JP2011151548A - フラットベッドスキャナの較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットベッドスキャナを測定装置として利用できる程度にまで、読取り精度を向上させられる較正方法を提供する。
【解決手段】フラットベッドスキャナＦＳの読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を補正するためのフラットベッドスキャナの較正方法において、硬質部材に設定間隔で目盛りを並べて形成した基準スケールＳＳを前記読取り面１ａ上に載置してその画像を読取り、その読取り画像における前記目盛り部分の画像の位置情報を測定することによって前記対応関係を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットベッドスキャナの読取り面上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を補正するためのフラットベッドスキャナの較正方法に関する。

フラットベッドスキャナは、主として写真や書類等のシート状の部材に形成されている画像を簡便に読取ることができる装置として広く普及している。
このフラットベッドスキャナにおける画像の読取り精度や読取り解像度は近年急速に向上しているものの、更なる読取り精度の向上を求める声も強くなっている。
このような要請に応えるため、例えば下記特許文献１に記載のように、較正用のチャートをプリントし、その較正用のチャートをフラットベッドスキャナにて読取って、較正用チャートを作成した基準データと読取りデータとを比較して補正用のデータを得る装置も考えられている。

特開２００６−０９３９５２号公報

しかしながら、上記従来構成では、較正用のチャートとして柔らかく変形し易い記録紙を使用している上、較正用のチャートのプリント精度自体がどの程度の精度を確保できているかという問題もあり、上述のような手法によって較正を行っても未だ十分な補正精度を得られない場合も出現してきた。
例えば、フラットベッドスキャナを単純な画像読取り装置としてではなく、十分な読取り精度を有する測定装置として利用したいような場合である。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フラットベッドスキャナを測定装置として利用できる程度にまで、読取り精度を向上させられる較正方法を提供する点にある。

本出願の第１の発明は、フラットベッドスキャナの読取り面上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を補正するためのフラットベッドスキャナの較正方法において、硬質部材に設定間隔で目盛りを並べて形成した基準スケールを前記読取り面上に載置してその画像を読取り、その読取り画像における前記目盛り部分の画像の位置情報を測定することによって前記対応関係を特定する。
すなわち、硬質部材に目盛りを形成した基準スケールをフラットベッドスキャナに読取らせて較正用のデータを得るのである。
このような基準スケールとしては、温度変動等の環境変化に対しても目盛りの間隔の変動誤差を十分抑制したものが提供されており、そのような基準スケールを利用して較正精度を向上させる。
この基準スケールをフラットベッドスキャナにて読取った画像は、前記目盛りに対応する部分が設定間隔で並ぶ画像であり、その画像上での目盛りの位置情報を測定すれば、読取り画像での距離とフラットベッドスキャナの読取り面上での距離（すなわち、基準スケール上の目盛り間の実際の距離）との対応関係を正確に特定することができる。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の画像の位置情報を測定することによって前記対応関係を特定する。
すなわち、距離の特定のための基準となる目盛りの形成部分だけでなく、目盛りと目盛りとの間の空白部分をも利用して較正用のデータを得ることで、基準スケールから倍の分解能の基準距離情報を得ることができる。

又、本出願の第３の発明は、上記第２の発明の構成に加えて、前記読取り画像が二値化画像であり、前記読取り画像の二値を反転させて、前記読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の画像の位置情報を測定する。
すなわち、二値画像が黒と白との画像であるとして、前記目盛りの形成部分を黒画像として読取って、黒線が設定間隔で並んでいる画像から黒線部分の位置情報を取得し、更に白と黒とを反転させて、目盛りと目盛りとの間の空白部分を黒とする。
その上で、上記と同じ、黒線が設定間隔で並んでいる画像から黒線部分の位置情報を取得する処理操作を行う。
これによって、同一の処理操作によって、目盛り部分の位置情報及び前記空白部分の位置情報を求めることができる。

