JP3931107B2 - 非接触画像読取システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理機能を有した非接触画像読取システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラの撮影範囲を超える画像を得たい場合は、特開平９−322055号公報「電子カメラシステム」で開示されているように、カメラを動かしてパノラマ画像を得る方式が示されていた。しかし、これらの技術を非接触画像読取システムに適用するには、カメラを回転する機能，高精度な回転角度を検出する機能を必要とし、システムが高価になってしまうという問題があった。
【０００３】
また、本などの立体物を読み取る装置としては、特開平９−１０２８５４号公報「画像読取装置」で開示されているようにミラーを使う方法や、画像だけではなく距離データを得たい場合は、特開平９−５０７１号公報「距離計測方法」のように複数のカメラを用いる例が示されていた。しかし、ミラーを使う方法では、一方向の曲がりにしか対応できず、複数のカメラを用いる方法では、カメラの調整が複雑になり、製造コストもあがってしまうという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、机上で低コストに、カメラの撮像エリアを越える画像を合成し、また本などの立体物の表面を平面に修復する機能を有する非接触画像読取システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像を読み取るカメラ部と、カメラ部を支える支柱部と、原稿を置く原稿台とを有する非接触画像読取システムにおいて、原稿台は水平方向に移動可能な原稿台であり、原稿台を移動させる際、あらかじめ設定した複数の所定位置で停止する手段と、カメラ部で撮影した複数の画像を１枚の画像に合成する合成手段を有することを特徴とするものである。
【０００６】
また原稿台を移動させる操作者が、読取位置を把握できる手段、たとえば、インデックスプランジャーを設け、移動動力と移動開始ボタンと組み合わせ、一回の移動開始ボタン押下で、次のインデックスプランジャーの位置まで、バネなどの移動動力を用いる構成とした。
【０００７】
ここで、読取位置を把握できる手段としては、座標位置表示手段でも良い。
【０００８】
また、カメラ部で撮影した複数の画像を１枚の画像に合成する手段を有し、エッジ情報の量を用いた重なり部分の特徴点を抽出する手段，正規化相関などのテンプレートマッチングを用いた画像間の対応点を検索する手段，基準画像に合わせて画像を変形する手段として画像間の対応点情報に基づきアフィン変換係数を求め基準画像以外の非接続画像をアフィン変換する手段を有する構成とした。
【０００９】
また、カメラ部で撮影した複数の画像を用いて、ステレオ測距法を用いて、カメラ部から対象物の注目位置までの距離を測定する手段を有し、距離を測定する手段による距離データにもとづき表面形状を２つの３次関数の組み合わせとして仮定し、測定データとの差分を評価し最適なモデルを探索しモデル化する手段とカメラからの距離に応じて拡大率を制御し合成画像を生成する平面に修復する手段を有する構成とした。
【００１０】
また、そのカメラ部で撮影した複数の画像を用いて、カメラ部から対象物の注目位置までの距離を測定し、複数の平面修復画像を生成し、平面修復画像を１枚の画像に合成する手段を有する構成とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施例について図１を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明の装置構成図である。本発明は、原稿台１２と、原稿台１２上に置かれる原稿を読み取るカメラヘッド１１と、基台１３の上部にカメラヘッド
１１を支える支柱１４で構成されるスキャナ部と、スキャナ部で読み込んだ画像を処理するパソコン部２で構成される。
【００１３】
パソコン部２での処理は大きく分けて、三次元処理部２１と大画面処理部２２で構成される。三次元処理部２１は、本などの立体物の表面を平面に修復する処理を行う。三次元処理部２１は、カメラから原稿までの距離を測定するステレオ距離測定部２１１，測定した距離データを元に表面形状を関数で表現するモデル化部２１２，関数に基づき平面に修復する平面修復部２１３で構成される。
【００１４】
大画面処理部２２は、複数の平面画像をつなぎ合わせ大きな画面に合成する処理を行う。大画面処理部２２は、隣り合う画像の重なり部分を判定する重なり部判定部２２１，滑らかに画像を接続するために画像を変形するための係数を算出する変換係数算出部２２２，接続のための画像を変換するアフィン変換・合成部２２３で構成される。大画面処理部２２の出力は表示部３に表示される。
【００１５】
本発明の特徴は、原稿台１２が、左右に移動する点にあり、これにより本来
Ａ４サイズの画像入力しかできないスキャナで、Ａ３サイズの入力が簡単に実施できる。
【００１６】
図２に、原稿移動の概念図を示す。図２（ａ）は、通常状態で、本を見開き状態に置いた場合、左側が読まれる。図２（ａ）は、遷移状態で、本を見開き状態に置いた場合、右側が読まれる。通常状態から遷移状態への移動は操作者が手動操作で行う。原稿第１２は、基台１３上を左右に移動できる構造になっており、画像取得スイッチ１５を押下すると、あらかじめ決められた量だけ原稿台が移動する。
【００１７】
