JP2017504271A - 自動的かつ動的なスケール補正機能を用いて大判スキャン原稿をスキャンする方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、スキャン原稿（４）をスキャンするカスケード状に配置された複数の画像検出ユニット（２）を有するスキャナ（１）を用いて、スキャン過程中に自動的かつ動的にスケール補正する機能を備えた、大判スキャン原稿（４）をスキャンする方法に関しており、ここでは、スティッチング法を用いて、隣接するセンサ素子（１１〜１４）の画像情報が合成されて、シフト値（Ｖｎ）が求められる。この方法は以下のステップ、すなわち、Ｓ１ ｎ個のシフト値（Ｖｎ）のｙ方向成分を補間することにより、合成される画像の各画像ラインに対して複数のシフト値（Ｖ）を導出するステップと、Ｓ２ 各画像ラインに対して相対的な偏差を求めるため、複数のシフト値（Ｖ）と目標値（Ｓ）とを比較し、画像情報をスケーリングするための最小可能エラー補正値に等しい値に総和が達するまで、複数の相対的な偏差を足し合わせるステップと、Ｓ３ エラー補正に対する値を採用することにより、画像情報ないしは画像信号をスケーリングするステップとを有する。

Description

本発明は、スキャン原稿をスキャンする複数の画像検出ユニットを有するスキャナを用いて、スキャン過程中に自動的かつ動的にスケール補正する機能を備えた、大判スキャン原稿をスキャンする方法に関しており、ここでは、画像検出ユニットは、少なくとも１つのオーバラップ領域を有するカスケード状に配置された少なくとも２つのセンサ素子から構成されており、これらの画像検出ユニットでは、スティッチング法を用いて、複数のセンサ素子の少なくとも１つのオーバラップ領域における複数の画像情報を合成し、探索領域内の少なくとも１つのオーバラップ領域において画像情報を隈無く探索し、完全に一致する複数の画像情報を比較することにより、ｘ方向にもｙ方向にも複数のシフト値を求める。

このようなスキャン方法は、特に幅についても長さについても共に大判のスキャン原稿をスキャンするために使用され、このスキャン方法では、スキャナシステムの載置領域は、使用されるスキャン原稿よりも短い。

大判スキャナシステムは、搬送ローラを用いて、スキャンすべき文書原稿を、画像検出ユニットまたは画像センサに搬送してその横を通過させる。ここではスキャン幅全体をカバーする通し型の画像検出ユニット、例えばＣＩＳ（Contact Image Sensor）を使用することができる。このような大判スキャンシステムは、例えば独国特許発明第１０２００９０１１９４５号明細書に記載されている。

大判スキャナシステムでは、カスケード状にオーバラップして並んで配置された複数の画像センサまたはセンサ素子、例えば小型のＣＩＳまたはＣＣＤであるラインセンサなどを使用することも広く知られている。使用されるこれらのＣＩＳ画像センサは、オフィス分野の小判のスキャナシステム（ＤＩＮ Ａ３またはＤＩＮ Ａ４）に大量に使用されており、したがってコスト的に有利である。

スキャン原稿をスケールに忠実に写し取るために保証しなければならないのは、画像センサの線周波数がつねに搬送周波数と同期していることである。搬送ローラの回転速度は、ステップモータまたはエンコーダを使用する際には、精度が十分に高いことが知られている。しかしながら実際には機械的な許容差（ローラ直径など）によって、またとりわけ文書搬送時の滑りによって搬送速度が目標値から偏差してしまうことになる。特に重量のある文書および／または滑らかな表面を有する文書では滑りが多く発生することになる。なぜならば、とりわけＤＩＮ Ａ３よりも大きく、一般的にスキャナの載置領域がこの文書よりもはるかに小さいために、文書が垂直方向下向きにぶら下がってしまう大判のスキャン原稿では、搬送機構が、文書の重さに抗して動作しなければならないからである。スキャン原稿の小さな波打ちまたは折れも誤動作に結び付き得る。さらに困難なことにも、搬送速度、すなわちスキャン原稿の通過速度が、これによってスキャン過程中にもわずかに変動してしまい得るのである。

