JP4826447B2 - 情報処理装置、及び情報処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は情報処理システム、情報処理プログラムに関する。

紙に位置を表すパターンを形成し、ペンに設けられたセンサにより該パターンを読み取ることで、位置検出をする技術が知られている（特許文献１参照）。この技術を用いることで、紙の上のペン先の移動履歴を検出することができる。

また、画像が描かれた紙上でカメラが内蔵されたペンを移動させ、カメラでペン先の画像を読込み、読込まれた画像に基づいてペン先の位置を推定し、最も可能性が高いペンの移動経路を決定する技術が知られている（特許文献２及び特許文献３参照）。
特表２００３−５１１７６１号公報 特開２００４−１５２２７２号公報 特開２００４−１５２２７３号公報

しかしながら、特許文献１乃至特許文献３に記載されている技術は、位置検出される対象物の表面にパターン、又は画像を形成する必要がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、対象物の表面に位置検出用のパターン、又は画像を形成することなく、対象物を読み取る読取部の対象物上での移動履歴を検出できる情報処理装置、及び情報処理プログラムを得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、対象物の表面に沿って分布しているランダム性を有する光学的に読み取り可能な固有の特徴の分布パターンを示す特徴データが記憶された特徴記憶手段と、前記対象物の表面に対向されると共に対向される位置が前記対象物の表面に沿って移動可能とされ、対向された前記対象物の表面の所定領域における前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンを光学的に読み取る読取手段と、前記読取手段により読み取られた前記所定領域における前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンから該分布パターンを示す読取データを時系列的に取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記読取データと前記特徴記憶手段に記憶された前記特徴データとを比較して、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する位置特定手段と、前記位置特定手段が時系列的に特定した前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を前記読取手段の移動履歴として記録する移動履歴記録手段と、を含む。

また、本発明は、前記取得手段により時系列的に取得される前記読取手段が対向した前記所定領域の前記読取データを記憶する読取データ記憶手段を含み、前記位置特定手段が、前記読取データ記憶手段に記憶された前記読取データに基づいて、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する。

本発明において、前記対象物は、紙で構成することができる。

また、本発明において前記読取手段は、前記対象物の表面に照射した光が前記所定領域で反射した反射光又は前記所定領域を透過した透過光を受光する。

このような本発明においては、前記位置特定手段が、前記特徴記憶手段に記憶された前記特徴データと前記取得手段により取得された前記読取データとの正規化演算法に基づいて演算する相関値に基づいて前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定するものであっても良い。

このとき、前記特徴データに基づく領域から前記所定領域のサイズより小さいサイズの比較領域を設定し、前記読取データに基づく領域から前記比較領域と同じサイズで設定した対象領域に対応する読取データと前記特徴データのうちで前記比較領域に対応する比較データとの相関値を取得し、相関値が所定値以上となる前記比較領域に対応する前記対象物の表面上の位置を前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置とすることができる。

また、本発明の情報処理プログラムは、コンピュータを、ランダム性を有する光学的に読み取り可能な固有の特徴が分布している対象物の表面に、該対象物の表面に沿って移動可能とされた読取手段が対向されることにより、対向された前記対象物の表面の所定領域から前記読取手段が光学的に読み取る前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンから該分布パターンを示す読取データを時系列的に取得する取得手段と、前記対象物の表面に沿った前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンを示す特徴データを予め記憶し、前記取得手段により取得された前記読取データと前記特徴情報記憶手段に記憶された前記特徴データとを比較して、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する位置特定手段と、前記位置特定手段が時系列的に特定した前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を前記読取手段の移動履歴として記録する移動履歴記録手段と、して機能させる。

以上説明したように、本発明によれば、表面に沿ってランダム性を有する光学的に読み取り可能な固有の特徴が分布した対象物を用いているので、予め表面に位置検出用のパターン、又は画像を形成した対象物を用いることなく、対象物の表面に対向させた読取手段の対象物上での位置の移動履歴を検出できる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の情報処理システム１０は、対象物である照合用紙１２の紙面に描き込みを行うと共に、照合用紙１２の表面の一部の領域を読み取り可能なセンサを備えた読取手段であるペン１４と、ペン１４に設けられたセンサ（図２に図示）が読み取った読取画像データに基づきペン１４の照合用紙１２上での移動履歴を検出すると共に、該移動履歴を記録する記憶装置を備えた情報処理装置であるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１６とで構成されている。

