專利名稱：用于光學閱讀的編碼紙的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種設置有編碼圖案的產品，此編碼圖案包括多個標記，每個標記都代表至少兩個不同值中的一個。本發明還涉及對此種編碼圖案的使用。
背景技術：
已經知道借助不同類型的標記可在表面上儲存編碼信息。
例如，美國專利5852434描述一種對寫表面上多個位置的X-Y坐標進行編碼的位置-編碼圖案。位置-編碼圖案使用戶有可能電子地記錄圖形信息，此圖形信息通過連續讀位置-編碼圖案而在寫表面上產生。
美國專利5852434給出構造位置-編碼圖案的三個實例。在第一實例中圖案由符號組成，每個符號都由三個同心圓構成。外圓表示X坐標，中間圓表示Y坐標。另外，兩個外圓分成16個部分，根據這些部分是否被填充而表示不同的數字。這意味著用具有特定外觀的復雜符號對每對坐標X、Y進行編碼。
在第二實例中，寫表面上每點的坐標由條形碼給出，X坐標的條形碼在Y坐標的條形碼之上示出。
可用于對X、Y坐標進行編碼的網格圖案作為第三實例。然而，沒解釋網格圖案如何構成或如何被轉換成坐標。
已知圖案的問題在于它由復雜符號構成，而且，這些符號制作得越小，就越難以制造被構圖的寫表面并且發生錯誤位置確定的風險就越大，另一方面，如果這些符號制作得越大，位置分辨率就變得越差。
還有問題是由于處理器必須翻譯復雜符號的事實，使得對檢測到的位置-編碼圖案的處理變得相當復雜。
其它的問題在于記錄位置-編碼圖案的檢測器或傳感器的構造方式必須是它能同時記錄四個符號以便肯定能覆蓋至少一個完整的符號，這對于執行位置確定是必需的。所需傳感器表面和用于定義位置的位置-編碼圖案的表面之間的比率因而較大。
在EP 0 578 692中所描述的位置-編碼圖案由正方形形式的單元構成。單元的值由它們的外觀例如顏色來確定。所述單元可分隔成獨立的區域，以便具有相同顏色的兩個相鄰單元可以區別開。此位置-編碼圖案不同于根據美國專利5852434的位置-編碼圖案，在美國專利5852434中，特定數量的單元即符號一起對位置編碼。另外在EP 0 578692中，編碼是浮動的，這意味著包含上述大量單元的圖案的任意局部表面對位置進行編碼。因而，每個單元用于對幾個位置的編碼。通過這樣的方式，所需傳感器表面和用于定義位置的位置-編碼圖案的部分表面之間的比率小于上述美國專利中的比率。另外，每個單元不太復雜，因此對位置-編碼圖案譯碼的處理器只需識別更少的不同元素。然而，處理器必須能定位和分辨出至少兩個不同的單元。
EP 0 171 284 B1示出另一種由水平和垂直線構成的浮動位置-編碼圖案，其中，垂直線對水平方向上的位置編碼而水平線對垂直方向上的位置編碼。所述直線可在為1mm倍數的位置上找到。直線在此位置上的存在表示對一(1)編碼，而在此位置上不存在則表示對零(0)編碼。
然而，它難以對直線的圖案進行記錄和譯碼，因為難以記錄直線之間的交叉。另外，情況經常是傳感器不與基礎保持平行，這導致直線不再平行的透視關系。那么，就難以確定直線是否真地遺失。另外，不應該有太多遺失的相鄰直線，因為在譯碼時會產生困難。而且，信息容量小。
申請人于1999年5月28日提交的瑞典專利申請SE 9901954-9在提交本申請時未公開，因此不構成現有技術，它描述另外一種浮動型位置-編碼圖案，在此圖案中位置信息通過具有第一和第二尺寸的點來進行圖形編碼，第一尺寸的點對應零(0)而第二尺寸的點對應一(1)。多個點一起對位置坐標進行編碼。
一般希望用于在表面上儲存信息的編碼圖案必須能在每單位面積上編碼大量的信息，并且即使在受到不同種類的干擾時也必須是易于檢測和譯碼的。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種具有編碼圖案的產品，此編碼圖案至少在與已知編碼圖案一樣大的程度上滿足以上要求。
根據權利要求1所述的產品可實現此目的。
本發明更具體地涉及一種設置有編碼圖案的產品，此編碼圖案包括多個標記，每個標記都代表至少兩個不同值中的一個。此編碼圖案包括多個標稱位置，所述多個標記中的每一個都與所述多個標稱位置中的一個相關，并且每個標記的值都由標記相對于其標稱位置的位置來確定。
在現有技術中，通常依靠一個或多個符號或標記的外觀來執行編碼，每個符號或標記的值由其外觀來確定。結果，對編碼圖案譯碼的器件必須能識別不同的符號或標記，這增加對干擾的敏感性并且使得譯碼更加困難。
根據本發明，每個標記的值卻是由此標記相對于其標稱位置的位置來確定。由于值是基于標記的位置，因此，所有標記可具有相同的外觀。從而編碼圖案可簡單地設在產品上。進一步地，標記的檢測易于執行，并且不受產品上所存在的不屬于編碼圖案的其它標記的影響。另外，通過使用除了光學技術以外的其它技術如化學的、電的或機械的圖案，可以更簡單地實現編碼圖案。當標記是光學可讀的時，標記的設計也意味著形成有編碼圖案的產品在美學上將是更人滿意的。最后，就信息密度而言，在標記之間有可能具有大的距離，這意味著編碼圖案對閱讀過程中產生的影象移動不太敏感。
