JP5823428B2 - スキャナ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、スキャナ装置に関する。

従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の撮像素子を用いて、商品等の対象物を撮像した画像データから対象物の特徴量を抽出し、予め用意された照合用の特徴量と比較することで、その対象物を認識するスキャナ装置が存在する。このようなスキャナ装置では、撮像素子による読取領域を照明装置で照明することで、照度を確保することが一般的に行われている。ところで、照明装置を使用すると、反射した照明光が撮像素子に入射する迷光が生じるため、この迷光を除去すべく照明装置を配置する必要がある。しかしながら、照明装置の配置によっては照射される照明光に照度ムラが発生し、所望の照度を得られない領域が発生する可能性がある。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、迷光を除去するとともに、読取領域での照度を確保することが可能なスキャナ装置を提供することである。

実施形態のスキャナ装置は、筐体と、撮像部と、複数の照明部と、遮蔽部とを備える。筐体は、撮像窓が正面に設けられる。撮像部は、前記筐体内に設けられ、前記筐体における前記撮像窓の外側に形成される読取領域に位置する対象物を撮像する。複数の照明部は、前記筐体内に設けられ、前記読取領域に照明光を照射する。遮蔽部は、前記複数の照明部の各々から照射される照明光のうち、前記撮像窓の内側に反射し、前記撮像部に入射する迷光部分を遮蔽する。また、遮蔽部は、前記各照明部の前記撮像窓に対向する前面側に設けられる。また、複数の照明部の各々は、前記遮蔽部の遮蔽により生じる前記読取領域での照度の低下部分において相補関係を有する。

図１は、実施形態に係るスキャナ装置をサッカー台とともに示す側面図である。 図２は、実施形態に係るスキャナ装置の縦断面図である。 図３は、実施形態に係るスキャナ装置の撮像窓の内部構造を示す正面図である。 図４は、第１照明装置により生じる迷光を説明するための図である。 図５は、実施形態に係る第１照明装置及び遮蔽部の構成を説明するための図である。 図６は、第１照明装置の照明光による、撮像窓面での照度分布の一例を示す図である。 図７は、第２照明装置の構成を説明するための図である。 図８は、第２照明装置の照明光による、撮像窓面での照度分布の一例を示す図である。 図９は、第１照明装置及び第２照明装置の照明光による、撮像窓面での照度分布の一例を示す図である。

本実施形態のスキャナ装置は、一般物体認識（generic object recognition）の技術を採用する。一般物体認識とは、対象となる物品（オブジェクト）をカメラで撮像した画像データから当該物品の種別等を認識する技術である。コンピュータは、画像データからこの画像に含まれる物品の外観特徴量を抽出する。そしてコンピュータは、認識辞書ファイルに登録された基準画像の特徴量データと照合して類似度を算出し、この類似度に基づいて当該物品の種別等を認識する。画像中に含まれる物品を認識する技術については、下記の文献に解説されている。
柳井 啓司，“一般物体認識の現状と今後”，情報処理学会論文誌，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．ＳＩＧ１６［平成２２年８月１０日検索］，インターネット＜ URL: http://mm.cs.uec.ac.jp/IPSJ-TCVIM-Yanai.pdf ＞
また、画像をオブジェクト毎に領域分割することによって一般物体認識を行う技術については、下記の文献に解説されている。
Jamie Shottonら，“Semantic Texton Forests for Image Categorization and Segmentation”，［平成２２年８月１０日検索］，インターネット＜ URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.145.3036&rep=repl&type=pdf ＞

以下に添付図面を参照して、この発明に係るスキャナ装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面中の矢印Ａはスキャナ装置の上下方向を示し、矢印Ｂはスキャナ装置の前後方向、矢印Ｃはスキャナ装置の幅方向（左右方向）を示す。

図１に示すように、スキャナ装置１は、縦型のスキャナ装置である。スキャナ装置１は、対面したオペレータの目よりも低い位置に撮像窓１１ａが位置するように、サッカー台２に設置される。サッカー台２は、買物籠等が載置されるものであり、店舗の会計場所に設置される。スキャナ装置１の上部には、操作入力部３と表示器４とが配設される。操作入力部３は、タッチパネル付き表示器やキーボード等を有し、店員などのオペレータの操作を受け付ける。表示器４は、例えば客用のものであり、商品の値段等を表示する。

スキャナ装置１は、スキャナ本体１０と、このスキャナ本体１０を支持する支持部２０とを備える。支持部２０は、サッカー台２に立設される。スキャナ本体１０は、支持部２０の上部に取り付けられる。

以下、スキャナ装置１の構成について説明する。ここで、図２は、スキャナ装置の縦断面図である。また、図３は、スキャナ装置１の撮像窓１１ａの内部構造を示す正面図である。

スキャナ本体１０は、正面に撮像窓１１ａを有する筐体１１を備える。スキャナ本体１０は、筐体１１内に、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサ１２ａを有する撮像装置１２と、撮像装置１２の撮像領域Ｄに照明光を照射する照明装置１３と、撮像装置１２のＣＣＤセンサが取得した商品の画像データから、当該商品の認識に係る処理を実行する画像処理ボード１４とを備える。画像処理ボード１４は、画像処理を行う回路等を搭載する。撮像装置１２の撮像領域Ｄは、図２においては線Ｌ１と線Ｌ２との間の領域である。

筐体１１は、略直方体形状の箱状に形成されており、その正面壁に撮像窓１１ａを有する。筐体１１は、当該筐体１１の正面前方に位置したオペレータと対面する。撮像窓１１ａは、正面視で略四角形に形成される。

撮像窓１１ａは、透過性を有する平面状の透過板１５によって閉塞される。透過板１５は、例えばガラスや樹脂製である。透過板１５は、筐体１１に支持される。具体的には、透過板１５は、筐体１１の内面における撮像窓１１ａの周縁部に接着等の固定手段によって固定されることで、筐体１１に支持される。本実施形態において、透過板１５は、撮像窓１１ａの上縁部から下縁部にかけて筐体１１の正面前方に傾斜する。

撮像装置１２は、撮像窓１１ａを正面視して、撮像窓１１ａの略中央位置に配置され、その光軸Ｆは撮像窓１１ａの略中央位置に向けられる。撮像装置１２は、筐体１１の内側から撮像窓１１ａ周辺の領域を撮像して、画像データを出力する。より詳細には、撮像装置１２は、筐体１１における撮像窓１１ａの外側に形成される読取領域Ｅに位置する対象物を撮像する。ここで、読取領域Ｅは、撮像領域Ｄのうち、撮像窓１１ａの前方の領域を意味し、オペレータによって対象物がかざされる領域に相当する。

撮像装置１２は、撮像した対象物の画像データを出力する。撮像装置１２は、撮像窓１１ａの前方（外側）の読取領域Ｅに位置した対象物からの反射光であって、撮像窓１１ａから筐体１１内に入射した反射光を受光する。撮像装置１２（撮像レンズ）の光軸Ｆは、スキャナ装置１の前後方向に沿って延出し、撮像窓１１ａを通過する。

撮像装置１２のＣＣＤ撮像素子の撮像可能範囲は、撮像レンズの特性により決まる。本実施形態の撮像レンズは固定焦点レンズであって、焦点位置（ピントが最も合う位置）はレンズ先端から一定の距離だけ離れた位置にある。この焦点位置に撮像物である商品が置かれた時の解像度が最も高く、鮮明に撮像でき、焦点位置からＣＣＤ撮像素子に対して近づく方向および遠ざかる方向に撮像物である商品が置かれるにしたがってピントがぼけて解像度が低くなる。

照明装置１３は、撮像窓１１ａの上縁部近傍に設けられる第１照明装置１３１と、撮像装置１２の周辺に設けられる第２照明装置１３２とを有する。なお、第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２の個数は、図２、３の例に限定されないものとする。

照明装置１３（第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２）は、光源部１３ａと、光源部１３ａの光を集光放射する反射体１３ｂとを備える。光源部１３ａは、光源である１又は複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を有する。反射体１３ｂは、例えば円錐状の鏡面を有するものであり、その前面に略円形の開口部１３ｃを有する。また、照明装置１３（第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２）は、筐体１１内に配置されて読取領域Ｅの外側に位置する。

第１照明部に対応する第１照明装置１３１は、撮像窓１１ａの上縁部に沿って配置され、撮像装置１２の光軸Ｆの上方から撮像窓１１ａの前方に位置する読取領域Ｅに照明光を照射する。より詳細には、第１照明装置１３１は、読取領域Ｅの外側において撮像窓１１ａの上縁部に沿って左右方向に相互に間隔をあけて配置される。第１照明装置１３１の光軸Ｇ１は、撮像窓１１ａの後方に位置する撮像領域Ｄの上方から読取領域Ｅに向けられる。このように、第１照明装置１３１は、読取領域Ｅを上方から照明することで、撮像窓１１ａに対面したオペレータの目に第１照明装置１３１の照明光が入ることを防ぐことができる。

また、第１照明装置１３１の下方には、第１照明装置１３１の開口部１３ｃの一部を遮蔽する遮蔽部１３ｄが設けられる。遮蔽部１３ｄは、第１照明装置１３１の照射光が、撮像窓１１ａに反射することによって生じる迷光を遮蔽する。以下、第１照明装置１３１の照明光により生じる迷光について説明する。

