JP5586918B2

JP5586918B2 - 移動検出装置および記録装置

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Description

本発明は、画像処理によって物体の移動を検出する技術、および同技術を採用したプリンタ等の記録装置の技術分野に関する。

プリント用紙等のメディアを搬送しながらプリントを行なう際、搬送精度が低いと、中間調画像の濃度ムラが生じたり、倍率誤差が生じたりして、得られるプリント画像の品質が劣化する。そのため、高精度な部品を採用し精密な搬送機構を搭載しているが、プリント品質に対する要求は厳しくさらなる精度向上が望まれている。一方ではコストに対する要求も厳しく、高精度化と低コスト化の両立が求められている。

これに対処するため、メディアの移動を高精度に検出して、フィードバック制御により安定した搬送を実現するために、メディアの表面を撮像して、搬送されるメディアの移動を画像処理によって検出する試みがなされている。

特許文献１は、このメディアの移動検出についての一手法を開示する。特許文献１は、移動するメディアの表面をイメージセンサにより時系列に複数回撮像し、得られた画像同士をパターンマッチング処理で比較して、メディアの移動量を検出するものである。以下、物体の表面を直接検出して移動状態を検出する方式をダイレクトセンシング、この方式を用いた検出器をダイレクトセンサと称する。

特開２００７−２１７１７６号公報

ダイレクトセンシングによる移動検出では、メディアの表面が光学的に十分に識別でき、固有のパターンが明瞭である必要がある。しかし、本願出願人は以下に示すような条件下ではパターンマッチングの精度劣化を生じる場合があることを見出した。

イメージセンサでは、撮像中に被写体が動くと被写体ブレを起こした画像が取得される。異なる時刻の２つの画像取得を同じ移動速度下において行なうのであれば、両者は同等の被写体ブレを起こす。しかし、ブレ量は両者の間で相対的な差異はないので、固有の画像パターンが消えるほどの大きなブレ量でなければ、パターンマッチングの精度にさほどの問題は生じない。問題となるのは、２つの画像取得において移動速度が大きく異なって、相対差が大きな被写体ブレを起こした場合である。例えば、図１５において、第１画像９１２は９２１に示す被写体ブレ幅を有し、第２画像９１３は９２２に示す被写体ブレ幅を有する。これら被写体ブレ幅の差分を相対差９２０として示す。この相対差９２０が大きくなるほど、パターンマッチングの精度の劣化が大きくなる。

本発明は、このように複数の画像データ取得の際に移動速度が異なると被写体ブレ幅が異なる画像データとなりパターンマッチングの精度が劣化する課題の認識のもとになされたものである。本発明の目的は、複数の画像データ取得の際に移動速度が異なる場合にもパターンマッチングの精度が劣化することを抑制することである。

上述の課題を解決する本発明の移動検出装置の一つの形態は、移動する物体の表面を撮像して、異なるタイミングで第１画像データおよび第２画像データを取得するのに用いられるイメージセンサと、前記第１画像データからテンプレートパターンを切り出し、前記第２画像データの中で前記テンプレートパターンと相関が大きい領域をサーチすることで、前記物体の移動状態を求める処理部と、前記第１画像データと前記第２画像データの間において、前記物体が移動する方向における被写体ブレ幅の差異が抑制されるように前記イメージセンサによる撮像を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記撮像の露光時間に応じて前記イメージセンサの受光感度と撮像領域の照明強度の少なくとも一方を変化させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、被写体の移動速度が異なる状況においても取得した画像データの被写体ブレ幅の相対差を小さくすることできるので、パターンマッチングによる位置計測の精度低下を抑制することができる。

本発明の実施形態のプリンタの断面図変形例のプリンタの断面図プリンタのシステムブロック図ダイレクトセンサの構成図メディアの給送、記録、排出の動作シーケンスを示すフローチャート図メディアを搬送する動作シーケンスを示すフローチャート図パターンマッチングで移動量を求める処理を説明するための図露光時間の違いの影響を抑制する補正処理を含む撮像動作のシーケンスを示すフローチャート図エンコーダ検出に基づいて被写体ブレ幅の差を小さくする処理手順の一例を示すフローチャート図エンコーダ検出に基づいて被写体ブレ幅の差を小さくする処理手順の別例を示すフローチャート図明るさを補正する画像補正の処理手順の一例を示すフローチャート図明るさを補正する画像補正の処理手順の別例を示すフローチャート図目標とする被写体ブレ幅を決める考え方を示す概念図速度プロファイルの例を示した図被写体ブレの様子を示した図

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示する。ただし、例示する実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する主旨のものではない。

