JP4736272B2 - 画像入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像入力装置の技術分野に属する。特に、撮像画像における幾何歪みを小さくすることが可能な画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大きな寸法の原稿（＝撮像対象）を読み取る画像入力装置のセンサ（撮像素子）としては、１次元の撮像領域を有するラインセンサが使用されることが多い。その理由は、ラインセンサカメラでは、１次元に配列する受光素子数（画素数）を多くすることが容易であり、それだけ高い解像度で読み取ることができためである。２次元の領域を有するエリアセンサで同等の解像度を得るためには、高いコストを払う必要性があるか、技術的に実現することが不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、画素数が多く高い解像度が得られるセンサ（ラインセンサまたはエリアセ）では幾何歪みが大きくなるという問題がある。たとえば、１つのカメラで撮像する領域を広くする必要性から広角レンズが用いられるが、広角レンズの各種の収差による悪影響を回避することができない。また、ラインセンサでは副走査を必要とするが、機械的な方法で相対的な移動が行なわれ、その移動の誤差による悪影響を回避することができない。
【０００４】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、広角レンズの各種の収差による悪影響や、移動の誤差による悪影響を回避し、幾何歪みの小さな撮像画像を得ることができる画像入力装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明の請求項１に係る画像入力装置は、登録手段と、撮像手段と、移動手段と、合成手段とを具備する画像入力装置であって、前記登録手段は、基準マークと方眼基準線が印刷されている校正用の原稿を前記撮像手段が撮像して得た撮像画像においてずれをなくす位置として算出した撮像対象の固定部材に配置された基準マークの位置を登録基準マークの位置として登録し、前記撮像手段は、撮像対象における部分領域の画像と、前記固定部材に配置された基準マークとを撮像し部分撮像画像を生成し、前記移動手段は、前記撮像における撮像領域を変えるように前記固定部材に対して前記撮像手段の移動を行い、前記合成手段は、前記撮像領域を変えた撮像により得られる複数の前記部分撮像画像から、前記基準マークの位置を算出し、その基準マークの位置が前記登録基準マークの位置に一致するように前記部分撮像画像における位置と角度のずれを補正し、前記撮像対象における全体領域の撮像画像を合成する処理を行なうようにしたものである。
【０００６】
本発明によれば、登録手段により、基準マークと方眼基準線が印刷されている校正用の原稿を前記撮像手段が撮像して得た撮像画像においてずれをなくす位置として算出した撮像対象の固定部材に配置された基準マークの位置が登録基準マークの位置として登録され、撮像手段により、撮像対象（＝原稿）における部分領域の画像と、前記固定部材に配置された基準マークとが撮像され部分撮像画像が生成され、移動手段により、撮像における撮像領域を変えるように固定部材に対して撮像手段の移動が行われ、合成手段により、撮像領域を変えた撮像により得られる複数の部分撮像画像から、基準マークの位置を算出し、その基準マークの位置が登録基準マークの位置に一致するように前記部分撮像画像における位置と角度のずれが補正され、撮像対象における全体領域の撮像画像を合成する処理が基準マークに基づいて行なわれる。すなわち、基準マークと方眼基準線が印刷されている校正用の原稿を前記撮像手段が撮像して得た撮像画像においてずれをなくす位置として算出した登録基準マークの位置に部分撮像画像から算出した基準マークの位置が一致するように前記部分撮像画像における位置と角度のずれが補正される。また、撮像手段で撮像する領域を狭くしたから広角レンズを用いる必要がなく、広角レンズの各種の収差による悪影響を回避することができる。また、撮像手段としてエリアセンサカメラを用いれば、副走査を必要とせず、その副走査の誤差による悪影響を回避することができる。したがって、幾何歪みの小さな撮像画像を得ることができる画像入力装置が提供される。