例えば文書を搬送する際の滑りに起因して搬送速度が目標値から偏差してしまうという問題は、公知のように補正ファクタを使用することによって解決することができる。このためにユーザは、固定の補正ファクタをグローバルに調整することができる。しかしながら各スキャン過程に対し、個別に補正ファクタを設定することも可能である。例えば滑らかさの異なる表面を有する種々の媒体タイプに所定の補正ファクタを割り当てることもでき、この場合にこれらの補正ファクタは、スキャン過程毎に手動で選択される。この場合にはこの静的な補正方法により、スキャンすべき文書全体に対し、線周波数またはモータ速度に固定的に変更が加えられてこれらが補正される。しかしながらこれはユーザにとって極めて繁雑でありかつ誤りが発生し易くなる。なぜならばユーザは、異なる複数の文書タイプに対して複数の補正ファクタを求め、また各スキャン過程においてこれを適用しなければならないからである。さらにこれによってスキャン過程中の搬送速度の変動を補償することはできない。したがって、例えば、ユーザによる原稿のガイド時に、原稿の意図しない制動によって発生するこの原稿の搬送速度の変動は、上記の公知の静的な補正方法では補償することができない。のみならず、はじめのうちは原稿台から下方にぶら下がって原稿駆動部に大きな負荷を加え、引き続いての搬送中にはこの駆動部に通常に負荷を加え、スキャン過程の終わりにはスキャナの出口部において原稿台から下方にぶら下がって原稿駆動部を引っ張る、重量のある文書によって発生する搬送速度の変動も、上記の公知の静的な補正方法では補償することができない。

複数の画像センサをカスケード状に配置する際には、スキャン幅全体にわたる通しの１つのスキャン画像を得るため、個々の画像センサの複数の画像データを１つの全体画像に合成する必要がある。ｘ方向およびｙ方向における個々の画像センサのずれないしはオーバラップは、適切なソフトウェア方法によって、例えばいわゆるスティッチング法によって補正することができ、これによって通しの１つのスキャン画像が得られる。

静的に完全に一致する複数のオーバラップ領域で動作するスキャン方法の他には、複数の画像情報に基づいてシフトをランタイムに動的に求める方法が存在する。

国際公開第２０１２/１４６３５８号には、例えば、大判スキャナシステム用のこのようなスキャン方法が記載されており、このスキャナシステムは、大判のスキャン原稿をスキャンするために、複数のオーバラップ領域を伴ってカスケード状に配置された複数の画像検出ユニットを有しており、ここではスティッチング法により、複数の画像検出ユニットの上記の複数のオーバラップ領域において複数の画像情報が合成される。ここでは、探索領域内の複数のオーバラップ領域において複数の画像情報が隈無く探索され、スキャン原稿の決定された探索領域内でテクスチャ識別するステップと、テクスチャコンテンツの量を求めるために、識別したテクスチャにおいて情報密度を評価するステップと、識別したテクスチャのテクスチャコンテンツの量に依存して情報密度を重み付けするステップと、スキャン原稿の上記の決定された探索領域内で完全に一致する複数の画素を検出するステップと、各測定の求めた偏差およびテクスチャから導出した重み付けから、各測定点に対して、重み付けされた偏差を求めるステップと、これらの重み付けした偏差からこれら偏差の重み付き平均値を求めるステップと、複数のずれた画素の位置を補正するため、偏差のこの重み付き平均値から、シフト値を求めて、これらの画素を一致させるステップとが用いられる。ここでは、スキャン方向に見てそれぞれの複数の第２の画像検出ユニットによって撮像された複数の画素は、それぞれ複数の第１の画像検出ユニットによって撮像された完全に一致する複数の画素に関連付けられる。ここではスキャン過程において生じる予測不可能なシフトにより、合成された画像において、完全に一致する複数の画素間で歪みが発生する。ここではスケールに忠実な結像は保証されない。