又、本出願の第４の発明は、上記第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、前記基準スケールを前記目盛りの並び方向が前記読取り面の主走査方向と一致するように前記読取り面上に載置して、その画像を読取る。
すなわち、フラットベッドスキャナの主走査方向を対象して、基準スケールを利用した較正を行うのである。
フラットベッドスキャナの主走査方向は、機械的に駆動されて読取り位置が決まる副走査方向と異なり、読取り位置の相対的な位置関係は変動せず、適切な較正を行えば読取り精度を相当程度に向上させることができる。

又、本出願の第５の発明は、上記第１〜第４のいずれかの発明の構成に加えて、前記基準スケールとして、ガラススケールを用いる。
すなわち、ガラススケールは、例えば金属スケール等に比べて、熱膨張等による誤差も小さく、このような基準スケールを用いることで、精度良く較正用データを得ることができる。

上記第１の発明によれば、高精度なスケールとして入手できる基準スケールをフラットベッドスキャナにて画像として読取って、読取り画像における目盛り部分の位置情報を読取ることで、読取り画像における目盛り部分の画像の位置が実際には前記読取り面上でどの位置にあるかを極めて高精度に把握できる。
もって、フラットベッドスキャナを測定装置として利用できる程度にまで、読取り精度を向上させるられるものとなった。

又、上記第２の発明によれば、目盛りと目盛りとの間の空白部分も利用して較正用のデータを得るため、読取り精度を更に向上させることができる。
又、上記第３の発明によれば、目盛りと目盛りとの間の空白部分も利用して較正用のデータを得るための処理操作が複雑化してしまうのを回避できる。

又、上記第４の発明によれば、フラットベッドスキャナにおいて誤差の変動要素を引込みにくい主走査方向に着目して、それを較正対象とすることで、安定した較正が可能となる。
又、上記第５の発明によれば、高精度を安定して維持できるガラススケールを使用することで、較正精度を更に向上させることができる。

本発明の実施の形態にかかるフラットベッドスキャナの斜視図 本発明の実施の形態にかかる全体構成を示す図 ガラススケールを示す図 ガラススケールの部分拡大図 本発明の実施の形態にかかる測定対象を示す図 本発明の実施の形態にかかる位置情報の読取りの説明図 本発明の実施の形態にかかるフローチャート 本発明の実施の形態にかかるフローチャート

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明を適用して較正するフラットベッドスキャナＦＳは、図１の斜視図に示すように、透明ガラス板を取り付けた読取り面１ａを備える本体部１と、揺動開閉式のカバー２とを主要部として構成されている。
フラットベッドスキャナＦＳの本体部１内にはセンサヘッド１ｂが備えられ、図示を省略する駆動機構によって、副走査方向である矢印Ｓにて示す方向に読取り面１ａに沿って移動駆動される。
センサヘッド１ｂはＣＣＤ光学縮小方式で構成しているが、密着センサー方式（いわゆるＣＩＳ方式）でも良い。何れにしても、図１において矢印Ｍで示す方向をセンサの並び方向である主走査方向としている。

本実施の形態では、図２に示すように、キーボード３，モニタ４及び図示を省略するマウス等が接続されたパーソナルコンピュータ５（以下において、単に「コンピュータ５」と称する場合がある）にフラットベッドスキャナＦＳを接続して、コンピュータ５からの制御によってフラットベッドスキャナＦＳの較正に必要な情報の取得、並びに、フラットベッドスキャナＦＳを使用した実際の測定を行う。

本実施の形態でのフラットベッドスキャナＦＳの較正においては、図３に示すガラススケール１１を基準スケールＳＳとして使用し、主走査方向（図１において矢印Ｍで示す方置く）のみを較正対象とする。すなわち、フラットベッドスキャナＦＳの主走査方向において、読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を補正する。

