Code 93

Transkript

Code 93

Vstup obrazu
včetně komprese
Snímače
obrazů, čárové
kódy a RFID
X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek
Obsah přednášky
•
•
•
•
•
•
•
Senzory pro přímý vstup optické informace.
Skenery.
Fotoaparáty/kamery včetně komprese.
2D čárové kódy,
3D čárové kódy,
RFID.
OCR.
Snímací prvky
Přehled snímacích prvků
•
•
•
•
•
•
CCD senzor (Charge Coupled Device),
CMOS (Complementary MOS),
moderní: Super CCD, Foveon.
U skenerů také
CIS (Contact Image Sensor),
PMT (Photo Multiplier Tubes).
CCD - historie
• 1971 – Bell Laboratories,
– řádkové pole 96 x 1 pixel.
• CCD (Charge-coupled device).
– Jméno je podle způsobu čtení informace po
expozici.
Technologie CCD
Princip CCD
Křemíkový MOS kondenzátor (dioda)
Příčný řez buňkou snímače
CCD
Přesouvání náboje
Dvoufázové přesouvání náboje pod transportní hradlo
CCD - rysy
• Výhody:
– vysoký výkon a kvalita,
– „zaběhnutost“ výroby.
• Nevýhody:
– více různých napětí + vysoká spotřeba,
– postupné čtení,
– žádná integrovaná logika.
Skutečné (?) provedení
CCD konkurence
• CCD – donedávna jediná možnost:
– kvalita, výkon.
• CMOS – nový konkurent:
– cena, spotřeba energie.
• Všimněte si: i CCD je MOS struktura.
• CMOS (Complementary MOS) je jiná
technologie výroby MOS!
• Souboj desetiletí ??
CMOS
• CMOS senzory (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) se vyrábí prakticky stejnými
postupy, jako běžné procesory.
• Tato technologie umožňuje integraci
specializovaných obvodů, například ke
stabilizaci nebo kompresi obrazu.
• Nevýhodou dosavadních CMOS - malá
citlivost na světlo. Nedostatek se řeší
přidáním miniaturních čoček.
• Výhoda: jediné napájecí napětí!
Super CCD SR – princip
Každá buňka je dělená na dvě. Tím
simuluje rozdělení filmu na
oblasti s vysokou citlivostí (velká část
buňky) a
s nízkou citlivostí (menší část buňky).
(zdroj: www.fujifilm.co.uk/digital)
Foveon
• Princip tohoto senzoru (ve srovnání s
konkurenty):
Současná verze se označuje jako Foveon X3.
Skenery
Co je to skener?
• Skener - externí zařízení připojitelné k
počítači umožňující
• převést předlohu do digitální podoby pro
následné
• počítačové zpracování.
Technologie a
rozdělení skenerů
•
•
•
•
•
Podle technologie snímacího prvku,
podle technologického provedení,
podle rozlišení,
podle barevných vlastností,
podle připojení k počítači.
Používané snímací prvky
•
•
•
•
CCD senzor (Charge Coupled Device),
CIS senzor (Contact Image Senzor),
PMT senzor (Photo Multiplier Tubes)
laserový skener.
Principy barevného snímání
•
•
•
•
Skenování s barevnými filtry,
skenování barevným světlem,
skenování s paralelním rozkladem,
skenování s využitím barevných CCD
senzorů.
CIS skenery
• Používají pouze jeden řádek senzorů, jež
jsou umístěny co nejblíže snímané
předloze.
• Zdrojem světla jsou tři řádky LED diod v
základních barvách, které jsou přímo
integrovány do čtecí hlavy.
CIS vs. CCD
•
•
•
•
•
•
•
Výhody:
nemají složitý optický systém,
snížené napájecí napětí na 5 V,
nevyžadují ustálení světelného toku,
jsou levnější,
mají vyšší životnost snímací hlavy,
jsou lehčí.
CIS vs. CCD
• Nevýhody:
• neumožňují snímat transparentní předlohy
(diapozitivy a filmy),
• mají nižší rozlišovací schopnost na tmavších
plochách předlohy
• při větší vzdálenosti předlohy od plochy
skeneru (např. hřbet vázaného dokumentu)
rychleji klesá osvícení.
PMT skenery
• Na každou barvu mají jeden senzor (RGB
model). Odpadají barevné chyby a
tolerance, které mohou vzniknout použitím
tisíců jednotlivých prvků.
• Senzory jsou kalibrovatelné fotonásobiče
(díky zesilování světla postihnou odstíny i
velmi tmavých částí).
• Konstruují se v bubnovém provedení.
