JP4251312B2 - 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照明光源によって照射し、その照射された部分のモノクロ画像又は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は、既にレター（はがき、定形郵便物）及びフラットメールと呼ばれる郵便物に対してそれを区分する装置（それぞれレター区分機及びフラットメール区分機）に搭載され実用化されている。区分機は、画像入力装置で郵便物表面のイメージを取り込み、郵便物表面に記載されている宛名を後段の認識処理部で読み取り、その結果に従って方面別の区分箱へ分類収納するものである。この種の郵便物等の宛名を自動的に読み取る従来技術は、特開２００１−２４３４５８号公報、特開昭６３−１８９９７８号公報、特開平２−１７１８８３号公報、特開平９−１３１５７３号公報及び特開平１０−１８７９５２号公報に開示されている。
【０００３】
ところで、フラットメールは、レターと比べ、厚みが薄いものから厚いもの（最大５０ｍｍ）まで幅があり、面積も最大で縦４００ｍｍ、横３００ｍｍと広いため、フラットメール用の画像入力装置は上記要求を満たすよう、レター用のそれよりもより広い視野、深い深度を確保するよう光学系の設計がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
小包と呼ばれる郵便物は、高さ最大６００ｍｍ、縦５００ｍｍ、幅５００ｍｍ程度のものでフラットメールより更にサイズの大きいものである。この小包み郵便物に対する区分機（以下、小包み区分機という）において画像認識による区分を考えた場合、従来のフラットメール用画像入力装置の技術の延長では、特に厚さに関して要求が１０倍以上であり、照明の照射深度、カメラの被写界深度（ピントが合って見える被写体位置の範囲）の限界から実現困難である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記小包など大小様々な郵便物が流れる区分機において、レター区分機、フラットメール区分機同様の画像認識処理による高速・高性能な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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による画像入力装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【０００７】
本発明は、搬送手段により任意の間隔で一定方向に移動される縦、横及び高さが不均一なサイズの小包み郵便物である被写体の表面の画像を撮像する画像入力装置において、
前記搬送手段により一定方向に移動する前記被写体に向けて前記搬送手段の移動方向に対して略直交方向の線状光を照射する照明手段と、
前記搬送手段の移動方向の下流側であって且つ前記搬送手段の上方に配置され、前記線状光に照射された前記被写体をリニアアレイＣＣＤで撮像する撮像手段と、
前記搬送手段の移動方向に関し前記撮像手段より上流に配置され、前記被写体の通過の検知をし、前記検知に基づく前記被写体の通過時に、高さ方向に配列した複数のエリアビームにより、前記被写体の高さに対応するエリアセンサデータを検知して前記撮像手段から前記被写体の表面までの撮像距離データを前記被写体の撮像前に検知する検知手段と、
前記撮像手段による前記被写体の撮像時に、前記検知手段により検知した距離データに応じて前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤを移動させてピントを前記被写体に自動的に合わせるオートフォーカス手段と、
前記搬送手段における被写体載置平面に対し前記撮像手段の光軸がなす角度と、前記エリアセンサデータで表される前記被写体の高さとに応じて、当該被写体の通過時から該撮像手段による当該被写体の撮像開始までの時間を制御する撮像タイミング制御手段と
を備える。
【０００８】
本発明は、前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤと共に遮光板を使用し、前記リニアアレイＣＣＤのうち実使用画素以外の露光を阻止する。
【０００９】
本発明は、前記撮像手段で撮像された前記被写体の画像を補正する画像補正手段を設け、前記リニアアレイＣＣＤの取り込み方向（順方向）とその逆方向から包絡線を検知して、諧調補正及び配光補正を行う。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態の構成について図面を用いて説明する。
図１において、郵便物２は搬送コンベア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の通過を検知し、その検知信号をカメラユニット５へ出力する。ロータリーエンコーダ９は、搬送コンベア１の速度に比例した周期のパルスを生成しカメラユニット５へ出力する。
【００２２】
照明ユニット６は、郵便物２を線状に照射するものである。この照明ユニット６の構成について図２を参照して詳細に説明する。図２はツマミネジ１８を緩め、前面の開閉部を開いた図である。図示の通り、照明ユニット６は、３本のランプ管１４とその各々に対応する反射板１７、側面に取り付けられた吸気ファン１５とその反対側面の排気ファン１６、開閉部で照明の開口部分を仕切る前面ガラス１９、さらにその開閉部の先に取り付けられる補助反射板２０で構成される。吸気ファン１５と排気ファン１６により照明ユニット６の内部は空冷される。また、塵や埃が入らないよう各ファン１５、１６に防塵メッシュが取り付けられている。
【００２３】
反射板１７及び補助反射板２０は、ランプ管１４が高圧ナトリウムランプの場合、メタルハライドランプの場合でそれぞれ、必要な被写体深度の深さ、視野にてなるべく均一にかつ高照度にカメラ視野を照射するよう設計され、取り付けられる。また、各ランプの特性に応じて、ランプ管１４の表面及び前面ガラス１９に熱線カット、紫外線カットのコーティングを施し、熱線及び紫外線の照射を極力抑えてかつ可視光域による高輝度照射を実現している。
【００２４】
次に図３を参照して本発明の第１の実施形態の回路構成について説明する。
カメラユニット５は、処理する信号形態から光学部分と電気部分に分けて考えられる。光学部分は、カメラ視野１１の反射光２１を数回折り返すミラー２２、シェーディング補正を行うシェーディング補正板２４、各フィルタ類、そして集光・結像するレンズ２７及びその像を受けるリニアアレイＣＣＤ２９で構成される。
【００２５】
電気部分は、光電変換を行うＣＣＤ回路３０、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３２、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し、さらに各デジタル画像補正を行うビデオ信号処理回路３３、ビデオ信号をパラレルシリアル変換して認識ユニット７の画像認識処理部３５へ送出する画像データ伝送回路３４、さらに光電センサ３、エリアセンサ４、ロータリーエンコーダ９からの各信号を受信し認識ユニット７のパラメータ制御部３６と通信を行い、パラメータ設定をオートフォーカスモジュール３１、ビデオ信号処理回路３３に対して行う制御回路３７で構成される。
【００２６】
ここで、オートフォーカスモジュール３１の構成を図４を参照して詳細に説明する。リニアステッピングモータ３８は、モータ固定冶具４２で固定される。このモータ固定冶具４２は、熱伝導のよい金属を用いモータの熱を逃がす役目も担っている。
【００２７】
リニアステッピングモータ３８のシャフトの先端には、ＣＣＤボード固定冶具４３が取り付けられる。リニアアレイＣＣＤ２９、その一部を遮光する遮光板２８及びＣＣＤ回路３０が搭載されたＣＣＤボード４４はＣＣＤボード固定ネジ４５によって上記ＣＣＤボード固定冶具４３に取り付けられる。また、シャフトには原点、エッジを検出するためのモータ用遮蔽板４１が取り付けられ、原点用光電センサ３９、エッジリミット用光電センサ４０が設置されている。
【００２８】
電源ユニット１３は、図５に示すように、ランプファン４６などの各種アラームを検出しカメラユニット５へ出力するアラーム信号生成回路４７と、電源４８と、メイ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。
【００２９】
認識ユニット７は、画像データ伝送回路３４からの画像データに対し画像認識処理を行う画像認識処理部３５と、エリアセンサ４のデータ値に応じ、光電センサ３のあるタイミングにて各パラメータをオートフォーカスモジュール３１及びビデオ信号処理回路３３に送信するパラメータ制御部３６から構成される。
【００３０】
次に上記本発明の第１の実施形態の動作について説明する。
