JP2000115510A

JP2000115510A - 非接触型画像読取装置及びそれを用いたシステム

Info

Publication number: JP2000115510A
Application number: JP10276953A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakajima; 啓介中島; Toshiaki Nakamura; 敏明中村; Shinichi Shinoda; 伸一篠田; Yoshiharu Konishi; 義治小西; Mitsunari Kano; 光成加納
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-21
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP3608955B2

Abstract

(57)【要約】【課題】折れ曲がった帳票や厚い本などの表面に書かれ
た文字などを操作性良く、高画質に読取可能で、且つ簡
易で自由度の高い非接触型画像読取装置を提供する。【解決手段】画像を読み取る読取部と、その読取部の読
取条件を変更する読取条件変更部と、変更された２つの
異なる読取条件で読み取った２つの読取画像を記憶する
記憶部と、記憶された２つの読取画像を合成し、平面に
展開する画像補正部とを有し、非接触で画像を読み取
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙などの媒体に書
かれた文書，印字された文字や図形，画像、または押印
された印影等の情報を読み取り認識したり、照合した
り、画像データとして入力する非接触型画像読取装置
と、それに好適な制御方式および、それを用いたシステ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在製品化されている画像の入力装置と
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，書画カメラなどがある。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，読取速度が遅い，シートスキャナは設置面積が小さ
いが、シート形状のものしか読めない。デジタルカメラ
は立体物が撮れるが、文書などの高解像度の画像が撮れ
ないし、書画カメラは解像度が高く、立体物を読み取れ
るものもあるが大掛かりな装置でコストが高いというよ
うに、一長一短があり、ユーザーのニーズを満たしてい
なかった。

【０００３】非接触で文書を読むための発明としては、
例えば特開平8−9102号(従来例１),特開平8−274955号
（従来例２），特開平8−154153号（従来例３：ミラ
ー）特開平8−97975号（従来例４：ブックコピー），特
開平10−13622 号（従来例５：ホワイトボード），特開
平9−275472 号（従来例６アクティブ照明）に記載され
ている方法がある。

【０００４】文献として紹介されているものでは、松山
他、「多重フォーカス画像を用いたエッジ検出と距離
計測」，電子情報通信学会論文誌，Ｖol.Ｊ７７−Ｄ−
ＩＩ,pp．１０４８−１０５８，１９９４，(文献１)，
児玉他、「焦点の異なる複数画像からの視差を含む任意
焦点画像生成焦点外れ画像の生成を利用した全焦点画像
の強調的取得」信学論Ｖol.Ｊ７９−Ｄ−ＩＩ，Ｎo.
６，pp.１０４６−１０５３，１９９６／６，(文献
２)，Seong Ik CHO etc．"Shape Recovery of Book Sur
face Using Two Shade Images Under Perspective Cond
ition”,T.IEE JAPAN，Ｖol.１１７−Ｃ，Ｎo.１０，p
p.１３８４−１３９０，１９９７（文献３）などがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、略上方からの平面上の文書読み取りを前提と
しており（従来例１〜３）、また自由な位置からの読み
取りができるわけではなかった。

【０００６】また、キャリブレーションマーカを読み取
り測定位置を補正（従来例５：ホワイトボード）する提
案もあるが、操作が複雑であると言う問題があった。

【０００７】また、センサから読取面の距離の測定も、
観測物体を横から眺めるもの（従来例４：ブックコピ
ー），アクティブ照明を用いるもの（従来例６：アクテ
ィブ照明），ステレオカメラを用いるものなどが提案さ
れていたが、精度が悪かったり、コストがかかりすぎる
と言う問題があった。

【０００８】また、得た距離データから、正面画像を再
構成する提案（文献１〜３）もあるが、計算機によるシ
ミュレーションで、実際の商品として実用化するために
は処理速度を改善する必要があった。

【０００９】本発明の目的は、折れ曲がった帳票や厚い
本などの表面に書かれた文字などを操作性良く、高画質
に読取可能な非接触型画像読取装置を提供することにあ
る。また、簡易で自由度の高い非接触型画像読取装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、画像を読み取る読取部と、その読取部
の読取条件を変更する読取条件変更部と、変更された少
なくとも２つの異なる読取条件で読み取った少なくとも
２つの読取画像を記憶する記憶部と、記憶された少なく
とも２つの読取画像を合成し、平面に展開する画像補正
部とを有した構成にする。

【００１１】このように読み取り条件を変更して読み取
ることで、その画像の変位を解析し、距離を測定でき
る。その距離から平面へ展開できる。また、原稿の上部
だけではなく、様々な角度からの読み取りが可能とな
る。従って、折れた帳票や厚い本などを押さえることな
く高画質に画像を読み取ることが可能となり、自由度が
高く、操作性の良い簡易な構成の非接触画像読取装置を
提供できる。

【００１２】また、本発明は、画像を読み取る読取部
と、その読取部の読取条件を変更する読取条件変更部
と、変更された少なくとも２つの異なる読取条件で読み
取った少なくとも２つの読取画像を記憶する記憶部と、
記憶された少なくとも２つの読取画像を合成し、平面に
展開する画像補正部とを有するスキャナ部と、スキャナ
部からの出力される画像補正信号を認識し、画像処理を
行う画像処理部と、画像処理されたデータを表示する画
像表示部と、画像処理されたデータを出力する画像記録
部とを有したシステムとする。

【００１３】このようなシステム構成を有することによ
り、さらに操作性が良く、高画質な画像の読取が可能に
なることはもちろんのこと、パソコン等の画像処理部
や、スキャナ部等を直接接続できることから、机上等の
接地スペースが小さく、簡易な非接触型画像読取システ
ムを提供できる。

【００１４】

【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。

【００１５】図１は本発明の一実施例である非接触型画
像読取装置の機能ブロック図を示したものである。本発
明の装置は、スキャナ１で、机上などに置かれた文書を
読み込み、画像の補正を行った後、パーソナルコンピュ
ータ２にデータ転送し、文字や図形の認識，画像の処理
などを実施し、認識結果や対象画像をディスプレイ３や
補助ディスプレイ４に表示し、必要に応じてプリンタ５
に出力する。

