JP2009194424A - ラインセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取付調整機構のコストや調整に要する手間を抑制したラインセンサ装置を提供する。
【解決手段】エリア型ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳカメラ）２を主走査方向に一列に配列し、主走査方向の直線エリアである読み取りライン２１ａを撮像する画素のみランダムアクセスで読み出す。各ＣＭＯＳカメラ２の配列は前後左右上下に若干ずれたり傾いたりしているため、読み取った画像を補正して合成することで、１つの１次元画像を作成する。各ＣＭＯＳカメラ２の補正係数は、読み取りライン２１ａ上に基準線が描かれたテストチャートを読み取って決定する。また、シーケンシャルアクセス可能なＣＭＯＳカメラ５２を用いる場合には、ＣＭＯＳカメラ５２の特定のライン状撮像エリア５２ｃａが撮像した画像をライン単位でメモリ（リングバッファ）５３に記憶させ、メモリ５３から１ラインずつ画像を読み出して補正を行い１つの１次元画像を作製する。
【選択図】図１

Description

この発明は、連続的に移動する被検査物体を撮像して画像化するラインセンサ装置に関する。

オフセット輪転機などにおいて、連続して移動する被検査物体（印刷物）を画像化する場合、従来はＣＣＤラインセンサやＣＭＯＳラインセンサを内蔵したラインセンサカメラが用いられ、また解像度や検査幅に応じて複数のラインセンサカメラが用いられることもあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２２７１６７号公報

しかしながら、複数のラインセンサカメラを用いて被検査物体を画像化するためには、各ラインセンサカメラを非常に高い精度で取り付ける必要があった。すなわち、複数のラインセンサカメラを、その幅方向、高さ方向、回転角度、及び倍率について調整しながら取り付ける必要があった。

そのため、例えば１０台〜２０台といった多数のラインセンサカメラを並列動作させるような用途においては、各ラインセンサカメラの取付調整機構のコストと調整に要する手間が膨大なものになるという問題があった。

そこで、この発明は、取付調整機構のコストや調整に要する手間を抑制したラインセンサ装置を提供することを目的とする。

この発明は、副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像するラインセンサ装置であって、複数の画素を備え、前記画素単位でランダムアクセス可能で、主走査方向に設定される読み取りラインに向けて配列された複数のエリア型イメージセンサと、前記各エリア型イメージセンサの撮像範囲のうち、前記読み取りラインを撮像する画素にランダムアクセスして画像を読み出すアクセス制御手段と、前記エリア型イメージセンサが撮像した画像を補正する補正係数を、前記エリア型イメージセンサ毎に記憶する記憶手段と、前記アクセス制御手段が前記各エリア型イメージセンサから読み出した画像を、前記エリア型イメージセンサ毎の補正係数を用いて補正し、各補正済画像を合成して前記読み取りラインを読み取った１次元画像を作成する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明は、副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像するラインセンサ装置であって、複数のライン状撮像エリアを備え、前記各ライン状撮像エリアにシーケンシャルアクセス可能で、主走査方向に設定される読み取りラインに向けて配列された複数のエリア型イメージセンサと、前記各エリア型イメージセンサの撮像範囲のうち、前記読み取りラインを含む領域を撮像する特定のライン状撮像エリアにシーケンシャルアクセスして画像を読み出すアクセス制御手段と、前記アクセス制御手段が前記各エリア型イメージセンサから読み出した特定のライン状撮像エリアの画像を順次記憶し、記憶した画像に画素単位でランダムアクセス可能な２次元画像記憶手段と、前記２次元画像記憶手段から前記読み取りラインに対応する各画素の画像を読み出す画像読み出し手段と、前記２次元画像記憶手段が記憶する画像を補正する補正係数を、前記エリア型イメージセンサ毎に記憶する補正係数記憶手段と、前記画像読み出し手段が前記２次元画像記憶手段から読み出した画像を、前記エリア型イメージセンサ毎の補正係数を用いて補正し、各補正画像を合成して前記読み取りラインを読み取った１次元画像を作成する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明においては、エリア型イメージセンサの一部の一次元領域の画像をランダムアクセスによって連続的に読み出すことにより高速のラインセンサとして使用する。そして、複数のイメージセンサを配列して並列的に動作させることで、長尺のラインセンサとして機能させる。

各エリア型イメージセンサの配列は完璧ではなく、若干の前後・左右・上下へのずれや傾きを有している。そこで、読み取りライン上に基準線が描画されたテストチャートを各イメージセンサに読み取らせることによって、上記ずれや傾きを検出し、補正係数を求めておく。そして、通常動作時に、各イメージセンサを上記読出アドレスでアクセスしてその画素の画像を読み取り、読み取った画像を補正係数で補正したのち、全イメージセンサの補正済画像を合成することにより、連続した１次元の画像を作成することができる。

