CN1556966A - 使用匹配滤波对配准标记的探测 - Google Patents
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Abstract
用于探测与一对象相联系的配准标记的一种系统和方法，其提供匹配输入和非匹配输入之间改善的分辨率。配准标记表示二进制码序列。在利用传感器探测位序列时，被探测的序列被提供到码匹配滤波器，其将被探测的序列与二进制码序列相比较且产生探测信号。码匹配滤波器针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值，且针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值。通过这种方式，针对非匹配惩罚被评定。这导致滤波器输出具有响应于匹配输入的高幅值，及针对非匹配输入的较低幅值。所述系统可以如此方式对被探测的位序列进行取样以便于避免潜在的边缘时序问题。
Description
发明领域
本发明涉及探测与一对象相联系的配准标记(registrationmark)，且更具体地，涉及通过使用匹配滤波探测表示二进制码序列的配准标记。
发明背景
存在其中有必要或希望监视与一对象有关的某些参数的大量应用。一个常见实例是监视制造过程中一个或更多个部件的位置、速度、加速度等的需要。例如，在用于制造一次性尿布的大量自动化过程中，某些部件(例如，吸收垫、腰部弹性带、已印好的图形等)必须相对于其它部件(例如，支撑层等)被定位或对准，以为了生产可接受的产品。为了便利于这个过程，配准标记通常被应用到某些部件上。然后在制造过程期间通过使用传感器这些配准标记被探测，以确定感兴趣的参数，这包括例如当一部件存在于一特定的位置时将一特定的部件放置在何处等。
经常地，配准标记被应用到作为单个标记的对象上，当其被传感器探测时，在传感器输出处产生单脉冲。然而，这个方案有时导致探测误差。例如，在系统中的噪声可错误地触发传感器的输出，或可防止对配准标记的探测。此外，传感器可将一个配准标记与另一类似的标记混淆。不管原因如何，这些探测误差可以全部导致在产品制造期间在配准过程和部件定位中的误差。结果是，所制造产品的质量可遭受损失，且产品本身可能不得不被报废却付出制造商对应的成本。
还公知地是使用配准标记，其表示被称为“完美字(perfectword)”的专用二进制码序列。完美字被公知当用在某些雷达应用中时展示具有低旁瓣(sidelobe)的自相关功能。在使用完美字的一个配准系统中，匹配滤波器将被探测位序列中的每个位与完美字中的对应位进行比较。然后针对被比较位的每个匹配对，滤波器输出被递增1。因此，在七位完美字的情况下，当探测到完全地与完美字匹配的位序列时滤波器输出将具有为7的最大幅值。然而，正如所最好理解地，响应于被比较位的非匹配对，滤波器的输出并没有产生变化。因此，如果被比较位的除一个以外的所有对都匹配，则滤波器输出将具有为6的幅值(假定七位完美字被使用)。因此，针对匹配与非匹配输入的滤波器输出的差异可尽可能小到1，正如在上述说明的单个脉冲配准系统中的情况。
正如其发明者所意识到的，所需要的是产生如此滤波器输出的一种配准系统，响应于匹配输入所述滤波器输出具有高幅值，以及同现有技术相比较针对非匹配输入其具有有利的较低幅值。
发明概述
为了解决本技术中的这些及其它需求，其发明者已经成功地设计了一种系统和方法，用于探测与一对象相联系的配准标记，其提供匹配输入和非匹配输入之间改善的分辨率。优选地配准标记表示N位二进制码序列，其中N是大于1的整数。在利用传感器探测N个位序列时，被探测的序列被提供到码匹配滤波器，其将被探测的序列与二进制码序列相比较且产生表示这个比较结果的探测信号。重要地，码匹配滤波器优选地针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值，且针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值。通过这种方式，针对非匹配制裁(pemalty)被评定。这导致具有响应于匹配输入的高幅值的，及与现有技术相比较针对非匹配输入的较低幅值的滤波器输出。为了改善的响应，二进制码序列优选地是巴克(Barker)码并且，甚至更优选地是具有粗略相同的正和负位数量的巴克码。本发明还提供一种系统，其用于以如此方法对被探测的位序列进行取样和滤波以便于避免潜在的边缘时序问题。
