CN1032232C - 多角形信息编码制品、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的制品是存储编码信息用的光可读标签，所述标签包括一数据阵列，该数据阵列由多个配置成预定几何图形且具有至少两种光学性能的信息编码多角形组成。

一种在光可读数据阵列中对信息进行编码的方法，该光可读数据阵列包括多个毗邻信息编码多角形，该多角形是这样进行编码的；将若干光学性能按预定的构形而分派给各多角形，按预定顺序给该多角形排序，然后将该多角形印制成具有至少两种光学性能。

Description

多角形信息编码制品、方法和设备

本发明涉及一种经改进的光可读(optically readable)标签及其读出系统，特别涉及一种附在或印制在一衬底上经改进的光可读标签，用以在预定的二维数据阵列内存储信息，该数据阵列包括多个配置成预定的几何图形且至少具有两种不同光学性能的多角形。

货物、各种零部件、信件、包裹、集装箱和一整套有关物品在装运或运输的过程中往往需要给它们附上有关起运站、航班号码、目的地、品名、价值、部件号码和许多其它类型资料的标签。在其它应用场合，读取附在这类物品的标签上印刷的编码信息可以使物品销售额和存货清单的统计或电子现金出纳机的操作自动化。这类编码标签的其它用途包括邮件、包裹、行李等按规定路线的自动传送和自动分类，以及在生产过程中在原料或零部件上附上注有制造说明的标签等等。这类物品的标签通常是用条形码标示，其中一种条形码是通用制品代码(UinversalProduct Code)。还有其它种种条形码系统都是本技术领域所公知的。

商业上现行的条形码系统其数据密度一般不足以适应目前和日益增长着的在面积愈来愈小的标签上对愈来愈多的信息进行编码的要求。通过减小各种条形码系统中各条形码的大小和间隔来增加数据密度所做的努力都未能解决这个问题；有一些光扫描仪其分辨能力足以检测间隔为5密尔或更小的具反差性的条形码，但这类光扫描仪从经济上考虑不宜制造，一来是由于标签印制过程中对容差固有的精密要求，另一方面是由于要分辨如此大小的二进制位编码的条形码需要有复杂的光学仪器，另一方面，要容纳数量日益增加的数据必须制造极大的条形码标签，结果必然使这类检签不能紧凑得足以附在小型物品上。另一项重要因素是标签媒体(例如纸)的成本。小标签的纸张成本就要比大标签低，这项成本在大量生产中是个重要因素。

如果不用条形码的话，也可以采用：象美国专利3,553,438的那种采用配置成辐射形的楔形编码元件的圆形格式，或象美国专利3,971,917和3,916,160的那种黑白二进制位编码同心环，还有象美国专利4,286,146的那种由成排成行的数据编码方块或长方块构成的格网，象美国专利4,634,850的那种以许多单元的形式配置形成彼此有规则地间隔一定间距的格网的细微点群，和象美国专利4,448,679所述的那一种由许多点或元素组成的稠密挤在一起的多色数据区。上述实例中所述的某些编码系统和其它现有技术中公知的编码系统，其主要的缺陷是数据密度不足，例如由矩形或方形盒组成的编码圆形格式和格网的情况就是如此。另一方面，在上面谈到的那种由微细点或多色元素组成的格网的情况下，这类系统由于需要有专门的定向和运输装置，因而限制了它们在高度控制的读取环境中的应用。

现代的输送机系统由于皮带的宽度达例如3至4英尺，皮带速度接近每秒100英寸或以上，所载送的是其上附有信息标签且高度不同的包裹，而且由于需要使用大致一英寸见方的小型价廉的紧凑标签，因此目前努力的重点是放在能探测出这些快速移动着的包裹等上面的数据编码标签的位置并读取这些标签的光学系统和译码系统。在只探测标签图象的光扫描仪中存在着一些难题。此外一旦找出或识别出标记图象，就必须在进行下一步工序之前对处在输送系统中的包裹上精确地对标签图象进行译码，这往往是在几分之一秒内进行的。这些问题使对这样一种装置的需要提到议事日程上来了，该装置结构简单，动作迅速，成本低廉，当装设得可以扫描整个输送机皮带的光扫描述的视野中出现数据编码标签时，该装置即能发出信号。这个特点将与下面更详细介绍的高密度数据阵列最好地结合起来。

包含探测目标的数据阵列是公知技术，举例说，同心几何图形，包括环形、方形、三角形、六角形以及它们的许多各利变形，如美国专利3,513,320和3,603,728中所述的那些。美国专利3,693,154和3,801,775也介绍了用包括同心圆等的符号作为标记和位置指示符号的作法，这些符号是附在准备用光扫描的物品上。但这些系统是采用两种单独的符号来确定数据区的标记及其位置的，因而使检测该诸符号需用的逻辑电路更加复杂，而且还降低了有关数据区的数据运载能力。另外，当采用两种符号时，其中一个的损坏，导致确定数据区的位置和从数据区中恢复信息的附带能力的问题。在后一种系统中，在具有数据运载能力有限的数据编码线性标记的数据道两端应用了分开着的位置标记和定向标记。

上述各系统通常是用一个光传感器进行扫描的，该光传感器能产生对应于数据阵列所反射的光的强度变化、位置符号和定向符号的视频信号输出。这类系统的视频输出经数字化之后具有可与预定的位系列匹配的特定位组合图形。但这些系统具有这样的缺陷，即需要有两个独立的符号，用以首先查明图象的情况，然后确定其定向。此外必须将数字化了的光传感器信号输出与表示位置符号和定向符号的预定位序列匹配起来的方法是要比本发明的方法和系统更容易在阅读时出差错，因为现有技术的标签探测系统所提供的探测目标信号电平特性是固定不变的。

美国专利3,553,438公开了一种由一系列同心圆组成、探测的目标安置在中心的圆形数据阵列。这种探测目标提供了用光传感器获取圆形标签、确定其几何中心、从而确定圆形数据阵列的几何中心的一种方法。这是通过工作时能识别表面探测目标的牛眼状图形的脉冲型式的逻辑线路进行的。但和条形码一样，数据阵列的数据容量有限，且这种系统需要第二个圆形扫描程序。在这样一种数据容量有限的系统中同时采用线性扫描和圆形扫描，虽然在数据容量方面比一般的条形码稍微有些增加，但却使问题复杂化，这是我们所不希望有的。

为提高数据阵列的数据运载能力，有人研究出了一种采用许多高密度彩色点群的代码，如美国专利4,488,679中所介绍的那一种。但美国专利4,488,679所介绍的那种系统需要使用手持式光扫描仪，因而完全不可能对高速传送带上输送的快速移动着的数据阵列进行记录和译码。与此类似，如美国专利4,634,850所述的那一种采用细微数据编码点的高密度编码系统，需要特殊的运输装置，以便确保数据阵列按特定的方向移动，而不是象在输送机皮带等上面输送的包裹那样只是无规则地定向移动。因此编码标签必须应用与标签传送装置连接的线性扫描仪逐个数据道地读出，以便妥善地译出标签上的编码信息。此外在该专利中，为了可以阅读卡片，必须妥善地译出标签上的编码信息。必须极其小心地控制卡片相对于传感器的位置。

在产生条形码系统的技术中也有人采用多重彩色来解决扫描极小条纹时所遇到的光学问题。美国专利4,443,694介绍了一种利用两种以上光学性能来对数据阵列中的数据进行编码的条形码，例如采用黑、灰、白相间的条纹。这种系统虽然比早先的一些条形码系统有进步，但却达不到本说明书所述的本发明的那种紧凑性和数据密度。

鉴于现有技术的光学编码系统具有上述缺陷，因此本发明的主要目的是要提供一种新型的经改进的小型高信息密度的光可读(即：可用光来读出的)标签。

本发明的另一个目的是提供一种新型的经改进的每平方英寸标签面积可编以大约100个具有高度差错保护的字母数字字符代码的光可读标签。

本发明的又另一个目的是提供这样一种新型的经改进的小型光可读标签，这种标签附在高速输送机系统上传输着的包裹等之类的物品上时可以用光传感器读出而无需顾及输送机上包裹的取向情况或其上附有光可读标签的所述包裹的高度变化。

与本发明有关的一个目的是提供一种光可读标签与译码系统的组合体，使得即使标签处于倾斜、卷曲、翘曲、部分磨损或部分撕破的情况下，也能可靠地将编码译出。

本发明的另一个目的是提供一种确定高速通过光传感器底下的标签的位置、并以高度的数据完整性译出所述标签的代码的方法。

本发明的另一个目的是提供一种经改进的对小型高信息密度经改进的光可读标签进行编码的方法，该方法是将待编码的信息分成若干较高或较低优先级的消息，以形成不同层次的消息，这些不同层次的消息都是分别加以错误保护的，以确保编码信息的完整性。

本发明的另一个目的是提供对小型高密度经改进的光可读标签进行编码和译码的经改进的一些方法和设备，包括错误校正能力，以恢复误读或遗漏的信息，而且这样做时优先照顾高优先级的编码消息。

本发明的另一个目的是用一般的印刷方法制造成本经济的光可读标签，并用较便宜的逻辑线路译出该标签的代码。

本发明的其它目的和优点将在下述说明书中可以发现。

本发明包括一种光可读标签以及对这种光可读标签进行编码和译码的一些方法和设备，该光可读标签用以存储以二进制位形式编码的数据，标签本身包括一预定的二维数据阵列，该二维数据阵列则是由多个毗邻、部分毗邻或不毗邻配置成预定二维图形且具有至少两种不同光学性能的信息编码多角形组成。

本发明的光可读标签可包括成预定二维几何阵列的多角形，其中该多角形的几何中心处在预定二维阵列如下面更充分叙述到的各相交轴线的最高点，且各多角形具有至少两种不同光学性能中的一种光学性能。这种光可读标签的多角形可以是正多角形或非正多角形，且光可读标签上的二维多角形阵列可以在标签平面上具有两个或两个以上在角度上为等间距或不等间距的轴线。

光可读标签可印制以完全毗邻、部分毗邻或不毗邻配置的多角形图形。后两种图形自然而然地在光可读标签上在毗邻的多角形之间形成多个间隙空间。这些间隙空间可以具有与多角形的两个或两个以上光学性能相同或不同的光学性能。毗邻的五边或五边以上多角形的二维阵列都可用作本发明光可读标签的图形。此外，部分毗邻或不毗邻具有三个边或三个边以上的正或非正多角形二维阵列，当预先配置在这类阵列的预定轴线上时，都可按本发明的方法进行编码和译码。

除上述各种几何多角形单元、该诸多角形单元的配置方式和由这类多角形单元配置方式形成的光可读标签之外，本发明的光可读标签也可含有一由一系列具有光学性能的同心环组成的探测目标，供协助在附有光可读标签的物品上找出光可读标签的位置之用，尤其是在动态式标签读出系统中。

在本发明的一个最佳实施例中，数据阵列包括大约一英寸见方通常呈方形的阵列，该阵列具有成行成列毗邻配置的六角形，探测目标配置在中心位置，探测目标的几何中心确定了数据阵列的几何中心。探测目标可以取一系列具有这样一些将学性能的几何形状的任何形状，即当光传感横贯通过探测目标的几何中心的线性扫描线而扫描该几何图形的探测目标时，探测目标会产生易于识别的视频信号。在一个最佳实施例中，探测目标是一系列反射率明显不同的同心环，这些同心环受到线性扫描时会产生周期性的视频信号。在对数据阵列定位和译码的方法中采用模拟滤波器件可以将光传感器所产生的信号直接与预定的频率进行比较，因而可以快速而精确地将它们的频率加以匹配，从而确定附在衬底上的数据阵列的位置。接着将来自光传感器表示信息编码标签的模拟电信号输出进行数字化和译码。利用一个模拟带通滤波的步骤可以无需对信息编码标签进行译码就可以进行标签探测。定出探测目标中心的位置可以确定数据阵列上的某一参考点。如果探测目标的中心位于标签中心，则可以同时确定探测目标和数据阵列的中心。在实施本课题的发明时最好将探测目标安置在标签中心，但并不是非这样做不可。

当利用三种反射性能(例如黑、白和灰色)对六角形进行编码时，本发明的光可读标签能在大约一英寸见方的面积上对100个或高达几百个以上具错误保护的字母数字字符进行编码。采用具一定光分辩能力的传感器时，本发明系统的信息记录密度比条形码系统的大。举例说，若将一个高分辩能力的光传感器与本发明的系统配用，则在一平方英寸内可以对几百个字母数字字符进行编码。或者用本发明的系统用分辩能力较低的传感感器在每平方英寸的面积内也不难检测出100个字符。

只要利用两种或两种以上的光学的反差性能就可以制造出本发明的不同数据密度的光可读标签。当数据密度增加，而且本发明的系统中包含探测目标时，比起采用条形码读出系统就需要更为复杂的扫描仪并增设更完善的译码等法以读出编码的消息。

在本发明中，数据编码可以通过将来自二进制位流的多个二进制位编码成一群毗邻的六角形来进行，其中各六角形具有两种光学性能中的至少一种光学性能，但编码也可以按逐个六角形地进行。数字位流可以根据手动输入的数据或者转换成二进制位流的数据而由计算机产生，或作为预先记录好的数字位流而提供。待编码的数据系按预定的顺序并在数据阵列预定的地区进行位映象以增加它们在光学性能不同的六角形之间的转变(transition)次数。

在本发明的最佳实施例中，待编码的信息组系划分成高优先级和低优先级的消息，这些消息分别映象入数据阵列的不同地区。高优先级的消息也可以在低优先级的消息区复制，以减少因污迹、撕裂、褶皱和其它对数据阵列造成的损坏所引起的扫描误差而导致高优先级消息丢失的可能性。高优先级消息是在数据阵列靠近包含在最佳实施例中的探测目标的中心区进行编码的，目的是为了保护消息免受损伤，而这在数据阵列的外围地区是更容易发生的。数据阵列最好具有校正错误的能力，这可利用本发明运载信息的巨大能力付诸实施，以确保对消息进行译码时数据高度的完整性。

在实施本发明时，可应用具有足够密度的象元格网来印制具不同光学性能六角形的标签，但在不脱离本发明精神实质的情况下也可以采用其它印刷方法。对象元格网进行位映象，使得在印制标签时，可以预定各六角形的光学性能，从而可以对它们在以后进行译码，将对各六角形进行编码时所指定的数据复原。这种印刷方法是本技术领域所周知的，印制本发明所要求的光学性能的六角形时可采用一般打印机和位映象技术。

