JP5538809B2

JP5538809B2 - スキャナーの較正方法

Info

Publication number: JP5538809B2
Application number: JP2009237395A
Authority: JP
Inventors: 孝房二村; 均安信
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011085447A

Description

本願は、フォトセンサをライン状に配置したラインセンサを原稿全体にわたって機械的に走査して、原稿全体の画像データを得るスキャナーの較正方法に関する。

原稿をスキャナーで読み込み、得られる画像の画像サイズは、スキャナーの精度によって原稿のサイズとは微妙に異なってくる。このため、図面、古書、和紙公図など、高い精度を要求される場合には入力装置が高価なものとなっていた。このため、比較的安価なスキャナーで高い精度で入力できる方法が要求されている。

特開２００３−３０７４６６号公報特開平９−３２９４１８号公報

著者昌達慶二、「Ｃ言語で実装する画像処理アルゴリズムのすべて［詳解］画像処理プログラミング」、出版ＳｏｆｔＢａｎｋＣｒｅａｔｉｖｅ

これまで、デジタルカメラ等で取り込まれる画像の較正について、いくつかの提案がなされてきた（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。しかし、これらは撮像レンズの光学的理由によって生じる画像の周辺部分に生じるタル形歪みを較正するためのものであった。

一方、スキャナーでは、ラインセンサを一定速度で走査して面全体にわたる読み取りを行う。このため、スキャナーにおける誤差は、デジタルカメラのようなレンズに起因するものではなく、ラインセンサを走査する速度の変化等の機械的な誤差である。そのため、スキャナーには従来のデジタルカメラにおける較正方法は使用できない。

そこで、本発明の目的は、スキャナーのラインセンサを走査する際の機械的誤差を較正する較正方法を提供することである。

本発明に係るスキャナーの構成方法は、面の四隅に四辺形を構成する４つのマーカが配置された基準板を用意するステップと、
あらかじめ記録された前記基準板に配置された前記４つのマーカの座標を取得するステップと、
前記基準板をスキャナーで読み取って画像を得るステップと、
前記スキャナーで読み取った画像上の前記４つのマーカに対応する４点の座標を算出するステップと、
前記読み取った画像上の前記４点の座標と、前記基準板の前記４つのマーカの座標との間で画像変形処理を行って、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への較正式を得るステップと、
を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るスキャナーの構成方法の別の態様では、面の四隅の内側に複数のマーカが格子状に配置された基準板を用意するステップと、
あらかじめ記録された前記基準板に配置された前記格子状に配置された複数のマーカの座標を取得するステップと、
前記基準板をスキャナーで読み取って画像を得るステップと、
前記スキャナーで読み取った画像上の前記格子状に配置された複数のマーカに対応する複数の格子点の座標を算出するステップと、
前記読み取った画像上の前記複数の格子点の座標と、前記基準板の前記格子状に配置された複数のマーカの座標との間で画像変形処理を行って、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への較正式を得るステップと、
を含むことを特徴とする。

なお、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への較正式を得るステップでは、
前記読み取った画像上の前記複数の格子点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点を選択する第１のサブステップと、
前記読み取った画像上の選択した前記４つの格子点と、前記基準板の対応する４つのマーカの座標との間で画像変形処理を行って、前記読み取った画像上の選択した４つの更新点内の座標から、前記基準板上の対応する４つのマーカ内の座標への部分較正式を得る第２のサブステップと、
前記読み取った画像上の前記複数の格子点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点の組み合わせを替えて、全ての組み合わせを選択するように、前記第１のサブステップと、前記第２のサブステップとを繰り返して、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記部分較正式を組み合わせた較正式を得る第３のサブステップと、
を含んでもよい。

また、前記画像変形処理は、アフィン変換、共一次変換、射影変換からなる群から選択された画像変形処理であってもよい。

また、本発明に係る、コンピュータに、スキャナーの較正方法を実行させるためのコンピュータプログラムは、前記スキャナーの較正方法の各ステップを含むことを特徴とする。

さらに、前記コンピュータに、スキャナーの較正方法を実行させるためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。

