JP2003319145A

JP2003319145A - 非接触画像読取システム

Info

Publication number: JP2003319145A
Application number: JP2002125184A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakajima; 啓介中島; Shinichi Shinoda; 伸一篠田; Kenji Sugiyama; 健治杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP3931107B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のカメラや回転機構、特別な距離測定手段
が必要であったので、多くの制限があると共に製造コス
トが高い。【解決手段】画像を読み取るカメラと、そのカメラを支
える支柱と、原稿を置く原稿台とを備え、原稿台を水平
方向に移動可能な原稿台とする。また、原稿台を移動さ
せる操作者に読取位置を把握させる手段を備える。ま
た、カメラで撮影した複数の画像を１枚の画像に合成す
る合成手段を備える。また、カメラで撮影した複数の画
像を用いてカメラから対象物の注目位置までの距離を測
定する距離測定手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理機能を有
した非接触画像読取システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラの撮影範囲を超える画像を
得たい場合は、特開平９−322055号公報「電子カメラシ
ステム」で開示されているように、カメラを動かしてパ
ノラマ画像を得る方式が示されていた。しかし、これら
の技術を非接触画像読取システムに適用するには、カメ
ラを回転する機能，高精度な回転角度を検出する機能を
必要とし、システムが高価になってしまうという問題が
あった。

【０００３】また、本などの立体物を読み取る装置とし
ては、特開平９−１０２８５４号公報「画像読取装置」
で開示されているようにミラーを使う方法や、画像だけ
ではなく距離データを得たい場合は、特開平９−５０７
１号公報「距離計測方法」のように複数のカメラを用い
る例が示されていた。しかし、ミラーを使う方法では、
一方向の曲がりにしか対応できず、複数のカメラを用い
る方法では、カメラの調整が複雑になり、製造コストも
あがってしまうという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、机上で低
コストに、カメラの撮像エリアを越える画像を合成し、
また本などの立体物の表面を平面に修復する機能を有す
る非接触画像読取システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像を読み取
るカメラ部と、そのカメラ部を支える支柱部と、原稿を
置く原稿台とを有し、前記原稿台は水平方向に移動可能
である構成とした。

【０００６】また原稿台を移動させる操作者が、読取位
置を把握できる手段、たとえば、インデックスプランジ
ャーを設け、移動動力と移動開始ボタンと組み合わせ、
一回の移動開始ボタン押下で、次のインデックスプラン
ジャーの位置まで、バネなどの移動動力を用いる構成と
した。

【０００７】ここで、読取位置を把握できる手段として
は、座標位置表示手段でも良い。

【０００８】また、カメラ部で撮影した複数の画像を１
枚の画像に合成する手段を有し、エッジ情報の量を用い
た重なり部分の特徴点を抽出する手段，正規化相関など
のテンプレートマッチングを用いた画像間の対応点を検
索する手段，基準画像に合わせて画像を変形する手段と
して画像間の対応点情報に基づきアフィン変換係数を求
め基準画像以外の非接続画像をアフィン変換する手段を
有する構成とした。

【０００９】また、カメラ部で撮影した複数の画像を用
いて、ステレオ測距法を用いて、カメラ部から対象物の
注目位置までの距離を測定する手段を有し、距離を測定
する手段による距離データにもとづき表面形状を２つの
３次関数の組み合わせとして仮定し、測定データとの差
分を評価し最適なモデルを探索しモデル化する手段とカ
メラからの距離に応じて拡大率を制御し合成画像を生成
する平面に修復する手段を有する構成とした。

【００１０】また、そのカメラ部で撮影した複数の画像
を用いて、カメラ部から対象物の注目位置までの距離を
測定し、複数の平面修復画像を生成し、平面修復画像を
１枚の画像に合成する手段を有する構成とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施例につい
て図１を用いて説明する。

【００１２】図１は本発明の装置構成図である。本発明
は、原稿台１２と、原稿台１２上に置かれる原稿を読み
取るカメラヘッド１１と、基台１３の上部にカメラヘッ
ド１１を支える支柱１４で構成されるスキャナ部と、ス
キャナ部で読み込んだ画像を処理するパソコン部２で構
成される。