標稱位置在這里是可檢測到的位置，并且標記相對于它以不同的方式定位。標稱位置可以標記在產品上，但它們也可以是虛擬的和可間接檢測到的。
還應該指出，標記表示的值優選是數值，但也可以是字符值如字母或某種符號。
標記的位置優選由其重心確定，這使得有可能使用不規則形狀的標記，并當在產品上設置圖案時可降低要求。
在優選實施例中，每個標稱位置都被分配一標記。從此獲得的優點是所有值都由標記編碼。因而，缺少標記則總是形成錯誤。
標記可以位于標稱位置中也可以位于標稱位置外側。例如，二進制圖案的一種可能表示是在標稱位置中的標記表示0而在標稱位置外側的標記表示1，或者反過來也是一樣。
然而，在優選實施例中，基本上所有標記都相對于它們的標稱位置位移。以此方式，圖案是隨機的，而同時對于人眼這又顯得是一致的。
然而，為了指示一些特定的參數如虛擬網格的位置，一小部分標記應該能位于它們的標稱位置上。
另外，在優選實施例中，基本上所有標記都相對于它們的標稱位置位移相同的距離。如果知道標稱位置的位置，在距標稱位置一定距離的位置上就足以尋找到標記，這有利于定位標記并降低出錯的風險。另外，足以檢測在距標稱位置相應距離的位置上有標記。此種標記的外觀是次要的，這降低在產品上設置圖案的準確性要求。
在具體的優選實施例中，每個標記都在四個正交方向的一個方向上相對于其標稱位置位移。通過知道標稱位置，相應地就只需在四個不同的方向上尋找標記。這有利于并加速定位標記。另外，這降低出錯的風險，因為不檢測非圖案部分的標記和位于除四個正交方向以外的位置上的標記，從而不冒影響圖案譯碼的風險。
為了有可能確定標記對標稱位置的相對位置，必須知道標稱位置。為此，編碼圖案優選包括具有網格線的網格，在這，網格線的交叉點定義標記的標稱位置。因而標稱位置有規則地布置在產品上。這有助于檢測，并且降低出錯的風險。另外，有可能使用虛擬網格。
在優選實施例中，網格線之間的距離大約為250μm-300μm。這有可能獲得高密度的信息，而同時仍有可靠的檢測。
在優選實施例中，網格線形成矩形格柵，優選為正方形格柵。在后一情況下，網格線之間的距離因此在兩個方向上都是相同的。
另外，在優選實施例中，每個標記都沿一根網格線位移。因而當已知網格時，通過沿著充分定義的由網格線表示的方向尋找，可以有效地定位標記。
在優選實施例中，每個標記都從其標稱位置位移一定的距離，此距離為網格線間距的1/4-1/8，優選為1/6。如果位移是網格線間距的大概1/6，就相對容易確定標記屬于哪個標稱位置。如果位移小于約1/8，就難以檢測，也就是說分辨率要求太高。如果位移大于約1/4，就難以確定標記屬于哪個標稱位置。在傳感器或檢測器所記錄的編碼圖案的圖象被扭曲時，這得到具體體現，如果光學傳感器例如與其上布置有編碼圖案的表面保持一定角度，就會發生扭曲。對于上述優選的300μm網格線間隔，優選位移是50μm。
具有網格線的網格可以在表面上表示出，使得網格能被檢測標記的器件直接讀取。然而，在此情況下，網格必須還能被器件檢測到并且與標記區別開。在優選實施例中，網格相反是虛擬的，這意味著網格不以任何形式標記在產品上，而是根據標記的位置來定位。因此，網格不是從產品上讀取，而是根據標記間接確定。
如已經提到的，在優選實施例中，基本上所有標記具有基本相同的外觀。這使得它們在產品上的布置更簡單。
標記優選具有一些簡單的幾何形狀。因而，它們有利地大致為圓形、三角形或矩形。它們可被填充或不填充，但前者是優選的，因為這使檢測更容易。
標記不應該覆蓋其標稱位置，并且因此不具有比兩倍位移，即200％位移，更大的直徑。然而，這不是關鍵的，因為一定的重疊量，如240％，也是允許的。標記的最小尺寸首先沿第一位置由傳感器的分辨率和用于制造圖案的打印工藝的要求確定。然而，在實踐中，為了避免傳感器中顆粒和噪聲的問題，標記不應有比大約50％位移更小的直徑。
通過可用于制造上述類型標記的任何參數，可實現編碼圖案，所述標記可被檢測器檢測到的。這些參數可以是電的或化學的或一些其它的類型。然而，為了在產品上更易于布置，編碼圖案優選是光學可讀的。例如，編碼圖案可打印在產品上。
在優選實施例中，編碼圖案是紅外線可讀的。以這樣的方式，對于紅外線不可讀的信息可覆蓋在編碼圖案上而不會干擾圖案的讀取。
在優選實施例中，在被編碼圖案占據的表面上，標記構成0.25％-20％、優選大約9％的表面。如果例如在一張白紙上打印圖案，在此情況下，在紙上只會產生淡灰色陰影，這意味著在基本普通的紙上圖案會顯現。
編碼圖案優選是對產品上多個位置編碼的位置-編碼圖案，每個位置用多個標記編碼。然而，編碼圖案也可用于對其它信息進行編碼。
本發明產品可以是任何可形成編碼圖案的產品。它不一定是物理產品，也可以是電子產品，如計算機屏幕上的圖象或表面，編碼圖案在計算機屏幕上以電子形式覆蓋。
根據本發明的另一方面，本發明涉及到使用包括多個標記和多個標稱位置的編碼圖案，其中，每個標記都代表至少兩個不同值中的一個，所述多個標記中的每一個都與所述多個標稱位置中的一個相關，而且每個標記的值都由標記相對于其標稱位置的位置來確定。
從對產品上編碼圖案的討論看出，使用此種圖案的優點是明顯的。在對產品上的編碼圖案所提及的特征當然也適合于編碼圖案的使用。例如，所述使用可包括在產品上打印編碼圖案、以電子形式儲存編碼圖案或對編碼圖案譯碼。
