JP3528729B2 - 刻印読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鋼板表面に
刻印された文字を認識して読取る刻印読取装置に関し、
特に刻印のある面をレーザ距離計で走査し、その距離の
違いから刻印を読取る場合に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】刻印は、刻印のない背景面より奥まって
いるので、例えばこの刻印を非接触で自動読取しようと
するとき、レーザ距離計を用いて刻印のある面を走査
し、刻印部分と背景部分との距離の違いに基づいて刻印
を読取ろうという提案は従来からある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
非接触でレーザ距離計で得られる刻印部分と背景部分と
の距離の違いは極僅かであり、例えばその距離の違いを
画素単位で輝度表示しても、刻印部分を背景部分と明瞭
に判別することは困難である。特に、仕上げ圧延されて
いない鋼板表面に刻印された文字は、鋼板表面自体がさ
ほど平滑でないため、人間の目にははっきり認識できて
も、レーザ距離計で得た距離の違いを輝度表示したもの
では、背景部分との識別が困難で、刻印を読取ることは
ほぼ不可能であった。

【０００４】本発明は前記諸問題を解決すべく開発され
たものであり、例えば仕上げ圧延されていない鋼板のよ
うに、背景部分が平滑でない面の刻印も正確に読取るこ
とができる刻印読取装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記諸問題を解決するた
め、本発明のうち請求項１に係る刻印読取装置は、刻印
の施された面をレーザ距離計で走査し、刻印のある刻印
部分とそうでない背景部分との距離の違いから刻印を読
取る装置であって、前記レーザ距離計で得られた距離の
大小を原画像として画素毎の輝度で表す原画像設定手段
と、この原画像の輝度を画素毎に微分し、それを微分画
像として輝度で表す微分画像設定手段と、前記原画像と
微分画像との輝度の差分値を求め、それをコントラスト
改善画像として輝度で表すコントラスト改善画像設定手
段と、このコントラスト改善画像から刻印を読取る刻印
読取手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】一般に、刻印の輪郭部分では輝度が急激に
変化しているので、原画像に刻印がある場合、これを微
分すると、刻印の輪郭部分だけが浮き出たような微分画
像が得られる。従って、原画像と微分画像との差分値を
とると、刻印の輪郭が強調され、コントラストが改善さ
れたコントラスト改善画像が得られる。また、本発明の
うち請求項２に係る刻印読取装置は、前記請求項１の発
明において、前記刻印読取手段は、前記コントラスト改
善画像のうち、所定の輝度以上又はそれ以下の画素を一
律な所定輝度に置き換えて、背景改善画像として表す背
景改善画像設定手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】一般に、背景部分に輝度の傾きがあると、
正規化相関法によるパターンマッチングで文字を認識す
ることができない。特に、刻印される面が平滑でなけれ
ばないほど、背景部分に輝度の傾きが生じるので、その
ような場合には、背景部分の所定の輝度以上又はそれ以
下の画素を一律な所定輝度に置き換えると、背景部分の
輝度の傾きがなくなって、正規化相関法によるパターン
マッチングを行いやすくなる。