またさらに、本発明に係るスキャナーは、前記コンピュータに、スキャナーの較正方法を実行させるためのコンピュータプログラムを格納する前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るスキャナーは、光学素子がライン状に配置されたラインセンサと、
前記ラインセンサを前記ラインセンサの長手方向とは異なる方向に走査するラインセンサ走査部と、
前記スキャナーの較正方法で得られた較正式を記憶する記憶部と、
前記ラインセンサが原稿を走査して読み取られた画像データを、前記記憶部に記憶された前記較正式を用いて較正後の画像データを得る画像処理部と、
を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係るスキャナーによる画像取得方法は、スキャナーで原稿を読み取って得られる画像データを較正する較正式を得るスキャナーの較正ステップと、
原稿を読み取って得られる画像データを前記較正式で較正して較正後の画像データを得る画像データ較正ステップと、
を含む、スキャナーによる画像取得方法であって、
前記スキャナーの較正ステップは、
面の四隅に四辺形を構成する４つのマーカが配置された基準板を用意するサブステップと、
あらかじめ記録された前記基準板に配置された前記４つのマーカの座標を取得するサブステップと、
前記基準板をスキャナーで読み取って画像を得るサブステップと、
前記スキャナーで読み取った画像上の前記４つのマーカに対応する４点の座標を算出するサブステップと、
前記読み取った画像上の前記４点の座標から、前記基準板の前記４つのマーカの座標への画像変形処理を求めて、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記画像変形処理に対応する較正式を得るサブステップと、
を含み、
前記画像データ較正ステップは、
原稿を読み取って画像データを得るサブステップと、
前記較正式を用いて前記画像データを較正して、較正後の画像データを得るサブステップと、
を含む、スキャナーによる画像取得方法。

本発明に係るスキャナーの較正方法によって、スキャナーを駆動させる際に、繰り返し生じる再現性のある機械的誤差を較正するための較正式を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスキャナーの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るスキャナーの較正方法のフローチャートである。スキャナーの較正方法で用いる基準板に配置するマーカの例を示す概略図である。基準板の四隅に配置されたマーカを示す概略図である。読み取った画像において、基準板上の４つのマーカに対応する４点を示す概略図である。実施の形態２に係るスキャナーの較正方法のフローチャートである。読み取った画像上の座標から、基準板上の座標への較正式を得るステップ（Ｓ１５）を構成する３つのサブステップを含むフローチャートである。実施の形態２に係るスキャナーの較正方法において用いる基準板上の複数のマーカの配置を示す概略図である。実施の形態２における読み取った画像上における、複数の格子点を示す概略図である。

本発明の実施の形態に係るスキャナーの較正方法及びスキャナーについて、添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
＜スキャナーの構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るスキャナーの構成を示すブロック図である。このスキャナー１０は、ラインセンサ１１と、ラインセンサ走査部１２と、記憶部１５と、画像処理部１４と、制御部１３と、を備える。ラインセンサ１１は、光学素子がライン状に配置されており、原稿のライン状の画像データを読み取る。ラインセンサ走査部１２は、ラインセンサ１１をラインセンサ１１の長手方向とは異なる方向に走査する。記憶部１５は、実施の形態１に係るスキャナーの較正方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶している。また、記憶部１５は、実施の形態１に係るスキャナーの較正方法を実行することによって得られる較正式を記憶する。この較正式は、読み取った画像上の座標から、基準板上の座標へ較正するものである。画像処理部１４は、ラインセンサ１１が原稿を走査して読み取られた画像データを、記憶部１５に記憶された較正式を用いて較正する。制御部１３は、スキャナー１０の各構成部分を制御する。なお、画像処理部１４は、制御部１３の一部として構成されていてもよい。また、制御部１３は、ＣＰＵ、メモリ等で構成されていてもよい。この制御部１３によって、記憶部１５に記憶されているスキャナーの較正方法のコンピュータプログラムを実行することができる。

＜スキャナーの較正方法＞
図２は、本発明の実施の形態１に係るスキャナーの較正方法のフローチャートである。このスキャナーの較正方法について以下に説明する。
（ａ）面の四隅に四辺形を構成する４つのマーカが配置された基準板を用意する（Ｓ０１）。図３は、スキャナーの較正方法で用いる基準板に配置するマーカの例を示す概略図である。図３に示したマーカは、例示であってこれらに限定されるものではない。なお、マーカは、識別が容易に行える形状のものが好ましい。図４は、基準板２０の四隅に配置されたマーカを示す概略図である。この基準板２０へのマーカの配置は、例えば、印刷によって行うことができる。
（ｂ）あらかじめ記録された基準板に配置された４つのマーカの座標を取得する（Ｓ０２）。図４の基準板２０の場合、４つのマーカａ_１，１、ａ_１，ｎ、ａ_ｍ，１、ａ_ｍ，ｎの座標（Ｘ，Ｙ）は、例えば、あらかじめ記憶部１５に記憶させておいてもよい。あるいは、基準板２０自体に４つのマーカの座標を光学的に読み取り可能な１次元バーコード又はマトリクス型２次元コード（例えば、ＱＲコード（登録商標））で記録しておき、この１次元バーコード又はマトリクス型２次元コードを光学的に読み取って４つのマーカの座標を取得するようにしてもよい。