【００１６】本発明のスキャナ１は、読取部１０で画像
を読み取り、ディジタル化し、入力メモリ１１に記憶す
る。この読み取りは、焦点位置制御部１７の信号に基づ
き焦点を変更させたり、読み取りのあおり角を変えるな
ど読取条件を変更し、複数回読取処理を実施し、入力メ
モリ１１には、複数枚の画像を蓄積する。ここで、焦点
位置制御部１７では、あらかじめ光学系と原稿の置かれ
る位置関係から求まる適正な複数の焦点位置、あおり角
を設定しておき、順次このパラメータを組み合わせ、ユ
ーザーの読取指示に基づきパルスモータを用いてスキャ
ンしていく。これは例えば、ユーザーが読取指示する
と、原稿台に焦点が合った状態で行きのスキャンを実行
し、次に原稿台から上方３センチメートルの位置に焦点
が合った状態で帰りのスキャンを行うというような往復
のスキャンによる読取処理を行うことができる。

【００１７】この複数枚の画像を用いて、特徴点毎距離
測定部１２にて、画像間の偏差を計算し、特徴点を抽出
する。ここでは、読取条件によって画像が異なる部分を
特徴点と読んでいる。この特徴点の画像の異なり方によ
って距離を計測する。

【００１８】次に前記距離を用いて焦点補正係数計算部
１３で、焦点位置による「ボケ」の補正を行い、テクス
チャーマッピング部１５で焦点位置の近い画像の比率を
大きくして画像の合成を行う。

【００１９】次に、透視補正道程計算部１４で、読取時
の幾何学補正，傾き補正，原稿が厚みを持っていたり、
折れ曲がったりすることにより生じる画像歪みの補正量
計算し、テクスチャーマッピング部１５で画像を変形補
正し、補正画像をフレームメモリ１６に格納する。その
後、パーソナルコンピュータ２にデータ転送する。

【００２０】このような構成にすることにより、特別な
距離測定センサを必要としないため低価格な装置が提供
できるという効果がある。また、特徴点毎に距離を計測
できるので、たとえば副走査読取方向に歪んでいる物体
だけではなく、複雑に折れ曲がった帳票や三次元物体表
面の読み取りが可能にできるという効果がある。また、
複数の焦点で読み取った画像を用いて画像を合成するた
めに、ノイズやボケの少ない画像を得られるという効果
がある。また、幾何学補正と距離補正を同時に実行する
ため画質劣化の少ない画像を提供できるという効果があ
る。また、パーソナルコンピュータとスキャナを直接接
続できるため、机上の設置スペースが小さいという効果
がある。以下、各機能に関し、詳細に説明する。

【００２１】図２は、本発明のスキャナ１のハードウエ
アブロック図を示したものである。先に説明した機能
は、実際は図２の構成で実現する。処理範囲が大域的
で、処理内容が単純で高速処理が必要な部分はハードウ
エアで、処理範囲が限定され、複雑であるが処理時間が
かかっても良いものはＣＰＵ２０によるソフトウエアで
実現する。対象の文書画像は、レンズ１７１を介して読
取部１０のリニアセンサ１０１で光電変換し、入力メモ
リ１１に転送する。ＣＰＵ２０で距離計算，係数計算を
実施し、テクスチャーマッピング部１５へパラメータを
設定し、フレームメモリ１６へ処理後の画像を展開す
る。フレームメモリ１６は複数の領域に分割されてお
り、ＳＣＳＩ等のインターフェイス部４０を経由して非
同期にパーソナルコンピュータ２へ転送を可能としてい
る。これらの処理の起動は、取り込みボタン１９９で起
動指示する。

【００２２】このような構成にすることにより、複雑な
計算をＣＰＵ２０で、処理速度が必要な処理をハードウ
エアで実行できるため、低価格なシステムを提供できる
という効果がある。また、フレームメモリ１６を用い
て、スキャン処理とパーソナルコンピュータ２への読み
出し処理を同期化する必要がなくなるため、ＳＣＳＩな
ど標準インターフェイスを利用でき、パーソナルコンピ
ュータ２と直結できるという効果がある。

【００２３】図３は、スキャナ１の外観図を示してい
る。スキャナ１は、原稿台１７４上の原稿１７５をレン
ズ１７１を介して読むことが目的で、球形などの筐体に
収められ、リニアセンサ１０１はパルスモータ１７９で
駆動される可動部１７２上に取り付けられリニアセンサ
１０１を移動することで副走査移動を実現している。こ
こで、読み取りが原稿の真上から読み取れば原稿とセン
サの移動面は平行となるが、真上では利用者の邪魔にな
るし、設置も一般的に困難な場合が多いので斜め上方か
らの読み取りを行っている。このため、焦点位置を平面
上にあわせるため、リニアセンサ１０１の移動は原稿に
対し「あおり角θ」を有している。処理部のハードウエ
アは制御基板１８に搭載し同一筐体内に収められてい
る。支持棒１７３は、スキャナ１を固定しており、これ
に沿ってパーソナルコンピュータ２へのインターフェイ
スケーブルが敷設されている。このような構成とするこ
とにより、原稿の真上に読取部がないため、利用者があ
やまって頭などを接触させる可能性が少なくなり操作性
が向上するという効果がある。

【００２４】図４は、読取部１０を含むスキャナ１の読
取動作のフローを示している。取り込みボタンが押下さ
れたら１００１、初期化が必要かどうか判定し１００
２、必要であれば初期化を行う。初期化は、パーソナル
コンピュータ２内のスキャナドライバを起動したり１０
０７、シェーディング波形を記憶したり１００８、読取
位置を基準マークなどで正規化１００９する等である。
正規化が済めば正規化終了をフラグとして記憶してお
く。

【００２５】次に、パルスモータ１７９を正回転１００
３し、第１の焦点位置で読み取りを行う１００４。これ
で、原稿面上に焦点を合わせた画像を入力する。読取領
域をスキャンしたら、今度は、パルスモータを逆転し１
００５、第２の焦点位置にて読取１００６を行う。これ
で、厚みのある原稿を読めるよう焦点位置に調整してお
く。必要に応じ、焦点位置やあおり角などの読取条件を
変化させ画像を入力する。これらの画像から距離測定
し、三次元補正１０１０を実施し、パーソナルコンピュ
ータ２へデータ送信する１０１１。

