JPH0782528B2 - 画信号抽出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、OCR、バーコードリーダ、イメージスキャ
ナ等の光学式画像入力装置における画信号抽出回路に関
するものである。

〔従来の技術〕

光学式画像入力装置においては、照明光源の照度の不均
一性、COS⁴則によるレンズ周縁部での効率劣化、或いは
用紙の色や紙質の不均一、紙面上の汚れ等により、基準
となるべきバックグラウンドレベルが不安定であること
が多い。そこで、忠実に画像を再現するためには、バッ
クグラウンドレベルを正確にトレースし、画信号を基準
とすることが必要となる。

第７図は、従来よく用いられている画信号抽出回路であ
る。この回路は、ピークホールド回路１と差動増幅回路
２とから成り、イメージセンサ出力ａをピークホールド
回路１に入力し、ピークホールド回路の出力ｂとイメー
ジセンサ出力ａを差動増幅回路２に入力し、差動増幅回
路２により両出力の差をとり、画信号ｃを得るようにし
ている。

ピークホールド回路１の出力ｂは、第８図の（ａ）図に
示すように、バックグラウンドレベルが上昇中は、ピー
クホールド回路１の充電により遅れることなくその上昇
に追従し、バックグラウンドレベルが下降中は、CRの放
電時定数に従い放電することによって追従する。従っ
て、ピークホールド回路１の出力ｂは、バックグラウン
ドレベルを再現している。この出力ｂとイメージセンサ
出力ａとの差を取ると、必要な画信号ｃ（第８図の
（ｂ）図参照）のみが得られることになる。

なお、ピークホールド回路１の充填時定数は十分短く設
定されるが、放電時定数は余り短くすると、画信号ｃも
追従してレベルが下がってしまうので、実際には、バッ
クグラウンドレベルが変化する速度に合わせて適当に設
定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、OCRやバーコードリーダの実際の運用において
は、第９図のように、物品３の上に文字やバーコードを
印刷したラベル４を貼って読み取ることが多い。物品３
のバックグラウンドレベルa₁（第10図参照）と、ラベル
４のバックグラウンドレベルa₂が大きく異なると、その
境界において、イメージセンサ出力ａに落差が生じる。
特に、物品３の反射率が高い一方、ラベル４が汚れた
り、薄い色が付いていたりして反射率が低いと、前者が
後者より高くなる。このような場合、従来のピークホー
ルド回路１におけるCRの放電時定数が相当高いため、第
10図に示すように、出力がｂが出力ａの落差に追従でき
ない。このため、その後に続くラベル４上の文字やバー
コードの画信号を正確に再現することができない問題が
ある。

また、書籍などの場合には、OCR文字を印刷する領域を
書籍の地色よりやや濃い色にする場合があり、この場合
もラベル４を貼った場合と同様に読取り難いという問題
がある。

そこで、この発明は、バックグラウンドレベルが段階的
である場合でも、忠実にバックグラウンドレベルを検出
できる画信号抽出回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記の問題点を解決するために、この発明は、第１図に
示すように、ピークホールド回路10、微分回路11、タイ
マ回路12、スイッチ回路13及び差動増幅回路14により画
像信号抽出回路を構成する。ピークホールド回路10の入
側、微分回路11の入側、差動増幅回路14の逆相入力端子
は、それぞれイメージセンサの出力回路（図示省略）に
接続される。ピークホールド回路10の出側は、差動増幅
回路14の正相入力端子に接続される。微分回路11の出側
は、タイマ回路12に接続され、タイマ回路12の出側はス
イッチ回路13に接続される。スイッチ回路13のスイッチ
は、ピークホールド回路10のダイオード15に並列に接続
される。

ピークホールド回路10は、従来の場合と同様に前段と後
段にオペアンプ16、17を有し、その間に前記のダイオー
ド15等の方向性を有する素子を接続すると共に、コンデ
ンサ18と抵抗19とからなる充放電回路を有する。ピーク
ホールド回路10は、入力レベルがコンデンサ18に保持さ
れている電圧レベルを上回った時のみ、コンデンサ18を
充電して入出力のレベルを等しくする。