図２に示されるように、ペン１４は、照合用紙１２の描き込みが行われている領域を読み取るセンサ１８を備えており、このセンサ１８によって照合用紙１２の表面の一部の領域を読み取る。センサ１８の読取方式は、反射光読取式であり、センサ１８は、照合用紙１２に光を照射する発光素子１８Ａと、該発光素子１８Ａから射出され照合用紙１２で反射された光を受光し、受光量に応じた信号を出力する多数の受光素子が配列されたＣＣＤ等で構成された撮像素子１８Ｂとで構成されており、照合用紙１２を形成している繊維質材料の絡み具合のランダム性により照合用紙１２の表面に沿って分布している光反射率のランダムな変化を、所定の解像度（例えば４００ｄｐｉ）且つ所定の階調（例えば８ビットグレイスケール）で、例えば６４×６４ドット（約４ｍｍ×約４ｍｍ）の大きさの領域を読み取る。

図３には、ＰＣ１６と接続可能なスキャナ２０が示されている。スキャナ２０はフラットベッド型であり、原稿台（図示省略）上に載置された照合用紙１２を、前述のセンサ１８と同一の解像度（例えば４００ｄｐｉ）かつ同一の階調（例えば８ビットグレイスケール）で読み取る機能を備えている。スキャナ２０はＰＣ１６の入出力ポート（図５に図示）に接続されており、スキャナ２０による照合用紙１２の読み取りはＰＣ１６によって制御されると共に、スキャナ２０が照合用紙１２を読み取ることによって得られた登録画像の読取画像データはＰＣ１６に入力され、照合用紙１２の表面に分布するランダム性を有する固有の特徴を表す特徴データと、特徴の位置を示すデータとを対応付けた登録画像データは、ＰＣ１６に設けられたＲＡＭ２６に、センサ１８により読み取られる読取領域の位置特定のために用いるデータとして記憶される。この特徴データに対応する画像の隅部の画素に原点位置が定められる。

次に、図４に基づいて、ＰＣ１６の主要部を説明する。

図４に示すように、ＰＣ１６は、各種情報を表示するディスプレイ２２と、ＰＣ本体２４と、を含んで構成されている。ＰＣ本体２４の表面側には、記憶媒体２６を装着するための読取装置２８が設けられている。

ここで、センサ１８により読み取られた読取領域の位置特定の機能は、ＰＣ１６において実行可能なプログラム３０によって実現することができる。

プログラム３０およびそのプログラム３０が用いるデータなどは、予めＰＣ１６が読み取り可能な、記憶媒体２６に記憶することも可能であり、ＰＣ１６内の後述するＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４８やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３４に予め記憶するようにしてもよい。

記憶媒体２６とは、ＰＣ１６のハードウェア資源に備えられている読取装置２８に対して、プログラムの記述内容に応じて、磁気、光、電気等のエネルギーの変化状態を引き起こし、それに対応する信号の形式で読取装置２８にプログラムの記述内容を伝達できるものである。

このような記憶媒体２６としては、光磁気ディスク２６Ａ、光ディスク２６Ｂ、磁気ディスク２６Ｃ、及びＰＣ本体２４に装着可能なメモリ２６Ｄ等がある。メモリ２６Ｄの一例には、ＩＣカードやメモリカード等が挙げられる。これらの記憶媒体２６は、可搬型、及び非可搬型の何れであってもよい。

上記読取装置２８には、上記光磁気ディスク２６Ａに記憶されている各種データを読み取るための光磁気ディスク装置２８Ａ、光ディスク２６Ｂに記憶されている各種データを読み取るための光ディスク装置２８Ｂ、及び磁気ディスク２６Ｃに記憶されている各種データを読み取るための磁気ディスク装置２８Ｃ等がある。

ＰＣ１６は、図５に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２、ＲＯＭ３４、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３６を含んで構成されている。これらのＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、及びＲＡＭ３６は、ＣＰＵバス等から構成されるホストバス３８により信号授受可能に接続されている。