本发明提供了一种经改进的检索在形成数据阵列的多角形(最好是六角形)的位映象阵列中编了码的数据的新方法。可以令有编码的标签通过预定的照光区，并借助于一个电子操纵的光传感器进行光扫描，或者用一个手持式扫描器在标签上扫描。光传感器产生一个对应于标签某部位个别反射性能的模拟电信号，由光传感器的各象元将该模拟电信号记录下来。光传感器的模拟信号首先借助于一模拟滤波器与一预定的频率值进行比较，该预定的频率值对应于预定的探测目标在数据阵列上出现时的频率值。如果它们匹配良好，就可以探测出标签来，并确定出探测目标的中心，从而也确定出数据阵列的参考点。同时由一模-数转换器连续地将模拟信号进行数字化，并存储在图象缓冲区中。所存储的表示整个标签的数字化数据留待以后在译码过程中再进行处理。

数字数据由存储程序逻辑电路变换成具有不同光学性能的六角形各界面的映象。在本发明的一个最佳实施例中，这是通过计算传感器在各象元和围绕该第一象元的一个预定的象元群所记录的各反射性能强度的标准偏差而进行的。因此高标准偏差对应于具反差性六角形各界面的转变区。

其它数据变换，包括确定六角形的取向、方向和间隔的滤波程序都是对数字数据进行的。此方法的一般步骤如下：

(1)滤除数字化图象非线性变换部分(non-linear trans formedversion)。

(2)确定标签的取向，最好是通过确定图象三个轴线的位置(如图2所示)并确定哪一个轴线平行于标签的两边而进行。

(3)求出各六角形的中心，并确定各中心的灰色梯度。

(4)将各灰色梯度变换成位流。

(5)也可以对该位流进行错误校正；

(6)也可以将位流转换成预定的字符组。

应该指出的是，虽然本发明是就其应用于具两个或以上光学性能的六角形进行介绍的，但本方法，特别是当标签翘曲、撕破等时调节光学图象的步骤，都可以应用于其它型式的标签和其它多角形图象单元。

从本发明的详细说明中可以了解到本发明的其它目的和其它适用范围。但应该理解的是，本发明诸最佳实施例的详细说明仅仅是以举例说明的方式提出的，不应视为对适合本发明精神实质所进行的更改和修改范围的限制，这一点是熟悉本技术领域的人们都知道。

图1是本发明同心环探测目标的平面图。

图2是一个光可读标签的部分平面图，该标签具有毗邻配置的一些六角形，供按照本发明对数据进行编码之用。

图3是一个完整的光可读标签的平面图，该标签具有一些毗邻配置具三种光学性能的六角形，供按照本发明对二进制数据进行编码之用，并且，包括探测目标。

图4是3个图象单元×3个图象单元的一群毗邻六角形的平面图，这些六角形可作为本发明最佳实施例的基本编码单元。

图5是一个群集映象图，示出了用图表表示的由33行和30列组成的数据阵列，形成11行和10列的由六角形组成的3图象单元×3图象单元群集的格网。

图6是本发明的摄象机调节系统的原理示意图，该系统用以根据待检测包裹的高度调节光传感器的位置。

图7是本发明译码过程的方框图。

图8是表示探测目标定位过程的流程图。

图9是表示编码和译码程序结构和数据流的流程图。

图10是表示图象处理各步骤的顺序的流程图。

图11是以毗邻各六角形的几何中心位于一正六角形阵列各顶点而配置的毗邻配置正六角形群集的平面图。

图12是以毗邻各六角形的几何中心位于一六角形阵列各顶点而配置的毗邻非正六角形群集的平面图。

图13是以毗邻各多角形的几何中心位于一六角形阵列各顶点而配置的部分毗邻配置的大致上呈六角形的多角形群集的平面图。

图14是以毗邻各多角形的几何中心位于一六角形阵列各顶点而配置的毗邻配置的大致上呈六角形的多角形群集的平面图。

图15是本发明的一种光可读标签的平面图，该光可读标签具有多个毗邻配置着的大致上呈六角形的多角形和一个探测目标，各毗邻多角形的几何中心位于一六角形阵列的各顶点。

图16是以相邻各正方形的几何中心位于一六角形阵列各顶点而配置的相邻配置的正方角形群集的平面图。

图17是不毗邻配置的矩形群集的平面图，所述各矩形之间形成间隙空间，各相邻矩形的几何中心位于一六角形阵列的各顶点。

图18是不毗邻配置的多角形群集的平面图，所述各多角形之间形成间隙空间，各相邻多角形的几何中心位于一六角形阵列的各顶点。

图19是在行和列上交错毗邻配置的正方形群集的平面图，各相邻正方形的几何中心位于一六角形阵列的各顶点。

图20是部分毗邻配置的八角形群集的平面图，各八角形之间形成间隙空间，各相邻八角形的几何中心位于一矩形阵列的各顶点。

由于信息可以根据按预定顺序和阵列配置成蜂窝图形的毗邻六角形或“图象单元”的具反差性的颜色进行编码，因而存储在标签上的信息可借助于电光传感器予以还原。以各毗邻多角形的几何中心位于一六角形或其它预定阵列的各顶点而配置的六角形以外的多角形单元也同样可以用来对光可读标签上的信息进行编码。这类多角形单元，当排列得使它们各自的中心处在二维几何阵列的预定位置，且通过给多个这类多角形单元分派不同的光学性能按预定顺序进行编码时，可以用一个电光传感器“读取”，然后按本发明下面即将谈到的方法进行译码。

本发明的多角形图象单元是由一闭合虚线形成的信息编码单位，这些图象单元系按预定的二维图形排列在光可读标签上。采用各式各样的多角形和各种几何图形的阵列(例如六角形、矩形或正方形阵列)的标签构形都可用以实施本发明。

各“毗邻配置的多角形”是以各毗邻多角形的几何中心位于一预定的二维阵列的各顶点而配置的多角形，且这类多角形的各边缘与各直接毗邻的多角形的边缘接触，互相之间不留下间隙。各“部分毗邻配置的多角形”是以各相邻多角形的几何中心位于一预定二维阵列的各顶点而配置的多角形，且这些多角形系沿它们各自的边缘与周围其它的多角形在某处分开，从而在光可读标签上的所述多角形之间分布有多个间隙空间。各“不毗邻配置的多角形”是以相邻各多角形的几何中心位于一预定的二维阵列而配置、且单个多角形的边缘不与所述多角形周围的多角形的边缘接触的多角形。此外，各多角形单元和各毗邻多角形的各中心所在的预定二维格网或阵列，在构型上可以是具有不等间距轴线的非正多角形或者具有有等间距轴线的正多角形。这类二维阵列轴线可能与多角形单元的对称轴线(如有的话)无关。

由于信息可以根据按预定顺序和阵列配置成蜂窝图形的毗邻六角形或“图象单元”的具反差性的颜色进行编码，因而存储在标签上的信息可借助于电光传感器予以还原。

本发明的标签中采用了六角形图象单元，用六角形对标签上的信息进行编码具有如下的好处：

(1)对一定的光分辨能力来说，六角形比其它多角形更容易密实地拼在一起。举例说，在一定的分辨能力下，方形的各角落是更难以分辨的，因而在另一种情况下就需用多余的光分辨能力来“读取”方形图象。圆形对光分辨能力最理想，但会白白浪费掉毗邻圆形之间的空隙，而且会使标签图象的处理和印制复杂化，因为需要给这些空隙规定某一光学性能。六角形与圆形或其它多角形(包括八角形、方形和三角形等)相比，能使信息的记录密度达到最佳情况。方形和三角形都有问题，因为它们的各角是锐角。圆形和八角形也有问题，因为浪费掉了毗邻圆形或八角形之间的空隙。

(2)邻接着的六角形组成的格网有三个轴线。采用方形或矩形的标签时，六角形的主轴线就可安置得使其与标签的一边成预定的关系。如此安置六角形格网的主轴线可以借助于格网对该主轴线的关系方便地读取在六角形中编码的数据。

这里所使用的“标签”一词包括具有适当粘性背衬，准备附到包裹或制品上和集装箱或其它物品的外表面的分立附件，光可读的信息即按本发明印制在分立附件上。

这里所使用的“光可读数据阵列”“或数据阵列”是指具有两种或两种以上光学性能邻接着的六角形或其它多角形图象单元组成的图形，用以以可检索的形式根据六角形或多角形的各光性能和彼此的空间关系对一组数据进行编码。通过印制而使其包括该可还原的信息的六角形或多角形，在这里称之为“信息编码”六角形或多角形，这是根据标签对信息进行编码的方式取名的。

六角形按彼此间的界面数目最多的方式邻接以达到最佳的读出方式和最大的信息存储密度所组成的图形叫做“蜂窝图形”。

在本发明的精神实质下可利用来印制数据阵列的各六角形或图象单元具反差性的反射性能有各种各样。这里使用的“印刷”一词是指将具有预定光学性能的材料淀积到一衬底上，或采用“热”印刷时，是指改变光学性能。“印制”也包括旨在将具有预定光学性能的材料淀积到衬底的一部分上的删除过程，其中该衬底本身具有特殊的光学性能。举例说，印制黑白的六角形图象单元时，如果衬底是白的，则实际上只需要印制黑色的图象单元。因此这里使用的“印制”或“印制了的”一词的定义也包括白色六角形的图象单元这个印制对象。

这里所使用的“光学性能”一词是指印制在不同媒体上的图象单元的光吸收性能、光反射性能和/或光的折射性能。在图象单元系印制成黑色(高密度黑色油墨)、灰色(半黑色调)和白色(在白色衬底上不印刷)时(如本发明最佳实施例的情况)，则我们说本发明具有三种光学性能。

又，这里所使用的并参照图1使用的“一系列同心环”或“同心环”10是指两个或以上的同心环12，其中一个环是由环的最小半径“r”所确定的圆形区的内部部位。

图2是根据本发明的原理画出的可用电光的方式加以扫描的标签的一部分。从图2可以看到，该标签由许多毗邻印制的六角形图象单元组成，形成蜂窝图形。每一个六角形都标以编号20，且由六个相等的边22组成。六角形的各内角也都相等，等于120度。在图示的实施例中，该六角形形有一个垂直轴线y-y和一个水平轴线x-x。由于正六角形的几何性质，六角形20的x-x轴线的长度略比六角形20的y-y轴线的长度小。

在本发明的一个最佳实施例中，如图3中所示，当采用大致1英寸×1英寸见方的标签30时，(考虑到在该最佳实施例中，标签的中心为一系列同心环组成的探测目标35所占据)六角形或图象单元的数目大致为888个。这些彼此邻接着的六角形20自然而然地形成由虚线31表示的水平行“R”，和由虚线33表示的垂直列“C”。在本实例中，1英寸×1英寸的标签总共有33个水平行“R”和30个垂直列“C”。各六角形的“直径”约为0.8毫米。由于邻接着的六角形拼在一起所具有的几何性质，因而界定着蜂窝图形的方形周边中的行“R”比列“C”多。

应用图2所示的六角形，可以看出，各六角形系按在列的方向上彼此交错而重叠的方式排列，在垂直方向上每间隔一个的六角形其y-y轴线在一条直线上。间隔一段距离配置的各六角形20其y-y轴线与邻接的位移一段距离的六角形的垂直外边22成一直线。六角形20的y-y轴线平行于标签的两个垂直边32和34，如图3所示。水平行“R”是通过在六角形20中点的X-X轴线测定的。

下面将更详细地谈到，六角形20是用一种印刷方法使其印制成具有两种或以上光学性能(例如具反差性的颜色)的六角形。这些颜色可以是白色的25、黑色的26，还有可以是(但也是较理想的)灰色的27，如图3中所示，虽然，其他具反差的颜色也可利用。也可仅用两种具反差的颜色，如图2所示的白25，黑26。在本发明的最佳实施例，如图3所示，采用白25，黑26和灰27。之所以选取白、黑、灰这样特殊的色调，是为了达到电光传感器易于识别的最佳反差。灰色梯度系选择得使其光学性能大致上在用以形成标签所用的白色和黑色的光学性能之间。

图3的标签30可以采用一个最佳实施例中面积为1平方英寸的分立标签，或者若采用可接受的颜色背景(最好是白色)，则该标签可以直接印制在包裹表面，无需用分立标签。由于使其中一种具反差性的颜色具有可控制的光学性能背景这一点是很重要的，因而最好采用一个分立标签，因为这样更易控制标签背景的颜色。

印制在标签上的各六角形要与标签的各边平行，这一点在下面即将谈到的以后确定标签主轴线的工序中很重要。标签系印制得使形成蜂窝形的六角形的y-y轴线平行于标签的垂直边32和34，如图3所示。

在“读取”六角形阵列时，为了对包含在各六角形中的信息进行译码，重要的一点是使毗邻的六角形之间具有显明的颜色反差。基于下面将谈到的理由，利用来对六角形进行编码的光学性能越少，则对六角形进行译码所需用的扫描设备和软件可能越简单。但光学性能较少时也会降低标签的数据密度。为了妥善处理可存储在标签上译码信息的信息量与多光学性能扫描标签的成本之间的矛盾，我们发现，最好将编码六角形印制成具有三种光学性能即白，黑灰三色。若衬底或标签具有良好的白色背景，则白色六角形可通过不加油墨形成，于是实质上只需印制黑色和灰色六角形。

在本发明的最佳实施例中，灰色六角形图象单元是通过用黑色油墨印制该图象单元形成的，但在这里所述的实例中，只有点阵式打印机象元格网的每第五个象元才是如此打印的。这是通过采用本技术领域周知的半色调算法进行的。这样打印机就可以印制象元的预定部分，来确定某给定的灰色六角形，而黑色六角形则需要印制确定该六角形的每一个象元。印制最佳实施例各标签所用的具体半色调算法包括在缩微胶片附录第29页39至48行中题为“标签”的源代码一览表中。

黑色六角形图象单元可用一般黑色油墨印成。如下面即将谈到的那样，译码过程的扫描分析软件总的确定了黑色、灰色和白色的反射率，因而无需再精确确定颜色。另一方面，若采用黑、灰、白以外的颜色或各种色调的灰色来形成四色或五色数据阵列，则必须更为仔细地控制油墨色调的反差以确保可以测定出各种颜色之间在性能上的差别。应该指出的是，采用黑色油墨是形成蜂窝形图象单元组成的三种光学性能蜂窝形阵列最简单和最容易的方法，也是本发明的最佳实施例。