硬質部材であるガラスにより作製されるガラススケール１１は種々の形状のものが提供されているが、本実施の形態では、厚さが数ｍｍ程度の長方形ガラス板の片側の面にエッチング加工と黒色塗料の塗布とによって、図３（ａ）に例示するような目盛りを形成したものを使用する。
ガラススケール１１の最小目盛り領域１１ａは、図４に拡大して示すように、線幅が５０μｍの黒い直線状の目盛りを設定間隔（具体的には１００μｍ間隔）で並べて形成している。
従って、最小目盛り領域１１ａにおいては、目盛り部分（黒線）と目盛り部分（黒線）との間の空白部分も幅が５０μｍで、その空白部分が１００μｍピッチで並んでいる。
図３（ａ）で例示するガラススケール１１は、最小目盛り領域１１ａの長手方向端部とガラススケール１１の端縁との間に目盛りのない空白部分が存在するが、図３（ｂ）で示すような、最小目盛り領域１１ａがガラススケール１１の全長に亘って形成されているものもあり、もちろん、このような形態のガラススケール１１を使用しても良い。

フラットベッドスキャナＦＳは、コンピュータ５からの制御で動作し、コンピュータ５には、フラットベッドスキャナＦＳの較正のための動作と、測定対象を測定するための動作を行わせる処理プログラムが実装されている。
以下、コンピュータ５が実行する図７及び図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

図７に示す「スケール読込み処理」は、フラットベッドスキャナＦＳの較正のための基礎データを収集する処理であり、ガラススケール１１の画像を読み込んで、その読取り画像における目盛り部分の画像の位置情報、更には、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の位置情報を測定することによって、フラットベッドスキャナＦＳの主走査方向における、読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を把握する。

先ず、図１において２点鎖線で示すように、ガラススケール１１の角部分を読取り面１ａの角部分に押しつけて読取り面１ａ上に載置し、ガラススケール１１を、目盛りの並び方向が読取り面１ａの主走査方向（図１において矢印Ｍで示す方向）と一致する姿勢で位置決めしてカバー２を閉じる。
その状態で、操作者がキーボード３等から、図７の処理の開始を指示入力すると、先ず、フラットベッドスキャナＦＳに対して画像の読取りを指示する（ステップ＃１）。この際の読取りエリアは、ガラススケール１１の最小目盛り領域１１ａのみを読取り対象とし、読取り解像度を１００μｍが２５画素程度に相当する解像度（およそ６４００ｄｐｉ程度）に設定して、白黒の二値画像として読取る。尚、上記のフラットベッドスキャナＦＳの読取り解像度としては、４８００ｄｐｉ〜６４００ｄｐｉ程度の範囲が好ましい。
これによって、図４に拡大して示すガラススケール１１の図と同等の画像が得られる。

ガラススケール１１の最小目盛り領域１１ａの部分の読取り画像が得られると、先ず、読取り画像における目盛り部分の画像の位置情報を測定する。
この位置情報の測定として、読取り画像の黒線部分（この段階ではガラススケール１１の目盛り部分に対応）の中心座標、すなわち、黒線の中心線の主走査方向での座標を求める（ステップ＃２）。
具体的な処理としては、例えば、各黒線部分に対して単一画素の線になるまで細線化処理を実行し、原点からの画素数によって各黒線部分の中心座標を特定する。尚、本実施の形態では、前記主走査方向が画像の左右方向であるとして、画像の左端を原点としたものとして説明する。

次ぎに、読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の画像の位置情報を測定する。
このための処理として、ステップ＃１で得られた読取り画像（二値画像）の二値を反転させる。すなわち、白黒を反転させる（ステップ＃３）。
この反転画像に対して、ステップ＃２の処理と全く同じ処理を実行し、黒線部分の中心線の座標を、原点からの画素数によって特定する。
ここでの黒線部分は、ガラススケール１１の読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分であり、その空白部分からも較正のための寸法情報を得る。
このようにして座標情報を得ると、ステップ＃２で得た座標データとステップ＃４で得た座標データとを併せてコンピュータ５のハードディスク装置等に記憶保存する（ステップ＃５）。上記のようにして特定した各中心線の座標の間隔は、フラットベッドスキャナＦＳの読取り面１ａ上での実際の距離「５０μｍ」に対応することがわかっているので、ステップ＃２及びステップ＃４で得た画素数による座標データは、フラットベッドスキャナＦＳの主走査方向における、読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を示すものとなっている。