図１において、照明ユニット６は、図６にも示す通りカメラ光軸角度５１と同様に搬送方向８の垂直方向に対して鋭角をなすようその照明光軸角度５２が設定され、かつカメラ光軸角度５１とは若干異なる角度で照明を行っている。これにより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。
【００３１】
また、必要な被写界深度、カメラ視野の範囲で出来るだけ均一でかつ高照度となるよう照明を行っている。図７は各高さ位置のカメラ視野での照明照度を示している。０ｍｍから１，０００ｍｍまでの高さ変動は補助反射板２０による効果で、最小値に対する最大値が４倍強から２倍弱までに抑制され、より均一化が図られている。
【００３２】
ここで、図１に示すように郵便物２は搬送コンベア１によって一定速度で搬送される。エリアセンサ４の手前に設置された透過型の光電センサ３からの信号は、エリアセンサデータの取り込みタイミング及び撮像タイミング信号としてカメラユニット５へ送られる。
【００３３】
カメラユニット５の制御回路３７は、ロータリーエンコーダ９のパルス信号を用い、光電センサ３の信号を光電センサ３とエリアセンサ４の距離分だけ遅延させてエリアセンサデータを取り込む。また、この光電センサ３の信号から制御回路３７は郵便物の間隔を検知する。
【００３４】
エリアセンサ４のデータは、制御回路３７を通してパラメータ制御部３６へ送られる。このエリアセンサデータに応じてパラメータ制御部３６はＬＵＴ形式でゲイン補正パラメータ、間引きパラメータをビデオ信号処理回路３３に、郵便物がカメラ視野１１にかかって撮像を開始する直前に設定する。
【００３５】
図８に示すように、ゲイン補正パラメータ５７はアナログゲインアンプ５８に設定され、照明の高さに応じた明るさ変動に起因するビデオ信号５６のレベル変動をＡ／Ｄ変換前に抑制する。照明の高さに応じた照度変動は、反射板１７及び補助反射板２０で図７に示す程度までに抑えられている。ここで、反射板の設計をより詳細に行うことでさらに明るさ変動を抑制することも可能であるが、コストと量産性の両面から現実的ではない。そのため照明の反射板設計による変動抑制は図７に示す程度の粗調整までとし、微調整をこのゲイン補正部にて行う。
【００３６】
ここで、カメラ光軸１０が搬送コンベア１に対し斜めの角度を持つ場合、郵便物がカメラ視野１１にかかるタイミングは郵便物の高さ、すなわちエリアセンサデータに応じて変わる。例えば、カメラ光軸角度５１が１８度である場合、高さ５０ｃｍの差で約１６ｃｍだけ撮像開始の位置が異なってくる（５０ｃｍ×ＴＡＮ（１８度））。そのため撮像開始タイミングの遅延もカメラ光軸角度５１を元に予め計算してパラメータ制御部３６にてテーブル化し、ＬＵＴ形式でエリアセンサデータに応じた遅延パラメータを読み出して制御回路３７に設定する。
【００３７】
また、パラメータ制御部３６はリニアステッピングモータ３８の移動ステップ数をオートフォーカスモジュール３１に設定する。このタイミングは、オートフォーカスモジュール３１の動作時間を考慮に入れる必要がある。前後の郵便物の間隔が原点復帰を行ってからの位置決め移動時間（最大約１８０ｍｓ）以上に空いている場合には絶対位置決めを行う。
【００３８】
絶対位置決めにおいて、リニアステッピングモータ３８のステップ数の設定はパラメータ制御部３６に予め設定されたステップ数だけ設定される。その設定タイミングは、撮像の１８０ｍｓ前になされ、同時に原点復帰動作が開始される。原点復帰後、自動的に設定されたステップ数だけ位置決め移動が行われる。
【００３９】
一方、前後の郵便物の間隔が上記以下である場合には相対位置決めを行う。相対位置決めにおいて、リニアステッピングモータ３８のステップ数の設定はパラメータ制御部３６に予め設定されたステップ数から、一つ前の郵便物のそれを引いた数だけ設定される。その減算結果の符号は方向を表し、−の場合はＣＣＤをレンズ（被写体）に近づける方向に、＋の場合は遠ざける方向にそれぞれ絶対値分のステップ数だけリニアステッピングモータ３８を移動させる。設定のタイミングは、撮像のタイミングに対しステップ数に比例した時間に加減速のオフセットを加えた時間分だけ前になされ、同時にそのステップ数の移動が開始される。
【００４０】
但し、郵便物の間隔がこの相対位置決めの時間もないほどに狭い場合、次の郵便物を優先させる。即ち、次の郵便物の撮像に間に合うよう、現在の郵便物の撮像中にリニアステッピングモータ３８の移動を開始させる。これは単純に郵便物２の間隔が非常に狭い場合の他、例えば図６に示すような場合に起こり得る。カメラ光軸角度５１と前後の郵便物の間隔、及びそれらのエリアセンサデータから図６のような場合が予め予測できるため、上記対応が可能である。
【００４１】
移動ステップ数は、図９に示すように実験的に求めた測定データ６３の近似曲線６２と、幾何光学にて理論的に求めた曲線にオフセットを足しこんだ曲線６１でほぼ一致する。そのため一度ステップ数を定めればオフセットの調整のみで設定が可能である。
【００４２】
このオフセットの調整は、フォーカス調整用チャートを高さ０ｍｍのカメラ視野１１上におき、ＣＣＤを高さ０ｍｍの以前のステップ数で移動させて固定しレンズフォーカスリングを回すことによっても、又はレンズは動かさず実際に画像を取り込みながらＣＣＤを自動的に１ステップずつ動かし最も画像がシャープだった位置でのステップ数を今回の高さ０ｍｍでの値として設定し直すことによっても行うことができる。
【００４３】
ここで、郵便物２の高さが搬送方向８に対して一定の場合、ステッピングモータの移動は上述の相対位置決め又は絶対位置決めだけが行われるが、それが変動している場合、エリアセンサにて得られた高さプロファイルに合わせてオートフォーカスを追従移動させることも可能である。この場合、ステッピングモータの追従移動のスピードは搬送スピードに合わせ、高さプロファイルに応じたステップ数だけ順に相対位置決めにより移動させる。
【００４４】
郵便物２の表面からの反射光２１は、図３に示すように複数枚のミラー２２で複数回反射された後にレンズ２７によってＣＣＤ２９に結像する。
【００４５】
ミラー２２は、特にカメラ視野１１方向に細長い大きなサイズが必要であり、取り付け時に歪が生じないよう、λ／４の高面精度でかつ厚みが１０ｍｍ以上のものを用いる。複数枚の使用は限られたスペースの中で光路長をできるだけ長くし郵便物２の高さ変動に伴う画像の倍率変動を極力抑えるために行っている。
【００４６】
しかし、例えば光路長約３．５ｍにおいても、倍率変動は図１０の曲線６５に示すような倍率変動となってしまうため、高さに応じた間引き処理が行われ、曲線６４のように高さ１０００ｍｍでも変動が１０％以下となるよう補正している。
【００４７】
間引きは、図１１のように間引きパラメータ７４をビデオ信号処理回路３３の画像補正回路６０にゲイン補正パラメータ５７と同様のタイミングで設定することにより行われる。
【００４８】
またミラー２２のうちの２つは、光路を４５度で反射させかつ互いの面法線が直角であって同時に動かすことの出来る可動ミラーブロック２３に取り付けられる。この可動ミラーブロック２３を前後に動かすことで光路長を移動の２倍分変化させることができ、特に上述のように光路が長い場合に、光路を調整するのに有利である。
【００４９】
図３に示すように、レンズ２７の前にはシェーディング補正板２４、偏光フィルタ２５、赤外カットフィルタ２６がそれぞれ配置される。シェーディング補正板２４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（明るさムラ）を補正する。赤外カットフィルタ２６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。偏光フィルタ２５はビニールなど正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する。
【００５０】
ここで、特にカラー撮像で光源をオレンジ色の高圧ナトリウムランプとする場合には、さらにシャープカットカラーフィルタを備え、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て粗く色バランス調整を行う。
【００５１】
レンズ２７は、例えばスキャン方向分解能８．０本／ｍｍの倍率で視野５１２ｍｍを取り込むように選定する。するとＣＣＤ２９で実使用される画素数は４０９６画素（＝８．０（画素／ｍｍ）×５１２ｍｍ）となる。
【００５２】
このＣＣＤ２９にてレンズ２７で結像した光を電気信号へ変換する。低コスト化のためＣＣＤは、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、遮光板２８を用い、実使用画素以外は露光しないようにしている。
【００５３】
ここで、遮光板とＣＣＤの隙間から回折による光漏れが生じ遮光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。
【００５４】
ＣＣＤ回路３０から出力されるビデオ信号５６は、図８に示す通り、ビデオ信号処理回路３３にてゲイン補正された後、Ａ／Ｄ変換される。
【００５５】
画像補正回路６０では、先ずリニアアレイＣＣＤの順方向とその逆方向の包絡線を検知して階調変換、配光補正を行い、その後間引き処理を行う。その回路構成を図１１に示す。