由于最佳实施例中的标签是方形的，而且由于六角形图象单元固有性质，因此蜂窝的各边含有一些不完整的六角形56，如图3中所示，这些不完整的六角形是不能用以载送任何有用的信息的。

在本发明的最佳实施例中，标签还含有一个探测目标。探测目标35(如图3所示)包括一系列具有反差性颜色(以黑白表示)的同心环。黑环分别标以42、46和48，白环分别标以44、50和52。目标最好安置在标签的几何中心，使它不致在标签的周边撕裂、变脏或损坏时易遭到损坏或破坏。此外，当探测目标处于标签中心时，在识别标签目标之前需要存储来自标签的数据的图象缓冲区(下面即将谈到)，可以达到最小的尺寸。

探测目标中所用同心环可以取不同的数目，但我们发现以取六个为宜、为佳，即六个同心环42、44、46、48、50和52以及它们从白变黑再变白时形成的界面。

要将各同心环所被指望计算出来的图形与在读取中的图形进行匹配，一般采用图形相关技术(pattern correalating technigue)。达到匹配情况时，探测目标的位置就确定下来了。下面将更详细地介绍。结合本发明的最佳实施例制造和利用的具体滤波器可参看缩微胶片附录第41页第51至52行，第42页第1至8行和第40页第19至41行标题为“FIND.C”的部分。

探测目标可以是任何总直径小于数据阵列的探测目标，其面积可以是数据阵列面积的25％，而最好约为数据阵列面积的7％。探测目标的面积最好尽量小，因为它在标签上所占的那个部位不能载送编码信息。在最佳实施例中，所印制出来的环的直径系选取得使外环52的外周边约为7.45毫米。例如，在图3中，探测目标35的面积约占标签30的1平方英寸表面积的大约7％。这样，在一英寸见方的标签30上就可以印制出令人满意的探测目标35而不致过分地影响可在围绕着探测目标的六角形阵列中进行编码的信息量。和处在标签55外周边的不完整六角形的情况一样，与探测目标56的外周边邻接的不完整的六角形是不利用来对信息进行编码的。各环的宽度最好与六角形的边到边(图1中的X-X轴线)的距离相等，以便于分辨。环以六个为宜。这是便于将各环安置在最小标签面积、同时使得因标签上出现“虚假”的标记和其它不在标签上的“虚假”标记(例如在输送机其它部位的标记)而引起误读的可能性最小的合适数目。

探测目标可以取同心环以外的其它形状。举例说，方形、螺旋形或六角形都可加以采用，以便使具反差性的司心图形发生转变，只要通过探测目标的线性段会产生有规则的、预定的和可加以识别的颜色转变，这个转变易为电光传感器所感测，为适当的滤波器所测定即可。应该指出的是，尽管螺旋形不是同心圆的集合体(这视乎螺旋线的大小和半径而定)，但也可以达到极其近似同心圆的程度。目标最好是一些同心环，因为通过扫描同心圆的中心所产生的信号，其频率与沿通过同心环中心的任何方向的分段时相同。这使中心的识别过程更简单(下面即将更详细地介绍)，而且可以通过对扫描仪模拟或数字输出的一维探测来识别探测目标的位置，但本发明的方法也可以或在以后利用二维数字探测方式来提高数字信号分析的准确度。

这里所使用的“同心环”一词包括完整的环、半圆形的不完整环、圆心角在180度和360度之间的弧段和近似同心环的同心螺旋形。

鉴于各六角形可以三种不同的光学性能编码，因此在最佳实施例中，可以在各六角形(log₂3)中对1.585“二进制位”的信息进行编码。显然若利用少于或多于三种的光学性能，则在各六角形中编码的二进制位数应相应地改变。通过编码算法的构成，使得数据密度接近最大值，并增加光学性能从一图象单元至另一图象单元的转变次数，以利于下面即将谈到的二维时钟复原过程的进行。

图4是由9个六角形图象单元组成的3图象单元×3图象单元集群60的示意图，这是本发明最佳实施例所采用的基本编码单元。这是一个值得推荐的编码方法，但不是必不可少的。在本发明范围内也可以采用其它编码单元。如下面即将更详细谈到的那样，若该群集含有完整配套的9个六角形，则对六角形组成的3图象单元×3图象单元群集60进行映象以对13位信息进行编码，或者若该群集由于具有不能用的六角形因而不不完整，则少于13位。在数据阵列包含大约888个六角形且探测目标占标签面积的大约7％的1英寸见方的标签中，可以对大约1292位信进行编码。

在对各群集进行编码时，各群集60中的外底部六角形62和64(如图4所示)在它们各自的光学性能上是受到限制的，因而它们被认为总是与中间和邻接的六角形66不同。因此在六角形62和64中，每个六角形只能编码一个二进制位。这样，通过将11位编码到其余七个六角形上有可能对群集60中的13位信息进行编码。鉴于映象7个六角形提供的组合比所应用的组合多(即3⁷＝2187个组合对2″＝2048个组合)，某些组合(例如全黑、全灰、全白或大致上全黑、灰或白的组合)是不能用的。之所以要求六角形62和64与六角形66对比时呈具反差性的颜色，是为了保证时钟复原步骤所要求的转变和下面即将淡到的可进行也可不进行的归一化过程，并有助于下面即将谈到的确定数据阵列水平排列的进行。在编码中的群集具有7个或8个六角形的场合，7个可用的六角形用11位进行编码，第八个六角形(如有的话)用1位进行编码。至于所有其它的部分群集，3位是在每一对六角形上进行编码，1位则在各剩下的单一六角形进行编码，这在下面还将更详地介绍。

因此可以看出，这种标签是一种效率特别高而且易读出(借助于适当的扫描设备和分析软件)的标签，用以将密度极高的信息编码成较便宜易印制的标签。应该指出的是，最佳实施例应用了33行×30列的六角形挤在一个一平方英寸的标签中，探测目标大致占标签总表面积的7％。实际上，从9个六角形的群集可获得13位信息，因而每一个图象单元可获得1.44位数据。由于编码算法存在的其它限制，这个值比每六角形1.585位的理论值小，因为不是所有3⁷个图形都处于使用状态，且去除了某些在光学上最不希望有的图象单元至图象单元的转变。

基于下面即将谈到的原因，在本发明的最佳实施例中，在对标签进行编码的过程中，最好加入某种程度的错误保护，从而使标签中实际可复原的信息量减少，以有利于译码过程中数据高度的完整性。

熟悉本技术领域的人们不难理解，上述采用六角形图象单元的标签实施例是可以直接应用于采用其它多角形图象单元的光可读标签的。上述所公开的“印制”六角形光学性能的一些方法同样适用于印制其它多角形图象单元的光学性能，无论是黑色、灰色(直到半色调)或其它颜色。采用黑色和白色或灰色光学性能印制多角形图象单元时，也同样可以保持印制有六角形以外的多角形图象单元的标签在数据密度方面的限制和好处。和含六角形的标签一样，当只采用两种光学性能，特别是黑色和白色，来对多角形图象单元中的信息进行编码时，印制有其它多角形编码图象单元的标签可以用不太复杂的扫描设备“读出”，因为用这些颜色所得出反差最大。

上述含六角形的标签的信息编码方法和算法可直接应用于印制有不同多角形图象单元的标签。和含六角形的标签一样，出现在光可读标签边缘的不完整多角形图象单元，或在一系列同心环组成的探测目标附近因部分磨损而形成的不完整的多角形图象单元，是不用来对信息进行编码的。

由一系列毗邻配置的六角形310组成的“蜂窝状图形”，其各几何中心311同样处在“六角形格网”或“六角形阵列”312的各顶点311A，如图11所示。正六角形(即六个边相等、六个内角相等的六角形)所形成的六角形阵列其图形同样也是正六角形，该正六角形具有三个等间距彼此相差60度角的轴线(A1、A2和A3)。

若标签的六角形320不是正六角形，但却是对称的，例如，各六角形系沿两个平行边321、322延伸，则相邻各六角形的几何中心325所划出六角形阵列327是一个非正六角形，如图12所示。这种不是正六角形的阵列仍然会有三个轴线A1，A2，A3，但该三个轴线不会是等间距的，即三个轴线不会彼此相差60度角。

尽管图12的六角形阵列实质上不是正六角形，但它无论如何总是一个具有预定间距的二维几何格网或阵列。因此位于六角形阵列各相交轴线各顶点的各六角形，其几何中心的位置和间距也是预定的。于是可按下面即将谈到的方式在译码过程中利用六角形阵列的几何条件。具体地说，在对应于光传感器所检测的图象的经变换的数字数据上进行的滤波工序系调节得使其反映该预定的标签几何条件，从而可以用所检测出的标签的数字数据来重新精确地形成原来的格网。再形成过程还可以提供从六角形格网上丢失的各点。之所以发生格网各点丢失的现象是因为在光学性能相同的各多角形之间不产生光学性能的转变。

在图12所示的那种非正六角形格网的情况下，最好能调整一下确定主轴线的步骤，即图7中在该方法的傅里叶变换步骤之后的译码过程的步骤(3)(e)，以确定光可读标签的主轴线。该标签的主轴线使各多角形的几何中心在该轴线的间距与在另两个轴线上的间距不同。

本发明与上述含六角形图象单元的最佳实施例近似的标签构型可采用某些多角形图象单元。图13例示了一个采用一些大体上象六角形，但实质上为具20个边的多角形而不是六角形的多角形图象单元330的标签构型。此外也可以印制其边多于或少于20个的类似结构的多角形。多角形330系部分毗邻配置的，不象画出它们所在的那些假想的六角形图象单元331那样毗邻配置。

图13标签实施例的间隙空间332可以、也可以不印制得使其具有与所编码的多角形不同的光学性能。间隙空间并不载有编码信息，因此它们的出现使得在给定光学分辨能力和性能等级情况下数据密度下降。此外若分布在各多角形之间的间隙空间其光学性能与各相邻多角形的不一样，则光传感器能检测出各多角形与各间隙空间诸光学性能之间更多的转变，从而在下面即将详述的译码过程中的变换领域会出现更高的时钟信号能量。

由于图13标签的各多角形系配置在具三个等间距轴线的六角形格网上，因而多角形图象单元330的几何中心333处在六角形阵列335的各顶点。各多角形中心的间隔、位置和空间取向是预定的，可以在译码过程的变换领域中检测它们。具体地说，对表示光学传感器从照光的标签图象所检测的光学性能的坐标、间距和强度的变换数字数据进行滤波所使用的滤波器必须略加改变。这种改变是熟悉本技术领域的普通技术人员所不难理解的。

图13的标签采用大致上呈六角形的多角形。但由于它们极其近似六角形，因而具有中等分辨能力的光传感器能将它们“读”成六角形。但多角形330的几何中心333确是处在六角形阵列335三个等间距轴线(A1、A2和A3)的各顶点上。

图14示出了完全毗邻配置的形状类似(类似于图13中的多角形330)的多角形图形340。这些多角形340可如图13中那样由设想的六角形341来近似它们，但在真实的各多角形之间不存在间隙空间(图13的332)。在实施本发明中，最好采用这种毗邻的配置方式，这样可以简化译码过程，但这并不是势在必行。可以看到，多角形340的各几何中心342处在六角形阵列345的各顶点上。这里多角形340也和图13中的多角形330一样大致上呈六角形，在中等的光学分辨能力下也会呈六角形。

图15是一个标签用每英寸200个象元的点阵式打印机打印出来时可以看到的放大图。图15的各多角形360是用这种点阵式打印机实际上印制出来以代替六角形所呈现的几何图形，之所以呈这利形状是由于这种打印机的象元密度所造成的。用象元密度更大的打印机印制出来的图形要比图15上所示的多角形360更近似六角形。因此由于某些打印机固有的局限性，图14的多角形340和图15的多角形360很可能是用于含六角形图象单元的标签的印制过最后形成的形状，或想一次就印制成大致上呈六角形的这类多角形所做的努力的结果。这些基本上呈六角形的多角形的形状使它们实际上可起相等于毗邻配置的六角形编码图象单元的作用。

和图3的情况一样，图15的光可读标签也含有由一系列同心环371至376组成的探测目标370。和图3标签上的各六角形一样，图15中基本上呈六角形的多角形360系排列成“C”列和“R”行，该行和列分别以设想线361、362和363、364为界。此外和图3的各六角形的情况一样，图15的各多角形的各几何中心都处在为轴线A1、A2和A3等间距界定的六角形阵列的各顶点。因此图15中所示的那种构型的标签不难按下面所将谈到的方法进行编码和译码。

若采用另外的标签几何图形，例如采用正方形或矩形阵列或其他类似形状，则应对下面即将谈到的二维时钟复原方法做一些调整。由于预定阵列的几何条件不同，因而需要对二维时钟复原方法中的滤波步骤所采用的滤波器进行某些修改。各滤波器是对对应于传感器在图象域内读出的多角形光学性能的经变换的数字数据上进行滤波操作的。这种滤波方案的局部调整，本技术领域中的普通技术人员是不难进行的。在预定的二维阵列的各轴线不是等间距的情况下，或者其构型是不规则的情况下，最好在对表示光学检测出的图象的数据数字进行傅里叶变换之前先识别标签的主轴线。这是因为各多角形的几何中心沿着轴线而分布的间距是不相等的。

非毗邻配置的多角形也可用以产生本发明的光可读标签。图16例示了由正方形420组成的六角形阵列，这些正方形系非毗邻配置，它们各自的几何中心422处在由三个等间距轴线A1、A2和A3形成的六角形阵列的各顶点。显然这种构型是以来自设想的各六角形421的格网的六角形为基础的构型，这些六角形421可能与多角形420相重迭，因而形成多个间隙空间425。

与图16中所示的正方形420类似的阵列可采用矩形形成。图17例示了多个矩形430，它们成阵列地排列，得使其各相邻的矩形的几何中心处在由各相交轴线A1、A2和A3形成的六角形阵列的各顶点。这种六角形配置方式也可以借助于图17中重迭在非毗邻的各矩形430上的各设想六角形431而想象出来，因而在各矩形430之间产生间隙空间435。图18同样例示了一个非毗邻配置的、由诸多角形440组成的标签，各相邻多角形440的几何中心442沿三个等间距的轴线A1、A2和A3上就位。非毗邻配置的多角形，其几何形状是更易于想象出来，方法是以设想的各六角形441来重迭各五角形440，因而在各五角形440之间形成间隙空间445。

