JP4544534B2 - 画像識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣカードや各種プリペイドカード、紙幣、各種印刷物などに設ける各種マークを、光学的に識別する装置であって、特に照射光とは異なる波長の非可視光を発生する素材により形成されたマークの画像を識別する画像識別装置に関する。

ＩＣカードや各種プリペイドカード、紙幣、各種印刷物などにバーコードなどに代表されるマークを印刷等の方法により形成し、そのマークを画像識別することにより各種処理を行うことが、幅広い分野で行われている。その際、識別時の画像のコントラストを大きくし、識別精度を高く、汚れに対しても識別精度の低下を少なくするため、あるいは所要のセキュリティ性やデザイン性を確保するために、照射光により励起され照射光とは異なる波長の非可視光（以下、蛍光ともいう）を発生する素材（以下、蛍光素材、蛍光材料ともいう）によりマークを形成することが行われている（特許文献１および２）。また、この種のマークの形成・読み取りに関するに技術分野では、蛍光の残光（照射光強度を０にした後でも発光する蛍光をいう）によるマークの識別方法（特許文献３）や、残光の強度の時間的変化を複数の計測点で測定し、この強度波形により蛍光材料の種類を特定する方法（特許文献４）などの技術も提案されている。

さらに、前記のマークを画像として各種ディスプレイの表示画面に表示して画像認識を行う装置も知られている（特許文献５〜７）。

特公昭５４−２２３２６号公報 特公昭６１−１８２３１号公報 特開平５−２０５１２号公報 特開平８−２３５３０１公報 特許第３３５９１４９号公報 特開２００３−９９８３８号公報 特開２００５−１１５５９９号公報

しかしながら、前述の従来技術は、マークを識別する際のコントラストを大きくする技術であったり（特許文献１〜３）、比較的近接した位置から主にマークの有無を認識する方法ないし装置であり、マークにバーコードなどの情報を付与した形にしても一次元のバーコードまでしか読み取ることができず、情報量に限界があった。また、マークを比較的離れた位置から受像し、画像として各種画面に表示する装置であっても、画像をデータ処理することができなかったり（特許文献５、特許文献６）、画像を基準となる登録画像と比較するデータ処理は可能であっても、バーコードなどの文字情報を含む画像をデータ処理し、得られた文字情報等を画面に表示するなどの汎用データ処理はできなかった（特許文献７）。

本発明は、このような問題に対処するもので、蛍光材料で形成されたバーコード、二次元コードといった情報をもったコードやマークを比較的簡単な構成で画像識別する装置を提供することを目的とする。

本発明者らは画像識別装置について鋭意検討した結果、光により励起され、前記光とは異なる波長の非可視光を発生する素材により形成された複数のマークの画像を識別する画像識別装置を下記のような構成とすることにより上記の目的を達成することができ、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の画像識別装置は、前記光を識別対象物に照射する光照射部と、識別対象物上の複数のマークを受像し、画像データを得る受像部と、画像データをデータ処理するデータ処理部と、データ処理部で処理された画像データを表示する表示部、および／またはデータ処理部で得られたデータを出力する出力部とを有し、受像部には非可視光を選択的に透過させるフィルタが備えられており、光照射部には間欠的に光を照射する間欠照射手段が備えられており、受像部からデータ処理部へ画像データを間欠的に送出する間欠送出手段が備えられており、間欠送出手段は、光の照射のＯＦＦからマークを形成する素材の残光特性に対応した時間が経過したタイミングで受像部からデータ処理部へ画像データを送出するようになっており、データ処理部は、前記タイミングで送られてきた画像データより得られた輝度値と閾値とを比較して、輝度値が閾値を超えたマークの画像データを表示部に表示させることを特徴とする。

これらの構成に加えて、データ処理部は、光の照射のＯＦＦのタイミングで受像部から送られてきた画像データより得られた輝度値（Ｄ１）と、前記光の照射のＯＦＦからマークを形成する素材の残光特性に対応した時間が経過したタイミングで受像部から送られてきた画像データより得られた輝度値（Ｄ２）とから輝度比（Ｄ２／Ｄ１）を得るようになっており、マークを形成する素材の残光特性に対応した輝度比を予め登録しており、データ処理部で得られた輝度比（Ｄ２／Ｄ１）の値と、登録されている輝度比の値とを比較して、これらの値が合致するか否かの判定結果を出力するようになっている。非可視光は赤外光であるのが望ましい。

本発明の画像識別装置は、データ処理部を備えているので、識別対象物上のマークを受像部の視野一杯に捉える必要がなく、したがって識別対象物上の複数のマークを受像部または識別対象物を動かすことなく同時に識別することができる。そのため、以下のことが可能となる。

バーコードや二次元のコード、もしくは任意の模様として形成されたマークであっても、マークが形成された識別対象物を走査させることなく読み取ることが可能となる。一方で、動いている識別対象物においても同様に読み取ることが可能となる。

受像部の視野に認識すべきマークが入っていれば、一度に複数のマークを識別することが可能となる。また、該マークの位置認識も可能となる。

本発明の画像識別装置は、照射光として近赤外光を使うことにより、識別対象物上に形成するマークを潜像させることで、マーク形成対象とする識別対象物の意匠性を損なうことなく人間の目では不可視な情報を付与でき、また、該マークを画像読み取りすることでその可視化ができ、蛍光材料の有無、種類識別により真贋鑑定も可能となる。

本発明の画像識別装置は、任意のタイミングで間欠的に光を照射できる間欠照射手段を備え、さらに受像部からデータ処理部へ任意のタイミングで画像データを間欠的に送出できる間欠送出手段が備えられているので、識別対象物上に異なる残光特性を有した蛍光材料からなる複数のマークを形成した場合でも、前記のタイミングを切り替えることで、特定のマークを選択的に表示させたり、マークを形成している蛍光材料を同定することができる。

本発明の画像識別装置は、比較的簡単な構成であるため、前述したような多様なコードの読み取り、多くの情報認識が可能な装置でありながら、比較的低コストで実現できる。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像識別装置の前提となる画像識別装置の基本的な構成を示す概略構成図である。この画像認識装置は、識別対象物１上に形成されたマーク２を認識するものである。マーク２は、光により励起され、前記光とは異なる波長の蛍光Ｒを発生する素材により形成されている。本発明の画像認識装置は、照射光Ｉを識別対象物１に照射する光照射部３と、識別対象物１上のマーク２を受像し、画像データを得る受像部４と、前記画像データをデータ処理するデータ処理部５とを有し、さらに、前記画像データ、データ処理部５で処理された画像データ、データ処理部５で前記画像データを処理して得られた文字データのうちの少なくとも一つを表示する表示部６と、前記データ処理部で得られたデータを出力する出力部７とを有する。このうち、受像部４にはマーク２から発生する蛍光Ｒを選択的に透過させるフィルタ８が設けられている。

識別対象物１の具体例としては、ＩＣカードや各種プリペイドカード、紙幣、各種印刷物など、印刷等によりマーク２が形成可能なものであれば、従来公知のあらゆるものが挙げられる。

マーク２は、図１では受像部４の視野内に大きく形成されているが、実際には受像部４の解像度で判別できる程度の小さなものでよく、また複数個であってもよい。マーク２を構成する蛍光材料としては、使用する照射光（励起光）の種類（紫外、可視、赤外など）に応じて、従来公知の様々な蛍光材料が用いられる。例えば、紫外、近紫外領域で蛍光を発生する材料としては、鉄イオン（Ｆｅ³⁺）を発光中心とし、アルミン酸塩を母体とする蛍光体粉末が挙げられる。可視領域で蛍光を発生する材料としては、ネオジム（Ｎｄ）イオン、イッテルビウム（Ｙｂ）イオン等で賦活された蛍光体等が挙げられる。赤外、近赤外領域で蛍光を発生する材料としては、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ユーロビウム（Ｅｕ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）等の希土類元素単体、もしくはそれらの混合物を発光中心とし、それらの発光中心が燐酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等の酸化物が母体に含まれる蛍光体粉末等が挙げられる。

識別対象物１上に上記の蛍光材料の中から使用目的に応じて適当な物を選択し、これを使用してマーク２を印刷し、その上から通常のインクで任意の印刷を施し、目視によるマーク２の確認が不可能なものとすることができる。

光照射部３は、用途や目的に応じて、紫外線、可視光線、赤外線またはこれらの中間領域の光を発生する不図示の光源を備えている。使用する光源は、特に制限されるものではなく、各領域の光を発生する従来公知の光源を用いることができる。前述したように、マークの上から通常の印刷を施しマーク２を不可視とする場合には、近赤外、赤外光を発生する光源を用いることが好ましい。このような光源としては赤外線ランプ、赤外ＬＥＤ等の従来公知の光源が挙げられる。

受像部４は、画像を結像するレンズと、画像を電気信号に変換する撮像素子とを備える（いずれも図示せず）。撮像素子としては、発生する蛍光の波長に応じてＣＣＤやＣＭＯＳなどの従来公知の撮像素子を用いることができる。前記レンズの前に蛍光Ｒの波長に応じて当該波長を選択的に透過するフィルタ８を備えるとコントラストの高い画像を得ることができるので好ましい。

データ処理部５は、受像部４から送られてきた画像データを用途、目的に応じて様々にデータ処理できる演算部（図示せず）を備えている。データ処理の例としては、（１）画像がバーコードや二次元バーコードなどのコード化された画像である場合、画像からコード番号や文字データに変換（デコード）できる（図４（Ｐ１）および（Ｐ１Ａ））、（２）画像がバーコードや任意の形状のものである場合、複数の図形の画面上の座標を求めることができる（図４（Ｐ２）および（Ｐ２Ａ））、（３）予め登録しておいた画像パターンと撮影した画像パターンとを照合し、パターンを検出することができる、（４）撮影した画像の任意の範囲の平均輝度を求めることができる、（５）撮影した画像を二値化処理することができる、などが挙げられる（図４参照）。（６）これらの各データ演算処理は、単独でも行えるし、一連のデータ演算処理を組み合わせて連続して行うこともできる。例えば、識別対象物１上に複数のマークや画像がある場合、識別対象物の画像データからマークや画像をサーチして順次、各演算処理を実施することができる。データ処理部は、得られたデータを他の装置などに出力できる出力部７を備えている。なお、図４（Ｐ１Ａ）に示したコード出力例および図４（Ｐ２Ａ）に示した座標出力例では、黒地部分が蛍光体の存在しない部分であり、白色部分が蛍光体を印刷した部分、つまり発光部分である。

前述の各データ処理は、従来公知のデータ演算処理により行うことができる。例えば、上記（１）のデコード処理は、図４（Ｐ１）に示したように、画像データを所定のレベルで二値化した後、デコードする画像コード部分を選択し（複数選択可）、各画像コードについて順次以下の操作を行う。読み取り方向を補正、登録してある複数のデコードパターンの中から適合するものを選択、コードの読み取る（デコード）。読み取った結果は、表示部６の画面の画像コードの近くに表示したり、出力部７から出力したりする。

上記（２）の座標検出処理の場合は、図４（Ｐ２）に示したように、画像データを所定のレベルで二値化した後、座標検出する画像部分を選択し（複数選択可）、各画像について順次、画像の各部の座標検出、重心座標の算出を行う。算出した結果は、表示部６の画面の画像コードの近くに表示したり、出力部７から出力したりする。

上記（３）のパターン照合処理は、図５（Ｐ３）に示したように、画像データを所定のレベルで二値化した後、パターン照合する画像部分を選択し（複数選択可）、各画像コードについて順次以下の操作を行う。照合画像の向きを補正、照合画像の各部と登録画像の対応する各部を比較照合、照合後の合致率が基準値を満たしているかどうかにより結果判定する。判定した結果は、表示部６の画面の画像コードの近くに表示したり、出力部７から出力したりする。

上記（４）の輝度検出処理の場合は、図５（Ｐ４）に示したように、輝度検出する画像範囲を選択し（複数選択可）、各範囲について順次、範囲内の各部の輝度検出、平均輝度の算出を行う。算出した結果は、表示部６の画面の選択範囲の近くに表示したり、出力部７から出力したりする。

上記（５）の二値化処理の場合は、図５（Ｐ５）に示したように、輝度検出する画像範囲を選択し（複数選択可）、二値化のレベルを設定し、各範囲について順次、範囲内の各部の画像データを二値化する。算出した結果は、表示部６の画面の選択範囲を二値化して画像表示したり、出力部７から出力したりする。

上記（６）の連続処理の場合は、図５（Ｐ６）に示したように、まず必要な処理内容（上記の（１）〜（５））を選択・決定し静止画像を撮影する。次いで、撮影した画像データから必要範囲を選択し、データ処理を開始する。一つのマーク・画像に対して選択された演算処理を実施終了すると次のマーク・画像をサーチし、あれば選択された演算処理を実施し、これが未処理のマーク・画像がなくなるまで繰り返される。すべてのマーク・画像の処理を終了すると、表示部６の画面に処理結果を表示したり、出力部７から出力したりする。

表示部６は、例えばＣＲＴ、液晶ディスプレイまたはプラズマディスプレイなどで構成され、データ処理部５の処理結果に応じて、未処理の画像データ、処理後の画像データ、コード番号、文字データ、座標データ、照合結果、平均輝度、二値化データなどを単独または組み合わせて表示できるようになっている。

図２は、本発明の第１実施形態に係る画像識別装置の基本的な構成を概略構成図である。この画像識別装置では、先の図１に示した画像識別装置の構成に加え、任意のタイミングで光照射を間欠的に行うための間欠照射手段９が光照射部３に設けられているとともに、受像部４からデータ処理部５へ任意のタイミングで前記画像データを間欠的に送出するための間欠送出手段１０が当該画像識別装置に備えられている。間欠照射、間欠送出は、具体的には図３に示すように、一定の周期にて照射のＯＮ、ＯＦＦが行われる。この時のＯＮ間隔、ＯＦＦ間隔は目的、用途に応じて適宜設定される。画像データの送出は前記照射がＯＦＦである間に、所定のタイミングで照射の周期に対応してＯＮ、ＯＦＦされる。照射がＯＦＦであるときに、送出がＯＮされるタイミングは、図３中のシャッタ１〜３に示したように任意のタイミングが選択される。

光照射部３に備えられる間欠照射手段９としては、任意のタイミングで光源の電源を間欠的にＯＮ、ＯＦＦすることができる電気回路、または光照射部を機械的に間欠的に開閉するシャッタなど従来公知の手段が挙げられる。

受像部４からデータ処理部５へ任意のタイミングで前記画像データを間欠的に送出できる間欠送出手段１０としては、任意のタイミングで受像部４の電源を間欠的にＯＮ、ＯＦＦすることができる電気回路、または受像部４とデータ処理部５との間にあって、受像部４からデータ処理部５への画像データの流れを間欠的にＯＮ、ＯＦＦすることができる電気回路など従来公知の手段が挙げられる。

識別対象物１上に形成されるマーク２は、任意の残光特性を有する蛍光材料を用いて構成される。ここで、残光特性とは、図３に示すように、照射光を一定間隔で、ＯＮ、ＯＦＦした時に、発生する蛍光が図３に示すように、照射光ＯＮ時には、ＯＮとともに漸増し、照射光ＯＦＦ時には、ＯＦＦとともに漸減する性質をいう。この漸増、漸減の度合いは、蛍光材料の種類により異なる。すなわち、図のＴ１からＴ２に時間経過したときの蛍光輝度の比（Ｄ２／Ｄ１）は、蛍光材料の種類により異なる。

識別対象物１に所定のタイミングで間欠照射を行い、照射光がＯＦＦである間に、マーク２を形成する蛍光材料の残光特性に対応した所定のタイミングで受像部４からデータ処理部５へ画像データを間欠的に送出することにより、（ａ）照射光の反射によるノイズが低減できる。（ｂ）画像データを間欠的に送出するタイミングをコントロールすることにより、残光特性の異なる蛍光材料により形成された複数のマーク２の識別が可能になる。（ｃ）前述の蛍光輝度比（Ｄ２／Ｄ１）を求めることにより、マーク２を形成する蛍光材料を同定することができる。