【０００８】また、本発明のうち請求項３に係る刻印読
取装置は、前記請求項１又は２の発明において、前記刻
印が文字である場合、前記刻印読取手段は、正規化相関
法によるパターンマッチングで文字の中心を求めるパタ
ーンマッチング手段と、この中心が求められた文字の線
要素の有無を解析し、その組合せから当該文字を認識す
るストローク解析手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【０００９】線要素の有無の解析とは、一般的な刻印文
字に見られる線分を要素化、所謂セグメント化し、それ
があるかないかの組合せで、当該文字が何であるかとい
う認識を行うことである。ちなみに、ストロークとは、
一筆という意味があるので、ここでは線要素の有無の解
析並びにその組合せの解析をストローク解析という。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の刻印読取装置を、鋼板へ
の刻印文字を認識する装置として適用した一実施形態を
示す概略構成図である。この刻印文字認識装置では、ま
ず刻印の施された鋼板１の表面に対向配置されたレーザ
距離計２をコントローラ３で駆動して、当該鋼板１の表
面を走査、即ち表面上の一点一点までの距離を測定す
る。このレーザ距離計２による鋼板１表面各点の距離と
点の位置情報とを、例えばパソコンなどで構成される刻
印読取装置４に読込む。刻印読取装置４内の原画像設定
部５では、この読込まれた鋼板表面各点の距離と点の位
置情報とを基に、それらの距離の違いを輝度に置き換え
て画素毎に表示することで、例えば距離が遠い部分が暗
く、近い部分が明るい原画像を表す。従って、刻印部分
は暗く、背景部分は明るい原画像が得られる。この原画
像設定部５で表された原画像は微分画像設定部６で微分
され、各画素の輝度と隣合う輝度との差分値の和を輝度
で表した微分画像となる。この微分画像設定部６で表さ
れた微分画像は、コントラスト改善画像設定部７及び文
字切出し部１０で読込まれる。このうち、コントラスト
改善画像設定部７では、前記原画像設定部５で表された
原画像から、前記微分画像設定部６で表された微分画像
を減じて、両者の差分値を輝度で表したコントラスト改
善画像を作製する。

【００１１】前記コントラスト改善画像設定部７で表さ
れたコントラスト改善画像は、刻印読取部８の背景改善
画像設定部９に読み込まれ、ここで背景部の所定値以上
の輝度を一律の所定輝度で表して背景を改善した背景改
善画像を作製する。一方、前記文字切出し部１０では、
後述するプロジェクションにより刻印文字のある領域、
或いは刻印一文字ずつを切出し、その位置情報を、刻印
読取部のパターンマッチング部１１に送出する。このパ
ターンマッチング部１１では、前記切出された刻印文字
領域或いは刻印一文字の位置情報を基に、前記背景改善
画像設定部９で表された背景改善画像に対し、正規化相
関法によるパターンマッチングを行って、刻印文字の中
心を求める。そして、ストローク解析部１２では、この
パターンマッチング部１１で設定された刻印文字の中心
を用いて、前記背景改善画像設定部９で表された背景改
善画像の刻印文字一文字ずつのストローク解析、即ち刻
印文字線要素の有無を分析し、それらの組合せから刻印
文字認識を行う。なお、各画像は、モニタ１３に表示さ
れる。

【００１２】次に、前記刻印読取装置で行われる処理の
詳細について説明する。まず、前記原画像設定部で表さ
れる原画像の一例を図２に示す。同図から明らかなよう
に、肉眼でははっきり認識できる鋼板表面の刻印も、レ
ーザ距離計で測定した距離の違いを輝度で表した原画像
では、刻印部分と背景部分とさえも明瞭でないし、刻印
部分も、各刻印文字を明瞭に認識できるとは言えない。

【００１３】読取りにくい刻印文字の例として、図３ａ
のように背景部分の輝度に傾きがある（例えば広範にう
ねりがある場合など）や、図３ｂに示すように文字のコ
ントラストが弱い場合が挙げられる。このうち、文字の
コントラストが弱い場合には、輝度が変化する部分を抽
出して刻印文字の輪郭を強調すればよいのであるから、
前記微分画像設定部では、前述のようにして図４に示す
ような微分画像を求め、続く前記コントラスト改善画像
設定部では、それを原画像から減じて、両者の差分値を
輝度で表してコントラスト改善画像を得ることができ
る。これにより、刻印文字の輪郭が強調され、コントラ
ストの弱さが補正される。

【００１４】更に、前述のように背景部分の輝度に傾き
があると、正規化相関法によるパターンマッチングで刻
印文字を認識することができないので、前記背景改善画
像設定部では、前述のようにコントラストを強めたコン
トラスト改善画像のうち、図５に示すように輝度が一定
以上の画素を一律に所定の輝度に置き換えることで、背
景部分の輝度の傾きを除去することができる。