また、エリア型イメージセンサが、シーケンシャルアクセス可能な構成の場合には、読み取りラインを含む領域を撮像する特定のライン状撮像エリアにシーケンシャルアクセスして画像を読み出し、ランダムアクセス可能な２次元画像記憶手段にこの読み出した画像を順次記憶させ、２次元画像記憶手段から前記読み取りラインに対応する各画素の画像を読み出して、この画像を補正係数で補正したのち、全イメージセンサの補正済画像を合成することにより、連続した１次元の画像を作成することができる。

この発明によれば、画素単位でランダムアクセス可能な複数のエリア型イメージセンサを配列してラインセンサ装置を構成し、各エリア型イメージセンサを用いて読み取りラインを撮像し、読み取りラインを撮像した画素を読み出して補正処理を行うことで、取付調整機構のコストや調整に要する手間を抑制でき、エリア型イメージセンサ毎に不連続な画像とならず、連続した一次元画像を出力することができる。

また、この発明によれば、シーケンシャルアクセス可能な複数のエリア型イメージセンサを配列してラインセンサ装置を構成し、各エリア型イメージセンサの特定のライン状撮像エリアを用いて読み取りラインを含む領域を撮像し、この撮像した領域の画像をランダムアクセス可能なメモリに順次記憶させ、読み取りラインに相当する画素を読み出して補正処理を行うことで、取付調整機構のコストや調整に要する手間を抑制でき、エリア型イメージセンサ毎に不連続な画像とならず、連続した一次元画像を出力することができる。

［第１実施形態］
図１は、この発明の第１実施形態に係るラインセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。このラインセンサ装置１は、複数（Ｎ）台のエリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール２（２−１〜２−Ｎ）、画像処理部３、演算制御回路５および補正値保存用の係数メモリ６を備えている。ここで、ラインセンサ装置１が備えるエリア型イメージセンサモジュール２は、画素単位でランダムアクセス可能なエリア型イメージセンサであれば特に限定しないが、本実施形態では一例としてエリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュールを用いる場合を説明する。

エリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール２は、複数の画素が格子状に配置され、画素単位でランダムアクセス可能なエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ、レンズを含む光学系、およびＡ／Ｄコンバータを含む周辺回路等を１つのモジュールに集約したものであり、たとえばカメラ付き携帯電話等に内蔵されるようなものである。以下、エリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール２をＣＭＯＳカメラ２と称する。

Ｎ台のＣＭＯＳカメラ２（２−１〜２−Ｎ）は１列に（直線状に）配列され、被観測物２１の読み取りライン２１ａに対向している。被観測物２１としては、たとえばオフセット輪転機内を搬送される印刷物など高速に移動するものが対象である。被観測物２１の移動方向は、同図において図面に対して垂直な方向（副走査方向）である。

図２は、ラインセンサ装置の各ＣＭＯＳカメラの撮像範囲を示す図である。読み取りライン２１ａは、主走査方向（被観測物２１の移動方向（副走査方向）に垂直な方向）の直線であり、被観測物２１の左端から右端までの長さを有している。各ＣＭＯＳカメラ２は、撮像範囲が図２（Ａ）に示すように、隣りのＣＭＯＳカメラ２の撮像範囲と若干オーバーラップしながら、前記読み取りライン２１ａ全体をカバーするように配置されている。また、本発明は、従来のラインセンサカメラと異なり、後述するように各ＣＭＯＳカメラの取り付けによる撮像画像のズレや歪み等を、画像処理部３で補正することができる。そのため、各ＣＭＯＳカメラ２の取り付け時に、その幅方向、高さ方向、回転角度、及び倍率などの微調整は不要である。

各ＣＭＯＳカメラ２が撮像した画像は、画像処理部３に入力される。ＣＭＯＳカメラ２のエリア型ＣＭＯＳイメージセンサが出力する画像信号は、離散時間の連続値信号である。しかし、各ＣＭＯＳカメラ２のモジュール内にはＡ／Ｄコンバータを含む周辺回路が内蔵されており、この周辺回路によってＡ／Ｄ変換が行われる。そのため、ＣＭＯＳカメラ２から画像処理部３に入力される信号はデジタルビデオ信号（または画素毎のデジタル画像データ）である。

画像処理部３は、ハードロジック回路、ＤＳＰ等種々のもので構成することができる。ここでは、デジタルビデオ信号の処理に適したＤＳＰで構成した例を示す。画像処理部３は、歪み補正部１０（１０−１〜１０−Ｎ）、角度補正部１１（１１−１〜１１−Ｎ）、拡大縮小補正部１２（１２−１〜１２−Ｎ）および合成部１３を備えている。画像処理部３を構成する各部は、ハードウェアで構成してもソフトウェア（プログラム）によって構成しても良い。歪み補正部１０、角度補正部１１および拡大縮小補正部１２は、前記Ｎ個のＣＭＯＳカメラ２（２−１〜２−Ｎ）のそれぞれに対応してＮ個設けられる。