ＣＰＵ３２は、プログラム３０に従った処理を実行する。ＲＯＭ３４は、ＣＰＵ３２が使用するプログラムや、演算パラメータや、プログラム３０等を格納する。

ＲＡＭ３６は、ＣＰＵ３０の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ、スキャナ２０によって得られた登録画像の登録画像データ、及びセンサ１８によって読み取られた読取画像データを記憶する。また、ＲＡＭ３６は、後述する比較処理ルーチンにおいて正規化相関法により演算された比較データと読取データとの相関値、及び該比較データに対応する照合用紙１２の位置を記憶する。さらに、ＲＡＭ３６は、後述する処理ルーチンにより求められたペン１４の移動履歴を記憶する。

ホストバス３８は、ブリッジ４０を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス４２にデータや信号を授受可能に接続されている。

ＰＣ１６には、キーボード４４、マウス等のポインティングデバイス４６、ディスプレイ２２、ＨＤＤ４８、読取装置２８、入出力ポート５０、通信部５２、及びデータ出力部５４が設けられている。

これらのキーボード４４、マウス等のポインティングデバイス４６、ディスプレイ２２、各種データを記憶するためのＨＤＤ４８、読取装置２８、入出力ポート５０、通信部５２、及びデータ出力部５４は、インターフェース５６、外部バス４２、ブリッジ４０、及びホストバス３８を介して、ＣＰＵ３２に信号授受可能に接続されている。

キーボード４４及びポインティングデバイス４６は、操作者によって操作される入力デバイスである。また、ディスプレイ２２は、液晶表示装置またはＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などから成り、各種情報をテキストやイメージ情報として表示するデバイスである。

記憶媒体２６は、読取装置２８に装着されることで、格納しているプログラム３０等の各種データを読取装置２８によって読み取られる。ＣＰＵ３２の制御によって、読取装置２８は、装着された記憶媒体２６に記憶されているプログラム３０や各種データ等を読み出す。読取装置２８によって読み出された移動履歴検出ルーチンのプログラム及びデータは、ＣＰＵ３２の制御によってインターフェース５６、外部バス４２、ブリッジ４０、及びホストバス３８を介してＲＡＭ３６に格納される。

入出力ポート５０は、ＰＣ１６に接続する外部接続機器５８を接続するためのポートであり、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４等の接続部を有している。本実施形態における外部接続機器５８は、センサ１８が設けられたペン１４、及びスキャナ２０である。通信部５２は、有線通信網又は無線通信網（図示省略）を介して外部装置とデータや信号授受を行うためのデバイスである。

データ出力部５４は、各種データを出力するための出力装置であって、例えば、プリンタを挙げることができる。

このようなＰＣ１６において、上記記憶媒体２６が読取装置２８に装着されると、ＣＰＵ３２は、記憶媒体２６に記憶されているプログラム３０を読み出してＲＡＭ３６に格納する。なお、プログラム３０がＨＤＤ４８またはＲＯＭ３４に記憶されている場合には、ＣＰＵ３０は、これらのＨＤＤ４８またはＲＯＭ３４に記憶されているプログラム３０を読み出してＲＡＭ３６に格納する。

ＣＰＵ３２では、このＲＡＭ３６に格納したプログラム３０の移動履歴検出ルーチンのプログラムを実行する。このプログラム３０がＣＰＵ３２によって実行されることによって、後述の図６に示す記憶ルーチン及び図７に示す移動履歴記録ルーチンの各々がＣＰＵ３２において実行される。

次に、図６のフローチャートを参照して、読取画像の記憶ルーチンについて説明する。

ステップ１００では、センサ１８に、照合用紙１２内のペン１４先の位置の画像を読み取らせる。

ステップ１０２では、所定の解像度（例えば４００ｄｐｉ）でセンサ１８に読み込まれた所定のサイズ（例えば６４×６４ドット（４ｍｍ×４ｍｍ））のアナログ信号を、アナログ／ディジタル変換器（図示省略）によりディジタル信号に変換させ、所定の階調（例えば８ビットグレイスケール）の読取データを得る。