还可以形成另一种这样的六角形阵列，阵列的各轴线A1、A2和A3等间距但不对应于多角形图形本身的各对称轴线，而是相邻各多角形的几何中心处在阵列各相交轴线的各顶点上。这种配置方式如图19中所示，它由一系列毗邻配置的矩形450组成，各相邻矩形的几何中心451沿各轴线A1、A2和A3上就位。

同样可以在预定的二维格网上配置更高阶的多角形。图20示出了一系列部分毗邻配置的八角形460，在所述八角形460之间形成多个间隙空间461。各相邻的八角形460的中心462位于相交的轴线A1和A2的顶点，从而形成可用以实施本发明的八角形460阵列。各间隙空间461可用不同于八角形460所用的光学性能印制。但这在本发明的实施中并不是势在必行的，因为在译码方法中最重要的一点是位于由轴线A1和A2所形成的六角形阵列预定位置上的八角形460的中心的光学性能的位置、取向和强度。

应该理解的是，虽然这里公开和介绍了本发明标签的一个最佳实施例，但在不脱离本发明的精神实质或范围的前提下是有可能对标签进行多种修改的。举例说，标签不一定非要一英寸见方不可。一平方英寸是标签能达到如下效果所可以选取的合理大小，即采用如此大小的标签可以使数据密度在对它应用高程度错误保护的情况下可达到、可接受的100个字母字符信息，而不致使标签变得过大。为降低纸张和与印制、装运和保管这类标签有关的其它成本，最好将标签制成一平方英寸的大小。同大小的普通条形码标签在数据密度方面可能会小得多。采用4种、5种或以上的光学性能或颜色来绘制六角形虽然实质上可以将更多的信息纳入预定大小的六角形的给定空间，但结果却增加了软件的复杂性和扫描系统为能够使信息复原所需要的灵敏度。因此从实用出发，最好采用具三种光学性能的黑、灰、白光学性能编码系统。此外在本发明的精神实质和范围内，六角形和探测目标的大小可大加改变。

虽然这里介绍的是将六角形“分组”成为3图象单元×3图象单元群集的过程，但也可以采用其它群集图形，或者完全取消分组过程，而且编码算法也可以专门针对个别的六角形图形进行。此外在不脱离本发明精神实质和范围的前提下，也可以在很宽的范围内改变信息组相对于错误校正专用的编码信息的相对量。

对标签进行编码

下面介绍的是本发明应用于最佳标签实施例的编码过程。应该理解的是，这里公开的是最佳实施例，且有许多组合、变型和变更方案在本发明的范围内是适用的。

这个过程可以从准备在一标签上进行编码的一系列预定数据开始。在一个最佳实施例中，标签是个货运标签，数据系分成两个数据区，以“高优先级消息”和“低优先级消息”加以区别。但应该理解的是，本发明并不局限于两种不同的消息或优先级。在一定大小和图象单元数的标签的数量范围内是可以形成许多消息和优先级的。

举例说，当标签是准备用作货运标签时，“高优先级消息”可以构成九个字符，表示接收预期的包裹、货物或信件的人的邮区划分代码。这里提到了九位数字组成的邮区划分代码，这是因为虽然许多个人和公司都采用五位数字的邮区划分代码，但九位数字的邮区划分代码目前使用日益频繁。因此处理要发送出去的包裹时，最重要的信息是邮区划分代码。邮区划分代码确定了包裹总的目的地，而且有了它就可以使用各种扫描和包裹管理系统将包裹通过卡车、飞机和输送机系统等送到正确目的地。

低优先级消息可以包括例如接收预期包裹的人的姓名和货运地址，包括邮区划分代码，以及帐单资料。

之所以要建立高优先级消息和低优先级消息是为了用额外的错误校正来保护高优先级消息，使高优先级消息可以安置(编码)在标签更靠近中心的部位，这样它遭到损坏或破坏的可能性就比较小，而且使高优先级消息可以在低优先级消息中加以重复，这样即使高优先级消息部分损坏，也还有极大的可能性从低优先级消息中检索出高优先级消息。将高优先级消息安置在中心部位就可以仅在某些目的下才需要对高优先级消息进行译码，这样就只需要处理标签的一部分，从而缩短了处理时间。这发生在例如这样一种情况下，即当货物是在一个输送机上，且只需要确定其邮区划分代码以控制该货物在搬运过程中应取输送机若干输送路由中的哪一个路由。

低优先级信息组的优选级是较低的，所以低优先级消息是不会在标签上出现两次的。但如下面即将谈到的那样，高优先级和低优先级消息都可以设各种错误保护代码并使其具有校正能力，以最大限度增加该两消息可准确加以检索的可能性。

在本发明的最佳实施例中，采用错误保护字符作为编码信息的一部分，并与适当的存储程序和计算机结合起来，促使系统在译码过程中按下面即将谈到的方式校正错误。错误保护码的应用在本技术领域内是众所周知的，而且也在熟悉本技术领域的人员的知识范围内。

在实施本发明时，制造标签的操作人员可将数据手动输入一适当的计算机终端中，该终端系按下面即将谈到的方式设计，使其可以启动一打印机打印出一个标签来，高优选级消息和低优选级消息即适当地在标签的六角形中进行编码。建立高优选级消息和低优先级消息并不是本发明的主要问题，但为了最大限度地增加待编码的最主要数据可以检索出来的可能性，最好要这样做。在最佳实施例中，标签也是印制有处于中心位置的探测目标，包括两种多个交替出现的具反差性的颜色组成的同心环，颜色最好取印制各六角形所用的其中两种颜色，最理想的颜色是黑色和白色，以确保最大的反差。

手动输入这个数据的操作人员会促使一适当编程了的计算机对输入信息组的各字符进行编码，并使用适当的数据区标志符，以便在所操作的计算机中产生二进制位流，该位流表示信息组的各字符，且由数据区适当加以编码，以标志出高优先级和低优先级消息和各消息的相对位置。这项操作是用程序“TEXTIN.C”进行的，该程序可参看缩微胶片附录第1页第8至54行，第2页第1至54行，以及第3页第1至36行，在图9中则以110表示。具有所要求各特点的计算机有Compaq Deskpro386(带有16兆赫时钟和Intel 80367数学协处理器芯片(Intel 80387math Coprocessor chip))。

不然的话，编码过程也可以从业已包含在二进制位流中有待编码的信息开始，因为举例说，该信息是事先从一个存储媒体收到，或者另行制造的。因此待编码的消息可以某一种可手动(借助于电子设备)转换成二进制位流或作为二进制位流开始的形式存在。

二进制位流一旦形成或者错误保护位流已借助于下面即将更详细论述的步骤产生之后，就必须按预定的映象图形将该位流进行变换以便对本发明的六角形蜂窝进行编码。图5是一个“群集映象图”，表示3图象单元x3图象单元群集组成的各六角形图象单元在含有33行和30列六角形的格网或蜂窝中排列的情况。各行各列都编了号。行号从1至33，列号从1至30。可以看到，某些沿区域映象图上部表面和右侧表面命名的六角形以及在格网的几何中心内命名的六角形都标有x字。这表示这些六角形不包含位映象信息。这是因为外部的x字表示在标签边缘的不完整六角形，使这些行各个都具有较少的六角形。标有x字的内部六角形表示为探测目标所占据的空间或探测目标周边的不完整六角形，因而这些用x表示的内部六角形是没有经过位映射。所有不标有x的六角形能够记录信息。

根据最佳实施例，这些空间各个会被一个黑色的(B)六角形、一个白色的(W)六角形或一个灰色的(G)六角形所占据。如上面谈过的那样，虽然可以利用各种群集化和映射技术，但应用本发明时可采用3行各3个六角形的9个六角形组成的群集，各个表示特定二进制位的信息，而且也如上面谈过的那样，在这种9个六角形的群集中最好每个都能对13位信息进行编码。

在由33行和30列邻接着的六角形组成的数据陈列中，可以形成由11行X10列六角形群集组成的格网，各群集含有配置成3图象单元X3图象单元邻接着的六角形，该格网可以与图5联系起来进行观察。但应该理解的是，11群集X10群集格网内的每一行3图象单元X3图象单元群集会含有由7个或8个六角形组成的一个群集，这是由于六角形按几何方式拼在一起造成的，且该数目是逐行相间出现的，因此这种配置方式必然得出6个含8个六角形的群集和5个含7个六角形的群集。此外处于中心位置的探测目标形成另一些不完整的群集。因此图5是可使用的六角形群集的图表示意图，其中以可用的邻接着的六角形组成的33行X30列数据阵列中的信息位进行编码。

参看图4，对具有九个可使用的六角形的群集是应用下列算法进行编码的：

取7个信息位并将它们映射成以a，b，c，d，e，f，和h表示的七个六角形组成的六角形组。

六角形g和i各用以表示1个二进制位，要保证它们个个都与六角形h不同。

因此13位信息是在一个完整的由九个邻接着的六角形组成的3图象单元x3图象单元的群集中进行编码的。对7个或8个可使用的六角形组成的部分群集：

取7个信息位并将它们映射成头七个可使用的六角形组成的六角形组。

第八个六角(如有的话)用以表示一个二进制位。对所有其它部分图象单元：

将3个信息位映射成尽可能多的成对的六角形。

任何剩下的单个六角形用以表示一个二进制位。鉴于变换七个六角形可提供多于七位(即3⁷＝2187，对2″＝2048)的组合，因而需要废弃某些六角形的组合。作为需要废弃的组合应选取那些提供的转变次数最少的组合。要这样做就要编制一些查找表，用以根据图5映射各群集。这些查找表的编制和使用是一个熟练的程序设计人员所应具备的能力。参照图9，查找表“BINHEX.LUT”132和“HEXBIN.LUT”134的编制程序可参看缩微胶片附录第4页第3至52行；第5页第1至53行；以及第6页第1至34行，该程序的代号是“MK HEX LUT”130。

采用该二进制位分配方案可以将1292个信息位在33行X30列由邻接着的六角形组成的数据阵列中进行编码。

高优先级信息和低优先级信息在整个群集映象图中定位的顺序是预定的，它与下列因素有关：

(a)高优先级消息的规模；

(b)低优先级消息的规模；和

(c)高优先级消息在一个受保护处的最佳位置。

利用图5中所示的群集映象图作为样板，工作在包含在一存储媒体中的数字数据上的存储映象程序“MKMAPS.C”140可以预定如何在整个群集映象图中分配信息(包括高优先级消息和低优先级消息)，这些将在下面更详细地介绍。映象程序在所附的源代码一览表中是以“MKMAPS.C140表示的，可以参看缩微胶片附录中的第19页第3至53行；第20页第1至53行；第21页第1至53行和第22页第1至42行。

为了将出错的可能性减少到最小程度，而且为了能够校正错误，在本发明的最佳实施例最好能进行错误保护和错误校正。例如，在一个具有1,292个可在一平方英寸具有33行X30列六角形和一占标签面积约7％的探测目标的六角形阵列中进行编码的信息位的最佳实施例中，最好利用36个高优级消息信息位对9位邮区划分代码和另一字母数字字符进行编码，该字母数字字符可表示一货运代码。在此实例中最好也采用120个高优先级消息用的检验位。这取决于所希望有的错误校正能力的大小。同样在所举的实施例中，包括有560个低优先级信息位；这包括40个包括在低优先级消息中的高优先级消息位。在此实例中，为了保证安全和方便低优先级消息的复原，应加入576个低优先级消息的检验位。此实例说明了大量使用检验位以便保存和可以进行与低优先级消息不同的高优先级消息的复原。应该理解的是，上述信息只是举例而已，而且高优先级消息可以长一些或短一些，低优先级消息也可以长一些或短一些，检验位的数目可以多一些或少一些，这要根据本发明的具体应用而定。

“系统码”取一特定的消息系列形式，它将性质不同的错误检验系列加到消息系列上。“非系统码”取特定的消息系列形式，它将错误检验序列与消息系列混合起来，使消息不再具特殊性，但当然是可以复原的。错误保护采用系统编码或非系统编码，这一点是属于本发明范围之内。下面所公开的是一种系统码。

这里所说的“错误检测符号的插入”步骤包括系统编码系统和/或非系统编码系统。

各种各样的系统线性循环错误保护代码是本技术领域中所公知的，例如BCH码(与二进制兼容的何勒内斯码)、立德.梭罗门码(Reed-Solomon Codes)和汉明码(Hamming Codes)。在一个最佳实施例中，单独加入了立德.梭罗门码以保护高低优先级消息的完整性。立德.梭罗门码极其有效，对多位字符进行错误检验时极为有用。立德.梭罗门码是本技术领域所周知的，而应该理解，这仅仅是一个最佳实施例，但本发明中还可以采用其它许多错误校正码。例如，理查德E.布拉哈特著的《错误控制码的理论与实践》(艾迪森.维斯理出版社，1983年版)一书第174和175页中就论述了立德.梭罗门码和其它编码系统。

下面通过举例说明一下有关立德.梭罗门码的有关资料。立德.梭罗门码的一些具体特性可用下列诸参数确定：

m＝各符号中的二进制位数

n＝码组内的符号数＝2^m－1

k＝消息符号的数目

(消息位数＝km)

t＝以符号数表示的校正能力

＝(n—k)/2

在下述实例中，供其它识别用的9个数字邮区划分码和单个字母数字字符需要36个二进制位但不带错误保护。高优先级消息选用了具有下列参数的立德.梭罗门码。

m＝6(6位符号)

n＝2⁶－1＝63

t＝10

因此，k＝n－2t＝43

鉴于表示一个36位消息只需要六个6位符号，因而其余的37个符号(43-6)为填充符号(padding symbols)，它们包含在编码器与译码器之间，无需存储在标签上。因此标签上高优先级消息所需要的总位数等于(63-37)×6或156位。

这种错误编码方案能校正的错误最多达60(10×6)位，占所使用的二进制位的38.5％。由于所包含的填充符号的数目大，这种立德.梭罗门编码巨大的错误检测能力使得极其不可能发生读错高优先级消息的情况。

低优先级消息是用具有下列不同参数的立德.梭罗门码进行编码的，即：

m＝8(8位符号)

n＝2⁸－1＝255

t＝36

k＝n－2t＝183

鉴于可供在本实例的标签上编码的二进制位有1292位，因而可供低优先级消息组的编码位和检验位用的二进制位总共有1136个(1292-156高优先级消息位和检验位)。因此，其余的904位(255×8-1136)必须包含在填充位中。这样就可以有560位(183×8-904)可用作低优先级消息和576个检验位的信息内容。