本明細書において、撮像の指令を受けて、イメージセンサを構成する各受光素子が光電変換と電荷の蓄積を開始してから終了するまでの間の期間（時間）を「露光時間」と定義する。この間に被写体が移動する場合、被写体の移動中の像が重畳して撮像され被写体ブレとなる。なお、現実の回路においては、イメージセンサが露光開始の信号を受けてから実際に露光を開始するまでには僅かな遅延があり、また露光開始と停止のタイミングがイメージセンサを構成する受光素子ごとに僅かに異なる場合がある。本明細書では全画素同時に露光の開始と停止が遅延なく理想的に行われるものとして説明する。ただし、これは幾多ある誤差要因のうち本発明が改善しようとする誤差要因にフォーカスして説明を分かり良くするための仮定であり、本発明の適用範囲をそのような理想的な装置に限定するものではない。また、本明細書において、１回の撮像において露光開始から露光終了までに被写体が動いた幅（図１５における幅９２１、９２２）を『被写体ブレ幅』と定義する。前述の理想的な露光においては、露光中の被写体の平均速度と露光時間の積を意味する。本実施形態では、被写体（移動する物体）は記録を行なうメディアやメディアを搬送する搬送ベルトである。

本発明の適用範囲は、プリンタを始めとして、物体の移動を高精度に検出することが要求される移動検出の分野に広く渡る。例えば、プリンタ、スキャナ等の機器や、物体を搬送して検査、読取、加工、マーキング等の各種の処理を施す、工業分野、産業分野、物流分野などで使用する機器に適用可能である。また、本発明をプリンタに適用する場合は、インクジェット方式、電子写真方式、サーマル方式、ドットインパクト方式などの様々な方式のプリンタに適用可能である。なお、本明細書において、メディアとは、紙、プラスチックシート、フィルム、ガラス、セラミック、樹脂等のシート状あるいは板状の媒体をいう。また、本明細書において上流・下流とは、シートに画像記録を行なう際のシートの搬送方向を基準とした上流・下流を意味するものとする。

以下に、記録装置の一例であるインクジェット方式のプリンタの実施形態を説明する。本実施形態のプリンタは、プリントヘッドの往復移動（主走査）とメディアの所定量のステップ送り（副走査）とを交互に行なって二次元画像を形成する、いわゆるシリアルプリンタである。なお、本発明は、シリアルプリンタに限らず、プリント幅をカバーする長尺ライン型プリントヘッドを持ち、固定されたプリントヘッドに対してメディアが移動して二次元画像を形成する、いわゆるラインプリンタにも適用可能である。

図１はプリンタの主要部の構成を示す断面図である。プリンタは、メディアをベルト搬送系によって副走査方向（第１方向、所定方向）に移動させる搬送機構と、移動するメディアに対してプリントヘッドを用いて記録を行なう記録部とを有する。プリンタは更に、物体の移動状態を間接的に検出するエンコーダ１３３と、物体の移動状態を直接的に検出するダイレクトセンサ１３４を有する。

搬送機構は、回転体である第１ローラ２０２、第２ローラ２０３、およびこれらローラの間に所定のテンションで掛けられた幅広の搬送ベルト２０５を有する。メディア２０６は搬送ベルト２０５の表面に静電力等による吸着もしくは粘着によって密着して、搬送ベルト２０５の移動に伴なって搬送される。副走査のための駆動源である搬送モータ１７１の回転力は駆動ベルト１７２によって駆動ローラである第１ローラ２０２に伝達され、第１ローラ２０２が回転する。第１ローラ２０２と第２ローラ２０３は搬送ベルト２０５によって同期回転する。搬送機構は更に、トレイ２０８の上に積載されたメディア２０７を一枚ずる分離して搬送ベルト２０５の上に給送するための給送ローラ２０９と、これを駆動する給送モータ１６１（図１では不図示）を有する。給送モータ１６１の下流設けられたペーパーエンドセンサ１３２は、メディア搬送のタイミングを取得するためにメディアの先端または後端を検出するものである。

ロータリ式のエンコーダ１３３（回転角センサ）は、第１ローラ２０２の回転状態を検出して、搬送ベルト２０５の移動状態を間接的に取得するのに用いられる。エンコーダ１３３はフォトインタラプタを備え、第１ローラ２０２と同軸に取り付けられたコードホイール２０４の円周に沿って刻まれている等間隔のスリットを光学的に読み取って、パルス信号を生成する。

ダイレクトセンサ１３４は、搬送ベルト２０５の下方（メディア２０６の載置面とは反対の裏面側）に設置されている。ダイレクトセンサ１３４は、搬送ベルト２０５の面にマーキングされたマーカを含む領域を撮像するイメージセンサ（撮像デバイス）を備える。ダイレクトセンサ１３４は、搬送ベルト２０５の移動状態を後述する画像処理によって直接的に検出するものである。搬送ベルト２０５に対してメディア２０６は面同士で強固に密着しているので、ベルト表面とメディアとの間での滑りによる相対位置変動は無視できるほど小さい。そのため、ダイレクトセンサ１３４はメディアの移動状態を直接的に検出するのと等価とみなすことができる。なお、ダイレクトセンサ１３４は、搬送ベルト２０５の裏面を撮像する形態には限定されず、搬送ベルト２０５の表面のメディア２０６で覆われない領域を撮像するようにしてもよい。また、ダイレクトセンサ１３４は、被写体として搬送ベルト２０５ではなくメディア２０６の表面を撮像するものであってもよい。

