JP3606151B2 - 画像入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像入力装置に関し、特に、画像認識を行って郵便物を区分するために郵便物を光源によって照らし、その照らされた部分のモノクローム画像及びカラー画像を入力する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像入力装置が搭載されるのは、一般にフラットと呼ばれる定型外郵便物を区分する装置（以降フラットメール区分機）である。従来のフラットメール区分機は画像入力装置でフラットメール表面のイメージ全てを文字認識の可能な分解能の細かいモノクローム画像で読み込み、その全画像情報から宛名を認識処理し、フラットメールを区分していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フラットメールは定型郵便物よりも処理面積が大きく、また宛名以外に複雑で様々な模様・文章が印字されているケースが多いため、高分解能のフォーマットを使用するとモノクローム画像の情報量が非常に大きなものとなってしまう。その中から宛名部分だけを認識処理することは時間のかかる困難なものとなる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明の目的は、フラットメール区分機において、カラー情報を用いて宛名領域を検知しその領域に対して文字認識の処理を行わせることによってより高速にフラットメールの区分を可能にするための画像入力装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像入力装置は、被写体を一定方向に移動させる搬送手段と、前記搬送手段により一定方向に搬送される被写体に向けて光線を照射する光源及びこの光源からの熱線をカットして可視光線を透過させるフィルタを有する照明手段と、前記光線が照射された前記被写体を搬送方向と交差する線状の視野で撮像するモノクローム及びカラーの撮像手段と、前記照明手段の光源と前記フィルタとの間に空気流を生成して強制空冷する空冷手段とを備え、前記モノクロームの撮像手段の分解能は文字認識に適した高解像度に、また、前記カラーの撮像手段の分解能は領域検出に適した低解像度に設定されると共に、
前記撮像手段は、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段とを備え、
前記光電変換手段は、モノクローム及びカラーでそれぞれ、直線状に受光素子を並べたモノクロームイメージ撮像用のリニアアレイＣＣＤ及びカラーイメージ撮像用のカラーリニアアレイＣＣＤで構成され、更に、前記モノクローム及びカラーのリニアアレイＣＣＤの一部を遮光する遮光手段を備えていることを特徴とする構成を有する。
【０００６】
そして、文字認識が可能な細かい分解能を有したモノクロームの撮像手段と、宛名領域の検知に十分な粗い分解能を有したカラーの撮像手段により別個に同位置の画像を取り込み、カラー画像から宛名領域を検知し、その領域だけに対して高解像度のモノクローム画像を用いて文字の認識処理を行うことにより高速の文字認識を可能とし、より高速にフラットメールの区分を行えるようにした。宛名領域の色はフラットメール自体やその他模様等の色とは異なるケースが多いので、粗いカラー情報を元にした宛名領域の検知は十分に有効である。
また、前記照明手段には、空気流を生成して光源とフィルタを強制空冷する空冷手段が設けられているので、熱線を伴う高出力の光源の使用が可能となり、必要とされるＳ／Ｎ比を確保するためのＣＣＤの露光時間も短縮されて、フラットメールの区分作業が一層高速化される。更に、十分な照度の照射深度が得られるため、厚みの異なるフラットメールに対処することができるようになる。
しかも、撮像手段には、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段を設けているので、モノクローム画像とカラー画像に対する画像処理を実質的に同時に実施することが可能となり、領域検出および文字認識に必要とされる処理時間が短縮され、フラットメールの区分作業を大幅に高速化することができる。
更に、モノクローム及びカラーのリニアアレイＣＣＤの一部を遮光することにより、通常の市販のリニアアレイＣＣＤを利用して線状の視野を有する撮像手段を得ることが可能であり、また、線状の視野で撮像することによってデータの転送量を減らして全体的な処理の流れを高速化することができる。なお、データ転送が行われるのが遅い部分を遮光するのが原則である。
【０００７】
そして、モノクローム用のビデオ信号処理手段は、包絡線検知手段とアナログデジタル変換手段を備え、カラー用のビデオ信号処理手段はアナログデジタル変換手段と画像補正手段を備え、
包絡線検知手段は、前記被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を備え、この修正手段が、被写体の正反射によって生じる背景の照度上昇を検知して包絡線の時定数を短縮する機能と、背景の照度が通常の状態に復帰したことを検知して包絡線の時定数を元の状態に戻す機能とを有する。
【０００８】
包絡線検知手段により背景の照度を基準レベルとして検出してモノクローム画像を２値化するようにしているため、照明手段による照明ムラや、撮像手段に設けられたレンズのシェーディング（周辺露光不足）等を実質的に解消して明瞭な画像データを得ることが可能であり、文字認識の精度が向上する。また、カラー用のビデオ信号処理手段には、デジタル変換された画像データに対して補正処理を施す画像補正手段が配備されているため、配光補正や白補正（ホワイトバランス調整）等を行うことができ、領域検出に関わる処理を的確に実施することが可能となる。
更に、包絡線検知手段は、被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を備えており、この修正手段は、被写体の正反射によって生じる背景の照度上昇を検知して包絡線の時定数を短縮する機能と、背景の照度が通常の状態に復帰したことを検知して包絡線の時定数を元の状態に戻す機能とを有する。被写体に正反射が生じて照度が上昇した場合には基準レベルが上昇してコントラストが圧縮されることにより文字認識に不利な状態となるが、時定数の短縮によりこの期間を短縮することができるので、全体としての文字認識の精度を向上させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、撮像手段のモノクローム及びカラーの光路を共に搬送手段の搬送方向に対して略直交させ、搬送手段の搬送方向に沿って可能な限り接近して配置した第１の実施形態の構成について図１〜図１０を用いて説明する。
【００１０】
図１において、フラットメール等の郵便物２は搬送ベルト１に載せられて一定速度で移動する。光電センサ３は、郵便物２の先端部の通過を検知しその検知信号を電源ユニット６を経由して認識ユニット１１へ出力する。ロータリーエンコーダ９は搬送ベルト１の速度に比例した周期のパルスを生成し電源ユニット６へ出力し、光電センサ３を通過した後の郵便物２の移動量はロータリーエンコーダ９からの出力パルス数によって認識される。より具体的には、画像取り込みの開始タイミングはロータリーエンコーダ９からの出力パルスの数として予め設定されており、郵便物２の通過を検知してリセットされたカウンタがこの設定値をカウントしたときに電源ユニット６から認識ユニット１１へ画像取り込み信号が出力されるようになっている。空気供給ユニット７はエアーダクト８を介して照明ユニット４とカメラユニット５へ空冷のための空気を供給する。照明手段となる照明ユニット４，４は郵便物２を全体的に強力な光線で照射するものであり、モノクローム及びカラーの両方のカメラ視野１２を挟んで、その両側に１台ずつ具備されている。
【００１１】
ここで図２を参照して照明ユニット４の構成を説明する。照明ユニット４は、光源を内蔵した照明モジュール１５と照明ボックス１６で構成される。この照明ボックス１６内部へは図１で示す空気供給ユニット７からエアーダクト８を介して空気が送風され、照明モジュール内部の光源、雰囲気、及びその前面にある熱線カットガラス１７を空冷し、排気口１８にて排出される。熱線カットガラス１７は可視光領域では透過率が均一で良好、近赤外線から赤外線領域では透過率が０に近いフィルタとしての機能を備える。これにより搬送ベルト１上に照射される照明の照度の低下を極力小さくしてかつ熱線の照射を減少させている。
【００１２】