为进一步确保高优先级消息的复原，将高优先级消息也包括在低优先级消息中。由于在低优先级消息上应用了立德.梭罗门错误保护，因而可以对另外的86个6位字母数字字符进行编码，该错误保护的最大错误校正能力约为25.4％。

采用上述立德.梭罗门错误保护编码时，在实例的标签上总共为1292位的信息是按下述方式分配的：

36高优先级信息位

120高优先级检验位

560低优先级信息位

(包括40位加在低优先级消息中的高优先级消息)

576低优先级检验位

数据位流(包括保存信息用的适当检验位)被分配到图5群集映象图上的各六角形中。应该理解的是，有各色各样的分配方式可加以采用，其中有几个要求需要加以确定：

(1)高优先级消息要放在靠近探测目标(如在数据陈列上有的话)的安全位置；和

(2)构制读出时相当容易再组合的图形。

实例中所采用的具体错误编码程序包括在缩微胶片附录第15页第1至52行和第16页第1至50行程序“ERRCODE.C”内。

对立德.梭罗门码进行编码需要将消息码矢量(message codevector)与一生成矩阵(generator matrix)相乘。矩阵乘法是用伽罗瓦域运算(Galois Field arithmetic)进行的。伽罗瓦域的任何两个元素相加是通过在两元素之间进行异“或”(exclusive“or”)操作进行的。乘法是通过在伽罗瓦域中进行“对数”(“log”)运算进行的。对数和反对数是从一些素多项式(prime polynomials)编制出的查找表求出的，即：高优先级消息专用的素多项式：1＋X⁶，低优先级消息专用的素多项式：1＋X²＋X³＋X⁴＋X⁸。参照图9，用辅助程序“GF.C”126可以编制伽罗瓦域运算需用的查找表。辅助程序“GF.C”可参看缩微胶片附录第8页第1至53行和第9页第1至32行。该查找表是在文件GF.LUT”127中加以计算和存储起来，供编码和译码时用。立德.梭罗门码的生成多项式g(x)由下式确定：

g(x)＝(x＋a)(x＋a²)……(x＋a^2t)

其中a是伽罗瓦域的素元素(primitive element)。

立德.梭罗门的生成矩阵是通过对生成矩阵的各行进行(a longdivision)而形成的。生成矩阵的第K行是从用g(x)对X^n-k-i进行长除法得出的余数求出的。

高优先级和低优先级消息的生成多项式g(x)和生成矩阵的计算是按照辅助程序“MKRSLUT.C”125进行的，该辅助程序可参看缩微胶片附录第10页第1至52行；第11页第1至53行；第12页第1至54行；第13页第1至52行；和第14页第1至4行。生成矩阵的查找表是在文件“RS.LUT”128中编制和存储的。

在本发明的一个最佳实施例中，含六角形的标签是用一般易于买到且不贵的打印设备印制的。用每平方英寸能印制300×300个点阵的打印机来印制具有888个六角形和一个中心配置的探测目标的三色(黑、灰、白)标签可得出令人满意的结果。具这样能力的打印机有HewlettPackard公司的激光射流系列II(Laser Jet Series II)具有0.5兆字节的存储器和每英寸300点图象分解能力的打印机。在最佳实施例中，一个密度为90,000象元/平方英寸的300×300象元格网在每个六角形中能产生大约90个象元。每个象元都赋予一个值：0或1，表示黑象元或白象元。该打印机用以印制黑色或白色六角形组成的双色数据阵列。如果如前所述采用半色调算法来产生灰色六角形，则该打印机也可用以印制黑、白、灰六角形组成的三色数据阵列。

参照图9，借助于一存储程序“MKMAPS.C”140编制34行×30列的区域查找表“REGIONS.LUT”141，该表与图5的类似，只是适宜指定探测目标环作黑色或白色的选择。各六角形系按黑、白或灰色或作为不能使用的情况进行编码的。独立的查找表“HEX MAP.LUT”142是用程序“MKMAPS.C”的存储子程序编制的，该子程序规定了象元格网上的每一个300×300象元与“REGIONS.LUT”141中各特定区域的联系，即每六角形大约90个象元。属于探测环的象元不是按黑色编码就是按白色编码。印制探测目标是先在各区域行印制六角图形再印制各环。部分或完全为探测环所遮住的部位在“REGIONS.LUT”141中就不能用。上述程序“MKMAPS.C”和子程序可参看缩微胶片附录第19至22页所附的源代码中。

错误保护编码位流系按预定的序列变换成11×10的六角形群集阵列。仍然参照图9，借助于由取名为“ORDER.C”150的辅助存储程序产生的顺序查找表“ORDER.LUT”151来规定该系列，“ORDER.LUT”151可参看缩微胶片附录第26页第1至47行和第27页第1至3行。应用缩微胶片附录第17页第1至54行和第18页第1至39行的存储程序“PRLABEL.C”160来给可利用来在标签上印刷的区域赋予0、1或2的值，同时维持其值为3的区域不变。3图象单元×3图象单元群集中各六角形的灰色梯度是连同缩微胶片附录第23页第1至53行；第24页第1至53行；和第25页第1至43行各为“CELL CODE.C”170的存储程序一起指定的。

高优先级消息最好存储在靠近探测目标标签的较不易变质的地方，这一点也包括进辅助顺序程序中。因此程序“LABEL.C”180是用来产生适宜输入激光打印机的位流。程序“LABEL.C”180可参看缩微胶片附录第28页第1至53行；第29页第1至52行和第30页第1至36行。

可以看出，采用黑色、灰色白色简化了标签的印制过程，因为当按本技术领域中周知的方式采用一般半色调算法时，只需要有黑色油墨即可进行打印。人工采用其它(可行的)颜色组合，则与黑灰白三色法或黑白两色法比较时，由于需要用其它颜色进行打印，因而显然实际上使问题复杂化。

因此，当打印机的各象元已赋予黑或白值时就可以印制标签以形成编码格式，如图3中所示，其中有些六角形是白的，有些六角形是灰的，有些六角形是黑的，而且在标签的几何中心处形成有探测目标区，该区最好是由黑色和白色的同心环组成。

标签的翻译或解码

上面谈过了如何在标签上对数据进行编码和打印，现在就需要介绍一下有关下一步的标签翻译或译码过程。可以理解，标签的翻译最好能以极快的速度(几分之一秒左右)进行，以便提高包裹的处理(或其它处理或标签的读出)效率。

在标签读出过程中有两种基本方法可以采用。标签可以用手持静止式固定焦距扫描仪以较慢的速度读出。不然，如果要达到高速操作，则最好采用一种具有伺服控制的聚焦机构的电光传感器，这样就可以动态地扫描快速移动着的不同大小和高度的包裹。下面谈到的译码过程和设备是与一个固定焦距的扫描仪一起说明的。这里就静态式固定焦距扫描仪进行说明的具一般能力的过程，按下面即将谈到的方法对光学系统作某些修改之后即可适用于动态式扫描系统。高速处理包裹时，希望有一种以每秒钟大约100英寸或以上的线性读取速度来通过某一固定扫描位置底下的标签的高速扫描机构。因此图象处理操作包括下列步骤。图7是表示译码过程各步骤的方框图。图中，1.标签的照明。2.反射图象的光学测量。3.反射图象的处理。其中包括：a.目标中心的定位(可选用)；b.第二图象的归一化(可选用)；c.改变图象比例值(可选用)；d.二维时钟恢复，其中包括：i.边缘增强和非线性操作，ii.开窗口(可选用)，iii.二维快速付利叶变换，iv.图象泸波，v.逆快速付利叶变换，e.主轴线的确定(可选用)，f.探测，其中包括：i.初始化，ii.主探测循环；g.绘制直方图和定阈值(可选用)，h.确定粗网络和最终取向(可选用)。4.译码。5.输出。以下，将进行详细叙述。

1.标签的照明

当包裹、货物或信件在高速输送机上传送时，它们需要照明的部位是相当大的，因为准备载送在输送机上的包裹其体积可能很大而且不尽相同。举例说，输送机的宽度为42英寸而包裹的宽度从只有几英寸到3英尺那么宽(高度相同)，这样的情况在包裹处理系统中并不罕见。因此，一平方英寸的标签可以安置在横贯输送机宽度的任何位置。包裹还有可能是安置得与输送机皮带的运动轴线成斜角。货物、包裹、信件等等可能会有不同的高度，因此相对于所述系统所能适应的最大高度包裹来说，待扫描的标签可以例如被配置在输送机上仅高出一英寸(或更小)或者高达36英寸(或更大)的地方。

为了能够按照本发明妥善地给标签照明，特别是考虑到包裹的宽度、高度以及标签的摆设角度，而它们的变化范围都很大，因此最好是采用高强度的光源，这种光源应能根据为标签所选用的两个或以上的光学性能很好地反射。光可以是红外、紫外或可见光，且可使用的可见光的光谱可以不同。感测光的方法最好包括感测从标签的黑、白和灰色六角形反射回来的光的方法。

光源应能在光传感器[例如下面即将谈到的CCD器件(电荷耦合器件)]上产生出足够的反射光，使光传感器得以可靠地区别黑色、灰色和白色或六角形受感测的任何光学性能。在动态扫描系统中，可以采用一个发光二极管标阵列在签标高处的标签照光部位产生大约10毫瓦/平方厘米的照度级。发光二极管可以呈二维阵列，不用聚焦透镜，或者呈线性排列，带一个柱面聚焦透镜。实施本发明时也可采用通过适当光学系统的激光光源，以形成线性光照源。

为本发明所述的用途选取光源以及光源的性质，这些都是本技术领域熟练的技术人员所熟知的。值得一提的是，由于待定位的标签其大小最多才1平方英寸，标签本身是设在传送速度高达例如每秒钟100线性英寸、宽42英寸的皮带上高达36英寸的高度，因此有一点非常重要，就是要妥善地照明标签，以便极其准确地识别标签，并定出标签的位置来。

对于所举实例所使用的静态固定焦距传感器，实践证明，本发明适宜采用2毫瓦/平方厘米的照度级的传感器，它由一种荧光光源来实现。

2.标签反射图象的光学检测

译码过程的识别部分中的第二步是用电子技术操纵的传感器以光学方式检测照光部位。所举实例中所用的供静态固定焦距扫描系统用的摄象机/光传感器包括一优质的工业级彩色CCD电视摄象机，例如WV-CD130型，这可从美国新泽西州07094，西高格斯，班拿梭尼克路1号，班拿梭尼克工业公司(即：Panasonic Industrial Company，OnePanasonic Way，Secaucus，New Jersey 07094)购得，配备以50毫米f1.3 C-mount电视透镜，包括一个5毫米的附加管(extension tube)，可从美国纽约14445，东罗切斯特，东栗木街317号D.O.工业公司(日本)(即：D.O.Industries，Inc.(Japan)，317 East Chestnut Stree，EastRochester，New York 14445)购得，商标名称为NAVITRON^TM]。该摄象机耦合到一DI-2803-60型图象捕捉板(Image Capture board)，可从美国马萨诸塞州01752，莫尔伯罗，骆克道100号Data Translation公司(即Data Translation Inc.，100 Locke Drive，Marlboro，Massachusetts01752)购得。

光检测过程可以包括整个标签的成象，这可采用面传感器，象上面所述的那种摄象机和图象捕捉板，或者也可用包括电荷耦合器件(“CCD”)芯片的线性阵列传感器来进行，其中标签扫描的第二维扫描是通过包裹(和标签)的运动进行的。适合这种用途的CCD芯片有Thomson-CSF THX 31510 CDZ，4096元件高速线性CCD三角传感器，可从法国，布洛湟-比扬古，伏尔特街38号B.P.305 92102 Thomson-CSF公司，电子管部门(即：Thomson-CSF，Division Tubes Electroniques，38 rue Vautheir B.P.305 92102 Boulogne-Billancourt Cedex，France)购得。

对于有带标签的包裹在输送机系统上传送的动态系统来说，在正在检测中的标签与光传感器之间的光程最好要长。希望形成长光程的主要原因是为了减少标签为远程光传感器所检测时视在尺寸或放大率的变化。举例说，若光程例如为4英尺，则在输送机上方一英寸处的标签其影象的大小必然会和在输送机上方3英尺处的标签大不相同。若采用例如20英尺的长光程，则该两个标签的影象大小就几乎相等。这样就可以令被检测的部位不管其高度如何，都落入光传感器的全部或大致上全部范围，使图象分解能力始终高。若采用的是面传感器而不是线传感器，同样的原理也适用。这可借助于图6中画出的长光程来实现。

为了能够对不同高度的包裹上的标签进行聚焦，需要一个高度传感器。可以采用超声波传感器，或者由包裹将一组光束分开而以此作为传感器。这些系统都可以用，可以用它藉一开环或闭环机构起动一适当的可调节的聚焦机构，以连续检测和调节光检测元件(透镜和传感器)彼此之间的相对位置，如图6中所示。

图6是可按本发明的方式工作的摄象机聚焦和调节系统的原理示意图，该系统用以根据正在检测中的包裹的高度来调节摄象机光传感器的位置。图6显示了本发明的一适当的透镜196、线圈驱动装置202、高度传感器206和反馈回路的示意图。图6中，高度传感器206可以是超声波高度传感器或者是被一输送机上传送的各包裹所分开的光束。高度传感器206的输出馈送到微处理器204，微处理器204则驱动线圈驱动装置202，使其上装有CCD 198或其它适当的光传感器的线圈200运动。轴位置传感器208检测线圈200的位置，且其输出馈送到微处理器204，形成了检测和调节线圈200的位置的一个完整的反馈回路。

传感器应能检测出从受照射的标签反射回来的光，且还应能产生对应于标签为电光传感器各象元所记录的反射性能的强度的模拟信号。

适当的光源，如上面所述的那一种，可以装在输送机上方的支架表面，使横贯输送机整个宽度的整个部位都暴露在预定质量和强度要求的光线之中。从标签反射回来的光可以先经过一系列反射器的几次曲折反射之后再由一电光传感器加以检测。

曲折光程的目的是形成一紧凑因而更坚实的系统。

接着是对传感器的模拟视频信号输出进行滤波。模拟电信号按照与一模拟带通滤波器配用以检测数据阵列上有否探测目标。接着用装在下面即将谈到的图象捕捉板中的普通模-数转换器或本技术领域中公知的其它器件将模拟信号转换成数字信号。不用模拟带通滤波器，也可以通过将表示探测目标的数字数据与模-数转换器数字化的信号输出进行比较(下面即将更详细地介绍)确定有无探测目标存在，从而代之以数字滤波器线路。