国際公開第２０１２／０４１３８９号からは、領域的にオーバラップしてスキャン原稿をスキャンする、スキャナ用の複数の画像センサの配向を２次元校正する方法が公知であり、ここではそれぞれ１つの２次元画像を検出する。ここでは２つの方向または次元におけるシフトを求めるため、２つの画像が互いに相関付けされる。

独国特許発明第３６１１９８４号明細書には、原稿読み取り装置が開示されており、ここでは都度所望の原稿読み取りスケールに合わせて、ラインセンサに供給される駆動パルスの位相差を変更することができる。これによって原稿読み取りスケールを無段階に変化させることが可能である。しかしながらこの無段階の変化は、所定の複数の設定値にしたがって行われる。自動的なスケール補正を行うために、スキャン過程中にエラー識別することおよびこれらのエラーを自動的かつ動的に補償することは、ここでは提案されていない。

米国特許出願公開第２０１１／０２９２４６９号明細書にも動的なスティッチング法が開示されており、ここではこの方法を用いて、カスケード状に配置された複数のセンサ素子によって撮像した完全一致の複数の画像コンテンツが結び付けられる。ここでは静的なスケール補正も動的なスケール補正も提案されていない。

本発明は、冒頭に述べたタイプのスキャン方法において、スケール補正が簡単に行われるようにするという課題から出発しており、このスケール補正では、例えば滑りに起因して搬送速度と線周波数とが同期しないために目標値から搬送速度が偏差することによって発生するエラーが、自動的に補正され、かつ、スキャン過程中の搬送速度の変動が、例えば紙の運動および／またはループの形成によって補償される。

この課題は、本発明により、冒頭に述べた形式の方法に対し、請求項１に示した特徴的構成によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

上記の課題は、本発明にしたがい、以下のステップによって解決される。すなわち、
Ｓ１ ｎ個のシフト値のｙ方向成分を補間することにより、合成される画像の各画像ラインに対して複数のシフト値を導出するステップと、
Ｓ２ 各画像ラインに対する相対的な偏差を求めるため、複数のシフト値と目標値とを比較し、画像情報をスケーリングするための、最小可能（可能な限り最も小さい）エラー補正値に等しい値に総和が到達するまで、上記の複数の相対的な偏差を足し合わせるステップと、
Ｓ３ エラー補正に対する値を採用することにより、画像情報ないしは画像信号をスケーリングするステップとによって解決される。

これにより、スケール補正を簡単に行うことができ、ここでは、例えば、滑りに起因する搬送速度と線周波数との非同期によって生じる、目標値からの搬送速度の偏差によるエラーが自動的に補正され、かつ、スキャン過程中の搬送速度の変動が、例えば、紙の運動および／またはループの形成によって補償される。このスケール補正は、動的でもある。なぜならばこのスケール補正は、合成された全体画像に静的に適用されるのではなく、最小可能エラー補正値に対応した小さな画像領域だけに適用されるからである。

ステップＳ１にしたがってシフト値を求めるため、有利には複数のオーバラップ領域のすべてのシフト値から平均値を形成することが可能である。

本発明では、上記の目標値を、前側のセンサ素子と後側のセンサ素子との間の物理的な間隔から、特に校正によって求めるかまたはあらかじめ固定に設定することができる。

有利であることが判明したのは、ステップＳ３による上記のスケーリングを、ステップＳ３ａにしたがって画像ラインを除去するかまたはステップＳ３ｂにしたがって画像ラインをダブらせることにより、画像スケーリングとして行うか、または択一的には線周波数またはモータ速度の補正によって行う場合である。ここで最小可能エラー補正値と見なされるのは、相対的な偏差の総和が、例えば付け加えられるもしくは除去されるラインの大きさに到達するか、または、ステップモータのステップもしくはセンサ素子のクロックのクロックパルスの付加もしくは除去に到達する場合である。