外部ガラス１９は可視光から赤外線領域まで透過率が均一で良好であり、熱線カットガラス１７を透過してくる残留の熱線を吸収することはない。そのためそれ自身が熱をもつことによる外部粉塵による焼き付きを生じることはなく、また外部からの衝撃による耐久性の劣化なども生じることはない。
【００１３】
次に図３を参照にして本発明の第１の実施形態の回路構成について説明する。図３に示すように、撮像手段となるカメラユニット５は郵便物２の表面からの反射光２０及び２１に対し以下に示す構成となる。
【００１４】
反射光２１に対しては、モノクローム用レンズ２８により集光し結像された像を受けるモノクローム用リニアアレイタイプＣＣＤ３１と、光電変換するＣＣＤ回路３４と、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３５と、ＣＣＤ回路からの電気信号を増幅し信号レベルを正規化してデジタル変換するビデオ信号処理回路３７と、ビデオ信号をパラレルシリアル変換し光信号に変換して認識ユニット１１の文字認識処理部４１へ送出する画像データ伝送回路３９とを備えている。
【００１５】
反射光２０に対しては、カラー用レンズ２７により集光し結像された像を受けるカラー用リニアアレイタイプＣＣＤ３０と、光電変換するＣＣＤ回路３２と、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３３と、ＣＣＤ回路３２からの電気信号を増幅し信号レベルを正規化してデジタル変換を行いさらに配光・色補正されたデータを出力するビデオ信号処理回路３６と、ビデオ信号を外部へパラレル転送するカラー画像データ伝送回路３８とを備えている。ビデオ信号処理回路３６は画像補正手段の一部である。
【００１６】
また、カメラユニット５には認識ユニット１１からの補正エラー信号を受けて、補正エラーを表示する補正エラー表示ＬＥＤ（Light Emission Diode）４４を備えている。
【００１７】
電源ユニット６は、図４に示すように、光電センサ３の信号をロータリーエンコーダ９が生成するパルスに従い一定時間遅延させ外部へ送出するメール先端・末端信号生成回路４６と、ランプファン４５などの各種アラームを検出し外部へ出力するアラーム信号生成回路４７と、電源４８と、メンテナンスのため通電時間を積算表示するアワーメータ４９と、電源ブレーカ５０から構成されている。
【００１８】
認識ユニット１１は、モノクローム画像データ伝送回路３９からのモノクローム画像データに対し文字認識処理を行う文字認識処理部４１と、カラー画像データ伝送回路３８からのカラー画像データに対し宛名領域検知処理を行い検知した宛名領域情報４３を文字認識処理部４１へ送る宛名領域検知部４２と、補正データ生成時にカラー用ビデオ信号処理回路３６から送出される基準信号に対し配光・色補正を行って補正されたデータをそのビデオ信号処理回路３６に記憶させる配光・色補正データ生成部４０からなる。
【００１９】
次に第１の実施形態の動作について説明する。図１に示すように郵便物２は斜めに傾けられたまま搬送ベルト１によって速度１．５ｍ／ｓにて一定速度で搬送される。カメラ視野１２の手前に設置された透過型の光電センサ３からの信号によって画像取り込みのタイミングが電源ユニット６を経由して認識ユニット１１へ入力される。
【００２０】
光電センサ３を通過してカメラ視野１２に到達した郵便物２は、カメラ視野を通過する際にカメラユニット５によって次のように撮像される。
【００２１】
２台の照明ユニット４は、必要な被写界深度（例えば５０ｍｍ）の深さで均一の配光分布でかつ一定の照度を保って視野範囲を照明している。照明ユニット４は、カメラ光軸を挟む形でほぼ４５度の角度で照射するよう取り付けられている。この配置により、被写体の凹凸による影、ビニール封筒などによる正反射の発生の軽減が図られている。
【００２２】
郵便物２の表面からの反射光２０（又は２１）は図３に示すように光路を屈折するための２枚のミラー２２で２度ずつ反射された後にレンズ２７（又は２８）によってＣＣＤ３０（又は３１）に結像する。
【００２３】
ミラー２２は限られたスペースの中で光路長をできるだけ長くしフラットメールの厚さ変動に伴う画像の倍率変動を極力抑えるために使用しており、本実施形態ではモノクローム画像として取り込む反射光２１とカラー画像として取り込む反射光２０の光路がほぼ左右対称となるようミラー２２を配置し、それぞれ光路を４回折り返して省スペース化を図っている。また、照明ユニット４からの光が強力であるため、フラットメールの厚さが或る程度変動しても、その表面の照度の変動が僅かで済むといったメリットがある。
【００２４】
図３に示すように、両レンズ２７、２８の前にはシェーディング補正板２６、偏光フィルタ２４、赤外カットフィルタ２５がそれぞれ配置され、さらにカラー用レンズ２７の前には色補正用フィルタ２３が備えられている。
【００２５】
シェーディング補正板２６は例えば半円形状であり、光束の中心部を減光してレンズ自身の特性によるシェーディング（明るさのムラ）を補正する。中央から外周部に向けて濃度が減少するニュートラルデンシティフィルタを利用することも可能である。
【００２６】
赤外カットフィルタ２５は照明光に残留する近赤外線から赤外線をカットし、ボールペンなど近赤外光で反射するインクで記入された文字のコントラストを高める。
【００２７】
偏光フィルタ２４はビニールなど鏡面反射を生じやすい包装材で包まれた郵便物からの正反射光を抑制し画像のコントラストを確保する。
【００２８】
色補正フィルタ２３は、照明が高輝度でオレンジ色の高圧ナトリウムランプの場合、青から緑の色はそのまま透過させ赤色成分のみ減光透過させるものを用い、粗く色バランスを調整するために配置している。なお、ここでいう色補正はカラーバランスの調整のみを意味するものではなく、色温度の補正概念も含む。
【００２９】
例えばモノクローム用レンズ２８をスキャン方向分解能８．６本／ｍｍの倍率で、カラー用レンズ２７をスキャン方向分解能４．３本／ｍｍの倍率で共に視野３００ｍｍを取り込むように選定する。するとモノクロームＣＣＤ３１で実使用される画素数は２５８０画素（＝８．６（画素／ｍｍ）×３００ｍｍ）、カラーＣＣＤ３０で実使用される画素数は１２９０画素（＝４．３（画素／ｍｍ）×３００ｍｍ）となる。なお、ここでいうスキャン方向とは図１における上下方向を意味し、これが撮像手段における線状の視野であって、搬送ベルト１の送り方向とは交差する。モノクロームＣＣＤ３１における８．６本／ｍｍは文字認識に十分な解像度であり、また、カラーＣＣＤ３０における４．３本／ｍｍは領域検出に十分な解像度である。
【００３０】
ＣＣＤ３１（又は３０）はレンズ２８（又は２７）で結像した光を電気信号へ変換する。
【００３１】
低コスト化のためＣＣＤはモノクローム、カラー共に上記使用画素以上の画素数を有した汎用のものを使用しているが、搬送方向の分解能を上げるため露光時間を全画素転送時間以下にして用いている。その際、露光済み画素の転送途中に次の露光が重なることによるイメージ品質劣化を避けるため、遮光手段としての遮光板２９を用い、実使用画素以外は露光しないようにしている。
【００３２】
ここで、遮蔽板とＣＣＤの隙間から回折による光漏れが生じ遮蔽板端部でも若干露光してしまうことを考慮しなければならない。そのため実使用画素に加えてそれに連続する未使用画素の一部も空転送している。この結果、実際の露光時間は実使用画素に空転送画素分を加えたものとなる。洩光した未使用画素は空データ（マージン）として処理されるので露光の重なりは生じない。
【００３３】
モノクロームＣＣＤ回路３４から出力されるビデオ信号はモノクローム用のビデオ信号処理回路３７にてＡ／Ｄ変換される。
【００３４】
図５に示したようにＡ／Ｄ変換回路５３によってデジタル化するための基準レベル５２は紙面レベルの包絡線を生成する背景追従信号生成回路５１の出力信号を用いている。この結果、照明ムラやレンズシェーディングによる紙面の明るさムラを補正し均一な明るさのイメージを得ることができる。背景追従信号生成回路５１は包絡線検知手段の一部である。
【００３５】
図６（ａ）に示すように通常の拡散光が取り込まれる場合、そのビデオ信号５９を追従しＡ／Ｄ変換の基準レベル５２となる包絡線追従信号５８は紙面レベル５６に対して点在する文字程度の幅の黒レベル５７にはほとんど追従しないほど長い時定数をもっており、これにより紙面と黒文字とのコントラストをほとんど保持したままイメージを取り込むことができる。
【００３６】