上述的班拿梭尼克WV-CD 130彩色CCD电视摄象机即为具有带多个检测器的CCD芯片且按本发明的方式使用的面传感器的一个实例。传感器模拟信号输出传递到上述的Data Translation公司出品的DT2803-60型图象捕捉板上，该板包括6位单色视频模-数转换器，供数字化和以后的操作之用。借助于所存储的一适当子程序，将图象捕捉板成序列的数字输出作为光传感器所记录的图象的精确拷贝而存储在一存储装置中。

3.反射图象的处理

本发明最重要的部分是为了精确重现原来标签的图形和各六角形的颜色(光学性能)并查明它们的真相而对用光检测出来的图象所进行的处理。这是用下列各步骤进行的，之后，可选用原先对标签进行编码和位映象所使用的已知图形对包含在标签中的信息进行解码。

(a)目标中心的定位

在应用上述CCD电视摄象机和图象捕捉板之前(如图10中所大致介绍的那样)，先进行初始化程序“DTINIT.C”250，使图象捕捉板进入某已知的准备就绪状态，并装入输出色查找表，接着就进行程序“DTLIVE.C”255，使图象捕捉板处于“可投入工作的状态”(“live mode”)。接着程序“DTGRAB.C”就促使图象捕捉板将当时的图象数字化成240行×256列的图象存储单元，同时各样本作为6位可直接按字节确定的值存储起来。上述各程序可分别参照缩微胶片附录第31页第1至53行；第32页第1至39行；第33页第1至22行；和第34页第1至19行。两个辅助程序“DTSAVE.C”和“DTLOAD.C”使得屏幕图象可以和一个存储媒体之间来回传递。用于上述程序的源代码一览表可见缩微胶片附录35页12至33行，36页13至33行。

在第一次探测标签图象时，可采用普通模拟带通滤波器来识别探测目标同心环的两个或两个以上的光学性能。这两个光学性能最好是黑色和白色，因为反差最大时产生的信号能最强。为了使从黑到白到黑等等的变化方式固定不变，线性扫描最好是扫探测目标并通过目标中心，以便无论标签的取向如何都能得到一致的频率响应。因此目标环最理想的情况是由具有反差性的同心环组成。接着传感器的输出分两路，沿两个检测通路走。一个通路检测所有输出的能量，另一个通路测定在环频率处的能量。将两个输出加以比较时，若检测出扫描通过探测目标中心，则环检测器中的能量最接近所有能量检测器中的能量。当发生这种情况时，就找出了探测目标的位置。有关形成数字带通滤波器和滤波过程的源代码一览表可参照缩微胶片附录第39至43页文件名称为“FIND.C”下面的资料。但在本发明的高效能的最佳实施例中，第一滤波步骤最好采用模拟带通滤波器或者采样模拟带通滤波器，但也可以采用数字滤波器。

应该指出，图10中以“FIND.C”表示的探测目标定位步骤在图7中注明是可有可无的，因为在本发明的方法中是可以采用手持式扫描仪的，在这种情况下，操作人员能妥善地安置扫描仪以确保传感器正确对准。这当然比起采用自动化的传感器时慢得多，而在高速操作时最好采用自动化传感器。采用自动传感器(非手持式)时，目标的定位是本过程的一个必要步骤。

如果不采用上述模拟滤波器，也可以采用配备有软件包“IBM PC计算机的数字滤波器设计软件”(Taylor和Stouraitis著，纽约州纽约市Marcel Dekker公司出版，1987年版)的帕克斯-麦克莱伦(Parks-McClellan)算法构造的数字带通滤波器。

归一化数字位流的滤波，如下所述，是采用一维数字带通滤波器结合本发明通过下述滤波子程序进行的。待滤波的频带是所期望的环频率。一维数字带通滤波器设计用于400象元/英寸的采样率和125象元的长度(或0.3125英寸)情况，而且应根据所印制的探测目标环的大小而设计，如图3中所示。频率是每英寸300/16线对，产生300/16×400或0.046875的归一化频率(其中每英寸400线对＝1)。这里选用了通带范围在该频率5％以下至15％以上的滤波器，因为标签变形时一般导致图象收缩，从而使频率增加。并形成了从该频率15％以下直到0和从环频率以上25％至0.5(尼奎斯特极限)的阻带。各滤波器系数按图10存储在文件存储器“IMPULSE.LUT”275中，在供以后操作之用，删除头62个系数，因为滤波器是对称的。图8是流程图。更详细的情况可参看缩微胶片附录中的源代码一览表从第39页开始的文件名称为“FIND.C”280的资料。

25象元长的滤波器是通过在对应于所测定的水平放大率的输出间隔对该带通滤波进行取样而形成的。举例说，若图象的水平放大率是每英寸80象元，则可采用滤波器的每第五个样本(400/80＝5象元)。间隔为非整数时，则采用毗邻滤波器样本的线性插值法。

此外还采用第二个25×25象元的二维滤波器。该二维滤波器的采样值是基于各点从滤波器中心的欧几里德(Euclidean)距离，它们都经过换算，供适当的水平和垂直放大之用。然后在各非整数采样时间间隔采用线性插值法。

用第一阶递归低通滤波器对上述一维滤波器的输出进行削方(tosquare)和平滑，形成过去的曲线的一个指数窗口。当平滑滤波器的输出超过预定的阈值时，采用可供选用的一种二维滤波步骤以确定目标是否存在并精确测定其位置，这下面即将谈到。二维滤波的第一部分采用10象元×10象元尺寸缩小的滤波器以省除计算程序。该滤波器扫描着一维滤波器所检测的位置周围的矩形表面。若最大二维相关超过某一预定阈值，则将二维滤波的最后一步骤(以全25象元×25象元的滤波器)就施加到最大值周围的小方窗口上。若该滤波器的最佳结果超过一预定阈值，则中心就检测出来了。若都没有超过任何阈值，则程序部分“解除”该平滑滤波器而回复到一维扫描。若一维扫描完成之后但检测不出探测目标的存在，则程序在错误返回的情况下退出。有关本实例所采用的滤波过程更详细的说明应参看缩微胶片附录第39至42页上的源代码一览表。

(b)第二图象的归一化

由于照度、印刷密度、纸张的反射率、摄象机的灵敏度等发生变化以及其它原因(包括标签的变质，例如皱褶、翘曲等)，为所采用的光传感器所记录的反射光强度可能会发生变化。作为可供选择(但最好按这样做)的一个步骤，可用一般的程序将传感器所检测的并传到存储器的反射光进行归一化。应用本技术领域中公知的方法，采用图10画出的存储归一化程序“NORM.C”270，来分析从标签反射回来由扫描仪中的象元群记录下来的光的强度等级，以求出为数据阵列记录的反射光强度的最小和最大值。上述扫描仪和图象捕捉板组合装置的顺序数字输出是从存储器加到计算机上，以供所述存储归一化程序进一步操作。

利用方程y＝mx＋b(其中，x等于最小强度时，y＝0；x等于最大强度时，y＝63)将所记录的各象元反射光的强度进行调节，使得呈现在被存储图象上的最黑的黑色和最白的白色作为标准而建立起来，然后将其它色调的黑色、白色和灰色调节到该标准。这样，归一化这一步骤使所检测的图象更易于处理。归一化是用缩微胶片附录第37页第10至52行和第38页第1至11行的存储程序“NORM.C”进行的。应该理解的是，本技术领域中公知的其它更复杂的归一化程序也可以使用。

(c)改变图象比例值

为进行以后的各计算，将所存储的复制标签图象改变图象比例值，使形成的图象其水平和垂直的放大率相同。这也是一个可供选择的步骤，但它为快速而准确地复原所编码的信息带来方便。改变图象比例值时应改变得使图象的水平和垂直取样的分辨效果一致，达到例如每英寸150个象元，如本发明所举的静态式固定焦距实施例中所使用的那样。

改变图象比例的操作是根据该已知的水平和垂直放大率通过计算机各样本在1/150英寸的部分行和列地址进行的。然后从复制在存储媒体中的图象上适当的一组点中提取新的比例均匀改变了的图象上的各点。对各部分地址各点的值的估计是采用双线性插值法。改变图象比例的作用是把标签的中心安置在存储器中的已知位置上。将图象比例改变了的图象存储起来供以后在检索步骤中使用。于是，所有以后的处理步骤都认为改变比例后的标签图象集中到格网的已知位置，但应该指出的是在，这并不本身标签的取向，这时标签的取向可能对于传感器来说还是斜的。改比例的操作是在缩微胶片附录第42页第14至52和第43页第1至14行源代码一览表中的存储子程序的控制下进行的。

(d)二维时钟恢复

本方法下一步的一系列步骤总称之为“二维时钟复原”。这些步骤是用图10所示的名为“CLOCK.C”290适当的存储程序和子程序进行的，该程序可参看缩微胶片附录第44至51页中。该操作是以二维的方式在改比例后的图象上进行的，以精确确定各六角形在原有的数据阵列上的位置。时钟复原的目的是确定取样位置并校正标签翘曲、卷曲或倾斜的影响，因为标签可能不是完全平整的。这是本方法重要的一环，它不只适用于六角形编码标签而且还适用于其它对包括矩形、二维格网(如方形、三角形等)的编码标签进行译码的过程。

一维时钟复原是信号处理技术领域中众所周知的一般概念。二维时钟复原是从该过程推广出来的，是熟练的技术人员在谈到反射问题都知道的概念。可以理解，“时钟复原”这个术语对不是专家的人来说是有点费解的，因为它与定时无关。

(i)边缘增强和非线性操作

实行时钟复原的第一步可由本技术领域周知的各种非线性映象操作来进行，其目的是产生从光传感器和图象捕捉板的数字化图象输出中失去的特定时钟频率的信号分量。非线性映象的目的是取这时在过程中存在的(在较理想情况下)归一化和再放大了的图象，并使其形成能增强毗邻的具反差性六角形之间的转变的二维非线性映象。在本发明的最佳实施例中，这是通过标准的偏差映象(deviation mapping)进行的。这一步也可通过用图象差分化核心(image differecing kernel)进行滤波来进行(本技术领域中进行这种滤波用的若干核心有例如Laplace或Sobel核心)。接着是确定一绝对值或将结果平方起来。这些方法可参看拉费尔G龚萨勒(Rafael G.Gonzalez)和保尔.韦茵兹(Paul Wintz著的教科书《数字图象处理》(艾迪生，韦斯理(Addison Wesley)公司，1977年版)。

在标准的偏差映象中，图象单元对图象单元的各边缘一致的图象存储在存储器中。然后产生出标准偏差映象图，以定出毗邻的具反差性六角形各边缘的位置，其方法是确定3×3象元组(这与3图象单元×3图象单元群集不同)的标准偏差，从而，去确定象元强度的标准偏差。进行标准偏差计算是为了确定颜色固定(最低标准偏差)表示六角形内部或两同色六角形之间的界面的象元区，这与具有更高标准偏差的象元群不同，这种象元群表示从一种颜色的六角形到一种具有反差性颜色的毗邻六角形的转变。由于毗邻的六角形经常是同色的，因而标准偏差映象图不会全面地包括每一个六角形。由于标准偏差映象过程不能区别同颜色六角形之间的界面，因而会有六角形之间的边界或边缘丢失的现象。时钟复原过程的另一方面是想要重新产生出这些丢失的转变。

本发明的译码方法可应用于上述的任何标签实施例中，如各附图中所示的那样。各种几何形状的编码单元不难适应本发明的编码方法，而这种光学编码的多角形图象单元可以排列得使相邻各多角形的图象单元其几何中心处在一已知的预定二维阵列的各顶点上。

用本说明书所述的那些种光传感器“读取”本发明的光可读标签时，各编码单元或多角形图象单元的特定几何图形或形状并不是由光传感器确定的，而是仅仅由传感器以已知的每英寸样本数对光可读标签进行采样，并记录下对应于已成象的特定采样区的光学性能的反射光的强度。然后将这些值存储在一存储媒体中供以后处理之用。换句话说，电光传感器逐个部位地记录下整个标签表面的平均光强度样本，不管标签上是否印制有任何东西。这就是所谓在存储器中存储带有无差别的图象单元至图象单元(undifferentiated cell-to-cell)的边缘的图象。因此只要多角形编码单元的中心以预定的间距和方向处在二维阵列上，本发明的译码方法就不难适应读取其构型千变万化的光可读标签。

在实践中我们发现，以六角形编码图象单元为基础的系统发生各种改变时，如图15中所示的采用大致上呈六角形的多角形的标签实施例，使系统性能的降低是可以忽略不计的。采用压实特性较差的多角形形状或不是毗邻压实而是部分毗邻配置或不毗邻配置的矩阵时，会使所产生的系统性能较差但却对许多用途是有用的。但在某些情况下，由于较低阶多角形编码图象单元的不能够进行光学分辨的高频分量、图象单元压之不足和预定的二维阵列(导致各多角形间产生大的间隙空间)的缘故，系统的性能会下降得使信息的可存储和可检索性能降低到不能容许的程度。

系统可接受的程度取决于电光传感器所复原信号的质量。改变检测系统，例如通过增加整个标签表面单位面积的取样数，可以改善对传感器所记录的信号，并改善这些部分毗邻配置或不毗邻配置的标签构型的信息存储和检索特性。这种为使这些不太理想的标签构型可以使用而进行的调整是电-光学技术领域的普通技术人员力所能及的事。

因此这种方法在标签制品、光学信号探测装置和信号处理方面范围极广。正多角形或非正多角形的图象单元都可用作本发明光可读标签的编码单元。此外，只要各多角形中心相对于邻近各多角形图象单元的间距和方向是已知的，则多角形编码图象单元可以处在不是六角形阵列的预定阵列上，而且各多角形可以在光可读标签上毗邻配置、部分毗邻配置或甚至是不毗邻配置。

如下面即将更详细谈到的那样，非线性映象技术，具体地说，本说明书中就最佳实施例所公开的标准偏差映象技术，给丢失的转变的再形成或具相同光学性能的多角形图象单元之间各边缘丢失的再现带来方便。此外，这同一个特点可以解决各多角形与各同光学性能的多角形间的间隙空间之间缺乏转变的问题。这是当采用含有部分毗邻配置或不毗邻配置多角形的标签构型的情况。这个特点是通过下述快速傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换等步骤付诸实施的。

