JP3582988B2

JP3582988B2 - 非接触型画像読取装置

Info

Publication number: JP3582988B2
Application number: JP18713798A
Authority: JP
Inventors: 啓介中島; 敏明中村; 伸一篠田; 義治小西; 光成加納
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: JP2000022869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙などの媒体に記載，印字された文字や図形，画像、又は押印された印影などの情報を非接触で読み取り認識したり、照合する画像読取装置に関する。特に読み取り位置を自由に可変可能な画像入力装置に制御方法及び、それを用いた制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在製品化されている画像入力装置としては、フラットベッドスキャナ，シートスキャナ，デジタルカメラ等がある。しかし、フラットベッドスキャナは、解像度が高いが、設置面積が大きく読み取り速度が遅い、また、シートスキャナは、設置面積は小さいが、シート形状のものしか読み取れない。デジタルカメラは、文書などの高解像度の画像が撮れないというように、一長一短があり、様々なものを高速に高画質で読み取りたいというユーザのニーズを満たしていなかった。
【０００３】
また、本発明を含む非接触型の例としては、例えば特開平８−９１０２号公報，特開平８−２７４９５５号公報，特開平８−１５４１５３号公報などに記載されているものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術文献では、略上方からの読み取り位置に固定されており、画像を読み取る際に設置面積が大きくなり、自由な位置からの読み取りができない問題があった。
【０００５】
よって、本発明の第１の目的は、自由度が高く、操作性の良い非接触型画像読取装置を提供することにある。
【０００６】
また、第２の目的は、高速読取が可能で、高画質に文書画像を入力，認識する非接触画像読取装置を提供することにある。
【０００７】
第３の目的は、小型で低価格な画像読取装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
少なくとも上記目的の１つを解決するために、本発明は、原稿を読み取るセンサ部を収納する筐体と、前記筐体を支持する支持体と、前記原稿を置く原稿置き台と、前記筐体と前記原稿の位置関係を検出する検出部と、前記位置関係に基づいて歪んだ画像を補正する画像補正部を有する。
【０００９】
また、原稿を読み取るセンサ部を収納する筐体と、前記筐体を支持し、前記筐体を可動とするための可動部を有する支持体と、前記原稿の位置を認識するための目印が付加され、前記原稿を置く原稿置き台と、前記目印に基づいて前記筐体と前記原稿の位置関係を検出する検出部と、前記筐体に付加され、前記検出部を起動するスイッチと、前記位置関係に基づいて歪んだ画像を補正する画像補正部を有する。
【００１０】
このように原稿と筐体の位置関係を検出する検出部を有することで、筐体が原稿に対して、どのような位置（例えば斜め上方など）でも原稿を正確に読み取ることができ、高画質に原稿を入力・認識することが出来る。
【００１１】
また、支持体に可動部を設けることで、自由な位置からの読み取りはもちろんのこと、何もやならい時には、筐体を別な位置に動かしておくことができ、他の作業の邪魔にはならない。さらには、筐体と支持台と原稿置き台といった、簡単な構成にすることで、小型，低価格の画像読取装置を提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例の画像読取装置の機能ブロック図を示したものである。本発明の画像入力装置１００は、可動スキャナ１０１から画像データを読み込み、認識部１０８へ二値データを出力する。この可動スキャナ１０１は、文書を正上方から読み込むだけでなく、斜め上方からの読み込みを行う。このため、撮像画像は、長方形とならない場合がある。このまま二値化すると文字が歪んでくるため認識ができない。このため、透視変換部１０５で歪んだ画像を透視変換し、正面から撮像した画像に変換する必要がある。しかし、読み取り位置によって変換係数が異なるため、読み取り位置移動毎に調節しなければならない。そこで、移動後、可動スキャナ１０１に装着した座標検出スイッチ１０２により、切り替え器１０６を制御し、可動スキャナ１０１の出力を、そのまま二値化し、座標検出器１０３で、矩形の頂点を抽出し、係数決定部１０４で、透視変換のための係数を決定し、透視変換部１０５へ係数を出力する。その後、座標検出スイッチ１０２を切り替え、今度は、可動スキャナ１０１の出力を透視変換部１０５を経由し、二値化処理部１０７で二値化し、認識部１０８に、歪みのない二値化画像データを出力する。