図４は、第１照明装置１３１の照明光により生じる迷光を説明するための図である。図４に示すように、第１照明装置１３１は、撮像領域Ｄの上方から、撮像窓１１ａの前方に位置する読取領域Ｅに向けて照明光を照射する。この時、照明光の一部が、透過板１５の内側に反射し、その反射光（Ｈ１、Ｈ２参照）が筐体１１内部の撮像装置１２に到達する。撮像装置１２に到達した反射光Ｈ１、Ｈ２のうち、イメージセンサ１２ａに入射しない反射光Ｈ１は迷光とならないが、イメージセンサ１２ａに入射する反射光Ｈ２が迷光となる。

そこで、本実施形態のスキャナ本体１０では、図５に示すように、第１照明装置１３１の開口部１３ｃにおいて、反射光Ｈ２の原因となる照明光が照射される部分（第１照明装置１３１の下部）を、遮蔽部１３ｄにより遮蔽する。これにより、第１照明装置１３１の照明光により生じる迷光を除去する。なお、遮蔽部１３ｄは、第１照明装置１３１の一部であってもよいし、筐体１１の一部を延設したものであってもよいし、独立した部材によるものであってもよい。

なお、遮蔽部１３ｄにより、第１照明装置１３１の光源部１３ａから照射された照明光の一部が遮られるため、読取領域Ｅでは、その遮蔽部分に対応する照明光の照度が低下することになる。

ここで、図６は、第１照明装置１３１の照明光による、撮像窓１１ａ面での照度分布の一例を示す図である。縦軸は撮像窓１１ａの上下方向（高さ方向）を示し、横軸は撮像窓１１ａの左右方向（幅方向）を示す。（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）は、撮像窓１１ａの中央位置を意味する。なお、図６では、照度の高低をハッチングの疎密で表しており、ハッチングが疎であるほど照度が高いことを意味する。なお、縦軸及び横軸の定義、照度の定義は、後述する図８、図９も同様である。

図６に示すように、第１照明装置１３１から照射される照明光は、撮像窓１１ａの中央付近で照度がピークとなり、外縁に向かうほど照度は低下する。また、第１照明装置１３１と撮像窓１１ａとの離間距離は比較的小さく、撮像窓１１ａの上部から照射することから、撮像窓１１ａの下部に比べて上部の照度が高くなる傾向にある。さらに、遮蔽部１３ｄの遮蔽による光量の低下により、撮像窓１１ａの下部は撮像窓１１ａの上部と比べ照度がより低くなる。そのため、第１照明装置１３１の照明光だけでは、読取領域Ｅに到達する照射光の照度にムラが発生し、対象物の認識（撮像）に必要な照度を確保できない領域が生じる可能性がある。

図２及び図３に戻り、第２照明部に対応する第２照明装置１３２は、撮像装置１２の周辺に配置される。また、第２照明装置１３２の光軸Ｇ２は、撮像装置１２（イメージセンサ１２ａ）の光軸Ｆと略同等である。より詳細には、第２照明部は、撮像装置１２の光軸Ｆに直交する基準軸を線対称の中心とする複数の位置に配置される。なお、本実施形態では、撮像装置１２の光軸Ｆに直交する上下方向の基準軸を線対称の中心とする４つの位置に、相互に間隔をあけて配置した例を示す。第２照明装置１３２は、撮像窓１１ａの後方に位置する撮像領域Ｄの後方から読取領域Ｅに照明光を照射する。

また、図７に示すように、第２照明装置１３２の開口部１３ｃの直径Ｉ１は、反射体１３ｂの最大径Ｉ２よりも小さく形成される。ここで、第２照明装置１３２の開口部１３ｃの中心は、撮像装置１２から離れる方向に所定量偏心するよう形成される。この偏心により生じる、反射体１３ｂの遮蔽部１３ｅは、第２照明装置１３２から照射される照明光の一部を遮蔽する。より詳細には、遮蔽部１３ｅは、第２照明装置１３２の照明光のうち、撮像窓１１ａの内側に反射して撮像装置１２（イメージセンサ１２ａ）に入射する部分を遮蔽する。これにより、第２照明装置１３２の照明光により生じる迷光を除去する。

なお、遮蔽部１３ｅにより、第２照明装置１３２の光源部１３ａから照射された照明光の一部が遮られるため、読取領域Ｅでは、その遮蔽部分に対応する照明光の照度が低下することになる。