【００１５】このようにコントラストと背景を整えた画
像で刻印文字を正規化相関法によるパターンマッチング
で認識しようとしたが、本実施形態では、夫々の刻印文
字が類似しているために、認識率が低い結果が得られ
た。そのため、本実施形態では、先に刻印文字の切出
し、つまり刻印文字一文字一文字がどこにあるのかを求
め、その刻印文字の中心をパターンマッチングで求め、
それを基に、各刻印文字の線要素の有無の組合せで当該
刻印文字を認識することとした。

【００１６】この刻印文字の切出しには、プロジェクシ
ョンの技法を用いる。プロジェクションとは、図６ａに
示すように、例えば縦横方向への輝度の積分値（図では
濃度の積分値）を求め、その積分値が他の部分よりも突
出している部分に刻印文字があると推定するものであ
る。但し、原画像では、鋼板表面、即ち背景部分に鋼板
のうねりを表しており、そのうねりによる輝度変化の成
分が積分値に加えられてしまう。そこで、本実施形態で
は、図６ｂに示すように、前記微分画像を用いること
で、所謂ハイパスフィルタ的に鋼板表面のうねりの成分
を除去することとした。図６ｃには、このようにして求
めた刻印文字の領域の切出しを示すが、特に、この微分
画像では、刻印文字の輪郭部分が強く明るく表れるの
で、刻印文字のある領域のみならず、刻印一文字ずつも
輝度積分値で正確に判別することができる。

【００１７】図７ａには、上方の微分画像の１，２，…
５，の刻印文字と、その輝度の積分値との関係を示す
が、凡そ刻印文字同士の間は或る程度の間隔があるの
で、輝度の積分値にヒストグラムのような山と谷が表れ
る。そこで、前述のように切り出された刻印文字領域で
再びプロジェクションを行い、輝度の積分値を求める。
この場合は、刻印文字が５つなので、文字ピッチとして
必要な間隔点は６点になる。従って、前記刻印文字領域
の切出し位置始点から、文字間隔ピッチ６点の輝度の積
分値の累積を行い、それを位置画素ずつずらしながら求
め、累積値の最も少ない文字ピッチを刻印文字切出しピ
ッチに設定する。図７ｂ、ｃに二つの刻印文字の一文字
ずつの切出しを示すが、何れも背景部分は刻印文字の状
況に対して刻印文字を一文字ずつ上手く切り出している
ことが分かる。

【００１８】このようにして刻印文字の位置が定まった
ら、各刻印文字のある領域毎にパターンマッチングを行
うことにより、比較した辞書と読取り対象刻印文字との
相関値Ａと刻印文字中心位置を求めることができる。こ
の中心位置を使って、線要素の有無を調べる領域を求
め、その領域内の輝度から線要素の有無を求める。本実
施形態の刻印文字の場合、図８にしめすａ〜ｍの線要素
がある。つまり、各刻印文字は、これらの線要素、所謂
セグメントの組合せで表示されているのである。例え
ば、２という刻印文字は、図９に示すように、ａ，ｄ，
ｉ〜ｍという線要素がなく、残りのｂ，ｃ，ｅ〜ｈとい
う線要素の組合せで構成されている。また、５という刻
印文字は、ｂ，ｃ，ｉ〜ｍという線要素がなく、残りの
ａ，ｄ〜ｈという線要素の組合せで構成されている。つ
まり、刻印文字２と５とは、特にａ〜ｄという線要素が
あるかないか、或いはそれらと残りの線要素がどのよう
に組合わせられているかによって認識することができる
のである。表１に、種々の数字やローマ字の刻印文字
が、どのような線要素の組合せで構成されているかを示
す。

【００１９】

【表１】

【００２０】この表１から明らかなように、線要素の有
無を解析し、その組合せを比較すれば、当該刻印文字が
何であるかを認識することができる。例えば図１０で
は、前述のようにして刻印文字を切出し、その中心位置
を求めてエリアを設定し、線要素の有無を解析したもの
である。同図では、ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの各線要素
があり、残りの線要素がないことから、刻印文字は３で
あると認識することができる。