【００１０】
また本発明の請求項２に係る画像入力装置は、請求項１に係る画像入力装置において、前記撮像手段は、複数台配列した２次元の撮像領域を有するエリアセンサカメラまたは１次元の撮像領域を有するラインセンサカメラから成るようにしたものである。本発明によれば、複数台配列したエリアセンサカメラまたはラインセンサカメラによって高い速度での撮像が行なわれる。
【００１１】
また本発明の請求項３に係る画像入力装置は、請求項２に係る画像入力装置において、前記移動手段による移動方向は、所定の一方向への前記撮像手段または前記撮像対象の移動であるようにしたものである。本発明によれば、移動手段による移動方向は、所定の一方向だけであり簡略化する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について実施の形態により説明する。本発明の画像入力装置における撮像系の構成の一例を図１に示す。図１において、１は撮像部、２は処理部である。また、撮像部１において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅはカメラ、１２は移動ステージ、１３は移動ガイド、１４は移動用モータ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは右基準マーク、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは左基準マーク、１７は原稿ステージである。また、処理部２において、２１は画像入力部、２２は画像処理部、２３はハードディスク、２４は制御部、２５はモータコントローラである。また、１００は印刷物（原稿：撮像対象）である。
【００１３】
本発明の画像入力装置は、撮像部１と処理部２とを基本的な構成部分としている。撮像部１は撮像対象としての印刷物１００を撮像して撮像信号を出力する部分であり、処理部２は、その撮像部１における撮像動作を制御する処理と、撮像信号に基づいて撮像画像を生成する処理とを行なう部分である。
【００１４】
撮像部１において、カメラ１１ａ〜１１ｅは、印刷物１００の左右方向に配列する複数（図１では５つ）のエリアセンサカメラである。図１に示すように、カメラ１１ａ〜１１ｅの各々における撮像領域は矩形状であって、隣接する撮像領域は左右の部分において、その撮像領域が互いに重複するように設定が行なわれ配置されている。
【００１５】
カメラ１１ａ〜１１ｅの全体としての撮像領域は、カメラ１１ａ〜１１ｅが停止しているときには、左右方向については原稿ステージ１７の左右範囲とほぼ同程度の範囲となっているが、前後方向（または上下方向）については原稿ステージ１７の前後範囲の一部分となる範囲となっている。したがって、そのときには、印刷物１００における左右方向の全体と前後方向の一部、右基準マーク１５ａ〜１５ｅのいずれかと、左基準マーク１６ａ〜１６ｅのいずれかとが撮像領域に含まれる。
【００１６】
移動ステージ１２は、カメラ１１ａ〜１１ｅを所定の配置で支持するとともに、移動機構によって移動が行なわれる部分である。移動ステージ１２がカメラ１１ａ〜１１ｅを支持して移動し、複数個所での撮像を行なうことにより、カメラ１１ａ〜１１ｅの撮像領域は前後方向に広がる。すなわち、原稿ステージ１７の前後方向についてほぼ同程度の範囲を撮像領域に含めることができる。
【００１７】
移動ステージ１２の移動は、図１に示す一例においては、間欠的な移動である。すなわち、所定の距離（図１に示すカメラ移動間隔）を移動して停止し、撮像が行なわれた後に再び移動を開始する動作を繰り返す。この繰返し行なわれる撮像において、前後する撮像の撮像領域は前後の部分において、その撮像領域が互いに重複するように移動と停止が行なわれる。
【００１８】
