JP3777775B2 - 傾斜画像処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は傾斜画像処理方法に関し、特にスキャンした画像から傾斜した矩形画像の傾斜角度を検出し、その傾斜角度に基づいて傾斜した画像を真っ直ぐに補正する傾斜画像処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣を鑑別するような装置では、紙幣を搬送しながら搬送路の途中に配置されたイメージセンサにより紙幣の画像を読み取り、読み取った画像を処理することによって、金種判定および真贋判定を行っている。紙幣は金種によって様々な寸法を有しており、特に外国紙幣では大きさが多様である。このような紙幣を鑑別するには、紙幣を搬送する搬送路の幅を鑑別対象の金種の中で最も幅の大きな紙幣の幅に合わせて作られる。このため、特に幅の狭い紙幣が搬送されると、常に真っ直ぐな状態で搬送されることは少なく、どうしても曲がった状態、すなわち斜行状態で搬送されることになり、イメージセンサによる撮像においても、斜行状態で読み取られることになる。
【０００３】
紙幣を鑑別するには、読み取った紙幣の画像の正確な座標が分からなければならない。ところが、斜行状態で読み取られた画像は斜行状態のままであるため、そのまま利用することはできないので、前処理として斜行状態を真っ直ぐな状態にする斜行補正が行われる。
【０００４】
たとえば特開平８−２１２４１７号公報に記載の技術では、まず、読み取った紙幣のイメージデータから紙幣の輪郭、すなわち紙幣の短手および長手の４辺の情報を求め、これにより、紙幣の斜行角度を求めている。その後、斜行した画像をその画像の角を原点として斜行量分回転させて、真っ直ぐな状態の画像にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術によれば、紙幣の斜行状態を求めるのに紙幣全体をスキャンした後、その全体画像から輪郭情報を抽出して四つの辺を求めており、比較的処理時間およびメモリ資源が必要となるという問題がある。また、斜行角度をもとに回転させるときの原点が四つの辺からなる領域の一つの角に初めから決めているが、その角が折れていたり欠損している部分の場合、原点が紙幣の画像の中に入るおそれがあり、回転後に画像の一部が破棄される場合があるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、傾斜して読み取った画像を高速に処理できる傾斜画像処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、所定寸法の矩形媒体を撮像することによって得られた画像の傾きを補正する傾斜画像処理方法において、前記矩形媒体の相対移動に従って、移動方向に直角な方向にスキャンすることによりスキャンラインの画素を取得しながら、前記スキャンライン上でスキャン方向に背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを取得するとともに前記開始座標値と前記終了座標値との差から前記スキャンライン上の媒体長を取得することを順次行い、各スキャンラインの前記媒体長から最頻の媒体長を求め、前記最頻の媒体長の中で離れた位置近傍にある複数のスキャンラインから複数対のスキャンラインを選択し、前記複数対のスキャンラインにおける前記媒体長の開始座標または終了座標をもとにそれぞれ傾斜角度を求め、複数の傾斜角度の平均を求めることで媒体画像の傾斜角度を算出し、前記傾斜角度をもとに前記矩形媒体の画像の傾きを補正する、ことを特徴とする傾斜画像処理方法が提供される。
【０００８】
このような傾斜画像処理方法によれば、矩形媒体をスキャンすることによって画像を取得するときに、スキャンしながら、スキャンライン上で背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを調べることによって、スキャンライン上にある媒体の長さを、画像取得と同時処理で得ることができる。これは、スキャンするときに、媒体を透過する光を検出するタイプでは、媒体を透過しないで得られた透光画素と媒体を透過して得られた非透光画素とでは画素値が大きく異なるので、スキャンライン上の媒体の両端、すなわち媒体長が画像取得と同時に求めることが可能であることによる。