【００１４】
このように非接触で、自在な位置から読取を実現できるので、画像入力の効率化を実現出来る。また、読取センサ位置を移動しても、自動で歪み補正係数を算出するので、再度設定をする必要が無い。また、センサの筐体に、基準位置読取指示スイッチがあるので、操作が簡単で、キーボードを探す必要が無く、パソコンのソフトウエアなどディジタルの画像処理で歪み補正を実施するため、装置の低コスト化に寄与できるといったメリットがある。
【００１５】
図２は、本発明の一実施例の画像読取装置のハードウエアブロック図を示したものである。可動スキャナ１０１の中には画像を読み取るセンサが格納され、センサからのアナログ信号はＡ／Ｄ変換され、前処理ボード１２０にディジタル多値信号として電送される。前処理ボード１２０には、センサバラツキ補正部１２５で、センサの奇数偶数ビットバラツキなどを補正し、ＤＭＡコントローラ１２６にて、処理本体であるパソコン１２１に転送される。ここで接続バス１２７はＰＣＩバスを用いた。パソコン１２１では、送られた画像信号を一時、メモリ１２８に蓄え、キーボード１２３を介して指示を受けＣＰＵ１２４にて画像補正，処理，認識を行い、結果をディスプレイ１２２に表示したり、ファイル１２９に格納する。
【００１６】
ここで、読取原稿１１２は、原稿置き台１１１上に置かれるが、事前に原稿置き台にマークされた位置決めマーカ１１３ａ，ｂ，ｃ，ｄを、可動スキャナ１０１に装着された座標検出スイッチ１０２で指示することにより検出し、画像の幾何学的な歪み量を検出し補正する。
【００１７】
次に、図３に、本発明である画像読み取り処理のフローチャートを示す。まず、座標検出スイッチ押下検出部５０４によって、座標検出スイッチ１０２が押下されているかどうかを判断し、押下されると原稿置き台にマークされた位置決めマーカ１１３ａ、ｂ、ｃ、ｄをテンプレートマッチングなどの画像を比較して検出する方法で、その座標位置を基準座標検出部５０５にて検出する。そしてこれらの座標位置が正常かどうかを座標位置判断部５０６により判断し、座標位置に不整合や範囲のはみ出しが発生して異常と判断された時は、アラーム発行部５０８によりアラームを発して警告する。座標位置が正常な場合は、歪んだ画像を投透視して変換するための座標変換パラメータを座標変換パラメータ算出部５０７により算出し、そのパラメータに基づいて透視変換部５０９により透視変換処理を実行して、正面から撮影したような画像に変換させ、その画像を認識処理５１２にて認識してディスプレイ等の表示機器へ表示する。
【００１８】
図４は、パソコン１２１内での、画像補正，画像処理，認識処理のソフトウエアの構成を示している。まず、基準位置検出モードでは、基準位置検出スイッチ入力部４０３で座標検出スイッチ１０２の押下を検出すると、可動スキャナ１０１から入力した画像信号は、画質補正部４０１で信号補正し、選択器４０４を経由し、浮動閾値二値化器４０５で二値化データに変換し、基準座標検出部４０８で座標値を検出し、透視変換係数抽出部４０９で係数を求め、透視変換部４０２へパラメータとして出力する。ここで、図中の破線はコントロール信号，パラメータ信号を示し、太い実線は多値データ、細い実線は二値データを示している。
【００１９】
このようなアラーム機能を付加することで移動位置が不適切で読取範囲を超えてしまってもアラームで知らせるため、設定ミスが無い。
【００２０】
次に、読取モードでは、可動スキャナ１０１からの信号は、同様に画質補正部４０１で信号補正後透視変換部４０２で歪んだ画像の幾何学歪みを正規化し、正面から見た画像に変換する。その出力は、選択器４０４を経由し、浮動閾値二値化器４０５で二値化し、認識処理部４０７に転送され、文字や記号を認識する。
以下、各部の詳細を説明する。
【００２１】
図５は、画質補正部４０１での処理手順を示している。スキャナからの信号を、まず二次元シェーディング補正６０１し、蛍光燈からのちらつき補正６０２し、画像の重畳６０３によりノイズを軽減し、距離によってフィルタをフィルタ可変部６０４で可変し、画質の補正を実施している。
【００２２】
以下、さらにこれらの詳細を説明する。
【００２３】
図６は、二次元シェーディング補正６０１の詳細処理のフローチャートを示している。（ａ）は、白紙入力を用いた基準値作成である。白紙を白紙読取部６０１１により読み取り、白紙を読み取った波形が、どのように歪んでいるのかによって、その形状モデルを形状モデル作成部６０１２により作成する。一般的に、中央部が明るく、周辺部が暗い特性になるので、屋根状モデルに実際の中央および周辺の読取レベルを合わせ込めば、モデルが完成する。次に、これから、各読取ラインにおける歪みを表す式を式抽出部６０１３により抽出し、登録部６０１４によりテーブルに登録する。これは、すべてのラインのすべての画素について作成すれば、完全な補正が実現できるが、実際は、大まかな補正で十分であり、最初のライン，中央のライン，最後のラインなど特徴的なラインのみテーブル化しておき、それ以外は注目しているライン位置や画素位置でリニア補完処理することで補正が実現できる。
【００２４】
次に、（ｂ）は、読取モードで、座標入力部により注目画素の座標を入力し、上述のようにテーブル補間部６０１６によりテーブルの補間を行い、シューディング参照値算出部６０１７によって注目画素位置のシェーディング参照値を算出し、補間演算部６０１８により補間演算する。これは、入力画素値をシェーディング参照値で除算し、正規化すべき最大値を乗算することで正規化している。しかし、ＣＰＵ１２４による除算は時間がかかるので、これもテーブルを用いて演算している。
【００２５】
図７は、ちらつき防止の詳細フローを示している。本発明のスキャナでは、特別な照明なく、自由位置で読み取るスキャナであるため、蛍光燈のちらつきに影響を受ける。このため、ライン単位で、最大輝度検出部６０２１によりライン内の輝度の最大値を検出し、リミット値比較部６０２２において検出値がリミット値以上であれば、ここでの正規化参照値として採用し、そうでなければリミット値を参照値として用いる。これは、情報の無い、たとえば紙から外れた領域のラインを読んだとき、あやまってそのラインの最大値を参照値として用いないためである。参照値が求まれば、正規化演算部６０２４により画素毎に正規化する。また、本発明のスキャナでは、読取時照明が暗い場合、ノイズが多いため、同じ画像を複数枚撮影し、これを重ね合わせ平均化することでノイズの削減を実施している。
【００２６】
図８は、距離によってフィルタを可変するフローを示している。まず、距離計算部６０４１によりカメラから特定の読取位置までの距離の計算を行い、これを用いてレンズによるボケ補正を実施している。そして補正範囲判断部６０４２においてフィルタで補正できる範囲であれば、ピントが合った位置からのずれ量を計算し、フィルタ係数制御部６０４３により先鋭化フィルタの係数を制御する。もし、補正範囲外に出てしまったら、リミッタ値固定部６０４５によりフィルタのリミッタ値を適用する。これをフィルタ演算部６０４４により画素毎に適用することで、高画質化が可能になった。
【００２７】
図９は、浮動閾値二値化器４０５の概念図（ａ）と詳細フロー（ｂ）を示している。主走査方向ＸＷＩＮ画素，副走査方向ＹＷＩＮ画素のブロックで合計値を求め、これから平均値を算出する。ここで、計算結果を利用することで、処理時間を短縮している。つまり、合計値ＳＵＭは、スティックＳｔｉｃｋ［ｘ］，Ｓｔｉｃｋ［ｘ−ＸＷＩＮ］を用いて、合計値更新部４０６１によりＳＵＭ＝ＳＵＭ＋Ｓｔｉｃｋ［ｘ］−Ｓｔｉｃｋ［ｘ−ＸＷＩＮ］記述でき、スティックも同様に、スティック更新部４０６０にて、Ｓｔｉｃｋ［ｘ］＝Ｓｔｉｃｋ「ｘ」＋ｐＩｍｇ［ｘ＋ｙ＿ｏｌｄ＿ａｄｒ］−ｐＩｍｇ［ｘ＋ｙ＿ｏｌｄ＿ａｄｒ］と表すことができる。このため、ウインドウサイズに依存すること無く、１ウインドウにつき、４メモリアクセス，４加減算で合計値を求めることができる。
【００２８】
図１０は、基準座標検出フローを示している。まず、位置決めマーク検出部４０８１にて位置決めマークを検出し、読取範囲判断部４０８２において、マーク位置が読取範囲内にあれば、座標リスト作成部４０８３により座標リストを作成し、正規化補正係数演算部４０８４によって正規化補正係数を求める。そして基準マークが範囲外であれば、アラーム発行部４０８５によりアラームを発行する。ここで、位置決めマークの検出アルゴリズムは、一般的に知られているテンプレートマッチング手法を用いているため、ここでは詳しく述べない。テンプレートとして、基準マークとして用いた画像を登録しておき、これを全画像にわたりマッチング処理させることで、類似度の高い位置を検出位置としている。
【００２９】
図１１は、透視変換前の読取画像の形態を示している。スキャナから読み取った多値データはメモリに図１１のように格納されている。つまり、長方形の画像を読み取っても、Ａ−Ｄ辺のように近くの画像は大きく見え、Ｂ−Ｃ辺のように遠くの画像は小さく見える。
【００３０】
図１２に透視変換の詳細フローを示す。透視変換では、まず、スタート位置計算部４０９０にて、Ａ−Ｂ辺を垂直にそろえ、縮小値計算部４０９１にて画像を各ラインで縮小率を変化させ、縮小処理部４０９２により、すべてＢ−Ｃ辺の長さ：Ｄｅｓｔ＿Ｗｉｄｔｈに統一することで実現している。
【００３１】
ここでは、歪みが台形の場合を示したが、一般的には歪んだ矩形に変形している。
【００３２】
図１３は、可動スキャナ１０１の支持体をフレキシブル支持体１１０１にした例を示す。このような自由に可動する支持体によるスキャンで読取を行うと、メモリには（ｂ）のように、原稿台がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように歪んでおり、そこに置かれた文書もＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈのように歪んでいる。しかし、このような歪みは、基準座標さえわかれば、３Ｄグラフィックス処理で良く用いられるテクスチャーマッピングの手法で、高画質にマッピング可能である。
【００３３】
図１４は、本発明のスキャナを印鑑照合機に適用した例である。スキャナから取り込んだ印鑑画像を、本発明の画像処理部で補正し、キーボード１２３から指示されたテンプレートとしての照合画像をテンプレート読み出し部１２０２で、テンプレートファイル１２０３から読み出し、照合部１２０４で照合し、結果出力部１２０６でディスプレイ１２２に表示する。このことにより、従来用紙の種類が限定されていた印鑑照合書類の種類数を飛躍的に増やすことができ、高速化，省力化できるというメリットがある。
【００３４】
図１５は、本発明のスキャナをディスプレイと一体化させた例である。ディスプレイ下部にセンサおよびセンサ筐体を取り付け、ディスプレイ上部に回転ミラー１０１１を取り付け、原稿置き台１１１上に置かれた画像を回転ミラー１０１１に反射させセンサで読み取る。このようにすることで、従来のフラットベッドスキャナのように場所を取ることなく、簡易に高速に画像入力ができるようになった。
【００３５】
図１６は、本発明のスキャナを携帯電話，ＰＨＳ，ＰＤＡなど携帯端末に適用した例である。斜めからの読取でも、歪みが補正できるため、従来のデジタルカメラのように正面から構えてとる必要が無く、手軽に画像入力できる。
【００３６】
図１７は、本発明のスキャナをコピー機１３０１に適用した例である。スキャナから読み取った画像は画像補正部１３０２，正規化部１３０５で正面からとった画像に変換され、操作パネルからの編集指示を編集解析部１３０３解析し、必要であれば画像ファイル１３０４などを参照しながら、編集部１３０７で合成，トリミング，拡大，縮小を実行し、プリンタ１３０６でプリント出力する。
【００３７】
非接触で読み取れるため、今までのコピー機ようにふたを開けて、読み取り面を下面に接触させること無く、簡単に読み取ることができる。さらに、読取速度も１秒程度と高速なため、たとえば本をぺらぺらめくるだけで画像入力が完了する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば自由度が高く、操作性の良い非接触型画像読取装置を提供できる。また、高速読取が可能で、高画質に文書画像を入力，認識することが可能であり、小型で低価格な画像読取装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明からなる非接触型画像読取装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明からなる非接触型画像読取装置の一実施例の概略図を示す図である。
【図３】本発明の非接触型画像読取装置の処理手順を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図４】本発明のパソコン内部の画像処理を示す図である。
【図５】本発明の画像補正部のフローチャートを説明する図である。
【図６】本発明の二次元シェーディング補正部のフローチャートを説明する図である。
【図７】本発明のちらつき防止方法を示すフローチャートを説明する図である。
【図８】本発明のフィルタ可変方法を示すフローチャートを説明する図である。
【図９】本発明の浮動閾値二値化方法を示すフローチャートを説明する図である。
【図１０】本発明の基準座標検出方法を示すフローチャートを説明する図である。
【図１１】本発明の読み取られた画像の一形態を示す図である。
【図１２】本発明の透視変換方法を示すフローチャートを説明する図である。