移動ガイド１３は、移動ステージ１２の移動方向を前後方向だけに規定するガイド機構である。また、モータ１４は、移動ステージ１２の移動を行なう動力原である。移動ガイド１３とモータ１４は、移動機構を構成する要素である。移動機構は、他の要素として、たとえば、移動ガイド１３と平行に配置したボールネジを有する。ボールネジの軸は減速機等を介してモータ１４の回転軸に結合しており、また、ボールネジのナット部分は移動ステージ１２に結合している。モータ１４を回転することにより、ボールネジの軸が回転し、ボールネジのナット部分が移動し、その移動が移動ステージ１２に伝達される。
【００１９】
移動ガイド１３と原稿ステージ１７とは撮像部１のフレーム（図示せず）によって支持固定されている。したがって、移動ステージ１２と原稿ステージ１７との間には、移動による前後方向を除いて相対的な位置変動が生じないことになっている。しかし実際には、移動機構には誤差が存在するため、左右方向、回転方向等の位置の変動が存在する。また、前後方向については、減速機構のバックラッシュ等により停止位置の誤差が存在する。本発明は、このような移動の誤差による悪影響を回避し、幾何歪みの小さな撮像画像を得ることを目的としている。
【００２０】
右基準マーク１５ａ〜１５ｅと左基準マーク１６ａ〜１６ｅは、位置と角度、等のずれを補正して部分撮像画像から撮像画像を合成する処理を行なうときの基準マークである。図１に示す一例においては、基準マークは、原稿ステージ１７における左右の辺の近傍に配置されている。この基準マークの配置の変形例については詳細を後述する。
原稿ステージ１７は、印刷物１００等の原稿（＝撮像対象）をその表面において保持するステージである。原稿ステージ１７の表面に印刷物１００が密着するように、真空吸引方式、静電吸着方式、等の密着手段を設けると好適である。
【００２１】
処理部２において、画像入力部２１は、カメラ１１ａ〜１１ｅの各々が出力する撮像信号を入力して、Ａ／Ｄ（analog-to-digital）変換して各々の部分撮像画像を生成する処理を行なう。部分撮像画像の数は、移動ステージ１２の停止位置の数（＝撮像位置の数）と、カメラの数とを掛け算した数である。カメラ１１ａ〜１１ｅにおける撮像と、移動ステージ１２の移動とが所定の順序で行なわれることにより、これらの複数の部分撮像画像の生成が所定の順序で行なわれる。
【００２２】
画像処理部２２は、画像入力部２１が生成した複数の部分撮像画像の各々を合成して撮像画像を生成する処理を行なう。この合成は、複数の過程から成る。第１の過程は、隣接するカメラが撮像した２つの部分撮像画像を合成する処理を繰返し、左右方向に配列するすべてのカメラ１１ａ〜１１ｅの部分撮像画像を合成した左右合成画像を生成する処理の過程である。第２の過程は、基準マークに基づいて、その左右合成画像の位置と角度のずれを補正し補正済み左右合成画像を生成する処理の過程である。第３の過程は、補正済み左右合成画像から所定の領域を切り出して、すでに生成し切り出しを済ませた補正済み左右合成画像に継ぎ足して画像を前後方向に拡大する処理を繰返し、全体画像である撮像画像を生成する処理の過程である。
【００２３】
ハードディスク２３は、画像処理部２２が撮像画像を生成する過程で生じる中間的な画像を記憶する。また、合成を行なって最終的に生成した撮像画像を記憶する。
制御部２４は、カメラ１１ａ〜１１ｅにおける撮像と、画像入力部２１における撮像信号の入力を制御する。また、移動ステージ１２の移動が所定の順序で行なわれるように、モータコントローラ２５の動作を制御する。制御部２４は、たとえば、プログラマブルシーケンスコントローラによって構成され、プログラムにしたがって、画像入力装置における全体の制御動作を行なう。
モータコントローラ２５は、制御部２４の出力に基づいて、モータ１４の動作を制御する。
【００２４】
以上の構成において、次に、本発明の画像入力装置の動作について図２に示すフロー図に基づいて説明する。
まず、図２のステップＳ１において、ハードディスク２３における所定のファイルをオープンする。ファイルをオープンすることにより、ファイルへのデータの書き込み、読み出しが可能となる。
次に、ステップＳ２において、カメラ１１ａ〜１１ｅを原点位置に移動する。この移動は、制御部２４がモータコントローラ２５を制御し、モータコントローラ２５がモータ１４を制御し、そのモータの駆動力によって移動ガイド１３に沿って移動ステージ１２を移動することにより行なわれる。
【００２５】