【００１３】パソコン部２での処理は大きく分けて、三
次元処理部２１と大画面処理部２２で構成される。三次
元処理部２１は、本などの立体物の表面を平面に修復す
る処理を行う。三次元処理部２１は、カメラから原稿ま
での距離を測定するステレオ距離測定部２１１，測定し
た距離データを元に表面形状を関数で表現するモデル化
部２１２，関数に基づき平面に修復する平面修復部２１
３で構成される。

【００１４】大画面処理部２２は、複数の平面画像をつ
なぎ合わせ大きな画面に合成する処理を行う。大画面処
理部２２は、隣り合う画像の重なり部分を判定する重な
り部判定部２２１，滑らかに画像を接続するために画像
を変形するための係数を算出する変換係数算出部２２
２，接続のための画像を変換するアフィン変換・合成部
２２３で構成される。大画面処理部２２の出力は表示部
３に表示される。

【００１５】本発明の特徴は、原稿台１２が、左右に移
動する点にあり、これにより本来Ａ４サイズの画像入力
しかできないスキャナで、Ａ３サイズの入力が簡単に実
施できる。

【００１６】図２に、原稿移動の概念図を示す。図２
（ａ）は、通常状態で、本を見開き状態に置いた場合、
左側が読まれる。図２（ａ）は、遷移状態で、本を見開
き状態に置いた場合、右側が読まれる。通常状態から遷
移状態への移動は操作者が手動操作で行う。原稿第１２
は、基台１３上を左右に移動できる構造になっており、
画像取得スイッチ１５を押下すると、あらかじめ決めら
れた量だけ原稿台が移動する。

【００１７】図３は、原稿台移動の構造を示している。
図３（ａ）は原稿台１２の裏側を示しており、原稿台の
裏には、インデックス・ホール１２１ａ，１２２ａを有
するレール１２１と１２２が設けられ、基台１３に固定
されたベアリング１２３ａ−ｄ，１２４ａ−ｄ，１２５
ａ−ｄ，１２６ａ−ｄとで、インデックスプランジャー
を構成している。インデックスプランジャーとは、所定
の位置で半固定可能な仕掛けである。このため、操作者
は、容易に定められた読取位置に原稿台をセットするこ
とが可能である。移動原稿台を、通常位置から遷移位置
に操作者が移動すると、バネ１２８が伸長し、通常位置
への引き戻し力が発生する。

【００１８】図３（ｂ）は、移動原稿台１２の操作者の
手前から見た側面図、図３（ｃ）は、横から見た側面図
を示している。画像取得スイッチ１５を押下すると、構
造物１３１，１３２で変位で伝達され、ベアリング１２
３ａ−ｂ，１２６ａ−ｂは左に、ベアリング１２４ｃ−
ｄ，１２６ｃ−ｄは右側に移動する。このため、インデ
ックス・ホール１２１ａで止められていたレールが開放
され、次のインデックスホールまでバネの収縮力でレー
ルが移動する。

【００１９】図４は、ステレオ距離測定の概念図を示
す。図４（ａ）は、画像入力の概念図を示す。カメラヘ
ッド１１の下で、移動原稿台１２を移動するということ
は、移動原稿台を固定して考えれば、カメラヘッド１１
が、仮想ヘッド位置１１ｋ…１１ｎに移動して画像を入
力したことと等価である。これは、等価的にマルチカメ
ラ画像入力を実現している。

【００２０】図４（ｂ）における、原稿台上の高さの異
なる画素１０００，１００１を、仮想ヘッド位置１１
ｋ，１１（ｋ＋１）で画像入力すると、図４（ｃ）に示
すように、対応する画像位置にずれが生じ、このズレ量
を計測することで高さを計測することができる。

【００２１】図５は、ステレオ距離測定部２１１の詳細
ブロック図を示している。Ｋ番目の画像を入力し、特徴
点を抽出２１１１し、テンプレート選別部２１１２で有
効な特徴点のみを選別した後、隣接するＫ＋１番目の画
像と正規化相関部２１１３でテンプレートマッチングを
行い、対応点を検索する。その後、画像上でのズレ量を
計算２１１４し、距離値を計算２１１５する。