ところが図６（ｂ）に示すように角度的に偏光フィルタを透過して正反射光が取り込まれてしまう場合、そのビデオ信号６１は紙面レベルよりも値が極端に大きいレベル６２となり、通常の包絡線追従信号５８では被写体からの光線が通常の紙面レベルの拡散光に戻っても長い時定数のため紙面レベルまで下がるのに時間がかかる。その期間、基準レベル５２が紙面レベル５６よりも大きくなっているため、紙面レベル自体がコントラストを持って黒っぽくなってしまい、暗部のコントラストが圧縮されて紙面と黒文字とのコントラストも低くなったイメージとなってしまう。
【００３７】
その弊害を避けるため、包絡線信号が紙面レベルより上のある判定レベル５５以上になった場合に比較器５４を用いてそれを検知し、その際には包絡線の時定数が短くなるように切り替える回路構成としている。それにより正反射光入射時は包絡線追従信号６０をより早く正常の紙面レベルに下げることができ、画像のコントラスト劣化部分を短期間に抑えることができる。そして、紙面レベル５６に下がった場合には同様の検知により通常の時定数に戻すという回路構成としている。これが正反射に対処するための修正手段の機能である。
【００３８】
カラーＣＣＤ回路３２から出力されるビデオ信号はカラー用のビデオ信号処理回路３６にてＡ／Ｄ変換される。
【００３９】
図７に示したように、Ａ／Ｄ変換回路６３によってデジタル化された画像信号は、補正モード切替スイッチ６６がＯＦＦの通常の場合、画素カウンタ６４による画素カウンタ値と合わせて書き込み可能なＲＯＭ６５（記憶装置）のアドレス値として入力され、あらかじめ書き込まれている補正データが出力される。
【００４０】
例えば図８に示すように、画素カウンタ６４のカウンタ値６７を上位１１ビット、画像の入力信号６８を下位１０ビットとして２１ビットの一つのＲＯＭアドレス６９とし、補正データ曲面７０により一義に対応する８ビットの出力信号７１を出力する。
【００４１】
この補正データ曲面７０は配光・白補正データの生成により定まる。それにはまず図７のカラー用ビデオ信号処理回路３６の補正モード切替スイッチ６６をＯＮにする。そして停止させた搬送ベルト１上のカメラ視野１２に特定の白基準板を設置し、その基準板のイメージをカラーＣＣＤ３０にて取り込む。Ａ／Ｄ変換されたビデオ信号は配光・白補正を行う基準信号として認識ユニット１１の配光・色補正データ生成部４０に送出される。
【００４２】
配光・色補正データ生成部４０には例えば数十ライン分のデータが送られる。そしてまず各色毎にその数十ライン間で平滑化のためのメディアン処理を行いラインスキャン毎の電気的ノイズを除去した１ラインスキャン分の配光データ７３を求め、さらに図９に示すようにそのラインデータに対しメディアン処理を行い基準板の汚れや画素間の歪みを除去した上でその配光形状を滑らかに近似する曲線７４を３次のスプライン補間により求める。
【００４３】
ここで求めた配光近似曲線７４の最大値がある最大規定値以上または最小規定値以下である場合、または最大値に対する最小値の比率が８０％以下である場合には補正エラーと判定しカメラユニット５の補正エラー表示ＬＥＤ４４にエラー表示がなされる。このエラー検知機能によって、基準板の設置が悪いか、照明の経時劣化によりランプ交換の時期がきているか、またはランプがもともと基準外のものであるかを知ることができる。
【００４４】
そして、その配光近似曲線７４を基準値７２に合わせるためのファクタ、つまり、配光補正および白補正のためのファクタを補正データ生成手段の演算機能（プログラム）によって求め、入力され得る全てのデータに対しそのファクタ（補正データ）を掛けて対応する出力データとし、それを1ライン分のＬＵＴ（Look Up Table）としてＲＯＭ６５に書き込むことにより補正データ曲面７０が定まる。この補正データは各画素の位置に固有のもので、ＲＯＭ６５に関連して前述した通り、ＬＵＴ上では画素カウンタの値を媒介として各補正データ（補正データ曲面７０上の値）と、この補正データを適用すべき入力データとの関係が対応づけられている。
【００４５】
具体的には、配光近似曲線７４のある画素での計算は、
（出力データ）＝（基準値７２）／（配光近似曲線７４）＊（入力データ）
となる。
【００４６】
なお、入力データは１０ビットすべての場合の値、基準値７２は８ビットのある一定値、配光近似曲線７４の値は１０ビットの曲線上の値、出力データは右辺で計算された８ビットの値である。但し、図８に示すように、基準値７２を出力データが超えてしまう場合には入力データに関わらず基準値７２を出力データとする。この処理は、補正データ読出手段（プログラム）の処理により、画像データの取り込みの度に繰り返し実行される。
【００４７】
ここで各色の基準値７２を一致させることにより配光補正と同時に白補正も行う。ＬＵＴとしてＲＯＭ６５に書き込み出力させる補正データは、この８ビット×３色の他、４ビット×３色、２ビット×３色などいずれにも対応することができる。
【００４８】
このＲＯＭ６５に補正データを書き込む作業を定期的に行うことにより、照明の色温度の低下等の経時的変化、配光の経時的変化等を吸収することができる。
【００４９】
また、本願の画像入力装置で使用する照明装置は、広い容積の範囲を強照度で照射する必要があるため大パワーの光源を用いる必要がある。例えば、高圧ナトリウムランプの場合、１５０Ｗのランプが２灯必要となる。これに伴いランプ直接の熱線の放射、及び周囲の高温化による２次的な熱線の放射が生じ、特に熱を吸収しやすい材質でできた郵便物２が長時間搬送ベルト１の照明照射位置に停止してしまった場合、郵便物２の劣化が生じ得る。また照明ユニット４特にランプ管７６（光源）の寿命も短くなり、ランプの交換サイクルが早まり保守性が悪くなると考えられる。
【００５０】
これを回避するため、照明ユニット４にはエアーダクト８により空気を送風し強制空冷させる構造にしている。
【００５１】
図１０に照明ユニット４のエアーフローを示す。照明ボックス１６の吸気口７７から流入したエアーは、一つは照明モジュール１５内部を通り、ランプ管７６、熱線カットガラス１７及びモジュール１５の内側を空冷し、一方は、照明モジュール１５の外部を通り、熱線カットガラス１７及び照明モジュール１５の外側を空冷する。その後暖まったエアーは排気口１８を通し照明ユニット４外へ排出される。
【００５２】
内側の熱線カットガラス１７で熱線をカット・吸収し、また外側窓ガラス１９の熱線の吸収率は十分低いため、外側窓ガラス１９自体が残留の熱線を吸収し高温化することによる２次的熱線の放射は小さい。この空冷構造により、照明ユニット４による搬送ベルト１上への熱線の照射は極力抑え、かつ照明ユニット４自身の保守性も高めることができる。
【００５３】
なお、上記で示した視野、分解能、搬送速度などの数値は一例にすぎず、本発明はこれに制限されるものではない。
【００５４】
次に、モノクローム及びカラーの光路を撮影面から結像手段に至る光路の前半部分で同一とし、光路途中に設けた光路分岐手段によってモノクローム及びカラーの結像手段に分岐させるようにした第２の実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。
【００５５】
本実施形態は、第１の実施形態において、郵便物２に対するモノクロームとカラーのカメラ視野１２を完全に一致させたものであり、図１１に示すように第１の実施形態とはカメラユニット５内部の光学系の構成が異なる。
【００５６】
図１１においてカメラ光軸１３は搬送ベルト面１に対し垂直であり、撮影面から結像手段に至る光路の前半部分ではモノクロームとカラーで一致したものとなる。郵便物２からの表面反射光の一部は半透過ミラー１０１を透過して透過光２０となり、この透過光２０が光路を冗長するための４枚のミラー２２により折り返し反射されてカラー用レンズ２７に到達する。また、郵便物２からの表面反射光の残りは光路分岐手段を構成する半透過ミラー１０１によって反射されて反射光２１となり、光路を冗長するための３枚のミラー２２により折り返し反射されてモノクローム用レンズ２８に結像される。
【００５７】
このように、モノクロームとカラーの視野が完全に一致しているため、宛名領域の検知をより正確に行うことができる。特に第１の実施形態では郵便物２の厚さが増すとモノクロームとカラーの視野のずれが大きくなる傾向にあり、搬送する郵便物２に厚さの制限があるが、本実施形態の場合はモノクロームとカラーの光軸が完全に一致し、しかも、郵便物２の表面に対して略直角となっているので、郵便物２の厚さの変化に確実に対処できるといったメリットがある。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について図１２を参照して簡単に説明する。