以下借助實施例并結合附圖而更詳細地描述本發明，在附圖中圖1示意性地示出設置有位置-編碼圖案的產品的實施例；圖2示意性地示出在本發明實施例中如何設計和如何定位標記；圖3示意性地示出用于對位置編碼的4*4符號實例；圖4示意性地示出可用于位置確定的器件；圖5示意性地示出具有三角形網格的位置-編碼圖案；以及圖6示意性地示出具有六邊形網格的位置-編碼圖案。
具體實施例方式
圖1示出為紙張1形式的產品的一部分，在其表面2的至少一部分上設置光學可讀的位置-編碼圖案3，從而有可能進行位置確定。
位置-編碼圖案包含在表面2上系統排列的標記4，從而具有“構圖”的外觀。這張紙具有X坐標軸和Y坐標軸。可以在產品的整個表面上執行位置確定。在其它情況下，能進行位置確定的表面可組成產品的一小部分。
例如，此圖案可用于為寫或畫在表面上的信息提供電子表示。在表面上用鋼筆寫的同時，通過讀位置-編碼圖案，連續確定鋼筆在此張紙上的位置，從而提供電子表示。
位置-編碼圖案包含虛擬網格和多個標記4，其中，虛擬網格既不能被眼睛看見也不能被用于在表面上確定位置的器件直接檢測到，每個標記4根據其位置表示如下所述的四個值“1”-“4”中的一個。在此應該指出，為了清晰起見，圖1中的位置-編碼圖案被大比例放大。另外，只示出在此張紙一部分上的排列。
位置-編碼圖案布置得通過局部表面上的標記而無歧義地確定此局部表面在整個寫表面上的位置。第一和第二局部表面5a、5b在圖1中用虛線示出。第二局部表面部分重疊在第一局部表面上。第一局部表面5a上的一部分位置-編碼圖案(在此為4*4標記)對第一位置編碼，第二局部表面5b上的一部分位置-編碼圖案對第二位置編碼。因而，位置-編碼圖案對于毗鄰的第一和第二位置而言是部分相同的。此種位置-編碼圖案在本應用中稱作“浮動”。每個局部表面對特定位置進行編碼。
圖2a-d示出如何設計標記以及如何相對于其標稱位置6而定位標記。標稱位置6也稱作網格點，用網格線8的交叉點表示。標記7為圓點形狀。可以說，標記7和網格點6一起組成一符號。
在一個實施例中，網格線之間的距離是300μm并且網格線之間的角度是90°。其它的網格間隔也是有可能的，例如為254μm以適合分辨率通常是100dpi倍數的打印機和掃描儀，100dpi對應于兩點之間間距25.4mm/100即254μm。
因此，標記的值取決于標記對標稱位置的相對位置。在圖2實例中有四個可能的位置，在從標稱位置延伸的每根網格線上各有一個。對于所有值而言，到標稱位置的位移都是相同大小的。
每個標記7都相對于其標稱位置6位移，沒有標記位于標稱位置上。另外，每個標稱位置只有一個標記，并且此標記相對于其標稱位置位移。這用于構成圖案的標記。在表面上還可有其它的標記，它們不是圖案的一部分，因而不用于編碼。此種標記可以是例如在表面上圖象或圖形的灰塵斑點，無意圖的點或標記以及有意圖的標記。由于圖案標記在表面上的位置被充分定義，因此，圖案不受此種干擾的影響。
在一個實施例中，標記相對于標稱位置6沿著網格線8位移50μm。位移優選為網格間隔的1/6，因為這相對而言容易確定某個具體標記屬于哪個標稱位置。位移應該至少是網格間隔的大約1/8，否則就變得難以確定位移，這是分辨率增大的要求。另一方面，為了有可能確定標記屬于哪個標稱位置，位移應該小于網格間隔的大約1/4。
位移不一定都沿著網格線，標記也可以位于獨立的象限內。然而，如果標記沿著網格線位移，得到的優點就是標記之間的距離具有最小值，此最小值可用于再造網格線，這將在以下詳細描述。
每個標記包括或多或少的圓點，其半徑與位移大致相同或稍微小點。半徑可以是位移的25％到120％。如果半徑比位移大很多，就難以確定網格線。如果半徑太小，則需要更大的分辨率來記錄這些標記。
標記不一定都是圓形或圓圈，也可以使用任何適當的形狀如正方形或三角形等。
一般而言，每個標記覆蓋傳感器芯片上的多個象素，并且在一個實施例中，這些象素的重心被記錄或計算并用于后續處理中。因此，標記的準確形狀意義不太大。因而，可使用相對簡單的打印處理，只要它能保證標記的重心有所需要的位移就行。
在下文中，圖2a中的標記表示值1，圖2b中的標記表示值2，圖2c中的標記表示值3，圖2d中的標記表示值4。
因而，每個標記可表示四個值“1-4”中的一個。這意味著位置-編碼圖案可以分成用于X坐標的第一位置編碼和用于Y坐標的第二位置編碼。此分劃按如下進行
因此，每個標記的值轉換成用于X-編碼的第一數值，在此是二進制位，以及用于Y-編碼的第二數值，在此是二進制位。以此方式，通過圖案獲得兩個完全獨立的位圖。相反地，兩個或多個位圖可結合成用根據圖2的多個標記進行圖形編碼的公共圖案。
每個位置都用多個標記進行編碼。在此實例中，4*4標記用于在二維即在X-坐標和Y-坐標上對位置進行編碼。
位置編碼由1和0的數列即位數列構成，此數列的特征是在位數列中出現不超過一次四位長的位序列。位數列是循環的，這意味著當數列的尾端連接到其首端時還有這樣的特征。四位序列因而在位數列中總有唯一確定的位置號。
如果四位位序列要具有上述特征，位數列最大可為16位長。然而在此實例中，只使用七位長的位數列，如下所示“0 0 0 1 0 1 0”。