根据本发明的一个方面，提供用于探测与对象相联系的配准标记的一种方法，其中配准标记表示N位二进制码序列，使每个位具有两个离散值之一，其中N是大于1的整数。探测配准标记的所述方法包括：将传感器信号的N个位与二进制码序列的对应位相比较，以及响应于比较产生探测信号，包括针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值以及针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值，所述探测信号指示当探测信号超出预定值时对配准标记的探测。
根据本发明的另一方面，提供用于探测与对象相联系的配准标记的一种系统，其中配准标记表示N位二进制码序列，使每个位具有两个离散值之一，其中N是大于1的整数。所述系统包括被配置成从传感器接收N位序列的移位寄存器，以及从操作上被连接到所述移位寄存器的匹配滤波器。所述匹配滤波器被配置成将由移位寄存器接收到的N位序列与二进制码序列进行比较，以及响应于所述比较产生探测信号。所述匹配滤波器还被配置成针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值，以及针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值。所述探测信号指示当探测信号超出预定值时对配准标记的探测。
根据本发明的另一方面，探测具有已知模式的位序列的一种方法包括：对输入位序列的每个位取样至少两次以产生至少两个版本的输入位序列，将每个产生的输入位序列版本与参考位序列进行比较，以及响应于所述比较产生探测信号。
虽然上面已经对本发明的原理特点和优点进行说明，但是通过参考随后的附图及对优选实施例的详细说明，可获得对本发明更多及更彻底的理解。
附图的简要说明
图1是根据一个优选实施例的系统方框图，所述系统通过使用匹配滤波用于探测与对象相联系的配准标记。
图2是示例图1中所示码匹配滤波器的一个优选实施的方框图。
图3是已知的巴克码表。
图4是根据另一优选实施例用于避免潜在边缘时序议题的系统方框图。
对应的参考字符指示贯穿附图的几个视图的对应特点。
优选实施例的详细说明
根据本发明的一个实施例用于通过使用匹配滤波探测与一对象相联系的配准标记的一种系统被示例在图1且总体上由参考字符100来指示。如图1所示，系统100包括传感器102、移位寄存器104、码匹配滤波器106、以及比较器108。除了传感器102除外，上述提到的系统100的部件将显然地可以硬件或软件，或两者的组合被实施。
传感器102被提供用于探测被施加到对象112或否则与一对象112相联系的配准标记。正如下面所进一步解释的那样，配准标记110表示N位的二进制码序列，其中N是大于1的整数，且其中每个位具有两个离散值之一(例如，0或1，+1或-1，等)。当对象112相对于传感器102移动时，传感器顺序地读取配准标记110的每个位。当每个位被读取时，对应于被探测位的值，传感器优选地输出不是+1就是-1值。这个传感器输出被提供到移位寄存器104的输入114上。
移位寄存器104具有对应于二进制码序列中位数的位存储能力。在讨论中的特定实施例中，配准标记110表示7位序列(其可是或可不是巴克码，如下面进一步解释的那样)，并且如图1所示移位寄存器104具有存储七个位的能力。然而，其它的序列长度可被使用而不偏离本发明的范围。移位寄存器104中位的移动以传统方式由时钟输入116来控制。随每个时钟循环，每个级的内容被移位到下一个较高级(即在图1中向左的一个级)，并且新的位被从移位寄存器的输入114装进其最低级(即，图1中最右的级)。因此，当位序列被顺序地由传感器102读取时，被探测序列的复制版本被传递经过移位寄存器104，优选地以正或负1的形式，并且被平行传输到码匹配滤波器106。