【００２６】このような構成とすることにより、往復で
読取条件を違えて画像を読み取ることができ、距離測定
のためのオーバーヘッドを削減できるという効果があ
る。また、取り込みボタンをスキャナに装着することで
スキャナの読取位置を調整した直後に位置合わせ構成が
可能となり操作性が向上できるという効果がある。

【００２７】図５は、読取部１０の詳細ブロック図を示
している。リニアセンサ１０１で原稿の光学的な信号を
１ライン単位でアナログ電気信号に光電変換し、アンプ
102で増幅し、Ａ／Ｄ変換器１０３でディジタルデータ
に変換し、歪み補正LSI104にデータ転送する。歪み補正
ＬＳＩ１０４は、あらかじめ白紙の画像データを歪み補
正メモリ１０５に記憶しておき、読取時に読み出しなが
らシェーディング補正部１０７にて歪み補正を行う。次
に、ガンマ補正部１０８でガンマメモリ１０６に記憶し
ている変換テーブルに従いリニアリティーの補正を行
う。このガンマメモリ１０６の内容は、センサで徐々に
濃度を変化させたグレーチャートを読み取り、その信号
から、濃度に比例した信号が出力できるように逆変換し
たテーブルを設定している。その後、ピーク値検出部１
０９でライン内の最大輝度値をピーク値１１０として記
憶し、ＤＭＡＣ（Direct Memory Access Control）１１
１を経由して、ラインデータとともに入力メモリ１１に
書き込む。ここでDMAC111 は、処理したデータに対しメ
モリへの格納アドレスを発行し、所定領域にデータ書き
込みを実行する。

【００２８】このような構成とすることで、蛍光燈のチ
ラツキをピーク値として取り込み、補正することがで
き、高精度な画像を得ることができるという効果があ
る。

【００２９】図６は、シェーディング補正部１０７の原
理を示している。シェーディング補正とは、たとえば白
紙を読み取った信号を参照白レベルとして正規化する処
理である。これは、原稿読み取りを行うと、中央部が明
るく、周辺部が暗い、また、センサのドット毎に感度の
バラツキを補正するために実施している。

【００３０】図６（ａ）は原稿読取時の入力データＳｉ
を白紙読取信号であるシェーディングデータＰｉで補正
する際の概念図である。Ｐｏは、正規化参照値で、最大
レンジと考えて良い。正規化後のデータＳｏはＳｉ＊Ｐ
ｏ／Ｐｉと表現できる。ここで１回の乗算と、１回の除
算が発生するため、演算で処理すると時間がかかってし
まう。このため、（ｂ）に示す、変換テーブルを用い
て、１回のテーブル索引で補正を実施した。このテーブ
ルは、入力データＳｉ，シェーディングデータＰｉに対
して、結果Ｓｏをすべて計算し記憶しておけば、処理時
は、入力データＳｉ，シェーディングデータＰｉの２つ
のパラメータでテーブルを検索するだけですむ。このよ
うな構成とすることで、除算器等大きな論理を用いるこ
となく、高速に補正が実現できるという効果がある。

【００３１】図７は、読取部１０の歪み補正メモリ１０
５内の変換テーブルの構成を示している。図７（ａ）
は、そのアドレスマップの一例を示している。例えば、
８ビット／８ビットの除算結果を格納する６４ｋワード
の除算テーブル領域（０−６４ｋワード）と、ライン毎
の白画像の読取データを示すシェーディングデータを記
憶する領域（６４ｋ−１２８ｋワード）に別れていると
する。シェーディングデータの領域は、さらに細かく分
割し、図７（ｂ）に示すように、副走査ブロック位置毎
の波形を記憶している。たとえばシェーディング波形Ｓ
Ｄ０は、読取開始ライン付近のシェーディング波形を示
し、ＳＤ７は、読取終了ライン付近のシェーディング波
形を三次元的に表示している。ＳＤ２〜ＳＤ５は、これ
らの中間位置のラインでのシェーディング波形を示して
いる。これらの分割量は、事前に光学系の特性等から決
定している。これにより、非接触読取のため、照明の当
り方やレンズの特性などによりラインによって大きくシ
ェーディング波形が異なっていることを補正している。
図７（ｃ）では、テーブルアクセスのタイミングチャー
トを示している。このシェーディングデータ読み出しと
除算テーブル検索は、５０ｎＳ単位で交互に繰り返さ
れ、１０ＭＨｚのセンサデータ入力に対応している。こ
れらの複数のシェーディング波形は、読取ライン位置に
応じて切り替えて読み出すことにより、読取ラインに近
いシェーディング波形を用いて補正が可能になった。

【００３２】このような構成とすることにより、複数の
シェーディング波形を記憶し、これを切り替えて読み出
すことにより、二次元的に光量分布となっている読取条
件下でも、高精度な補正が実現でき、高画質な画像が得
られるという効果がある。

【００３３】次に、三次元補正の説明を行う。

【００３４】図８は、三次元補正の特徴点毎距離測定部
１２の概要を示した機能ブロック図である。入力メモリ
１１内の複数の画像データＡ，Ｂを用いて、座標位置補
正部１２１により座標位置の補正を行い、分散画像作成
部１２２により画像間の偏差を検出するため分散画像を
作成し、これから特徴点抽出部１２３により特徴点を抽
出し、この特徴点に関して距離計測部１２４によって距
離の計測を行い、特徴点毎の距離データＤを作成し、入
力メモリ１１に格納する。