Bubnové skenery
• Skenované předloha se umisťuje z vnitřní strany
průhledného skenovacího bubnu (bez
uchycování).
• Polohu fixuje odstředivá síla a vrstvička oleje,
který po roztočení bubnu vytvoří tenkou vrstvu
mezi předlohou a sklem bubnu.
• Skenované materiály není nutné precizně čistit.
• Nečistoty vytlačí z předlohy odstředivá síla a
soustředí je v horní části bubnu.
Bubnové skenery
• vertikální bubnový
skener ICG 360
Laserový skener
• Jedná se vlastně o jiné zařízení. Jeho
účelem je
– snímání čárových kódů, nebo
– 3D snímání.
• Technologické provedení
– aktivní bezkontaktní snímač,
– pasivní bezkontaktní snímač,
– kontaktní tužkový snímač.
Příklad technologického
provedení
• Červený laserový paprsek kmitá
vlevo-vpravo přes čárový kód.
• Vzpomínáte si na svůj poslední
nákup v samoobsluze?
• Vzdálenost kód - snímač může být
až několik metrů.
• Příklad provedení:
Rozlišení skenerů
• Hardwarové (optické) rozlišení,
• softwarové (interpolované) rozlišení,
• udává se v bodech na palec - dpi (dots
per inch).
Optické rozlišení
• Rozlišení, kterého je skener schopen fyzicky
dosáhnout.
• Horizontální rozlišení je dáno počtem
snímacích prvků v řadě,
• vertikální rozlišení je dáno velikostí kroku
mechanismu posunujícího
snímací hlavu.
Softwarové rozlišení
• Hodnota bývá vyšší než rozlišení optické,
• předloha se snímá v rozlišení fyzickém.
• Vyššího rozlišení se dosáhne softwarově
dopočítáním obrazu a barev.
• Skener se nesnaží o dokonalejší kvalitu
obrazu, ale o jeho zvětšení,
• může dojít k rozostření obrazu.
Možnosti připojení skenerů
• Paralelní port,
• SCSI řadič,
• USB řadič,
• bez připojení k počítači - pracují i
samostatně.
Obrázkové kompresní
metody jednotlivé snímky
JPEG - základní vlastnosti
• JPEG - Joint Picture Expert Group, polovina 80. let.
• Pracuje s barevným modelem YCbCr, do modelu RGB
lze ale jednoduše přejít:
– Y = 0,3R+0,6G+0,1B,
– Cb= 0,5(B-Y)+0,5 a
– Cr= 10/16(R-Y)+0,5.
• Podvzorkování chrominancí.
Princip podvzorkování
chrominancí
JPEG snímková
komprese
JPEG - dvoudimenzionální
kosínová transformace
JPEG dekomprese
• Opačný postup, než je patrný z předcho-zího
obrázku.
• Komprese je (v podstatě) symetrická,
dekomprese trvá stejně dlouho jako
komprese.
Budoucnost JPEG
• Kompresní algoritmus JPEG byl vybrán z cca
12 možných metod, přesto už dnes
překonán.
• JPEG 2000 - zásady
–
–
–
–
kvalitní komprese s nízkým bitovým tokem,
ztrátová i bezeztrátová komprese,
odolnost proti chybám,
založen na vlnkové (wavelet) transformaci.
JPEG vs.
vlnková
komprese
Obrázkové kompresní
metody videosekvence
MPEG
• MPEG - Moving Picture Expert Group
(expertní skupina vytvořená v roce 1988),
• úkol:
– vytvořit jednoduchý, levný a univerzálně
použitelný kompresní standard.
– Škálovaná koncepce (MPEG-1, … , MPEG-7).
• Zadání počítalo s nesymetrickou kompresí.
Princip MPEG komprese
• Obsahuje kódovanou video- i audio- složku a
nezbytné prostředky pro jejich rozdělení a
synchronizaci,
• je tedy nutné MPEG datový tok při dekódování
rozdělit:
MPEG videokanál
• Základním komprimovatelným prvkem
videosekvence je snímek.
• MPEG předpoklad:
– mnohé informace se v následujících snímcích opakují.
– Proto se (u některých snímků) ukládají jen rozdíly
vzhledem k předcházejícím/následujícím.
• 3 druhy komprimovaných snímků (I-, P-, B-)
• s typickým datovým objemem 15 : 5 : 2.
MPEG filozofie
MPEG terminologie
• Skupina obrázků,
videosekvence (GOP),
• obrázek,
• řez,
• makroblok,
• blok.
• Obrázek je
samovysvětlující:
Typy komprimovaných snímků:
• I- snímek (Intra-Frame),
– kóduje se samostatně (technikou JPEG).
• P- snímek (Forward Predicted Frame),