（ｃ）基準板２０をスキャナーで読み取って画像３０を得る（Ｓ０３）。画像３０は、スキャナー１０のラインセンサ１１をラインセンサ走査部１２で基準板２０を走査して得られる。画像３０は、ラインセンサ１１上の各光学素子の間隔、ラインセンサの設定された走査速度等によって得られる実際の物理的サイズで表された座標と光強度データとを有する画像データとして算出される。
なお、上記ステップでは、ラインセンサ１１の走査における速度変化等によって機械的誤差が生じる。本発明に係るスキャナーの較正方法で較正を行う対象は、再現性のある機械的誤差である。つまり、本発明に係るスキャナーの較正方法は、スキャナーを駆動させるたびに繰り返し生じる再現性のある機械的誤差を較正するものである。
（ｄ）スキャナーで読み取った画像３０上の４つのマーカに対応する４点の座標を算出する（Ｓ０４）。図５は、読み取った画像３０において、基準板上の４つのマーカに対応する４点を示す概略図である。図５では、４つの点は、ｂ_１，１、ｂ_１，ｎ、ｂ_ｍ，１、ｂ_ｍ，ｎとして表している。読み取った画像３０上の４つの点の座標は、上記画像データから、マーカに対応する点を識別することによって得られる。マーカが一定の大きさを有する場合には、マーカ全体の中心点を識別して中心点の座標を得る。
（ｅ）読み取った画像上の４点の座標から、基準板の４つのマーカの座標への画像変形処理を求めて、読み取った画像上の座標から、基準板上の座標への、前記画像変形処理に対応する較正式を得る（Ｓ０５）。上記の再現性のある機械的誤差によって、読み取った画像上の４つの点の各座標は、基準板の４つのマーカの各座標とは異なるものとなっている。つまり、基準板の４つのマーカで構成される四辺形から、読み取った画像上の４つの点で構成される四辺形へは、例えば、平行移動、拡大・縮小、回転、線対称移動、せん断的変形等の画像変形処理が行われた関係を有する場合がある。そこで、逆に、読み取った画像上の４つの点で構成される四辺形から、基準板の４つのマーカで構成される四辺形への画像変形処理を求めて、読み取った画像上の座標から、基準板上の座標へ変換するための、画像変形処理に対応する較正式を得ることができる。
以上によって、スキャナーを駆動させるたびに繰り返し生じる再現性のある機械的誤差を較正するための較正式を得ることができる。

なお、上記スキャナーの較正方法は、コンピュータにスキャナーの較正方法を実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、このコンピュータにスキャナーの較正方法を実行させるコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。

＜画像変形処理について＞
読み取った画像３０上の４つの点ｂ_１，１、ｂ_１，ｎ、ｂ_ｍ，１、ｂ_ｍ，ｎの座標で構成される四辺形から、基準板の４つのマーカａ_１，１、ａ_１，ｎ、ａ_ｍ，１、ａ_ｍ，ｎの座標で構成される四辺形への画像変形処理としては、例えば、アフィン変換、共一次変換、射影変換があり、これらのうちの一つを選択すればよい。

以下に、アフィン変換、共一次変換、射影変換のそれぞれの概略を説明する。なお、基準板２０上の座標を（Ｘ，Ｙ）、読み取った画像３０上の座標を（ｘ、ｙ）とする。
［アフィン変換］
アフィン変換における座標変換の式は、以下の通りである。
Ｘ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ
Ｙ＝ｄｘ＋ｅｙ＋ｆ
上記座標変換の式でａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは定数である。求める定数が６つであるので、読み取った画像３０上の４つの点ｂ_１，１、ｂ_１，ｎ、ｂ_ｍ，１、ｂ_ｍ，ｎの座標で構成される四辺形を２つの三角形に分割して、それぞれの三角形の３点の座標を用いて計算する。

［共一次変換］
共一次変換における座標変換の式は、以下の通りである。
Ｘ＝ａｘｙ＋ｂｘ＋ｃｙ＋ｄ
Ｙ＝ｅｘｙ＋ｆｘ＋ｇｙ＋ｈ
上記座標変換の式でａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは定数である。求める定数が８つであるので、読み取った画像３０上の４つの点ｂ_１，１、ｂ_１，ｎ、ｂ_ｍ，１、ｂ_ｍ，ｎの座標をそのまま用いて計算する。