此位數列包含七個唯一的四位位序列，這些序列對數列中位置號進行編碼，如下所示
為了對X-坐標編碼，位數列在待編碼的所有表面上順序寫入列中，在這，左列K0對應于X-坐標零(0)。因而，在一列中，位數列可連續重復幾次。
基于相鄰列中相鄰位數列之間的差別或位置位移進行編碼。差別的大小由位數列中的位置號(即位序列)確定，從此位置號可得出相鄰列。
更準確地，如果在后述兩個位置號之間采用差別Δn模7，其中一個位置號在第一列Kn中用四位序列編碼并且因而具有值0-6，而另一個位置號由在相鄰列Kn+1中以相應的“高度”用相鄰的四位序列編碼，那么，無論在何處即無論在什么“高度”，此差別將相同，沿著兩列產生差別。因而，使用在兩個相鄰列中的兩個位序列的位置號之差，有可能對獨立于所有Y-坐標并對所有Y-坐標保持為常數的X-坐標進行編碼。
在此實例中，由于表面上的每個位置用包括4*4標記的局部表面編碼，因此，得到四個垂直的位序列以及三個差別用于對X-坐標編碼，每個差別都在值0-6之間。
圖案分成編碼窗口F，其特征為每個編碼窗口包括4*4標記。因而，可得到四個水平位序列和四個垂直位序列，從而在X方向產生三個差別并在Y方向得到四個位置。這三個差別和四個位置對局部表面在X方向和Y方向上的位置進行編碼。在X方向上的相鄰窗口具有公共列，見圖1。因而，第一編碼窗口F0，0包括列K0，K1，K2，K3的位序列以及行R0，R1，R2，R3的位序列。由于在X方向上使用差別，在X方向和Y方向上斜對角的下一個窗口即窗口F1，1，包括列K3，K4，K5，K6的位序列以及行R4，R5，R6，R7的位序列。如果只考慮X方向的編碼，編碼窗口在Y方向上可認為是有無限空間的。相應地，如果只考慮Y方向的編碼，編碼窗口在X方向上可認為是有無限空間的。此種在Y方向和X方向上分別具有無限空間的第一和第二編碼窗口一起形成圖1所示類型的編碼窗口，如F0，0。
每個窗口都具有給出窗口在X方向上位置的窗口坐標Fx和給出窗口在Y方向上位置的窗口坐標Fy。因而，窗口和列之間的對應關系如下Ki＝3FxRj＝4Fy以后述方式執行編碼對于三個差別，其中一個差別Δ0總是為值1或2，它指用于表示編碼窗口在X方向上位置的數字的最低有效數字S0，其它兩個差別Δ1、Δ2的值都在3-6范圍內，它們指用于編碼窗口的坐標的兩個最高有效數字S1、S2。因而，對于X坐標，沒有為0的差別。因為會導致太對稱的編碼圖案。換而言之，對列進行編碼，使得差別如下(3至6)；(3至6)；(1至2)；(3至6)；(3至6)；(1至2)；(3至6)；(3至6)；(1至2)；(3至6)；(3至6)；…因此每個X坐標用兩個在3和6之間的差別Δ1、Δ2以及為1或2的后續差別Δ0進行編碼。通過從最低差別Δ0減去一(1)并從其它差別減去三(3)獲得三個數字S2、S1、S0，它們直接給出編碼窗口在X方向上的以混合數為基數的位置號，從位置號可直接確定X坐標，如以下實例所示。編碼窗口的位置號為S2*(4*2)+S1*2+S0*1因而，運用上述原理，使用編碼窗口的位置號，有可能對編碼窗口0，1，2，…，31進行編碼，所述位置號包含用三個差別表示的三個數字。這些差別用基于以上數列的位圖進行編碼。位圖最后可用圖2中標記進行圖形編碼。
在許多情況下，當被記錄的局部表面包括4*4標記時，不會獲得對X坐標編碼的完整位置號而是獲得兩個位置號的部分，因為在許多情況下局部表面和一個編碼窗口不吻合而是覆蓋X方向上兩相鄰編碼窗口的部分。然而，由于用于每個位置號的最低有效數字S0的差別總是1或2，可以容易地重新構造完整的位置號，因為知道什么數字是最低有效數字。
根據與用于X坐標的原理大致相同的原理，借助編碼窗口對Y坐標進行編碼。與X-編碼中所用數列相同的循環數列，在將進行位置編碼的表面上重復寫入水平行中。對于X坐標更準確地，各行在數列中從不同的位置開始，不同的位置對應不同的位序列。然而，對于Y坐標，不使用差別，而是用基于每行中數列起始位置的值對坐標進行編碼。當對具有4*4標記的局部表面確定了X坐標時，對于各行，事實上可確定數列中的起始位置，這些行包括在用于4*4標記的Y-編碼中。
在Y-編碼中，最低有效數字S0通過令它是具有特定范圍內值的唯一數字而確定。在此實例中，為了指示此行涉及編碼窗口中的最低有效數字S0，四行中的一行在數列中的位置0至1開始；為了指示編碼窗口中的其它數字S1、S2、S3，其它三行從2至6的任意位置開始。在Y方向中因而有一系列的值，如下所示(2至6)；(2至6)；(2至6)；(0至1)；(2至6)；(2至6)；(2至6)；(0至1)；(2至6)；…
因而，每個編碼窗口用三個在2和6之間的值以及在0和1之間的后續值進行編碼。
如果從最低值減去零(0)和從其它值減去二(2)，就與X坐標中情況相似地，獲得Y方向上以混合數為基數的位置S3、S2、S1、S0，從它們可直接確定編碼窗口的位置號，即S3*(5*5*2)+S2*(5*2)+S1*2+S0*1使用以上方法，有可能對編碼窗口在X方向上編碼4*4*2＝32個位置號。每個編碼窗口包括三列的位序列，得到3*32＝96個列或X坐標。另外，有可能對編碼窗口在Y方向上編碼5*5*5*2＝250個位置號。每個這樣的位置號包括4行的水平位序列，得到4*25＝1000個行或Y坐標。因此總共能編碼96000個坐標位置。