本发明最佳实施例中所采用的可供选择的方法减少了编制标准偏差映象所需要进行的计算。通常要计算各3×3象元组中九个象元的和需要进行八次加法运算。这可以分成两半，方法是将图象的各象元代之以其本身与紧接其左右的象元的和，这需要对每个象元做两次加法。然后，除了求出上下紧接着的象元的和之外，在新图象上进行同样的操作。总数是4个时就需要再做两次加法。可以证明，这些步骤结束时，各象元就为其本身及其八个毗邻象元的和所代替。

对于编制对应于原数据阵列但丢失了原同色六角形之间的转变的六角形映象图来说，标准偏差映象法是值得推荐的方法。结合所举实施例应用的特定标准偏差映象技术可参看缩微胶片附录第45页第14至53行和第46页第1至4行的源代码一览表中。

(ii)开窗口

下一个子程序叫做开窗口，是可用可不用的。在本发明的实施中，开窗口是用以减少与六角形轮廓无关的边界线。这些边界线出现在两个地方：目标环和标签周围不受控制的图象。为减少这些部位的强度应用了加权函数。如何利用开窗口作为快速傅里叶变换的光驱是在熟练的技术人员的知识范围内。这里所采用的开窗口的程序可参看缩微胶片附录第46页第6至22行的源代码一览表中。

(iii )二维快速傅利叶变换

于是，在市面上可购买到的存储程序的控制下对对应于(可任选)开了窗口的标准偏差映象图的数字值进行二维傅里叶变换。在操作的过程中，由一个计算机对前一步骤所产生的图象进行快速傅里叶变换，以产生以二维方式表示的在标准偏差映象步骤中识别出来的具反差性六角形各界面的间距、方向和强度。简言之，快速傅里叶变换是六角形之间边缘的间距、方向和强度已知时对它们进行的度量。这样，六角形各边界线有规则的间距和方向性会促使变换域中的某些点具有高能级。变换平面内对应于图象中直流分量的点0，0就是最亮点。中心点周围的六个点表示六角形之间各边缘的间距、方向和强度。

熟悉本技术领域的人员会知道，对各六角形，这个以二维的形式表示的、在上面的标准偏差映象步骤中确定的具反差的各多角形界面的间距、方向和强度，也可以通过对对应于所检测的非线性映射的标签图象的数字数据进行快速傅里叶变换来进行计算。因此多角形各边的间距和方向性会促使变换域中的某些点具有高能量。在变换平面的0，0坐标处的中心点周围具高能量各点的数目取决于构成光可读标签用的特定多角形编码图象单元的几何条件。但对六角形来说，若标签构型原来就是部分毗邻配置或不毗邻配置，则这些中心点周围的点将代表各多角形之间的边缘或各多角形与间隙空间之间的边缘的间距、方向和强度。

由于图象系取实数值(而不是复数值)，因而变换域是点对称于原点的。因此只需要计算变换域的半个平面，从而计算时间节省了几乎一半。由于省除了这些计算过程，因而也减少了以后的图象滤波和快速傅里叶逆变换步骤中所需要花的劳动。结合所举的静态固定焦距系统的实施例所采用的快速傅里叶变换程序是市面上可购买到的麻萨诸塞州。京士顿市Microway公司出品的87 FET-2程序包的子程序R2DFET。

(iv)图象滤波

现在就需要有一种滤波方法以利用已变换的数字数据重显在图象域中所有六角形的完整轮廓。这是通过消除任何与标准偏差映象步骤中识别出来的各六角形边界线所希望有的间距和方向不对应的变换域点而进行的。由于标签的结构呈六角形蜂窝状，因而在变换域中产生了六个突出点。由于图象是点对称于原点的，因此事实上只需要识别变换域中的三个点，另外三个点可以从前三个点推出。在最佳实施例，滤波分三步进行，目的是消除来自标准偏差映象步骤的转变，这些转变情况可能是彼此间隔太远，靠得太近和/或方向不对。

首先，进行高通滤波是将所有变换域原点周围预定圈内的所有点调零，但这是在图解变换域中从原点向外延伸的一段距离处进行的，其中成六角形排列的六个突出点例外。这些点对应大于六角形的间距，因而载有属于标签图象中所丢失的转变的信息。为了再显标签图象中失去的那些转变，需要消除有关傅里叶变换域中丢失的那些转变的信息。

接着将变换域中六个突出点以远的某一半径以外的所有点调零。这对应于那些彼此靠得太近的乱真转变情况。这个操作与第一个操作结合起来以形成其余各点组成的环。形成此环是相当于进行空间带通滤波。环的内外半径由六角形轮廓所希望有的间距确定。鉴于在所述的本实例中六角形“直径”预计为5个象元，且变换长度为256个象元，因而变换域中六角形的顶点应距中心256/5＝51.2个象元。因此采用内半径为45个象元和外半径为80个象元的环，这相当于六角形的直径为3.2至5.69个象元。这里采用了能较理想地让较高的频率通过的滤波器，因为标签变形(例如翘曲或倾斜)时会使图象收缩。

完成上述空间带通滤波之后，就出现有六个突出点的环，各点相对于变换域中心(0，0点)的角度间隔相等。为完成剔除变换域中不希望有的信息的任务，采用了方向滤波步骤。将换域中任何与突出区的角间距过大的点都调零。这在图象域中具有除去任何不在三个为六角形蜂窝砖瓦结构图形所支配的方向中的一个方向上出现的任何边缘的作用。

要进行定向滤波就需要找出空间带通滤波之后留下最突出的点。此点假设为变换域类似六角形各顶点的六个突出点中的一个点。其它在距中心同一半径上且角间距为60度的倍数的五个突出点，在变换域中也很明显。因此，所有其它与这些点中任一个点的角间距大于10度的点都被消除。剩下的是环的六个楔形部分。通过此定向滤波步骤，消除了图象域中任何间距或方向不对的信息。消除了这种空间配置不正确的信息就能使图象域中各六角形的整个轮廓复原。

上述滤波步骤都是在缩微胶片附录第46页第26至53行；第47页第1至52页；第48页第1至52行和第49页第1至46行源代码一览表中包含的存储子程序的控制下进行的。

当采用不同的预定二维阵列构形光可读标签时，需要修改应用于包括毗邻配置的六角形的标签最佳实施例的滤波方案。但熟悉本技术领域的人员不难理解，为适应在本说明书中上述在各附图中示出的不同标签构型，是只需要对滤波方案进行一点修改的。

各多角形编码图象单元一经确定，则它们各自的界线就会具有一定的角间距，并具有一定数量和长度的边缘，这一点是预定下来了。其次需要确定相邻各多角形之间的关系，例如，究竟它们是毗邻配置的，部分毗邻配置的，还是不毗邻配置的。此外还需要确定配置各多角形几何中心所依据的几何阵列。由于上述标签的几何条件是预定下来了的，因此本技术领域的普通技术人员就可以制定适当的滤波方案，以便在变换域中对各能量点进行滤波，使得只有那些对应于各多角形边缘的适当间距和方向的最亮点才可以通过逆傅里叶变换程序起作用。

至于对实际制造的各滤波器，可以理解需要根据各多角形编码图象单元的预定间隔制造具有适当尺寸的空间带通滤波器。这时最好制造一个定向滤波器以滤除对应于各多角形编码图象单元的预定的二维阵列的各轴线的最突出各点以外的能量点。这一下就消除了关于图象区域中各多角形编码图象单元和间隙空间(如有的话)不正确的间距或方向的任何信息。通过消除这种不正确的信息就可以在图象区域内重建各多角形编码图象单元的各中心的一个完整的阵列，方法是采用如下所述方法的步骤对数字数据进行逆傅里叶变换。

(v)逆快速傅里叶变换

为了真正返回到图象域，从而恢复数据阵列邻接的六角形的外形图象，最好就滤波后的变换域(2D-IFFT)进行二维逆快速傅里叶变换。逆变换是用麻州京士顿(Kingston，Massachusetts)Microway公司出品的87FET-2程序包中的标准二维逆傅里叶变换子程序进行的。逆变换步骤完成时，每一个六角形的轮廓就在图象域中恢复过来。在新的图象中，各六角形的中心具有高的数量级(high magnitude)。六角形中心处各点的实际数量级取决于其周围有多少个边缘。边越多，在容许频率下的能量越大，因而各点的数量级高。边越少，点的数量级越低。点的数量级是对任何给定点进行时钟复原时对可靠程度效果一个很好的量度。

(e)主轴线的确定

现在六角形的图象是已经复原了，但其取向有待确定。

本发明的六角形蜂窝图形有三个彼此相隔60度的“轴线”。这些轴线的方向是在空间带通滤波之后由变换域中的一些最亮点确定的。现在，可以确定这些轴线中哪一个是主轴线。这一步是可做可不做的。如果不做这一步，对则要用三个轴线的每一个轴线对标签编三次码，这时只有一条轴线产生有意义的消息。任意选取主轴线作为如上所述且在图2中画出的平行于标签两个边的轴线。

若方形标签的边界线是在主轴线已知的基础上确定的，则复原了的六角形外形图形中的大多数能量会在该方形的边界线内侧。

为确定主轴线，假设三个轴线各个都是主轴线。由此得出的方形标签外形各试验的轴线而确定的，而该方形内总的时钟复原图形能量是根据逆变换子程序的数字能量数据输出确定的。试验中能量最大的轴线就是主轴线。这时将此主轴线的角度存储起来，供初始化步骤和其它探测(Searching)操作之用。到这时候，还不知道该记录的角度其方向正确还是与正确方向背道而驰。所附缩微胶片附录中有关确定主轴方面的源代码一览表见该附录第49页第48至54行；第50页第1至53行和第51页第1至5行。应该理解的是，并不需要完全确定标签的所有三个区，因为各区中三个方形都共有的能量是无需测定的。

(f)探测

图10所画出的名为“SEARCH.C”300的存储程序将已变换和再生过的六角形中心信息与原图象的存储的强度等级结合起来，从而确定各六角形的灰色梯度值。探测是这样进行，使得在探测过程中“丢失”的机会减少到最小程度。最终结果是要获取数据阵列各六角形灰色梯度矩阵值。“SEARCH.C”的源代码一览表可参看缩微胶片附录第52至60页。在进行SEARCH.C程序的第一部分时构成了四个重要的信息阵列。阵列CVAL(时钟值)存储各六角形已复原的时钟信号的质量范围，同时阵列GVAL存储各六角形中心的灰色梯度值(0-63)。剩下的阵列IVAL和JVAL则存储各六角形中心的行和列的位置。

(i)初始化步骤

根据步骤(e)中所确定的主轴线角和实例中六角形的已知间距(5象元)计算从一个六角形的中心至周围六个六角形的中心预计的水平和垂直位移。

在进行这些计算之后，SEARCH.C程序靠时钟复原信号工作，该时钟复原信号是从存储器和改变了比例的标签图象取出，这改变了比例的标签图象也是从存储器取出的。缩微胶片附录第52页第13至54行；第53页第1至48行；第56页第47至57行和第57页第1至35行的初始化子程序，其基本目的是将从这两个源来的信息合并压缩，且产生数据矩阵，提供各六角形的灰色梯度值。

探测的初始化步骤是在一边以大约1/3英寸的标签中心周围的方形为界。在此范围内，好的起始点是复原的时钟信号阵列中所发现的数量级极高的点。然后确定此起始点相对对于标签中心的位置。此起始点是时钟信号强而清楚的一个点，而且也是离标签中心较近的一个点。信号最好是强而清晰，以确保探测是从六角形有效的中心处开始，而且该点最好是靠近标签的中心，以便可以确定其绝对位置而不受翘曲或倾斜的严重影响。时钟复原图形上一个点的质量范围为该点的大小减去其周围八个点的大小。将起始点的直角坐标变换成极坐标，相对于原先确定下来的主轴线角调节该极坐标，再将此结果变换成直角坐标。将这些坐标系按预期的行间距(4.5象元)和列间距(5象元)进行分度换算，直至六角形矩阵上的插入位置。然后将对应起始六角形的时钟质量、灰色梯度和位置插入各阵列CVAL、GVAL、IVAL和JVAL中。

(ii)主探测循环

主探测循环用以确定其余六角形的中心。预期数目的六角形定位好之后，循环就终止。探测六角形中心的次序极为重要。采用下面将谈到的探测方法，则尽管标签变质也能提高译码过程的可靠性。

探测循环的每次迭代(iteration)是通过再调用具有最高数量级的时钟恢复点的位置而开始的，该点毗邻的各点的最强值常未被探测。从此已知点之后，探测在六个方向的每一个方向上将前进一个六角形。其作用是建立一个沿着从较好到较坏的复原时钟质量的路线的探测模式。因此如果，举例说，在标签中心有一个薄弱区或磨损区，则探测算法不是通过它而是围绕着它走。通过迂回这些薄弱区并留待最后处理就可以大大减少在格网上的漏失几率。鉴于漏失掉是和不正确读出灰色梯度一样槽，因此本探测算法的功效是极大的。

缩微胶片附录第53页第50至54行，第54页第1至53行和第55页第1至55行的子程序即用以探测主循环中最佳质量时钟值的毗邻部分。子程序循环六次，每一次是用于当时处在研究中的六角形的一个六角形毗邻部分。先是计算毗邻部分的位置。若毗邻部分在标签界线之外，则循环迭代过程停止。若不然，则检查毗邻部分，看它是否已从另一方向加以探测。若毗邻部分已探测过，则循环迭代过程就终止，因为该算法使早先的探测效果比后来的更为可靠。若毗邻部分是在这个试验范围之外，则计算时钟复原图形中毗邻部分的中心位置。这时就进行最高数量级时钟信号的梯度探测。探测已复原的位置周围的八个象元，看看是否发现了更高的时钟值。如果发现了，就检查最佳毗邻点的八个毗邻部分，看看是否发现还要更好的值。这个梯度探测提供了某种程度的适应性，这种适应性在需要读取翘曲和倾斜的标签时是必不可少的。接着子程序就对下一个毗邻部分进行处理，或者当所有毗邻部分已检查好时就返回。

如上面的步骤(d)所谈过的那样，由于进行了数据变换，重新形成的格网现在载有关于各多角形编码图象单元各几何中心的信息。这个格网在原有较多的具反差的界面处具有较大的能量。这些中心处在具有预定数目的等间距或不等间距轴线(这视具体情况而定)的预定二维阵列上。在主轴线定向步骤中最好采用有关预定二维阵列各轴线的空间关系的信息。

