)據(jù)比特最好在模型中交換印刷的和不印刷的面積，一個用負圖代替或不代替的模型是尤為有優(yōu)點的。
例如一個白底上的黑色叉號變作一個黑底上的白色叉號。對于人眼來說此面積看起來總是均勻的顏色。
模型自身被如此設計，使得它在用讀出設備進行圖象接收之后良好地被識別和被區(qū)分。模型不僅可用其幾何形狀，而且也可用亮度分布作為其特征。
這里尤為適用的是一組正交模型，例如一個模型及其相應的負圖。
彩色模型與彩色讀出設備一起使用可獲得特別高的數(shù)據(jù)密度。在模型具有基色紅，綠和蘭的區(qū)域時通過交換彩色存在三個正交的模型。不論什么模型，這些單元在人眼看來都是均勻的彩色。
在選擇模型時可以考慮到由印刷過程或光學成象性能引起的失真。按現(xiàn)有方法如此設計模型，使它們被盡可能好地傳遞并在傳遞后被良好區(qū)分。
如此由于更小的點的印刷而產(chǎn)生的印刷點不清晰的問題被繞過了。
因而用本發(fā)明的數(shù)據(jù)條和本發(fā)明的方法可抑制象散或慧形象差的影響。
在現(xiàn)有印刷和讀出設備傳遞性能下借助于系統(tǒng)理論可實現(xiàn)模型的光學讀出。這里考慮的是圖象接收后模型的地點頻率盡可能與隨機噪聲的地點頻率不吻合。
印刷和讀出設備的系統(tǒng)干擾相反是影響不大的，例如出現(xiàn)陰影圖時，因為解碼器的功能不受影響。甚至于可以在模型上迭加圖象。
按照本發(fā)明，數(shù)據(jù)的編碼以二維單元的形狀完成，并且單元被定位于襯底上規(guī)定位置上，單元含有至少兩個不同的具有特征和規(guī)定形狀的模型之中的一個。解碼時利用模型識別的方法尋找規(guī)定的模型，并在識別后推斷出基本的比特信息。
為了模型識別，有優(yōu)點的是進行與固定搜索模型的相關，在被讀數(shù)據(jù)條中根據(jù)圖象找出具有特征的二維模型。
相關的數(shù)量主要對應于規(guī)定模型的數(shù)量。如果模型的圖象亮度用m(x，y)表示，讀出數(shù)據(jù)條的圖象亮度用d(x，y)表示，相關器計算積分kor(x，y)＝積分{d(x′，y′)m(x′+x，y′+y)}dx′dy′。通過比較相關積分可推斷出基本的搜索模型。相關積分kor(x，y)在某些位置上呈現(xiàn)極值，單元以規(guī)定的方式在這些位置上重復。
也可用其它的模型識別方法替代相關積分。
最好用一臺設備來讀出被解碼的數(shù)據(jù)，該設備的地點分辨率至少是數(shù)據(jù)條的最高地點頻率的兩倍。
最好編碼所用的模型以事先規(guī)定的單元和/或事先規(guī)定的順序定位在襯底上，使得由差的印刷質(zhì)量，讀出設備光學系統(tǒng)的差的成象質(zhì)量和/或數(shù)據(jù)條的翻轉(zhuǎn)引起的失真導至的模型結(jié)構(gòu)偏差可以被識別。從而可以求出模型實際上如何傳遞，并掌握數(shù)據(jù)傳遞信道的線性和非線性傳輸特性。這樣在所述情況下仍可進行可靠的解碼。
提高解碼可靠性的另一方法是，將相關函數(shù)的最大值的地點與單元的規(guī)定位置進行比較。從而可以確定在印刷和讀出過程中實現(xiàn)了什么樣的幾何變換，例如失真，翻轉(zhuǎn)和大小變化。搜索模型可以相應地適配于此變換。
尤為有優(yōu)點的是以事先規(guī)定的單元和/或事先規(guī)定的順序定位在襯底上的模型被用作搜索模型進行模型識別，從而與標稱結(jié)構(gòu)的較大偏差也可被補償。
結(jié)合本發(fā)明的編碼和本發(fā)明的方法，在任意失真情況下的解碼原則上是可以的，只要模型保持可識別。
因為模型位于一個單元中的規(guī)定位置上，本發(fā)明方案還有另一個優(yōu)點可以測量局部的失真或翻轉(zhuǎn)，方法是在模型識別時確定模型所在地點，并將其與規(guī)定的標稱位置比較。
利用這些信息來適配搜索模型，例如旋轉(zhuǎn)或改變其大小。利用失真和翻轉(zhuǎn)的一個參量化數(shù)學模型，這個模型的參量可借助于卡爾曼濾波器進行估計。從而識別也可以對噪聲不敏感。
本發(fā)明在模型識別時對模型的適配可以明顯提高解碼的可靠性，并同時提高數(shù)據(jù)密度。
實驗表明，借助于本發(fā)明的模型和本發(fā)明的方法，可獲得數(shù)據(jù)密度的完全出乎意料的提高。可以獲得每平方厘米印刷面積一萬字節(jié)的數(shù)據(jù)密度。從而例如可以通過印刷一個CD-護套的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面存貯直至20分鐘音樂，當音樂數(shù)據(jù)已用通常方法被壓縮時。
通過將本發(fā)明編碼和現(xiàn)代圖象處理技術相結(jié)合，數(shù)據(jù)比特的解碼大大地可靠和安全了，盡管在高數(shù)據(jù)密度的情況下也如此。已經(jīng)表明，在小的單元大小和具有精細的、不再能由人眼分辨的結(jié)構(gòu)的模型時，可以特別可靠地解碼。
與現(xiàn)有編碼不同，波浪形襯底或讀出設備運動時的不規(guī)則性是無大影響的。同樣光學系統(tǒng)的污垢可被補償。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)條具有以下優(yōu)點它原則上不需要同步區(qū)。
因為沒有了傳統(tǒng)意義上的同步，也不再需要在解碼時為同步所必需的4至6倍高的過掃描。