然而，由于X-編碼基于差別，有可能選擇第一編碼窗口中第一數列的起始位置。如果考慮到此第一數列可在七個不同的位置上開始，就有可能編碼7*96000＝672000個位置。當X和Y坐標已確定時，可以計算在第一列K0中第一數列的起始位置。上述用于第一數列的七個不同的起始位置可編碼產品的不同頁或寫表面。
理論上，具有4*4符號的局部表面每個都有四個值，可編碼44*4個位置即4294967296個位置。為了有可能可變地確定局部表面的位置，因而有超過6000(4294967296/672000)的冗余因數。
冗余部分包括對差別大小的限制，并部分包括只使用位置編碼中所用的16位中的7位。然而，后一事實用于確定局部表面的旋轉位置。如果位數列中的下一位添加到所述四位序列中，就得到五位序列。通過在緊接著正使用的局部表面的外側讀相鄰位，得到第五位。這樣的輔助位經常是容易得到的。
被傳感器讀的局部表面可以有四個不同的旋轉位置，相對于編碼窗口旋轉0°、90°、180°或270°。然而，在局部表面旋轉的那些情況下，與已在0°讀的情況相比，將要被讀的編碼在X方向或Y方向或在這兩個方向都進行轉換和變換。然而，這假設根據下表使用標記值有點不同的譯碼。
上述五位序列的特征是，它只在正確的形式中發生而不是在七位數列中以轉換和變換形式發生。這從位數列(0001010)僅包含兩個“1”的事實顯而易見。因此，所有五位序列必須包含至少三個0，它們在轉換(和變換，如果需要的話)后產生三個1，但不能發生這樣的情況。因而如果發現五位序列在位數列中沒有位置號，就可得出結論局部表面應該有可能被旋轉，并且應測量新的位置。
為了根據本實施例提供對本發明的進一步說明，下面給出基于位置編碼所述實施例的具體實例。
圖3示出具有4*4標記的圖象實例，這些標記由位置確定器件閱讀。
這些4*4標記有以下值4 4 4 23 2 3 44 4 2 41 3 2 4這些值表示以下二進制X-和Y-編碼X-編碼 Y-編碼0 0 0 0 0 0 0 11 0 1 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 1 0 1 0X-編碼中的垂直位序列對位數列中的以下位置2046進行編碼。在列與列之間的差別是-242，它們模(modulo)7得到542，對編碼窗口的以混合數為基數的位置號進行編碼(5-3)*8+(4-3)*2+(2-1)＝16+2+1＝19。被編碼的第一編碼窗口具有位置號0。因而，在1至2范圍內且出現在局部表面的4*4標記中的差別是第20個這樣的差別。由于另外總共有三個用于每個此種差別的列和一個起始列，在4*4X-編碼中最右邊的垂直序列屬于X-編碼中的第61列(列60)(3*20+1＝61)，而最左邊的垂直序列屬于第58列(列57)。
Y-編碼中的水平位序列對位數列中的以下位置0413進行編碼。由于這些水平位序列在第58列開始，行的起始位置是這些值減去57模7，得到起始位置6302。它們轉換成以混合數為基數的數字，變為6-2，3-2，0-0，2-2＝4100，在這，第三個數字是在有關位置號中的最低有效位數字。第四個數字就是在下一位置號中的最高有效位數字。在此情況下，必須與有關位置號中的相同。(例外情況是有關位置號包括在所有位置中的最高可能數字。那么就知道下一位置號的開始是比有關位置號的開始大的數)。
以混合數為基數的位置號是0*50+4*10+1*2+0*1＝42。
因而，Y編碼中的第三水平位序列屬于具有起始位置0或1的第43編碼窗口，而且，由于對于每個這樣的編碼窗口總共有四行，因此第三行的位置號是43*4＝172。
在此實例中，具有4*4標記的局部表面的左上角位置是(58，170)。
由于在4*4組中X-編碼中的垂直位序列在行170開始，整個圖案的X-列在數列((2046)-169)模7＝1635的位置上開始。在最后開始的位置(5)和最先開始的位置之間，數字0-19以混合數為基數進行編碼，并且通過增加以混合數為基數的數字0-19的表示，獲得這些列之間的總差別。對此取自然算法，產生這20個數字并直接加這些數字。求和得到s。頁或寫表面就由(5-s)模7得出。
下面描述用于在局部表面中確定最低有效位從而能以此方式確定編碼窗口的替代方法。最低有效位(LSB)定義成在局部表面的差別或行位置號中的最低數字。以這樣的方式，坐標的最大可用數字的簡化(冗余)相對較小。例如，在以上實例中X方向上的第一編碼窗口都可具有LSB＝1并且其它數字在2和6之間，得到25個編碼窗口；下一編碼窗口具有LSB＝2并且其它數字在3和6之間，得到16個編碼窗口；再下一個具有LSB＝3并且其它數字在4和6之間，得到9個編碼窗口；再下一個具有LSB＝4并且其它數字在5和6之間，得到4個編碼窗口；還有一個具有LSB＝5并且其它數字為6，得到1個編碼窗口，與以上實例的32個編碼窗口相比，在這總共有55個編碼窗口。