次に、ステップＳ３において、カメラ１１ａ〜１１ｅにより撮像を行なう。この撮像は、制御部２４が画像入力部２１を制御し、画像入力部２１がカメラ１１ａ〜１１ｅの撮像信号を入力することにより行なわれる。
次に、ステップＳ４において、画像入力部２１は、撮像信号をＡ／Ｄ変換し、カメラ１１ａ〜１１ｅの撮像画像である部分撮像画像を生成する。画像処理部２２は、その部分撮像画像を入力する。そして、画像処理部２２は、左右方向に配列するすべてのカメラ１１ａ〜１１ｅの部分撮像画像を合成した左右合成画像を生成する処理を行なう。
【００２６】
次に、ステップＳ５において、画像処理部２２は、登録されている基準マークの位置である登録基準マーク位置をハードディスク２３のファイルから読み込む。この登録基準マーク位置は、キャリブレーション（校正）用の原稿を撮像して得た撮像画像に基づいて算出される基準マークの位置である。この登録については詳細を後述する（図４、図５参照）。
【００２７】
次に、ステップＳ６において、画像処理部２２は、ステップＳ４で得られた左右合成画像において基準マークを抽出し、その位置である基準マーク位置を算出する。左右合成画像には、右基準マーク１５ａ〜１５ｅの内のいずれか１つと、左基準マーク１６ａ〜１６ｅの内のいずれか１つが含まれている。本発明の画像入力装置は、そうなるように、基準マークの配置、撮像範囲、等の設定が行なわれている。
【００２８】
次に、ステップＳ７において、画像処理部２２は、登録基準マーク位置と基準マーク位置とに基づいて、左右合成画像における幾何歪みとしての角度のずれ量、すなわち補正のための回転角度を算出する。この算出については詳細を後述する（図３参照）。
次に、ステップＳ８において、画像処理部２２は、その回転角度に基づいて左右合成画像の回転処理を行なって幾何歪みとしての角度のずれ量を補正し、補正済み左右合成画像を生成する。
【００２９】
次に、ステップＳ９において、画像処理部２２は、登録基準マーク位置と基準マーク位置に基づいて補正済み左右合成画像における画像切り出し位置を算出する。この画像切り出しは、前後方向にカメラ１１ａ〜１１ｅを移動して撮像し処理することにより得られる補正済み左右合成画像を、前後方向において合成するために行なわれる。したがって、画像切り出し位置は前後方向において隣接する補正済み左右合成画像における境界となる。この画像切り出しによって幾何歪みとしての位置のずれ量が補正される。
【００３０】
次に、ステップＳ１０において、画像処理部２２は、補正済み左右合成画像から画像切り出しを行なってハードディスク２３に追加保存する。これは、すでに生成し画像切り出しを済ませた補正済み左右合成画像に対して、今回の画像切り出しで得た補正済み左右合成画像を継ぎ足して画像を前後方向に拡大する処理である。
【００３１】
次に、ステップＳ１１において、制御部２４は、この継ぎ足して画像を前後方向に拡大する処理の繰り返しを所定回数済ませたか否か、すなわち終了とするか否かを判定する。
【００３２】
終了としない場合には、ステップＳ１２の処理を行なった後にステップＳ３に戻り、上述の以降のステップを繰り返す。ステップ１２において、カメラ１１ａ〜１１ｅを次の所定の位置へと移動する。この移動は、制御部２４がモータコントローラ２５を制御し、モータコントローラ２５がモータ１４を制御し、そのモータの駆動力によって移動ガイド１３に沿って移動ステージ１２を移動することにより行なわれる。
【００３３】
一方、終了とする場合には、ステップＳ１３の処理を行なった後に終了とする。ステップＳ１３において、ハードディスク２３における所定のファイルをクローズする。ファイルをクローズすることにより、ファイルへのデータの書き込み、読み出しが不可能となる。
【００３４】
以上、本発明の画像入力装置の動作について図２に示すフロー図に基づいて説明を行なった。次に、本発明の画像入力装置における幾何歪みの補正方法についての詳細を、図３〜図７に基づいて説明する。図３（Ａ）は、理想とする左右の基準マークの重心位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）と実際に撮像された左右の基準マークの重心位置（ｘ１’，ｙ１’）、（ｘ２’，ｙ２’）の位置関係を示す図である。θは、それら基準マークにおける角度のずれ量である。