微分回路11は、イメージセンサ出力ａを微分し、その変
化分のみを抽出して、タイマ回路12にトリガをかける。

タイマ回路12は、タイマIC20及び微分回路21を有し、微
分回路11の出力が一定振幅以上の負パルスであれば、タ
イマIC20にトリガをかける。トリガをかけた時点から一
定時間を経過する間に次のトリガ入力が無ければ微分回
路21を経てスイッチ回路13にパルス信号を出力する。

スイッチ回路13は、例えばアナログスイッチにより構成
される。通常はオフ状態であるが、タイマ回路12からパ
ルス信号が出力されている間はオンになる。オンになる
とダイオード15はスイッチ回路13によりバイパスされ、
コンデンサ18の電圧は入力レベルと等しくなる。

差動増幅回路14は、イメージセンサ出力ａと、ピークホ
ールド回路10の出力ｂの差を増幅する。

〔作用〕

次に、上記の画像抽出回路の作用を第２図を参照しなが
ら説明する。第２図の（ａ）図はイメージセンサ出力ａ
とピークホールド回路10の出力ｂを示す。（ｂ）図はタ
イマ回路12の入力を、（ｃ）図はタイマIC20の出力を、
また（ｄ）図はタイマ回路の出力をそれぞれ示す。

いま、第９図のように、物品３の表面にラベル４が貼ら
れている場合、イメージセンサ出力ａに含まれるバック
グラウンドレベルa₁、a₂は第２図の（ａ）図に示すとお
り２段になる。ピークホルド回路10の出力ｂは、最初の
バックグラウンドレベルa₁に追従するが、２段目のバッ
クグラウンドレベルa₂には追従できない。

しかし、１段目のバックグラウンドレベルa₁から２段目
のバックグラウンドレベルa₂に移るときに、イメージセ
ンサ出力ａは急激に変化する。

微分回路11は、通常バックグラウンドレベルに起こりう
る程度の速度（周波数成分）の変化はカットするが、１
段目のバックグラウンドレベルa₁から２段目のバックグ
ラウンドレベルa₂への変化はそれ以上の速度を有するた
め、微分回路11を通過し、トリガパルスｔとしてタイマ
回路12のタイマIC20に入力される。

イメージセンサ出力ａの変化の振幅が一定以上であれば
トリガパルスｔはタイマIC20をトリガするが、振幅が小
さいときはトリガはかからないが、そのときはノイズで
あるか、或いは１段目と２段目のバックグラウンドレベ
ルa₁、a₂の差が僅かなのであるから、タイマIC20が動作
しなくても問題はない。

上述の状態から再びトリガされないまま一定時間Ｔが経
過するとタイマ回路12がパルスp₁を出力する。パルスp₁
は微分回路21において微分され、微分されたパルスp₂が
スイッチ回路13をオンにする。このため、ピークホール
ド回路10の出力ｂはイメージセンス出力ａの２段目のバ
ックグラウンドレベルa₂に追従する（第２図（ａ）の矢
印参照）。

タイマ回路12からパルスp₁が出る前に再びトリガかかる
場合は、タイマ回路12は改めて一定時間が経過するまで
パルスp₁を出さない。このことは、１段目のバックグラ
ウンドレベルa₁に続いて、直ちに文字或いはバーコード
の情報が入ってきたことを意味する。

タイマ回路12が出力を出すまでの時間は、バックグラウ
ンドレベルとして起こりうる最短の時間より短く、文字
やバーコードの情報が黒の状態を連続して持続する最長
の時間よりも長くなければならない。もし、バックグラ
ウンドレベルより長ければ、追従できないままに終り、
また情報の連続時間より短かければ、誤って情報のある
部分で追従してしまうからである。

具体的な数字については装置のアプリケーションによっ
て決定しなければならない。例えばOCRであればJISによ
い印字範囲と用紙の左辺・右辺からの余裕6.0mm以上、
文字幅1.4mmと定められている。イメージセンサの解像
度を８本/mm、画素の読みだしクロックを8MHzすると、
時間に換算して余裕6.0μＳ以上、文字幅1.4μＳに相当
するから、タイヤ差動時間はその間の値に設定すれば良
い。