ステップ１０４では、ＰＣ１６のＲＡＭ２６にステップ１０２で得られた読取データを記録させる。

ステップ１０６では、ペン１４による照合用紙１２への描き込みが終了したか否かを判定する。

これにより、照合用紙１２上を移動するペン１４に設けたセンサ１８が読み取った画像の時系列データが得られる。

次に、図７のフローチャートを参照して、移動履歴記録ルーチンについて説明する。

ステップ１５０では、センサ１８により、照合用紙１２の表面を読み取ることにより得られた、例えば６４×６４ドット（約４ｍｍ×約４ｍｍ）のサイズの読取画像を取り込む。

ステップ１５２では、比較領域の一隅を登録画像の原点Ｏ位置に一致させる。

ステップ１５４では、図８に示すような一隅を原点Ｏ位置に一致させた比較領域内のデータを比較データとして登録画像データから抽出する。

図９（Ａ）に示されるのは、登録画像の特徴データの一部の比較データを視覚化（目視での確認が容易なようにコントラストを補正）した画像である。

照合用紙１２を形成する繊維質材料の絡み具合を製造時に制御することは不可能であるので、照合用紙１２を形成する繊維質材料の絡み具合はランダムと見なすことができる。照合用紙１２を形成する繊維質材料の絡み具合いは透過光顕微鏡を用いれば観察できる。一方、図９（Ａ）に示す「比較画像（登録画像の特徴データの一部の比較データを視覚化した画像）」では、繊維質材料の絡み具合いまでは確認できないものの、繊維質材料の絡み具合のランダム性に起因する（紙を漉くときの諸条件により生ずる紙表面の凸凹も影響している可能性もある）紙の透明度のランダムな変化を反映したランダムな明暗のパターンが生じているので、「比較画像」に対応する比較データが、照合用紙１２上の比較領域内における固有の特徴、すなわち照合用紙１２上の比較領域内の透明度のランダムな変化を表す情報となっていることは確認できる。

図９（Ｂ）に示されるのは、位置検出に用いられるセンサ１８により読み取られた読取領域の読取データを視覚化した画像である。この読取データは、読取領域内における照合用紙１２の透明度のランダムな変化を表している。

ステップ１５６では、比較処理を行う。以下、この比較処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態に係る比較処理では、読取領域の読取画像（例として図９（Ｂ）に図示）のデータから比較領域と同サイズの領域（演算対象領域）に相当するデータを抽出し、該データと比較画像（例として図９（Ａ）に図示）の比較データとの相関値を演算することを、演算対象領域の位置を移動させながら繰り返す。このため、次のステップ２２０では読取領域内におけるデータ抽出位置（演算対象領域の位置）を初期化する。

ステップ１７２では、読取領域のデータから、設定したデータ抽出位置に位置している比較領域と同サイズの領域のデータ（演算対象データ）を抽出する。そしてステップ１７４では以下に示す（１）式に従い、比較データとステップ１７２で抽出した演算対象データとの相関値を正規化相関法により演算し、演算によって得られた相関値をＲＡＭ等に記憶させる。

但し、Ｆは比較画像（比較データの集合）、ｆｉは比較画像の個々の画素の明度値、Ｎは比較画像（及び読取画像の部分領域）の総画素数、Ｇは読取画像の部分領域（の集合）、ｇｉは読取画像の部分領域の個々の画素の明度値、ｆ_ＡＶＥは比較画像の個々の画素の明度値の平均値、ｇ_ＡＶＥは読取画像の部分領域の個々の画素の明度値の平均値である。

次のステップ１７６では、演算対象領域が読取領域の全面をスキャンしたか否か判定する。判定が否定された場合はステップ１７８へ移行し、演算対象データ抽出領域を１ドットだけ縦又は横に移動させた後にステップ２２２に戻る。これにより、ステップ１７６の判定が肯定されるまでの間ステップ１７２〜ステップ１７８が繰り返される。本実施形態では比較領域が３２×３２ドット、読取領域が６４×６４ドットとして説明しているので、相関値の演算は(６４−３２＋１)×(６４−３２＋１)＝１０８９回行われ、１０８９個の相関値が得られることになる。