但应该理解的是，可能会要适当修改算法使译码方法可以确定二维阵列的实际几何条件，并从这种确定而着手决定滤波方案，即所谓标签的主轴线(即二维阵列的平行于这里所论述的正方形光可读标签的两边的轴线)，并为探测子程序提供所需要的坐标。

无论是标签的几何条件是由上述那种可任选的步骤确定，或者通过适当修改二维时钟复原过程而简单地进入译码过程，本说明书所公开和论述的各种标签构型都不难由熟悉本技术领域的人员使其适应本发明的译码过程。不难理解，排列着各相邻多角形编码图象单元的中心的轴线的数目和它们各自的角取向，可以在主轴线确定步骤中代替最佳实施例六角形阵列的三个轴线。因此可以无需进行上面在步骤(e)中所述的试探和差错分析而确定预定二维阵列的主轴线。

至于最佳实施例的六角形阵列，可以采用来自主轴线确定步骤的信息和各多角形的已知间距来计算从一个多角形中心至周围诸多角形中心所期望的水平和垂直位移。在进行这些计算之后，并对探测子程序进行必要的调整之后，就可以对所采用的特定标签构型着手进行探测，包括初始化步骤和主探测循环步骤在内。可以理解，这种对附录中源代码一览表中的探测程序SEARCH.C 300进行的局部调整是本技术领域中的普通技术人员力所能及的事。

子程序完成之后，在现行的中心位置处加标记，使得不致再次探测它。其作用是取消其作为具有被探测的毗邻部分候补探测对象的位置。每完成一次循环迭代过程，就加入0至6个新候补部分，并删除一候补部分。在进行插入和删除操作时，作为一种高效率的实施方式可能采用使各候补部分保持其数量级顺序的数据结构。其中一种类结构叫做优先排队(priority queue)参看阿厚、霍布克洛夫特和阿尔曼(Aho、hopcroft、Ullman)著的《计算机算法的设计和分析》(艾迪生·韦斯理公司，1974年出版)]。大家都知道，线性检索算法需要进行n阶运算，而采用平衡树(balanced tree)或大堆阵(heap structure)的实施效率高的优先排队则需要n log n阶运算。如复原的时钟值被换算并减小成小范围的整数，则也可以采用基于散列表元分类(bucket sorting)的n阶检索算法。

(g)绘制直方图(histogram)和定阈值(thresholding)

主探测循环终了时，就确定了所有六角形中心的位置，且将已存储的所有六角形中心的灰度值全部充填进去。下一步是将0-63范围的数字化灰色梯度值的阈值限定到例如黑色、灰色和白色的离散梯度(对于一个黑、灰、白的标签而言)。这是通过从各六角形中心绘制标签图象强度值的直方图进行的。限制梯度(slicing levels)可通过求出直方图中的倾角(dip)求出。用以绘制直方图和确定限制梯度的具体子程序可参看缩微胶片附录第55页第16至52行和第56页第1至15行的源代码一览表。

(h)确定粗网格和最终取向

离散梯度的范围确定之后，还可能存在两种失真情况。第一种失真是阵列偏离中心。这是在初始探测步骤未能正确确定最佳质量时钟信号相对于标签中心的位置时发生的。第二种可能性是，由于主轴线角出现了一个180度的分歧，而致使对整个标签的读出是颠倒的。

缩微胶片附录第58页第1至54行和第59页第1至24行的存储子程序即执行确定标签是否偏离中心的功能。若标签系正确安置，中心行的坐标应通过标签的中心。为了确定在垂直方向的定位上是否出差错，检查假设的中心行之上的一些行，看看哪一行会形成通过最靠近标签中心的线。若上一行或下一行系更靠近假设的中心行，则可进行适当的上移或下移。若短行(short rows)往左的校正设有作好，则可将各短行往右移动一个位置进行调整。

水平定位上的错误和颠倒读出是采用嵌入标签中叫做粗格网信息的信息进行检查的。该信息如上所述那样分布成3图象单元×3图象单元的六角形群集。鉴于标签可能例如是在一个33行×30列的格网上，因而这些群集形成11×10个格网。各完整的3图象单元×3图象单元群集的底部中心六角形在编码过程中表现出特殊的性能。该六角形两侧的转变段是得到保证的，如前面结合图4所述的那样。举例说，若底部中心的六角形是黑的，则底部左侧和底部右侧的六角形必然是灰的或白的。缩微胶片附录第59页第27至52行和第60页第1至33行的存储子程序即利用了这个转变的性能来消除最后两个可能产生的失真现象。首先是形成一个阵列，其中阵列中的各元素表明水平毗邻的两个六角形之间是否有转变。然后逐个检查阵列的这些在预计为0的滑动部分(slide)周围配置成3×3图形的粗格网的9个假设的滑动部分。这些滑动部分中有一个会在实际和预期的转变方面具有较好的匹配，将这个滑动部分位置保留下来。其次，检查该同一个假设，假定标签是颠倒读出的。这种情况是发生在主轴线的角度相对于标签印制的方式实际是从右指向左，而不是从左指向右。

若只是将标签倒过来，即将较高行和较底行对调，较高列和较低列对调，则各滑动情况(slidings)也会颠倒过来。但要妥善地将标签颠倒过来必须进行一个重要的变换。在读出过程中，各短(长29)行是往左调整；因此将标签颠倒过来时，这些标签必须往右调整。于是进行调节，而正是这个工序使得其效果不是一个简单的颠倒过程，而是对滑动部分的假定。实际上，当标签真正是颠倒过来读取时，滑动部分试验的最佳结果要比前一些试验的任何一个试验都好。

确定了标签是否已颠倒过来读和在该绝对定位过程中是否有任何滑动部分之后，就可以对标签矩阵进行译码。图象和滑动部分妥善确定之后，就完成了图象处理功能，于是开始进行数据译码处理。

4.译码

图9所示的在缩微胶片附录第61页第1至52行和第62页第1至28行可找到的存储程序“RD.LABEL.C”182读取探测程序所产生的文件，并用最佳实施例中的1292二进制位产生二进制位流文件。它采用图9所示并包括在缩微胶片附录第63至66页的存储子程序Cell Dec.C 183屏蔽掉不能用的六角形，并应用为编码程序的逆程序的译码程序。

译码过程的第一步是采用一种从六角形至二进制位的映射过程从六角形信息产生二进制位流，这种从六角形至二进制位的映射过程是从二进制位至六角形映射过程的逆过程。

然后由该程序将位(信息)流分成两个分流：一高优先级消息位流和一个低优先级消息位流或分成数目与对标签进行编码所使用的位流一般多的位流。

这时就需要采用标签编码过程所使用的差错编码技术对各位流赋予错误校正。举例说，若采用立德-梭罗门编码，则对探测程序所产生的位流进行的错误校正产生一个格式与前面谈过的对输入的文件进行编码的格式相同的输出。错误校正可按下列次序进行(参看上面提到过的《错误控制码的理论与实践》)

1.对错误的综合情况(syndromes)进行估计；

2.用伯勒甘-马赛(Berlekamp-Massey)算法计算错误定位多项式；

3.用Chien检索法计算错误的各位置；

4.用Forney的算法计算错误的大小。最后一步是只有从步骤2和3检测出错误可校正的数目时才进行。此外还应计算所检测的错误的数目。若检测出错误不可校正的数目或定出了一个错误处在所意指的垫块位置(implied padding)(如上所述)，就做出一个标志。所举实例中所用的具体差错编码程序可参看缩微胶片附录第67至75页，该程序如图9中一样取名为ERRDEC.C 184。

5.输出

通过对包裹的跟踪(通过识别出其在输送机上的位置)，可使用表示包裹目的地的邮区划分码的高优先级消息来启动适当的路由操纵手柄或输送机，以便给包裹选定通往卡车、飞机或包裹运输机等的路由，从而将包裹送往其目的地。

虽然本发明可用于输送机换向设备系统中，但显然它也可用于各种各样的资料收集、包裹搬运和生产操作中，在这些场合下总要读取包裹、信件、部件、机器等上面的标签，并促使某一系统例如对附有标签的物品执行包裹搬运或生产操作等。本发明可以使这些操作高速、高度准确地进行，处理大量的标签信息，甚至使能大部分信息不致因标签撕破等而丢失。

参看图9，要在计算机终端上交替显示译码信息时，可采用程序TEXTOUT.C 185，该程序TEXTOUT.C可参看缩微胶片附录第76至78页。

本申请原有缩微胶片附录(包括一张缩微胶片、一测试图和78幅计算机程序表)。现所一并提交的是题为“六角形信息编码制品、方法和设备”其正文共78页的上述缩微胶片附录的硬拷贝件。

Claims (41)

1.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个具有至少五个边的信息编码多角形，所述多角形系配置得使相邻各多角形的几何中心处在一预定的二维阵列的各顶点，所述多角形具有至少两种不同的光学性能中的一种光学性能。

2.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述阵列是个六角形阵列。

3.如权利要求2所述的标签，其特征在于，所述六角形阵列具有三个彼此相差60度角的轴线。

4.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述多角形大致上呈正六角形的形状。

5.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述光学性能为黑色、白色和灰色。

6.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述多角形为非正多角形。

7.如权利要求1或2所述的标签，其特征在于，所述标签还包括占据标签上的一个与为所述信息编码多角形所占据的部位分开的部位的一系列同心环，各同心环具有至少两种交替出现的光学性能的一种光学性能。

8.如权利要求7所述的标签，其特征在于，所述同心环位于所述标签的中心位置。

9.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于该标签包括多个信息编码三角形，所述三角形系配置得使各相邻三角形的几何中心处在一预定的二维阵列的各顶点，且所述三角形具有至少两种不同光学性能的一种光学性能。

10.如权利要求9所述的标签，其特征在于，该标签还包括占据所述标签上的一个与为所述信息编码三角形所占据的部位分开的部位的一系列同心环，各同心环具有至少两种交替出现的不同光学性能的一种光学性能。

11.如权利要求10所述的标签，其特征在于，所述诸同心环位于标签的中心位置。

12.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个信息编码多角形，所述多角形系配置得使各相邻多角形的几何中心位于一二维六角形阵列的各项点，且所述多角形具有至少两种不同光学性能的一种光学性能。

13.如权利要求12所述的标签，其特征在于，所述多角形大致上呈正六角形的形状。

14.一种存储编码信息的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个信息编码多角形，所述多角形系配置得使相邻各多角形的几何中心位于一预定的二维阵列的各顶点，且所述多角形具有至少两种不同光学性能的一种光学性能，且所述阵列具有至少三个等间距的轴线。

15.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个信息编码多角形，所述多角形部分毗邻配置得使相邻各多角形的几何中心处在一特定的二维阵列的各顶点，且所述多角形具有至少两种不同光学性能的一种光学性能。

16.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个信息编码多角形，所述多角形不毗邻配置，相邻多角形的几何中心处在预定的二维阵列的各顶点，且所述多角形具有至少两种不同光学性能的一种光学性能。

17.如权利要求14、15或16所述的标签，其特征在于，所述多角形是正多角形。

18.如权利要求14、15或16所述的标签，其特征在于，所述多角形是非正多角形。

19.如权利要求14、15或16所述的标签，其特征在于，所述标签还包括占据着所述标签上的一个与为所述信息编码多角形所占据的部位分开的部位的一系列的同心环，各同心环具有至少两种交替出现的不同光学性能的一种光学性能。

20.如权利要求19所述的标签，其特征在于，所述同心环位于所述的标签的中心配置。

21.如权利要求15或16所述的标签，其特征在于，所述阵列是个六角形阵列。

22.如权利要求21所述的标签，其特征在于，所述六角形阵列具有彼此相差60度的三个轴线。

23.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包含以蜂窝形式毗邻配置的多个信息编码六角形，各六角形具有至少两种不同光学性能中的一种光学性能。

24.如权利要求23所述的标签，其特征在于，所述光学性能是黑、白和灰三种颜色。

25.如权利要求23所述的标签，其特征在于，在靠近所述标签中心的六角形中编有更重要的信息码。

26.如权利要求23所述的标签，其特征在于，在所述六角形中编码的信息包括至少第一和第二消息区，所述第一消息区的位置比所述第二消息区的位置离所述标签的周边玩。

27.如权利要求23所述的标签，其特征在于，所述信息编码六角形编有消息信息和错误检测信息的代码，从而可以检测从所述标签中检索出来的消息信息的错误。

28.如权利要求27所述的标签，其特征在于，所述误差检测信息可用以校正从所述标签检索出的消息信息中的错误。

29.如权利要求23所述的标签，其特征在于，该标签还包含一系列同心环，该同心环占据着所述标签上与所述信息编码六角形所占据的部位分开的部位，各同心环具有按交替的顺序出现的至少两种不同光学性能中的一种光学性能。

30.如权利要求29所述的标签，其特征在于，所述同心环系安置在所述标签的中心位置。

31.如权利要求30所述的标签，其特征在于，所述邻接的信息编码六角形系在大达约1平方英寸的面积内配置成多达约50行和约50列的阵列。

32.如权利要求30所述的标签，其特征在于，所述邻接着的信息编码六角形在大约1平方英寸的面积内配置成多达约33行和约30列的阵列，且所述同心环所占据的面积约小于所述标签面积的10％。

33.如权利要求29所述的标签，其特征在于，在所述六角形中编码的信息包括至少一第一和第二消息区，且所述第一消息区的位置比所述第二消息区的位置离所述标签的周边远。

34.如权利要求29所述的标签，其特征在于，同心环所占据的面积约小于所述面积的25％。

35.如权利要求29所述的标签，其特征在于，在靠近所述标签中心的六角形中编有更重要信息的代码。

36.如权利要求29所述的标签，其特征在于，所述六角形的所述光学性能是黑、白、灰颜色。

37.如权利要求36所述的标签，其特征在于，所述同心环的光学性能与所述六角形的两种或以上的光学性能中的两种光学性能相同。

38.如权利要求37所述的标签，其特征在于，所述同心环的光学性能是交替出现的黑色和白色。

39.一种存储编码信息用的光可读标签，其特征在于，该标签包括多个邻接着配置的除方形或矩形以外的信息编码多角形，各多角形具有至少两种不同光学性能中的一种光学性能。

40.如权利要求39所述的标签，其特征在于，所述标签还包括一系列同心环，各同心环具有交替出现的至少两种不同光学性能的其中一种光学性能。

41.如权利要求40所述的标签，其特征在于，所述同心环位于所述标签的中心。

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