JP2014059278A

JP2014059278A - 印刷検査装置

Info

Publication number: JP2014059278A
Application number: JP2012206149A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mori; 和宏森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-04-03

Abstract

【課題】撮像された印刷面の画像領域を自動的に検出することにより、画像領域端のエッジを印刷面のすじと誤判定することなく、かつまた画像領域の端に存在するすじも検出できるようにする。
【解決手段】印刷された媒体の印刷面を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された印刷面の画像から特定の画像領域を抽出する抽出手段と、この抽出手段によって抽出された前記特定の画像領域内のみにおいて直線成分を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された前記直線成分を解析し印刷面のすじ状の印刷不良の有無を判定する判定手段とを具備する。
【選択図】図９

Description

本発明の実施形態は、印刷検査装置に関する。

ID証などの媒体に単色または複数色の印刷を行う印刷装置のひとつに中間転写フィルム（中間転写媒体）を用いる中間転写方式のものが知られている。この印刷装置は、印刷部のユニットと、転写部のユニットと、両ユニットを跨るように配置されて中間転写フィルムを搬送する中間転写フィルム搬送部とを有して構成されている。

印刷部はサーマルヘッドとインクリボンを有し、転写部はヒートローラとバックアップローラを有している。中間転写フィルム搬送部はフィルム搬送ローラ及びフィルム搬送ローラに中間転写フィルムを固定するためのクランパ及びクランパ開閉手段を有している。

印刷時には、中間転写フィルムが印刷部に搬送されるとともに、サーマルヘッドが所定情報に応じて発熱する。これにより、インクリボンのインクが溶融されて中間転写フィルムの表面に文字や画像等の印刷情報が印刷される。この印刷情報が印刷された中間転写フィルムは、クランプ搬送されて転写部のヒートローラとバックアップローラとの間に送られる。

一方、このときには、転写面が中間転写フィルムに対向する状態で、通帳等の被転写媒体がヒートローラとバックアップローラとの間に送り込まれる。この状態からヒートローラが回転されて中間転写フィルム及び被転写媒体がバックアップローラに押し付けられるとともに加熱され、印刷情報が被転写媒体の表面に転写される。

中間転写フィルムは長尺の機材フィルムと、この基材フィルム上の塗布された転写層とにより構成され、転写部においては転写層上に印刷された印刷情報が転写層とともに被転写媒体に転写される。

このような印刷機構によって人物写真と文字情報からなるID証が印刷される。

ところで、サーマルヘッドは印刷対象である転写フィルムの搬送方向に対し垂直に配置されるライン状のヘッドであるため、局所的に損傷した場合や、汚れが固着した場合などには、印刷面に対し垂直方向にすじ状の印刷不良が生じる。このようなすじがID証の人物写真上に生じた場合、そのID証は発行できなくなる。

そして、このような印刷不良はサーマルヘッドの交換や清掃が行なわれるまで連続的に発生する。そのため、自動的に連続作成が行なわれるような印刷装置においては、オペレータが気付くのが遅れた場合には、大量の印刷不良媒体を作成してしまう虞がある。

近年、媒体にはICチップ等のセキュリティシステムが組み込まれることがあり、媒体の単価は上昇している。従って、大量の印刷不良媒体を作成してしまうことは、コスト的に望ましくない。

そこで、上記したような、すじ状の印刷不良の連続発生を回避するために、以下に示すような検査方法が提案されている。

即ち、印刷された媒体の印刷面をラインセンサやエリアセンサ等の撮像素子で撮像し、その撮像した画像の直線成分を検出することにより印刷面のすじを検出している。そして、この検出結果に基づいて印刷動作を停止するなどの制御を行う。これにより、大量の印刷不良媒体を作成してしまうことを防止するようにしている。

特開２００７−１１７６２号公報

上記したような、すじ状の印刷不良を判別する方法としては、画像の垂直方向のエッジ成分を検出し、Hough変換とよばれる直線抽出処理により垂直方向のすじ状のものを抽出する方法が考案されている。

このような抽出方法においては、図７（ａ）に示すように処理領域の左端と右端を画像のやや内側に設定しないと、画像の端と背景の境目がエッジ成分として抽出されてしまう。

印刷媒体の停止位置精度や撮像装置の取付位置精度によっては、図７（ｂ），図８（ａ）に示すように撮像位置のずれが生じ、左端、あるいは右端の境目が画像内に入ることにより、エッジが抽出され、すじとして誤検出する虞が生じる。