歪み補正部１０は、各ＣＭＯＳカメラ２に使用するレンズの歪曲収差を補正する処理部である。角度補正部１１は、ＣＭＯＳカメラ２の傾きによる読み取り画像の傾きを補正する処理部である。拡大縮小補正部１２は、各ＣＭＯＳカメラ２の取り付け位置のズレ等による読み取り画像の大きさを補正し画像の大きさをそろえるための処理部である。合成部１３は、各ＣＭＯＳカメラ２から読み出され、レンズの歪曲収差、傾きおよび大きさが補正された補正済画像を合成して主走査方向の１次元画像を形成する。形成された一次元画像は、後段の各種演算処理回路（不図示）に出力される。

ＣＭＯＳカメラ２のエリア型ＣＭＯＳイメージセンサは、前記のように各画素にランダムアクセスが可能である。そのため、演算制御回路５は、各ＣＭＯＳカメラ２の撮像範囲のうち、前記読み取りライン２１ａを撮像する画素のみにアクセスし、各ＣＭＯＳカメラ２は、アクセスされた画素、すなわち、前記読み取りライン２１ａを撮像する画素のデジタル画像データのみを画像処理部３に出力する。

なお、上記歪み補正部１０に与える歪み補正式ｘ’・ｙ’、角度補正部１１に与える傾き補正係数α、拡大縮小補正部１２に与える倍率Ｍ、および、各ＣＭＯＳカメラ２をアクセスする読出アドレスは、後述の校正動作で決定する。決定された歪み補正式ｘ’・ｙ’、傾き補正係数α、倍率Ｍおよび読出アドレスは、係数メモリ６に記憶される。また、歪み補正部１０、角度補正部１１および拡大縮小補正部１２は、必ずしもこの順に配列する必要はなく、別の順に配列しても良い。また、上記のように、歪み補正部１０、角度補正部１１および拡大縮小補正部１２を別々に設けて各部がそれぞれ処理を行うように構成しても良いし、歪み補正部１０、角度補正部１１および拡大縮小補正部１２が行う処理を一括して行うように構成しても良い。

なお、図２（Ａ）には説明を理解しやすいように、ＣＭＯＳカメラ２が撮像した画像のズレや傾きやレンズによる歪みを極端に大きく描いているが、実際の装置ではズレや傾きやレンズによる歪みはわずかである。

次に、図３を参照して、画像処理部３の補正処理を説明する。図３は、ラインセンサ装置の画像処理手順を説明する図である。ここでは、被観測物２１に対して左端のＣＭＯＳカメラ２−１およびその隣のＣＭＯＳカメラ２−２の読み取り画像について説明する。以下の説明において、ｘ軸方向を主走査方向にとり、ｙ軸方向を副走査方向とする。また、原点位置は任意である。

ＣＭＯＳカメラ２−１、２−２は、図３（Ａ）に示すような視野（撮像範囲）で被観測物２１の画像を撮像する。

演算制御回路５は、ＣＭＯＳカメラ２−１及びＣＭＯＳカメラ２−２のエリア型ＣＭＯＳイメージセンサの全画素のうち、ラインセンサとしての読み取りライン２１ａに対応する画素のアドレスのみにアクセスする。ＣＭＯＳカメラ２−１，ＣＭＯＳカメラ２−２は、これに対応してその画素のデジタル画像データを画像処理部３に入力する（図３（Ｂ））。なお、読み取りライン２１ａに対応する画素のアドレスは、後述するようにテストチャートの読み込みテストを行って予め設定されている。

画像処理部３では、歪み補正部１０−１（１０−２）が、入力されたデジタル画像データを、そのＣＭＯＳカメラ２−１（２−２）に対して与えられている歪み補正式ｘ’・ｙ’を用いて座標変換して、二次元の（ｘ軸方向及びｙ軸方向）の画素列に変換する（図３（Ｃ））。

続いて、角度補正部１１−１（１１−２）が、入力されたデジタル画像データを、そのＣＭＯＳカメラ２−１（２−２）に対して与えられている傾き補正係数αを用いて座標変換して、一次元（主走査方向）の画素列に変換する（図３（Ｄ））。

さらに、拡大縮小補正部１２−１（１２−２）が、各ＣＭＯＳカメラ２−１（２−２）に対して与えられている倍率Ｍを乗算して各ＣＭＯＳカメラ画像の大きさを揃える（図３（Ｅ））。

そして、Ｎ個のＣＭＯＳカメラ２の画像を合成し、１つの一次元画像に合成して（図３（Ｆ））出力する。

上記の歪み補正処理、傾き補正処理および画像の大きさ補正処理において、画像の滑らかさを維持するために、各画素の画像情報は変換前の複数の画素を補間して求めるようにすればよい。読出アドレスもこの補間処理を実行することを前提に決定する。

以上がラインセンサ装置の通常動作（読み取り動作）である。この処理を短時間に繰り返し実行することにより、一定速度で移動する被観測物２１の画像を読み取ることができる。

次に、上記歪み補正係数ｘ’・ｙ’、傾き補正係数α、倍率Ｍおよび読出アドレスを決定するための校正動作について説明する。この校正動作も、校正動作用のソフトウェア（プログラム）により画像処理部３が実行する。