【００２２】図６は、モデル化の概念図を示す。計測し
た距離データから、本のようななめらかな表面を再現す
るため関数による近似を行う。しかし、一つの関数で表
現するには、本の折れ目などを表せないため、ここでは
２つの３次関数が、ある点で繋がっているというモデル
を仮定し、どの程度関数がマッチするか評価する。図６
（ａ）では、分離点２１２０を設定した様子を示してい
る。プログラムでは、分岐点を探すために、全ての点で
分離点を設定し、関数当てはめを実施し、正しかったか
どうかを評価し、最も誤差の少なかったものを、正しい
分離点、正しい関数と判定する。図６（ｂ）に関数当て
はめの例を示す。２つの３次関数の合成２１２１で表現
している。

【００２３】図７は、モデル化のフローを示す。モデル
化部２１２は、Ｋ番目の画像距離値を入力し、まず分離
点を設定し、２つの三次関数への当てはめを実施２１２
２する。実際の入力データと最小二乗誤差を計算２１２
３し、誤差が所定量以下かチェック２１２４し、所定量
以下になるまで、分離点設定，関数当てはめ２１２２，
最小二乗誤差計算２１２３を繰り返す。誤差が所定量以
下になれば、分離点，関数の係数を決定２１２５し、平
面修復部２１３へパラメータを出力する。平面修復部で
は、距離値関数の値に応じて拡大縮小処理を実施し、立
体物表面を平面に変換する。この詳細については、特開
平２０００−１１２２１０号を参照いただきたい。

【００２４】図８は、大画面処理の概念図を示す。平面
修復された複数の画像を張り合わせるのが大画面処理の
機能である。隣接画像を張り合わせる際、まず対応点を
見つける必要がある。図８（ａ）は、隣接画像を張り合
わせる際、左の画像の中から、右画像と重複部で対応エ
リアの抽出を行う概念図を示す。まず、０列目で、１２
８画素 ^*１２８画素単位でエリア抽出を行い１列分２４
１０−２１２４抽出する。このうちエッジ量が所定量以
上含まれる有効テンプレート２４１０，２４１２，２４
１３を選別する。同様に１列目，ｎ−１列目と評価を進
め、最も有効なテンプレートを含む列が多いものを採用
する。

【００２５】次に、図８(ｂ)に示すように、先ほど抽出
した左画像のテンプレート２４２５，２４２６と右画像
のマッチングを行い、対応点を検索し、アフィン変換パ
ラメータを算出する。アフィン変換とは、画像の拡大・
縮小，回転などの線形変換動作を示しており、係数が決
定されれば、一意に変換が可能である。図８（ｃ）に、
画像変換の概念図を示している。

【００２６】図９は、重なり判定部２２１のフローを示
している。Ｋ番目の平面画像を入力し、特徴点を抽出２
２１１し、テンプレート列の選別２２１２を行い、Ｋ＋
１番目の平面画像と正規化相関２２１３を行い、対応点
判定２２１４を行う。その後、アフィン変換の変換係数
を決定し、アフィン変換後、画像を合成する。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、Ａ４サイズのスキャナ
でＡ３サイズ以上の画像を得ることができ、また本など
の立体物の表面を平面修復できるスキャナを低価格に提
供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触画像読取システムの一構成
例を示す図である。