【００５９】
本実施形態は、第１の実施形態におけるカメラユニット５と照明ユニット４と空気供給ユニット７と電源ユニット６を一体化したものであり、構造上、照明手段となる照明ユニット４が１つであり、照明ユニット４の光軸２０３が搬送手段の搬送方向１４と鋭角を成し、かつその角度２０４が、モノクローム及びカラーの光軸１３と搬送手段の搬送方向１４が成す角度２０５と異なっているという特徴を有する。
【００６０】
図１２に示すように一体化筐体２０１の内部には第１の実施形態と同様の照明モジュール１５とカメラユニット５と電源ユニット６が内蔵されている。ここで照明モジュール１５は隔壁２０２で仕切られた空間に収納されている。なお、図１２ではカメラユニット５のミラー２２、モノクローム用レンズ２８、カラー用レンズ２７のみを図示しており、カメラユニット５の他の構成物及び電源ユニット６等は省略している。
【００６１】
本実施形態では、搬送方向１４に対して照明光の光軸２０３とカメラの光軸１３は鋭角であり、なおかつ照明光の光軸２０３と搬送方向１４がなす角度２０４は、カメラの光軸１３と搬送方向１４がなす角度２０５より小さい配置としている。そのため、ビニルなど鏡面反射しやすい材質の包装材で包装された郵便物の正反射によるハレーションなどのイメージ不良を抑える構成となっている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の画像入力装置によれば、カラー情報によりフラットメールの宛名領域を検知しその領域に対してだけ文字認識の処理を行うことにより高速かつ高精度にフラットメールを区分することが可能となる。
また、照明手段には空気流を生成して光源等を強制空冷する空冷手段が設けられているので、熱線を伴う高出力の光源、例えば、高圧ナトリウムランプ等の使用が可能となり、必要とされるＳ／Ｎ比を確保するためのＣＣＤの露光時間も短縮されて、フラットメールの区分作業が一層高速化される。更に、十分な照度の照射深度が得られるため、厚みの異なるフラットメールに対処することができるようになる。
更に、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段を設けたので、モノクローム画像とカラー画像に対する画像処理を実質的に同時に実施することが可能となり、領域検出および文字認識に必要とされる処理時間を大幅に短縮することができるようになる。
このうち光電変換手段に関してはリニアアレイＣＣＤで構成し、その一部を遮光手段で遮光することによって必要な線状視野を得るようにしているので、市販のＣＣＤを流用して撮像手段を構成することが可能であり、装置のコストの低減化に有利である。また、線状の視野で撮像するためデータの転送量も少なくて済み、全体的な処理の流れを高速化することが可能である。
【００６３】
更に、モノクローム用のビデオ信号処理手段の包絡線検知手段により背景の照度を基準レベルとして検出してモノクローム画像を２値化するようにしているため、照明手段による照明ムラや撮像手段に設けられたレンズのシェーディング等を実質的に解消して明瞭な画像データを得ることが可能であり、文字認識の精度が向上する。また、カラー用のビデオ信号処理手段の画像補正手段による配光補正や白補正等を施すようにしているため、領域検出に関わる処理を的確に実施することができる。
また、包絡線検知手段には被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を設け、この修正手段によって包絡線の時定数を調整するようにしているので、正反射等によって背景の照度が上昇して文字のコントラストが低下した場合であっても早急にコントラストを正常な状態に戻すことが可能であり、全体としての文字認識の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図1の照明ユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図１の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】図１の電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】図３のモノクローム用ビデオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）は通常の拡散光の場合のビデオ信号と包絡線追従信号の関係を示す波形図、図６（ｂ）は正反射光の場合のビデオ信号と包絡線追従信号の関係を示す波形図である。
【図７】図２のカラー用ビデオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図８】図７のＲＯＭに対する入出力を説明する図である。
【図９】配光補正データの導出方法を説明する図である。
【図１０】照明ユニット４の内部のエアーフローを示す図である。
【図１１】本発明における第２の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明における第３の実施形態の概略の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 搬送ベルト（搬送手段）
２ 郵便物
３ 光電センサ
４ 照明ユニット（照明手段）
５ カメラユニット（撮像手段）
６ 電源ユニット
７ 空気供給ユニット
８ エアーダクト
９ ロータリーエンコーダ
１０ マウントラック
１１ 認識ユニット
１２ カメラ視野
１３ カメラ光軸
１４ 搬送方向
１５ 照明モジュール
１６ 照明ボックス
１７ 熱線カットガラス（フィルタ）
１８ 排気口
１９ 外部窓ガラス
２０ 反射光（カラー）
２１ 反射光（モノクローム）
２２ ミラー
２３ 色補正フィルタ
２４ 偏光フィルタ
２５ 赤外カットフィルタ
２６ シェーディング補正板
２７ カラー用レンズ
２８ モノクローム用レンズ
２９ 遮光板
３０ カラーＣＣＤ
３１ モノクロームＣＣＤ
３２ カラーＣＣＤ回路
３３ カラーＣＣＤ駆動回路
３４ モノクロームＣＣＤ回路
３５ モノクロームＣＣＤ駆動回路
３６ カラー用ビデオ信号処理回路
３７ モノクローム用ビデオ信号処理回路
３８ カラー画像データ伝送回路
３９ モノクローム画像データ伝送回路
４０ 配光・色補正データ生成部
４１ 文字認識処理部
４２ 宛名領域検知部
４３ 宛名領域情報
４４ 補正エラー表示ＬＥＤ
４５ ランプファン
４６ メール先端・末端信号生成回路
４７ アラーム信号生成回路
４８ 電源
４９ アワーメータ
５０ 電源ブレーカ
５１ 背景追従信号生成回路
５２ 基準レベル
５３ Ａ／Ｄ変換回路（モノクローム）
５４ 比較器
５５ 判定レベル
５６ 紙面レベル
５７ 黒レベル
５８ 通常の包絡線追従信号
５９ 通常のビデオ信号
６０ 正反射時の包絡線追従信号
６１ 正反射時のビデオ信号
６２ 正反射光レベル
６３ Ａ／Ｄ変換回路（カラー）
６４ 画素カウンタ
６５ ＲＯＭ
６６ 補正モード切替スイッチ
６７ 画素カウンタ値（１１ビット）
６８ 入力信号（１０ビット）
６９ ＲＯＭアドレス（２１ビット）
７０ 補正データ曲面
７１ 出力信号（８ビット）
７２ 配光補正基準値
７３ 配光データ
７４ 配光近似曲線
７５ エアーフロー
７６ ランプ管
７７ 吸気口
１０１ 半透過ミラー
２０１ 一体化筐体
２０２ 隔壁
２０３ 照明光の光軸
２０４ 照明光の光軸２０３と搬送方向１４のなす角度