在以上實例中，描述的實施例中每個編碼窗口由4*4標記編碼并且使用7位數列。這當然僅僅是一個實例。位置可由更多或更少的標記編碼。在兩個方向上不必是相同的數字。數列可以是不同的長度并且不必是二進制的，而可以基于不同的基數，例如十六進制編碼。在X方向上的編碼和在Y方向上的編碼可使用不同的數列。標記可以表示不同的數值。
在實用的實例中，所用的局部表面包括6*6標記，并且在這位數列最大可包含26位即64位。然而，為了具有確定局部表面旋轉位置的能力，使用包含51位的位數列，結果有51個位置。此種位數列的實例是000001100011111010101101100110100010100111011110010此種包含6*6標記的局部表面理論上可編碼46*6個位置，這對于上述0.3mm網格尺寸是極大的表面。
以與上述七位數列相似的方式，根據本發明，所使用的特征是局部表面擴大到在局部表面每一側上包含一個位，至少在其中心是如此，從而對于6*6符號的局部表面中的第三和第四行，可讀8個符號，在局部表面的每一側上各一個，并且，在Y方向上也類似。上述包含51位的位數列的特征在于6位位序列只出現一次；包含上述6位位序列的8位位序列只出現一次并且從不以反轉位置或顛倒且反轉位置出現。以這樣的方式，通過讀行3、行4、列3和/或列4中的8個位，可確定局部表面的旋轉位置。當旋轉位置已知時，局部表面在繼續進行處理之前可旋轉到正確的位置。
希望獲得盡可能隨機的圖案，即不出現過度對稱的區域。希望獲得一種圖案，其中具有6*6標記的局部表面包括含如圖2a-2d所示的所有不同位置的標記。為了進一步增加隨機性或避免重復性，可使用稱作“混洗(shuffle)”的方法。每個水平位序列在預定的起始位置開始。然而，如果位移已知，就有可能對每行沿水平方向位移起始位置。這可通過為相鄰行給每個最低有效位(LSB)分配獨立的位移矢量來執行。位移矢量表示每行沿水平方向位移多少。在視覺上可認為圖1中的Y軸是“長而尖”的。
在以上實例中，對于4*4編碼窗口，位移矢量可以是對于LSB＝0時為1，2，4，0；對于LSB＝1時為2，2，3，0。這意味著在分別減去數2和0之后，在繼續進行處理之前，從位序列的位置號中減去(模5)上述位移。在以上實例中，對于Y坐標獲得以混合數為基數的數字4100(S2，S1，S0，S4)，在這，從右開始的第二個數字是最低有效數字LSB。由于對數字4和1使用位移矢量1，2，4，0(LSB＝0)，從4減去2得到S2＝2，從1減去4(模5)得到S1＝2。數字S0＝0保持不變(位移矢量對于最低有效數字的分量總為0)。最后，數字S4屬于下一編碼窗口，它必須具有LSB＝1，即使用第二位移矢量。因而，從0減去2(模5)得到S4＝3。
可用相似的方法改變用于X坐標的編碼。然而，在以上實例中，很少要求改變X坐標，因為它們已經是相對隨機的分布并且不使用差別0。
在以上實例中，標記是點。但不用說它可以有不同的外觀。例如，標記可以包括直線或橢圓，它在虛擬網格點開始并從此延伸到特定的位置。除了點以外可使用其它符號如正方形、矩形、三角形、圓形或橢圓，不管填充與否均可。
在以上實例中，標記用于正方形局部表面內以便對位置進行編碼。局部表面可以是其它的形狀，例如為六邊形。標記不必在相互垂直的網格中沿著網格線布置，還可具有其它的布置如在60°角網格中沿著網格線布置等等。還可采用極坐標系統。
如圖5和6所示，還可使用三角形或六邊形形式的網格。例如，參照圖5，三角形網格使每個標記在六個不同的方向上位移，提供甚至更大的可能性，對應于66*6個局部表面位置。對于六邊形網格，參照圖6中的蜂窩狀圖案，每個標記可沿著網格線在三個不同的方向上位移。
如上所述，標記不必沿著網格線位移，也可沿著其它方向位移，例如在使用正方形網格圖案時在獨立的象限內各定位一個標記。在六邊形網格圖案中，標記可以沿四個或更多個不同的方向位移，例如在沿著網格線和沿著與網格線成60°角的直線的六個不同方向上位移。
為了使位置編碼能被檢測，必需確定虛擬網格。這可在正方形網格圖案中通過檢查不同標記之間的距離而執行。兩個標記之間的最短距離必須是來自兩個在水平方向上具有值1和3或者在垂直方向上具有值2和4的相鄰標記，從而標記落在兩個網格點之間的相同網格線上。當已檢測到此對標記時，相關網格點(標稱位置)可使用與網格點之間距離和標記從網格點位移有關的知識來確定。一旦定位了兩個網格點，其它網格點就用到其它標記的測量距離和有關網格點之間距離的知識來確定。
如果標記沿著間距為300μm的網格線位移50μm，那么兩個標記之間的最小距離就是200μm，例如在具有值1和3的兩個標記之間就是如此。次小距離例如產生在具有值1和2的標記之間，為255μm。因此在最小和次小距離之間有相對明顯的區別。任何對角線的區別也較大。然而，如果位移大于50μm，例如大于75μm(1/4)，對角線就會引起問題并且難以確定標記屬于哪個標稱位置。如果位移小于50μm，例如大約小于35μm(1/8)，那么最小距離將是230μm，這對于次小距離267μm不會有非常大的區別。另外，對于光學閱讀的要求增加。