有利であることが判明したのは、ステップＳ１にしたがってシフト値を求めるため、複数のラインの求めた複数のシフト値のフィルタリングを行う、特に移動平均を求めるか、またはそれぞれ前側のセンサ素子におけるスキャン原稿の通過と、後側のセンサ素子におけるスキャン原稿の通過との間で画像ラインの間隔を求める場合である。

本発明を以下、図面に示した複数の実施例に基づいて詳しく説明する。

画像検出ユニットおよび反射ローラを備えたスキャナを示す図である。 カスケード状に配置された複数のセンサ素子を備えたスキャナを示す図である。 大判スキャナ用のスティッチング法のステップを示す図である。 大判スキャナに対して自動的にスケール補正するための、発明の重要な複数のステップを示す図である。 図４にしたがって自動的にスケール補正するための、発明の重要な複数のステップを詳細に示す図である。

図１には、画像検出ユニット２を備えたスキャナ１が示されており、この画像検出ユニットの前にはガラス板３が配置されている。このガラス板３には、ばね６を用い、反射ローラ５によってスキャン原稿４が押し付けられている。ばね６は、反射ローラ５の側方領域７に力で係合され、これによって反射ローラ５をスキャン原稿４に押し付けている。反射ローラ５の側方領域７には、反射ローラ５の中央領域８よりも大きな直径を有する側方ストッパが取り付けられている。これにより反射ローラ５とガラス板３との間の中央領域８には所定の大きさを有する間隙９が形成されており、この間隙により、ガラス板３へのスキャン原稿４の最適な載置が保証される。反射ローラ５の中央領域８における間隙９によりさらに、スキャン原稿４に対する十分なスペースが得られる。

図２には、大判スキャン原稿４をスキャンし、かつ、カスケード状またはジグザグに配置された４つのセンサ素子１１〜１４からなる画像検出ユニット２が平面図で示されている。各センサ素子１１〜１４には、中央領域８において側方領域７に比べて小さい直径を有する、駆動されない反射ローラ５が割り当てられている。スキャン原稿４には探索領域１０が割り当てられており、この探索領域ではスティッチング法によって画像情報が隈無く探索され、これによってスキャン原稿４の搬送中の速度変動により、カスケード状に配置されているセンサ素子１１〜１４の下に発生する制御不能な、直線的でない情報シフトが除去される。

画像検出ユニット２の出力信号は公知のように、複数の画像信号を合成する加工回路に供給される。本発明によるスキャン方法では、動的な補正アルゴリズムを備えた適合型スティッチング法が使用される。この方法を以下、図３に基づいて説明する。

ここでは図３に基づき、図２に概略的に示したような大判スキャナ１用の方法の流れをより詳しく説明する。ここではスティッチング法を用いて、センサ素子１１〜１４のオーバラップ領域１５における複数の画像情報が合成され、このオーバラップ領域１５では、例えば国際公開第２０１２／１４６３５８号に詳しく説明されているように、探索領域１０内で画像情報が隈無く探索される。

スティッチング法の第１ステップａ）では、スキャン原稿４の決定された探索領域１０内でテクスチャ識別が行われる。識別したテクスチャでは、第２ステップｂ）において、テクスチャコンテンツの量を求めるため、情報密度の評価が行われる。この評価から、第３ステップｃ）において、識別したテクスチャのテクスチャコンテンツの量に依存して情報密度の重み付けが行われる。

同時に、ステップｄ）にしたがい、スキャン原稿４の決定された探索領域１０内で完全に一致する画素が検出される。ステップｅ）では、これらの値を用い、テクスチャによって導出した重み付けおよび各測定の求めた偏差から、各測定点に対し、重み付けされた偏差が求められる。ステップｆ）では重み付けされたこれらの偏差から、各画素に対して重み付けされたこれらの偏差から、これらの偏差の重み付き平均値が求められる。