优选地码匹配滤波器106也由时钟输入116控制。在每个时钟循环期间，码匹配滤波器106将从移位寄存器104接收到的每个位与提供给码匹配滤波器106的参考码的对应位进行比较。在这个实施例中，参考码是由配准标记110所表示的二进制码序列。然后比较的结果被用来产生探测信号120用于到比较器108的输入。除针对被比较位的每个匹配对递增探测信号120以外，如下面进一步解释的那样，码匹配滤波器106优选地针对被比较位的每个非匹配对递减探测信号120。通过这种方式，针对被比较位的每个非匹配对处罚被加以评定。这导致针对完全匹配码序列而产生的探测信号与针对非匹配码序列而产生的探测信号之间较高的分辨率。现在将参考图2说明用于实施这个功能性的优选方式。
如图2所示，码匹配滤波器106对从移位寄存器104接收到的每个位的值求和，可能地在颠倒一个或更多个这样位的符号(极性)之后。根据提供给码匹配滤波器的参考码确定其符号被颠倒的特定位。对于在图2中所示例的特定实施例，码匹配滤波器106被提供有下述参考码：+++--+-。因此，在求和之前，从移位寄存器104接收到的第四、第五和第七位的极性被颠倒(如图2中的几个所指示)。因而，如图2所示例，如果在特定的时钟周期期间从移位寄存器接收到的位完好地与参考码匹配，则在求和之前，具有-1值的所有被接收位的极性被颠倒，导致探测信号具有最大的可能幅值7。这个过程还可以被说明成将从移位寄存器104接收到的每个位乘以参考码中的对应位，其中所有这样的位具有正或负1值，并且随后对乘法的乘积求和。
在上面说明的实施中，取决于被探测位的值，传感器102在任何给定时间上的输出不是+1就是-1。作为选择地，传感器102可仅输出非负值(例如，0或1)，使码匹配滤波器106提供适当的逻辑以针对被比较位的每个非匹配对来处罚探测信号120。
每当从移位寄存器104接收到的被探测的位序列完好地与参考码匹配时，通过针对被比较位的每个匹配对递增探测信号120，探测信号被提供有最大幅值N，其中N表示参考码中的位数。此外，当被探测的位序列与参考码不匹配时，通过针对被比较位的每个非匹配对递减探测信号，与现有技术相比较探测信号的幅值被减少。例如，如果被比较位中除一个以外的所有对匹配，则在现有技术中所产生的探测信号将是N-1，而在本发明中，探测信号将仅是N-2(即，针对N-1个匹配中的每个加1且针对非匹配减1)。因此，同现有技术相比较，码匹配滤波器106对非匹配输入的响应得到显著地降低。如下面所解释的那样，在巴克码被使用时这个降低可甚至更惊人。
在讨论中的实施例中，码匹配滤波器106是模拟器件，其中探测信号120的值由其幅值表示。在其它实施例中，探测信号120的值可例如由软件变量，如数字字等来表示。
再次参考图1，探测信号120被提供到比较器109的一个输入上且参考阈值被提供到另一个输入上。当探测信号120超出阈值参考时，比较器在其输出122处提供一脉冲。在讨论中的特定实施例中，这个脉冲旨在指示：存在于移位寄存器104中的被探测的位序列完好地与提供给码匹配滤波器106的参考码相匹配。因此，阈值参考优选地被设定到仅高出N-2的水平，以便于确保非匹配的被探测位序列并不在比较器输入122处产生脉冲，而完全匹配的被探测的位序列则产生。通过降低阈值参考，与现有技术比较，未达到的匹配的可能性总体上被降低而没有增加错误地被探测的匹配(即被探测为匹配的失配)的可能性。
本发明的讲授并不局限于任何特定的探测装置。与此相反，可以对光学的，红外线的，紫外线的，磁的，机械的或任何其它适宜类型的探测系统进行配准标记110的编码。此外，广泛多样的技术可以被采用用于在对象上进行配准标记编码。例如，光学或紫外线的增亮剂可被用来在对象上进行+1位二进制码序列的编码。然后光学或紫外线传感器可被用来从对象中顺序地读取序列的正的位，并且将正的位的缺少翻译成负的位。通过这种方式，配准标记110可包括仅用于正的位的标记，而仍然表示整个二进制码序列。作为选择地，两个不同类型的标记可被应用；一个用于正的位且另一个用于负的位。