このようにして求められたスキャンラインごとの媒体長は、媒体の移動方向の２辺が平行であるため、その２辺を同時に横切るスキャンライン上ではほぼ同じ値となるので、その最頻値を求めることで、その２辺の媒体の移動方向との傾斜角度を求めることが可能となる。すなわち、最頻値を持つスキャンラインの中でなるべく離れた位置のスキャンラインを複数対選択し、それらの媒体長の開始または終了位置の座標値の差とスキャンライン間の距離とからそれぞれの傾斜角度を検出し、そして複数の傾斜角度の平均から媒体画像の傾斜角度を求めることになる。これにより、傾斜角度の検出を画像撮像と同時に行うため、高速処理が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、紙幣鑑別のための画像読み取りに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は紙幣鑑別装置の画像読み取り装置の概略構成を示す図である。この図１において、紙幣１の搬送方向に直角な方向にスキャンするような画像読み取り装置が設けられている。紙幣１は図示しない紙幣搬送部によってたとえばその長手方向に搬送されてくるものとする。画像読み取り装置は、紙幣搬送路を挟んでその下部に発光素子２が配置され、上部にセルフォックレンズ３を介して受光素子４が配置されている。発光素子２はたとえば発光ダイオードを一列に配列した発光ダイオードアレイから構成され、受光素子４はたとえばＣＣＤ（charge coupled device ）ラインセンサである。
【００１１】
紙幣１の画像読み取りは、一定の速度で搬送された紙幣１に対して所定のタイミングで発光素子２を発光させ、照射された光を反対側にあるセルフォックレンズ３を介して受光素子４に結像させることにより行われる。受光素子４は、紙幣１を透過しないで直接入射された光を画素値の大きな透光画素として検出し、紙幣１を透過して入射された光を画素値の小さな非透光画素として検出し、図示しない画像処理部に出力する。
【００１２】
画像処理部では、このようにして取得した画像から紙幣の斜行方向を検出し、その斜行画像を補正する処理を行うが、その処理の流れについて説明する。
図２は斜行画像処理の概略の流れを示すフローチャートである。まず、画像読み取り装置によって得られた画素値からスキャンラインごとに非透光画素値の長さに対応する短手長を求め、その分布を取得する（ステップＳ１）。斜行角度検出精度を高めるために、その短手長分布から短手長が最も多く分布する短手長最頻値、すなわち紙幣の長手辺に折れ、欠けがある部分を除いた信頼性の高い値を求める（ステップＳ２）。ここで、短手長最頻値の頻度合計が設定値以上かどうかを判断する（ステップＳ３）。短手長最頻値の頻度合計が小さければ、紙幣の長手辺が異常に短いか長手長両辺が平行ではないので、これをもとに斜行角度を求めることはできないので、この紙幣は異常であるとして返却するリジェクト処理を行う（ステップＳ４）。斜行角度を正しく検出できることが分かれば、次に、斜行角度の検出を行う（ステップＳ５）。斜行角度の検出は、より精度を高めるために、複数の角度値を求め、その平均を以て斜行角度を求めている。次に、斜行補正の対象を定めるために、紙幣領域の算出を行い、紙幣の四隅の座標を求める（ステップＳ６）。次に、紙幣が大きく斜行している場合は誤鑑別の原因になるので、その斜行角度がたとえば１０゜以内にあるかどうかを判断し（ステップＳ７）、１０゜よりも大きく斜行していれば、リジェクト処理を行う。次に、斜行角度を求めた複数の角度値の分散が設定範囲内かどうかが判断される（ステップＳ８）。分散が大きければ、求めた斜行角度は信頼できる値でないので、リジェクト処理される。最後に、このようにして求めた斜行角度をもとに、斜行補正を行う（ステップＳ９）。
【００１３】
以下、以上の処理の詳細を順次説明する。まず、紙幣の画像データについて説明する。
図３は画像データの用語の定義を説明する図である。画像データはｘｙ座標系で表すものとし、紙幣搬送方向と反対方向をｙ軸、紙幣搬送方向に直角な方向をｘ軸とする。斜行状態で示した矩形領域が紙幣領域、スキャンラインが最初に検出した紙幣領域の点を最上点、最後に検出した点を最下点、スキャンラインが最初に検出する長手辺のｙ座標位置を最左点、最後に検出する長手辺のｙ座標位置を最右点、最上点と最下点とのｙ軸方向の差を長手長、最左点と最右点とのｘ軸方向の差を短手長、紙幣領域の平均の傾きを平均斜行角度θとする。また、短手長、長手長、平均斜行角度θは、それぞれに示す矢印の方向を正としている。
