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記号の読み取り(1-D / 2-D コード・印字品質・読み取りの POD・OCR) — 使い方ガイド

この族は何をする道具箱か

製造ラインのトレーサビリティで毎日使う記号を、作る・撮る・読む・格付けする・「どこまで劣化しても読めるか」を確率で言う、までを 1 つの鎖にした層です (台帳は opssymbol.py、numpy と scipy のみ。zxing-cpp は optional)。

barcode1d — encode_barcode1d(EAN-13 / UPC-A / Code 128・GS1-128 / Code 39 / ITF)/ ean_check_digit / barcode_scan_profiles / decode_barcode_profile / read_barcode1d。
datacode2d — qr_encode / qr_decode_modules / qr_locate / qr_sample / qr_read、 dm_encode / dm_decode_modules / dm_locate / dm_sample / dm_read(Data Matrix ECC200)。 Reed-Solomon は自前(symrs.py)で、ブロックごとに直した語数を返す。
symbol_capture — render_symbol(印字のにじみ・刻印の点・回転・あおり、面積で積分)/ capture_degrade(照明の傾き・周辺減光・デフォーカスの一様円・動きぶれ・ガウス・ショット雑音・読み出し雑音・量子化)。
print_quality — grade_barcode_profile / grade_barcode1d(ISO/IEC 15416 の考え方)/ grade_datacode2d(ISO/IEC 15415 の考え方)。
read_pod — symbol_read / symbol_read_trials / symbol_read_pod: 物理劣化を 1 つ掃引し、MIL-HDBK-1823A の hit/miss(既存の pod 族)で「90 % 読める劣化量」とその 95 % 信頼の保守側を返す。
symbol_bridge — read_symbols_zxing(zxing-cpp、Apache-2.0、pip install zxing-cpp。無ければ ImportError。黙って自前の読み取り器に切り替えない)。

流れ

flowchart TD
    ENC["encode_barcode1d / qr_encode / dm_encode<br/>シンボルの表(真値 = 文字列)"]
    ENC --> R["render_symbol<br/>印字・回転・あおり"]
    R --> C["capture_degrade<br/>照明・ぼけ・雑音"]
    C --> IMG["image2d"]
    IMG --> RD["read_barcode1d / qr_read / dm_read<br/>(read_symbols_zxing)"]
    IMG --> GR["grade_barcode1d / grade_datacode2d<br/>等級 A..F と制限するパラメータ"]
    ENC --> TR["symbol_read_trials<br/>劣化を掃引 x 試行(成功 / 誤読 / 不能)"]
    TR --> POD["symbol_read_pod<br/>level90 / level90_95・誤読の上限"]

最初の 1 本

import numpy as np
import fullseye as fs

sym = fs.ledger.encode_barcode1d("490123456789", "ean13")       # 検査数字は自動 → 4901234567894
img = fs.ledger.render_symbol(sym, 3.0, rotate_deg=20.0)         # モジュール 3 px、20° 回転
img = fs.ledger.capture_degrade(img, defocus_px=4.0, full_well_e=20000.0,
                                read_noise_e=10.0, bits=8, seed=1)
print(fs.ledger.read_barcode1d(img, ("ean13",))["text"])         # 4901234567894
print(fs.ledger.grade_barcode1d(fs.ledger.render_symbol(sym, 6.0))["letter"])   # A

tr = fs.ledger.symbol_read_trials(sym, "defocus_px", np.linspace(2, 16, 8), trials=30,
                                  module_px=3.0, refine=True, level_jitter=0.05)
pod = fs.ledger.symbol_read_pod(tr)
print(pod["level90"], pod["level90_95"], pod["misread_total"])

落とし穴(実測に基づく)

全体系を許すと短読みで誤読する。 ぼけた EAN-13 を全体系で読むと、断片が 2 桁や 6 桁の ITF として返った(ITF に検査数字が無いため)。読み取り器は ITF の最短 6 桁・太細比 1.8..3.4・走査線 2 本以上の一致を要求し、symbol_read_trials は表の体系だけを有効にする。現場でも使う体系だけを有効にしてください。
「読める」と「品質が良い」は別の問い。 EAN-13 は像面のぼけ円が 2.2 モジュールでも 90 % 読める(Fullseye の読み取り器)が、そのぼけで撮ったシンボルの等級は F(変調 0.10)。等級は「どの読み取り器でも読める余裕」、POD は「この読み取り器・この撮像で読めるか」。
d90 は点推定、使うのは d90/95。 30 回 x 8 水準の掃引の d90 で 201 枚撮り直すと読取率は 0.79 だった。保守側の d90/95 と、撮り直しに対する曲線の当てはまりで判断する (examples/poc_symbol_package_1d.py)。
劣化量だけで決まる読み取りは POD にならない。 雑音も揺らぎも無い撮像では、ある水準を境に全部読める/全部読めない(完全分離)。symbol_read_pod は傾きの無い曲線を作らず、全数成功の実証(29/29 の論法)を返す。
非単調の POD。 zxing-cpp 3.1.1 はくっきりしたドットピーンの Data Matrix を読まず(24 方向中 0)、ぼけで点がつながると読む —— 読取率がぼけに対して増える。 symbol_read_pod は monotone = False の旗を立てる(examples/poc_symbol_part_dpm.py)。
DPM の点と測定開口。 直径 0.8 X の点を開口 0.8 X で測ると点の縁が入り、SC が 0.35 → 0.318 に下がる。点の内側に収まる開口(0.4 X)なら閉形式どおり。
これは認証された検証器ではない。 規格の本文は写しておらず、等級の境界は公開の解説の値、細部は docstring に Fullseye の実装として書いた。固定パターンの損傷は簡略化 (最悪のモジュール)。

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