虽然上面与单个对象112相联系已经对配准标记110加以说明，但是应该理解到如果需要的话，同一配准标记可被应用到多个对象，以及/或应用到同一对象的多个部分上。此外，每个表示截然不同的二进制码序列的多个配准标记可被应用到单个对象或系列对象上。在这样的情况下，多个码匹配滤波器可被采用，使每个滤波器响应于截然不同配准标记中不同的一个。
在本发明的一个优选应用中，对象112是在制造过程中的一部件，如在用于制造一次性的吸收性物品(如尿布、训练裤、女性护理产品、失禁产品等)过程中的部件。例如，对象112可表示儿童训练裤的功能性部件或图形图像，其中在训练裤的制造期间所述部件必须与一个或更多个其它部件对准。为此，表示二进制码序列的配准标记可相邻于要配准的图形图像或在所述图形图像之内被应用，且随后以上面所说明的方式被探测。然而，应该理解到本发明的讲授并不被局限于此，并且可被应用到用于探测与对象相联系的配准标记的任何应用中。
在一个实施例中，由配准标记110所表示的二进制码序列是巴克码。巴克码(也被称为“完美码”)被用在雷达中用于改善的范围探测精度，并且允许甚至在噪音存在下的低雷达传输功能水平下的操作。目前公知的巴克码被示于图3。巴克码的数字自动相关功能(ACF)表示向所述码施加匹配滤波器的结果，且将具有高度N的尖峰以及被称为旁瓣、具有小于N的高度的相邻峰值。理想地，旁瓣将具有为1的最大高度。图3中所示码也可被组合进被称为“链接的”巴克码的较长码。例如，五位巴克码(+++-+)可以与两位巴克码(+-)组合以产生下述十位链接码：(+++-+)(---+-)。
为了近似于图1中所示例系统100的理想巴克响应，由配准标记110所表示的二进制码序列优选地是一巴克码，其中+1位的数量与-1位的数量仅相差1。因此，配准标记110优选地表示七或十一位巴克码，以便于同存在于雷达返回中的三个状态(即，无信号，零度相位角，及180度相位角)相对照，将通过使用两个状态的传感器输出(即+1或-1)所引起的负作用减至最小。作为在图1的系统100中使用七或十一位巴克码的结果，探测信号120将针对大多数(如果不是全部)非匹配具有最小的响应(即为1或小于1的幅值)。七和十一位巴克码还可反过来被使用，具有相似的效果。
被提供给移位寄存器104和码匹配滤波器106的时钟输入116优选地以如此方式与对象112或传感器102的运动同步，以便于移位寄存器并不在与传感器的输出改变状态的同时被计时，否则其可产生一个或更多个非正确的状态值。在其中带有要被探测配准标记的对象被粘附到旋转鼓表面的一个本发明具体应用中，时钟输入可例如由被连接到所述旋转鼓的轴上的编码器来产生。然后编码器的时钟可被下取样到一适当的速率(如果必要的话)。
作为如上刚刚所说明对时钟信号同步化的另外选择，图4中所示的系统200可取代图1中所示的系统100被使用。除了两个显著的例外以外，系统200主要地被配置成与系统100相同。首先，提供移位寄存器204，其具有两倍于图1所示移位寄存器104的状态。如图4所示，仅移位寄存器204的每隔一个状态(即状态的奇数集)被提供给码匹配滤波器106。其次，到移位寄存器204和码匹配滤波器106的时钟输入216优选地比图1中所采用的时钟输入116快两倍。
由于较快的时钟输入216，在由配准标记110所表示的二进制码序列的每个子脉冲(即，位)期间，传感器102的输出被移位寄存器204取样两次。因此，当位序列被传感器102顺序地读取时，被探测的位序列的两个复制版本被传递通过移位寄存器204。被探测的位序列的一个版本将存在于移位寄存器的奇数状态中，且被探测的位序列的另一版本将存在于移位寄存器的偶数状态中。被探测的位序列的这两个版本正常地应该相同，除非一个版本包含由于在状态过渡期间对传感器102的输出进行取样而导致的错误。然而，甚至在那种情况下，被探测的位序列的另一版不应该遭受边缘过渡错误，并且应该精确地表示由传感器102所读取的位序列。通过在二进制码序列的每个子脉冲(即，位)期间顺序地处理被探测位序列的每个版本，系统200确保由传感器102所读取的任何匹配的位序列将不因边缘时序议题而未被达到。虽然在探测与对象相联系的配准标记的上下文中被加以说明，但是应该理解为本发明就潜在的时序问题的这个方案适用于模式匹配功能的任何硬件实施。
