JP3681012B2

JP3681012B2 - 画像入力装置

Info

Publication number: JP3681012B2
Application number: JP18257495A
Authority: JP
Inventors: 和行名古
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2015-07-19
Also published as: JPH0935047A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精細でかつ広画角の画像を入力するのに好適な画像入力装置に関し、さらに詳しくは、撮像素子を移動させて画像を分割して撮像し、撮像した画像を合成する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像入力装置として、例えば、特開平３−２４０３７２号公報に記載されているように、結像面より小さな面積を有する撮像面を持った撮像素子を、２次元的に移動、停止させて結像面上の画像を分割して撮像し、撮像した画像を合成することで広画角の画像を生成するようにしたものがある。
【０００３】
あるいは、前記従来技術の構成に加えて、撮像領域が重複するように、撮像素子を２次元的に移動、停止させて画像を撮像し、重複させた部分の画像のつながり状態を検出して画像を合成するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像素子を、移動、停止させて画像を分割して撮像し、合成するためには、撮像素子の画素の大きさが、数μｍであることから高い機械精度が要求されることになり、実現が困難である。
【０００５】
また、重複させた部分の画像のつながり状態を検出して画像を合成するとしても、例えば、重複させた部分の画像が、濃度差が一様で変化が乏しかったり、周期的なパターンの模様であったりした場合には、つなぎ目の情報が十分に得られず、画像を合成するのが困難である。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、高い機械精度を要求することなく、しかも、画像情報のみでは合成が困難な画像であっても、分割撮像した画像を正確に合成できるようにした画像入力装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００８】
すなわち、本発明は、光学系によって撮像素子の撮像面よりも大きな結像面に結像させ、前記結像面上で前記撮像素子を移動させて複数の撮像領域毎に撮像し、撮像した画像を合成して出力する画像入力装置において、前記撮像素子のｙ方向の移動に対しては固定され、ｘ方向の移動に対しては共に移動するように配置され、前記撮像素子の左右どちらか一方の端に光を照射するｙ方向光照射手段と、前記撮像素子のｘ方向の移動に対して固定され、前記撮像素子の上下どちらか一方の端に光を照射するｘ方向光照射手段と、前記撮像素子で撮像された前記光に基づいて、前記結像面上の基準位置に対する撮像素子の撮像位置を求める撮像位置検出手段と、求められた撮像位置に基づいて、撮像した画像を合成する画像合成手段とを備えている。
【０００９】
前記撮像位置検出手段は、前記基準位置に対する光の位置を予め記憶部に格納しておき、撮像領域における光の位置を検出し、この検出された撮像領域における光の位置と予め格納されている前記基準位置に対する光の位置とに基づいて、前記基準位置に対する撮像素子の撮像位置を演算するようにしてもよい。
【００１０】
さらに、記憶部に格納されている基準位置に対する光の位置を書き換え可能としてもよい。
【００１１】
また、前記撮像位置検出手段は、異なる撮像領域の画像を比較し、撮像領域の重複部分の光に基づいて、画像の対応位置を検出し、この画像の対応位置に基づいて、前記基準位置に対する撮像素子の撮像位置を演算してもよい。
【００１２】
さらに、光照射手段は、回折格子によって複数のスポット光を照射できるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施例について、詳細に説明する。
【００１４】
第１の実施例
図１は、本発明の第１の実施例の画像入力装置の要部の機構図である。
【００１５】
図示しない下方の原稿面からの画像は、光学系を構成するレンズ１によって、撮像素子２よりも大きい範囲で結像される。撮像面よりも大きな結像面上に配置された撮像素子２は、ステージ３に取り付けられており、このステージ３を、ｘ方向およびｙ方向にそれぞれ延びる各一対のガイド軸４，５および図示しないステッピングモータなどを備える２次元移動機構１２によって、ｘ，ｙ方向に移動、停止させ、撮像素子２によって複数の撮像領域毎に分割して撮像を行う。