【００５６】
先ず、Ａ／Ｄ変換器５９にてデジタル化された信号を複数ライン保持できる容量のある原イメージメモリ６６にリニアアレイＣＣＤの出力順に書き込む。ここで１ライン分のイメージデータに対し平滑処理６７を施した後、ＣＣＤの出力順の方向、及びその逆方向からイメージデータを読み出して包絡線検知処理を行い、そのデータをそれぞれ順方向包絡線メモリ６８及び逆方向包絡線メモリ６９に書き込む。
【００５７】
ここで包絡線検知の原理を図１２（Ａ）から（Ｄ）を用いて説明する。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は順方向包絡線検知を図示したものである。ここでは原イメージメモリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイメージライン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順方向に一つ先の画素のレベルを比較する。注目する画素のレベルの方が大きければ、その値からある一定値を引いたものをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画素のレベルをその画素値とする。そうして１ライン分の順方向包絡線追従信号７８を生成し、順方向包絡線メモリ６８に書き込む。
【００５８】
一方、図１２（Ｃ）及び（Ｄ）は逆方向包絡線検知を図示したものである。ここでは原イメージメモリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイメージライン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順方向に一つ手前の画素のレベルを比較する。注目する画素のレベルの方が大きければ、その値からある一定値を引いたものをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画素のレベルをその画素値とする。そうして１ライン分の逆方向包絡線追従信号８１を生成し、逆方向包絡線メモリ６９に書き込む。
【００５９】
両包絡線検知における減算の値は、目的とする画像認識処理に最も適した値を用いる必要があり、調整にて定める。
【００６０】
ここで順方向包絡線追従信号７８を白基準レベルとして階調変換を行う補正を考えると、紙面レベル７５よりレベルの小さい黒レベル７６に対し、その幅が十分小さい場合には順方向包絡線追従信号７８と黒レベル７６とのコントラストは保つことができる。一方、紙面レベルより値の大きい正反射光レベル８０がある場合、その正反射光の幅に関わらずイメージライン信号７７が紙面レベル７５に戻っても順方向包絡線追従信号７８はすぐに下がらずそれらの間にコントラストが生じてしまう。逆方向包絡線追従信号８１だけで考えても同様である。
【００６１】
そこでこれら計算された２つの包絡線信号について各画素毎の比較を行い、小さい方を配光補正のための紙面レベル追従信号として用いることを考える。すると、その処理後の包絡線追従信号８２は図１２（Ｅ）及び（Ｆ）に示すようになり、図１２（Ｂ）及び（Ｄ）で示したような正反射前後の包絡線信号とイメージライン信号とのコントラストが1画素分のずれを除き完全に除去できる。
【００６２】
順方向包絡線追従信号７８と逆方向包絡線追従信号８１の比較は比較処理７０にて行う。その結果の包絡線追従信号８２はＲＯＭ７１に上位アドレスとして与えられる。また下位アドレスとしてこの包絡線信号を計算する元となった原イメージライン信号は、原イメージメモリ６６から与える。
【００６３】
ここでＲＯＭ７１には予め、
（配光補正データ）＝（白基準レベル）÷（紙面レベル追従値）×（イメージ値）
なる演算を紙面レベル追従値の全てのとり得る値、及びイメージ値の全てのとり得る値に対して行い、紙面レベル追従値をＲＯＭ上位アドレス、イメージ値をＲＯＭ下位アドレスとして、その演算結果を書き込んでおく。但し、紙面レベル追従値がある閾値以下である場合には、紙面とみなして無理に白基準レベルに持ち上げないように設定しておく。
【００６４】
これにより、計算された包絡線追従信号８２を紙面レベル追従値として白基準レベルに設定し、階調を最適に保つと共に１ラインスキャンにおける照明ムラ、レンズのシェーディングなどによるムラを補正し、さらに照明の電源ＯＮからの時間変動、及び長期的劣化に変動も吸収でき、いつでも均一な明るさのイメージを得ることが出来る。
【００６５】
また上述の式はイメージ値に対し単純に線形であるが、さらにイメージ値に応じて変化する正規化された重み定数をかけることでγ補正演算も可能である。
【００６６】
上述の演算結果である配光補正データ７３は、認識ユニット７のパラメータ制御部３６にて計算され、制御回路３７を通じて、出荷調整時などのタイミングで書き込まれる。
【００６７】
階調変換、配光補正のなされたＲＯＭ７１の出力は、前述のようにエリアセンサ４の値に応じて間引き処理７２が施され、画像データ伝送回路３４へ送られる。
【００６８】
画像データ伝送回路３４は、画像データを光ファイバまたはＬＶＤＳ信号で画像認識ユニット７の画像認識処理部３５に画像を送信する。画像認識処理としては、郵便番号、宛名、書籍のＩＳＢＮコード番号などの文字認識処理、インディシアなどの検知処理などを行うことが可能である。特にＩＳＢＮコード番号はカラフルなものが多いため、カラー撮像による認識が有利である。
【００６９】
なお、上記で示した視野、分解能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。
【００７０】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態において、照明ユニットを２つとし、カメラ光軸１０を搬送方向に垂直にしたものであり、図１３のような配置となる。
【００７１】
カメラ光軸が搬送方向に垂直であるため、第１の実施形態のように、エリアセンサの値に応じて撮像タイミングが変わることがなく、また図６のように次の郵便物との高さ関係で撮像が不可能になるようなことが生じない。そして照明が倍になることでより高照度で被写体を照射することができ、レンズ絞りを絞ることによるメカ的なオートフォーカスによらないカメラ深度向上につながり、被写体のスキャン方向の凹凸に対してよりピントの合った撮像を可能にする。さらにシャッター時間を短くすることでより高分解能の画像取り込みが可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態又は第２の実施形態において、カメラユニット５に高分解能モノクロ撮像と低分解能カラー撮像の両機能を搭載させたものである。
【００７３】
図１４はカメラユニット５の構成を示すブロック図である。
モノクロ撮像用反射光１０１とカラー撮像用反射光１０２は一定の距離だけ離れて平行を保ってミラー２２に反射される。モノクロとカラーの反射光のＣＣＤまでの光路の構成はカラー撮像用の場合にシャープカットカラーフィルタ１０３がある以外はほぼ同じである。その後段においても基本的にはモノクロとカラーは同じ構成である。但しカラー撮像系のビデオ信号処理回路３３においては、モノクロで配光補正を行う処理において、さらに白補正が加わる。また分解能の違いからステッピングモータのステップ数が、見ている位置の差から画像取り込みのタイミングを図る遅延パラメータが異なる。
【００７４】
カラー低分解能の画像は、認識ユニット７の画像認識領域検知部１０４に送られ、高分解能モノクロ画像取り込んだ画像のうち、実際に画像認識させる領域を見つけ出す用途に用いられる。これにより高分解能で全ての視野を画像認識させることがなくなり、より処理の高速化を図ることができる。
【００７５】
例えば、画像認識させる対象エリアがいつでも青い枠で書かれている場合、赤いハートマークがある場合など、先ずそれらを低分解能カラー画像で検知し、その位置からある程度マージンを含んだエリアに足し、高分解能白黒画像で画像認識を行う。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態において、特にカメラ光軸角度５１を４５度とし、被写体の上面だけでなく後面（又は前面）も撮像するものである。
【００７７】
図１のようにカメラ光軸１０が搬送方向の斜め後方から下向きになるようカメラユニット５が設置されている場合、上面の撮像を第１の実施形態同様に行った後、オートフォーカスを高さに応じて追従させながら高さ０ｍｍまで後面の撮像を行う。
【００７８】
カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方から下向きになるようカメラユニット５が設置されている場合には、先ずオートフォーカスを高さ０ｍｍから郵便物の高さまで追従させて前面を撮像し、その後上面を第１の実施形態と同様にして撮像する。
【００７９】