２０５ カメラの光軸１３と搬送方向１４のなす角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像入力装置に関し、特に、画像認識を行って郵便物を区分するために郵便物を光源によって照らし、その照らされた部分のモノクローム画像及びカラー画像を入力する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像入力装置が搭載されるのは、一般にフラットと呼ばれる定型外郵便物を区分する装置（以降フラットメール区分機）である。従来のフラットメール区分機は画像入力装置でフラットメール表面のイメージ全てを文字認識の可能な分解能の細かいモノクローム画像で読み込み、その全画像情報から宛名を認識処理し、フラットメールを区分していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フラットメールは定型郵便物よりも処理面積が大きく、また宛名以外に複雑で様々な模様・文章が印字されているケースが多いため、高分解能のフォーマットを使用するとモノクローム画像の情報量が非常に大きなものとなってしまう。その中から宛名部分だけを認識処理することは時間のかかる困難なものとなる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明の目的は、フラットメール区分機において、カラー情報を用いて宛名領域を検知しその領域に対して文字認識の処理を行わせることによってより高速にフラットメールの区分を可能にするための画像入力装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像入力装置は、被写体を一定方向に移動させる搬送手段と、前記搬送手段により一定方向に搬送される被写体に向けて光線を照射する光源及びこの光源からの熱線をカットして可視光線を透過させるフィルタを有する照明手段と、前記光線が照射された前記被写体を搬送方向と交差する線状の視野で撮像するモノクローム及びカラーの撮像手段と、前記照明手段の光源と前記フィルタとの間に空気流を生成して強制空冷する空冷手段とを備え、前記モノクロームの撮像手段の分解能は文字認識に適した高解像度に、また、前記カラーの撮像手段の分解能は領域検出に適した低解像度に設定されると共に、
前記撮像手段は、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段とを備え、
前記光電変換手段は、モノクローム及びカラーでそれぞれ、直線状に受光素子を並べたモノクロームイメージ撮像用のリニアアレイＣＣＤ及びカラーイメージ撮像用のカラーリニアアレイＣＣＤで構成され、更に、前記モノクローム及びカラーのリニアアレイＣＣＤの一部を遮光する遮光手段を備えていることを特徴とする構成を有する。
【０００６】
そして、文字認識が可能な細かい分解能を有したモノクロームの撮像手段と、宛名領域の検知に十分な粗い分解能を有したカラーの撮像手段により別個に同位置の画像を取り込み、カラー画像から宛名領域を検知し、その領域だけに対して高解像度のモノクローム画像を用いて文字の認識処理を行うことにより高速の文字認識を可能とし、より高速にフラットメールの区分を行えるようにした。宛名領域の色はフラットメール自体やその他模様等の色とは異なるケースが多いので、粗いカラー情報を元にした宛名領域の検知は十分に有効である。
また、前記照明手段には、空気流を生成して光源とフィルタを強制空冷する空冷手段が設けられているので、熱線を伴う高出力の光源の使用が可能となり、必要とされるＳ／Ｎ比を確保するためのＣＣＤの露光時間も短縮されて、フラットメールの区分作業が一層高速化される。更に、十分な照度の照射深度が得られるため、厚みの異なるフラットメールに対処することができるようになる。
しかも、撮像手段には、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段を設けているので、モノクローム画像とカラー画像に対する画像処理を実質的に同時に実施することが可能となり、領域検出および文字認識に必要とされる処理時間が短縮され、フラットメールの区分作業を大幅に高速化することができる。
更に、モノクローム及びカラーのリニアアレイＣＣＤの一部を遮光することにより、通常の市販のリニアアレイＣＣＤを利用して線状の視野を有する撮像手段を得ることが可能であり、また、線状の視野で撮像することによってデータの転送量を減らして全体的な処理の流れを高速化することができる。なお、データ転送が行われるのが遅い部分を遮光するのが原則である。
【０００７】
そして、モノクローム用のビデオ信号処理手段は、包絡線検知手段とアナログデジタル変換手段を備え、カラー用のビデオ信号処理手段はアナログデジタル変換手段と画像補正手段を備え、
包絡線検知手段は、前記被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を備え、この修正手段が、被写体の正反射によって生じる背景の照度上昇を検知して包絡線の時定数を短縮する機能と、背景の照度が通常の状態に復帰したことを検知して包絡線の時定数を元の状態に戻す機能とを有する。
【０００８】
包絡線検知手段により背景の照度を基準レベルとして検出してモノクローム画像を２値化するようにしているため、照明手段による照明ムラや、撮像手段に設けられたレンズのシェーディング（周辺露光不足）等を実質的に解消して明瞭な画像データを得ることが可能であり、文字認識の精度が向上する。また、カラー用のビデオ信号処理手段には、デジタル変換された画像データに対して補正処理を施す画像補正手段が配備されているため、配光補正や白補正（ホワイトバランス調整）等を行うことができ、領域検出に関わる処理を的確に実施することが可能となる。
更に、包絡線検知手段は、被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を備えており、この修正手段は、被写体の正反射によって生じる背景の照度上昇を検知して包絡線の時定数を短縮する機能と、背景の照度が通常の状態に復帰したことを検知して包絡線の時定数を元の状態に戻す機能とを有する。被写体に正反射が生じて照度が上昇した場合には基準レベルが上昇してコントラストが圧縮されることにより文字認識に不利な状態となるが、時定数の短縮によりこの期間を短縮することができるので、全体としての文字認識の精度を向上させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、撮像手段のモノクローム及びカラーの光路を共に搬送手段の搬送方向に対して略直交させ、搬送手段の搬送方向に沿って可能な限り接近して配置した第１の実施形態の構成について図１〜図１０を用いて説明する。
【００１０】
図１において、フラットメール等の郵便物２は搬送ベルト１に載せられて一定速度で移動する。光電センサ３は、郵便物２の先端部の通過を検知しその検知信号を電源ユニット６を経由して認識ユニット１１へ出力する。ロータリーエンコーダ９は搬送ベルト１の速度に比例した周期のパルスを生成し電源ユニット６へ出力し、光電センサ３を通過した後の郵便物２の移動量はロータリーエンコーダ９からの出力パルス数によって認識される。より具体的には、画像取り込みの開始タイミングはロータリーエンコーダ９からの出力パルスの数として予め設定されており、郵便物２の通過を検知してリセットされたカウンタがこの設定値をカウントしたときに電源ユニット６から認識ユニット１１へ画像取り込み信号が出力されるようになっている。空気供給ユニット７はエアーダクト８を介して照明ユニット４とカメラユニット５へ空冷のための空気を供給する。照明手段となる照明ユニット４，４は郵便物２を全体的に強力な光線で照射するものであり、モノクローム及びカラーの両方のカメラ視野１２を挟んで、その両側に１台ずつ具備されている。
【００１１】
ここで図２を参照して照明ユニット４の構成を説明する。照明ユニット４は、光源を内蔵した照明モジュール１５と照明ボックス１６で構成される。この照明ボックス１６内部へは図１で示す空気供給ユニット７からエアーダクト８を介して空気が送風され、照明モジュール内部の光源、雰囲気、及びその前面にある熱線カットガラス１７を空冷し、排気口１８にて排出される。熱線カットガラス１７は可視光領域では透過率が均一で良好、近赤外線から赤外線領域では透過率が０に近いフィルタとしての機能を備える。これにより搬送ベルト１上に照射される照明の照度の低下を極力小さくしてかつ熱線の照射を減少させている。
【００１２】
外部ガラス１９は可視光から赤外線領域まで透過率が均一で良好であり、熱線カットガラス１７を透過してくる残留の熱線を吸収することはない。そのためそれ自身が熱をもつことによる外部粉塵による焼き付きを生じることはなく、また外部からの衝撃による耐久性の劣化なども生じることはない。
【００１３】
次に図３を参照にして本発明の第１の実施形態の回路構成について説明する。図３に示すように、撮像手段となるカメラユニット５は郵便物２の表面からの反射光２０及び２１に対し以下に示す構成となる。
【００１４】
反射光２１に対しては、モノクローム用レンズ２８により集光し結像された像を受けるモノクローム用リニアアレイタイプＣＣＤ３１と、光電変換するＣＣＤ回路３４と、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３５と、ＣＣＤ回路からの電気信号を増幅し信号レベルを正規化してデジタル変換するビデオ信号処理回路３７と、ビデオ信号をパラレルシリアル変換し光信号に変換して認識ユニット１１の文字認識処理部４１へ送出する画像データ伝送回路３９とを備えている。