【００１４】
図４は短手長の算出を説明する図である。紙幣１の画像データの取り込みは、搬送されてくる紙幣の先端、図では上から順に行われ、各スキャンラインについては左から右の方向にスキャンする。各スキャンラインでは、まず、最左点および最右点が求められる。スキャンすることによって得られる画素は、紙幣を透過しないで受光素子４に入力された場合の透光画素値と、紙幣を透過してきた場合の非透光画素値とでは大きく異なる。そこで、スキャンライン上で最初に非透光画素が出現した座標値を最左点とし、最後に非透光画素の出現座標位置を最右点とする。なお、紙幣１には、穴１１が明いているものもあり、その穴１１によって一旦非透光画素になるが、スキャンライン上で最後に出現した非透光画素を求めるようにしているので、必ず、紙幣１の右辺が求められる。
【００１５】
短手長は、次式によって求められる。
【００１６】
【数２】
短手長＝最右点−最左点＋１ ・・（２）
各スキャンラインごとの最左点、最右点、および短手長は全スキャンラインリストと呼ぶテーブルに記憶される。また、各スキャンラインごとの紙幣の短手長の頻度分布を短手長頻度分布全リストと呼ばれるテーブルに記憶する。そして、この短手長頻度分布全リストを用いて、短手長が１画素以上のものを対象として頻度が最大の短手長、すなわち、最頻短手長を求める。これにより、長手の辺に欠け１２が存在するスキャンラインを除いた、両側の長手辺を横切るスキャンライン（図に○で示したスキャンライン）が最頻短手長となる。
【００１７】
次に、最頻短手長±許容画素数（たとえば、＝２画素）の頻度の和を求める。この頻度の和が、次の二つの条件のどちらか一方または両方を満たす場合、斜行角度を求めることができない紙幣と判断してその紙幣をリジェクトする。
第１条件：頻度の和≦斜行補正前長手長／２
第２条件：頻度の和＜しきい値（たとえば、＝１６画素）
次に、斜行角度を検出するが、斜行角度の検出対象は、短手長が最頻短手長±許容画素数の範囲内にあるスキャンラインとする。これは、紙幣の折れ、欠けの領域を除くことに相当し、これによって斜行角度の算出精度を上げることができる。
【００１８】
まず、全スキャンラインリストの第１スキャンラインから短手長が最頻短手長±許容画素数の範囲内にあるすべてのスキャンラインを抽出し、最左点と抽出スキャンラインとを抽出リストと呼ぶテーブルに記憶する。
【００１９】
次に、傾斜角度値を求めるが、ここでは抽出リストからできるだけ離れた２個を対とするスキャンラインを、たとえば３組選択する。たとえば、抽出したスキャンラインはＮ個であったとすると、抽出スキャンラインｑ＝０番目と抽出スキャンラインｒ＝Ｎ−１番目とから角度値ｐ１を求め、抽出スキャンラインｑ＝４番目と抽出スキャンラインｒ＝Ｎ−１０番目とから角度値ｐ２を求め、抽出スキャンラインｑ＝９番目と抽出スキャンラインｒ＝Ｎ−５番目とから角度値ｐ３を求める。その式は以下の通り。
【００２０】
【数３】
ｐ＝Ｓ×（ｒの最左点−ｑの最左点）／（ｒのスキャンライン−ｑのスキャンライン） ・・（３）
ここで、Ｓは係数である。なお、これらの角度値ｐは次式で表される。
【００２１】
【数４】
ｐ＝Ｓ×ｔａｎ（θ） ・・（４）
そして、斜行角度値Ｔは、それらの角度値ｐの平均によって求められる。すなわち、
【００２２】
【数５】
Ｔ＝（ｐ１＋ｐ２＋ｐ３）／３ ・・（５）
次に、補正対象である紙幣領域の座標を取得するために、全スキャンリストから、全スキャンラインにおける次の４点、すなわち、最左点、最右点、最上点および最下点を探索する。最左点は全スキャンラインリストの最左点の最小値であり、最右点は全スキャンラインリストの最右点の最大値であり、最上点は全スキャンラインリストの短手長が１以上となるスキャンラインの最小値であり、最下点は全スキャンラインリストの短手長が１以上となるスキャンラインの最大値である。
【００２３】
次に、斜行角度値Ｔが平均斜行角度θ±１０゜の範囲内にあるかどうかがチェックされ、あまり斜行角度値Ｔが大きいと、斜行角度過大としてリジェクトされる。
【００２４】
次の斜行角度分散判断では、先に求めたすべての角度値ｐ１〜ｐ３がたとえば±３．７゜の設定内にあるかどうかが判断され、その範囲内になければ、短手長不定としてリジェクトされる。
【００２５】
次に、斜行補正処理について説明する。斜行補正処理は、処理画像領域の検出と、斜行原点の算出と、座標変換処理とからなる。