標記不應該覆蓋它們自己的網格點，并且因此不應該有比兩倍位移即200％位移更大的直徑。然而，這不是關鍵的，允許一定程度的重疊，例如240％。最小尺寸首先由傳感器的分辨率和用于制造圖案的打印工藝的要求確定。然而，為了避免傳感器中顆粒和噪聲的影響，在實踐中標記不應該具有比大約50％位移更小的直徑。
在圖4中示意性地示出用于位置確定的器件實施例。它包括大概與鋼筆有相同形狀的殼體11。在殼體的短側中有開口12。短側用于緊靠或保持到表面的較短距離，在此表面上將執行位置確定。
殼體大致包括光學部件、電子電路部件和電源。
光學部件包括至少一個用于照射成象表面的光發射二極管13和用于記錄二維圖象的感光區域傳感器14如CCD或CMOS傳感器。如果需要的話，器件還可包括光學系統，如鏡子和/或透鏡系統。光發射二極管可以是紅外線發射二極管并且傳感器可以是對紅外線敏感的。
器件的電源從安裝在殼體中單獨隔艙內的電池15獲得。
電子電路部件包括用于根據傳感器14所記錄的圖象來確定位置的圖象處理裝置16，并具體地包括具有處理器的處理器單元，其中，處理器被編程，以便從傳感器讀圖象并基于這些圖象執行位置確定。
在此實施例中，器件還包括筆尖17，借助筆尖17，可以在將執行位置確定的表面上書寫基于普通色素的筆跡。筆尖17是可伸出和可收回的，從而用戶可控制是否使用它。在某些應用中器件根本就不需要筆尖。
合適的基于色素的筆跡類型是對紅外線透明的，并且標記適合于吸收紅外線。通過使用發射紅外線的光發射二極管和對紅外線敏感的傳感器，可執行圖案的檢測，上述筆跡不會干擾圖案。
器件還包括按鈕18，借助按鈕18可操作和控制器件。器件還包括用于無線傳送的無線電收發機19，例如使用紅外線、無線電波和超聲波來收發信息。器件還可包括用于顯示位置或記錄信息的顯示器20。
在申請人的瑞典專利9604008-4中描述用于記錄文本的器件。如果此器件以合適的方式編程，就可用于位置確定。如果此器件用于基于色素的筆跡，就還必須加裝筆尖。
器件可以分成不同的物理殼體，其中第一殼體包括用于記錄位置-編碼圖案的圖象并把這些圖象傳送到第二殼體所含部件的部件，第二殼體所含部件基于所記錄的圖象執行位置確定。
如上所述，位置確定由處理器執行，因而處理器必須具有用于在圖象中定位標記并對標記譯碼以及用于從因此獲得的編碼確定位置的軟件。基于以上實例，本領域技術人員能設計基于一部分位置-編碼圖案的圖象來執行位置確定的軟件。
另外，根據以上描述，本領域技術人員能設計用于打印出位置-編碼圖案的軟件。
在以上實施例中，圖案是光學可讀的，因此傳感器也是光學傳感器。如上所述，圖案可基于非光學參數的參數。在這樣的情況下，傳感器當然必須是可讀取有關參數的類型。此種參數的實例是化學的、聲學的或電磁的標記。也可使用電容性的或電感性的標記。
在以上實施例中，網格是相互垂直的格柵。它還可有其它的形式，如菱形格柵、三角形或六邊形格柵等，菱形格柵例如具有60°角。
可使用在多于或少于四個的方向上的位移，例如沿著六邊形虛擬網格在三個方向上的位移。在相互垂直的網格中，為了有利于網格的再造，只使用兩個位移。然而，優選在四個方向上的位移，但是在本發明的范圍內六個或八個方向也是可以的。
在以上實施例中，未使用最長的可能循環數列。結果，獲得能以各種形式應用的冗余度，如用于執行糾錯、替代丟失或隱藏的標記等。
權利要求
1.一種用于電子記錄筆跡的裝置，該裝置具有可讀取的表面，其特征在于所述表面上設置有位置編碼圖案，編碼所述表面上的多個位置，使得在所述表面上移動的位置確定裝置能夠通過讀取所述位置編碼圖案來確定其在所述表面上的連續位置。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述位置編碼圖案包括網格和可以被所述位置確定裝置檢測到的多個標記，每個標記表示至少兩個不同值中的一個值，其中所述網格包括網格線，所述網格線相交于網格點，每個網格點可以通過標記檢測到并定義所述標記的標稱位置，其中每個所述標記與多個所述標稱位置中的一個標稱位置相關，并從一個標稱位置位移，每個所述標記的值由標記位置相對于與其對應的標稱位置來確定，以及在所述表面上通過預定數量的所述標記來編碼每個位置。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中每個所述標記沿所述網格線中的一根網格線從一個標稱位置位移。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，每個標稱位置分配一標記。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中，所有標記都相對于標記的標稱位置位移。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，所有標記都相對于標記的標稱位置位移相同的距離。
7.根據權利要求3所述的裝置，其中，每個標記都在四個正交方向的一個方向上相對于其標稱位置位移。
8.根據權利要求3所述的裝置，其中，網格線之間的距離大約為250μm-300μm。
9.根據權利要求3所述的裝置，其中，網格線形成矩形格柵，優選為正方形格柵。