【００１５】
反射光２０に対しては、カラー用レンズ２７により集光し結像された像を受けるカラー用リニアアレイタイプＣＣＤ３０と、光電変換するＣＣＤ回路３２と、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３３と、ＣＣＤ回路３２からの電気信号を増幅し信号レベルを正規化してデジタル変換を行いさらに配光・色補正されたデータを出力するビデオ信号処理回路３６と、ビデオ信号を外部へパラレル転送するカラー画像データ伝送回路３８とを備えている。ビデオ信号処理回路３６は画像補正手段の一部である。
【００１６】
また、カメラユニット５には認識ユニット１１からの補正エラー信号を受けて、補正エラーを表示する補正エラー表示ＬＥＤ（Light Emission Diode）４４を備えている。
【００１７】
電源ユニット６は、図４に示すように、光電センサ３の信号をロータリーエンコーダ９が生成するパルスに従い一定時間遅延させ外部へ送出するメール先端・末端信号生成回路４６と、ランプファン４５などの各種アラームを検出し外部へ出力するアラーム信号生成回路４７と、電源４８と、メンテナンスのため通電時間を積算表示するアワーメータ４９と、電源ブレーカ５０から構成されている。
【００１８】
認識ユニット１１は、モノクローム画像データ伝送回路３９からのモノクローム画像データに対し文字認識処理を行う文字認識処理部４１と、カラー画像データ伝送回路３８からのカラー画像データに対し宛名領域検知処理を行い検知した宛名領域情報４３を文字認識処理部４１へ送る宛名領域検知部４２と、補正データ生成時にカラー用ビデオ信号処理回路３６から送出される基準信号に対し配光・色補正を行って補正されたデータをそのビデオ信号処理回路３６に記憶させる配光・色補正データ生成部４０からなる。
【００１９】
次に第１の実施形態の動作について説明する。図１に示すように郵便物２は斜めに傾けられたまま搬送ベルト１によって速度１．５ｍ／ｓにて一定速度で搬送される。カメラ視野１２の手前に設置された透過型の光電センサ３からの信号によって画像取り込みのタイミングが電源ユニット６を経由して認識ユニット１１へ入力される。
【００２０】
光電センサ３を通過してカメラ視野１２に到達した郵便物２は、カメラ視野を通過する際にカメラユニット５によって次のように撮像される。
【００２１】
２台の照明ユニット４は、必要な被写界深度（例えば５０ｍｍ）の深さで均一の配光分布でかつ一定の照度を保って視野範囲を照明している。照明ユニット４は、カメラ光軸を挟む形でほぼ４５度の角度で照射するよう取り付けられている。この配置により、被写体の凹凸による影、ビニール封筒などによる正反射の発生の軽減が図られている。
【００２２】
郵便物２の表面からの反射光２０（又は２１）は図３に示すように光路を屈折するための２枚のミラー２２で２度ずつ反射された後にレンズ２７（又は２８）によってＣＣＤ３０（又は３１）に結像する。
【００２３】
ミラー２２は限られたスペースの中で光路長をできるだけ長くしフラットメールの厚さ変動に伴う画像の倍率変動を極力抑えるために使用しており、本実施形態ではモノクローム画像として取り込む反射光２１とカラー画像として取り込む反射光２０の光路がほぼ左右対称となるようミラー２２を配置し、それぞれ光路を４回折り返して省スペース化を図っている。また、照明ユニット４からの光が強力であるため、フラットメールの厚さが或る程度変動しても、その表面の照度の変動が僅かで済むといったメリットがある。
【００２４】
図３に示すように、両レンズ２７、２８の前にはシェーディング補正板２６、偏光フィルタ２４、赤外カットフィルタ２５がそれぞれ配置され、さらにカラー用レンズ２７の前には色補正用フィルタ２３が備えられている。
【００２５】
シェーディング補正板２６は例えば半円形状であり、光束の中心部を減光してレンズ自身の特性によるシェーディング（明るさのムラ）を補正する。中央から外周部に向けて濃度が減少するニュートラルデンシティフィルタを利用することも可能である。
【００２６】
赤外カットフィルタ２５は照明光に残留する近赤外線から赤外線をカットし、ボールペンなど近赤外光で反射するインクで記入された文字のコントラストを高める。
【００２７】
偏光フィルタ２４はビニールなど鏡面反射を生じやすい包装材で包まれた郵便物からの正反射光を抑制し画像のコントラストを確保する。
【００２８】
色補正フィルタ２３は、照明が高輝度でオレンジ色の高圧ナトリウムランプの場合、青から緑の色はそのまま透過させ赤色成分のみ減光透過させるものを用い、粗く色バランスを調整するために配置している。なお、ここでいう色補正はカラーバランスの調整のみを意味するものではなく、色温度の補正概念も含む。
【００２９】
例えばモノクローム用レンズ２８をスキャン方向分解能８．６本／ｍｍの倍率で、カラー用レンズ２７をスキャン方向分解能４．３本／ｍｍの倍率で共に視野３００ｍｍを取り込むように選定する。するとモノクロームＣＣＤ３１で実使用される画素数は２５８０画素（＝８．６（画素／ｍｍ）×３００ｍｍ）、カラーＣＣＤ３０で実使用される画素数は１２９０画素（＝４．３（画素／ｍｍ）×３００ｍｍ）となる。なお、ここでいうスキャン方向とは図１における上下方向を意味し、これが撮像手段における線状の視野であって、搬送ベルト１の送り方向とは交差する。モノクロームＣＣＤ３１における８．６本／ｍｍは文字認識に十分な解像度であり、また、カラーＣＣＤ３０における４．３本／ｍｍは領域検出に十分な解像度である。
【００３０】
ＣＣＤ３１（又は３０）はレンズ２８（又は２７）で結像した光を電気信号へ変換する。
【００３１】
低コスト化のためＣＣＤはモノクローム、カラー共に上記使用画素以上の画素数を有した汎用のものを使用しているが、搬送方向の分解能を上げるため露光時間を全画素転送時間以下にして用いている。その際、露光済み画素の転送途中に次の露光が重なることによるイメージ品質劣化を避けるため、遮光手段としての遮光板２９を用い、実使用画素以外は露光しないようにしている。
【００３２】
ここで、遮蔽板とＣＣＤの隙間から回折による光漏れが生じ遮蔽板端部でも若干露光してしまうことを考慮しなければならない。そのため実使用画素に加えてそれに連続する未使用画素の一部も空転送している。この結果、実際の露光時間は実使用画素に空転送画素分を加えたものとなる。洩光した未使用画素は空データ（マージン）として処理されるので露光の重なりは生じない。
【００３３】
モノクロームＣＣＤ回路３４から出力されるビデオ信号はモノクローム用のビデオ信号処理回路３７にてＡ／Ｄ変換される。
【００３４】
図５に示したようにＡ／Ｄ変換回路５３によってデジタル化するための基準レベル５２は紙面レベルの包絡線を生成する背景追従信号生成回路５１の出力信号を用いている。この結果、照明ムラやレンズシェーディングによる紙面の明るさムラを補正し均一な明るさのイメージを得ることができる。背景追従信号生成回路５１は包絡線検知手段の一部である。
【００３５】
図６（ａ）に示すように通常の拡散光が取り込まれる場合、そのビデオ信号５９を追従しＡ／Ｄ変換の基準レベル５２となる包絡線追従信号５８は紙面レベル５６に対して点在する文字程度の幅の黒レベル５７にはほとんど追従しないほど長い時定数をもっており、これにより紙面と黒文字とのコントラストをほとんど保持したままイメージを取り込むことができる。
【００３６】
ところが図６（ｂ）に示すように角度的に偏光フィルタを透過して正反射光が取り込まれてしまう場合、そのビデオ信号６１は紙面レベルよりも値が極端に大きいレベル６２となり、通常の包絡線追従信号５８では被写体からの光線が通常の紙面レベルの拡散光に戻っても長い時定数のため紙面レベルまで下がるのに時間がかかる。その期間、基準レベル５２が紙面レベル５６よりも大きくなっているため、紙面レベル自体がコントラストを持って黒っぽくなってしまい、暗部のコントラストが圧縮されて紙面と黒文字とのコントラストも低くなったイメージとなってしまう。
【００３７】
その弊害を避けるため、包絡線信号が紙面レベルより上のある判定レベル５５以上になった場合に比較器５４を用いてそれを検知し、その際には包絡線の時定数が短くなるように切り替える回路構成としている。それにより正反射光入射時は包絡線追従信号６０をより早く正常の紙面レベルに下げることができ、画像のコントラスト劣化部分を短期間に抑えることができる。そして、紙面レベル５６に下がった場合には同様の検知により通常の時定数に戻すという回路構成としている。これが正反射に対処するための修正手段の機能である。