この校正動作においては、被観測物２１の位置にテストチャートを設置する。このテストチャートは、図２（Ｂ）に示すように、読み取りライン２１ａに対応する位置に基準線が描かれ、且つ、この基準線に交差するように複数の目盛線が等間隔に描かれたチャートである。このテストチャートが設置されたのち、校正動作をスタートさせることにより、画像処理部３および演算制御回路５は以下の動作を実行する。

（１）各ＣＭＯＳカメラ２に対応する歪み補正部１０の歪み補正式ｘ’・ｙ’の係数を、ｘの一次の係数を１とし、それ以外の係数をすべて０に設定し、角度補正部１１の傾き補正係数αをすべて０に設定し、拡大縮小補正部１２の倍率Ｍを全て１に設定し、さらに、すべての読出アドレスをクリアする。

（２）テストチャートを用意して、このテストチャートを各ＣＭＯＳカメラ２で撮影し、各ＣＭＯＳカメラ２から画像処理部３に、全視野（撮像範囲）の画像を取り込む。

（３）各ＣＭＯＳカメラ２から取り込んだ画像について、画像処理部３でＨｏｕｇｈ変換等を用いて基準線および目盛線を検出する。基準線が存在する画素の座標（アドレス）を各ＣＭＯＳカメラ２の読出アドレスとして係数メモリ６に記憶する。

各ＣＭＯＳカメラ２の視野は、隣接するＣＭＯＳカメラ２の視野とオーバーラップしているため、各ＣＭＯＳカメラ２の読出アドレスの決定においては、このオーバーラップ部分を取り除いて各ＣＭＯＳカメラ２で画像が重複しないようにしてもよく、オーバーラップしたまま読み取って合成時に重ね合わせるようにしてもよい。

（４）テストチャート上の交点のｘ、ｙ座標と、ＣＭＯＳカメラ２が撮影した画像上の交点のｘ，ｙ座標の関係をｘの多項式として表現し、例えば最小２乗法などでその係数を求め、近似曲線を求める。例えば、実テストチャートのｘ座標をｘとし、ｙは０として、これで、レンズを通した画像のｘ’、ｙ’を表現する。実施例では、ｙについては湾曲が小さいため２次の多項式、ｘについては５次の多項式で近似している。

ｘ’=ａｘ^５＋ｂｘ^４＋ｃｘ^３＋ｄｘ^２＋ｅｘ＋ｆ
ｙ’＝ｇｘ^２＋ｈｘ＋ｋ
（５）上記の多項式ｘ’・ｙ’を、各ＣＭＯＳカメラ２の画像に対するレンズの歪曲収差の補正式ｘ’・ｙ’として係数メモリ６に記憶する。

（６）各ＣＭＯＳカメラの画像における基準線の傾きα、および基準線と複数の目盛線の交点座標を求める。

（７）各ＣＭＯＳカメラの画像における基準線の傾きαをそのＣＭＯＳカメラ画像に対する傾き補正係数αとして係数メモリ６に記憶する。

（８）次に画像の大きさの補正係数である倍率Ｍを決定する。上記複数の目盛線の交点座標から目盛線間の距離を算出し、この算出された距離に対する基準距離Ｌの比率を倍率Ｍとする。この処理をＣＭＯＳカメラ画像毎に行い、決定された倍率Ｍを係数メモリ６に記憶する。

なお、この例では縦横の倍率は等しいとしているが、より精度をあげる場合には、別の垂直方向の目盛り線を設け、縦横別々に倍率設定をするようにしてもよい。

以下、上記座標値の補正を行列演算で行う実施形態について説明する。図４は、ラインセンサ装置の校正時に用いられるテストチャートの例を示す図である。この例では、カメラ視野の中心を座標（０，０）として取り扱い、補正後の視野の中心の目盛り線と基準線の交点をこの原点（０，０）になるように補正する。また、後述するように歪みに対しては５次の多項式の係数を求めるので、各ＣＭＯＳカメラの視野に最低６本、通常はこの数倍の交点座標が含まれるように設定する。図４には、一例として、１つのＣＭＯＳカメラの視野に目盛り線と基準線の交点が１２個含まれる場合を示している。

まず、以下の手順で補正値を求める。

１）ＣＭＯＳカメラ２のＸ，Ｙ座標の補正量、角度補正部１１の補正量を全て０に設定する。また、拡大縮小補正部１２の拡大縮小補正量を倍率を全て１に設定する。

２）全ＣＭＯＳカメラ２の視野に図４に示すようなテストチャートを設置し、これを各ＣＭＯＳカメラ２で観測する。このテストチャートは、観測ライン上に基準線が位置するように設置され、各ＣＭＯＳカメラ２の視野に目盛り線が３本以上入るように目盛り線が描かれているものである。

３）ＣＭＯＳカメラ２をエリアセンサとして動作させ、それぞれのＣＭＯＳカメラ２で上記テストチャートを２次元の画像として撮像する。

４）Ｈｏｕｇｈ変換等の技術を用い、基準線の座標と傾き、目盛り線の座標と傾きを求める。ここで、Ｎ番目のＣＭＯＳカメラの基準線をｙ＝ａ_Nx＋ｂ_N で表す。また、同じカメラのｉ番目の目盛り線をｙ＝ｃ_Nix ＋ｄ_Niで表す。