バーコードの場合もその種類によってJISあるいは国際
規格によりそれぞれ規定されているのでそれに従えば良
い。

またイメージスキャナのように一般の画像を入力する際
にも用紙周縁部の余白の大きさを規定しておけば大きい
用紙に貼り付けられた小さい色違いの用紙上の画像も正
確に入力することが出来る。

なお、上記のタイマ作動時間を設定するに際し、イメー
ジセンサ面と紙面あるいはイメージセンサ配列方向と印
字列方向の相対的な位置ズレを考慮した係数を乗じた値
とすることもできる。

〔実施例〕

第３図の実施例は、第１図の場合と同様にピークホール
ド回路10、微分回路11、タイマ回路12、スイッチ回路13
及び差動増幅回路14から成る。タイマ回路12で使用され
るタイマICとしての単安定マルチバイブレータ20aは、
この場合は負パルスでトリガされるものであるため、微
分回路11に非反転性のオペアンプ22を設けている。単安
定マルチバイブレータ20aが正パルスでトリガされるも
のである場合は、第４図及び第５図のように、オペアン
プ22a又はロジックICのインバータ23によって極性を反
転する必要がある。

上記の単安定マルチバイブレータ20aは、トリガによっ
て負のパルスを出力し、再トリガがなければ、一定時間
持続して復帰する。このパルスをさらに微分し、その立
上がりをタイマ出力とする。タイマ出力は、簡単にＣ、
Ｒによる微分回路によりパルスにしてもよいが、パルス
の幅を正確に設定したい場合は、第６図のようにもう１
段タイマIC20bを使って２段目でパルス幅を決定すれば
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明ではバックグラウンドが
２段階になった場合にも忠実にバックグラウンドレベル
を検出することができるため、画像を正確に抽出するこ
とができる。

したがって、物品上に貼られたラベル上のOCR文字やバ
ーコードの読取り、書籍上のOCR文字の読取り、あるい
は大きな用紙上に貼られたメモ等の上の画像の読取りに
際し適用範囲を広げることが出来る。

なお、この回路の本質は一定時間毎にバックグラウンド
を自動校正するところにある。もし放電時定数で決まる
ピークホールド回路の追従能力を多少オーバーする速度
でバックグラウンドが変化しても、一定時間立てば確実
に校正することが可能であり、より確実な画像信号が抽
出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す回路図、第２図の（ａ）
図から（ｄ）図は第１の各部の信号の波形図、第３図は
実施例の構成を示す回路図、第４図から第６図は第３図
の一部の変形例を示す回路図、第７図は従来例の回路
図、第８図の（ａ）図及び（ｂ）図は第７図の各部の信
号の波形図、第９図はバーコードを貼り付けた物品の斜
視図、第10図は従来例の問題点を説明する波形図であ
る。 10……ピークホールド回路、 11……微分回路、12……タイマ回路、 13……スイッチ回路、14……差動増幅回路、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イメージセンサを用いた光学式画像入力装
   置の画信号抽出回路において、イメージセンサの出力の
   ピーク値をコンデンサに充電保持するピークホールド回
   路と、イメージセンサの出力の急激な変化分をパルスと
   して取り出す微分回路と、前記微分回路の出力パルスに
   よって起動され一定時間以内に再び前記微分回路からの
   パルス出力がなければ信号を発するタイマ回路と、前記
   タイマ回路によって発せられる信号によって前記ピーク
   ホールド回路のコンデンサの電圧をイメージセンサ出力
   に一致させるスイッチ回路と、前記ピークホールド回路
   の出力とイメージセンサ出力の差を増幅する差動増幅回
   路からなることを特徴とする画信号抽出回路。
2. 【請求項２】前記一定時間は、JISあるいはその他の規
   格で定めるところの文字あるいはバーコードの印刷範囲
   から印刷物用紙の左辺あるいは右辺までの余白部分、あ
   るいは予め規定された読取対象の印刷物の用紙周縁部の
   余白部分を読取るのに要する時間より短く、かつ文字あ
   るいはバーコードの１本の線幅を読取るに要する時間よ
   り長い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載
   の画信号抽出回路。