【００３５】まず、座標位置補正部１２１は、焦点の変
化に伴う、拡大縮小率の変化を補正する。これらを求め
るには、あらかじめ作成した基準点列を、焦点を変化さ
せて画像を読み取って、そのボケ特性，分散値などを比
較しておけば、容易に特性を把握できる。次に分散画像
作成部１２２は、複数枚の画像間の分散値を計算する。
ここで分散画像は、複数の画像間の同じ画素位置での画
素データの差を定量化するために用いている。具体的に
は、画像のデータ間の差を二乗したものと、画素のデー
タを二乗したものの差を比較することで定量化する手法
である。次に特徴点抽出部１２３で、分散値を特定の閾
値で比較すれば、容易に特徴点をこの分散画像データ
が、あらかじめ設定した閾値を越えるもの、つまり画像
間の偏差の大きいものが特徴点として抽出できる。これ
は、たとえば浮き上がった紙片の端部などが候補として
あげられる。

【００３６】このような構成とすることにより、読取条
件が異なる複数の画像のみから、距離測定が実現でき、
特殊な距離センサが不要にできるという効果がある。

【００３７】図９（ａ）は、特徴点毎距離測定部１２内
の距離計測部１２４の詳細なブロック図を示している。
まず、特徴点の並びと直交する法線方向輝度変化直線を
作成し１０２１、これらを用いて同じ輝度をむすんだ等
輝度直線を作成し１０２２、焦点が結ばれる位置からの
カメラからの距離を計算し１０２３、これらの位置関係
から三次元の位置情報を計算する１０２４。図９
（ｂ)，(ｃ）光学系の焦点位置と原稿読取位置によって
画像がどのように観測されるかを概念的に示した図であ
る。ＰＡ，ＰＢは原稿を置く位置で、図示していない左
側からこれらの原稿を読み取っている。図中の点線は光
軸を示しており、実線は光束の一部を示しており、焦点
位置で集約している。図９（ｂ）の、原稿が読取位置Ｐ
Ａに置かれており、光学系の焦点がＰＡの位置にあって
いる場合の画像で、白と黒の境界を読取画像１０２６の
ようにボケなく読み取ることができる。同じ焦点位置
で、原稿がＰＢの位置にあった場合は、原稿の白と黒の
境界が、ボケが発生し、読取画像は１０２５のように境
界がはっきりしない画像となる。この場合は、読取画像
1026をそのまま用いれば良い画像を得ることができる。
図９（ｃ）は、焦点位置が原稿の読取位置ＰＢに近い点
で焦点の合う場合を示しており、原稿の読取位置ＰＡで
もＰＢでも、読取画像１０２７，１０２８のようにボケ
ている。この場合は、これらの二つの読取画像１０２
７，１０２８を用いて画像を合成することで高画質な出
力画像を提供する。

【００３８】このような構成とすることで、焦点の異な
る画像から精度高く距離データを計測できるという効果
がある。

【００３９】次に、焦点補正係数計算部１３の機能に付
いて詳しく述べる。

【００４０】図１０（ａ）は、画像の高さ位置Ｚによっ
て線のボケｆ（Ｚ）が、どのように変化するかの概念図
である。ここでボケｆ（Ｚ）は、あらかじめ設定した閾
値で分散画像を二値化した際の線の幅と考えられる。単
位は画素のドット数である。第１の焦点位置の高さをＺ
０（距離データ），第２の焦点位置の高さをＺ１とする
と、第１の焦点位置での画像は実線でのグラフのように
ボケ幅が変化し、単調増加となる。第２の焦点位置での
画像は破線でのグラフのようにボケ幅が変化し、Ｚ１で
最小値を取る二次曲線に似た形状になる。このグラフを
用いて、複数の画像のボケ量から距離が推定できる。図
１０（ｂ）は、副走査位置Ｙによる焦点位置Ｚ０，Ｚ１
の変化の様子である。あおり角のある読取系のため、Ｚ
０は、Ｙ位置に依存しないが、焦点位置を変化させると
Ｚ１は曲面を描いて変化する。このため、副走査位置Ｙ
に応じて距離計算の補正が必要である。

【００４１】次に透視補正道程計算部１４に関して述べ
る。

【００４２】図１１（ａ）は、透視補正道程計算部１４
における道程計算の概念図を示している。これは、ある
副走査位置における特徴点の距離データをマッピングし
た図である。本来は、前述したように二次元的に分布す
る特徴点（分散画像で変位が大きいと判定された点）の
それぞれに対し距離データＺを計算しているが、ここで
は説明を簡単にするためＸ方向に関し距離データＺを丸
印で示し、測定点の分布を表している。まず、この測定
点を直線近似し、（ｂ）のように直線の端点Ｐ，Ｑ，
Ｒ，Ｓ，Ｔのみを抽出し、道程距離としての端点間の距
離を測定する。これは、たとえば端点間Ｐ，Ｑの距離は
読取画像データ上ではＰ，Ｑ間の距離はＸ軸上に写像し
た形で観測されるが、実際は紙が傾いているため、短く
見えている。これを紙上での端点Ｐ，Ｑの距離を、たと
えば三平方の定理などを用いて測定することで道程を把
握できる。この距離に基づいて、（ｃ）のように基準点
Ｐ′を基に、それぞれの道程距離に応じて端点Ｑ′，
Ｒ′，Ｓ′，Ｔ′のように、端点毎に展開した位置情報
を引き継ぎながら、平面に並べて展開する。これは、三
次元グラフィックスで用いられているテクスチャーマッ
ピングの技術の適用が可能である。

【００４３】図１２は、図１１を平面に拡張した概念図
の一例を示す。図１２（ａ）のように折れ曲がった帳票
を、上方から観測した場合、図１２（ｂ）のように見え
るが、図１１で説明した二次元の道程計算を三次元に拡
張し、距離情報に基づき道程計算し、平面に展開すると
図１２（ｃ）のような合成画像が得られる。このように
すれば、折れ曲がった帳票や曲がった曲面に書かれた文
字も、平面に押し付けて、正面から観測した合成画像を
得ることができる。

【００４４】図１３に、透視補正道程計算部１４の処理
フローを示す。特徴点の距離データを入力し、図１１で
説明したように、特徴点を直線近似１４０１し、不要な
特徴点を削除した距離データを生成する。次に、図１２
で説明したように、これらの特徴点が作る平面を近似作
成する１４０２。これは近接する３点を選び、これから
構成される平面と、上記３点の周辺特徴点の距離を計算
し、あらかじめ設定した閾値よりも小さければ、上記平
面に近似し併合するという処理を繰り返す。これらを三
角形に近似しポリゴンとして記述し１４０３、その座標
関係や接続関係の整合性をチェックし、修正し、距離デ
ータで作成した三次元モデルから二次元の原稿台平面へ
テクスチャーマッピングするための座標位置や拡大縮小
率などの展開係数を計算する１４０４。

【００４５】いわゆる、凹凸のある原稿の特徴点を直線
近似し、傾きのある直線を道程計算し、平面に引き伸ば
して、水平な凹凸の無い原稿を真上から読み取ったよう
な状態に展開することを、ポリゴン毎に行い、高画質な
画像とする。

【００４６】このような構成とすることで、特徴点につ
いて求めた距離データを用いて画像を平面展開でき、折
れ曲がった帳票や厚い本の表面でも正しく原稿を補正し
て読むことができるという効果がある。

【００４７】次に、透視変換について述べる。本実施例
では、透視変換を上述した透視補正道程計算部１４にて
計算され、テクスチャーマッピング部１５にて実行され
る。これは、読み取りを文書の正面上方ではなく、斜め
上方から読むため、近くは大きく、遠くは小さく観測さ
れる。これを正面から見たように変更するのが透視変換
である。

【００４８】図１４（ａ）は、透視変換の概念図を示し
ている。正面から観測した画像を矩形ＰＢＣＱとする
と、斜め上方から観測すると矩形ＡＢＣＤのように見え
る。辺ＡＤが近くの辺で、辺ＢＣが遠くの辺である。斜
め読みの光学系は、遠くの辺でも読取解像度を保証でき
るように設計されるため、辺ＢＣを共通に揃えるとする
と、辺ＡＤは、辺ＰＱに比べ長く、また、辺ＡＢも辺Ｐ
Ｂに比べ長い。透視変換の目的は、観測した矩形ＡＢＣ
Ｄを矩形ＰＢＣＱに変換することにある。図１５（ｂ）
は、変換のための変数定義を示している。辺ＡＤの長さ
をSrc＿Width ，辺ＢＣの長さをDest＿Width，座標Ａと
座標Ｂのｘ方向の差をDx＿Left ，ｙ方向の差をDy＿Lef
tとする。このハッチがかかった部分が読取領域であ
る。

【００４９】図１５は、透視変換のフローを示してい
る。まず、入力メモリ１１内の読取領域の画像取り出し
スタート位置を計算する１５０１。このスタート位置ｘ
ｉは、始めはＡ点であるが、副走査ラインｙの関数であ
り、ｙ＊Dx＿Left／Dy＿Leftと表現できる。次にライン
単位に長さをDest＿Width に揃える必要があるため、ラ
イン毎に縮小率を計算する１５０２。これは、まず注目
ラインの長さｘ＿widthを計算する。これは、簡単な比
例計算により、ｘ＿width＝(Dest＿Width＋((Src＿Width-Dest ＿Widt
h)＊(Dest＿Length-y)／Dest＿Length)) と表現できる。縮小率は、Dest＿Width／ｘ＿widthとな
る。しかし、小数点を用いる計算は、時間がかかるの
で、実際の処理はＤＤＡ（Digital DifferentialAnalyz
er）を用いる１５０３。その後縮小処理を終了するか否
かを判断し1504、否の場合は、再び上記工程を繰り返
す。

【００５０】このような構成とすることで、処理時間の
かかるテクスチャーマッピング処理を簡単なハードウエ
アで実現でき低価格で高速な処理システムが提供できる
という効果がある。

【００５１】図１６は、テクスチャーマッピング部１５
における画像合成の方式とハードウエア構成図を示して
いる。図１６（ａ）は、計測されたレンズ位置から原稿
の特徴点までの距離データＺによって、第１の焦点距離
Ｚ０での画像ｇ０（Ｚ）と第２の焦点距離Ｚ１での画像
とｇ１（Ｚ）の混合比率を表わすグラフである。Ｚ軸の
Ｚ１からｇｎ（Ｚ）軸上の１までの破線は距離データＺ
に対する第１の焦点距離Ｚ１での画像ｇ１（Ｚ）の混合
比率を示し、Ｚ軸のＺ０からｇｎ（Ｚ）軸上の０までの
直線は距離データＺに対する第２の焦点距離Ｚ０での画
像ｇ０（Ｚ）の混合比率を示している。焦点距離がＺ０
にあっていれば、第１の焦点距離Ｚ０での画像ｇ０
（Ｚ）だけを用いれば良く、焦点距離がＺ１にあってい
れば、第２の焦点距離Ｚ１での画像ｇ１（Ｚ）だけを用
いれば良い。もし、焦点距離がＺ０とＺ１の中間にあっ
ていれば、第１の焦点距離Ｚ０での画像ｇ０（Ｚ）と第
２の焦点距離Ｚ１での画像ｇ１（Ｚ）を半分ずつ用いれ
ば良い。一般的にいえば、測定距離がＺｐであった際、
第１の焦点距離での画像はｇ０（Ｚｐ）、第２の焦点距
離での画像はｇ１（Ｚｐ）で混合することで、出力画像
を生成している。

【００５２】上記実施例では、２つの異なる焦点距離で
の画像を読み取り、画像合成した例を示したが、本発明
は、２つのみだけではなく、複数、異なった焦点距離に
て画像を読み取っても適応できる。複数の異なった読取
条件である焦点距離にて、複数の画像を読み取った場
合、望ましくは、実際の原稿のある焦点位置を挟む焦点
距離２つを用いて上述したような画像合成を行うほうが
ノイズの少ない高画質な画像を得られる。

【００５３】また、上記例では、読取条件に焦点距離を
用いたが、あおり角θを用いて行っても上記と同様な効
果を得ることができる。

【００５４】図１６（ｂ）は、画像合成部のハードウエ
ア構成図である。入力メモリ１１内の第１の焦点距離で
の画像１３０１を読み込み、画像１３０１のボケを補正
するボケ補正フィルタ１３０４を通して、配分器１３０
７で比率調整し、入力メモリ１１内の第２の焦点距離で
の画像１３０２を読み込み、画像１３０２のボケを補正
するボケ補正フィルタ１３０５を通して、配分器１３０
８で比率調整し、調整された２つの画像を加算器１３１
０で合成し、ラッチ１３１１でタイミング調整し出力信
号Ｇ＿Out１３１２を出力する。ここで、ボケ補正フィ
ルタ１３０４,１３０５は、距離に応じて画像に生じた
ボケを修復するフィルタであり、一般的にはエッジ強調
フィルタで代用が可能である。このフィルタの係数は、
距離に応じて変化する必要があり、中心値と周辺値の係
数を距離に応じて変化させることで実現している。この
ボケ補正フィルタ係数設定部１３０６のみならず、配分
器の比率設定部１３０９はＣＰＵ２０で図１０，図１６
（ａ）のテーブルに基づき計算され、バス１３０３を介
して設定される。

【００５５】このような構成とすることで、複数の画像
をボケ修正した画像を距離に応じて合成することにより
ホワイトノイズを削減し、高画質な画像を合成できると
いう効果がある。

【００５６】図１７は、テクスチャーマッピング部１５
を実行するハードウエア構成を示す。画像合成部の出力
信号Ｇ＿Out１３１２は、透視変換の縮小時にデータが
失われないように多値データで平均化しながらデータを
生成し出力データＭＷ＿DATを得ている。これは、縮小
率に応じて、入力データを配分器１３３１で比率調整
し、加算器１３３２で合成する。この出力は入力データ
と同様配分器１３３３で比率調整し一時、記憶部１３３
４で記憶し、加算器１３３２で蓄積加算する。図１４
（ｂ）で示した変数パラメータは、図１７のレジスタ１
３４１，１３４３，１３４５，１３５１，１３４９にセ
ットすると、ハードウエア透視変換を実行する。まず、
注目ラインの長さｘ＿Width が格納されたレジスタ１３
４３は、１ライン単位に、レジスタ１３４１に格納され
た変位ＤＸ＿Width ずつ減算器1342で減算し作成する。
これに対して、１クロック毎にＤＤＡ用の一時記憶レジ
スタＸ＿DDA1348を用いてレジスタ１３４５に格納され
た出力長さDest＿Widthを加算器１３４６で加算する。
ただし、レジスタＸ＿DDA1348の出力からＸ＿Widthを減
算器１３４４で減算しレジスタＸ＿DDA1348 を減算でき
れば、減算結果をセレクタ１３４７を介してレジスタＸ
＿DDA1348 にセットする。減算器１３４４のボローを制
御信号Ｘ＿Skip として用いる。読み出し開始アドレス
Ｘ＿Startが格納されたレジスタ１３５１は、レジスタ
１３４９に格納された１ラインごとの変位ＤＸ＿Start
ずつ加算器１３５０で加算し、Ｘ方向カウンタＸ＿Coun
t１３５２へロードする。このカウンタは読み込みアド
レスとして用いる。メモリへの書き込みアドレスは、他
のメモリカウンタＭ＿Count1355 を用いて出力されるア
ドレスＭＷ＿ＡＤＲを管理する。このカウントアップ制
御をＸ＿Skipを用いてコントロールすることで出力長さ
を均一に揃えることができる。

【００５７】このような構成とすることで、ＣＰＵから
数個のレジスタを設定するだけで透視変換機能付きテク
スチャーマッピング処理が実現できるという効果があ
る。

【００５８】図１８は、補正後のデータを受け取ったパ
ーソナルコンピュータ２での処理の概要フローを示す。
まず、受け取った多値データを二値化し２００２、認識
処理２００３の後、ディスプレイ３に表示する。さらに
認識できなかった文字などを、修正する２００４。この
ような構成とすることで、パーソナルコンピュータ２で
二値化、ノイズ除去などの処理を行うことで、スキャナ
の処理を軽減し、トータルなシステムコストを低減でき
るという効果がある。

【００５９】図１９は、二値化２００２の概念図（ａ）
の一例と詳細フロー（ｂ）を示している。ここでの二値
化は、背景濃度の影響を受けにくく、安定した二値化が
可能な浮動閾値二値化方式を用いている。主走査方向Ｘ
ＷＩＮ画素，副走査方法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、図
１９（ｂ）に示す通り、合計値ＳＵＭは、スティックSt
ick［ｘ］，Stick［ｘ−ＸＷＩＮ］を用いて、ＳＵＭ＝
ＳＵＭ＋Stick［ｘ］−Stick［ｘ−ＸＷＩＮ］：４０６
１と記述でき、スティクも同様に、Stick［ｘ］＝Stick
「ｘ」＋pImg［ｘ＋ｙ＿old＿adr］−pImg［ｘ＋ｙ＿ol
d＿adr］：４０６０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。この合計値に、係数をかけて閾値を作成し、
入力値と比較することで二値化を実行する。

【００６０】このような構成とすることで、ウインドウ
を移動しながら平均値を求める処理を、タイル形状に画
像を分割し、このタイル内の平均値を求めて二値化する
場合と同程度のメモリアクセス量で処理が実現可能とな
るという効果がある。

【００６１】図２０は、スキャナ１の光学系の詳細構成
の一実施例を示している。リニアセンサ１０１は、ブリ
ッジ１７６，１７７でオピニオン１７８に接続され、レ
ール１８３上を移動する。オピニオン１７８は、パルス
モータ１７９で駆動され、正転，逆転させることでセン
サを移動できる。レンズ１７１は、パルスモータ184で
ギア１８５を回転させることで前後させることができ、
これにより焦点を調節する。リニアセンサ１０１の支持
体１８２はパルスモータ１８０，ギア１８１によりあお
り角を変化させることができる。ここでは、３つのパル
スモータを用いたが、それぞれ同時に動く必要性はない
ため、一つのモータでクラッチを用いて構成することは
可能である。また、処理部のハードウエアは制御基板１
８に搭載し同一筐体内に収められている。