図３は、原稿台移動の構造を示している。図３（ａ）は原稿台１２の裏側を示しており、原稿台の裏には、インデックス・ホール１２１ａ，１２２ａを有するレール１２１と１２２が設けられ、基台１３に固定されたベアリング１２３ａ−ｄ，１２４ａ−ｄ，１２５ａ−ｄ，１２６ａ−ｄとで、インデックスプランジャーを構成している。インデックスプランジャーとは、所定の位置で半固定可能な仕掛けである。このため、操作者は、容易に定められた読取位置に原稿台をセットすることが可能である。移動原稿台を、通常位置から遷移位置に操作者が移動すると、バネ１２８が伸長し、通常位置への引き戻し力が発生する。
【００１８】
図３（ｂ）は、移動原稿台１２の操作者の手前から見た側面図、図３（ｃ）は、横から見た側面図を示している。画像取得スイッチ１５を押下すると、構造物１３１，１３２で変位で伝達され、ベアリング１２３ａ−ｂ，１２６ａ−ｂは左に、ベアリング１２４ｃ−ｄ，１２６ｃ−ｄは右側に移動する。このため、インデックス・ホール１２１ａで止められていたレールが開放され、次のインデックスホールまでバネの収縮力でレールが移動する。
【００１９】
図４は、ステレオ距離測定の概念図を示す。図４（ａ）は、画像入力の概念図を示す。カメラヘッド１１の下で、移動原稿台１２を移動するということは、移動原稿台を固定して考えれば、カメラヘッド１１が、仮想ヘッド位置１１ｋ…
１１ｎに移動して画像を入力したことと等価である。これは、等価的にマルチカメラ画像入力を実現している。
【００２０】
図４（ｂ）における、原稿台上の高さの異なる画素１０００，１００１を、仮想ヘッド位置１１ｋ，１１（ｋ＋１）で画像入力すると、図４（ｃ）に示すように、対応する画像位置にずれが生じ、このズレ量を計測することで高さを計測することができる。
【００２１】
図５は、ステレオ距離測定部２１１の詳細ブロック図を示している。Ｋ番目の画像を入力し、特徴点を抽出２１１１し、テンプレート選別部２１１２で有効な特徴点のみを選別した後、隣接するＫ＋１番目の画像と正規化相関部２１１３でテンプレートマッチングを行い、対応点を検索する。その後、画像上でのズレ量を計算２１１４し、距離値を計算２１１５する。
【００２２】
図６は、モデル化の概念図を示す。計測した距離データから、本のようななめらかな表面を再現するため関数による近似を行う。しかし、一つの関数で表現するには、本の折れ目などを表せないため、ここでは２つの３次関数が、ある点で繋がっているというモデルを仮定し、どの程度関数がマッチするか評価する。図６（ａ）では、分離点２１２０を設定した様子を示している。プログラムでは、分岐点を探すために、全ての点で分離点を設定し、関数当てはめを実施し、正しかったかどうかを評価し、最も誤差の少なかったものを、正しい分離点、正しい関数と判定する。図６（ｂ）に関数当てはめの例を示す。２つの３次関数の合成２１２１で表現している。
【００２３】
図７は、モデル化のフローを示す。モデル化部２１２は、Ｋ番目の画像距離値を入力し、まず分離点を設定し、２つの三次関数への当てはめを実施２１２２する。実際の入力データと最小二乗誤差を計算２１２３し、誤差が所定量以下かチェック２１２４し、所定量以下になるまで、分離点設定，関数当てはめ２１２２，最小二乗誤差計算２１２３を繰り返す。誤差が所定量以下になれば、分離点，関数の係数を決定２１２５し、平面修復部２１３へパラメータを出力する。平面修復部では、距離値関数の値に応じて拡大縮小処理を実施し、立体物表面を平面に変換する。この詳細については、特開平２０００−１１２２１０号を参照いただきたい。
【００２４】
図８は、大画面処理の概念図を示す。平面修復された複数の画像を張り合わせるのが大画面処理の機能である。隣接画像を張り合わせる際、まず対応点を見つける必要がある。図８（ａ）は、隣接画像を張り合わせる際、左の画像の中から、右画像と重複部で対応エリアの抽出を行う概念図を示す。まず、０列目で、
１２８画素 ^*１２８画素単位でエリア抽出を行い１列分２４１０−２１２４抽出する。このうちエッジ量が所定量以上含まれる有効テンプレート２４１０，
２４１２，２４１３を選別する。同様に１列目，ｎ−１列目と評価を進め、最も有効なテンプレートを含む列が多いものを採用する。
【００２５】
次に、図８(ｂ)に示すように、先ほど抽出した左画像のテンプレート２４２５，２４２６と右画像のマッチングを行い、対応点を検索し、アフィン変換パラメータを算出する。アフィン変換とは、画像の拡大・縮小，回転などの線形変換動作を示しており、係数が決定されれば、一意に変換が可能である。図８（ｃ）に、画像変換の概念図を示している。
【００２６】
図９は、重なり判定部２２１のフローを示している。Ｋ番目の平面画像を入力し、特徴点を抽出２２１１し、テンプレート列の選別２２１２を行い、Ｋ＋１番目の平面画像と正規化相関２２１３を行い、対応点判定２２１４を行う。その後、アフィン変換の変換係数を決定し、アフィン変換後、画像を合成する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ａ４サイズのスキャナでＡ３サイズ以上の画像を得ることができ、また本などの立体物の表面を平面修復できるスキャナを低価格に提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非接触画像読取システムの一構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る非接触画像読取システムの原稿移動の概念を示す図である。