相関値の演算が終了するとステップ１７６の判定が肯定されてステップ１８０へ移行し、上記の演算によって得られた多数個の相関値の中からその最大値を抽出する。また、次のステップ１８２では、多数個の相関値の標準偏差及び平均値を演算した後に、演算した標準偏差・平均値及びステップ１８０で求めた相関値の最大値を次の(２)式に各々代入することで、相関値の最大値のノーマライズド・スコアを演算する。
ノーマライズド・スコア＝（相関値の最大値−相関値の平均値）÷相関値の標準偏差 …(２)
なお、一般に比較領域（詳しくは相関値の演算対象とする領域）のサイズが大きくなるに従って一致の判断の精度は向上する。本実施形態では、読取解像度４００ｄｐｉにおける比較領域のサイズを３２×３２ドット（約２ｍｍ×約２ｍｍ）としている。比較領域を上記サイズよりも小さくすると一致の判断の精度は低下することが実験結果から分かっているおり、比較領域を上記サイズより大きくしても精度向上の程度は僅かである。従って、読み取りにあたって高価で取り扱いが面倒な顕微鏡を使う必要はなく、４００ｄｐｉ程度の解像度での読み取りが可能な読取装置（安価な市販のスキャナ等）を使用するのが実用的である。

また、比較領域の読み取りにおいて、撮像素子１８Ｂに過大な光量の光が入射された等により撮像素子１８Ｂの出力信号が飽和してしまうと、読み取りによって得られる比較データが表す比較領域内の透明度の変化が部分的に白くとんでしまう等のように、比較領域内の透明度の変化を正確に表す比較データが得られないので、比較領域の読み取りに際しては露出を適度に抑えることが望ましい。

次に、判断手段であるステップ１５８では、ステップ１８０で求めた相関値の最大値が閾値以上で、且つステップ１８２で演算したノーマライズド・スコアが閾値以上か否かにより比較による照合が成立したか否かを判定する。否定された場合はステップ２１０へ移行し、比較領域を更新する。比較領域は図１１（Ａ）に示されるように、原点から離れる方向へ、所定の移動幅移動する。この所定の移動幅は、１ドットの幅であることが望ましい。

なお、当該所定の移動幅は、相関値の最大値が所定の値以上で、且つノーマライズド・スコアが所定の値以上となるまでは、比較領域の半分の幅（１６ドット（約１ｍｍ））として、相関値の最大値及びノーマライズド・スコアが大きくなるに従い、幅を狭めていくのでもよい。

次にステップ１５４へ移行し、例えば図１１（Ａ）の網掛け領域で示される、一隅を、（０，１）の位置に一致させた比較領域内のデータを比較データとして登録画像データから抽出する。

ステップ１５６では、更新された比較領域との比較が行われる。

ステップ１６０，１５４，１５６の処理は、ステップ１５８の判定で肯定されるまで行われる。例えば、比較領域を原点Ｏから離れる方向へ１２ドット移動させた場合は、図１１（Ｂ）の網掛けの領域のように示される。

一方、ステップ１５８の判定で肯定された場合は、ステップ１６２，１６４へ移行する。特定手段であるステップ１６２では、比較領域に基づき、センサ１８が読み取った照合用紙１２上の位置を特定し、ステップ１６４では、特定された照合用紙１２上の位置をＲＡＭ３６に記憶させる。

ステップ１６６では、センサ１８が読み取った画像の時系列データの全ての位置を特定したか否かが判定される。

センサ１８の位置は、相関値が所定値以上となるまでの、比較領域の、原点Ｏから離れる各方向への移動回数と前記所定の移動幅との積の演算により求めればよい。

以上説明したように、本実施形態では、センサ１８により読み取られた読取領域の固有の特徴を示す読取データと、比較データとの相関値が所定値以上であるか否かを判断することにより、センサ１８の位置を特定するので、照合用紙１２に位置特定用のパターンが形成されていなくても、照合用紙１２を読み取った読取領域の正確な位置を特定できる。

なお、上記では、ペン１４にセンサ１８を設けて、照合用紙１２を読み取ったが、読取手段は、携帯可能な形状であればよく、ペン１４に限らない。

また、上記では、照合用紙１２の表面に沿って分布している固有の特徴を記憶する機能、読取データと比較データとの相関値が所定値以上であるか否かを判断する機能、読取領域の位置を特定する機能、及び移動履歴を記録する機能は、ＰＣ１６に搭載される構成としたが、前記機能の一部又は全部が、携帯可能物であるペン１４に搭載された構成でもよい。