５）基準線と中央の目盛り線との交点の座標より、ｘ，ｙ方向の歪み量を決定し、カメラのＸ，Ｙ座標として登録する。歪み量は次のとおりである。

ｘ’=ａｘ^５＋ｂｘ^４＋ｃｘ^３＋ｄｘ^２＋ｅｘ＋ｆ
ｙ’＝ｇｘ^２＋ｈｘ＋ｋ
６）基準線と中央の目盛り線との交点の座標より、ｘ，ｙ方向の並行移動量を決定し、カメラへのＸ，Ｙ座標として登録する。平行移動量は次のとおりである。

７）これに、この信号に回転角補正値を次のように設定する。回転角補正は、各画素の座標（ｘ，ｙ）に対して次の変換式を作用させることにより行う。

もしくは、傾きａ_N が十分小さい場合（実際の取り付け時には、ほぼ水平にカメラが取り付けられるため、傾きは十分に小さいと考えられる）には各項の分母は近似的に１と見なせるので、次のように簡略化して計算してもよい。

ｕ＝ｘ−ａ_N ｙ， ｖ＝ａ_N ｘ−ｙ
さらに、取り付け角度がそれほど大きくない場合、ｙの値も十分に小さいため、ｙ≒０とみなして次のように式を簡略化してもよい。

ｕ＝ｘ， ｖ＝ａ_N ｘ
８）次に倍率の補正係数を次のように設定する。１番目の目盛り線と３番目の目盛り線の交点のＸ座標ｘ_N1，ｘ_N3はそれぞれ次のようになる。

目盛り線１，３間の距離がＬであるとしたとき、この各交点のＸ座標より次の倍率Ｍで補正すればよい。

この倍率Ｍにより、上記画像の倍率を補正する。

ｗ＝Ｍ・ｕ， ｚ＝Ｍ・ｖ
なお、この例では縦軸の倍率は等しいとしているが、より精度をあげる場合には、別の垂直方向の目盛り線を設け、縦横別々に倍率設定をするようにしてもよい。

また、この例では、平行ずれ、回転ずれ、倍率ずれの補正を行っているが、レンズの歪みなどによる画像ひずみの補正も同様に実現可能である。

９）以上３）〜８）で求めた各係数を係数メモリ６に保存し、ＣＭＯＳカメラおよび各補正部に設定する。

次に画像読み取り動作時に上記補正係数を用い、次の手順で補正を行う。

１）レンズの歪曲収差については、ＣＭＯＳカメラ２の読み出し位置を、歪み補正式（近似曲線）ｘ’・ｙ’を用いて補正する。具体的には、ｘを一定間隔（画素ピッチ）でインクリメントし、このｘに対応するｘ’，ｙ’を求め、この座標のＣＭＯＳカメラの出力値または、ＣＭＯＳカメラの出力値を格納したバッファメモリの値を読み出すことにより行う。

２）平行ずれ（Ｘ軸，Ｙ軸方向）については、ＣＭＯＳカメラの読み出し位置を水平，垂直方向にずらすことにより実現する。すなわち求まったずれ量がΔＸ，ΔＹであるとし、カメラ入力画像をＩｉｎ（ｘ，ｙ）、出力画像をＩａ（ｘ，ｙ）で表すと、次式で補正することができる。

Ｉａ（ｘ，ｙ）＝Ｉｉｎ（ｘ−ΔＸ，ｙ−ΔＹ）
３）回転角を補正する。求まった基準線の傾きがａ_N であるとし、角度補正部１１の入力画像をＩａ（ｘ，ｙ）、出力画像をＩｂ（ｘ，ｙ）で表すと次式で表現される。

Ｉｂ（ｘ，ｙ）＝Ｉａ（ｘ−ａ_N ｙ，ａ_N ｘ＋ｙ）
４）拡大縮小補正を行う。求まった拡大率がＭであるとし、拡大縮小補正部１２の入力画像をＩｂ（ｘ，ｙ）、出力画像をＩｃ（ｘ，ｙ）で表すと次式で表現される。

Ｉｃ（ｘ，ｙ）＝Ｉｂ（Ｍｘ，Ｍｙ）
なお、上記回転角補正および拡大縮小補正において、画素の連続性などを補償し画質を改善するために、補間処理を行うことが望ましい。

また、これらはそれぞれの補正について専用回路を設けて別々に処理するようにしてもよいが、これらの合成結果を直接演算する回路を設けることにより、一括して演算処理することができる。また、この演算処理をソフトウェアで行ってもよい。