記録部は、主走査方向に往復移動するキャリッジ２１２と、これに搭載されたプリントヘッド２１３及びインクタンク２１１を有する。キャリッジ２１２は主走査モータ１５１（図１では不図示）の駆動力によって主走査方向（第２方向）に往復移動する。この移動に同期してプリントヘッド２１３のノズルからインクを吐出して、メディア２０６上にプリントする。プリントヘッド２１３とインクタンク２１１は一体化してキャリッジ２１２に対して着脱されるものであっても、別体として個別にキャリッジ２１２に対して着脱されるものであってもよい。プリントヘッド２１３はインクジェット方式によりインクを吐出するものであり、その方式は発熱素子を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式などを採用することができる。

なお、搬送機構はベルト搬送系には限定されず、変形例として、搬送ベルトを用いずに搬送ローラによってメディアを搬送させる機構を有するものであってもよい。図２は変形例のプリンタの断面図を示す。図１の部材と同一の符号を付したものは同一の部材を示す。第１ローラ２０２と第２ローラ２０３が直接メディア２０６に接して、メディアを移動させる。第１ローラ２０２と第２ローラ２０３の間には不図示の同期ベルトが掛けられて、第１ローラの回転に同期して第２ローラが回転するようになっている。この形態では、ダイレクトセンサ１３４が撮像する被写体は搬送ベルト２０５ではなくメディア２０６であり、ダイレクトセンサ１３４はメディア２０６の裏面側を撮像する。

図３はプリンタのシステムブロック図である。コントローラ１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３を有する。コントローラ１００は、プリンタ全体の各種制御や画像処理等を司る制御部と処理部とを兼ね備える。情報処理装置１１０は、コンピュータ、デジタルカメラ、ＴＶ、携帯電話機など、メディアに記録するための画像データを供給する装置であり、インターフェース１１１を通してコントローラ１００と接続される。操作部１２０は操作者とのユーザーインターフェースであり、電源スイッチを含む各種入力スイッチ１２１と表示器１２２を備える。センサ部１３０はプリンタの各種状態を検出するためのセンサ群である。ホームポジションセンサ１３１は往復移動するキャリッジ２１２のホームポジションを検出する。センサ部１３０は、上述したペーパーエンドセンサ１３２、エンコーダ１３３、およびダイレクトセンサ１３４を備える。これらの各センサはコントローラ１００に接続されている。コントローラ１００の指令に基づいて、ドライバを介してプリントヘッドやプリンタの各種モータが駆動される。ヘッドドライバ１４０は記録データに応じてプリントヘッド２１３を駆動する。モータドライバ１５０は主走査モータ１５１を駆動する。モータドライバ１６０は給送モータ１６１を駆動する。モータドライバ１７０は副走査のための搬送モータ１７１を駆動する。

図４はダイレクトセンシングを行なうためのダイレクトセンサ１３４の構成図である。ダイレクトセンサ１３４は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、半導体レーザ等の光源３０１を含む発光部、イメージセンサ３０２と屈折率分布レンズアレイ３０３を含む受光部、及び駆動回路やＡ／Ｄ変換回路などの回路部３０４を１つのセンサユニットとしたものである。光源３０１によって撮像対象である搬送ベルト２０５の裏面側の一部を照明する。イメージセンサ３０２は屈折率分布レンズアレイ３０３を介して照明された所定の撮像領域を撮像する。イメージセンサはＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの二次元エリアセンサまたはラインセンサである。イメージセンサ３０２の信号はＡ／Ｄ変換されデジタル画像データとして取り込まれる。イメージセンサ３０２は、物体（搬送ベルト２０５）の表面を撮像して異なるタイミングで複数の画像データ（連続して取得したものを、第１画像データ、第２画像データという）を取得するのに用いられる。そして後述するように、第１画像データからテンプレートパターンを切り出し、前記第２画像データの中で前記テンプレートパターンと相関が大きい領域を画像処理でサーチすることで、物体の移動状態を求めることができる。画像処理を行なう処理部はコントローラ１００であってもよいし、ダイレクトセンサ１３４のユニットに処理部を内蔵するようにしてもよい。

図５はメディアの給送、記録、排出の一連の動作シーケンスを示すフローチャート図である。これらの動作シーケンスはコントローラ１００の指令に基づいてなされる。ステップＳ５０１では、給送モータ１６１を駆動して給送ローラ２０９によってトレイ２０８上のメディア２０７を１枚ずつ分離して搬送経路に沿って給送する。ペーパーエンドセンサ１３２が給送中のメディア２０６の先頭を検出すると、この検出タイミングに基づいてメディアの頭出し動作を行なって所定の記録開始位置まで搬送する。

ステップＳ５０２では、搬送ベルト２０５を用いてメディアを所定量ずつステップ送りする。所定量とは１バンド（プリントヘッドの１回の主走査）の記録における副走査方向における長さである。例えば、プリントヘッド２１３の副走査方向におけるノズル列幅の半分ずつ送りながら２回ずつ重ねてマルチパス記録を行なう場合は、所定量はノズル列幅の半分の長さとなる。