一方、マージンをもって検出領域を左端と右端の内側に設定すると、図８（ｂ）に示すように、画像の端に生じたすじを検出できない虞が生じる。

そこで、この実施の形態では、撮像された印刷面の画像領域を自動的に検出することにより、画像領域端のエッジを印刷面のすじと誤判定することなく、かつまた画像領域の端に存在するすじも検出できるようにした印刷検査装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、実施の形態は、印刷された媒体の印刷面を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された印刷面の画像から特定の画像領域を抽出する抽出手段と、この抽出手段によって抽出された前記特定の画像領域内のみにおいて直線成分を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された前記直線成分を解析し印刷面のすじ状の印刷不良の有無を判定する判定手段とを具備する。

本実施の形態である印刷装置を示すブロック図。図１の中間転写部を示す概略的構成図。図２の転写部の動作を示す図。図３の転写動作によって印刷情報が媒体に転写される状態を示す図。従来の印刷及び検査動作を示すフローチャート。空間フィルタリングを示す説明図。従来におけるすじ検出領域を示す図。従来におけるすじ検出領域を示す図。図１の画像処理ＣＰＵの構成を示すブロック図。図９の抽出手段の構成を示すブロック図。本実施形態の画像領域検出処理を示すフローチャート。図９の抽出手段の他の構成例を示すブロック図。ラベリング処理を示す図。射影による人物画像領域検出処理を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施の形態である印刷装置を示す概略的構成図である。

印刷装置は、中間転写部１、印刷不良判定部２及び印刷制御部３によって構成されている。

中間転写部１は、本装置の中心を成す中間転写印刷を行なうユニットである。

印刷不良判定部２は、中間転写部１から得られた印刷面の撮像画像を解析し、印刷面の良／不良を判定するものである。

印刷制御部３は、印刷不良判定部２から得られた良／不良の判定結果により転写動作の制御を行なうものである。例えば、判定結果が不良であれば印刷動作を停止するなどの制御を行うものである。

図２は、上記した中間転写部１を示す構成図である。

中間転写部１は機能的に情報印刷部（以降、印刷部と略す）１４Ａとオーバーコート転写部（以降、転写部と略す）１４Ｂとによって構成されている。

印刷部１４Ａはサーマルヘッド２１を備え、このサーマルヘッド２１には溶融インクリボン２４が対向されている。溶融インクリボン２４の両端部は送りローラ２４ａと巻取りローラ２４ｂに巻回されている。また、サーマルヘッド２１には溶融インクリボン２４及び中間転写フィルム２３を介してプラテンローラ２２が対向されている。中間転写フィルム２３の両端部は送りローラ２３ａと巻取りローラ２３ｂに券回されているとともに、その中途部は駆動ローラ２６、テンショナ２７、ガイドローラ３３ａ〜３３ｃに掛け渡されている。

この印刷部１４Ａでは、中間転写フィルム２３と溶融インクリボン２４によって中間転写フィルム２３の受像兼接着層表面に情報等を印刷する熱溶融転写印刷方式が用いられる。熱溶融転写方式の特徴としては画像耐久性が高いこと、インク材料に機能性材料を適用することが比較的容易なこと（例えば蛍光顔料、アルミ蒸着薄膜）などがあり、偽造防止を目的とする印刷物に適している。

サーマルヘッド２１としては中間転写フィルム２３の搬送方向に対し垂直に配置されるニアエッジ、またはコーナエッジタイプのライン状のヘッドが用いられ、熱時剥離による印刷を行うことが望ましい。

中間転写フィルム２３を搬送する駆動力は、一般的にプラテンローラ２２に駆動機構を設けることが多いが、硬度と平滑性から中間転写フィルム２３とプラテンローラ２２の摩擦係数が上がらず、また安定しない場合がある。このため、プラテンローラ２２の下流側（後述するヒートローラ２５側）直近に上記した駆動ローラ２６が設けられている。

中間転写フィルム２３は駆動ローラ２６に対して出来るだけ巻付き角が大きいほうが良い。実施例では９０°から１３０°の巻付角が得られるように上記テンショナ２７が配置されている。テンショナ２７には図示しないバネ機構が設けられ、限られた可動範囲内で中間転写フィルム２３にテンションを付与して駆動ローラ２６と中間転写フィルム２３が常に適切に接触する状態を作り出している。駆動ローラ２６は５相ステッピングモータ、タイミングベルト、プーリによる減速機構の組み合わせにより回転駆動され、中間転写フィルム２３を正確に搬送できるようになっている。