当引入本发明的元件和优选的实施例时，冠词“a”，“an”，“该”及“所述”旨在意味着存在一个或更多个这样的元件。术语“包括”，“包含”及“具有”旨在是包括的且意味着除了这些被列出的以外还可存在附加的元件。
由于在上面的结构中可进行各种变化而不偏离本发明的范围，所以旨在上述说明所包含的或在所附带附图所示的所有事宜应该被解释成示例性的且没有限定的意义。
Claims (20)
1.一种探测与一对象相联系的配准标记的方法，所述配准标记表示每个位具有两个离散值之一的N位二进制码序列，其中N是大于1的整数，所述方法包括：
将传感器信号的N个位与二进制码序列的对应位进行比较；以及
响应于所述比较产生探测信号，包括针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值以及针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值，所述探测信号指示当探测信号超出预定值时对配准标记的探测。
2.根据权利要求1的方法，其中所述两个离散值是+1和-1。
3.根据权利要求2的方法，其中产生探测信号包括将传感器信号的所述N个位乘以二进制码序列中的对应位，并且对相乘的结果求和。
4.根据权利要求1的方法，其中所述二进制码序列是巴克码。
5.根据权利要求4的方法，其中N是七或十一。
6.根据权利要求1的方法，其中所述对象是一次性吸收性物品的部件。
7.根据权利要求1的方法，其中比较包括将传感器信号的N个顺序位与二进制码序列的对应位进行比较。
8.根据权利要求1的方法，其中所述预定值大约为N-2或更小。
9.根据权利要求1的方法进一步包括：利用传感器来探测配准标记以产生传感器信号。
10.一种探测与一对象相联系的配准标记的系统，所述配准标记表示每位具有两个离散值之一的N位二进制码序列，其中N是大于1的整数，所述系统包括：
被配置成从传感器接收N位序列的移位寄存器；以及
从操作上被连接到所述移位寄存器的匹配滤波器，所述匹配滤波器被配置成将从移位寄存器接收到的N位序列与二进制码序列进行比较，并且响应于所述比较产生探测信号；以及
其中所述匹配滤波器被配置成针对被比较位的每个匹配对增加探测信号值并且针对被比较位的每个非匹配对减少探测信号值，所述探测信号指示当探测信号超出预定值时对配准标记的探测。
11.根据权利要求10的系统，其中匹配滤波器被配置成将从移位寄存器接收到的N位序列乘以二进制码序列的对应位，并且将所述相乘的结果求和以产生探测信号。
12.根据权利要求11的系统，其中在N位序列中的每个位具有两个离散值之一，并且其中所述两个离散值是+1和-1。
13.根据权利要求10的系统，其中所述二进制码序列是巴克码。
14.根据权利要求13的系统，其中N是七或十一。
15.一种探测具有已知模式的位序列的方法，所述方法包括：
对输入位序列的每个位取样至少两次，以产生所述输入位序列的至少两个版本；
将所述输入位序列的每个产生的版本与参考位序列进行比较；以及
响应于所述比较产生探测信号。
16.根据权利要求15的方法，其中所述取样是由具有时钟输入的移位寄存器而执行。
17.根据权利要求16的方法，其中所述比较是由具有时钟输入的码匹配滤波器而执行。
18.根据权利要求17的方法，其中到移位寄存器的时钟输入和到码匹配滤波器的时钟输入是相同的。
19.根据权利要求15的方法，其中所述取样包括对输入位序列的每个位顺序地取样至少两次。
20.根据权利要求1的方法进一步包括对传感器信号的每个位取样仅一次。
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