一括演算する場合には、上記３つの演算をそれぞれ以下のようなマトリクスで表現することにより、効率的な演算が可能である。

なお、上記の補正方法は、次に説明する第２実施形態に係るラインセンサ装置５１にも当然適用可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るラインセンサ装置について説明する。図５は、この発明の第２実施形態に係るラインセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。このラインセンサ装置５１は、図１に示したラインセンサ装置１のＣＭＯＳカメラ（エリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール）２をエリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール５２（以下、ＣＭＯＳカメラ５２と称する。）に変更し、ＣＭＯＳカメラ５２の後段にメモリ５３を設けた構成であり、その他の部分は、ラインセンサ装置１と同様である。そのため、ラインセンサ装置１と同じ部分はラインセンサ装置１と同符号を付し、異なる部分を主に説明する。

第１実施形態では、ランダムアクセス可能なエリア型イメージセンサを用いたラインセンサ装置について説明したが、第２実施形態では、シーケンシャルアクセス可能なエリア型イメージセンサを用いたラインセンサ装置について説明する。また、第２実施形態では第１実施形態と同様に、従来のラインセンサカメラと異なり、後述するように各ＣＭＯＳカメラ５２の取り付けによる撮像画像のズレや歪み等を、画像処理部３で補正することができる。そのため、各ＣＭＯＳカメラ５２の取り付け時に、その幅方向、高さ方向、回転角度、及び倍率などの微調整は不要である。

ＣＭＯＳカメラ５２（５２−１〜５２−Ｎ）が内蔵するエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃは、主走査方向にライン状の撮像エリアが複数設定され、シーケンシャルアクセス可能な構成である。また、上記エリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃは、読み出し開始ライン及び読み出し終了ラインを設定可能であり、読み出し開始ラインから読み出し終了ラインまでの撮像エリアに対してシーケンシャルアクセス可能である。

メモリ５３（５３−１〜５３−Ｎ）は、複数のメモリセルから成り、ＣＭＯＳカメラ５２のエリア型イメージセンサ５２ｃの特定のライン状撮像エリアから読み出した画像を、ライン毎に順次記憶させるためのリングバッファである。また、メモリ５３の各メモリセルには、記憶した画像を画素単位でランダムアクセス可能である。

ラインセンサ装置５１では、ラインセンサ装置１と同様、図５に示したように観測物２１を撮像するための読み取りライン２１ａを設定しておく。そして、ラインセンサ装置５１では、演算制御回路５が、各ＣＭＯＳカメラ５２−１〜５２−Ｎに制御信号を出力して、この読み取りライン２１ａを含む領域を撮像するエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの特定のライン状撮像エリア５２ｃａ（図６に図示）のみで撮像した画像を読み出して、メモリ５３に出力させる。メモリ５３は、前記のようにリングバッファであり、図５に示すように、特定のライン状撮像エリア５２ｃａが撮像した画像をライン単位で記憶する。

図６は、印刷紙に印刷された絵柄（横帯）をライン状撮像エリアで撮像して、メモリに記憶させる処理を説明するための概念図である。図６には、エリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの特定のライン状撮像エリア５２ｃａ（９ライン：０Ｌｉｎｅ〜８Ｌｉｎｅ）で印刷紙の絵柄（横帯）を撮像する場合を示している。図６（Ａ）は、１ライン目のスキャン（撮像）時の状態を示している。ここで、ラインセンサ装置５１では、前記のようにＣＭＯＳカメラ５２の微調整が不要であるため、図６（Ａ）・（Ｂ）に示すように、印刷紙の紙面に対して、ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの特定のライン状撮像エリア５２ｃａは斜めに配置されている。図６（Ａ）に示すようにエリア型イメージセンサ５２ｃは、例えば図６（Ｂ）に示す８ライン目のスキャン（撮像）時の状態まで、紙面が一定ピッチ走行する毎に撮像を行う。これにより、図６（Ｃ）に示すように、印刷紙面の絵柄（横帯）は斜めに撮像される。

図６（Ｄ）に示すように、ＣＭＯＳカメラ５２が撮像した画像は、演算制御回路５によって読み出されて（読み出しアドレスが指定されて）、メモリ５３（５３−１〜５３−Ｎ）に書き込まれる。図６（Ｄ）には、１２段のリングバッファを一例として記載している。ＷｒｉｔｅＰｏｉｎｔｅｒは０から順に値を増やしていき、１１の次は０に戻る。図６（Ｄ）には、１ライン目から７ライン目で読み取った絵柄（横帯）の画像をリングバッファ５３の４段目から１０段目に記憶させた場合を示している。この例では、演算制御回路５は、図５に示したように読み出しアドレスを指定する制御信号をメモリ５３に出力する。メモリ５３は、この制御信号に基づいて、補正値として求まったｑ（Ｘ）（詳細は後述）にＲｅａｄＰｏｉｎｔｅｒの値を足したＹ方向アドレスの画素を出力する。実際には、リングバッファであるので、次式となる。
Ｙａｄｄｒｅｓｓ＝(ＲｅａｄＰｏｉｎｔｅｒ＋ｑ（ｘ）) ｍｏｄ １２
同様に、Ｘ方向の補正値についても上記リングバッファの当該アドレスを参照すればよい。