ステップＳ５０３では、キャリッジ２１２によってプリントヘッド２１３を主走査方向に移動させながら、１バンド分の記録を行なう。ステップＳ５０４では、すべての記録データの記録が終了したかを判断する。未記録の残りがある場合（ＮＯ）は、ステップＳ５０２に戻って副走査のステップ送りと主走査の１分の記録を繰りかえす。全ての記録が終了してステップＳ５０４の判断がＹＥＳになったら、ステップＳ５０５に移行する。ステップＳ５０５ではメディア２０６を記録部から排出する。こうして１枚のメディア２０６に二次元の画像が形成される。

図６のフローチャート図を用いて、ステップＳ５０２のステップ送りの動作シーケンスについて更に詳細に説明する。ステップＳ６０１では、ダイレクトセンサ１３４のイメージセンサで搬送ベルト２０５のマーカを含む領域を撮像する。取得した画像データは、移動開始前の搬送ベルトの位置を示すものであり、ＲＡＭ１０３に記憶される。ステップＳ６０２では、エンコーダ１３３でローラ２０２の回転状態をモニタしながら搬送モータ１７１を駆動して搬送ベルト２０５の移動、すなわちメディア２０６の搬送制御を開始する。目標とする搬送量だけメディア２０６を搬送するようにコントローラ１００がサーボ制御を行う。このエンコーダを用いた搬送制御と並行して、ステップＳ６０３以降の処理を実行する。

ステップＳ６０３では、ダイレクトセンサ１３４でベルトを撮像する。撮像のタイミングについては、１バンド分の記録をするための目標とするメディア搬送量（以後、目標搬送量という）、イメージセンサの第１方向における幅、および搬送速度などによって予め決められた搬送量を搬送したと推定されるタイミングで撮像する。本例では、予め決められた搬送量を搬送した時点でエンコーダ１３３が検出するであろうコードホイール２０４の特定のスリットを指定しておき、そのスリットをエンコーダ１３３が検出したタイミングで撮像を開始する。このステップＳ６０３の更なる詳細については後述する。

ステップＳ６０４では、直前にステップＳ６０３で撮像した第２画像データと、そのひとつ前に撮像した第１画像データとの間で、どれだけの距離だけ搬送ベルト２０５が移動したかを画像処理によって検出する。移動量検出を処理の詳細については後述する。目標搬送量に応じて決められた回数だけ所定のインターバルで撮像を行なう。ステップＳ６０５では、決められた回数の撮像を終了したか否かを判断する。終了してない場合（ＮＯ）はステップＳ６０３に戻って終了するまで処理を繰り返す。決められた回数だけ繰返し搬送量を検出する毎に搬送量を累計していき、最初にステップＳ６０１で撮像したタイミングからの１バンド分の搬送量を求める。ステップＳ６０６では、１バンド分の、ダイレクトセンサ１３４で取得した搬送量とエンコーダ１３３から取得した搬送量の差分を計算する。エンコーダ１３３は間接的な搬送量の検出であり、ダイレクトセンサ１３４による直接的な搬送量の検出に較べて検出精度に劣る。従って、上述の差分はエンコーダ１３３の検出誤差とみなすことができる。

ステップＳ６０７では、ステップＳ６０６で求めたエンコーダの誤差分だけ搬送制御に補正を与える。補正には、搬送制御の現在の位置情報を誤差分だけ増減して補正する方法、目標搬送量を誤差分だけ増減して補正する方法があり、いずれの方法を採用してもよい。こうしてフィードバック制御により目標搬送量までメディア２０６を正確に搬送して１バンド分の搬送が完了する。

図７は、上述のステップＳ６０４の処理の詳細を説明するための図である。ダイレクトセンサ１３４の撮像で取得された搬送ベルト２０５の第１画像データ７００、第２画像データ７０１が模式的に示されている。第１画像データ７００、第２画像データ７０１の中で黒点で示される多数のパターン７０２（明暗の階調差がある部分）は、搬送ベルト２０５にランダム又は所定の規則に基づいて付与された多数のマーカーの像である。なお、図２に示した装置のように被写体がメディアの場合には、メディア表面の微視的なパターン（紙の繊維パターンなど）が同等の役割を果たす。第１画像データ７００に対して、上流側の位置にテンプレートパターン７０３を設定して、この部分の画像を切り出す。第２画像データ７０１を取得したら、切り出したテンプレートパターン７０３と類似のパターンが、第２画像データ７０１のどこに位置するかをサーチする。サーチはパターンマッチングの手法により行なう。類似度を判定するアルゴリズムは、ＳＳＤ（ＳｕｍｏｆＳｑｕａｒｅｄＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＳＡＤ（ＳｕｍｏｆＡｂｓｏｌｕｔｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＮＣＣ（ＮｏｒｍａｌｉｚｅｄＣｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等が知られる。いずれを採用してもよい。この例では最も類似するパターンが領域７０４に位置している。第１画像データ７００におけるテンプレートパターン７０３と第２画像データ７０１における領域７０４との副走査方向における撮像デバイスの画素数の差分を求める。そして、この差分画素数に１画素に対応した距離を掛けることで、この間の移動量（搬送量）を求めることができる。