一方、転写部１４Ｂは、円周の一部にフラット面２５ａを有する金属製のヒートローラ２５と、このヒートローラ２５に中間転写フィルム２３を介して対向されるバックアップローラ２９を備えている。ヒートローラ２５はＤＣサーボモータもしくはステッピングモータなどにより正確に一定速度で駆動可能になっている。バックアップローラ２９は支持レバー３５の一端部側に回動自在に取り付けられている。支持レバー３５は中途部が回動自在に支持され、他端部側がコイルバネ３６によって下方に弾性的に押し下げられている。この押し下げにより、バックアップローラ２９がヒートローラ２５に圧接されるようになっている。ヒートローラ２５とバックアップローラ２９との間に送り込まれる中間転写フィルム２３の送り込み方向上流側には、マーク検知センサ３０が設けられている。

また、転写部１４Ｂには、媒体３１をヒートローラ２５とバックアップローラ２９との間に搬送するための搬送機構３７が設けられている。搬送機構３７は媒体３１を挟持搬送する搬送ローラ対３８ａ〜３８ｃ、搬送される媒体３１をガイドする搬送ガイド３９ａ，３９ｂを備えている。

次に、上記したように構成される中間転写印刷装置の印刷転写動作について図２〜図４に基づいて説明する。

印刷開始の指示がだされることにより、送りローラ２３ａから中間転写フィルム２３が繰り出されるとともに、媒体３１が取り込まれる。繰り出された中間転写フィルム２３はそのホログラム位置マークがマーク検知センサ２８によって検知され、その検知結果に基づいて印刷開始位置に位置決め制御される。この状態からサーマルヘッド２１が印刷情報に基づいて発熱し、中間転写フィルム２３の所定位置に固有印刷情報等が印刷される。この印刷される情報はＹ，Ｍ，Ｃの三原色に加えて黒の４色重ね合わせによるカラー印刷である。これら複数色の重ね合わせ印刷は、中間転写フィルム２３がサーマルヘッド２１を色数と同じ回数往復することで、重ね合わせ印刷が行われる。また、印刷される情報は、反転画像であるという特徴がある。なお、印刷色は上記４色に加えて、蛍光顔料を含んだインクなど機能性インクを付与してもよい。

一方、媒体３１は図３（ａ）に示すように取込み搬送され、図３（ｂ）に示すようにヒートローラ２５に対して位置決めされる。この位置決め後、中間転写フィルム２３と媒体３１はヒートローラ２５の回転と共に重ね合わされ、図３（ｃ）に示すように搬送と同時に加圧、加熱される。こののち、図４に示すように中間転写フィルム２３のベース層３８ａが媒体３１に対して６０°〜１１０°の角度をもって引き上げられ、印刷情報（色剤としてのインク）３８ｂと受像兼接着層３８ｃとホログラム層３８ｄの転写が完了する。転写が完了した媒体３１は、図３（ｄ）に示すようにそのまま排出されたり、あるいは次の機構部に搬送されることになる。

ところで、上記した転写部１４Ｂには、図２に示すように、媒体３１を挟持搬送する搬送ローラ対３８ｃの搬出側に位置してエリアセンサ（或いはラインセンサ）を有する撮像手段としての検査カメラ４０が設けられている。この検査カメラ４０により媒体３１に転写されている印刷面が撮像され、その撮像画像が取得されるようになっている。そして、この取得された撮像画像は、上記した印刷不良判定部２に送信される。

印刷不良判定部２には、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部４１、画像メモリ４２、及び画像処理ＣＰＵ４３が配設されている。検査カメラ４０によって取得された撮像画像は、Ａ／Ｄ変換部４１及び画像メモリ４２を介して画像処理ＣＰＵ４３に送信される。

図６は、従来における印刷動作、及び印刷不良判定動作を示すフローチャートである。

まず、印刷開始するか否かが判別され（ステップＳＴ１）、印刷を開始する場合には、中間転写フィルム２３に印刷が開始されるとともに、媒体３１の取り込みが開始される（ステップＳＴ２）。これにより、中間転写フィルム２３に印刷された印刷情報が媒体３１に熱転写される（ステップＳＴ３）。

印刷情報が熱転写された媒体３１は、検査カメラ４０で撮像され、印刷面の撮像画像が取得される（ステップＳＴ４）。この取得された画像は、平滑化されてノイズが軽減され（ステップＳＴ５）、ついで、空間フィルタリング処理が行なわれて画像微分による縦エッジが抽出される（ステップＳＴ６）。

空間フィルタリングは図６（ａ）に示すように原画像をf(i,j)、３×３のフィルタを図６（ｂ）に示すようにW(x,y)とした場合、処理後の画像g(i,j)は以下の式１で求められる。