【００２１】このように刻印文字認識装置を構成したた
め、本実施形態では、刻印文字の認識率を９７％まで大
幅に向上することが可能となった。なお、刻印は必ずし
も文字でなくともよく、予め設定された文様を読取らせ
ることも可能である。また、刻印を施す対象は鋼板に限
らず、あらゆるものを対象とすることができる。また、
特に背景部分に輝度の傾きがない場合には、前述した背
景改善画像を設定する必要がない場合もある。また、正
確に刻印文字を線要素に分解できない場合には、前述し
た正規化相関法によるパターンマッチングだけで当該文
字を認識するようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る刻印読取装置によれば、レーザ距離計で得ら
れた刻印の施された面までの距離の大小を原画像として
画素毎の輝度で表すと共に、この原画像の輝度を画素毎
に微分して微分画像として輝度で表し、両者の差分値を
コントラスト改善画像として輝度で表すことにより、刻
印の輪郭が強調され、コントラストを改善することがで
きるので、そこから刻印を読取り易くなる。

【００２３】また、本発明のうち請求項２に係る刻印読
取装置によれば、コントラスト改善画像のうち、所定の
輝度以上又はそれ以下の画素を一律な所定輝度に置き換
えることにより、背景部分の輝度の傾きがなくなり、正
規化相関法による刻印文字のパターンマッチングを行い
やすい背景改善画像を得ることができる。また、本発明
のうち請求項３に係る刻印読取装置によれば、コントラ
スト改善画像又は背景改善画像に対し、正規化相関法に
よるパターンマッチングで文字の中心を求め、この中心
が求められた文字の線要素の有無を解析し、その組合せ
から当該文字を認識する構成としたため、刻印文字の認
識率を飛躍的に向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の刻印読取装置を鋼板の刻印文字認識装
置に展開した一実施形態の概略構成図である。

【図２】図１の刻印文字認識装置で設定された原画像の
説明図である。

【図３】図１の刻印文字認識装置で認識しにくい刻印文
字の説明図である。

【図４】図１の刻印文字認識装置で設定されたコントラ
スト改善画像の説明図である。

【図５】図１の刻印文字認識装置で設定された背景改善
画像の説明図である。

【図６】図１の刻印文字認識装置で設定された刻印文字
領域切出しの説明図である。

【図７】図１の刻印文字認識装置で設定された刻印文字
切出しの説明図である。

【図８】ストローク解析の説明図である。

【図９】刻印文字のストローク解析の一例の説明図であ
る。

【図１０】図１の刻印文字認識装置で設定されたストロ
ーク解析の説明図である。

【符号の説明】

１は鋼板 ２はレーザ距離計 ３はコントローラ ４は刻印読取装置 ５は原画像設定部 ６は微分画像設定部 ７はコントラスト改善画像設定部 ８は刻印読取部 ９は背景改善画像設定部 １０は文字切出し部 １１はパターンマッチング部 １２はストローク解析部 １３はモニタ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刻印の施された面をレーザ距離計で走査
   し、刻印のある刻印部分とそうでない背景部分との距離
   の違いから刻印を読取る装置であって、前記レーザ距離
   計で得られた距離の大小を原画像として画素毎の輝度で
   表す原画像設定手段と、この原画像の輝度を画素毎に微
   分し、それを微分画像として輝度で表す微分画像設定手
   段と、前記原画像と微分画像との輝度の差分値を求め、
   それをコントラスト改善画像として輝度で表すコントラ
   スト改善画像設定手段と、このコントラスト改善画像か
   ら刻印を読取る刻印読取手段とを備えたことを特徴とす
   る刻印読取装置。
2. 【請求項２】 前記刻印読取手段は、前記コントラスト
   改善画像のうち、所定の輝度以上又はそれ以下の画素を
   一律な所定輝度に置き換えて、背景改善画像として表す
   背景改善画像設定手段を備えたことを特徴とする請求項
   １に記載の刻印読取装置。
3. 【請求項３】 前記刻印が文字である場合、前記刻印読
   取手段は、正規化相関法によるパターンマッチングで文
   字の中心を求めるパターンマッチング手段と、この中心
   が求められた文字の線要素の有無を解析し、その組合せ
   から当該文字を認識するストローク解析手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の刻印読取装
   置。