模型識別尋找一個單元中的最可能的模型，并且由此推斷出基本的信息比特。原則上模型識別不需要過掃描。然而1.5倍至2倍的過掃描已證實是有好處的。
因為過掃描在水平和垂直方向上實現(xiàn)，在讀出設備中處理的數(shù)據(jù)量相比現(xiàn)有方法降低了7倍以上。
本發(fā)明方法在下述情況下也可更加可靠地解碼例如由于成象質(zhì)量差，使得被印刷的模型嚴重地相互連接。因為每個規(guī)定的模型對于相鄰單元有相同影響，可以在一個模型首次被識別后模型識別時在一個判決反饋中考慮對相鄰單元的影響。
按照本發(fā)明，在編碼的數(shù)據(jù)上可迭加附加的，尤其是可視的信息，而不降低數(shù)據(jù)密度。
這可以如此實現(xiàn)單元或者單元中的模型改變尺寸。這樣對觀看者來說單元呈現(xiàn)更亮或更暗。具有特征的模型或單元的由印刷技術造成的尺寸變化最多50％。
迭加圖象信息的特別好的方法是改變印刷色彩。這可以如此實現(xiàn)它保持不被讀出設備發(fā)現(xiàn)。例如如果利用具有紅色濾光片的光學讀出設備，則綠色，黃色或黑色印刷色看起來同樣有小的圖象強度。模型的亮度也可以變化，以迭加可視信息。
實驗表明，直至50％的圖象強度波動是可接受的。
為了迭加可視信息，在本發(fā)明數(shù)據(jù)條中也可保留無數(shù)據(jù)區(qū)。這例如在編碼的數(shù)據(jù)上迭加完全平面的圖象結(jié)構(gòu)時是可能發(fā)生的，例如畫出的臉上的黑眼睛或類似物，并且通過很暗的區(qū)域編碼是不可能的。在此情況下最好在規(guī)定的單元中編碼一些標記，它們確定數(shù)據(jù)條上無數(shù)據(jù)區(qū)的邊界。
下面借助附圖和實施例說明本發(fā)明，附圖為

圖1示出編碼單個數(shù)據(jù)比特的各種可能性，圖2示出不能被人眼分辨的單元的周期重復，圖3示出在周期地重復不能被人眼分辨的單元時一個規(guī)定的行偏移的生成，圖4示出編碼一個3比特序列的各種可能性，以及圖5示出用于解碼此編碼的處理步驟。
圖1舉例示出為了同時編碼一個邏輯0或1以及圖象信息的各種可能性。印刷模型1或3在此情況下表示邏輯0，印刷模型2或4表示邏輯1。模型被印刷得如此小，使得它不能被人眼分辨，并僅被視為灰點。然而讀出設備可識別模型的形狀。圖象信息的迭加如此形成在印刷模型1″或2″中彩色或亮度被改變，在印刷模型1′或2′中此有特征的模型變小，以對人眼形成降低的亮度感。
圖2示出模型對1和2如何以規(guī)定的間隔在兩個方向5和6上周期地重復，這樣構(gòu)成二維的數(shù)據(jù)條。
圖3中模型對1和2在對角線方向7上周期地重復。每第二個由模型構(gòu)成的行錯開。從而在讀出設備中的模型識別變得容易了。
圖4所示4個復雜模型8，9，10和11與彩色反轉(zhuǎn)的模型8′，9′，10′和11′一起應用可以編碼一個3比特序列，如在位置8″，9″，10″和11″上所示那樣。當然也可利用其它典型的二維模型。關鍵在于這些模型明顯不同，使得讀出設備能良好地識別它們。
相應讀出設備的工作原理以框圖形式示于圖5中。由讀出設備接收的數(shù)據(jù)條15的圖象首先進入處理塊12，它完成模型識別。這可例如通過圖象數(shù)據(jù)15與印刷模型的相關性實現(xiàn)。這里相關器被如此設計，使得它不受模型亮度波動或彩色的影響，這使得數(shù)據(jù)條上迭加圖畫或圖象成為可能。如果數(shù)據(jù)條包含不同的模型，則與各種模型進行相關。其它的模型識別方法也可被采用。在模型被識別后，在塊16中它被推斷為編碼比特或編碼的比特序列，這些比特被輸出在14上。塊13確定地點，在此地點上模型被識別，塊13還將此地點與規(guī)定的模型期望所在地點17比較。如果兩個地點相互偏離，數(shù)據(jù)條的圖象被移位，旋轉(zhuǎn)或變形。然后在模型識別塊12中相應地適配搜索模型并重新進行模型識別。此外模型期望所在地點被重新確定。這個新的模型地點在下一處理周期中被用作規(guī)定的模型地點18。
權(quán)利要求
1.以高的數(shù)據(jù)密度存貯印刷的編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)條，其特征在于，a)數(shù)據(jù)條的被印刷面積劃分為單元，并且b)在一個二維的單元中至少兩個不同的具有特征和規(guī)定形狀的模型中的一個所規(guī)定的形狀被印刷。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，這些模型如此區(qū)分印刷的面積與不印刷的面積對換。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，在單元內(nèi)被印刷的面積與不印刷的面積基本相等。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，模型由幾何形狀和/或亮度分布來表征。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，模型用至少兩種不同的彩色印刷，并且編碼由彩色的交換形成。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，不同的模型編碼不同的信息比特序列。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，模型具有同樣的尺寸，它不能被人眼分辨。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，存貯信息上迭加一個可為人眼察覺的，最好是可視的信息。