また、上記では、対象物を照合用紙１２として、照合用紙１２の表面に沿って分布している光反射率のランダムな変化を読み取る構成としたが、対象物は、ランダム性を有し、固有の特徴を読み取れるものであればよく、紙材に限らない。

また、上記では、センサ１８は反射光読取式としたが、透過光読取式であってもよい。この場合は、照合用紙１２は透過性の部材である。

また、上記では登録画像データをＰＣ１６のＲＡＭ２６に記憶させる例を説明したが、これに限定されるものではなく、ネットワークを介して接続されたデータベースに登録画像データを記憶させてもよい。

また、上記では照合用紙１２上を移動するペン１４に設けたセンサ１８が読み取った画像の時系列データを一旦ＰＣ１６のＲＡＭ２６に記録する例を示したが、照合用紙１２上を移動するペン１４に設けたセンサ１８が画像を読み取る毎に、センサ１８が読み取った照合用紙１２の位置を特定してもよい。

また、上記では、照合用紙１２上を移動するペン１４に設けたセンサ１８が読み取った画像の絶対位置を特定して移動履歴を記録しているが、センサ１８が最初に読み取った位置を基準とする相対位置を特定して移動履歴を記録してもよい。

また、上記では比較領域及び読取領域を矩形状（詳しくは正方形状）とした例を説明したが、これに限定されるものではなく、長方形、台形、三角形、円形、楕円形、直線状（例えば１〜数ドット幅の非常に扁平な矩形状）等、任意の形状を採用可能である。但し、領域の形状を複雑にしたとしても真偽判定の精度向上には寄与しないので、特別の事情が無い限りは、比較領域及び読取領域の形状は単純な矩形や円形であることが望ましい。

比較領域及び読取領域を円形状にした場合は、読取領域の中心を何らかの方法で比較領域の中心と重ね合わせることができれば、極座標形式に変換することで矩形状の場合と同様の処理が行える。但し、一般にスキャナ等の読取装置はラインセンサと原稿を副走査方向（ラインセンサのセンサ配列と直交する方向）へ相対移動させて２次元の読み取りを行う構造であり、読取装置からのデータの出力順序も矩形状領域のデータの取込みに好適な順序であるため、比較領域及び読取領域をわざわざ円形状にするメリットは少なく、また双方の領域の中心を重ね合わせる処理も簡易な処理ではないので、実用的には、比較領域及び読取領域は矩形状とすることが妥当である。

また、対象物としての照合用紙１２のランダム性を有する特徴が、色変化を伴う特徴である場合には、該特徴を光学的に読み取るに際して複数の色成分に分解して読み取ることが有効であるが、対象物としての照合用紙１２固有の特徴として、照合用紙１２を形成する繊維質材料の絡み具合のランダム性に起因する紙の透明度のランダムな変化を用いる場合には色情報は不要であり、本実施形態のように単一色のグレイスケールで読み取れば十分である。また、読み取りにおける階調の分解能も、対象物が照合用紙１２であれば２５６階調（８ビット）あればよい。読み取りにおける階調分解能をこれ以上高くしたとしても、位置特定の精度は殆んど向上しない。

市販されている安価な読取装置でも大抵は最低８ビットの階調分解能で読み取れるが、何らかの事情で階調値のビット数の圧縮が求められる場合は、例えばシャドーからハイライトの間の階調値の変化に対して均等（線形）にビットを割当てることに代えて、紙の透明度のランダムな変化に対応する階調値の変化が分布している明度範囲（ハイライトに近い明度範囲）により多くのビットを割り当てれば、階調値のビット数を６ビット、或いは４ビットにしたとしても、階調値のビット数を８ビットとし階調値の変化に対して均等にビットを割り当てた場合と同等の特定精度を得ることができる。また、読み取りによって得られたデータに対してＪＰＥＧ等の非可逆圧縮を適用してもよい。

更に、上記では読取領域のサイズを比較領域のサイズよりも大きくした例を説明したが、これに限定されるものではなく、比較領域のサイズを読取領域のサイズよりも大きくし、比較領域内における読取領域と同サイズの部分領域と読取領域との相関値を演算することを、比較領域内における部分領域の位置をずらしながら繰り返して位置特定を行うようにしてもよい。但し、この場合、比較データが大容量化するという欠点があり、読取領域のサイズを比較領域のサイズよりも大きくする方が比較データを記憶するための記憶容量を節減できるので好ましい。