【００６２】スキャナ部１を上述のように構成すること
で、あおり角、焦点距離を自由に制御できるため、スキ
ャナ部をスタンドタイプのように読取距離を固定される
ことなく、自由な位置から読み取りすることができると
いう効果がある。この例では、リニアセンサ１０１を副
走査方向に移動するスキャナ１を例に用いたが、リニア
センサ１０１は固定し、ミラーでスキャンを行うスキャ
ナに適用も可能である。

【００６３】図２１は、本発明の他の実施形態を示して
いる。図２１（ａ）は、スキャナ１の可動支持体１９０
１が腕のように自在に動く構造になっていて、原稿１７
５を様々な角度から読み取ることが可能になっている。
スキャナ１に備えている画像取り込みボタン１９９を操
作することで、原稿台１７４上に形成された基準座標マ
ーカ１９１３ａ〜１９１３ｄを用いて、あおり角，焦点
位置を自動調節する。これは、基準座標マーカ１９１３
ａ〜１９１３ｄを画像入力し、パーソナルコンピュータ
２で基準位置を計算する。この位置が正しく読めるよう
に、焦点位置とあおり角の変化をスキャナ１に指示し、
再度画像入力し、これを繰り返す。このようにすれば、
読取位置がどこであっても、正しく焦点の合った画像を
入力することができる。図２１（ｂ）は、スキャナ１を
パーティション１９１４にクリップなどで固定するタイ
プのものである。このような構成とすることで、机上の
スペースを有効に利用できるという効果がある。

【００６４】図２２は、本発明のスキャナ１をディスプ
レイ３と一体化させた一実施例である。ディスプレイ下
部にセンサおよびセンサ筐体１９２０を取り付け、ディ
スプレイ上部に回転ミラー１９２１を取り付け、原稿台
１７４上に置かれた画像を回転ミラー１９２１に反射さ
せセンサ１９２０で読み取る。この時、キーボード１９
２３等の操作手段によって、原稿の読み取りを行う。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。

【００６５】図２３は、本発明のスキャナを携帯電話，
ＰＨＳ，ＰＤＡなど携帯端末1925に適用した一実施例で
ある。携帯端末１９２５の上部にセンサ１９２０を設
け、そのセンサ１９２０から原稿台１７４に置かれた原
稿を読み取る。斜めからの読み取りでも、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
てとる必要がなく、手軽に画像入力できる。また、携帯
電話等の持ち運び可能な小型な携帯端末に本発明の画像
読取を適応すれば、環境にとらわれずに手軽に原稿等を
読み取ることが可能となる。

【００６６】更には、この携帯端末に外部との通信機能
を有していれば、読み取った画像を他の携帯端末等に、
簡易に高速に送信できる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、折れ曲がった帳票や厚
い本などの表面に書かれた文字などを操作性良く、高画
質に読取可能な非接触型画像読取装置を提供できる。

【００６８】また、簡易で自由度の高い非接触型画像読
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】本発明のスキャナのハードウェアの一実施例を
示す図である。

【図３】本発明からなる非接触型画像読取装置の外観図
を示す図である。

【図４】本発明のスキャナによる読取動作を説明する図
である。

【図５】本発明の読取部の一実施例を示す図である。

【図６】本発明の読取部のシェーディング補正部の原理
を説明する図である。

【図７】本発明の読取部の歪み補正メモリの変換テーブ
ルの一実施例を示す図である。

【図８】本発明の特徴点毎距離測定部の一実施例を示す
図である。

【図９】本発明の特徴点毎距離測定部の距離計測部を説
明する図である。

【図１０】本発明の焦点補正係数計算部の原理を説明す
る図である。

【図１１】本発明の透視補正道程計算部の二次元概念図
の一例を示す図である。

【図１２】本発明の透視補正道程計算部の三次元概念図
の一例を示す図である。

【図１３】本発明の透視補正道程計算部の処理手順を説
明する図である。

【図１４】本発明の透視変換の原理を説明する図であ
る。

【図１５】本発明の透視変換の処理手順を説明する図で
ある。

【図１６】本発明のテクスチャーマッピング部の一実施
例を示す図である。

【図１７】本発明のテクスチャーマッピング部のブロッ
ク図を示す図である。

【図１８】本発明のパーソナルコンピュータの処理手順
を説明する図である。

【図１９】本発明のパーソナルコンピュータの二値化処
理を説明する図である。

【図２０】本発明のスキャナの光学系の一実施例を示す
図である。

【図２１】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２２】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２３】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。