2 2
g(i, j) = Σ Σ f(i+x-1, j+y-1) × w(x, y) （式１）
x=0 y=0
画像を微分しエッジ成分を検出するが、それに先立ち画像のノイズを軽減させるため原画像を平滑化する。画像の平滑化には図６（ｃ）に示すように３×３の平滑化オペレータ（ガウシアン）を使用した空間フィルタリング処理を行なう。

続いて画像を横微分し縦方向のエッジ成分を検出する。エッジ成分の検出は図６（ｄ）に示すように３×３のSobelオペレータ（横微分）を用いた一次微分が一般的に用いられる。

微分画像を２値化すると（ステップＳＴ７）、エッジの縦成分のみが得られる。２値化はコントラストが十分得られていれば固定閾値による２値化で十分であるが、大津の方法などによる閾値算出方法を用いてもよい。

抽出された縦方向のエッジ成分に対してHough変換を用いた直線検出を行なう（ステップＳＴ８）。Hough変換は次のように直線を検出する。

（ａ）Ｘ−Ｙ原画像の中の点群をθ−ρパラメータ平面上のHough曲線群に変換し、Hough曲線の軌跡のセルのカウンターを＋１する。原画像の点を（Ｘ，Ｙ）とした場合、Hough曲線は式２で与えられる。なお検出対象が縦線にほぼ限定されることからθは０±５°の範囲で算出すれば良い。

ρ＝Ｘ・cosθ＋Ｙ・sinθ （式２）
（ｂ）θ−ρパラメータ平面上で、Hough曲線群の交点を求める。具体的にはカウンターが極大となるセルの座標（θs，ρs）を求める。

（ｃ）求める直線は（式３）で与えられる。

ρs＝Ｘ・cosθs＋Ｙ・sinθs （式３）
算出された直線式上に直線が存在するかを確認する。（式３）で求まるＸ座標に対し例えば±４の範囲でエッジ画像をスキャンし、例えば２画素以上１の画素があれば直線上にあると判定する。このような判定を全てのＹ座標に対して行い、例えば９０％以上が直線上に存在する場合は直線が存在すると判定する（ステップＳＴ９）。

このような処理をもって、直線の有無を判定し（ステップＳＴ１０）、直線が存在すると判定された場合は、印刷制御部３によりアラームが鳴らされて印刷動作が一旦停止され（ステップＳＴ１１）、直線が存在しないと判定された場合は、媒体３１を正常に排出する（ステップＳＴ）。

しかしながら、上記したような従来の印刷画像のすじの検出処理においては、画像のエッジ抽出処理を用いているため、既に述べたように、図７（ａ）に示すように処理領域の左端と右端を画像のやや内側に設定しないと、画像の端と背景の境目がエッジ成分として抽出されてしまう。

また、印刷媒体の停止位置精度や撮像装置の取付位置精度によっては、図７（ｂ）、や図８（ａ）に示すように撮像位置のずれが生じ、左端、あるいは右端の境目が画像内に入ることにより、エッジが抽出され、すじとして誤検出する可能性が生じる。

一方、マージンをもって検出領域を左端と右端の内側に設定すると、図８（ｂ）に示すように、画像の端に生じたすじを検出できない可能性が生じる。

このような問題を解決するために、本実施の形態では、図１に示す印刷不良判定部２の画像処理ＣＰＵ４３を図９に示すように構成している。

即ち、画像処理ＣＰＵ４３は、検査カメラ４０よって撮像された印刷面の画像から特定の画像領域を抽出する抽出手段４５と、この抽出手段４５によって抽出された前記特定の画像領域内のみにおいて直線成分を検出する検出手段４６と、この検出手段４６によって検出された直線成分を解析し印刷面のすじ状の印刷不良の有無を判定する判定手段４７とを有して構成されている。

また、上記の抽出手段４５は、図１０に示すように、画像のエッジを抽出する抽出部５１と、この抽出部５１により抽出されたエッジ画像を２値化する２値化部５２と、この２値化部５２により２値化された２値画像に対してHough変換により直線成分を検出する直線成分検出部５３と、この直線成分検出部５３により検出された直線成分の解析により矩形成分を検出する矩形成分検出部５４とを有して構成されている。

本実施の形態では、検査カメラ４０によって撮像された印刷面の画像領域を自動的に検出し、画像の右端や左端に生じるエッジをキャンセルすることにより、画像領域端のエッジを印刷面のすじと誤判定することなく、かつまた画像領域の端に存在するすじも検出可能としうる検査処理を提案するものである。