図１は、本実施形態の情報処理システムの概略を示す。 図２は、ペンの主要構成を示す。 図３は、ＰＣと接続可能なスキャナを示す。 図４は、ＰＣの主要部を示す。 図５は、ＰＣ内の構成を示す概略ブロック図である。 図６は、読取画像の記憶ルーチンを示す。 図７は、移動履歴記録ルーチンを示す。 図８は、一隅を原点位置とする比較領域を示す。 図９の（Ａ）は「比較画像」として視覚化した画像を示し、（Ｂ）は「読取画像」として視覚化した画像を示す。 図１０は、比較処理ルーチンを示す。 図１１の（Ａ）は、一隅を（０，１）の位置とする比較領域を示し、（Ｂ）は、一隅を（０，１２）の位置とする比較領域を示す。

符号の説明

１０ 情報処理システム
１２ 照合用紙
１４ ペン
１８ センサ
１８Ａ 発光素子
１８Ｂ 撮像素子
２０ スキャナ
２６ 記憶媒体
２８ 読取装置
３０ プログラム
３２ ＣＰＵ
３４ ＲＯＭ
３６ ＲＡＭ
３８ ホストバス
４０ ブリッジ
４２ 外部バス
４８ ＨＤＤ
５０ 入出力ポート
５６ インターフェース
５８ 外部接続機器

Claims (7)

1. 対象物の表面に沿って分布しているランダム性を有する光学的に読み取り可能な固有の特徴の分布パターンを示す特徴データが記憶された特徴記憶手段と、
   前記対象物の表面に対向されると共に対向される位置が前記対象物の表面に沿って移動可能とされ、対向された前記対象物の表面の所定領域における前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンを光学的に読み取る読取手段と、
   前記読取手段により読み取られた前記所定領域における前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンから該分布パターンを示す読取データを時系列的に取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記読取データと前記特徴記憶手段に記憶された前記特徴データとを比較して、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する位置特定手段と、
   前記位置特定手段が時系列的に特定した前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を前記読取手段の移動履歴として記録する移動履歴記録手段と、
   を含む情報処理装置。
2. 前記取得手段により時系列的に取得される前記読取手段が対向した前記所定領域の前記読取データを記憶する読取データ記憶手段を含み、
   前記位置特定手段が、前記読取データ記憶手段に記憶された前記読取データに基づいて、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記対象物が、紙である請求項１又は請求項２記載の情報処理システム。
4. 前記読取手段は、前記対象物の表面に照射した光が前記所定領域で反射した反射光又は前記所定領域を透過した透過光を受光する請求項１から請求項３の何れか１項記載の情報処理装置。
5. 前記位置特定手段が、前記特徴記憶手段に記憶された前記特徴データと前記取得手段により取得された前記読取データとの正規化演算法に基づいて演算する相関値に基づいて前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する請求項１から請求項４の何れか１項記載の情報処理装置。
6. 前記特徴データに基づく領域から前記所定領域のサイズより小さいサイズの比較領域を設定し、前記読取データに基づく領域から前記比較領域と同じサイズで設定した対象領域に対応する読取データと前記特徴データのうちで前記比較領域に対応する比較データとの相関値を取得し、相関値が所定値以上となる前記比較領域に対応する前記対象物の表面上の位置を前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置とする請求項５記載の情報処理装置。
7. コンピュータを、
   ランダム性を有する光学的に読み取り可能な固有の特徴が分布している対象物の表面に、該対象物の表面に沿って移動可能とされた読取手段が対向されることにより、対向された前記対象物の表面の所定領域から前記読取手段が光学的に読み取る前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンから該分布パターンを示す読取データを時系列的に取得する取得手段と、
   前記対象物の表面に沿った前記ランダム性を有する固有の特徴の分布パターンを示す特徴データを予め記憶し、前記取得手段により取得された前記読取データと前記特徴情報記憶手段に記憶された前記特徴データとを比較して、前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を特定する位置特定手段と、
   前記位置特定手段が時系列的に特定した前記読取手段が対向された前記所定領域の前記対象物の表面上の位置を前記読取手段の移動履歴として記録する移動履歴記録手段と、
   して機能させるための情報処理プログラム。