【符号の説明】

１…スキャナ、２…パーソナルコンピュータ、３…ディ
スプレイ、４…補助ディスプレイ、５…プリンタ、１０
…読取部、１１…入力メモリ、１２…特徴点毎距離測定
部、１３…焦点補正係数計算部、１４…透視補正道程計
算部、１５…テクスチャーマッピング部、１６…フレー
ムメモリ、１７…焦点位置制御部、１８…制御基板、２
０…ＣＰＵ、４０…インターフェイス部、１０１…リニ
アセンサ、１０２…アンプ、１０３…Ａ／Ｄ変換器、１
０４…歪み補正ＬＳＩ、１０５…歪み補正メモリ、１０
６…ガンマメモリ、１０７…シェーディング補正部、10
8…ガンマ補正部、１０９…ピーク値検出部、１１０…
ピーク値、１１１…DMAC、１２１…座標位置補正部、１
２２…分散画像作成部、１２３…特徴点抽出部、１２４
…距離計測部、１７１…レンズ、１７２…可動部、１７
３…支持棒、174…原稿台、１７５…原稿、１７６，１
７７…ブリッジ、１７８…オピニオン、１７９，１８
０，１８４…パルスモータ、１８２…支持体、１８３…
レール、１８１，１８５…ギア、１９９…取り込みボタ
ン、１００１…取り込みボタン押下、１００２…初期化
判定、１００３…パルスモータ正回転、１００４…第１
の焦点位置読取、１００５…パルスモータ逆回転、１０
０６…第２の焦点位置読取、１００７…スキャナドライ
バ起動、１００８…シェーディング波形記憶、1009…読
取位置正規化、１０１０…三次元補正、１０１１…デー
タ送信、１０２１…法線方向輝度変化直線作成、１０２
２…等輝度直線作成、１０２３…距離計算、１０２４…
位置情報計算、１０２５〜１０２８…読取画像、１３０
１…第１の焦点距離画像、１３０２…第２の焦点距離画
像、１３０３…バス、１３０４，1305…ボケ補正フィル
タ、１３０６…ボケ補正フィルタ係数設定部、１３０
７，1308,１３３１，１３３３…配分器、１３０９…比
率設定部、１３１０，１３３２，１３４６，１３５０…
加算器、１３１１…ラッチ、１３１２…出力信号Ｇ＿Ou
t、１３３４…記憶部、１３４１，１３４３，１３４
５，１３４８，１３４９，１３５１…レジスタ、１３４
２，１３４４…減算器、１３４７…セレクタ、1352，１
３５５…カウンタ、１４０１…直線近似、１４０２…平
面近似、１４０３…ポリゴン分割、１４０４…展開係数
計算、１５０１…スタート位置計算、1502…縮小値計
算、１５０３…ＤＤＡ縮小処理、１５０４…処理終了判
断、１９０１…可動支持体、１９１３ａ〜１９１３ｄ…
基準座標マーカ、１９１４…パーティション、１９２０
…センサ、１９２１…回転ミラー、１９２３…キーボー
ド、1925…携帯端末、２００２…二値化、２００３…認
識処理、２００４…修正処理、４０６０…スティックの
更新、４０６１…合計値の更新、θ…あおり角、Ｓｉ…
入力データ、Ｐｉ…シェーディングデータ、Ｐｏ…正規
化参照値、Ｓｏ…正規化後データ、ＳＤ０〜ＳＤ７…シ
ェーディング波形、Ａ，Ｂ…画像データ、Ｄ…距離デー
タ、ＰＡ，ＰＢ…読取位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村敏明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者篠田伸一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小西義治愛知県尾張旭市晴丘町池上１番地株式会社日立製作所情報機器事業部内 (72)発明者加納光成愛知県名古屋市中区栄三丁目10番22号日立中部ソフトウェア株式会社内Ｆターム(参考） 5B047 AA01 AA24 BA02 BA03 BB02 BC04 CA13 CA17 CB10 CB11 CB23 CB30 DA04 DB06 DC02 DC20 5C072 AA01 BA02 BA10 BA17 DA23 LA03 LA12 LA17 RA12 RA16 UA02 UA07 UA11 UA13 UA20 VA06 WA01 XA10 5C076 AA12 AA21 AA22 AA23 AA40 BA01 BA06 BB32 5C077 LL02 LL16 LL17 LL19 MM03 MM25 MM30 PP01 PP03 PP06 PP09 PP15 PP20 PP23 PP43 PP44 PP47 PP51 PP55 PP57 PP68 PP71 PP72 PQ08 PQ12 PQ18 PQ20 PQ22 PQ23 RR04 SS01 SS03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を読み取る読取部と、前記読取部の読取条件を変更する読取条件変更部と、前記読取条件変更部で変更された少なくとも２つの異な
る読取条件で読み取った少なくとも２つの読取画像を記
憶する記憶部と、前記記憶部で記憶された少なくとも２つの読取画像を合
成し、平面に展開する画像補正部とを有する非接触型画
像読取装置。
【請求項２】請求項１の非接触型画像読取装置におい
て、前記画像補正部は、前記少なくとも２つの読取画像から
特徴点を検出し、前記特徴点から距離を計測する距離計
測部を有し、前記計測された距離に基づいて平面に展開
される非接触型画像読取装置。
【請求項３】請求項１または２の非接触型画像読取装置
において、前記読取条件変更部の前記読取条件は、焦点位置、また
はあおり角である非接触型画像読取装置。
【請求項４】請求項１または２の非接触型画像読取装置
において、前記読取条件変更部は、前記読取部の走査動作の往復で
前記読取条件を少なくとも２つ変更する非接触型画像読
取装置。
【請求項５】請求項１または２の非接触型画像読取装置
において、前記画像補正部は、前記読取部が、前記画像に対して斜
め上方から読み取る場合、前記読取画像の歪みを補正す
る幾何学補正をする非接触型画像読取装置。
【請求項６】請求項２の非接触型画像読取装置におい
て、前記画像補正部は、複数の前記特徴点から直線近似して
複数の直線の端点を検出し、前記端点間の距離を計測
し、前記距離に基づいて平面に展開する位置を計算し、
平面に展開する非接触型画像読取装置。
【請求項７】請求項６の非接触型画像読取装置におい
て、前記画像補正部は、前記読取画像の平面に対して凹凸の
あるポリゴン領域毎に処理される非接触型画像読取装
置。
【請求項８】請求項１の非接触型画像読取装置におい
て、前記読取部で前記画像を読み取る前に、白紙を読み取り
記憶しておく手段を有する非接触型画像読取装置。
【請求項９】原稿上の画像を読み取る読取部と、前記読取部の読取条件を変更する読取条件変更部と、前記読取条件変更部で変更された少なくとも２つの異な
る読取条件で読み取った少なくとも２つの読取画像を記
憶する記憶部と、前記記憶部で記憶された少なくとも２つの読取画像を合
成し、平面に展開する画像補正部とを有するスキャナ部
と、前記スキャナ部を支える支持部と、前記原稿を置く原稿台とを有し、前記原稿台に、前記原稿を置く目安となるマークを設け
る非接触型画像読取装置。
【請求項１０】画像を読み取る読取部と、前記読取部の読取条件を変更する読取条件変更部と、前記読取条件変更部で変更された少なくとも２つの異な
る読取条件で読み取った少なくとも２つの読取画像を記
憶する記憶部と、前記記憶部で記憶された少なくとも２つの読取画像を合
成し、平面に展開する画像補正部とを有するスキャナ部
と、前記スキャナ部からの出力される画像補正信号を認識
し、画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理されたデータを表示する画像表示部と、前記画像処理されたデータを出力する画像記録部とを有
する非接触型画像読取システム。