図５は処理画像領域の検出を説明する図である。画像読み取り装置にて読み取られた有効画像領域は四角で示してあり、その有効画像領域の中に紙幣の画像データを含んでいる。紙幣の画像データが存在する領域は、画像データの四隅の４点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）によって定義される。Ｐ１は、上から順にスキャンして行ったとき、最初に短手長が含まれるスキャンラインの画素位置の座標であり、Ｐ２は最後に短手長が含まれるスキャンラインの画素位置の座標であり、Ｐ３は短手長のｘ座標値が最も小さいスキャンラインの最左点の座標であり、Ｐ４は短手長のｘ座標値が最も大きいスキャンラインの最右点の座標である。このようにして、紙幣画像データが存在する領域が検出されると、次に、その領域を斜行補正するための斜行原点が算出される。
【００２６】
図６は斜行原点の算出を説明する図である。斜行原点は、紙幣の最上点を通るｘ軸に平行な線と紙幣の左側長手辺の延長線との交点（ｘ1 、ｙ1 ）とし、この図にて太枠で囲まれた領域についてアフィン変換する。その斜行補正の具体例を以下に示す。
【００２７】
図７は座標変換の処理を説明する図であって、（Ａ）は斜行補正前の画素領域を示し、（Ｂ）は補正後の画素領域を示している。ここで、補正前の画像領域は、（Ａ）に示したように、斜行補正前座標系（ｘ，ｙ）において、斜行角度θが１／３（＝ｔａｎ^-1θ）であり、開始点座標が（ｘ0 ，ｙ0 ）であるとする。これを、（Ｂ）に示したような斜行補正後座標系（ｚ，ｗ）の座標（０，０）を原点とする領域へマッピングすることによって斜行補正を行う。ここで、斜行補正は次式の変換式に従って行われる。
【００２８】
【数６】
ｚ＝ｘ−ｘ0 −INT（（ｙ−ｙ0 ）tan θ） ・・（６）
（ただし、INT（）は（）内を小数点以下切り捨て）
すなわち、傾斜角度θは１／３であるので、短手辺の画素列は３個並んで、１個上にまた３個並ぶというパターンが繰り返し続いているはずである。画素単位で見ると、まず、原点から始まるライン（ｙ＝ｙ0 ）の場合、このライン上にある画素▲１▼▲２▼▲３▼はみんなｗ＝０の一つのライン上にｚ方向に並べられる。この場合のｗ座標値は、ｗ＝ｙ−ｙ0 で表される。次に、画素▲３▼の次は、１行上のラインに移り、そのラインの先頭にある三つの画素▲４▼▲５▼▲６▼も同じｗ＝０の一つのライン上で画素▲３▼の次にｚ方向に並べられ、この場合のｗ座標値は、ｗ＝ｙ−ｙ0 ＋１で表される。同様に、次のラインにおいても、そのラインの先頭にある三つの画素▲７▼▲８▼▲９▼が補正後座標系のｗ＝０のライン上に続けてｚ方向に配置される。この場合のｗ座標値は、ｗ＝ｙ−ｙ0 ＋２で表される。
【００２９】
このようにして、座標変換後は、真っ直ぐになった画像を得ることができる。しかし、真っ直ぐにした後は、原点と反対側の長手および短手辺は（Ｂ）に示したように画素的に乱れが生じている。このため、これらの乱れがなくなるよう再度画像の切り出しを行う。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、矩形媒体をスキャンしながらスキャン方向の媒体長探索による最頻の媒体長を取得し、その最頻の媒体長を有する座標による角度検出を行うように構成した。これにより、媒体画像を全部取得するまで待つことなく、取得しながらの角度検出の同時処理が可能になり、処理を高速にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】紙幣鑑別装置の画像読み取り装置の概略構成を示す図である。
【図２】斜行画像処理の概略の流れを示すフローチャートである。
【図３】画像データの用語の定義を説明する図である。
【図４】短手長の算出を説明する図である。
【図５】処理画像領域の検出を説明する図である。
【図６】斜行原点の算出を説明する図である。
【図７】座標変換の処理を説明する図であって、（Ａ）は斜行補正前の画素領域を示し、（Ｂ）は補正後の画素領域を示している。
【符号の説明】
１ 紙幣
２ 発光素子
３ セルフォックレンズ
４ 受光素子

Claims (4)

1. 所定寸法の矩形媒体を撮像することによって得られた画像の傾きを補正する傾斜画像処理方法において、