【００３５】
図３（Ａ）の具体的なイメージを示す図を図６に示す。図６に示すように、カメラ１１ａ〜１１ｅの移動の誤差によって、実際の撮像位置（実線で囲まれた領域）は、理想的な撮像位置（点線で囲まれた領域）とは異なっている。このときの、実際の撮像画像における基準マークの位置と、理想的な撮像画像における基準マークの位置は、図７に絵図で示すように、位置のずれが生じている。
【００３６】
この図３（Ａ）に対して、重心位置（ｘ１，ｙ１）と（ｘ１’，ｙ１’）とが一致するように、Δｘ１＝ｘ１’−ｘ１、Δｙ１＝ｙ１’−ｙ１だけ画像を平行移動すると、図３（Ｂ）のように位置関係が変化する。
この図３（Ｂ）に対して、重心位置（ｘ１，ｙ１）を回転中心として画像の回転をθだけ行なうと、図３（Ｃ）のように位置関係が変化する。
これにより位置と角度のずれ量を補正する処理が行なわれたことになる。図３においては、位置ずれ量を補正してから角度のずれ量の補正を行なったが、この順番を入れ替えても結果は変化しない。
【００３７】
図３に基づく上述の説明では、幾何歪みの補正において、理想とする左右の基準マークの重心位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）を用いている。したがって、この重心位置をあらかじめ定義しておく必要がある。この重心位置は、前述のステップＳ５において説明した登録基準マークの位置に相当する。次に、基準マークの位置の登録について図４、図５に基づいて説明する。図４は、位置が既知の基準マークと基準線が印刷されているキャリブレーション（校正）用の原稿と、原稿ステージ１７に配置されている基準マークとを示す図である。また、図５は、基準マークの位置の登録過程を示すフロー図である。
【００３８】
まず、図５のステップＳ２１において、キャリブレーション用の原稿を撮像する。図４に示すように、この撮像画像には、原稿に印刷されている位置が既知の基準マークと基準線、および原稿ステージ１７に配置されている基準マークが含まれている。
次に、ステップＳ２２において、原稿に印刷されている基準マークの位置から原稿ステージ１７に配置されている基準マークの位置を算出し、ステップＳ２３において、その基準マークの位置を登録する。
【００３９】
次に、ステップＳ２４において、再び、キャリブレーション用の原稿を撮像する。そして、登録基準マークの位置に基づいて撮像画像を合成する。
次に、ステップＳ２５において、その撮像画像において、印刷物の方眼（基準線：図４参照）にずれがあるか否かを判定する。わずかな幾何歪みであっても、この方眼のずれによって極めて高感度に検出することができる。
【００４０】
ずれがある場合には、ステップＳ２６において、方眼のずれに基づく登録基準マークの位置を修正する処理を行ない、ステップＳ２４に戻って、上述の以降のステップを繰り返す。
一方、ずれがない場合、または許容範囲である場合には、基準マークの位置の登録過程を終了とする。
【００４１】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明を行なったが、本発明は、その実施の形態にのみ限定されるものではない。本発明の技術思想に基づいて様々な態様で実施することができ、それらも本発明に含まれることはいうまでもないことである。そのような本発明の変形例を図８に示す。図８（Ａ）は、カメラを１台とした一例である。原稿の幅が小さい場合には、１台のカメラでも広角レンズを用いる必要がなく、レンズ系における収差の悪影響による撮像画像の幾何歪みを回避することができる。前後方向についてカメラを移動しながら複数の部分撮像画像を撮像し、全体の撮像画像を合成する処理は、実施の形態における一例と同様である。
【００４２】
図８（Ｂ）は、基準マークを一方の側（左側）だけに配置した一例である。この一例は、角度のずれを補正する必要がない場合に適用することができる。
図８（Ｃ）は、カメラが移動するのではなく、原稿（撮像対象）が移動する一例である。この一例においては、基準マークは、印刷する等により、原稿に配置される。