［射影変換］
射影変換における座標変換の式は、以下の通りである。
Ｘ＝（ａｘ＋ｂｙ＋ｃ）／（Ａｘ＋Ｂｙ＋１）
Ｙ＝（ｄｘ＋ｅｙ＋ｆ）／（Ａｘ＋Ｂｙ＋１）
上記座標変換の式でａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，Ａ，Ｂは定数である。求める定数が８つであるので、読み取った画像３０上の４つの点ｂ_１，１、ｂ_１，ｎ、ｂ_ｍ，１、ｂ_ｍ，ｎの座標をそのまま用いて計算する。

＜スキャナーによる画像読み取り時の較正＞
本発明に係るスキャナーの較正方法は、スキャナーを使用するにあたって、最初に、再現性のある機械的誤差を較正するための較正式を得るために用いられる。その後のスキャナーの使用時には、読み取った画像データに対して、上記スキャナーの較正方法で得られた較正式を用いて再現性のある機械的誤差を較正した精度の高い画像データを得ることができる。そこで、この場合のフローチャートを示すと以下のようになる。
（ａ）最初に、スキャナーの使用前に、図２に示す実施の形態１に係るスキャナーの較正方法を用いて、再現性のある機械的誤差を較正するための較正式を得る。
（ｂ）通常のスキャナーの使用時には、読み取った画像データに対して、上記スキャナーの較正方法で得られた較正式を用いて較正後の画像データを得る。
以上によって、再現性のある機械的誤差を除去した精度の高い画像データを得ることができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係るスキャナーの較正方法のフローチャートである。この実施の形態２に係るスキャナーの較正方法は、以下の各ステップからなる。
（ａ）面の四隅の内側に複数のマーカが格子状に配置された基準板を用意する（Ｓ１１）。図８は、実施の形態２に係るスキャナーの較正方法において用いる基準板２０ａ上の複数のマーカの配置を示す概略図である。図８に示す基準板２０ａでは、図４の基準板２０と比較すると、基準板の四隅だけでなく、その四隅の内側にわたって複数のマーカが格子状に配置されている点で相違する。
（ｂ）あらかじめ記録された基準板に前記格子状に配置された複数のマーカの座標を取得する（Ｓ１２）。
（ｃ）基準板をスキャナーで読み取って画像を得る（Ｓ１３）。
（ｄ）スキャナーで読み取った画像上の、格子状に配置された複数のマーカに対応する複数の格子点の座標を算出する（Ｓ１４）。図９は、実施の形態２における読み取った画像３０ａ上における、複数の格子点を示す概略図である。
（ｅ）読み取った画像上の複数の格子点の座標から、基準板の格子状に配置された複数のマーカの座標への画像変形処理を求めて、読み取った画像上の座標から、基準板上の座標への、画像変形処理に対応する較正式を得る（Ｓ１５）。
以上によって、再現性のある機械的誤差を除去した精度の高い画像データを得ることができる。

図７は、上記（ｅ）読み取った画像上の座標から、基準板上の座標への較正式を得るステップ（Ｓ１５）を構成する３つのサブステップを含むフローチャートである。このフローチャートでは、以下の３つのサブステップを含む。
（ｅ−１）＜第１のサブステップ＞読み取った画像上の複数の格子点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点を選択する（Ｓ２１）。図９では、例えば、４つの隣接する格子点ｂ_ｉ，ｊ、ｂ_{ｉ，ｊ＋１}、ｂ_{ｉ＋１，ｊ}、ｂ_{ｉ＋１，ｊ＋１}の一組を選択する。
（ｅ−２）＜第２のサブステップ＞読み取った画像上の選択した４つの格子点と、基準板の対応する４つのマーカの座標との間で画像変形処理を行って、読み取った画像上の選択した４つの格子点内の座標から、基準板上の対応する４つのマーカ内の座標への、画像変形処理に対応する部分較正式を得る（Ｓ２２）。
（ｅ−３）＜第３のサブステップ＞読み取った画像上の複数の格子点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点の組み合わせを替えて、全ての組み合わせを選択するように、第１のサブステップと、第２のサブステップとを繰り返して、読み取った画像上の座標から、基準板上の座標への、部分較正式を組み合わせた較正式を得る（Ｓ２３）。

なお、複数の格子点から４つの格子点を選択する組み合わせは非常に多いが、上述のように、「四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点」という限定事項を満たす組み合わせのみを選択する。この場合、選択した四辺形ごとに部分較正式が得られる。画像全体にわたる較正式は、この部分較正式を組み合わせたものとして表すことができる。