   前記矩形媒体の相対移動に従って、移動方向に直角な方向にスキャンすることによりスキャンラインの画素を取得しながら、前記スキャンライン上でスキャン方向に背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを取得するとともに前記開始座標値と前記終了座標値との差から前記スキャンライン上の媒体長を取得することを順次行い、
   各スキャンラインの前記媒体長から最頻の媒体長を求め、
   前記最頻の媒体長の中で離れた位置近傍にある複数のスキャンラインから複数対のスキャンラインを選択し、前記複数対のスキャンラインにおける前記媒体長の開始座標または終了座標をもとにそれぞれ傾斜角度を求め、複数の傾斜角度の平均を求めることで媒体画像の傾斜角度を算出し、
   前記傾斜角度をもとに前記矩形媒体の画像の傾きを補正する、
   ことを特徴とする傾斜画像処理方法。
2. 所定寸法の矩形媒体を撮像することによって得られた画像の傾きを補正する傾斜画像処理方法において、
   前記矩形媒体の相対移動に従って、移動方向に直角な方向にスキャンすることによりスキャンラインの画素を取得しながら、前記スキャンライン上でスキャン方向に背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを取得するとともに前記開始座標値と前記終了座標値との差から前記スキャンライン上の媒体長を取得することを順次行い、
   各スキャンラインの前記媒体長から最頻の媒体長を求め、
   前記最頻の媒体長の頻度数が所定の許容範囲内にあることを検出して前記所定寸法の矩形媒体と判断し、
   前記最頻の媒体長の中で離れた位置にあるスキャンラインの前記媒体長の開始座標または終了座標をもとに媒体画像の傾斜角度を算出し、
   前記傾斜角度をもとに前記矩形媒体の画像の傾きを補正する、
   ことを特徴とする傾斜画像処理方法。
3. 所定寸法の矩形媒体を撮像することによって得られた画像の傾きを補正する傾斜画像処理方法において、
   前記矩形媒体の相対移動に従って、移動方向に直角な方向にスキャンすることによりスキャンラインの画素を取得しながら、前記スキャンライン上でスキャン方向に背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを取得するとともに前記開始座標値と前記終了座標値との差から前記スキャンライン上の媒体長を取得することを順次行い、
   各スキャンラインの前記媒体長から最頻の媒体長を求め、
   前記最頻の媒体長の中で離れた位置にあるスキャンラインの前記媒体長の開始座標または終了座標をもとに媒体画像の傾斜角度を算出し、
   前記傾斜角度をもとに処理画像領域を検出し、前記媒体画素が最初に含まれる前記スキャンライン上の線と前記媒体画像の前記傾斜角度を求めた辺の延長線との交点から前記処理画像領域の処理原点を算出し、前記処理原点を中心とした回転処理を行うことにより前記矩形媒体の画像の傾きを補正する、
   ことを特徴とする傾斜画像処理方法。
4. 所定寸法の矩形媒体を撮像することによって得られた画像の傾きを補正する傾斜画像処理方法において、
   前記矩形媒体の相対移動に従って、移動方向に直角な方向にスキャンすることによりスキャンラインの画素を取得しながら、前記スキャンライン上でスキャン方向に背景画素から媒体画素に最初に変わる開始座標値と最後に媒体画素から背景画素に変わる終了座標値とを取得するとともに前記開始座標値と前記終了座標値との差から前記スキャンライン上 の媒体長を取得することを順次行い、
   各スキャンラインの前記媒体長から最頻の媒体長を求め、
   前記最頻の媒体長の中で離れた位置にあるスキャンラインの前記媒体長の開始座標または終了座標をもとに媒体画像の傾斜角度を算出し、
   前記傾斜角度をもとに処理画像領域を検出し、前記処理画像領域の処理原点を算出し、さらに、前記媒体画像の傾斜角度をθ、前記処理原点を原点とする補正前座標系（ｘ，ｙ）の補正対象矩形領域の開始点を（ｘ 0 ，ｙ 0 ）とするとき、前記補正対象矩形領域を補正後座標系（ｚ，ｗ）の座標（０，０）を原点とする領域へ変換式、
   

   

   （ただし、 INT ・（）は（）内を小数点以下切り捨て）
   に従ってマッピングすることで前記処理原点を中心とした回転処理を行うことにより前記矩形媒体の画像の傾きを補正する、
   ことを特徴とする傾斜画像処理方法。

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