以上のような較正用の基礎データを取得した上で、フラットベッドスキャナＦＳにて実際に測定対象物を測定するときは、図８に示す「測定処理」を実行させる。
本実施の形態において測定対象として例示するものは、図５に示す記録紙２１に多数の細線２１ａを等間隔に並べてプリントしたものであり、実際のプリント結果が等間隔の並びピッチからどの程度ずれているかを検出するために、プリントされている細線２１ａ間の間隔を計測する。

細線２１ａのプリント面を下にして、記録紙２１をフラットベッドスキャナＦＳの読取り面１ａにセットし、操作者がキーボード３等から図８の「測定処理」の開始を指示入力すると、図８の処理が開始する。尚、記録紙２１をセットする位置は、図１においてガラススケール１１の載置位置として示す位置と同一であり、細線２１ａの並び方向を主走査方向（矢印Ｍで示す方向）に一致させる。

図８の「測定処理」では、先ず、記録紙２１の画像を二値画像として読み込む（ステップ＃１１）。この読込みの際の読取り解像度や読取りエリアの設定は、図７のステップ＃１での設定と同一で良い。
次ぎに、得られた二値画像において、細線２１ａの部分の中心座標を抽出する（ステップ＃１２）。
この処理は、図７のステップ＃２，＃４の処理と同一であり、細線２１ａの部分の中心座標を原点（画像の左端）からの画素数で特定する。

次ぎに、各細線２１ａの中心間の間隔を、細線２１ａの並びの左端側から順次に測定して行く過程を、図６に示す模式図を参照して説明する。
図６において、下段側の座標線３１ａ，３１ｂの並びは、図７の処理で求めた目盛り部分の画像の中心線の位置、及び、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の位置を、画素数を横軸にとった座標で併せて模式的に示しており、座標線３１ａが目盛り部分の画像の中心線の位置に対応し、座標線３１ｂが目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の位置に対応している。
上段側の測定対象線３２は、ステップ＃１２で求めた細線２１ａの画像の中心位置を模式的に示しており、下段の座標線３１ａ，３１ｂとは共通の横軸としてある。

図６の測定対象線３２が、測定対象線３２の並びにおいて左端からｎ番目のものであるとして、先ず、図６で示しているｎ番目の測定対象線３２の左隣りに位置するｎ−１番目の測定対象線３２（図６では不図示）と、図６で示している測定対象線３２との間に、何本の座標線３１ａ，３１ｂが存在するかをカウントする（ステップ＃１３）。このカウント数を「ｐ」とする。

次ぎに、線間距離を内挿によって求める（ステップ＃１４）。
具体的には、ｎ番目の測定対象線３２よりも左側に位置して、且つ、最も近い座標線３１ｂと、ｎ番目の測定対象線３２との横軸の画素数の差「ｂ」を求め、更に、ｎ番目の測定対象線３２よりも右側に位置して、且つ、最も近い座標線３１ａと、ｎ番目の測定対象線３２よりも左側に位置して、且つ、最も近い座標線３１ｂとの横軸の画素数の差「ａ」を求める。この「ａ」の値は、本実施の形態ではおよそ１２画素であるが、座標線３１ａ，３１ｂ間によって１１画素、あるいは、１３画素というようにばらついている。

画素数「ａ」に対応する実際の距離は「５０μｍ」であるので、画素数「ｂ」に対応する実際の距離「Ｂｎ」は、Ｂｎ＝５０＊（ｂ／ａ）（単位はμｍ，「＊」は乗算を意味する演算子）となる。又、ｎ番目の測定対象線３２よりも右側に位置して、且つ、最も近い座標線３１ａと、ｎ番目の測定対象線３２との間の実際の距離「Ｃｎ」は、Ｃｎ＝５０−Ｂｎ（単位はμｍ）となる。この「Ｃｎ」は、ｎ番目の測定対象線３２と右隣りのｎ＋１番目の測定対象線３２との間隔を求めるのに利用する。
これによって、左隣りのｎ−１番目の測定対象線３２について求めた上記「Ｃｎ」に対する距離を「Ｃｎ−１」として、ｎ−１番目の測定対象線３２とｎ番目の測定対象線３２との間の実際の距離「Ｄｎ」は、Ｄｎ＝Ｃｎ−１＋５０＊（ｐ−１）＋Ｂｎ（単位はμｍ）と求まる。
但し、左端の測定対象線３２については、「Ｄ１」は存在しないので、「Ｄ２」の算出のために、上記の「Ｃｎ」に対応する「Ｃ１」のみを求めておく。
以上の操作を、各測定対象線３２について繰り返して（ステップ＃１５）、全ての測定対象線３２間の間隔を正確な実際の距離として求める。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、フラットベッドスキャナの主走査方向を較正の対象としているが、ガラススケール１１を、目盛りの並び方向が読取り面１ａの副走査方向に一致するように読取り面１ａ上に載置して、上記実施の形態と同様の処理を行うことで、フラットベッドスキャナの副走査方向を較正の対象としても良い。