本発明に係るスキャナーの較正方法は、ラインセンサを走査して画像を得るスキャナーにおいて、再現性のある機械的誤差を除去するために有効である。

１０スキャナー
１１ラインセンサ
１２ラインセンサ走査部
１３制御部
１４画像処理部
１５記憶部
１６較正式
２０、２０ａ基準板
３０、３０ａ読み取った画像

Claims

光学素子がライン状に配置されたラインセンサと、
前記ラインセンサを前記ラインセンサの長手方向とは異なる方向に走査するラインセンサ走査部と、
スキャナーの較正方法で得られた複数の部分較正式を記憶する記憶部と、
前記ラインセンサが原稿を走査して読み取られた画像データから画像上の座標を順次読み取り、前記読み取った画像上の座標から、前記記憶部に記憶された前記複数の部分較正式のうち対応する部分較正式を用いて前記画像データを較正して、画像全体にわたる較正後の画像データを得る画像処理部と、
を備える、スキャナーであって、
前記スキャナーの較正方法は、
面の四隅の内側に配置された、四辺形を構成する４つの座標を含む複数の座標を、あらかじめ記録するステップと、
あらかじめ記録された前記複数の座標に、一定の大きさを有する複数のマーカが配置された基準板を用意するステップと、
あらかじめ記録された前記基準板の前記複数の座標を取得するステップと、
前記基準板をスキャナーで読み取って画像を得るステップと、
前記スキャナーで読み取った画像上の前記一定の大きさを有する複数のマーカの中心点を識別して、各中心点の座標を得るステップと、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点の座標から、前記基準板の前記複数の座標への画像変形処理を求めて、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記画像変形処理に対応する複数の部分較正式を得るステップと、
を含み、
前記１以上の部分較正式を得るステップは、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点を選択する第１のサブステップと、
前記読み取った画像上の選択した前記４つの格子点から、前記基準板の対応する４つのマーカの座標への画像変形処理を求めて、前記読み取った画像上の選択した４つの格子点内の座標から、前記基準板上の対応する４つのマーカ内の座標への、前記画像変形処理に対応する部分較正式を得る第２のサブステップと、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点の組み合わせを替えて、全ての組み合わせを選択するように、前記第１のサブステップと、前記第２のサブステップとを繰り返して、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記各四辺形に対応する複数の前記部分較正式を得る第３のサブステップと、
を含む、スキャナー。
スキャナーで原稿を読み取って得られる画像データを較正する複数の部分較正式を得るスキャナーの較正ステップと、
原稿を読み取って得られる画像データを前記複数の部分較正式で較正して較正後の画像データを得る画像データ較正ステップと、
を含む、スキャナーによる画像取得方法であって、
前記スキャナーの較正ステップは、
面の四隅の内側に配置された、四辺形を構成する４つの座標を含む複数の座標を、あらかじめ記録するサブステップと、
あらかじめ記録された前記複数の座標に、一定の大きさを有する複数のマーカが配置された基準板を用意するサブステップと、
あらかじめ記録された前記基準板の前記複数の座標を取得するサブステップと、
前記基準板をスキャナーで読み取って画像を得るサブステップと、
前記スキャナーで読み取った画像上の前記一定の大きさを有する複数のマーカの中心点を識別して、各中心点の座標を得るサブステップと、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点の座標から、前記基準板の前記複数の座標への画像変形処理を求めて、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記画像変形処理に対応する複数の部分較正式を得るサブステップと、
を含み、
前記スキャナーの較正ステップの前記複数の部分較正式を得る前記サブステップは、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点を選択する第１のサブステップと、
前記読み取った画像上の選択した前記４つの格子点から、前記基準板の対応する４つのマーカの座標への画像変形処理を求めて、前記読み取った画像上の選択した４つの格子点内の座標から、前記基準板上の対応する４つのマーカ内の座標への、前記画像変形処理に対応する部分較正式を得る第２のサブステップと、
前記読み取った画像上の前記複数のマーカの中心点から、四辺形を構成すると共に互いに隣接する４つの格子点の組み合わせを替えて、全ての組み合わせを選択するように、前記第１のサブステップと、前記第２のサブステップとを繰り返して、前記読み取った画像上の座標から、前記基準板上の座標への、前記各四辺形に対応する複数の部分較正式を得る、第３のサブステップと、
を含み、
前記画像データ較正ステップは、
原稿を読み取って画像データを得るサブステップと、
前記画像データから画像上の座標を順次読み取り、前記読み取った画像上の座標から、前記複数の部分較正式のうち対応する部分較正式を用いて前記画像データを較正して、画像全体にわたる較正後の画像データを得るサブステップと、
を含む、スキャナーによる画像取得方法。