【００１６】
この実施例では、撮像素子２を移動停止させる２次元移動機構１２の機械精度がそれほど高くなくても、また、撮像した画像が周期的な模様であったり、輝度変化が乏しいものであって画像の合成が困難であっても、分割して撮像した画像を正確に合成することができるように、次のように構成している。
【００１７】
すなわち、２次元移動機構１２の機械精度などによって撮像素子２の撮像位置は、位置ずれが生じ得るが、位置ずれのないスポット光を利用し、このスポット光に基づいて、予め定めた基準位置に対する撮像素子２の撮像位置（絶対位置）を求め、この撮像位置から正確に画像を合成するのである。
【００１８】
このため、この実施例では、スポット光を結像面に照射するｙ方向光照射手段として複数のレーザーユニット６を設けている。ｙ方向に並設されたレーザーユニット６は、ｘ方向への移動機構に固定的に設けられており、撮像素子２のｘ方向への移動に伴って一体的に移動するように構成されている。また、図示しないレーザーユニット６が、ｘ方向にも並設されており、このｘ方向のレーザーユニット６は、２次元移動機構１２とは別に固定的に配置され、ｘ方向光照射手段を構成している。これらのレーザーユニット６は、結像面上で合焦するスポット光を照射する。
【００１９】
ｘ方向の図示しないレーザーユニット６によるスポット光は、固定的に並設されているので、位置ずれのないスポット光を結像面に合焦させることができる。一方、ｙ方向に並設されているレーザーユニット６は、ｙ方向の位置は、固定的で位置ずれはないけれども、ｘ方向には、移動機構によって移動するので、位置ずれが生じ得ることになり、このため、後述する演算式によって、ｘ方向に固定的に設けられたレーザーユニット６のスポット光を用いて補正を行うものである。
【００２０】
なお、本発明の他の実施例として、ｙ方向のレーザーユニット６の数を増やしてｘ方向に移動させることなく、すべて固定位置に設けるように構成してもよく、この場合には、ｙ方向のレーザーユニット６も位置ずれのないスポット光を結像面に合焦させることができる。
【００２１】
これらのレーザーユニット６は、図２に示されるように、レーザーダイオード７とレンズ８とから構成され、レーザーダイオード７は、レーザー駆動回路９により駆動され、必要に応じて点灯、消灯される。この図２の構成では、スポット光２５は、一点に照射される。
【００２２】
また、レーザーユニット６としては、図３に示されるように、回折格子１０を用いたものでもよく、光の回折を利用することにより、一つのレーザーユニット６でスポット光２５を数点同時に照射することができ、レーザーユニット６の数を減らすことができる。
【００２３】
なお、レーザーユニット６としては、スポット光を等間隔に照射するために、例えば３点照射のレーザーユニット６を用いることもできる。
【００２４】
図４は、図１に示される画像入力装置におけるスポット光と撮像領域との関係を示す図である。なお、同図においては、各撮像領域Ｅ₀〜Ｅ₁₄毎に分割して撮像される撮像領域の全体の領域Ｅが示されており、斜線部分は、後述の無効画像領域を示し、残余の部分は、有効画像領域を示している。
【００２５】
撮像素子２は、上述の２次元移動機構１２によって、矢印Ｂの方向に図示の番号順に移動、停止し、それぞれ図示の撮像領域Ｅ₀〜Ｅ₁₄を順次撮像する。その際、重複部分を有して撮像される。レーザーユニット６は、ｙ方向には、ｙ₁からｙ₅までの位置にスポット光が照射されるように配置され、ｘ方向への移動機構と共にｘ方向に移動する。ｘ方向には、ｘ₁からｘ₃の位置にスポット光が照射されるように２次元移動機構１２とは別に固定されている。
【００２６】
この実施例では、各撮像領域Ｅ₀〜Ｅ₁₄で撮像されたスポット光の位置に基づいて、結像面上の基準位置に対する撮像素子２の撮像位置、すなわち、各撮像領域の絶対位置を求めるものであり、このため、後述のように予め各スポット光と撮像領域との関係を測定しておき、スポット光の位置から各撮像領域の絶対位置を求めるようにしている。
【００２７】
なお、この実施例では、横３×縦５枚の画像の合成を想定しているが、レーザーユニット６を増減することにより、任意の大きさの撮像領域に対応することができる。
【００２８】
図５は、この第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【００２９】