【００３８】
カラーＣＣＤ回路３２から出力されるビデオ信号はカラー用のビデオ信号処理回路３６にてＡ／Ｄ変換される。
【００３９】
図７に示したように、Ａ／Ｄ変換回路６３によってデジタル化された画像信号は、補正モード切替スイッチ６６がＯＦＦの通常の場合、画素カウンタ６４による画素カウンタ値と合わせて書き込み可能なＲＯＭ６５（記憶装置）のアドレス値として入力され、あらかじめ書き込まれている補正データが出力される。
【００４０】
例えば図８に示すように、画素カウンタ６４のカウンタ値６７を上位１１ビット、画像の入力信号６８を下位１０ビットとして２１ビットの一つのＲＯＭアドレス６９とし、補正データ曲面７０により一義に対応する８ビットの出力信号７１を出力する。
【００４１】
この補正データ曲面７０は配光・白補正データの生成により定まる。それにはまず図７のカラー用ビデオ信号処理回路３６の補正モード切替スイッチ６６をＯＮにする。そして停止させた搬送ベルト１上のカメラ視野１２に特定の白基準板を設置し、その基準板のイメージをカラーＣＣＤ３０にて取り込む。Ａ／Ｄ変換されたビデオ信号は配光・白補正を行う基準信号として認識ユニット１１の配光・色補正データ生成部４０に送出される。
【００４２】
配光・色補正データ生成部４０には例えば数十ライン分のデータが送られる。そしてまず各色毎にその数十ライン間で平滑化のためのメディアン処理を行いラインスキャン毎の電気的ノイズを除去した１ラインスキャン分の配光データ７３を求め、さらに図９に示すようにそのラインデータに対しメディアン処理を行い基準板の汚れや画素間の歪みを除去した上でその配光形状を滑らかに近似する曲線７４を３次のスプライン補間により求める。
【００４３】
ここで求めた配光近似曲線７４の最大値がある最大規定値以上または最小規定値以下である場合、または最大値に対する最小値の比率が８０％以下である場合には補正エラーと判定しカメラユニット５の補正エラー表示ＬＥＤ４４にエラー表示がなされる。このエラー検知機能によって、基準板の設置が悪いか、照明の経時劣化によりランプ交換の時期がきているか、またはランプがもともと基準外のものであるかを知ることができる。
【００４４】
そして、その配光近似曲線７４を基準値７２に合わせるためのファクタ、つまり、配光補正および白補正のためのファクタを補正データ生成手段の演算機能（プログラム）によって求め、入力され得る全てのデータに対しそのファクタ（補正データ）を掛けて対応する出力データとし、それを1ライン分のＬＵＴ（Look Up Table）としてＲＯＭ６５に書き込むことにより補正データ曲面７０が定まる。この補正データは各画素の位置に固有のもので、ＲＯＭ６５に関連して前述した通り、ＬＵＴ上では画素カウンタの値を媒介として各補正データ（補正データ曲面７０上の値）と、この補正データを適用すべき入力データとの関係が対応づけられている。
【００４５】
具体的には、配光近似曲線７４のある画素での計算は、
（出力データ）＝（基準値７２）／（配光近似曲線７４）＊（入力データ）
となる。
【００４６】
なお、入力データは１０ビットすべての場合の値、基準値７２は８ビットのある一定値、配光近似曲線７４の値は１０ビットの曲線上の値、出力データは右辺で計算された８ビットの値である。但し、図８に示すように、基準値７２を出力データが超えてしまう場合には入力データに関わらず基準値７２を出力データとする。この処理は、補正データ読出手段（プログラム）の処理により、画像データの取り込みの度に繰り返し実行される。
【００４７】
ここで各色の基準値７２を一致させることにより配光補正と同時に白補正も行う。ＬＵＴとしてＲＯＭ６５に書き込み出力させる補正データは、この８ビット×３色の他、４ビット×３色、２ビット×３色などいずれにも対応することができる。
【００４８】
このＲＯＭ６５に補正データを書き込む作業を定期的に行うことにより、照明の色温度の低下等の経時的変化、配光の経時的変化等を吸収することができる。
【００４９】
また、本願の画像入力装置で使用する照明装置は、広い容積の範囲を強照度で照射する必要があるため大パワーの光源を用いる必要がある。例えば、高圧ナトリウムランプの場合、１５０Ｗのランプが２灯必要となる。これに伴いランプ直接の熱線の放射、及び周囲の高温化による２次的な熱線の放射が生じ、特に熱を吸収しやすい材質でできた郵便物２が長時間搬送ベルト１の照明照射位置に停止してしまった場合、郵便物２の劣化が生じ得る。また照明ユニット４特にランプ管７６（光源）の寿命も短くなり、ランプの交換サイクルが早まり保守性が悪くなると考えられる。
【００５０】
これを回避するため、照明ユニット４にはエアーダクト８により空気を送風し強制空冷させる構造にしている。
【００５１】
図１０に照明ユニット４のエアーフローを示す。照明ボックス１６の吸気口７７から流入したエアーは、一つは照明モジュール１５内部を通り、ランプ管７６、熱線カットガラス１７及びモジュール１５の内側を空冷し、一方は、照明モジュール１５の外部を通り、熱線カットガラス１７及び照明モジュール１５の外側を空冷する。その後暖まったエアーは排気口１８を通し照明ユニット４外へ排出される。
【００５２】
内側の熱線カットガラス１７で熱線をカット・吸収し、また外側窓ガラス１９の熱線の吸収率は十分低いため、外側窓ガラス１９自体が残留の熱線を吸収し高温化することによる２次的熱線の放射は小さい。この空冷構造により、照明ユニット４による搬送ベルト１上への熱線の照射は極力抑え、かつ照明ユニット４自身の保守性も高めることができる。
【００５３】
なお、上記で示した視野、分解能、搬送速度などの数値は一例にすぎず、本発明はこれに制限されるものではない。
【００５４】
次に、モノクローム及びカラーの光路を撮影面から結像手段に至る光路の前半部分で同一とし、光路途中に設けた光路分岐手段によってモノクローム及びカラーの結像手段に分岐させるようにした第２の実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。
【００５５】
本実施形態は、第１の実施形態において、郵便物２に対するモノクロームとカラーのカメラ視野１２を完全に一致させたものであり、図１１に示すように第１の実施形態とはカメラユニット５内部の光学系の構成が異なる。
【００５６】
図１１においてカメラ光軸１３は搬送ベルト面１に対し垂直であり、撮影面から結像手段に至る光路の前半部分ではモノクロームとカラーで一致したものとなる。郵便物２からの表面反射光の一部は半透過ミラー１０１を透過して透過光２０となり、この透過光２０が光路を冗長するための４枚のミラー２２により折り返し反射されてカラー用レンズ２７に到達する。また、郵便物２からの表面反射光の残りは光路分岐手段を構成する半透過ミラー１０１によって反射されて反射光２１となり、光路を冗長するための３枚のミラー２２により折り返し反射されてモノクローム用レンズ２８に結像される。
【００５７】
このように、モノクロームとカラーの視野が完全に一致しているため、宛名領域の検知をより正確に行うことができる。特に第１の実施形態では郵便物２の厚さが増すとモノクロームとカラーの視野のずれが大きくなる傾向にあり、搬送する郵便物２に厚さの制限があるが、本実施形態の場合はモノクロームとカラーの光軸が完全に一致し、しかも、郵便物２の表面に対して略直角となっているので、郵便物２の厚さの変化に確実に対処できるといったメリットがある。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について図１２を参照して簡単に説明する。
【００５９】
本実施形態は、第１の実施形態におけるカメラユニット５と照明ユニット４と空気供給ユニット７と電源ユニット６を一体化したものであり、構造上、照明手段となる照明ユニット４が１つであり、照明ユニット４の光軸２０３が搬送手段の搬送方向１４と鋭角を成し、かつその角度２０４が、モノクローム及びカラーの光軸１３と搬送手段の搬送方向１４が成す角度２０５と異なっているという特徴を有する。
【００６０】
図１２に示すように一体化筐体２０１の内部には第１の実施形態と同様の照明モジュール１５とカメラユニット５と電源ユニット６が内蔵されている。ここで照明モジュール１５は隔壁２０２で仕切られた空間に収納されている。なお、図１２ではカメラユニット５のミラー２２、モノクローム用レンズ２８、カラー用レンズ２７のみを図示しており、カメラユニット５の他の構成物及び電源ユニット６等は省略している。