【図１３】本発明からなる非接触型画像読取装置の他の実施例を示す図である。
【図１４】本発明の非接触型画像読取装置を備えた印鑑照合機の一実施例を示す図である。
【図１５】本発明の非接触型画像読取装置とディスプレイとを組み合わせた一実施例を示す図である。
【図１６】本発明の非接触型画像読取装置を備えた携帯電話の一実施例を示す図である。
【図１７】本発明の非接触型画像読取装置を備えたコピー機の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１００…画像入力装置、１０１…可動スキャナ、１０２…座標検出スイッチ、１０３…座標検出器、１０４…係数決定部、１０５…透視変換部、１０６…切り替え器、１０７…二値化処理部、１０８…認識部、１１０…支持体、１１１…原稿置き台、１１２…読取原稿、１１３ａ，ｂ，ｃ，ｄ…位置決めマーカ、１２０…前処理ボード、１２１…パソコン、１２２…ディスプレイ、１２３…キーボード、１２４…ＣＰＵ、１２５…センサバラツキ補正部、１２６…ＤＭＡコントローラ、１２７…接続バス、１２８…メモリ、１２９…ファイル、４０１…画質補正部、４０２，５０９…透視変換部、４０３…基準位置検出スイッチ入力部、４０４…選択器、４０５…浮動閾値二値化器、４０７…認識処理部、４０８，５０５…基準座標検出部、４０９…透視変換係数抽出部、５０４…座標検出スイッチ押下検出部、５０６…座標位置判断部、５０７…座標変換パラメータ算出部、５０８…アラーム発行部、５１２…認識処理、６０１…二次元シェーディング補正、６０２…ちらつき補正、６０３…画像の重畳、６０４…フィルタ可変部、１０１１…回転ミラー、１１０１…フレキシブル支持体、１２０１…印鑑照合機、１２０２…テンプレート読み出し部、１２０３…テンプレートファイル、１２０４…照合部、１２０５…画像処理部、１２０６…結果出力部、１２２５…携帯電話、１３０１…コピー機、１３０２…画像補正部、１３０３…編集解析部、１３０４…画像ファイル、１３０５…正規化部、１３０６…プリンタ、１３０７…編集部、４０６０…スティック更新部、４０６１…合計値更新部、４０８１…位置決めマーク検出部、４０８２…読取範囲判断部、４０８３…座標リスト作成部、４０８４…正規化補正係数演算部、４０８５…アラーム発行部、４０９０…スタート位置計算部、４０９１…縮小値計算部、４０９２…縮小処理部、６０１１…白紙読取部、６０１２…形状モデル作成部、６０１３…式抽出部、６０１４…登録部、６０１５…座標入力部、６０１６…テーブル補間部、６０１７…シェーディング参照値算出部、６０１８…補間演算部、６０２１…最大輝度値検出部、６０２２…リミット値比較部、６０２３…リミット値決定部、６０２４…正規化演算部、６０２５…最大輝度値決定部、６０４１…距離計算部、６０４２…補正範囲判断部、６０４３…フィルタ係数制御部、６０４４…フィルタ演算部、６０４５…リミッタ値固定部。

Claims

原稿を読み取るセンサ部が収納された筐体と、
前記筐体を支持し、前記筐体を可動とするための可動部を有する支持体と、
前記原稿を置く原稿置き台と、
前記センサ部から入力された画像を処理する画像処理部とを有し、
前記原稿置き台は、前記原稿の位置を検出するための位置決めマークを有し、
前記画像処理部は、前記位置決めマークに基づいて前記筐体と前記原稿の位置関係を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて正規化補正係数を算出する正規化補正係数演算部と、算出された正規化補正係数に基づいて画像の幾何学歪みを正規化する透視変換部とを有する非接触型画像読取装置。
原稿を読み取るセンサ部が収納され、読み取り位置が可変可能な筐体と、
前記原稿を置く原稿置き台と、
前記センサ部から入力された画像を処理する画像処理部とを有し、
前記原稿置き台は、前記原稿の位置を検出するための位置決めマークを有し、
前記画像処理部は、前記位置決めマークに基づいて前記筐体と前記原稿の位置関係を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて正規化補正係数を算出する正規化補正係数演算部と、算出された正規化補正係数に基づいて画像の幾何学歪みを正規化する透視変換部とを有する非接触型画像読取装置。
請求項１または２記載の非接触型画像読取装置において、
前記検出部を起動するスイッチを有する非接触型画像読取装置。
請求項１または２記載の非接触型画像読取装置において、
前記検出部の検出結果である座標位置情報が正常か異常かを判断する座標位置判断手段と、判断結果が異常である場合、アラームを発するアラーム発行手段と、を有する非接触型画像読取装置。