ステップｇ）では、これらの偏差の重み付き平均値から、ずれた画素の位置を補正するためのシフト値の計算が行われ、これによってこれらの画素が一致させられる。

図４には、大判スキャナ１に対する自動スケール補正を備えた本発明によるスキャン方法の、本発明における重要なステップが示されている。ステップＳ１では、ステップａ）〜ｇ）によってスティッチング法で求めた複数のシフト値のｙ方向成分を補間することにより、複数のシフト値が求められる。

これらのシフト値Ｖは、ステップＳ２による目標値比較によって分類され、引き続き、画像情報をスケーリングするための最小可能エラー補正値に等しい値にそれら総和が到達するまで足し合わされる。

ステップＳ３では、エラー補正に対する値を採用することにより、複数の画像情報ないしは画像信号のスケーリングが行われる。

ステップＳ２による目標値比較に必要な比較データ、目標値Ｓは、ステップＳ４において求められ、このステップでは、前側のセンサと後側のセンサとの間の物理的な間隔が、例えば校正によって求められるかまたは固定にあらかじめ設定される。

図５にはつぎに、図４にしたがって大判スキャナ１に自動スケーリング補正を行うための発明の重要なステップが詳細に示されている。ステップＳ１では、複数のシフト値Ｖが求められる。

ステップＳ２において行われる目標値比較により、場合によっては複数の偏差が得られ、これらの偏差が足し合わされる。足し合わされた偏差Ｆが、最小可能エラー補正値に対応する正または負の閾値±Ｆ_Ｓを上回る場合、異なるステップが開始される。偏差Ｆが閾値＋Ｆ_Ｓを上回る（Ｆ＞＋Ｆ_Ｓ）場合、ステップＳ３ａにしたがい、複数の画像ラインの除去またはサプレスが行われる。偏差Ｆが閾値−Ｆ_Ｓよりも小さい場合（Ｆ＜−Ｆ_Ｓ）、ステップＳ３ｂにより、行のダブリングが開始される。偏差Ｆが−Ｆ_Ｓと＋Ｆ_Ｓとの間にある場合（−Ｆ_Ｓ＜Ｆ＜＋Ｆ_Ｓ）、画像情報ないしは画像信号は変更されないままになる。

自動スケーリング補正を行う本発明による方法は、動的なスケーリング補正をランタイムに実行するため、スティッチング法によって求めたシフト値を利用する。

冒頭に述べた動的なスティッチング法により、合成される画像の各画像ラインおよび各オーバラップ領域１５に対して、走行方向にシフト値が求められる。ここでこのシフト値は、それぞれ前側のセンサ素子１１〜１４における文書、すなわちスキャン原稿４の通過と、後側のセンサ素子１１〜１４における文書、すなわちスキャン原稿４の通過との間の画像ラインの間隔を示す。スティッチング法によりｎ番目の各画像ラインに対してのみシフト値が求められる場合、これらのシフト値を補間することにより、各行に対するシフト値を導出することができる。複数のオーバラップ領域１５がある場合、この新しい方法はまず、複数のオーバラップ領域１５のすべてのシフト値から平均値を形成する。例えば校正によって求められるかまたは固定にあらかじめ設定された目標値として、前側のセンサ素子と後側のセンサ素子１１〜１４間の物理的な間隔と目標値比較Ｓ２することにより、この新しい方法により、各画像ラインに対する相対的な偏差が求められる。

目標値からの偏差の原因として例えば以下の２つが考えられる。すなわち、
− 搬送速度と線周波数とが同期しない（滑りなど）
− 文書部分（画像ライン）が、前側のセンサと後側のセンサとの間のパスを最短の距離で進まない、が考えられる。これは、紙の運動および／またはループの形成によって発生し得る。