【００６１】
本実施形態では、搬送方向１４に対して照明光の光軸２０３とカメラの光軸１３は鋭角であり、なおかつ照明光の光軸２０３と搬送方向１４がなす角度２０４は、カメラの光軸１３と搬送方向１４がなす角度２０５より小さい配置としている。そのため、ビニルなど鏡面反射しやすい材質の包装材で包装された郵便物の正反射によるハレーションなどのイメージ不良を抑える構成となっている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の画像入力装置によれば、カラー情報によりフラットメールの宛名領域を検知しその領域に対してだけ文字認識の処理を行うことにより高速かつ高精度にフラットメールを区分することが可能となる。
また、照明手段には空気流を生成して光源等を強制空冷する空冷手段が設けられているので、熱線を伴う高出力の光源、例えば、高圧ナトリウムランプ等の使用が可能となり、必要とされるＳ／Ｎ比を確保するためのＣＣＤの露光時間も短縮されて、フラットメールの区分作業が一層高速化される。更に、十分な照度の照射深度が得られるため、厚みの異なるフラットメールに対処することができるようになる。
更に、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段を設けたので、モノクローム画像とカラー画像に対する画像処理を実質的に同時に実施することが可能となり、領域検出および文字認識に必要とされる処理時間を大幅に短縮することができるようになる。
このうち光電変換手段に関してはリニアアレイＣＣＤで構成し、その一部を遮光手段で遮光することによって必要な線状視野を得るようにしているので、市販のＣＣＤを流用して撮像手段を構成することが可能であり、装置のコストの低減化に有利である。また、線状の視野で撮像するためデータの転送量も少なくて済み、全体的な処理の流れを高速化することが可能である。
【００６３】
更に、モノクローム用のビデオ信号処理手段の包絡線検知手段により背景の照度を基準レベルとして検出してモノクローム画像を２値化するようにしているため、照明手段による照明ムラや撮像手段に設けられたレンズのシェーディング等を実質的に解消して明瞭な画像データを得ることが可能であり、文字認識の精度が向上する。また、カラー用のビデオ信号処理手段の画像補正手段による配光補正や白補正等を施すようにしているため、領域検出に関わる処理を的確に実施することができる。
また、包絡線検知手段には被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を設け、この修正手段によって包絡線の時定数を調整するようにしているので、正反射等によって背景の照度が上昇して文字のコントラストが低下した場合であっても早急にコントラストを正常な状態に戻すことが可能であり、全体としての文字認識の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図1の照明ユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図１の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】図１の電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】図３のモノクローム用ビデオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）は通常の拡散光の場合のビデオ信号と包絡線追従信号の関係を示す波形図、図６（ｂ）は正反射光の場合のビデオ信号と包絡線追従信号の関係を示す波形図である。
【図７】図２のカラー用ビデオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図８】図７のＲＯＭに対する入出力を説明する図である。
【図９】配光補正データの導出方法を説明する図である。
【図１０】照明ユニット４の内部のエアーフローを示す図である。
【図１１】本発明における第２の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明における第３の実施形態の概略の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 搬送ベルト（搬送手段）
２ 郵便物
３ 光電センサ
４ 照明ユニット（照明手段）
５ カメラユニット（撮像手段）
６ 電源ユニット
７ 空気供給ユニット
８ エアーダクト
９ ロータリーエンコーダ
１０ マウントラック
１１ 認識ユニット
１２ カメラ視野
１３ カメラ光軸
１４ 搬送方向
１５ 照明モジュール
１６ 照明ボックス
１７ 熱線カットガラス（フィルタ）
１８ 排気口
１９ 外部窓ガラス
２０ 反射光（カラー）
２１ 反射光（モノクローム）
２２ ミラー
２３ 色補正フィルタ
２４ 偏光フィルタ
２５ 赤外カットフィルタ
２６ シェーディング補正板
２７ カラー用レンズ
２８ モノクローム用レンズ
２９ 遮光板
３０ カラーＣＣＤ
３１ モノクロームＣＣＤ
３２ カラーＣＣＤ回路
３３ カラーＣＣＤ駆動回路
３４ モノクロームＣＣＤ回路
３５ モノクロームＣＣＤ駆動回路
３６ カラー用ビデオ信号処理回路
３７ モノクローム用ビデオ信号処理回路
３８ カラー画像データ伝送回路
３９ モノクローム画像データ伝送回路
４０ 配光・色補正データ生成部
４１ 文字認識処理部
４２ 宛名領域検知部
４３ 宛名領域情報
４４ 補正エラー表示ＬＥＤ
４５ ランプファン
４６ メール先端・末端信号生成回路
４７ アラーム信号生成回路
４８ 電源
４９ アワーメータ
５０ 電源ブレーカ
５１ 背景追従信号生成回路
５２ 基準レベル
５３ Ａ／Ｄ変換回路（モノクローム）
５４ 比較器
５５ 判定レベル
５６ 紙面レベル
５７ 黒レベル
５８ 通常の包絡線追従信号
５９ 通常のビデオ信号
６０ 正反射時の包絡線追従信号
６１ 正反射時のビデオ信号
６２ 正反射光レベル
６３ Ａ／Ｄ変換回路（カラー）
６４ 画素カウンタ
６５ ＲＯＭ
６６ 補正モード切替スイッチ
６７ 画素カウンタ値（１１ビット）
６８ 入力信号（１０ビット）
６９ ＲＯＭアドレス（２１ビット）
７０ 補正データ曲面
７１ 出力信号（８ビット）
７２ 配光補正基準値
７３ 配光データ
７４ 配光近似曲線
７５ エアーフロー
７６ ランプ管
７７ 吸気口
１０１ 半透過ミラー
２０１ 一体化筐体
２０２ 隔壁
２０３ 照明光の光軸
２０４ 照明光の光軸２０３と搬送方向１４のなす角度
２０５ カメラの光軸１３と搬送方向１４のなす角度
Claims (1)
- 被写体を一定方向に移動させる搬送手段と、前記搬送手段により一定方向に搬送される被写体に向けて光線を照射する光源及びこの光源からの熱線をカットして可視光線を透過させるフィルタを有する照明手段と、前記光線が照射された前記被写体を搬送方向と交差する線状の視野で撮像するモノクローム及びカラーの撮像手段と、前記照明手段の光源と前記フィルタとの間に空気流を生成して強制空冷する空冷手段とを備え、前記モノクロームの撮像手段の分解能は文字認識に適した高解像度に、また、前記カラーの撮像手段の分解能は領域検出に適した低解像度に設定されると共に、
前記撮像手段は、モノクローム撮像用及びカラー撮像用でそれぞれ独立した結像手段と
光電変換手段およびビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段とを備え、
前記光電変換手段は、モノクローム及びカラーでそれぞれ、直線状に受光素子を並べたモノクロームイメージ撮像用のリニアアレイＣＣＤ及びカラーイメージ撮像用のカラーリニアアレイＣＣＤで構成され、更に、前記モノクローム及びカラーのリニアアレイＣＣＤの一部を遮光する遮光手段を備え、
モノクローム用の前記ビデオ信号処理手段は、包絡線検知手段とアナログデジタル変換手段を備え、カラー用の前記ビデオ信号処理手段はアナログデジタル変換手段と画像補正手段を備え、
前記包絡線検知手段は、前記被写体が正反射を起こした場合のビデオ信号の歪みを修正する修正手段を備え、この修正手段が、被写体の正反射によって生じる背景の照度上昇を検知して包絡線の時定数を短縮する機能と、背景の照度が通常の状態に復帰したことを検知して包絡線の時定数を元の状態に戻す機能とを有することを特徴とする画像入力装置。
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