– kóduje se s ohledem na předchozí I- nebo Ptechnikou pohybové kompenzace (Motion
Compensation).
• B- snímek (Bi-directional Predicted Frame),
– jako vztažný používá předchozí i následující I- nebo
P- snímky.
I-, P-, B- snímky v MPEG
Mezisnímková komprese pohybová kompenzace
Jedna z
metod
hledání
vektoru
pohybu
Čárové kódy
Čárové kódy
• Nejstarší a nejrozšířenější metoda
automatické identifikace.
• Kombinace tmavých čar a světlých mezer.
• Data obsažená v čárovém kódu:
–
–
–
–
–
číslo výrobku
číslo objednávky
místo uložení ve skladu
sériové číslo
datum výroby...
Čárové kódy - princip
• Snímače čtou tmavé čáry a světlé mezery odražené od
vytištěného kódu v červeném nebo infračerveném
světle.
• Světlo je tmavými čarami pohlcováno, světlými
mezerami odráženo.
• Rozdíly v odraženém světle se převádějí na elektrické
signály, které odpovídají šířce čar a mezer.
• Signály se převádějí ve znaky odpovídající
příslušnému čárovému kódu.
• Posloupnost čar a mezer je přesně dána použitým
typem kódu.
Základní pojmy
• Symbol
Vlastní čárový kód, který začíná
znakem znakem start, následují
data s případným kontrolním
součtem a na konci znak stop. Před
ním a za ním musí být klidová zóna
– místo bez potisku.
• Kódy souvislé (spojité)
Souvislé čárové kódy začínají
čarou, končí mezerou a nemají
meziznakové mezery
• Kódy diskrétní
Diskrétní čárové kódy začínají
čarou, končí čarou a mezi
jednotlivými znaky se nachází
meziznaková mezera.
Čárové kódy - příklad
• Informace kódována
kódem Industrial
2/5,
• numerický kód
•
proměnné délky,
diskrétní
•
• tvořen
– znakem Start
– datovými znaky
– znakem Stop
Kód každého znaku tvořen pěti čarami
(3 úzké, 2 široké).
Mezery pouze oddělují čáry, nenesou informaci.
Jednotlivé typy čárových kódů
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Code 39 a Code 39 Mod 43
U.P.C. A
U.P.C. E0 a U.P.C. E1
EAN 13 a EAN 8
Code 93
Interleaved 2/5 a Interleaved 2/5 Mod 10
Code 128
Codebar
MSI
Code 39 a Code 39 Mod 43
• Nejčastější čárový kód, vyvinut 1974.
• První plně alfanumerická symbolika - umožňuje zakódovat
číslice, písmena a některé interpunkční znaky.
• Nepodporuje malá písmena.
• Modifikace Code 39 Mod 43 obsahuje navíc kontrolní znak součet hodnot všech znaků řetězce modulo 43.
• Code 93
• Rozšíření Code 39.
• Alfanumerická symbolika proměnné délky, souvislá,
• kóduje všech 128 znaků ASCII – 43 znaků odpovídá Code 39.
EAN 13 a EAN 8
• European Article Numbering (EAN),
• je nadstavbou U.P.C.
• Snímače EAN dovedou dekódovat U.P.C.,
opačně to ale nemusí platit.
• Numerický kód je pevné délky.
• Správu kódu EAN na evropském teritoriu
provádí nekomerční organizace EAN se sídlem
v Belgii. Jejími dobrovolnými členy jsou národní
komise EAN všech evropských zemí.
• Česká republika má přidělen kód země 859.
Kódování znaků do kódů
•
•
•
•
•
Příklad pro EAN 13:
pevná délka kódu znaku (7 jednotek),
kódování číslic 0 až 9,
tři znakové sady, značené A, B a C.
Symbol čárového kódu EAN 13 je
uprostřed rozdělen dělicím znakem na
dvě části, zvané pole.
První pole
• Čárový kód EAN 13 najdete
na obalu téměř každého
zboží v obchodě.
• Symbol bývá doplněn
čitelnými číslicemi.
• Pokud jsou první tři číslice
859, jedná se o zboží
vyrobené v ČR.
• Dekódování první číslice
pomocí použitých sad,
• 13. + 2 udává zemi, 4
výrobce.
Číslice
Znakové sady
Číslice
Znakové sady
0
AAAAAA
5
ABBAAB
1
AABABB
6
ABBBAA
2
AABBAB
7
ABABAB
3
AABBBA
8
ABABBA
4
ABAABB
9
ABBABA
Druhé pole
• Číslo výrobku – 5 číslic,
• 1 kontrolní číslice. Vypočte se jako suma číslic na sudých
pozicích * 3 + suma číslic na lichých pozicích , výsledek se
zaokrouhlí nahoru na celé desítky. Kontrolní číslice je rozdíl
