Original title: Implementace rekonstrukčních metod pro čtení čárového kódu
Translated title: Implementation of restoring method for reading bar code
Authors: Kadlčík, Libor ; Bartušek, Karel (referee) ; Mikulka, Jan (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2013
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Informace je v čárovém kódu uložena jako posloupnost různě širokých proužků a mezer, a tak lze čárový kód považovat za dvouúrovňový (obdélníkový) signál. V případě tzv. magnetických čárových kódů jsou proužky tvořeny nanesením malého množství feromagnetického materiálu na podklad. Snímání probíhá snímací oscilátorem, jehož kmitočet je ovlivňován přítomností feromagnetického materiálu. Signál ze snímacího oscilátoru je poté (zde číslicově) kmitočtově demodulován. Z důvodu teplotního driftu kmitočtu oscilátoru je demodulovaný signál doprovázen stejnosměrným driftem. Práce proto neopomíjí metodu pro odstranění driftu. Nechybí ani metoda detekující přítomnost čárového kódu, jež je na drift necitlivá. Snímání čárového kódu je výrazně ztěžováno konvolučním zkreslením, které vzniká jako důsledek citlivosti snímače rozprostírající se do okolí. Konvoluční zkreslení se projevuje jako průchod signálu dolní propustí a s tím spojeným zaoblením a prolínáním hran signálu, jež se stávají obtížně detekovatelnými. Konvoluční zkreslení lze charakterizovat pomocí prostorové impulzní odezvy (PSF). Při snímání magnetických čárových kódů je tvar PSF předem znám, ale její stejnosměrný přenos a šířka jsou neznámé (při rychlém pohybu snímacího oscilátoru je signál zúžen a s ním i PSF). Proto jsou představeny vyvinuté metody pro odhad těchto parametrů. Před dekódováním čárového kódu je nezbytné rekonstrukcí ze signálu odstranit konvoluční zkreslení. Účinným prostředkem jsou variační metody, jejichž podstatou je formulace rekonstrukční úlohy jako optimalizační problém minimalizace funkcionálu. Předností variačních metod je možnost funkcionál doplňovat o další dílčí funkcionály (regularizace) a~tím výrazně napomoci úspěšné rekonstrukci signálu. Princip variačních metod je popsán, včetně ukázek vlivu jednotlivých regularizací. Všechny algoritmy a metody (včetně demodulace signálu ze snímacího oscilátoru) jsou implementovány číslicově jako program pro mikrokontrolér z rodiny PIC32, který nabízí dostatečně vysoký výpočetní výkon, a tak i slepá dekonvoluce (při níž je třeba navíc najít skutečnou PSF) je provedena během několika sekund. Mikrokontrolér je součástí čtečky magnetického čárového kódu, jejíž hardware umožňuje přečtená data přenášet do osobního počítače prostřednictvím rozhraní PS/2 nebo USB (pomocí simulace stisků na pomyslné klávesnici) nebo zobrazit na displeji. Bar code stores information in the form of series of bars and gaps with various widths, and therefore can be considered as an example of bilevel (square) signal. Magnetic bar codes are created by applying slightly ferromagnetic material to a substrate. Sensing is done by reading oscillator, whose frequency is modulated by presence of the mentioned ferromagnetic material. Signal from the oscillator is then subjected to frequency demodulation. Due to temperature drift of the reading oscillator, the demodulated signal is accompanied by DC drift. Method for removal of the drift is introduced. Also, drift-insensitive detection of presence of a bar code is described. Reading bar codes is complicated by convolutional distortion, which is result of spatially dispersed sensitivity of the sensor. Effect of the convolutional distortion is analogous to low-pass filtering, causing edges to be smoothed and overlapped, and making their detection difficult. Characteristics of convolutional distortion can be summarized into point-spread function (PSF). In case of magnetic bar codes, the shape of the PSF can be known in advance, but not its width of DC transfer. Methods for estimation of these parameters are discussed. The signal needs to be reconstructed (into original bilevel form) before decoding can take place. Variational methods provide effective way. Their core idea is to reformulate reconstruction as an optimization problem of functional minimization. The functional can be extended by other functionals (regularizations) in order to considerably improve results of reconstruction. Principle of variational methods will be shown, including examples of use of various regularizations. All algorithm and methods (including frequency demodulation of signal from reading oscillator) are digital. They are implemented as a program for a microcontroller from the PIC32 family, which offers high computing power, so that even blind deconvolution (when the real PSF also needs to be found) can be finished in a few seconds. The microcontroller is part of magnetic bar code reader, whose hardware allows the read information to be transferred to personal computer via the PS/2 interface or USB (by emulating key presses on virtual keyboard), or shown on display.
Keywords: bar code; bilevel signal; convolutional distortion; DC drift; deconvolution; detection of inflection point; double-well function; method of derivatives; method of failed linear approximation; PIC32; PS/2; PSF estimation; regularization; signal reconstruction; total variation; USB; variational methods; dekonvoluce; dvoujámová funkce; dvouúrovňový signál; hledání inflexního bodu; konvoluční zkreslení; metoda derivací; metoda nevydařené lineární aproximace; odhad PSF; PIC32; PS/2; regularizace; rekonstrukce signálu; stejnosměrný drift; totální variace; USB; variační metody; čárový kód

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/25863

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-220266


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses