JP5784867B2 - 画像スキャニング装置及び画像スキャニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学コードの画像データを取得する画像スキャニングシステムに関する。

画像スキャニング装置は、光学コードの１つ以上の電子写真を収集し、処理することによって光学コードを読取る。収集される写真の少なくとも１つは光学コードの画像を含む必要があり、画像は、画像スキャニング装置が光学コードを検出し、読取るために十分に明瞭でなければならない。

一般的に光学コードは、静止状態またはゆっくり動いている対象として画像スキャニング装置に提示される。画像スキャニング装置は、画像収集装置を用いて光学コードの電子写真を収集する。従来の画像収集装置は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサを用いて実施される。ＣＭＯＳセンサ（画像センサ）は、画像を収集するために用いられる感光部分（各部分は画素を表わす）から成る２次元アレイを含む。感光部分の露光を制御する電子シャッタが、ＣＭＯＳセンサに組み込まれる。最新の画像スキャニング装置は、写真を生成するために、単一列の画素を一度に露光し、読取るロールシャッタ露光方法に基づいて電子シャッタを使用する。

しかし、このような従来の画像スキャニング装置においては、アレイの各列が異なる時間に露光されるので、速く移動する対象は写真全体が収集されうる前に動いてしまうこととなる。このために被写体は写真において歪み、且つぼやけて見える。従って、ロールシャッタ露光方法を用いる画像スキャニング装置は、光学コードが静止状態または比較的ゆっくり移動していなければならなかった。光学コードの通過速度が増大するにつれて、写真中の光学コードの収集画像は歪みかつぼやけ始めて、終には光学コードを読取ることができなくなる。

このため、本発明は、光学コードの通過速度が速くても、光学コードの収集画像に歪みやぼやけが生じる事態を排除し、光学コードを正しく読取ることが可能な画像スキャニング装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、前記光学コードの前記画像を収集する前に前記光学コードの動きを静止させるために、すべての画素の露光を同時に開始し、停止する静止画電子シャッタを備える画像収集装置を備えることを特徴とする画像スキャニング装置を提供するものである。

これにより、本発明は、光学コードの通過速度が速くても、光学コードの収集画像に歪みやぼやけが生じることがなく、光学コードを正しく読取ることを可能にしたのである。

以下、図面を参照しつつ本発明の詳細を説明する。ここで、本発明は以下の記載に基づいて容易に実施され得ること、そして記載される実施形態からの多くの変形例および変更態様が可能であることは言うまでもない。

図１を参照すると、光学コード１４０をスキャンする（読取るとも称される）ために使用される画像スキャニングシステム１００の実施形態が例示されている。システム１００は、光学コード１４０を読取る画像スキャニング装置１１５を含む。

この実施形態では、光学コード１４０はバーコードである。他の実施形態では、光学コード１４０は人間が読み取れるか、または認識できるコード、例えば数字、テキスト、記号、アイコン、画像、またはそれらの組合せである。いったん画像スキャニング装置１１５が光学コード１４０を読取ると、光学コードから得られた情報は、追加の処理のために店舗販売時点情報管理（ＰＯＳ）コンピュータ１１０へ送られる。

次に、ＰＯＳコンピュータ１１０は光学コード情報を店舗サーバ１０５へ送り、このサーバはこの情報を用いて、データベース、サーバ１０５に格納された他のファイル、またはサーバ１０５によってアクセス可能なファイルにアクセスする。

サーバ１０５は、光学コード（例えば、価格、説明書、写真など）に関連する追加情報をデータベースまたはファイルから検索し、それをＰＯＳコンピュータ１１０へ送る。次にＰＯＳコンピュータ１１０は、サーバ１０５からの情報を処理し、情報および／または命令をユーザへ必要に応じて提供する。他の実施形態では、データベースは複数のサーバにわたって分割され、サーバのいくつかは店舗外に設置されることがある。

いくつかの実施形態では、光学コードは販売する品目またはサービスと関連付けられる。光学コードが商取引中に読取られるとき、ＰＯＳコンピュータ１１０は光学コードと関連付けられたすべての品目およびサービスの総費用を維持する。

他の実施形態では、画像スキャニング装置１１５は光学コードの画像を収集し、そこでは光学コードは写真を含む。例えば、これは、光学コードが運転免許証または写真も含む識別の他の形の一部である場合に起こる。光学コードが写真を含む場合に、画像スキャニング装置１１５は光学コードの収集画像（写真を含む）をＰＯＳコンピュータ１１０へ送る。

ＰＯＳコンピュータ１１０は収集画像を格納用の店舗サーバ１０５へ転送する。いくつかの実施形態では、写真付きの光学コードは年齢確認および視覚的識別のために監視端末へ転送される。

引き続き図１において、画像スキャニング装置１１５は記憶装置１３０に接続されるプロセッサ１２５を含む。記憶装置１３０は不揮発性および揮発性（動的とも称される）両方の記憶装置を含む。

不揮発性記憶装置は、画像スキャニング装置１１５を制御するプログラムおよびパラメータを格納するために使用される。不揮発性記憶装置の内容は、電源が除去されても失われない。

さらに、プロセッサ１２５は不揮発性記憶装置の内容を必要に応じて更新する。例えば、ソフトウェア更新動作中、ＰＯＳコンピュータ１１０は、新しいまたは更新したプログラムを画像スキャニング装置１１５にダウンロードし、プロセッサ１２５はプログラムを不揮発性記憶装置に格納する。揮発性記憶装置の内容は電源が除去される場合に失われるので、プロセッサ１２５だけが一時的または一過性のデータをこの記憶装置に格納する。プロセッサ１２５は記憶装置１３０に格納されたプログラムを実行する。プログラムはプロセッサに指示して、画像スキャニング装置１１５の動作および機能を制御する。

画像スキャニング装置１１５はまた、プロセッサ１２５の制御の下で電子画像を収集する画像収集装置１２０も含む。画像収集装置１２０はＣＭＯＳセンサを用いて実施される。センサは複数の感光部分を有する。各感光部分は電子画像の単一画素の情報を与える。感光部分は行と列の２次元アレイとして配置される。各感光部分は入射光量子を、センサに組み込まれ、かつ一列を一度に読取る回路によって増幅される電荷に変換する。電荷の大きさは期間中に受け取られる光子の数に比例する。

この期間は露光時間または期間と称される。感光部分（１つの画素）を制御する回路をリセットすることによって、その部分の電荷がリセットされ、それは露光時間を再び開始する。所定の列の感光部分に対応するすべての回路を同時にリセットすることは可能であり、または全センサのためのすべての回路を同時にリセットすることができる。センサの解像度はセンサによって支援される画素の総数によって決定される。１２８０列と１０２４行の画素アレイを有するセンサの解像度は、１．３メガピクセルである。

画像スキャニング装置１１５は、画像を画像収集装置１２０に焦点合わせする画像焦点調節光学系１３５を備える。画像焦点調節光学系１３５は、光学像を画像収集装置１２０に焦点合わせするために１つ以上のレンズを含む。いくつかの実施形態では、画像焦点調節光学系１３５は光学像を焦点合わせするために凹面鏡／凸面鏡を使用する。

いくつかの実施形態では、画像焦点調節光学系１３５は複数の画像を画像収集装置１２０に順次処理で焦点合わせし、方向付ける。これによって、画像収集装置１２０は１つ以上の方向から対象を見て、光学コードを１回の走査で収集し、読取る可能性が増大する。

センサの画像（画素アレイ全体）を読取るのに要する時間は非常に長い。例えば、３メガピクセルのセンサでは、画像全体を読取るのに約８３ミリ秒（ｍｓｅｃ）かかる。同じ３メガピクセルのセンサが１０２４行を有するように構成される場合は、行の各々を読取るのに８１マイクロ秒（μｓｅｃ）かかる。

すべての行が同時にリセットされ（また露光時間を開始する）、次に各行が読取られる場合は、第１行の読取りは８１μｓｅｃの露光時間を有するのに対して、最後の行の読取りは８３ミリ秒の露光時間を有する。第１行と最後の行との間の露光時間の大きい差によって、結果として生じる画像は受け入れ難いほど品質が悪い。問題を解決する１つの試みは、行を読取る直前に各行をリセットすることである。

この露光方法は電子ロールシャッタ方法と称される。それは行をリセットし（これは露光期間を開始する）、露光期間が経過した後に行を読取る。この方法はアレイの至る所を進んで、アレイ全体が読取られるまで、この動作を各行で実施する。これによってアレイのすべての行が同じ露光期間を有することになり、これは画像の露光品質を改善する。

しかしながら、アレイ全体を読取るために比較的長い時間を要するので、第１行の露光期間は最後の行の露光期間の開始の約８３ミリ秒前に開始するので、速く移動する対象が歪み、かつぼやけて見えることになる。この方法は、対象が静止状態またはゆっくり移動しているならば、画像品質を改善するが、対象の速度が増大するにつれて、対象の収集画像は対象を検出できない程度に歪みかつぼやけてしまう。

上の例では、ロールシャッタ露光方法を用いるＣＭＯＳセンサは、各画素を制御する回路をリセットする機能を有し、この機能はその画素の露光期間を再び開始する。しかしながら、センサは、露光期間を停止し、電荷の値が読取られるまでそれを静止または保持する機能を有しない。

画素の電荷はいつでも読取られ得るが、画素を制御する回路がリセットされるまで、画素の露光期間は継続する（電荷の値は変化することがある）。回路をリセットすることによって電荷をゼロにリセットし、画素の露光期間を再び開始する。

静止画または停止動作電子シャッタを実施するＣＭＯＳセンサは、各画素またはセンサの感光部分の露光期間をリセットし、開始するために上述の回路を備えるが、センサはまた、各画素の露光期間を停止し、各画素の電荷の値を静止させる追加の回路を備える。電荷の静止値は格納され、後で読取られ得る。（プロセッサ１２５は、画像を生成または収集するために各画素の電荷の静止値を読取る。）さらに、静止画シャッタは、その時点ですべての画素（すべての行）の露光期間を開始し、停止する。これによって、センサのすべての画素は同じ長さの露光を有するだけでなく、露光期間について同じ開始および停止時間を有する。これはロールシャッタ露光方法に起因する歪みおよびぼけを排除し、高速で通過する光学コードをうまく読取ることができる。

プロセッサ１２５は、露光期間の開始および停止時間を含む、ＣＭＯＳセンサの機能を制御する。これによって、プロセッサは露光期間をリアルタイムで調整し、画像を収集する時および１秒当たりに収集する画像の数を決定することができる。

いくつかの実施形態では、焦点調節光学系１３５は異なる時間に１つ以上の画像を画像収集装置１２０に向け、プロセッサ１２５は、新しい画像が画像収集装置１２０に向けられるまでの画像収集の時刻を決める。他の実施形態では、画像スキャニング装置１１５は光学コード１４０を照射するために光源を供給し、制御する。プロセッサ１２５は、最大照射の時間中に光学コード１４０の画像を収集するために、露光期間および開始時間の両方を決定する。

露光時間が余りにも長く設定されると、高速で通過する光学コードを読取ることができなくなる。センサの画素数および光学コードの最大通過速度は、光学コードの読取り可能な画像を生成するために許される最大露光期間を決定する。

光学コードの通過速度は、光学コードが光学コードスキャナを通過する速度である。高速通過画像スキャナは、１秒当たり５０インチの速度で移動する光学コードを読取るように設計される。読取られる光学コードが１０００分の５インチ（５ミル）のバーコードであり、画像収集装置がバーコードの１バー当たり２つの画素を生じるセンサおよび光学系を使用する場合は、下の式は、バーコード画像の受け入れられないぼやけを防止し、コードの読取りを可能にするために最大露光時間を決定する。

この式はまた、バーコードが露光期間中に画素の光学幅の半分だけ移動すると仮定する。これらの設定の結果は、読取るのに十分な鮮明度を有するバーコードの画像を収集するための２５マイクロ秒以下の露光時間である。他の設定および仮定が可能であり、様々な露光時間をもたらす。

上に示したように、電子ロールシャッタを用いて実施される画像スキャナは、画像を収集するために８３ミリ秒を必要とし、これは、この例のバーコードの画像が、８３ミリ秒の露光／収集時間中のバーコードの移動に起因する歪みおよびぼけに因って読取ることができないことを意味する。

図２Ａおよび図２Ｂは上の式および例を示す。図２Ａで、バーコード２００は、「Ｌｉｇｈｔ」と標記された明るいバー２０５と、「Ｄａｒｋ」と標記された暗いバー２１０とを有する。５つの画素によって見えるバーコードの部分２１５が示され、各個別画素部分は「ｍ」、「ｌ」、または「ｄ」と標記される。「ｌ」と標記された画素はバーコードの明るい部分を収集した。「ｄ」と標記された画素は暗い部分を収集し、「ｍ」と標記された画素は明暗部分の一部を収集した。図２Ａは露光時間開始直後の５つの画素の値を表わし、図２Ｂは、露光時間が終り、バーコードが画素の半分の光学距離だけ移動した後の画素の値を表わす。図２Ａおよび図２Ｂは、露光が画素の光学幅の半分に等しい距離だけバーコードを移動させるのに要する時間以下である場合は、少なくとも１つの画素はバーコードの各バーの明るいまたは暗い値を正しく収集し、バーコードの正確な読取りを可能にすることを示す。