10.根據權利要求3所述的裝置，其中，每個標記都從其標稱位置位移一定的距離，此距離為網格線間距的1/4-1/8，優選為1/6。
11.根據權利要求3所述的裝置，其中，網格是虛擬的。
12.根據權利要求3所述的裝置，其中，所有標記具有基本相同的外觀。
13.根據權利要求3所述的裝置，其中，標記大致為圓形、三角形或矩形。
14.根據權利要求3所述的裝置，其中，標記的有效直徑大概是標記相對于其標稱位置的位移的50％-240％。
15.根據權利要求3所述的裝置，其中，標記是光學可讀的。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中，標記是紅外線可讀的。
17.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述裝置具有設置有編碼圖案的表面。
18.根據權利要求3所述的裝置，其中，在設置有編碼圖案的表面上，標記構成0.25％-20％、優選大約9％的表面。
19.根據權利要求3所述的裝置，其中，編碼圖案是對裝置上多個位置編碼的位置-編碼圖案，每個位置用多個標記編碼。
20.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述裝置是一張紙。
21.根據權利要求3所述的裝置，其中，每個標記的所述值由沿哪個網格線位移所述標記來確定。
22.一種用于電子記錄筆跡的系統，其特征在于該系統包括具有可讀取表面的裝置，其中在所述表面上設置有位置編碼圖案；以及位置確定裝置，用于在所述表面上移動時讀取所述位置編碼圖案并確定其在所述表面上的連續位置。
23.如權利要求22所述的系統，其中所述位置編碼圖案包括網格和可以被所述位置確定裝置檢測到的多個標記，每個標記表示至少兩個不同值中的一個，其中所述網格包括網格線，所述網格線相交于網格點，每個網格點可以通過標記檢測到并定義所述標記的標稱位置，其中每個所述標記與多個所述標稱位置中的一個標稱位置相關，并從一個標稱位置位移，每個所述標記的值由標記位置相對于與其對應的標稱位置來確定，以及在所述表面上通過預定數量的所述標記來編碼每個位置。
24.根據權利要求23所述的系統，其中每個所述標記沿所述網格線中的一根網格線從一個標稱位置位移。
25.如權利要求24所述的系統，其中所述位置確定裝置包括用于根據設置在所述表面上的位置編碼圖案記錄二維圖象的傳感器；殼體，在靠近所述表面的一側具有開口；包括用于根據所述傳感器記錄的圖象來確定位置的圖象處理裝置的電子電路部件；以及處理器單元，被編程為讀取圖象并基于這些圖象來執行位置確定。
26.根據權利要求24或25所述的系統，其中，每個標稱位置分配一標記。
27.根據權利要求24或25所述的系統，其中，所有標記都相對于標記的標稱位置位移。
28.根據權利要求24或25所述的系統，其中，所有標記都相對于標記的標稱位置位移相同的距離。
29.根據權利要求24或25所述的系統，其中，每個標記都在四個正交方向的一個方向上相對于其標稱位置位移。
30.根據權利要求24或25所述的系統，其中，網格線之間的距離大約為250μm-300μm。
31.根據權利要求24或25所述的系統，其中，網格線形成矩形格柵，優選為正方形格柵。
32.根據權利要求24或25所述的系統，其中，每個標記都從其標稱位置位移一定的距離，此距離為網格線間距的1/4-1/8，優選為1/6。
33.根據權利要求24或25所述的系統，其中，網格是虛擬的。
34.根據權利要求24或25所述的系統，其中，所有標記具有基本相同的外觀。
35.根據權利要求24或25所述的系統，其中，標記大致為圓形、三角形或矩形。
36.根據權利要求24或25所述的系統，其中，標記的有效直徑大概是標記相對于其標稱位置的位移的50％-240％。
37.根據權利要求24或25所述的系統，其中，標記是光學可讀的。
38.根據權利要求37所述的系統，其中，標記是紅外線可讀的。
39.根據權利要求24或25所述的系統，其中，所述裝置具有設置有編碼圖案的表面。
40.根據權利要求24或25所述的系統，其中，在設置有編碼圖案的表面上，標記構成0.25％-20％、優選大約9％的表面。
41.根據權利要求24或25所述的系統，其中，編碼圖案是對所述裝置上多個位置編碼的位置-編碼圖案，每個位置用多個標記編碼。
42.根據權利要求24或25所述的系統，其中，所述裝置是一張紙。
43.根據權利要求24或25所述的系統，其中，每個標記的所述值由沿哪個網格線位移所述標記來確定。
全文摘要
本發明涉及用于光學閱讀的編碼紙，并公開了一種設置有編碼圖案的產品，其中，此編碼圖案包括多個標記，每個標記都代表至少兩個不同值中的一個，并且此編碼圖案進一步包括多個標稱位置，所述多個標記中的每一個都與標稱位置相關，而且每個標記的值都由標記相對于其標稱位置的位置來確定。本發明還包括使用所述產品。
文檔編號G06K7/14GK1877607SQ20061009249
公開日2006年12月13日 申請日期2000年10月2日 優先權日1999年10月1日
發明者馬茨·P·彼德森, 托馬斯·埃得索 申請人:阿諾托股份公司