次に、上記のように、エリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの２次元画素配列の中で、いずれかの行（または列）だけを使用してエリア型ＣＭＯＳイメージセンサをラインスキャナとして用いる構成のラインセンサ装置５１では、精度の高い画像を得るために、以下のように画像を補正を行う。なお、この補正方法は、第１実施形態で説明したラインセンサ装置１にも当然適用可能である。

図７は、（Ａ）が格子チャートの概略を示す図であり、（Ｂ）がＣＭＯＳカメラで撮像した格子チャートの画像の一例である。

１．格子チャートを用意する。
まず、図７（Ａ）に示すような格子チャートを用意する。説明の便宜上、格子チャートの格子点の間隔はｘ方向、ｙ方向とも２ｍｍ間隔、中心の格子点を座標原点（０，０）、ＣＭＯＳカメラ５２をラインスキャナとして用いるときの主走査方向をｘ方向、副走査方向をｙ方向とする。

２．該格子チャートをＣＭＯＳカメラ５２で取り込む。
格子チャートをＣＭＯＳカメラ５２で２次元画像として撮像すると、レンズの歪曲収差、レンズ光軸とＣＭＯＳカメラ５２が内蔵するエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの中心との位置ズレ、レンズ光軸を軸としたエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの回転角度の影響による歪の程度は、個々のケースで異なるが、一例を挙げると図７（Ｂ）に示すように歪んだ画像として撮像される。

３．取り込み画像の格子点を認識し、各格子点の格子チャート上の座標と取込画像上の座標の組を作成する。
この格子チャートをＣＭＯＳカメラで撮像した画像を解析し、格子点の認識を行う。格子チャートの格子点とＣＭＯＳカメラ画像の格子点の対応付けを容易にするために、格子チャートに補助線等の目印をいれておいてもよいが、ここでは、その説明は省略する。

ここで、格子チャート座標系（単位：ｍｍ）を（ｘ１，ｙ１）、取込画像座標系（単位：ピクセル）を（ｘ２，ｙ２)、座標の組を｛Ｐ＿ｉ｝とすると、Ｐ＿ｉは、
Ｐ＿ｉ＝（ｘ１ｉ， ｙ１ｉ， ｘ２ｉ，ｙ２ｉ） 但し、（ｉ＝０，Ｎ ）
である。

４．該座標の組とエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの２次元画素配列のうちのどの行（または列）をスキャンラインとするかの指定により、上記３点の影響による歪を補正するための係数を求める。

座標の組｛Ｐ＿ｉ｝から
ｘ１ｉ ≒ｆ（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）
ｙ１ｉ≒ｇ（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）
を満たすｆおよびｇを構築する。

ｆおよびｇは、必要な精度を確保した、ＬＵＴであっても良いし２変数多項式であってもよい。スキャンラインとして使用するエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの画素のｙ２座標をＬとすると、スキャンラインとして使用されるエリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの画素は、｛ｘ２，Ｌ ｝であらわされる。エリア型ＣＭＯＳイメージセンサ５２ｃの画素｛ｘ２，Ｌ ｝をラインセンサとしてｙ方向に副走査を行うことにより、ラインスキャナとして取り込んだ画像の座標系を（ｘ３，ｙ３）、スキャンピッチをｄとすると、ラインスキャナ画像座標系と格子チャート座標系の対応は、
ｘ＝ｆ（ｘ３，Ｌ）
ｙ＝ｇ（ｘ３，Ｌ）＋ｙ３×ｄ
で与えられる。

補正後ラインスキャナ画像の座標系を（ｘ４，ｙ４）、補正後ラインスキャナ画像の解像度（mm／ピクセル）をａとすると、ラインスキャナ画像座標と補正後ラインスキャナ画像座標の対応は、
ａ×ｘ４＝ｘ１=ｆ（ｘ３，Ｌ）
ａ×ｙ４＝ｙ１＝ｇ（ｘ３，Ｌ）＋ｙ３×ｄ
で与えられる。

補正演算を、常にｙ３×ｄを中心に切り出し領域で１ラインずつ行う場合、補正前、補正後の切り出し領域の座標系を、それぞれ、（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，０）とすると、座標系（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，０）の関係は、
ａ×Ｘ２＝ｆ（Ｘ，Ｌ）
０＝ｇ（Ｘ，Ｌ）＋Ｙ×ｄ
で与えられる。

さらに、
Ｘ１≒ｐ（Ｘ２） ｐは５次式程度
Ｙ１≒ｑ（Ｘ２） ｑは２次式程度
を満たすｐ（前記の補正式ｘ’に相当）、ｑ（前記の補正式ｙ’に相当）を求めて補正演算を行うことにすれば、演算にかかるリソースおよび時間を大幅に節約することが可能である。

５．該スキャンラインの指定にもとづきラインスキャナとして取り込んだ画像に対して、該係数により歪の補正を行う。

上記４．の最後のｐ、ｑで補正を行う場合、１ラインずつ補正を行うので、補正前ラインスキャナ画像の画素をＰ（Ｘ，Ｙ）、補正後のラインスキャナ画像の画素をＱ（Ｘ２，０）とあらわす場合、
Ｑ（Ｘ２，０）：＝ Ｐ（ｐ（Ｘ２），ｑ（Ｘ２））(：＝ は代入操作を表す。)
を実施することにより、歪が補正された１ライン分の画像を得ることができる。