＜被写体ブレ幅の差を小さくする方法＞
図６のステップＳ６０３においては、先に図１５で説明したように、複数の画像データ取得の際に移動速度が異なると被写体ブレ幅が異なる画像データとなり、パターンマッチングの精度が劣化する。この課題を解決する本実施形態の基本的な考え方は、撮像時のエンコーダの検出に基づいて撮像を制御して、複数回の撮像における被写体ブレ幅の差異を小さくするというものである。

図１４は、１バンド分のメディアの搬送ステップ（図５のステップＳ５０２）における搬送速度の速度プロファイルの例を示すグラフである。時刻９０１〜９０６はそれぞれ撮像のタイミングを示している。時刻９０１は駆動開始前の静止中、時刻９０６は停止直前の低速駆動中の撮像である。ここでは、時刻９０２と時刻９０３の２つのタイミングで撮像する場合を例に上げて説明する。

本実施形態においては、ダイレクトセンサ１３４は、イメージセンサの１ピクセルのサイズ１０μｍで、被写体が等倍で撮像素子上に結像するものとする。エンコーダによる位置計測の最小単位（１パルス）を１カウントとして、エンコーダ１３３のメディア上換算の解像度は１インチあたり９６００カウントであるとする。つまり、１カウント分の駆動で被写体は約２．６μｍ移動する。時刻９０２における被写体の移動速度５００μｍ／ｍｓ、時刻９０３における被写体の移動速度７５０μｍ／ｍｓであるとする。また、目標とする被写体ブレ幅は７０μｍ、つまりエンコーダ１３３のカウント値換算で２７カウントであるとする。

エンコーダでの検出に基づいて被写体ブレ幅の差を小さくする制御には２つの方法があるので、それぞれ説明する。

第１の方法は、エンコーダの検出結果（パルス信号）に同期して撮像（露光）の開始と停止のタイミングを制御することで、撮像の露光時間を制御するものである。コントローラは、イメージセンサによって第１データおよび第２画像データを取得する際の撮像の開始と停止のタイミングを制御する。

第１の方法の処理の手順を図９を用いて説明する。ステップＳ９０１では、搬送に関する速度プロファイルから定まる露光開始のカウント値と、そのカウント値に２７カウント加算した値を露光停止のカウント値として、それぞれコントローラ１００のレジスタに記憶する。被写体の移動によって、ステップＳ９０２においてエンコーダ１３３によるカウント値は増加する。ステップＳ９０３では、レジスタに記憶された露光開始のカウント値に達するまで待つ。露光開始のカウント値に達したらステップＳ９０３の判断はＹＥＳとなってステップＳ９０４に移行する。ステップＳ９０４では露光開始の信号がイメージセンサ３０２に送られる。コントローラ１００は、エンコーダ１３３のカウント値とレジスタに記憶した値が一致したら露光開始や停止の信号を発信するようになっている。ステップＳ９０５では、イメージセンサ３０２が撮像の露光を開始する。露光中の被写体の移動によって、ステップＳ９０６においてエンコーダ１３３のカウント値は増加する。ステップＳ９０７では、レジスタに記憶された露光停止のカウント値になるまで待つ。露光開始からカウント値が２７進んだ時点でステップＳ９０７の判断はＹＥＳとなってステップＳ９０８に移行する。ステップＳ９０８では露光停止の信号がイメージセンサ３０２に送られる。そして、ステップＳ９０９にて、イメージセンサ３０２は露光停止の信号を受けて露光を停止し、一回の撮像を終了する。

こうして、被写体の移動速度に係わらず、エンコーダ１３３で２７カウント進む期間だけ露光が行われるので、被写体ブレ幅が一律７０μｍ（画素数にして７画素）だけの被写体ブレを生じた画像が得られる。それぞれの露光時間を比較すると、時刻９０２（５００μｍ／ｍｓ）においては約０．１４ｍｓ、時刻９０３（７５０μｍ／ｍｓ）においては約０．１０ｍｓとなる。

第２の方法は、エンコーダでの検出に基づいて撮像時の速度を予測し、それを元に露光時間を決定した上で露光を行うものである。コントローラは、撮像時の物体の移動速度の予測値を取得し、予測値および目標とする被写体ブレ幅からイメージセンサの露光時間を決定するように制御する。

第２の方法の処理の手順を図１０を用いて説明する。ステップＳ１００１では、搬送に関する速度プロファイルから定まる露光開始のカウント値を設定してレジスタに記憶する。ステップＳ１００２では、露光中の被写体の平均速度を予測する。露光直前のエンコーダ１３３の情報（複数のカウント値のタイミング）から速度情報を取得する。同じ速度が露光中にも継続するとの推定の元に、これを露光中の被写体の速度予測値とする。直前の速度にさらに速度履歴や速度プロファイルを用いて補正を加えてもよい。あるいは、エンコーダ１３３を使用せずに、駆動機構の制御系が用いる速度プロファイルからも露光中の速度予測値を得るようにしてもよい。ステップＳ１００３では、被写体ブレ幅が所定の目標値となるような所定の露光時間を、上記の速度予測値から計算して求める。被写体ブレ幅は露光中の被写体の平均速度と露光時間の積であるので、露光時間＝目標被写体ブレ幅÷速度予測値によって計算することができる。本実施形態の例では露光時間は、時刻９０２における撮像では約０．１４ｍｓ、時刻９０３においては約０．１０ｍｓとなる。