ここで、図８は、第２照明装置１３２の照明光による、撮像窓１１ａ面での照度分布の一例を示す図である。第２照明装置１３２は、第１照明装置１３１と比べて撮像窓１１ａとの離間距離が大きく、その光軸Ｇ２が撮像装置１２の光軸Ｆと略並行であることから、撮像窓１１ａ面上、即ち読取領域Ｅにおいて光軸Ｆの方向に略均一な照度分布を得ることができる。しかしながら、遮蔽部１３ｅの遮蔽による光量の低下により、撮像窓１１ａの略中央部分の照度は他の領域に比べて低くなる。そのため、第２照明装置１３２の照明光だけでは、読取領域Ｅに到達する照射光の照度にムラが発生し、対象物の認識（撮像）に必要な照度を確保できない領域が生じる可能性がある。

ところで、第１照明装置１３１と第２照明装置１３２とでは、図６及び図８に示すように、迷光の除去により生じる読取領域Ｅでの照度の低下部分において相補関係を有する。そこで、本実施形態のスキャナ装置１では、対象物の撮像時において、第１照明装置１３１と第２照明装置１３２とを同時に使用することで、図６及び図８に示した照度分布を組み合わせた照度分布を撮像窓１１ａ面（読取領域Ｅ）に形成する（図９参照）。

ここで、図９は、第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２の照明光による、撮像窓１１ａ面での照度分布の一例を示す図である。図９に示すように、第１照明装置１３１と第２照明装置１３２とを同時に用いることで、第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２を個別に用いた際の照度の低下部分を相互に補完することができる。これにより、迷光を除去するとともに、読取領域Ｅでの照度を確保することができるため、対象物の撮像（認識）に好適な環境を提供することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加、組み合わせ等を行うことができる。また、上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、対象物を撮像した画像データから、当該対象物を認識するオブジェクト認識技術を用いたスキャナ装置に適用したが、これに限るものではなく、バーコードや二次元コード等のコードシンボルを読み取るスキャナ装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、光源としてＬＥＤを使用したが、これに限らず、他の光源を使用することができる。

また、上記実施形態では、撮像窓として正面視で四角形である長方形のものを例に示したが、これに限らず、撮像窓は、例えば正面視で五角形や六角形等であってもよい。

また、上記実施形態は、第１照明装置１３１及び第２照明装置１３２の２つの照明装置を用いたが、これに限らず、３以上の照明装置を用いてもよい。なお、この場合においても、複数の照明部の各々は、遮蔽部の遮蔽により生じる読取領域Ｅでの照度の低下部分において相補関係を有するものとする。

１ スキャナ装置
２ サッカー台
３ 操作入力部
４ 表示器
１０ スキャナ本体
１１ 筐体
１１ａ 撮像窓
１２ 撮像装置
１２ａ イメージセンサ
１３ 照明装置
１３ａ 光源部
１３ｂ 反射体
１３ｃ 開口部
１３ｄ 遮蔽部
１３ｅ 遮蔽部
１３１ 第１照明装置
１３２ 第２照明装置
１４ 画像処理ボード
１５ 透過板
２０ 支持部
Ｆ 光軸
Ｇ１、Ｇ２ 光軸

特開２００４−２０６３５７号公報

Claims (6)

1. 撮像窓が正面に設けられた筐体と、
   前記筐体内に設けられ、前記筐体における前記撮像窓の外側に形成される読取領域に位置する対象物を撮像する撮像部と、
   前記筐体内に設けられ、前記読取領域に照明光を照射する複数の照明部と、
   前記複数の照明部の各々から照射される照明光のうち、前記撮像窓の内側に反射し、前記撮像部に入射する迷光部分を遮蔽する遮蔽部と、
   を備え、
   前記遮蔽部は、前記各照明部の前記撮像窓に対向する前面側に設けられ、
   前記複数の照明部の各々は、前記遮蔽部の遮蔽により生じる前記読取領域での照度の低下部分において相補関係を有するスキャナ装置。
2. 前記複数の照明部として、前記読取領域を上方から照射する第１照明部と、前記撮像部の光軸方向から前記読取領域を照射する第２照明部とを備える請求項１に記載のスキャナ装置。
3. 前記第１照明部は、所定の開口部を有して前記撮像窓の上縁部に沿って配置され、当該開口部の一部が前記遮蔽部により遮蔽される請求項２に記載のスキャナ装置。
4. 前記第１照明部を遮蔽する前記遮蔽部は、前記筐体の一部により形成される請求項３に記載のスキャナ装置。
5. 前記第２照明部は、所定の開口部を有して前記撮像部の周辺に配置され、当該開口部の一部が前記遮蔽部により遮蔽される請求項２〜４の何れか一項に記載のスキャナ装置。
6. 前記第２照明部は、前記撮像部の光軸に直交する基準軸を線対称の中心とする複数の位置に配置される請求項２〜５の何れか一項に記載のスキャナ装置。

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