上述のレンズ１を含む光学系１１により結像した画像は、２次元移動機構１２に装着されて撮像素子駆動回路１９によって駆動される撮像素子２によって撮像され、Ａ／Ｄ変換回路１３によりディジタル信号に変換された後、メモリ１４に格納される。画像には、レーザーユニット６により照射されたスポット光も同時に撮像されている。光検出手段としてのスポット光検出回路１５は、メモリ１４に格納された画像情報からスポット光の位置を検出し、撮像位置演算回路１６は、予め記憶部に格納されているスポット光位置テーブル１７を参照し、各撮像領域の絶対位置を後述のように演算出力し、画像合成回路１８が、その絶対位置に従って画像がつながるように適当な順序でメモリ１４から画像情報を読み出し、合成して出力を行う。これら各部の制御は、制御回路２０によって行われる。
【００３０】
この実施例では、スポット光検出回路１５、スポット光位置テーブル１７および撮像位置演算回路１６によって、基準位置に対する撮像位置を検出する撮像位置検出手段が構成される。
【００３１】
図６は、スポット光検出回路１５による各撮像領域におけるスポット光の位置検出を説明するための図である。
【００３２】
２次元移動機構１２の機械精度に応じて、同図（Ａ）に示されるように、各撮像領域Ｅｎの中に、スポット光が照射される適当な固定領域２２を設定する。２次元移動機構１２の機械精度が高いほど、固定領域２２の範囲は狭くできる。スポット光２１が画像の中で十分輝度が高くなるように、光学系１１およびスポット光２１の輝度を調整する。上記固定領域２２の画像を適当な閾値で２値化することにより、同図（Ｂ）に示されるように、スポット光２１を抽出することができる。その後、２値画像の重心を求めることにより、スポット光２１の位置が検出できる。
【００３３】
このようにしてスポット光検出回路１５では、各撮像領域Ｅｎ毎に、スポット光の位置を検出することができる。
【００３４】
図７は、検出されたスポット光の位置に基づいて、予め定められた基準位置に対する撮像素子２の撮像位置、すなわち、各撮像領域の絶対位置を演算算出するための説明図である。
【００３５】
この実施例では、結像面上の基準位置に対する各スポット光の位置を測定し、それをスポット光位置テーブル１７に予め格納しておき、このスポット光位置テーブル１７を参照して前記基準位置に対する撮像位置（絶対位置）を演算するものである。
【００３６】
すなわち、図４に示されるように、予め、画像を分割して撮像し、適当な方法、例えば、画像のつなぎ目の情報を利用して画像の合成を行う。このとき、１番目に撮像した撮像領域Ｅ₀の左上を基準位置である原点Ｏとし、この原点Ｏに対するスポット光Ｘｎ（Ａｘ_n，Ａｙ_n），Ｙｎ（Ｂｘ_n，Ｂｙ_n）（ただしｎ＝１，２，…ｎ）の位置を求め、スポット光位置テーブル１７に格納しておく。このとき、スポット光Ｙｎの位置は、図４において左の画像に写った分だけ求めればよい。
【００３７】
以上のようにして、予め基準位置である原点Ｏに対するスポット光Ｘｎ，Ｙｎの位置をスポット光位置テーブル１７に格納しておく。
【００３８】
次に、実際の原稿の画像を入力する場合において、スポット光位置テーブル１７を用いて撮像素子２の撮像位置を求めるには、次のようにする。
【００３９】
今、図７に示されるように、例えばスポット光ｘ_iの位置が撮像領域内で（ａｘ_i，ａｙ_i）と検出され、スポット光ｘ_iを照射する列のｊ番目の画像中のスポット光ｙ_jの位置が撮像領域内で（ｂｘ_j，ｂｙ_j）と検出されたとする。また、スポット光ｙ₁の位置が撮像領域内で（ｂｘ₁，ｂｙ₁）と検出され、スポット光位置テーブル１７に予め格納されている各スポット光ｘ_i，ｙ₁，ｙ_jの基準位置に対する位置を、（Ａｘ_i，Ａｙ_i），（Ｂｘ₁，Ｂｙ₁），（Ｂｘ_j，Ｂｙ_j）とする。
【００４０】
このとき、ｊ番目の画像の撮像領域の原点Ｏ_ijの基準位置Ｏに対する絶対位置は、次のように求められる。
【００４１】
【数１】

【００４２】
なお、ｙ方向に配列されたレーザーユニット６が固定位置にあって、ｘ方向へ移動しない場合には、その位置ずれを考慮する必要がないので、上記演算式において、右辺は、第１項のみでよいが、この実施例では、上述のように、ｙ方向に配列されたレーザーユニット６は、ｘ方向に移動するために、ｘ方向の固定位置のレーザーユニット６のスポット光を用いて補正するのである。
【００４３】
以上の各撮像領域の絶対位置の演算は、撮像位置演算回路１６によって行われる。
【００４４】