次に、図１１のフローチャートを用いて画像領域検出処理動作について説明する。

まず、前処理として検査カメラ４０の撮像によって取得された原画像を平滑化すしてノイズを軽減させる（ステップＳＴ２１）。画像の平滑化には図６（ｃ）に示す３×３の平滑化オペレータ（ガウシアン）を使用した空間フィルタリング処理を行なう。

続いて画像を横微分し縦方向のエッジ成分を検出する。エッジ成分の検出は図６（ｄ）に示す３×３のSobelオペレータ（横微分）を用いた一次微分が一般的に用いられる。同様に画像を縦微分し横方向のエッジ成分を検出する（ステップＳＴ２２）。エッジ成分の検出は図６（ｅ）に示す３×３のSobelオペレータ（縦微分）を用いた一次微分が一般的に用いられる。

求められた縦方向と横方向のエッジ成分の画像は各々２値化処理した（ステップＳＴ２３）後に、画像の論理和を求めることにより、エッジ成分が検出された２値画像が求まる。

なお、２値化はコントラストが十分得られていれば固定閾値による２値化で十分であるが、大津の方法などによる閾値算出方法を用いてもよい。

求められたエッジ画像に対して、上記したHough変換を適用して直線成分を抽出する（ステップＳＴ２４）。今回は縦線だけでなく横線も検出するようθのパラメータを設定する。求められた直線の中から画像の枠サイズとして適切な組み合わせを選択することにより画像の検出領域を決定する（ステップＳＴ２５）。

このようにして求まった画像の枠領域に対して若干内側に絞り込んだ領域を検査処理におけるすじの検出領域とする。これにより、処理領域が各画像ごとに最適化され、画像の左端や右端のエッジをすじとして誤検出することなく、かつまた画像の端の方に存在するすじを検出して印刷不良と判定することが可能になる。

なお、上記した実施の形態では、画像の微分によるエッジ検出とHough変換による直線検出の組み合わせにより画像の境界となる矩形領域を検出してすじ検出を行う処理領域を決定しているが、これに限られることなく、以下に示すようにして特定の画像領域を決定するようにしてもよい。

即ち、抽出手段４５を、図１２に示すように、撮像された画像を２値化する２値化部６１と、この２値化部６１により２値化された画像において連結領域を検出する検出部６２と、この検出部６２により検出された前記連結領域のサイズや面積を解析して特定の画像領域を決定する決定部６３とにより構成する。

即ち、背景と画像のコントラストが明瞭である場合には、単純に２値化処理を行い、背景と画像領域を切り分け、連結領域検出を行うことにより、画像に外接する枠の領域を求めるようにしてもよい。

連結領域の検出は２値画像において、0または1が連続する画素に同じ番号を割り振るラベリング処理により実現される。図１３は、ラベリング処理の例を示すものである。

また、画像の微分によるエッジ検出と射影計測により人物画像のエッジを検出する方法もある。図１４（ａ）〜（ｃ）は、検出されたエッジの縦軸、横軸に対する射影データから人物画像のエッジを検出する様子を示している。

なお、上記した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３１…媒体、４０…検査カメラ（撮像手段）、４５…抽出手段、４６…検出手段、４７…判定手段、５１…抽出部、５２…２値化部、５３…直線成分検出部、５４…矩形成分検出部、６１…２値化部、６２…検出部、６３…決定部。

Claims

印刷された媒体の印刷面を撮像する撮像手段と、
この撮像手段によって撮像された印刷面の画像から特定の画像領域を抽出する抽出手段と、
この抽出手段によって抽出された前記特定の画像領域内のみにおいて直線成分を検出する検出手段と、
この検出手段によって検出された前記直線成分を解析し印刷面のすじ状の印刷不良の有無を判定する判定手段と
を具備することを特徴とする印刷検査装置。
前記抽出手段は、画像のエッジを抽出する抽出部と、この抽出部により抽出されたエッジ画像を２値化する２値化部と、この２値化部により２値化された２値画像に対してHough変換により直線成分を検出する直線成分検出部と、直線成分検出部により検出された直線成分の解析により矩形成分を検出する矩形成分検出部とを有してなることを特徴とする請求項１記載の印刷検査装置。
前記抽出手段は、撮像された画像を２値化する２値化部と、この２値化部により２値化された画像において連結領域を検出する検出部と、この検出部により検出された前記連結領域のサイズや面積を解析して特定の画像領域を決定する決定部とを有してなることを特徴とする請求項１記載の印刷検査装置。
前記撮像手段は、エリアセンサを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の印刷検査装置。