なお、第２実施形態では、ラインセンサの画像に対して傾き補正をする方法を説明したが、現実的には、エリア型ＣＭＯＳイメージセンサはブランク期間を必要とする場合が多く、以下のような方式で等間隔でラインスキャンを実現する。すなわち、特願２００６−２４３１６３において説明している方法を用いても、出力としては、ラインセンサと等価なデータが出てくるので、上図の説明が成り立つ。図８は、特願２００６−２４３１６３の撮像装置の動作の説明図である。

ＣＭＯＳエリアセンサ１１として、マトリックス状に受光素子が配置されたｍ行ｎ列構成のローリングシャッタ方式の撮像素子を使用し、図８に示すように、各ラインで一定時間Ｔずつ（１画素ずつ）スキャン動作を行う工程と、ブランク期間Ｓだけスキャンを休止する工程と、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の第１ラインが対象物の未スキャン領域の位置に対向するとスキャンを開始させる工程と、を繰り返し行うことで、印刷紙面（対象物）の連続した画像を取得することができる。

なお、この発明のラインセンサ装置は、オフセット輪転機の印刷画像検査に用いるのに好適であるが、用途はこれに限定されることなく、一定方向に移動する物体の画像を読み取る用途全般に適用可能である。

この発明の第１実施形態に係るラインセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。 ラインセンサ装置の各ＣＭＯＳカメラの撮像範囲を示す図である。 ラインセンサ装置の画像処理手順を説明する図である。 ラインセンサ装置の校正時に用いられるテストチャートの例を示す図である。 この発明の第２実施形態に係るラインセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。 印刷紙に印刷された絵柄（横帯）をライン状撮像エリアで撮像して、メモリに記憶させる処理を説明するための概念図である。 （Ａ）が格子チャートの概略を示す図であり、（Ｂ）がＣＭＯＳカメラで撮像した格子チャートの画像の一例である。 特願２００６−２４３１６３の撮像装置の動作の説明図である。

符号の説明

２１…被観測物（テストチャート）
２１ａ…読み取りライン
１、５１…ラインセンサ装置
２（２−１〜２−Ｎ）、５２（５２−１〜５２−Ｎ）…ＣＭＯＳカメラ（エリア型ＣＭＯＳイメージセンサモジュール）
３…画像処理部
５…演算制御回路
６…係数メモリ
１０（１０−１〜１０−Ｎ）…歪み補正部
１１（１１−１〜１１−Ｎ）…角度補正部
１２（１２−１〜１２−Ｎ）…拡大縮小補正部
１３（１３−１〜１３−Ｎ）…合成部
５３（５３−１〜５３−Ｎ）…メモリ（リングバッファ）

Claims (2)

1. 副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像するラインセンサ装置であって、
   複数の画素を備え、前記画素単位でランダムアクセス可能で、主走査方向に設定される読み取りラインに向けて配列された複数のエリア型イメージセンサと、
   前記各エリア型イメージセンサの撮像範囲のうち、前記読み取りラインを撮像する画素にランダムアクセスして画像を読み出すアクセス制御手段と、
   前記エリア型イメージセンサが撮像した画像を補正する補正係数を、前記エリア型イメージセンサ毎に記憶する記憶手段と、
   前記アクセス制御手段が前記各エリア型イメージセンサから読み出した画像を、前記エリア型イメージセンサ毎の補正係数を用いて補正し、各補正済画像を合成して前記読み取りラインを読み取った１次元画像を作成する画像処理手段と、
   を備えたラインセンサ装置。
2. 副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像するラインセンサ装置であって、
   複数のライン状撮像エリアを備え、前記各ライン状撮像エリアにシーケンシャルアクセス可能で、主走査方向に設定される読み取りラインに向けて配列された複数のエリア型イメージセンサと、
   前記各エリア型イメージセンサの撮像範囲のうち、前記読み取りラインを含む領域を撮像する特定のライン状撮像エリアにシーケンシャルアクセスして画像を読み出すアクセス制御手段と、
   前記アクセス制御手段が前記各エリア型イメージセンサから読み出した特定のライン状撮像エリアの画像を順次記憶し、記憶した画像に画素単位でランダムアクセス可能な２次元画像記憶手段と、
   前記２次元画像記憶手段から前記読み取りラインに対応する各画素の画像を読み出す画像読み出し手段と、
   前記２次元画像記憶手段が記憶する画像を補正する補正係数を、前記エリア型イメージセンサ毎に記憶する補正係数記憶手段と、
   前記画像読み出し手段が前記２次元画像記憶手段から読み出した画像を、前記エリア型イメージセンサ毎の補正係数を用いて補正し、各補正画像を合成して前記読み取りラインを読み取った１次元画像を作成する画像処理手段と、
   を備えたラインセンサ装置。

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