画像の合成は、演算された各撮像領域の絶対位置に従って画像がつながるようにメモリ１４から画像を読み出すことにより実現できる。その際、画像中にスポット光が写っているため、図４の有効画像領域の外の無効画像領域は、切り捨てる。ｙ方向に並んだレーザーユニット６のスポット光は、画像の左側にだけしか写らないため、図４の有効画像領域内のスポット光の部分は、他方の重複領域から画像を補うことができる。画像のつなぎ目を目立たなくさせるために、つなぎ目にグラデーションを掛けることも有効である。
【００４５】
この実施例では、スポット光と画像を同時撮像するため、全撮像領域のうち、回りのスポット光が写る部分の画像が減少するが、図４の無効画像領域内のスポット光を撮像する際、スポット光を消灯したときの画像も撮像すれば、無効面像領域内のスポット光部分の画像も補うことができ、全撮像領域と同じ大きさの画像を得ることができる。
【００４６】
スポット光を撮像するために画像は暗めに撮像されており、輝度補正回路により画像の輝度を補正し、出力する。
【００４７】
なお、スポット光位置テーブル１７の予め格納されたデータは、経年変化等によってスポット光の照射位置がずれた場合にも対応できるように、書き換え可能に構成されている。
【００４８】
第２の実施例
この実施例の画像入力装置の機構は、レーザーユニット６の位置以外は図１と同一である。
【００４９】
図８は、この実施例のスポット光と撮像領域との関係を示す上述の図４に対応する図である。撮像素子２は、２次元移動機構１２により図の矢印Ｂの方向に図示の番号順に移動、停止し、それぞれ図示の撮像領域Ｅ₀〜Ｅ₁₄を撮像する。レーザーユニット６は、ｙ方向にはｙ₁からｙ₄までの位置にスポット光が照射されるように配置され、ｘ方向移動機構によって撮像素子２と共にｘ方向に移動する。ｘ方向には、ｘ₁とｘ₂の位置にスポット光が照射されるように２次元移動機構１２とは別に固定されている。
【００５０】
各スポット光は、移動前後の撮像領域に共通に照射されている、すなわち、重複部分に照射されているため、スポット光の位置から移動前後の異なる撮像領域の相対位置を求めることができる。
【００５１】
図９は、この実施例のブロック図であり、図５に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００５２】
光学系１１により結像した画像は、２次元移動機構１２に装着された撮像素子２により撮像され、Ａ／Ｄ変換回路１３によりディジタル信号に変換された後、メモリ１４に格納される。画像には、レーザーユニット６により照射されたスポット光も同時に撮像されている。スポット光は移動前後の画像の重複部分に共通に照射されていることから、画像比較回路２３は、移動前後の画像のうち、スポット光が照射されている部分を比較し、同じ画像が撮像されている画像の対応位置を求める。
【００５３】
次に、撮像位置演算回路１６₁が、画像の対応位置から撮像領域の絶対位置を求める。最初に撮像した画像を基準位置におけば、すべての撮像領域の絶対位置は、前記基準位置に対して一意的に求めることができる。画像合成回路１８₁は、求められた撮像領域の絶対位置に従って適当な順序でメモリ１４の画像情報を読み出し、合成して出力を行う。
【００５４】
画像比較回路２３は、例えば、互いの画像の輝度値の差分を求めることにより実現できる。
【００５５】
基準とする画像をｆ、比較される画像をｇとすると、次式により輝度値の差分が求められる。
【００５６】
【数２】

【００５７】
移動前の撮像領域のうち、スポット光が写っている付近の小領域の画像を基準画像ｆとし、移動後の撮像領域から画像ｆと同じ大きさの画像ｇを取り出し、上の演算を行う。画像ｇを取り出す位置をある範囲で動かし、ｄが最小なる位置のｇが、ｆと同―の画像であると考えることができる。２次元移動機構１２の機械精度が高いほど、ｇを検索する範囲は狭くできる。同―の画像が撮像されている位置が分かれば、移動前後の相対位置も求めることができる。
【００５８】
なお、画像の比較は画像間の相関をとるなどしてもよい。
【００５９】
図１０は、撮像領域の相対位置演算の説明図である。いま、スポット光を含む画像を画像比較回路２３により比較した結果、撮像領域ｋの点（ｓｘ_k、ｓｙ_k）と撮像領域ｋ＋１の点（ｓｘ_k+1，ｓｙ_k+1）が同―の点Ｐであると分かったとする。このとき、撮像領域の移動量Δｘ，Δｙは次式のようになる。
【００６０】
Δｘ＝ｓｘ_k−ｓｘ_k+1
Δｙ＝ｓｙ_k−ｓｙ_k+1
撮像領域ｋの原点Ｏ_kを基準位置としたとき、撮像領域ｋ＋１の原点Ｏ_k+1は（Δｘ，Δｙ）となり、移動前後の撮像領域の相対位置を求めることができる。最初に撮像した画像を基準位置にとれば、すべての撮像領域の位置は、前記基準位置に対して一意に求められる。このようにして、撮像位置演算回路１６₁では、基準位置に対する各撮像領域の絶対位置が演算出力され、画像合成回路１８₁は、撮像領域の絶対位置に従って画像がつながるようにメモリ１４から画像を読み出して出力するのである。