被写体の移動によって、ステップＳ１００４においてエンコーダ１３３によるカウント値は増加する。ステップＳ１００５では、レジスタに記憶された露光開始のカウント値に達するまで待つ。露光開始のカウント値に達したらステップＳ１００５の判断はＹＥＳとなってステップＳ１００６に移行する。ステップＳ１００６では、露光開始の信号がイメージセンサ３０２に送られ、これと同時に、コントローラ１００に内蔵されたタイマが露光時間の計測を開始する。ステップＳ１００７では、イメージセンサ３０２が撮像の露光を開始する。露光中の被写体の移動によって、ステップＳ１００８においてエンコーダ１３３のカウント値は増加する。ステップＳ１００８では、タイマで計測する時間が、ステップＳ１００３で定めた所定の露光時間だけ経過したか否かを判断する。経過した（ＹＥＳ）と判断したら、ステップＳ１００９に移行する。ステップＳ１００９では露光停止の信号がイメージセンサ３０２に送られる。そして、ステップＳ１０１０にて、イメージセンサ３０２は露光停止の信号を受けて露光を停止し、一回の撮像を終了する。以上の処理により、第１画像データ、第２画像データの取得時に被写体の速度が異なっていても、被写体ブレ幅がほぼ等しくなる露光時間で撮像が行われる。すなわち、被写体ブレ幅が一律７０μｍ、画素数にして７画素となる被写体ブレの画像が複数得られる。

この第２の方法は、イメージセンサの仕様が、露光停止が指示できず露光時間の設定と露光開始の指示のみ可能である場合に適用すると好ましい。このようなイメージセンサを用いる場合は、ステップＳ１００３の段階でイメージセンサに露光時間を設定すれば、露光開始から設定された時間経過後にイメージセンサが自ら露光を停止する。したがって、ステップＳ１００８の判断は不要となる。

以上説明した２つの方法のいずれかを採用することで、複数の撮像において被写体の移動速度が異なっていても、被写体ブレの差をパターンマッチング処理で許容できる範囲に収めることができる。

＜露光時間の違いの影響を抑制する補正処理＞
上述したように露光時間を変えると、他の条件が一定であれば撮像画像の明度等が変化して、パターンマッチングの画像処理に影響を及ぼす場合も考えられる。これに対処するため、露光時間の違いの影響を抑制する補正処理を行なう。図８に示すように、撮像動作（ステップＳ８０２）の前後で、ダイレクトセンサの発光強度と受光感度の少なくとも一方を調整する処理（ステップＳ８０１）、及び撮像条件の違いを吸収する画像処理（ステップＳ８０３）の２種類の補正処理を行なう。なお、これらの補正処理はいずれか一方のみを行なうようにしてもよい。また、ダイレクトセンサのイメージセンサが十分に大きなダイナミックレンジを有するものであれば、これらの補正処理は省略してもよい。

最初に、図８のステップＳ８０３の処理について説明する。露光時間の異なる複数回の撮像をした場合、得られる複数の画像データ同士を比較すると。全体として画素値（明るさ）のレベルが異なる。また、受光素子の光電変換の特性やシェーディング補正等により、露光時間に対する画素値は非線形な単調増加の関係となる。よって、基準画像（第１画像）被計測画像（第２画像）を用いてのパターンマッチングでは、全体の明るさの違いに起因して精度が劣化する可能性がある。

そこで、ステップＳ８０３では画像処理によって明るさを補正する。この画像補正には２つの方法があるので、それぞれを説明する。

第１の方法は、基準画像と被計測画像の画像データのみから、かけるべき補正を定める方法である。すなわち、撮像素子の特性や撮像条件に基づかない補正である。例えば、取得した画像のヒストグラムを出し、基準とするヒストグラムに近づくよう明るさやコントラスト補正する。

第２の方法は、撮像素子の特性と撮像条件に合わせて、全画素値に対して補正後の画素値を定め、その対応関係通りに全画素に対して変換を行なうものである。なお、ここでいう撮像条件とは、撮像ごとに変化させた露光時間、光源の発光強度、撮像素子の受光感度のことである。この第２の方法は、第１の方法と比較してより適切な補正となるが、撮像条件と画素値の関係が既知である必要がある。すなわち、ある撮像条件でのある画素の画素値が分かれば、別の撮像条件でその画素の画素値がどうなるかが分かる必要があり、撮像条件が露光時間だけでなく、光源の発光強度、撮像素子の受光感度なども変わる場合には、それに見合うだけのデータが必要となる。第２の方法は、１枚の画像全体のデータが無くとも撮像条件が定まった時点で各画素値の変換後の値が定まるという特徴がある。したがって、撮像後に位置計測結果を出すまでの時間的な余裕が少ない処理系に有効である。イメージセンサからの画像の転送中に画素単位あるいは複数画素単位で逐次的に変換処理を実行することで、本処理による遅延を抑制することができる。