一方、図１５に示すように、郵便物の側面を読み取るようにカメラユニット５及び照明ユニット６を設置し、カメラ光軸１０が搬送方向斜め後方の向きになっている場合、先ず郵便物の側面を方向１１２の向きに、位置検知用エリアセンサ１１１に応じてオートフォーカスを位置決めして撮像する。次に方向１１３の向きに、オートフォーカスを追従させながら郵便物の後面を撮像する。
【００８０】
ここで位置検知用エリアセンサ１１１は光電センサ３や高さ検知用のエリアセンサ４と同様、カメラ光軸１０より搬送コンベア１の手前の、搬送コンベア１の繋ぎ目に上下に設置する。
【００８１】
図１５でカメラ光軸１０が搬送方向斜め前方の向きになっている場合には、先ずオートフォーカスを追従させて前面を、次にオートフォーカス固定で側面を撮像する。
【００８２】
次に、本発明の第５の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態のカメラユニットを複数台用い、第４の実施形態の配置をそれぞれのカメラで別々にとらせ、郵便物を全６方向から撮像するものである。
【００８３】
図１６（Ａ）は、本実施形態のカメラユニットの配置を側面から見た図である。この図１６（Ａ）及び（Ｂ）において、各カメラユニットと対になる照明ユニット、光電センサ３、高さ検知用のエリアセンサ４、位置検知用エリアセンサ１１１などは省略している。
【００８４】
図１６（Ａ）に示すように、搬送コンベア１の上面には、カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方から下向きになるよう設置された前面及び上面読み取り用カメラユニット１２１が、またコンベアの繋ぎ目から上方にカメラ光軸を持った底面読み取り用カメラユニット１２２が配置される。
【００８５】
底面読み取り用カメラユニット１２２については、オートフォーカスは特に用いる必要はない。またカメラユニット１２１の照明が直接入射しないような配置にする。
【００８６】
一方、図１６（Ｂ）は本実施形態のカメラユニットの配置を上面から見た図であり、搬送コンベア１の片側側面にはカメラ光軸１０が搬送方向の斜め後方から前向きになるよう設置された後面及び側面読み取り用カメラユニット１２４が、また反対側の側面にはその側目読み取り用カメラユニット１２３が配置される。
【００８７】
これら計４台のカメラユニット構成により、郵便物を全６方向から撮像することが可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の画像入力装置によれば、次のような格別顕著な効果が得られる。
【００８９】
（１）大小様々な郵便物に対しオートフォーカスを用いてピントの合った画像を取り込むことができ、その画像に対し画像認識処理することにより自動的に郵便物を区分することが可能となる。
【００９０】
（２）高分解能のモノクロ撮像系と低分解能のカラー撮像系を一体化させ、低分解能カラーで認識対象の領域の位置を、そして高分解能のカラーで画像認識処理を行うことにより、より高速に区分処理を行うことができる。
【００９１】
（３）偏光フィルタ、包絡線検知手段及びカメラ光軸と照明光軸の位置関係により郵便物が正反射を生じた際の画像のコントラスト劣化を抑えることができる。
【００９２】
（４）遮光手段によりＣＣＤ未使用部分を遮光し必要範囲のみ使用することにより高速化が図れると共に汎用の安価なＣＣＤの使用が可能となる。
【００９３】
（５）また、本発明の画像入力装置を複数台用いることで郵便物を全６方向から撮像して全面の画像認識処理を行うことができ、郵便物を搬送コンベアに載せる際に、特に画像認識処理を行う面を意識して載せる必要がなくなり、作業者の負担軽減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像入力装置の第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に示す照明ユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示す回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】図３に示すオートフォーカスモジュール３１の構成を示す斜視図である。
【図５】図１に示す電源ユニット１３の構成を示すブロック図である。
【図６】郵便物の前後の関係により撮像が出来なくなる場合を説明する図である。
【図７】照明補助反射板２０の効果を説明する図である。
【図８】ビデオ信号処理回路３３の概略を示すブロック図である。
【図９】リニアステッピングモータ３８の移動ステップ数を示す図である。
【図１０】倍率変動に対する間引きの効果を説明する図である。
【図１１】画像補正回路６０の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態における諧調変換や配光補正処理を説明するための信号波形図である。
【図１３】本発明による画像入力装置の第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１４】本発明による画像入力装置の第３の実施形態の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図１５】郵便物の側面及び後面を読み取る配置構成の概略を示すブロック図である。
【図１６】本発明による画像入力装置の第５の実施形態のカメラユニット配置構成の概略を示す側面図と上面図である。
【符号の説明】
１ 搬送コンベア
２ 郵便物
３ 光電センサ
４ エリアセンサ
５ カメラユニット
６ 照明ユニット
７ 認識ユニット
８ 搬送方向
９ ロータリーエンコーダ
１０ カメラ光軸
１１ カメラ視野
１２ エリアセンサビーム
１３ 電源ユニット
１４ ランプ管
１５ 吸気ファン
１６ 排気ファン
１７ 反射板
１８ ツマミネジ
１９ 前面ガラス
２０ 補助反射板
２１ 反射光
２２ ミラー
２３ 可動ミラーブロック
２４ シェーディング補正板
２５ 偏光 フィルタ
２６ 赤外カットフィルタ
２７ レンズ
２８ 遮光板
２９ ＣＣＤ
３０ ＣＣＤ回路
３１ オートフォーカスモジュール
３２ ＣＣＤ駆動回路
３３ ビデオ信号処理回路
３４ 画像データ伝送回路
３５ 画像認識処理部
３６ パラメータ制御部
３７ 各制御回路
３８ リニアステッピングモータ
３９ 原点用光電センサ
４０ エッジリミット用光電センサ
４１ モータ用遮蔽板
４２ モータ固定冶具
４３ ＣＣＤボード固定冶具
４４ ＣＣＤボード
４５ ＣＣＤボード固定ネジ
４６ ランプファン
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 カメラ光軸角度
５２ 照明光軸角度
５３ 照明光軸
５４ 補助反射板なしの照度データ
５５ 補助反射板ありの照度データ
５６ ビデオ信号
５７ ゲイン補正パラメータ
５８ アナログゲインアンプ
５９ Ａ／Ｄ変換器
６０ 画像補正回路
６１ 理論曲線（オフセット追加）
６２ 測定データへの近似曲線
６３ 測定データ
６４ 間引き処理を行った場合の倍率変動曲線
６５ 間引き処理を行わない場合の倍率変動曲線
６６ 原イメージメモリ
６７ 平滑処理
６８ 順方向包絡線メモリ
６９ 逆方向包絡線メモリ
７０ 比較処理
７１ ＲＯＭ
７２ 間引き処理
７３ 配光補正パラメータ
７４ 間引きパラメータ
７５ 紙面レベル
７６ 黒レベル
７７ イメージライン信号
７８ 順方向包絡線追従信号
７９ ＣＣＤ順方向
８０ 正反射光レベル
８１ 逆方向包絡線追従信号
８２ 比較処理後の包絡線追従信号
１０１ モノクロ撮像用反射光
１０２ カラー撮像用反射光
１０３ シャープカットカラーフィルタ
１０４ 画像認識領域検知部
１１１ 位置検知用エリアセンサ
１１２ 側面読み取り方向
１１３ 後面読み取り方向
１２１ 前面及び上面読み取り用カメラユニット
１２２ 底面読み取り用カメラユニット
１２３ 側面読み取り用カメラユニット
１２４ 側面及び後面読み取り用カメラユニット
【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照明光源によって照射し、その照射された部分のモノクロ画像又は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は、既にレター（はがき、定形郵便物）及びフラットメールと呼ばれる郵便物に対してそれを区分する装置（それぞれレター区分機及びフラットメール区分機）に搭載され実用化されている。区分機は、画像入力装置で郵便物表面のイメージを取り込み、郵便物表面に記載されている宛名を後段の認識処理部で読み取り、その結果に従って方面別の区分箱へ分類収納するものである。この種の郵便物等の宛名を自動的に読み取る従来技術は、特開２００１−２４３４５８号公報、特開昭６３−１８９９７８号公報、特開平２−１７１８８３号公報、特開平９−１３１５７３号公報及び特開平１０−１８７９５２号公報に開示されている。
【０００３】
ところで、フラットメールは、レターと比べ、厚みが薄いものから厚いもの（最大５０ｍｍ）まで幅があり、面積も最大で縦４００ｍｍ、横３００ｍｍと広いため、フラットメール用の画像入力装置は上記要求を満たすよう、レター用のそれよりもより広い視野、深い深度を確保するよう光学系の設計がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
小包と呼ばれる郵便物は、高さ最大６００ｍｍ、縦５００ｍｍ、幅５００ｍｍ程度のものでフラットメールより更にサイズの大きいものである。この小包み郵便物に対する区分機（以下、小包み区分機という）において画像認識による区分を考えた場合、従来のフラットメール用画像入力装置の技術の延長では、特に厚さに関して要求が１０倍以上であり、照明の照射深度、カメラの被写界深度（ピントが合って見える被写体位置の範囲）の限界から実現困難である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記小包など大小様々な郵便物が流れる区分機において、レター区分機、フラットメール区分機同様の画像認識処理による高速・高性能な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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による画像入力装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【０００７】
本発明は、搬送手段により任意の間隔で一定方向に移動される縦、横及び高さが不均一なサイズの小包み郵便物である被写体の表面の画像を撮像する画像入力装置において、
前記搬送手段により一定方向に移動する前記被写体に向けて前記搬送手段の移動方向に対して略直交方向の線状光を照射する照明手段と、
前記搬送手段の移動方向の下流側であって且つ前記搬送手段の上方に配置され、前記線状光に照射された前記被写体をリニアアレイＣＣＤで撮像する撮像手段と、
前記搬送手段の移動方向に関し前記撮像手段より上流に配置され、前記被写体の通過の検知をし、前記検知に基づく前記被写体の通過時に、高さ方向に配列した複数のエリアビームにより、前記被写体の高さに対応するエリアセンサデータを検知して前記撮像手段から前記被写体の表面までの撮像距離データを前記被写体の撮像前に検知する検知手段と、
前記撮像手段による前記被写体の撮像時に、前記検知手段により検知した距離データに応じて前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤを移動させてピントを前記被写体に自動的に合わせるオートフォーカス手段と、
前記搬送手段における被写体載置平面に対し前記撮像手段の光軸がなす角度と、前記エリアセンサデータで表される前記被写体の高さとに応じて、当該被写体の通過時から該撮像手段による当該被写体の撮像開始までの時間を制御する撮像タイミング制御手段と
を備える。
【０００８】
本発明は、前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤと共に遮光板を使用し、前記リニアアレイＣＣＤのうち実使用画素以外の露光を阻止する。
【０００９】
本発明は、前記撮像手段で撮像された前記被写体の画像を補正する画像補正手段を設け、前記リニアアレイＣＣＤの取り込み方向（順方向）とその逆方向から包絡線を検知して、諧調補正及び配光補正を行う。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態の構成について図面を用いて説明する。
図１において、郵便物２は搬送コンベア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の通過を検知し、その検知信号をカメラユニット５へ出力する。ロータリーエンコーダ９は、搬送コンベア１の速度に比例した周期のパルスを生成しカメラユニット５へ出力する。
【００２２】
照明ユニット６は、郵便物２を線状に照射するものである。この照明ユニット６の構成について図２を参照して詳細に説明する。図２はツマミネジ１８を緩め、前面の開閉部を開いた図である。図示の通り、照明ユニット６は、３本のランプ管１４とその各々に対応する反射板１７、側面に取り付けられた吸気ファン１５とその反対側面の排気ファン１６、開閉部で照明の開口部分を仕切る前面ガラス１９、さらにその開閉部の先に取り付けられる補助反射板２０で構成される。吸気ファン１５と排気ファン１６により照明ユニット６の内部は空冷される。また、塵や埃が入らないよう各ファン１５、１６に防塵メッシュが取り付けられている。
【００２３】
反射板１７及び補助反射板２０は、ランプ管１４が高圧ナトリウムランプの場合、メタルハライドランプの場合でそれぞれ、必要な被写体深度の深さ、視野にてなるべく均一にかつ高照度にカメラ視野を照射するよう設計され、取り付けられる。また、各ランプの特性に応じて、ランプ管１４の表面及び前面ガラス１９に熱線カット、紫外線カットのコーティングを施し、熱線及び紫外線の照射を極力抑えてかつ可視光域による高輝度照射を実現している。
【００２４】
次に図３を参照して本発明の第１の実施形態の回路構成について説明する。
カメラユニット５は、処理する信号形態から光学部分と電気部分に分けて考えられる。光学部分は、カメラ視野１１の反射光２１を数回折り返すミラー２２、シェーディング補正を行うシェーディング補正板２４、各フィルタ類、そして集光・結像するレンズ２７及びその像を受けるリニアアレイＣＣＤ２９で構成される。
【００２５】
電気部分は、光電変換を行うＣＣＤ回路３０、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３２、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し、さらに各デジタル画像補正を行うビデオ信号処理回路３３、ビデオ信号をパラレルシリアル変換して認識ユニット７の画像認識処理部３５へ送出する画像データ伝送回路３４、さらに光電センサ３、エリアセンサ４、ロータリーエンコーダ９からの各信号を受信し認識ユニット７のパラメータ制御部３６と通信を行い、パラメータ設定をオートフォーカスモジュール３１、ビデオ信号処理回路３３に対して行う制御回路３７で構成される。
【００２６】
ここで、オートフォーカスモジュール３１の構成を図４を参照して詳細に説明する。リニアステッピングモータ３８は、モータ固定冶具４２で固定される。このモータ固定冶具４２は、熱伝導のよい金属を用いモータの熱を逃がす役目も担っている。
【００２７】
リニアステッピングモータ３８のシャフトの先端には、ＣＣＤボード固定冶具４３が取り付けられる。リニアアレイＣＣＤ２９、その一部を遮光する遮光板２８及びＣＣＤ回路３０が搭載されたＣＣＤボード４４はＣＣＤボード固定ネジ４５によって上記ＣＣＤボード固定冶具４３に取り付けられる。また、シャフトには原点、エッジを検出するためのモータ用遮蔽板４１が取り付けられ、原点用光電センサ３９、エッジリミット用光電センサ４０が設置されている。
【００２８】
電源ユニット１３は、図５に示すように、ランプファン４６などの各種アラームを検出しカメラユニット５へ出力するアラーム信号生成回路４７と、電源４８と、メイ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。
【００２９】
認識ユニット７は、画像データ伝送回路３４からの画像データに対し画像認識処理を行う画像認識処理部３５と、エリアセンサ４のデータ値に応じ、光電センサ３のあるタイミングにて各パラメータをオートフォーカスモジュール３１及びビデオ信号処理回路３３に送信するパラメータ制御部３６から構成される。
【００３０】
次に上記本発明の第１の実施形態の動作について説明する。
図１において、照明ユニット６は、図６にも示す通りカメラ光軸角度５１と同様に搬送方向８の垂直方向に対して鋭角をなすようその照明光軸角度５２が設定され、かつカメラ光軸角度５１とは若干異なる角度で照明を行っている。これにより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。
【００３１】
また、必要な被写界深度、カメラ視野の範囲で出来るだけ均一でかつ高照度となるよう照明を行っている。図７は各高さ位置のカメラ視野での照明照度を示している。０ｍｍから１，０００ｍｍまでの高さ変動は補助反射板２０による効果で、最小値に対する最大値が４倍強から２倍弱までに抑制され、より均一化が図られている。
【００３２】
ここで、図１に示すように郵便物２は搬送コンベア１によって一定速度で搬送される。エリアセンサ４の手前に設置された透過型の光電センサ３からの信号は、エリアセンサデータの取り込みタイミング及び撮像タイミング信号としてカメラユニット５へ送られる。
【００３３】
カメラユニット５の制御回路３７は、ロータリーエンコーダ９のパルス信号を用い、光電センサ３の信号を光電センサ３とエリアセンサ４の距離分だけ遅延させてエリアセンサデータを取り込む。また、この光電センサ３の信号から制御回路３７は郵便物の間隔を検知する。
【００３４】
エリアセンサ４のデータは、制御回路３７を通してパラメータ制御部３６へ送られる。このエリアセンサデータに応じてパラメータ制御部３６はＬＵＴ形式でゲイン補正パラメータ、間引きパラメータをビデオ信号処理回路３３に、郵便物がカメラ視野１１にかかって撮像を開始する直前に設定する。
【００３５】
図８に示すように、ゲイン補正パラメータ５７はアナログゲインアンプ５８に設定され、照明の高さに応じた明るさ変動に起因するビデオ信号５６のレベル変動をＡ／Ｄ変換前に抑制する。照明の高さに応じた照度変動は、反射板１７及び補助反射板２０で図７に示す程度までに抑えられている。ここで、反射板の設計をより詳細に行うことでさらに明るさ変動を抑制することも可能であるが、コストと量産性の両面から現実的ではない。そのため照明の反射板設計による変動抑制は図７に示す程度の粗調整までとし、微調整をこのゲイン補正部にて行う。
【００３６】
ここで、カメラ光軸１０が搬送コンベア１に対し斜めの角度を持つ場合、郵便物がカメラ視野１１にかかるタイミングは郵便物の高さ、すなわちエリアセンサデータに応じて変わる。例えば、カメラ光軸角度５１が１８度である場合、高さ５０ｃｍの差で約１６ｃｍだけ撮像開始の位置が異なってくる（５０ｃｍ×ＴＡＮ（１８度））。そのため撮像開始タイミングの遅延もカメラ光軸角度５１を元に予め計算してパラメータ制御部３６にてテーブル化し、ＬＵＴ形式でエリアセンサデータに応じた遅延パラメータを読み出して制御回路３７に設定する。
【００３７】
また、パラメータ制御部３６はリニアステッピングモータ３８の移動ステップ数をオートフォーカスモジュール３１に設定する。このタイミングは、オートフォーカスモジュール３１の動作時間を考慮に入れる必要がある。前後の郵便物の間隔が原点復帰を行ってからの位置決め移動時間（最大約１８０ｍｓ）以上に空いている場合には絶対位置決めを行う。
【００３８】
絶対位置決めにおいて、リニアステッピングモータ３８のステップ数の設定はパラメータ制御部３６に予め設定されたステップ数だけ設定される。その設定タイミングは、撮像の１８０ｍｓ前になされ、同時に原点復帰動作が開始される。原点復帰後、自動的に設定されたステップ数だけ位置決め移動が行われる。
【００３９】
一方、前後の郵便物の間隔が上記以下である場合には相対位置決めを行う。相対位置決めにおいて、リニアステッピングモータ３８のステップ数の設定はパラメータ制御部３６に予め設定されたステップ数から、一つ前の郵便物のそれを引いた数だけ設定される。その減算結果の符号は方向を表し、−の場合はＣＣＤをレンズ（被写体）に近づける方向に、＋の場合は遠ざける方向にそれぞれ絶対値分のステップ数だけリニアステッピングモータ３８を移動させる。設定のタイミングは、撮像のタイミングに対しステップ数に比例した時間に加減速のオフセットを加えた時間分だけ前になされ、同時にそのステップ数の移動が開始される。
【００４０】
但し、郵便物の間隔がこの相対位置決めの時間もないほどに狭い場合、次の郵便物を優先させる。即ち、次の郵便物の撮像に間に合うよう、現在の郵便物の撮像中にリニアステッピングモータ３８の移動を開始させる。これは単純に郵便物２の間隔が非常に狭い場合の他、例えば図６に示すような場合に起こり得る。カメラ光軸角度５１と前後の郵便物の間隔、及びそれらのエリアセンサデータから図６のような場合が予め予測できるため、上記対応が可能である。
【００４１】
移動ステップ数は、図９に示すように実験的に求めた測定データ６３の近似曲線６２と、幾何光学にて理論的に求めた曲線にオフセットを足しこんだ曲線６１でほぼ一致する。そのため一度ステップ数を定めればオフセットの調整のみで設定が可能である。
【００４２】
このオフセットの調整は、フォーカス調整用チャートを高さ０ｍｍのカメラ視野１１上におき、ＣＣＤを高さ０ｍｍの以前のステップ数で移動させて固定しレンズフォーカスリングを回すことによっても、又はレンズは動かさず実際に画像を取り込みながらＣＣＤを自動的に１ステップずつ動かし最も画像がシャープだった位置でのステップ数を今回の高さ０ｍｍでの値として設定し直すことによっても行うことができる。
【００４３】
ここで、郵便物２の高さが搬送方向８に対して一定の場合、ステッピングモータの移動は上述の相対位置決め又は絶対位置決めだけが行われるが、それが変動している場合、エリアセンサにて得られた高さプロファイルに合わせてオートフォーカスを追従移動させることも可能である。この場合、ステッピングモータの追従移動のスピードは搬送スピードに合わせ、高さプロファイルに応じたステップ数だけ順に相対位置決めにより移動させる。
【００４４】
郵便物２の表面からの反射光２１は、図３に示すように複数枚のミラー２２で複数回反射された後にレンズ２７によってＣＣＤ２９に結像する。
【００４５】
ミラー２２は、特にカメラ視野１１方向に細長い大きなサイズが必要であり、取り付け時に歪が生じないよう、λ／４の高面精度でかつ厚みが１０ｍｍ以上のものを用いる。複数枚の使用は限られたスペースの中で光路長をできるだけ長くし郵便物２の高さ変動に伴う画像の倍率変動を極力抑えるために行っている。
【００４６】
しかし、例えば光路長約３．５ｍにおいても、倍率変動は図１０の曲線６５に示すような倍率変動となってしまうため、高さに応じた間引き処理が行われ、曲線６４のように高さ１０００ｍｍでも変動が１０％以下となるよう補正している。
【００４７】
間引きは、図１１のように間引きパラメータ７４をビデオ信号処理回路３３の画像補正回路６０にゲイン補正パラメータ５７と同様のタイミングで設定することにより行われる。
【００４８】
またミラー２２のうちの２つは、光路を４５度で反射させかつ互いの面法線が直角であって同時に動かすことの出来る可動ミラーブロック２３に取り付けられる。この可動ミラーブロック２３を前後に動かすことで光路長を移動の２倍分変化させることができ、特に上述のように光路が長い場合に、光路を調整するのに有利である。
【００４９】
図３に示すように、レンズ２７の前にはシェーディング補正板２４、偏光フィルタ２５、赤外カットフィルタ２６がそれぞれ配置される。シェーディング補正板２４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（明るさムラ）を補正する。赤外カットフィルタ２６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。偏光フィルタ２５はビニールなど正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する。
【００５０】
ここで、特にカラー撮像で光源をオレンジ色の高圧ナトリウムランプとする場合には、さらにシャープカットカラーフィルタを備え、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て粗く色バランス調整を行う。
【００５１】
レンズ２７は、例えばスキャン方向分解能８．０本／ｍｍの倍率で視野５１２ｍｍを取り込むように選定する。するとＣＣＤ２９で実使用される画素数は４０９６画素（＝８．０（画素／ｍｍ）×５１２ｍｍ）となる。
【００５２】
このＣＣＤ２９にてレンズ２７で結像した光を電気信号へ変換する。低コスト化のためＣＣＤは、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、遮光板２８を用い、実使用画素以外は露光しないようにしている。
【００５３】
ここで、遮光板とＣＣＤの隙間から回折による光漏れが生じ遮光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。
【００５４】
ＣＣＤ回路３０から出力されるビデオ信号５６は、図８に示す通り、ビデオ信号処理回路３３にてゲイン補正された後、Ａ／Ｄ変換される。
【００５５】
画像補正回路６０では、先ずリニアアレイＣＣＤの順方向とその逆方向の包絡線を検知して階調変換、配光補正を行い、その後間引き処理を行う。その回路構成を図１１に示す。
【００５６】
先ず、Ａ／Ｄ変換器５９にてデジタル化された信号を複数ライン保持できる容量のある原イメージメモリ６６にリニアアレイＣＣＤの出力順に書き込む。ここで１ライン分のイメージデータに対し平滑処理６７を施した後、ＣＣＤの出力順の方向、及びその逆方向からイメージデータを読み出して包絡線検知処理を行い、そのデータをそれぞれ順方向包絡線メモリ６８及び逆方向包絡線メモリ６９に書き込む。
【００５７】
ここで包絡線検知の原理を図１２（Ａ）から（Ｄ）を用いて説明する。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は順方向包絡線検知を図示したものである。ここでは原イメージメモリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイメージライン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順方向に一つ先の画素のレベルを比較する。注目する画素のレベルの方が大きければ、その値からある一定値を引いたものをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画素のレベルをその画素値とする。そうして１ライン分の順方向包絡線追従信号７８を生成し、順方向包絡線メモリ６８に書き込む。
【００５８】
一方、図１２（Ｃ）及び（Ｄ）は逆方向包絡線検知を図示したものである。ここでは原イメージメモリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイメージライン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順方向に一つ手前の画素のレベルを比較する。注目する画素のレベルの方が大きければ、その値からある一定値を引いたものをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画素のレベルをその画素値とする。そうして１ライン分の逆方向包絡線追従信号８１を生成し、逆方向包絡線メモリ６９に書き込む。
【００５９】
両包絡線検知における減算の値は、目的とする画像認識処理に最も適した値を用いる必要があり、調整にて定める。
【００６０】
ここで順方向包絡線追従信号７８を白基準レベルとして階調変換を行う補正を考えると、紙面レベル７５よりレベルの小さい黒レベル７６に対し、その幅が十分小さい場合には順方向包絡線追従信号７８と黒レベル７６とのコントラストは保つことができる。一方、紙面レベルより値の大きい正反射光レベル８０がある場合、その正反射光の幅に関わらずイメージライン信号７７が紙面レベル７５に戻っても順方向包絡線追従信号７８はすぐに下がらずそれらの間にコントラストが生じてしまう。逆方向包絡線追従信号８１だけで考えても同様である。
【００６１】
そこでこれら計算された２つの包絡線信号について各画素毎の比較を行い、小さい方を配光補正のための紙面レベル追従信号として用いることを考える。すると、その処理後の包絡線追従信号８２は図１２（Ｅ）及び（Ｆ）に示すようになり、図１２（Ｂ）及び（Ｄ）で示したような正反射前後の包絡線信号とイメージライン信号とのコントラストが1画素分のずれを除き完全に除去できる。
【００６２】
順方向包絡線追従信号７８と逆方向包絡線追従信号８１の比較は比較処理７０にて行う。その結果の包絡線追従信号８２はＲＯＭ７１に上位アドレスとして与えられる。また下位アドレスとしてこの包絡線信号を計算する元となった原イメージライン信号は、原イメージメモリ６６から与える。
【００６３】
ここでＲＯＭ７１には予め、
（配光補正データ）＝（白基準レベル）÷（紙面レベル追従値）×（イメージ値）
なる演算を紙面レベル追従値の全てのとり得る値、及びイメージ値の全てのとり得る値に対して行い、紙面レベル追従値をＲＯＭ上位アドレス、イメージ値をＲＯＭ下位アドレスとして、その演算結果を書き込んでおく。但し、紙面レベル追従値がある閾値以下である場合には、紙面とみなして無理に白基準レベルに持ち上げないように設定しておく。
【００６４】
これにより、計算された包絡線追従信号８２を紙面レベル追従値として白基準レベルに設定し、階調を最適に保つと共に１ラインスキャンにおける照明ムラ、レンズのシェーディングなどによるムラを補正し、さらに照明の電源ＯＮからの時間変動、及び長期的劣化に変動も吸収でき、いつでも均一な明るさのイメージを得ることが出来る。
【００６５】
また上述の式はイメージ値に対し単純に線形であるが、さらにイメージ値に応じて変化する正規化された重み定数をかけることでγ補正演算も可能である。
【００６６】
上述の演算結果である配光補正データ７３は、認識ユニット７のパラメータ制御部３６にて計算され、制御回路３７を通じて、出荷調整時などのタイミングで書き込まれる。
【００６７】
階調変換、配光補正のなされたＲＯＭ７１の出力は、前述のようにエリアセンサ４の値に応じて間引き処理７２が施され、画像データ伝送回路３４へ送られる。
【００６８】
画像データ伝送回路３４は、画像データを光ファイバまたはＬＶＤＳ信号で画像認識ユニット７の画像認識処理部３５に画像を送信する。画像認識処理としては、郵便番号、宛名、書籍のＩＳＢＮコード番号などの文字認識処理、インディシアなどの検知処理などを行うことが可能である。特にＩＳＢＮコード番号はカラフルなものが多いため、カラー撮像による認識が有利である。
【００６９】
なお、上記で示した視野、分解能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。
【００７０】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態において、照明ユニットを２つとし、カメラ光軸１０を搬送方向に垂直にしたものであり、図１３のような配置となる。
【００７１】
カメラ光軸が搬送方向に垂直であるため、第１の実施形態のように、エリアセンサの値に応じて撮像タイミングが変わることがなく、また図６のように次の郵便物との高さ関係で撮像が不可能になるようなことが生じない。そして照明が倍になることでより高照度で被写体を照射することができ、レンズ絞りを絞ることによるメカ的なオートフォーカスによらないカメラ深度向上につながり、被写体のスキャン方向の凹凸に対してよりピントの合った撮像を可能にする。さらにシャッター時間を短くすることでより高分解能の画像取り込みが可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態又は第２の実施形態において、カメラユニット５に高分解能モノクロ撮像と低分解能カラー撮像の両機能を搭載させたものである。
【００７３】
図１４はカメラユニット５の構成を示すブロック図である。
モノクロ撮像用反射光１０１とカラー撮像用反射光１０２は一定の距離だけ離れて平行を保ってミラー２２に反射される。モノクロとカラーの反射光のＣＣＤまでの光路の構成はカラー撮像用の場合にシャープカットカラーフィルタ１０３がある以外はほぼ同じである。その後段においても基本的にはモノクロとカラーは同じ構成である。但しカラー撮像系のビデオ信号処理回路３３においては、モノクロで配光補正を行う処理において、さらに白補正が加わる。また分解能の違いからステッピングモータのステップ数が、見ている位置の差から画像取り込みのタイミングを図る遅延パラメータが異なる。
【００７４】
カラー低分解能の画像は、認識ユニット７の画像認識領域検知部１０４に送られ、高分解能モノクロ画像取り込んだ画像のうち、実際に画像認識させる領域を見つけ出す用途に用いられる。これにより高分解能で全ての視野を画像認識させることがなくなり、より処理の高速化を図ることができる。
【００７５】
例えば、画像認識させる対象エリアがいつでも青い枠で書かれている場合、赤いハートマークがある場合など、先ずそれらを低分解能カラー画像で検知し、その位置からある程度マージンを含んだエリアに足し、高分解能白黒画像で画像認識を行う。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態において、特にカメラ光軸角度５１を４５度とし、被写体の上面だけでなく後面（又は前面）も撮像するものである。
【００７７】
図１のようにカメラ光軸１０が搬送方向の斜め後方から下向きになるようカメラユニット５が設置されている場合、上面の撮像を第１の実施形態同様に行った後、オートフォーカスを高さに応じて追従させながら高さ０ｍｍまで後面の撮像を行う。
【００７８】
カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方から下向きになるようカメラユニット５が設置されている場合には、先ずオートフォーカスを高さ０ｍｍから郵便物の高さまで追従させて前面を撮像し、その後上面を第１の実施形態と同様にして撮像する。
【００７９】
一方、図１５に示すように、郵便物の側面を読み取るようにカメラユニット５及び照明ユニット６を設置し、カメラ光軸１０が搬送方向斜め後方の向きになっている場合、先ず郵便物の側面を方向１１２の向きに、位置検知用エリアセンサ１１１に応じてオートフォーカスを位置決めして撮像する。次に方向１１３の向きに、オートフォーカスを追従させながら郵便物の後面を撮像する。
【００８０】
ここで位置検知用エリアセンサ１１１は光電センサ３や高さ検知用のエリアセンサ４と同様、カメラ光軸１０より搬送コンベア１の手前の、搬送コンベア１の繋ぎ目に上下に設置する。
【００８１】
図１５でカメラ光軸１０が搬送方向斜め前方の向きになっている場合には、先ずオートフォーカスを追従させて前面を、次にオートフォーカス固定で側面を撮像する。
【００８２】
次に、本発明の第５の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、第１の実施形態のカメラユニットを複数台用い、第４の実施形態の配置をそれぞれのカメラで別々にとらせ、郵便物を全６方向から撮像するものである。
【００８３】
図１６（Ａ）は、本実施形態のカメラユニットの配置を側面から見た図である。この図１６（Ａ）及び（Ｂ）において、各カメラユニットと対になる照明ユニット、光電センサ３、高さ検知用のエリアセンサ４、位置検知用エリアセンサ１１１などは省略している。
【００８４】
図１６（Ａ）に示すように、搬送コンベア１の上面には、カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方から下向きになるよう設置された前面及び上面読み取り用カメラユニット１２１が、またコンベアの繋ぎ目から上方にカメラ光軸を持った底面読み取り用カメラユニット１２２が配置される。
【００８５】
底面読み取り用カメラユニット１２２については、オートフォーカスは特に用いる必要はない。またカメラユニット１２１の照明が直接入射しないような配置にする。
【００８６】
一方、図１６（Ｂ）は本実施形態のカメラユニットの配置を上面から見た図であり、搬送コンベア１の片側側面にはカメラ光軸１０が搬送方向の斜め後方から前向きになるよう設置された後面及び側面読み取り用カメラユニット１２４が、また反対側の側面にはその側目読み取り用カメラユニット１２３が配置される。
【００８７】
これら計４台のカメラユニット構成により、郵便物を全６方向から撮像することが可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の画像入力装置によれば、次のような格別顕著な効果が得られる。
【００８９】
（１）大小様々な郵便物に対しオートフォーカスを用いてピントの合った画像を取り込むことができ、その画像に対し画像認識処理することにより自動的に郵便物を区分することが可能となる。
【００９０】
（２）高分解能のモノクロ撮像系と低分解能のカラー撮像系を一体化させ、低分解能カラーで認識対象の領域の位置を、そして高分解能のカラーで画像認識処理を行うことにより、より高速に区分処理を行うことができる。
【００９１】
（３）偏光フィルタ、包絡線検知手段及びカメラ光軸と照明光軸の位置関係により郵便物が正反射を生じた際の画像のコントラスト劣化を抑えることができる。
【００９２】
（４）遮光手段によりＣＣＤ未使用部分を遮光し必要範囲のみ使用することにより高速化が図れると共に汎用の安価なＣＣＤの使用が可能となる。
【００９３】
（５）また、本発明の画像入力装置を複数台用いることで郵便物を全６方向から撮像して全面の画像認識処理を行うことができ、郵便物を搬送コンベアに載せる際に、特に画像認識処理を行う面を意識して載せる必要がなくなり、作業者の負担軽減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像入力装置の第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に示す照明ユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示す回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】図３に示すオートフォーカスモジュール３１の構成を示す斜視図である。
【図５】図１に示す電源ユニット１３の構成を示すブロック図である。
【図６】郵便物の前後の関係により撮像が出来なくなる場合を説明する図である。
【図７】照明補助反射板２０の効果を説明する図である。
【図８】ビデオ信号処理回路３３の概略を示すブロック図である。
【図９】リニアステッピングモータ３８の移動ステップ数を示す図である。
【図１０】倍率変動に対する間引きの効果を説明する図である。
【図１１】画像補正回路６０の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態における諧調変換や配光補正処理を説明するための信号波形図である。
【図１３】本発明による画像入力装置の第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１４】本発明による画像入力装置の第３の実施形態の回路構成の概略を示すブロック図である。
【図１５】郵便物の側面及び後面を読み取る配置構成の概略を示すブロック図である。
【図１６】本発明による画像入力装置の第５の実施形態のカメラユニット配置構成の概略を示す側面図と上面図である。
【符号の説明】
１ 搬送コンベア
２ 郵便物
３ 光電センサ
４ エリアセンサ
５ カメラユニット
６ 照明ユニット
７ 認識ユニット
８ 搬送方向
９ ロータリーエンコーダ
１０ カメラ光軸
１１ カメラ視野
１２ エリアセンサビーム
１３ 電源ユニット
１４ ランプ管
１５ 吸気ファン
１６ 排気ファン
１７ 反射板
１８ ツマミネジ
１９ 前面ガラス
２０ 補助反射板
２１ 反射光
２２ ミラー
２３ 可動ミラーブロック
２４ シェーディング補正板
２５ 偏光 フィルタ
２６ 赤外カットフィルタ
２７ レンズ
２８ 遮光板
２９ ＣＣＤ
３０ ＣＣＤ回路
３１ オートフォーカスモジュール
３２ ＣＣＤ駆動回路
３３ ビデオ信号処理回路
３４ 画像データ伝送回路
３５ 画像認識処理部
３６ パラメータ制御部
３７ 各制御回路
３８ リニアステッピングモータ
３９ 原点用光電センサ
４０ エッジリミット用光電センサ
４１ モータ用遮蔽板
４２ モータ固定冶具
４３ ＣＣＤボード固定冶具
４４ ＣＣＤボード
４５ ＣＣＤボード固定ネジ
４６ ランプファン
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 カメラ光軸角度
５２ 照明光軸角度
５３ 照明光軸
５４ 補助反射板なしの照度データ
５５ 補助反射板ありの照度データ
５６ ビデオ信号
５７ ゲイン補正パラメータ
５８ アナログゲインアンプ
５９ Ａ／Ｄ変換器
６０ 画像補正回路
６１ 理論曲線（オフセット追加）
６２ 測定データへの近似曲線
６３ 測定データ
６４ 間引き処理を行った場合の倍率変動曲線
６５ 間引き処理を行わない場合の倍率変動曲線
６６ 原イメージメモリ
６７ 平滑処理
６８ 順方向包絡線メモリ
６９ 逆方向包絡線メモリ
７０ 比較処理
７１ ＲＯＭ
７２ 間引き処理
７３ 配光補正パラメータ
７４ 間引きパラメータ
７５ 紙面レベル
７６ 黒レベル
７７ イメージライン信号
７８ 順方向包絡線追従信号
７９ ＣＣＤ順方向
８０ 正反射光レベル
８１ 逆方向包絡線追従信号
８２ 比較処理後の包絡線追従信号
１０１ モノクロ撮像用反射光
１０２ カラー撮像用反射光
１０３ シャープカットカラーフィルタ
１０４ 画像認識領域検知部
１１１ 位置検知用エリアセンサ
１１２ 側面読み取り方向
１１３ 後面読み取り方向
１２１ 前面及び上面読み取り用カメラユニット
１２２ 底面読み取り用カメラユニット
１２３ 側面読み取り用カメラユニット
１２４ 側面及び後面読み取り用カメラユニット
Claims (3)
- 搬送手段により任意の間隔で一定方向に移動される縦、横及び高さが不均一なサイズの小包み郵便物である被写体の表面の画像を撮像する画像入力装置において、
前記搬送手段により一定方向に移動する前記被写体に向けて前記搬送手段の移動方向に対して略直交方向の線状光を照射する照明手段と、
前記搬送手段の移動方向の下流側であって且つ前記搬送手段の上方に配置され、前記線状光に照射された前記被写体をリニアアレイＣＣＤで撮像する撮像手段と、
前記搬送手段の移動方向に関し前記撮像手段より上流に配置され、前記被写体の通過の検知をし、前記検知に基づく前記被写体の通過時に、高さ方向に配列した複数のエリアビームにより、前記被写体の高さに対応するエリアセンサデータを検知して前記撮像手段から前記被写体の表面までの撮像距離データを前記被写体の撮像前に検知する検知手段と、
前記撮像手段による前記被写体の撮像時に、前記検知手段により検知した距離データに応じて前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤを移動させてピントを前記被写体に自動的に合わせるオートフォーカス手段と、
前記搬送手段における被写体載置平面に対し前記撮像手段の光軸がなす角度と、前記エリアセンサデータで表される前記被写体の高さとに応じて、当該被写体の通過時から該撮像手段による当該被写体の撮像開始までの時間を制御する撮像タイミング制御手段と
を備えることを特徴とする画像入力装置。 - 前記撮像手段の前記リニアアレイＣＣＤと共に遮光板を使用し、前記リニアアレイＣＣＤのうち実使用画素以外の露光を阻止することを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
- 前記撮像手段で撮像された前記被写体の画像を補正する画像補正手段を設け、前記リニアアレイＣＣＤの取り込み方向（順方向）とその逆方向から包絡線を検知して、諧調補正及び配光補正を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像入力装置。
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