（２）上記実施の形態では、読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を示すデータとして、読取り画像上での目盛り部分の中心線の座標と、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の座標とを取得し、実際の測定においては、測定対象の実際の位置を、上記の中心線の座標データによる内挿によって求めているが、上記の対応関係の具体構成や実際の測定処理における前記対応関係の利用態様は種々に変更可能である。
例えば、上記実施の形態で求めた目盛り部分等の中心線の座標から、読取り画像の主走査方向での各画素毎に、各画素の位置が読取り面１ａ上での実際の位置にどのように対応するかを求め、前記対応関係として記憶保持するようにしても良い。
このような対応関係を求めておけば、実際の測定においては、測定対象の読取り画像の画素位置から上記の対応関係を利用して直ちに読取り面１ａ上での実際の位置を求めることができる。

（３）上記実施の形態では、読取り面１ａ上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を示すデータとして、読取り画像上での目盛り部分の中心線の座標と、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の座標とを取得して、それらを一体として取り扱っているが、読取り画像上での目盛り部分の中心線の座標と、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の座標とを個別に取り扱うようにしても良い。
すなわち、読取り画像上での目盛り部分の中心線の座標のみによって上記実施の形態と同様の内挿によって測定対象の位置を特定し、更に、読取り画像上での目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の座標のみによって上記実施の形態と同様の内挿によって測定対象の位置を特定して、両者の平均値によって最終的に測定対象の位置を求めるようにしても良い。

（４）上記実施の形態では、読取り画像上での目盛り部分の中心線の座標や、目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の中心線の座標を求めるための処理として、細線化処理を行う場合を例示しているが、目盛り部分等の画像に対応する黒画像のエッジの座標を複数箇所で取得し、それらの中央値の平均値を中心線の座標として特定する等、中心線の座標を求めるための手法は種々に変更可能である。
（５）上記実施の形態では、基準スケールＳＳとしてガラススケール１１を使用する場合を例示しているが、ガラススケール１１の代わりに、金属スケールや樹脂スケール等の基準スケールを使用しても良い。

ＦＳ フラットベッドスキャナ
ＳＳ 基準スケール
１１ ガラススケール

Claims (5)

1. フラットベッドスキャナの読取り面上における位置関係と読取った画像上における位置関係との対応関係を補正するためのフラットベッドスキャナの較正方法であって、
   硬質部材に設定間隔で目盛りを並べて形成した基準スケールを前記読取り面上に載置してその画像を読取り、
   その読取り画像における前記目盛り部分の画像の位置情報を測定することによって前記対応関係を特定するフラットベッドスキャナの較正方法。
2. 前記読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の画像の位置情報を測定することによって前記対応関係を特定する請求項１記載のフラットベッドスキャナの較正方法。
3. 前記読取り画像が二値化画像であり、前記読取り画像の二値を反転させて、前記読取り画像における目盛り部分と目盛り部分との間の空白部分の画像の位置情報を測定する請求項２記載のフラットベッドスキャナの較正方法。
4. 前記基準スケールを前記目盛りの並び方向が前記読取り面の主走査方向と一致するように前記読取り面上に載置して、その画像を読取る請求項１〜３のいずれか１項に記載のフラットベッドスキャナの較正方法。
5. 前記基準スケールとして、ガラススケールを用いる請求項１〜４のいずれか１項に記載のフラットベッドスキャナの較正方法。

Images