第２の方法の処理の手順を図１１を用いて説明する。ステップＳ１１０１では、撮像素子の特性やシェーディング補正特性等、記録装置固有の特性から定まる情報を元に、ステップＳ８０２での撮像で使われた撮像条件を入力として、画素値変換テーブルを生成する。ステップＳ１１０２では、撮像済みのデータをイメージセンサからＲＡＭ１０３への転送を開始する。ステップＳ１１０３では、イメージセンサからＲＡＭ１０３に至る経路の間にＣＰＵ１０１もしくは変換専用の回路によって画素値を変換テーブルに沿って変換し、ＲＡＭ１０３へ転送して記録していく。ステップＳ１１０４では、１枚の画像の全画素に関して転送が済んだかを判断する。ＮＯの場合はステップＳ１１０３に戻る。ＹＥＳの場合は画像補正の処理が終了する。

次に、図８のステップＳ８０１の処理について述べる。上記ステップＳ８０３は露光時間の違いの影響を画像補正によって修正するものである。しかし、露光時間の差異が極めて大きい場合には正常な画像が得られないこともあり得る。例えば、最高速で駆動している時刻９０４の撮像と、停止直前の時刻９０６では１００倍ほどの速度差があり、露光時間に１００倍ほどの違いが生じる。この場合、露光時間が短すぎると、蓄積する電荷が少なすぎて画素値として反映しなかったり、Ｓ／Ｎ比が悪くなって画像のノイズが大きくなる。逆に、露光時間が長すぎると、画素値が飽和してすべて同じ画素値になって区別がつかなくなる。

ステップＳ８０１は、このような露光時間の大きな変化にも対応する補正処理である。ステップＳ８０１では、撮像ごとに、ダイレクトセンサ１３４が備える光源の発光強度すなわち撮像領域の照明強度や、イメージセンサ（撮像素子）の受光感度を撮像ごとに変化させる。ここでいう撮像素子の受光感度とは、例えば蓄積電荷に対する信号強度の増幅率であり、画像データの画素値が決まる前にイメージセンサ内で行われて後のデジタルデータ処理では代替できないものを指す。

補正にあたっては、取り得る範囲内の任意の露光時間に対して、正常な画像取得ができる光源の発光強度と、撮像素子の受光感度の組み合わせの範囲が既知であればよい。その範囲から選んだ発光強度と受光感度で撮像をすれば、後のステップＳ８０３の画像補正によってパターンマッチングに適した明るさの画像が得られる。ステップＳ８０１の補正で適切な明るさの画像が得られるなら、ステップＳ８０３の画像補正は省略するようにしてもよい。

ステップＳ８０１での処理の手順を図１２を用いて説明する。ステップＳ１２０１では、露光開始直前のエンコーダ１３３の情報（複数のカウント値のタイミング）から速度情報を取得する。同じ速度が露光中にも継続するとの推定の元に、これを露光中の被写体の速度予測値とする。ステップＳ１２０２では、被写体ブレ幅が所定の目標値となるような露光時間を、上記の速度予測値から計算して求める。前述の通り、被写体ブレ幅が露光中の被写体の平均速度と露光時間の積であることから容易に求まる。ステップＳ１２０３では、予測した露光時間を元に、光源３０１の発光強度とイメージセンサ３０２及びアナログフロントエンドを含む受光部の受光感度をそれぞれ適切に決定する。適切な設定とは、その露光時間で撮像した場合に画素値の飽和やノイズといった問題が生じない正常な撮像ができる範囲内であることをいう。例えば、図１４の時刻９０４においては被写体の移動速度が最大なので発光強度と受光感度を双方とも大きい値に設定する。逆に時刻９０６においては被写体の移動速度はゼロに近いので、発光強度と受光感度を双方とも小さい値に設定する。こうしてステップＳ８０１で設定した条件で、ステップＳ８０２にて撮像を行なう。

なお、エンコーダを使用しなくても、駆動機構の制御系が用いる速度プロファイルからも露光中の速度予測値を得ることができる。したがって、速度プロファイルを元に発光強度と受光感度を設定するようにしてもよい。また、光源の発光強度と撮像素子の受光感度の双方を変える形態に限らず、少なくとも一方を変える構成であればよい。

＜目標とする被写体ブレ幅の決定＞
以上の説明における、目標とする被写体ブレ幅の決め方について説明する。図１３は目標とする被写体ブレ幅を決める考え方を示す概念図である。ここでは、一回の物体の送り動作が、図１４のような速度プロファイルに基づくものであり、撮像するタイミングを時刻９０１から時刻９０６の６ポイントとする。