【図３】本発明に係る非接触画像読取システムの原稿台移動の一実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る非接触画像読取システムのステレオ距離測定の概念を示す図である。
【図５】本発明に係る非接触画像読取システムのステレオ距離測定部の詳細ブロック図である。
【図６】本発明に係る非接触画像読取システムのモデル化の概念を示す図である。
【図７】本発明に係る非接触画像読取システムのモデル化のフローを示す図である。
【図８】本発明に係る非接触画像読取システムの大画面処理の概念を示す図である。
【図９】本発明に係る非接触画像読取システムの重なり判定部のフローを示す図である。
【符号の説明】
２…パソコン（ＰＣ）、３…表示部、１１…カメラヘッド、１２…原稿台、
１３…基台、１４…支柱、１５…画像取得ＳＷ、２０…インターフェイスケーブル、２１…三次元処理部、２２…大画面処理部、２１１…ステレオ距離測定部、２１２…モデル化部、２１３…平面修復部、２２１…重なり判定部、２２２…変換係数算出部、２２３…アフィン変換・合成部。

Claims (17)

1. 画像を読み取るカメラ部と、
   前記カメラ部を支える支柱部と、
   原稿を置く原稿台とを有する非接触画像読取システムにおいて、
   前記原稿台は水平方向に移動可能な原稿台であり、
   前記原稿台を移動させる際、あらかじめ設定した複数の所定位置で停止する手段と、
   前記カメラ部で撮影した複数の画像を１枚の画像に合成する合成手段を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
2. 請求項１の非接触画像読み取りシステムにおいて、
   あらかじめ設定した複数の所定位置で停止する手段として、原稿台を複数の所定位置で半固定する手段を有することを特徴とする非接触画像読み取りシステム。
3. 請求項２の非接触画像読み取りシステムにおいて、
   所定位置で半固定する手段として、インデックスプランジャーを備えたことを特徴とする非接触画像読み取りシステム。
4. 請求項１の非接触画像読取システムにおいて、
   前記原稿台を移動させる操作者に読取位置を把握させる手段を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
5. 請求項４の非接触画像読取システムにおいて、
   前記読取位置を把握させる手段は、インデックスプランジャーであることを特徴とする非接触画像読取システム。
6. 請求項１の非接触画像読取システムにおいて、
   前記原稿台は、移動動力手段と、異動開始ボタンと、インデックスプランジャーとを有し、前記異動開始ボタンの一回の押下で、前記移動動力手段により次のインデックスプランジャーの位置まで移動する移動機構を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
7. 請求項６の非接触画像読取システムにおいて、
   移動動力手段は、バネであることを特徴とする非接触画像読取システム。
8. 請求項４の非接触画像読取システムにおいて、
   前記読取位置を把握させる手段は、読取位置を座標位置として表示する座標位置表示手段を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
9. 請求項１の非接触画像読取システムにおいて、
   前記合成手段は、重なり部分の特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、画像間の対応点を
   検索する画像間対応点検索手段と、基準画像に合わせて画像を変形する画像変形手段とを
   有することを特徴とする非接触画像読取システム。
10. 請求項９の非接触画像読取システムにおいて、
    前記特徴点抽出手段はエッジ情報の量を用いて重なり部分の特徴点を抽出することを特
    徴とする非接触画像読取システム。
11. 請求項９の非接触画像読取システムにおいて、
    前記画像変形手段は、画像間の対応点情報に基づきアフィン変換係数を求め、基準画像以外の非接続画像をアフィン変換することを特徴とする非接触画像読取システム。
12. 請求項１の非接触画像読取システムにおいて、
    前記カメラ部で撮影した複数の画像を用いて前記カメラ部から対象物の注目位置までの距離を測定する距離測定手段を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
13. 請求項１２の非接触画像読取システムにおいて、
    前記距離測定手段は、ステレオ測距法を用いる特徴とする非接触画像読取システム。
14. 請求項１２の非接触画像読取システムにおいて、
    前記距離測定手段による距離データに基づいて表面形状をモデル化するモデル化手段と、平面に修復する平面修復手段を有することを特徴とする非接触画像読取システム。
15. 請求項１４の非接触画像読取システムにおいて、
    前記モデル化手段は表面形状を複数の同一次数関数の組み合わせとして仮定し、測定データとの差分を評価し、最適なモデルを探索することを特徴とする非接触画像読取システム。
16. 請求項１５の非接触画像読取システムにおいて、
    仮定する関数は、２つの３次関数の組み合わせとすることを特徴とする非接触画像読取システム。
17. 請求項１５の非接触画像読取システムにおいて、
    前記平面修復手段は、前記カメラ部からの距離に応じて拡大率を制御し合成画像を生成することを特徴とする非接触画像読取システム。

Images