上記（ｂ）の具体例としては、図６（１）に示したように、識別対象物に残光特性の異なる３種類の蛍光材料（ｘ，ｙ，ｚ）で形成された３つのマーク（○，△，□）があり、各蛍光材料の蛍光輝度比（Ｄ２／Ｄ１）が、ｘ＞ｙ＞ｚの場合、例えば照射ＯＦＦ時の蛍光輝度の変化は図３で示したようになっている。受像部４から間欠送出手段１０を介してデータ処理部５へ送られる画像データを、データ処理部５にて輝度値Ｄ２を閾値として二値化し表示部６に表示する場合、間欠送出手段１０にてシャッタＳ１のタイミングでデータを送れば、ｘ，ｙ，ｚのいずれの蛍光材料で形成されたマークの輝度も閾値Ｄ２を越えているために、すべてのマークが表示される（図６（１）（ｉ））。これに対し、シャッタＳ２のタイミングでデータを送る場合には、蛍光材料ｚで形成されたマークの輝度のみが閾値Ｄ２に達していないので、□マークのみが表示されない（図６（１）（ｉｉ））。また、シャッタＳ３のタイミングでデータを送る場合には、蛍光材料ｘで形成されたマークの輝度のみが閾値Ｄ２を越えているので○マークのみが表示されることになる（図６（１）（ｉｉｉ））。また、（ｉ）画像データから（ｉｉ）画像データを減算するデータ処理を行うことにより、□マークのみを表示させたり、（ｉｉ）画像データから（ｉｉｉ）画像データを減算するデータ処理を行うことにより、△マークのみを表示させたりすることができる。

上記（ｃ）の具体例としては、図６（２）に示したように、シャッタＳ１のタイミングでデータ処理部５へ画像データを送り、画像データから輝度値Ｄ１を得る、次にシャッタＳ２のタイミングでデータ処理部５へ画像データを送り、画像データから輝度値Ｄ２を得る。演算処理により蛍光輝度比（Ｄ２／Ｄ１）を得て、予め登録されている、各種蛍光材料の蛍光輝度比（Ｄ２／Ｄ１）の値と比較し合致する蛍光材料があれば、蛍光材料名を出力し、なければ該当材料なしを出力する。この機能によれば、マークの形状のみを模した偽印刷物等の真偽判定が可能になる。

本発明の第１実施形態に係る画像識別装置の前提となる画像識別装置の基本的な構成を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る画像識別装置の基本的な構成を示す概略構成図である。 本発明に係る画像識別装置の間欠照射とそれにともなう蛍光の発生、画像データの間欠送出の様子を示すタイムチャート図である。 データ処理の内容を示すフローチャート図である。 データ処理の他の内容例を示すフローチャート図である。 残光特性の異なる蛍光材料を用いた場合の画像表示例およびデータ処理のフローチャート図である。

符号の説明

１ 識別対象物
２ マーク
３ 光照射部
４ 受像部
５ データ処理部
６ 表示部
７ 出力部
８ フィルタ
９ 間欠照射手段
１０ 間欠送出手段
Ｉ 照射光
Ｒ 蛍光

Claims (2)

1. 識別対象物上に、光により励起され、前記光とは異なる波長の非可視光を発生する素材により形成された複数のマークの画像を識別する画像識別装置であって、
   前記光を前記識別対象物に照射する光照射部と、
   前記識別対象物上の複数のマークを受像し、画像データを得る受像部と、
   前記画像データをデータ処理するデータ処理部と、
   前記データ処理部で処理された画像データを表示する表示部、および／または前記データ処理部で得られたデータを出力する出力部とを有し、
   前記受像部には前記非可視光を選択的に透過させるフィルタが備えられており、
   前記光照射部には間欠的に前記光を照射する間欠照射手段が備えられており、
   前記受像部から前記データ処理部へ前記画像データを間欠的に送出する間欠送出手段が備えられており、
   前記間欠送出手段は、前記光の照射のＯＦＦから前記マークを形成する素材の残光特性に対応した時間が経過したタイミングで前記受像部から前記データ処理部へ前記画像データを送出するようになっており、
   前記データ処理部は、前記タイミングで送られてきた画像データより得られた輝度値と閾値とを比較して、前記輝度値が前記閾値を超えたマークの画像データを前記表示部に表示させるようになっており、
   さらに前記データ処理部は、前記光の照射のＯＦＦのタイミングで受像部から送られてきた画像データより得られた輝度値（Ｄ１）と、前記光の照射のＯＦＦから前記マークを形成する素材の残光特性に対応した時間が経過したタイミングで受像部から送られてきた画像データより得られた輝度値（Ｄ２）とから輝度比（Ｄ２／Ｄ１）を得るようになっており、
   前記マークを形成する素材の残光特性に対応した輝度比を予め登録しており、
   前記データ処理部で得られた輝度比（Ｄ２／Ｄ１）の値と、前記登録されている輝度比の値とを比較して、これらの値が合致するか否かの判定結果を出力することを特徴とする画像識別装置。
2. 前記非可視光が赤外光である請求項１記載の画像識別装置。

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