【図２】本発明に係る非接触画像読取システムの原稿移
動の概念を示す図である。

【図３】本発明に係る非接触画像読取システムの原稿台
移動の一実施例を示す図である。

【図４】本発明に係る非接触画像読取システムのステレ
オ距離測定の概念を示す図である。

【図５】本発明に係る非接触画像読取システムのステレ
オ距離測定部の詳細ブロック図である。

【図６】本発明に係る非接触画像読取システムのモデル
化の概念を示す図である。

【図７】本発明に係る非接触画像読取システムのモデル
化のフローを示す図である。

【図８】本発明に係る非接触画像読取システムの大画面
処理の概念を示す図である。

【図９】本発明に係る非接触画像読取システムの重なり
判定部のフローを示す図である。

【符号の説明】

２…パソコン（ＰＣ）、３…表示部、１１…カメラヘッ
ド、１２…原稿台、１３…基台、１４…支柱、１５…画
像取得ＳＷ、２０…インターフェイスケーブル、２１…
三次元処理部、２２…大画面処理部、２１１…ステレオ
距離測定部、２１２…モデル化部、２１３…平面修復
部、２２１…重なり判定部、２２２…変換係数算出部、
２２３…アフィン変換・合成部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 1/387 Ｈ０４Ｎ 1/10 5/222 (72)発明者杉山健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Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA14 AA20 BB02 BB05 CC02 EE08 FF05 FF67 JJ03 JJ26 MM07 PP02 QQ18 QQ21 QQ24 QQ25 QQ28 QQ31 5B057 AA11 BA02 CD12 CE08 DC02 DC03 DC16 DC34 5C022 CA07 5C072 AA01 BA09 BA10 BA20 LA12 NA02 RA08 RA10 5C076 AA12 AA36 AA40 BA01 BA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を読み取るカメラ部と、前記カメラ部
を支える支柱部と、原稿を置く原稿台とを有する非接触
画像読取システムにおいて、前記原稿台を水平方向に移動可能な原稿台としたことを
特徴とする非接触画像読取システム。
【請求項２】請求項１の非接触画像読取システムにおい
て、前記原稿台を移動させる操作者に読取位置を把握させる
手段を有することを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項３】請求項２の非接触画像読取システムにおい
て、前記読取位置を把握させる手段は、インデックスプラン
ジャーであることを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項４】請求項１の非接触画像読取システムにおい
て、前記原稿台は、移動動力手段と、異動開始ボタンと、イ
ンデックスプランジャーとを有し、前記異動開始ボタン
の一回の押下で、前記移動動力手段により次のインデッ
クスプランジャーの位置まで移動する移動機構を有する
ことを特徴とする非接触画像読取システム。
【請求項５】請求項４の非接触画像読取システムにおい
て、移動動力手段は、バネであることを特徴とする非接触画
像読取システム。
【請求項６】請求項２の非接触画像読取システムにおい
て、前記読取位置を把握させる手段は、読取位置を座標位置
として表示する座標位置表示手段を有することを特徴と
する非接触画像読取システム。
【請求項７】請求項１の非接触画像読取システムにおい
て、前記カメラ部で撮影した複数の画像を１枚の画像に合成
する合成手段を有することを特徴とする非接触画像読取
システム。
【請求項８】請求項７の非接触画像読取システムにおい
て、前記合成手段は、重なり部分の特徴点を抽出する特徴点
抽出手段と、画像間の対応点を検索する画像間対応点検
索手段と、基準画像に合わせて画像を変形する画像変形
手段とを有することを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項９】請求項８の非接触画像読取システムにおい
て、前記特徴点抽出手段はエッジ情報の量を用いて重なり部
分の特徴点を抽出することを特徴とする非接触画像読取
システム。
【請求項１０】請求項８の非接触画像読取システムにお
いて、前記画像間対応点検索手段は少なくとも正規化相関のテ
ンプレートマッチングを用いることを特徴とする非接触
画像読取システム。
【請求項１１】請求項８の非接触画像読取システムにお
いて、前記画像変形手段は、画像間の対応点情報に基づきアフ
ィン変換係数を求め、基準画像以外の非接続画像をアフ
ィン変換することを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項１２】請求項１の非接触画像読取システムにお
いて、前記カメラ部で撮影した複数の画像を用いて前記カメラ
部から対象物の注目位置までの距離を測定する距離測定
手段を有することを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項１３】請求項１２の非接触画像読取システムに
おいて、前記距離測定手段は、ステレオ測距法を用いる特徴とす
る非接触画像読取システム。
【請求項１４】請求項１２の非接触画像読取システムに
おいて、前記距離測定手段による距離データに基づいて表面形状
をモデル化するモデル化手段と、平面に修復する平面修
復手段を有することを特徴とする非接触画像読取システ
ム。
【請求項１５】請求項１４の非接触画像読取システムに
おいて、前記モデル化手段は表面形状を複数の同一次数関数の組
み合わせとして仮定し、測定データとの差分を評価し、
最適なモデルを探索することを特徴とする非接触画像読
取システム。
【請求項１６】請求項１５の非接触画像読取システムに
おいて、仮定する関数は、２つの３次関数の組み合わせとするこ
とを特徴とする非接触画像読取システム。
【請求項１７】請求項１５の非接触画像読取システムに
おいて、前記平面修復手段は、前記カメラ部からの距離に応じて
拡大率を制御し合成画像を生成することを特徴とする非
接触画像読取システム。
【請求項１８】請求項１の非接触画像読取システムにお
いて、前記カメラ部で撮影した複数の画像を用いて前記カメラ
部から対象物の注目位置までの距離を測定し、複数の平
面修復画像を生成し、前記平面修復画像を１枚の画像に
合成することを特徴とする非接触画像読取システム。