上記のメカニズムにより、文書が前側のセンサ素子と後側のセンサ素子１１〜１４間で平均して同じ長さのパス、例えば最小の距離を進むことを保証することができる場合、上記の方法は、複数の行の求めた偏差の適切なフィルタリングにより、例えば移動平均または重み付き移動平均により、スケーリング偏差を近似的に求め、画像のスケーリングにより、例えば画像ラインを除去するＳ３ａまたは画像ラインをダブリングするＳ３ｂによってこれを補正することができる。

１ スキャナ、 ２ 画像検出ユニット、 ３ ガラス板、 ４ スキャン原稿、 ５ 反射ローラ、 ６ ばね、 ７ 側方領域、 ８ 中央領域、 ９ 間隙、 １０ 探索領域、 １１ 第１センサ素子、 １２ 第２センサ素子、 １３ 第３センサ素子、 １４ 第４センサ素子、 １５ オーバラップ領域、 Ｓ１〜Ｓ４およびａ）〜ｇ） ステップ、 Ｓ 目標値、 Ｖ シフト値、 Ｆ 足し合わされた偏差（エラー）、 Ｆ_Ｓ エラー閾値

Claims (7)

1. スキャン原稿（４）をスキャンする複数の画像検出ユニット（２）を有するスキャナ（１）を用いて、スキャン過程中に自動的かつ動的にスケール補正する機能を備えた、大判スキャン原稿（４）をスキャンする方法であって、
   前記画像検出ユニット（２）は、少なくとも１つのオーバラップ領域（１５）を有するカスケード状に配置された少なくとも２つのセンサ素子（１１〜１４）から構成されており、
   前記画像検出ユニット（２）では、スティッチング法を用いて、前記センサ素子（１１〜１４）の少なくとも１つの前記オーバラップ領域（１５）における複数の画像情報を合成し、
   探索領域（１０）内の少なくとも１つの前記オーバラップ領域（１５）の画像情報を隈無く探索し、
   完全に一致する複数の画像情報を比較することにより、ｘ方向にもｙ方向にも複数のシフト値（Ｖｎ）を求める方法において、以下のステップ、すなわち、
   Ｓ１ ｎ個のシフト値（Ｖｎ）のｙ方向成分を補間することにより、合成される画像の各画像ラインに対して複数のシフト値（Ｖ）を導出するステップと、
   Ｓ２ 各画像ラインに対して相対的な偏差を求めるため、複数の前記シフト値（Ｖ）と目標値（Ｓ）とを比較し、前記画像情報をスケーリングするための最小可能エラー補正値に等しい値に総和が達するまで、複数の前記相対的な偏差を足し合わせるステップと、
   Ｓ３ 前記エラー補正値に対する前記値を採用することにより、前記画像情報ないしは画像信号をスケーリングするステップとを有する、ことを特徴とする方法。
2. ステップＳ１にしたがって複数のシフト値（Ｖ）を求めるため、複数の前記オーバラップ領域（１５）のすべてのシフト値（Ｖｎ）から平均値を形成する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記目標値（Ｓ）を、前側のセンサ素子と後側のセンサ素子（１１〜１４）との間の物理的な間隔から、特に校正によって求めるかまたは固定にあらかじめ設定する、
   請求項１または２に記載の方法。
4. ステップＳ３による前記スケーリングを、複数の画像ラインを除去する（Ｓ３ａ）またはダブらせる（Ｓ３ｂ）ことによって画像スケーリングとして行う、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. ステップＳ３による前記スケーリングを、線周波数および／またはモータ速度の補正によって行う、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. ステップＳ１にしたがってシフト値（Ｖ）を求める際には、複数の前記画像ラインの求めた複数の前記シフト値（Ｖｎ）のフィルタリングを行い、特に移動平均を求める、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. ステップＳ１にしたがってシフト値（Ｖ）を求めるため、それぞれ前側のセンサ素子（１１〜１４）における前記スキャン原稿（４）の通過と、後側のセンサ素子（１１〜１４）における前記スキャン原稿（４）の通過との間で画像ラインの間隔を求める、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。

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