図１３のグラフは、各時刻（９０２〜９０６）での撮像における、露光時間と被写体ブレ幅との関係を示す。各グラフは線形であり速度に応じてグラフの傾きが異なることが判る。正常な画像が得られる露光時間の範囲はグレーで示す領域である。時刻９０２〜時刻９０６のすべてがこのグレー領域に入るような範囲で、目標とする被写体ブレ幅の候補を設定する。この例での目標とする被写体ブレ幅の候補の範囲は２本の点線で示す範囲となる。

もし、目標とする被写体ブレ幅が小さすぎると、移動速度が大きい時刻９０３や時刻９０４において、ダイレクトセンサの発光強度最大且つ受光感度最大にしても露光時間が短すぎて画素値がノイズに埋もれてしまう。逆に、目標とする被写体ブレ幅が大きすぎると、移動速度が小さい時刻９０６において、ダイレクトセンサの発光強度最小且つ受光感度最小にしても露光時間が長すぎて画素値が飽和してしまう。これに対して、本実施形態では、２本の点線で示す適切な範囲内で被写体ブレ幅を設定して目標値とすることで、パターンマッチング処理に適した正常な画像を得ることができる。

なお、時刻９０１は被写体が静止した状態での撮像であり被写体ブレは起きない。そのため、時刻９０１と時刻９０２の間では被写体ブレの差異がどうしても生じることなる。ここでは時刻９０１だけは考慮から外して、時刻９０１と時刻９０２の区間に関しては被写体ブレ幅の差異が生じることを容認している。あるいは、差異を容認せずに、静止した時刻９０１での撮像は行なわないようにしてもよい。

１３４ダイレクトセンサ
１７１モータ
２０２第１ローラ
２０３第２ローラ
２０５搬送ベルト
２０６メディア
２１１インクタンク
２１２キャリッジ
２１３プリントヘッド

Claims

移動する物体の表面を撮像して、異なるタイミングで第１画像データおよび第２画像データを取得するのに用いられるイメージセンサと、
前記第１画像データからテンプレートパターンを切り出し、前記第２画像データの中で前記テンプレートパターンと相関が大きい領域をサーチすることで、前記物体の移動状態を求める処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの間において、前記物体が移動する方向における被写体ブレ幅の差異が抑制されるように前記イメージセンサによる撮像を制御する制御部と
を有し、前記制御部は、前記撮像の露光時間に応じて前記イメージセンサの受光感度と撮像領域の照明強度の少なくとも一方を変化させるように制御することを特徴とする移動検出装置。
前記制御部は、前記第１画像データと前記第２画像データの少なくとも一方を取得する撮像において、前記イメージセンサで撮像する間の前記物体の移動速度に応じて、前記撮像の露光時間を制御することを特徴とする、請求項１記載の移動検出装置。
前記制御部は、前記イメージセンサによって前記第１画像データおよび前記第２画像データを取得する際の撮像の開始と停止のタイミングを制御することを特徴とする、請求項１記載の移動検出装置。
前記物体を移動させる搬送機構と、前記搬送機構が有する回転体の回転状態を検出するエンコーダとを更に有し、
前記制御部は、前記エンコーダでの検出に基づいて前記タイミングを制御することを特徴とする、請求項３記載の移動検出装置。
前記制御部は、撮像時の前記物体の移動速度の予測値を取得し、前記予測値および目標とする被写体ブレ幅から前記イメージセンサの露光時間を決定するように制御することを特徴とする、請求項１記載の移動検出装置。
前記物体を移動させる搬送機構と、前記搬送機構が有する回転体の回転状態を検出するエンコーダとを更に有し、
前記制御部は、前記エンコーダでの検出に基づいて前記予測値を取得することを特徴とする、請求項５記載の移動検出装置。
前記制御部は、前記物体を移動させる制御における速度プロファイルに基づいて前記被写体ブレ幅の目標値を決定し、前記決定した目標値に基づいて前記撮像の露光時間を設定することを特徴とする、請求項１から６のいずれか記載の移動検出装置。
前記処理部は、前記撮像の露光時間に応じて前記取得した画像データを補正した後に、前記補正した画像データを用いて前記画像処理でサーチを行なうことを特徴とする、請求項１から７のいずれか記載の移動検出装置。
前記物体はメディアまたはメディアを搭載して搬送する搬送ベルトであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか記載の移動検出装置。
駆動ローラを含み物体を移動させる搬送機構と、
前記駆動ローラの回転状態を検出するエンコーダと、
移動する前記物体の表面を撮像して、異なるタイミングで第１画像データおよび第２画像データを取得するのに用いられるイメージセンサと、
前記第１画像データからテンプレートパターンを切り出し、前記第２画像データの中で前記テンプレートパターンと相関が大きい領域をサーチすることで、前記物体の移動状態を求める処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの間において、前記物体が移動する方向における被写体ブレ幅の差異が抑制されるように前記イメージセンサによる撮像を制御する制御部と
を有し、前記制御部は、前記エンコーダによって検出される前記駆動ローラの回転状態と前記処理部で求められる移動状態とに基づいて前記駆動ローラの駆動を制御することを特徴とする移動検出装置。
請求項１から１０のいずれか記載の移動検出装置と、移動する前記物体に記録を行なう記録部を有することを特徴とする記録装置。