図３は光学コードをスキャンする方法を例示するハイレベルの流れ図である。ステップ３００で、光学コード１４０はスキャンする画像スキャナ１１５によって通過される。この実施形態では、光学コード１４０はバーコードである。ステップ３０５で、画像収集装置１２０の一部である電子静止画シャッタは、光学コードが画像スキャナを通過するとき、その動きを静止させる。電子シャッタは静止画露光方法を使用し、そこではＣＭＯＳセンサのすべての感光部分の露光が同時に起こる。すべての感光部分の露光を同時に開始し、停止することは、収集画像のどんな対象の動きも静止させる効果がある。ステップ３１０で、画像収集装置は静止光学コードの画像を収集する。ステップ３１５で、収集画像は処理され、光学コードは読取られる。

この実施形態がＣＭＯＳ技術に基づく画像センサを使用するのに対して、他の実施形態は、画像センサが静止画露光方法を実施する電子シャッタを備えるならば、様々な技術を用いて実施される画像センサを使用できる。電荷結合素子すなわちＣＣＤは、この方法に基づいて画像センサを実施するために使用され得る別の技術の例である。

開示された本発明がそのいくつかの好ましい実施形態に特に言及して説明されてきたが、開示された本発明の変更および改変は特許請求の精神および範囲内で達成され得る。

画像スキャニングシステムの実施形態を示す図である。 バーコードの瞬間が、画像センサの露光時間にどのように影響を及ぼすかを示す図である。 画像スキャニング装置を用いて光学コードをスキャンする方法を例示するハイレベルの流れ図である。

Claims (6)

1. バーコードの画像を収集する画像収集装置と、
   前記バーコードの画像を前記画像収集装置に焦点合わせする画像焦点調節光学系とを備え、
   前記画像収集装置が、
   行と列との２次元アレイに配置された複数の感光部分からなり、各前記感光部分が電子画像の単一画素の情報を与えるセンサと、
   すべての前記感光部分の露光を同時に開始しかつ同時に停止する静止画電子シャッタとを有し、
   前記バーコードが前記感光部分の行と同じ方向に移動するとき、前記画像焦点調節光学系により前記画像収集装置に生成される前記バーコードの画像が該バーコードの１バー当たり２つの前記感光部分の光学幅と等しくなるように、前記静止画電子シャッタによる前記感光部分の露光の前記開始から前記停止までの露光期間が、前記感光部分の光学幅の半分に等しい距離だけ前記バーコードが移動するのに要する時間以下に設定されていることを特徴とする画像スキャニング装置。
2. 前記静止画電子シャッタによる前記露光の開始時間及び停止時間を制御するプロセッサを更に備える請求項１に記載の画像スキャニング装置。
3. 前記画像収集装置が、相補型金属酸化膜半導体又は電荷結合素子を有する請求項１又は２に記載の画像スキャニング装置。
4. 行と列との２次元アレイに配置された複数の感光部分からなり、各前記感光部分が電子画像の単一画素の情報を与えるセンサと、すべての前記感光部分の露光を同時に開始しかつ同時に停止する静止画電子シャッタとを有する画像収集装置と、前記バーコードの画像を前記画像収集装置に焦点合わせする画像焦点調節光学系とを用いて、バーコードの画像を収集する画像スキャニング方法であって、
   前記画像焦点調節光学系により前記画像収集装置に生成される前記バーコードの画像が該バーコードの１バー当たり２つの前記感光部分の光学幅と等しくなるように設定し、
   前記静止画電子シャッタによる前記感光部分の露光の前記開始から前記停止までの露光期間を、前記バーコードが前記感光部分の行と同じ方向に移動するとき、前記感光部分の光学幅の半分に等しい距離だけ移動するのに要する時間以下に設定する、画像スキャニング方法。
5. 前記画像収集装置による前記バーコードの画像の収集が、相補型金属酸化膜半導体又は電荷結合素子を用いて行われる、請求項４に記載の画像スキャニング方法。
6. バーコードと関連付けた情報を格納するように構成したサーバコンピュータと、
   前記サーバコンピュータと通信するローカルコンピュータと、
   前記ローカルコンピュータと通信する請求項１乃至３のいずれかに記載の画像スキャニング装置と、を備える画像スキャニングシステム。

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