図８（Ｄ）は、基準マーク検出用に、専用のカメラを配置した一例である。専用のカメラであるから、撮像画像に基準マーク以外の絵柄が存在しないように撮像を行なうことができる。したがって、基準マークの位置の算出が容易になる、高い精度を得ることができる、撮像範囲の小さいカメラを使用できる、等の利点を有する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のとおりであるから、本発明の請求項１に係る画像入力装置によれば、部分撮像画像における位置と角度のずれを補正して合成された撮像画像を得ることができ、撮像手段の移動誤差による悪影響が回避され、歪みの小さな撮像画像を得ることができる画像入力装置が提供される。また本発明の請求項２に係る画像入力装置によれば、複数台配列したエリアセンサカメラまたはラインセンサカメラによって高い速度での撮像を行なうことができる。また本発明の請求項３に係る画像入力装置によれば、移動手段による移動方向は、所定の一方向だけであり簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像入力装置における構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の画像入力装置における動作の過程を示すフロー図である。
【図３】理想とする基準マークの位置と実際に撮像された基準マークの位置、およびそれらの角度のずれを示す説明図である。
【図４】基準マークとキャリブレーション用の原稿を示す図である。
【図５】、基準マークの位置の登録過程を示すフロー図である。
【図６】位置と角度のずれを、具体的なイメージで示す絵図である。
【図７】実際の撮像画像における基準マークの位置と理想的な撮像画像における基準マークの位置、およびそれらの位置のずれを示す絵図である。
【図８】本発明の画像入力装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 撮像部
２ 処理部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ カメラ
１２ 移動ステージ
１３ 移動ガイド
１４ 移動用モータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ 右基準マーク
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ 左基準マーク
１７ 原稿ステージ
２１ 画像入力部
２２ 画像処理部
２３ ハードディスク
２４ 制御部
２５ モータコントローラ
１００ 印刷物（原稿：撮像対象）

Claims (3)

1. 登録手段と、撮像手段と、移動手段と、合成手段とを具備する画像入力装置であって、
   前記登録手段は、基準マークと方眼基準線が印刷されている校正用の原稿を前記撮像手段が撮像して得た撮像画像においてずれをなくす位置として算出した撮像対象の固定部材に配置された基準マークの位置を登録基準マークの位置として登録し、
   前記撮像手段は、撮像対象における部分領域の画像と、前記固定部材に配置された基準マークとを撮像し部分撮像画像を生成し、
   前記移動手段は、前記撮像における撮像領域を変えるように前記固定部材に対して前記撮像手段の移動を行い、
   前記合成手段は、前記撮像領域を変えた撮像により得られる複数の前記部分撮像画像から、前記基準マークの位置を算出し、その基準マークの位置が前記登録基準マークの位置に一致するように前記部分撮像画像における位置と角度のずれを補正し、前記撮像対象における全体領域の撮像画像を合成する処理を行なう、
   ことを特徴とする画像入力装置。
2. 請求項１に記載の画像入力装置において、前記撮像手段は、複数台配列した２次元の撮像領域を有するエリアセンサカメラまたは１次元の撮像領域を有するラインセンサカメラから成ることを特徴とする画像入力装置。
3. 請求項２に記載の画像入力装置において、前記移動手段による移動方向は、所定の一方向への前記撮像手段または前記撮像対象の移動であることを特徴とする画像入力装置。

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