zaokrouhlené a původní hodnoty.
• Příklad: Výpočet kontrolní číslice pro 859123412345
5+1+3+1+3+5 = 18, 18*3 = 54,
8+9+2+4+2+4 = 29
54+29 = 83 Zaokrouhleno:90, 90-83 = 7
Pro kód EAN 13 se tedy bude kódovat 8591234123457.
2D čárové kódy
Proč 2D?
• Začaly být větší nároky:
• obsáhnout větší množství informace,
• zmenšit velikost kódu.
Historie 2D
• 1984 –standard složený ze čtyř Code 39 skup. AIAG (číslo dílu, dodavatel, množství,
sériové číslo).
• 1988 - Code 49 - Intermec Copr. první
opravdový 2D kód.
• 1989 - Code 16K - Ted Williams.
• 1990 - PDF 417 - Symbol Technologies
⇒velká podoba s 1D čárovými kódy.
Historie 2D - II.
• Od 90 let se začaly objevovat i další typy 2D
kódů tvořené tzv. maticovým způsobem,
–
–
–
–
jako např. Data Matrix,
MaxiCode,
MiniCode;
celkový přehled dále ..
• snímání jak ve vertikálním, tak horizontálním
směru => nejsou vertikálně redundantní.
• Minimální velikost místa pro zakódování dat, až
30x menší oproti 1D,
• nesou 10 až 100 krát více informací než 1D,
• techniky tisknutí stejné jako 1D kódů nebo
přímé/permanentní značení na materiál,
• možnost značení na světlo odrážející materiál
• všesměrové vysokorychlostní snímání,
• vysoká přesnost a spolehlivost opravy informací.
Dělení 2D kódů
• Skládaný (Stacked) kód
– vzniká skládáním 1D čárových kódů skládajících
se z čar a mezer proměnné délky do
horizontálních vrstev
• Maticový (Matrix) kód
– kód je tvořen složením buněk ( modulů ) různého
tvaru (čtverec, šestiúhelník, kruh) připomínající
dvourozměrnou matice.
Přehled 2D kódů
Omezující faktory čárových kódů
• Požaduje se přímá
viditelnost,
• trvanlivost,
• dosah,
• datová kapacita,
• sekvenční čtení,
• nemožnost zápisu.
RFID neboli
Radio Freqeuncy
Identification
RFID
• Aktivní - napájeny z baterií,
• pasivní - aktivovány čtecím zařízením.
• Nízkofrekvenční - pomalejší; pracují na
principu indukční vazby,
• vysokofrekvenční - větší pracovní
vzdálenost, větší, dražší.
RFID - princip činnosti
RFID běžné frekvence
Electromagnetic Spectrum
Electric
Waves
Radio
Waves
Infrared
Visible
Light
Ultra
Violet
XRays
Gamma
Rays
Cosmic
Rays
Radio Spectrum
9kHz
30kHz
VLF
LF
300kHz
3000kHz
MF
HF
Long
Wave
Medium
Wave
125134 kHz
300MHz
VHF
UHF
3000MHz
30GHz
SHF
Very Low Frequency
Low Frequency
Medium Frequency
High Frequency
13,56 M hz
860930 M Hz
300GHz
EHF
Short
Wave
VLF
LF
MF
HF
The “RFI D ” Frequencies
30MHz
VHF
UHF
SHF
EHF
3000GHz
Not
designated
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Super High Frequency
Extremely High Frequency
2,45 and 5,8 GHz
RFID and Barcodes
Technology
Bar Code
RFID
RFI D Benefit Example
Line of sight requirement
Required
Not required
No need to orientate scanned items
Number of items that can be scanned
One
Multiple
Very fast inventory scan
Automation & Accuracy
Manual read errors & prone to misscanning
Fully automated and highly accurate
Error free inventory count
Identification
Only series or type
Unique item level
Targeted Recall
Data storage
Limited codes
Up to several kB data
Real time data access in any location
Capability
Microprocessor Cards
Contactless Smart Card
Basic Operation
1. Tag enters RF field of Reader
2. RF signal powers Tag
Antenna
3. Tag transmits ID, plus data
4. Reader captures data
5. Reader sends data to computer
6. Computer send data to reader
7. Reader transmits data to tag
Computer
Reader
Tag on
Item, box or
pallet
RFID Tags & Packaging

Code 93

Transkript

Podobné dokumenty

Přednáška kurzu MAPV Strojové čtení obrazových kódů a znaků

Jiná verze vypracování, od kolegy z PZA

QR kód - CITeM

Co je to aliasing

Špičkový výkon

Arbitrace o tuto sběrnici