【００６１】
なお、第１の実施例と同様に、図８の無効画像領域内のスポット光を撮像する際、スポット光を消灯したときの画像も撮像すれば、無効画像領域内のスポット光部分の画像も補うことができ、全撮像領域と同じ大きさの画像を得ることができる。
【００６２】
スポット光を撮影するため、画像は暗めに撮影されているため、輝度補正回路により画像の輝度を補正し、出力する。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、撮像素子を移動、停止させて画像を分割して撮像する画像入力装置において、高い機械精度を要求することなく、また、画像が周期的な模様であったり、輝度変化の乏しい画像であるために画像情報だけでは合成困難な画像であっても、結像面または原稿面に照射した光を利用することにより、基準位置に対する撮像素子の撮像位置を求めることができ、これに基づいて画像を正確に合成し、高精細な画像を得ることができる。
【００７０】
また、基準位置に対する光の位置が予め格納された記憶部は、その内容を書き換えできるので、経年変化によって光照射手段による光の照射位置がずれた場合にも記憶部の内容を書き換えることにより、容易に対応できることになる。
【００７１】
さらに、光照射手段は、回折格子によって複数のスポット光を照射できるので、回折格子を用いない場合に比べて、構成が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の機構図である。
【図２】レーザーユニットの構成図である。
【図３】他のレーザーユニットの構成図である。
【図４】図１の実施例におけるスポット光と撮像領域との関係を示す図である。
【図５】図１の実施例のブロック図である。
【図６】スポット光位置の検出を説明するための図である。
【図７】図１の実施例の撮像位置の演算を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施例におけるスポット光と撮像領域との関係を示す図である。
【図９】図８の実施例のブロック図である。
【図１０】図８の実施例の撮像位置の演算を説明するための図である。
【符号の説明】
２撮像素子
６レーザーユニット
１１光学系
１５スポット光検出回路
１６，１６₁ 撮像位置演算回路
１７スポット光位置テーブル
１８，１８₁ 画像合成回路
２３画像比較回路

Claims

光学系によって撮像素子の撮像面よりも大きな結像面に結像させ、前記結像面上で前記撮像素子を移動させて複数の撮像領域毎に撮像し、撮像した画像を合成して出力する画像入力装置において、
前記撮像素子のｙ方向の移動に対しては固定され、ｘ方向の移動に対しては共に移動するように配置され、前記撮像素子の左右どちらか一方の端に光を照射するｙ方向光照射手段と、
前記撮像素子のｘ方向の移動に対して固定され、前記撮像素子の上下どちらか一方の端に光を照射するｘ方向光照射手段と、
前記撮像素子で撮像された前記光に基づいて、前記結像面上の基準位置に対する撮像素子の撮像位置を求める撮像位置検出手段と、
求められた撮像位置に基づいて、撮像した画像を合成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とする画像入力装置。
前記撮像位置検出手段は、前記基準位置に対する光の位置が予め格納された記憶部と、撮像した光の前記撮像領域における位置を検出する光検出手段と、検出された撮像領域における光の位置および前記記憶部に予め格納されている前記基準位置に対する光の位置に基づいて、前記基準位置に対する撮像素子の撮像位置を演算する演算手段とを備える請求項１に記載の画像入力装置。
前記記憶部に格納された基準位置に対する光の位置は、書き換え可能である請求項２記載の画像入力装置。
前記ｙ方向光照射手段は、前記複数の撮像領域の重複部分に光を照射するものであり、
前記撮像位置検出手段は、異なる撮像領域で撮像した画像を比較して重複部分における光に基づいて、画像の対応位置を検出する画像比較手段と、検出された画像の対応位置に基づいて、前記基準位置に対する撮像素子の撮像位置を演算する演算手段とを備える請求項１に記載の画像入力装置。
前記光照射手段は、回折格子を有して複数のスポット光を照射するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の画像入力装置。