9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，為了迭加可視信息，單個單元的尺寸相應被改變。
10.如權(quán)利要求8或9所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，為了迭加可視信息，單個單元的尺寸相應被改變。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，為了迭加可視信息，單個單元和/或模型的彩色和/或亮度被改變。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，不同的用于編碼的模型在預先規(guī)定的單元和/或以預先規(guī)定的順序被印刷在數(shù)據(jù)條上。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的數(shù)據(jù)條，其特征在于，在其內(nèi)部保留空白區(qū)域。
14.編碼和解碼被印刷襯底上的數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，編碼以二維單元的形狀實現(xiàn)，并且單元被定位在襯底上的規(guī)定位置處，這些單元包含至少兩個不同的，具有特征和規(guī)定形狀的模型中的一個，并且單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被用于解碼。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，模型被反轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，在單元內(nèi)部被印刷和不被印刷的面積大約相等。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項所述的方法，其特征在于，模型通過幾何形狀和/或亮度分布被改變。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項所述的方法，其特征在于，用至少兩種不同的彩色形成模型并通過交換彩色進行編碼。
19.如權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，其特征在于，借助于不同的模型編碼不同的信息比特序列。
20.如權(quán)利要求14至19中任一項所述的方法，其特征在于，用精細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生模型，此結(jié)構(gòu)不能被人眼分辨。
21.如權(quán)利要求14至20中任一項所述的方法，其特征在于，在存貯信息上迭加人眼可察覺的，尤其是可視的信息。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，單元和/或模型的尺寸被改變。
23.如權(quán)利要求14至22中任一項所述的方法，其特征在于，用于編碼的模型在預先規(guī)定的單元和/或以預先規(guī)定的順序定位在襯底上。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，被定位的模型被用于模型識別。
25.如權(quán)利要求14至24中任一項所述的方法，其特征在于，為了模型識別實現(xiàn)與規(guī)定搜索模型的相關。
26.如權(quán)利要求14至25中任一項所述的方法，其特征在于，將已識別模型的位置與單元的規(guī)定位置比較，以調(diào)整搜索模型的尺寸和旋轉(zhuǎn)位置。
27.如權(quán)利要求14至26中任一項所述的方法，其特征在于，通過標志的接收，不解碼襯底上規(guī)定的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及以高數(shù)據(jù)密度存貯印刷的編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)條,并且數(shù)據(jù)條的被印刷面積劃分為單元,在一個二維單元中印刷至少兩個不同的,具有特征和規(guī)定形狀的模型(1,2)中的一個的規(guī)定形狀,本發(fā)明還涉及編碼和解碼被印刷襯底上的數(shù)據(jù)的方法,其中編碼以二維單元的形狀進行,并且單元被定位于襯底上規(guī)定位置處,單元包含至少兩個不同的,具有特征和規(guī)定形狀的模型中的一個,并且單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被用于解碼。
文檔編號B41J5/30GK1360710SQ00810293
公開日2002年7月24日 申請日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月9日
發(fā)明者伯納德·韋尼澤, 安德萊斯·布魯格, 蒂爾曼·克魯格, 戴特萊夫·梅納茲 申請人:數(shù)據(jù)之聲數(shù)字音頻和信息系統(tǒng)開發(fā)與銷售有限公司