JPH08265518A - 走査電子画像を形成する方法 - Google Patents

走査電子画像を形成する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで、原稿の画像と結果として生ずる画
像との間に高度な対応性をもつ、走査プロセス中の曲線
移動に適応する走査装置を提供する。 【解決手段】走査電子画像を形成するための走査装置と
方法は、イメージ・データとともに得られるナビゲーシ
ョン情報を使用し、ナビゲーションおよび画像の情報に
基づいてイメージ・データを修正することを含む。好ま
しい実施例において、ナビゲーション情報は、走査され
る原稿の固有の構造関連の特性を検出する少くとも1つ
のナビゲーション・センサーによって得られる。イメー
ジ・センサーが原稿と相対的に移動するとき、固有の構
造関連の特性の変動を監視することによって、原稿に沿
ったイメージ・センサーの移動を追跡することができ
る。また、ナビゲーションはスペックルに基づいてもよ
く、ナビゲーション情報を得るためのコヒ―レント照明
を使って生成されるスペックル・パターンの変動を監視
することによって、原稿に沿ったイメージ・センサーの
移動を追跡することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、走査され
る原稿の電子画像を形成するための装置と方法に関し、
特に、画像の読み取りの間の不正確な動きを適応させる
走査の装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原稿の画像を電子的に形成するためのス
キャナは、知られている。一般に、スキャナによって提
供される読み取り画像は、メモリーの中にディジタル形
式で記憶される画素のデータ配列である。歪のない画像
を得るには、原稿の画像を画素（ピクセル）データ配列
に正確にマッピングする必要がある。スキャナは、典型
的には、正確なマッピングの可能性を最大にするため
に、画像の読み取りプロセスの間、機械的制約を課す少
くとも1つの手段を含む。
【０００３】従来の技術で知られているスキャナの４つ
のタイプは、ドラム・スキャナ、フラットベッド(flatb
ed)・スキャナ、２次元のアレイ・スキャナおよびハン
ド・スキャナである。ドラム・スキャナは、原稿を、本
質的に固定された速さで回転する円筒形のドラムの表面
に張り付ける。ドラムの回転の間、イメージ・センサー
はそのドラムの回転の軸に平行な方向へ移動する。イメ
ージ・センサーの線形変位とドラム上の原稿の回転の組
み合わせによって、全体の原稿を走査することができ
る。撮像プロセスの間はいつでも、ドラムの角度の位置
と、センサーの並進の位置を測定することによって、原
稿と相対的な画素のデータ配列内の現在位置を決定する
ことができる。原稿がドラムに正しく張り付けられてい
る限り、原稿に関する画素のデータ配列の位置は固定さ
れ、ドラムの回転は正しく制御され、そして、センサー
は線形の経路に沿った変位の中で正しく制御される。
【０００４】フラットベッド・スキャナは、アレイの軸
に垂直な軸に沿って、原稿と相対的に移動するリニア・
アレイ・センサーを含む。このように、１次元でのセン
サーの位置は、センサーの相対的な移動を追跡すること
によって知ることができる。垂直な方向におけるセンサ
ーの位置は、輝度が測定される個々の配列要素をアドレ
スすることによって絶対的に固定される。フラットベッ
ド・スキャナのある具体例では、原稿は透明なプラテン
の上に置かれ、センサーは画像の照明源とともに、原稿
と向かい合ってプラテンの一端に置かれる。原稿がプラ
テンと相対的に移動しない限り、画素のデータ配列は、
読み込まれた画像に関して固定される。別の具体例で
は、センサーよりはむしろ原稿が動かされる。この第２
の具体例は、ファクシミリ機を代表する。高精度の紙の
移送は、画像の読み取りプロセスの間、高度な位置精度
を提供する。
【０００５】ドラムおよびフラットベッド・スキャナの
利点は、少なくともA4、または215.9mm x 279.4mmの紙
と同じ大きさの文書に適応できる能力を含む。さらに、
これらのスキャナのあるものは、一つの装置でA1の紙を
扱うことができる。しかし、スキャナは、制御、データ
の記憶および画像処理のためにホストコンピューターを
必要とするため、一般に携帯可能ではない。
【０００６】２次元のアレイ・スキャナは、機械的なコ
ード化の制約がない時に使用され、露出期間の間、アレ
イおよび原稿が動かない状態に保持されることのみ必要
とする。感光性素子である２次元のアレイは、画素のデ
ータ配列への原稿の画像の直接的な写像を達成する。し
かし、215.9mm x 279.4mmの原稿の１つの300 dpiの写像
には、2500x 3300の要素（すなわち825万画素）のアレ
イを有するイメージ・センサーを必要とするので、これ
らのスキャナは、ほとんどの応用において値段が非常に
高い。
【０００７】従来のハンド・スキャナは、ユーザが、原
稿上で電子光学センサー素子であるリニア・アレイを動
かすことを必要する。移動は、手の操作による。アレイ
の位置の情報は、コンピュータ・マウスの操作において
用いられるような方法を使用して決定される。リニア・
センサー・アレイが動かされるに従って、原稿と接触し
ているホイール、ボールまたはローラの回転が検知さ
れ、位置情報が、回転の機械的な詳細から決定される。
一般に、原稿と接触する機械的素子の表面は、横滑りに
抵抗して、例えばゴムのような高い摩擦係数をもつ。走
査プロセスの間、一つの並進の自由度を実施するため
に、剛性の車軸よって接続された円筒状のローラまたは
2つのホイールを使用することができる。原稿に関する
走査方向を固定するため、および一対のホイールまたは
ローラによってもたらされる並進の制約を実施するため
に、まっすぐなエッジまたは他の固定治具がしばしば使
用される。それにもかかわらず、位置エンコーダーの方
法は、しばしばスリップとスキップの影響を受けやす
く、その結果、画素のデータ配列は原稿上の画像との対
応を失う。
【０００８】一般に、ハンド・スキャナは、イメージ・
データの記憶、処理および使用のために直接的にパーソ
ナル・コンピューターに接続される。イメージ・センサ
ーからのデータの速度は、走査速度を制限する傾向があ
る。スキャナは、一般に緑または赤の発光ダイオードに
よって、ユーザにフィードバックを提供し、所望の画像
解像度のために適当な速度を維持する。あるハンド・ス
キャナは、走査速度の増加とともに増加する機械的な抵
抗をともなって、ユーザが画像の上でスキャナを非常に
速く引きずるのを防ぐために、電磁ブレーキを使用す
る。
【０００９】ハンド・スキャナは、比較的小さいイメー
ジング・アレイを利用し、一般に、一つの経路において
A6より大きな文書を扱うことができない。このことは、
より大きい文書の複数の帯を結合する繋ぎ合わせアルゴ
リズムを必要とする。帯の繋ぎ合わせは、パーソナル・
コンピューターによって別の操作で行われる。ハンド・
スキャナを使って多数のページのビジネス文書または報
告書を走査することは、しばしば低い品質結果を生む退
屈なプロセスである。
【００１０】上述したように、一般に、ある種の固定治
具が、ハンド・スキャナとともに使用される。固定治具
がない状態で、ハンド・スキャナが原稿を横切って動か
されるとき、多少の回転を負わせる傾向がある。スキャ
ナの移動の間、ユーザの肘が平らな表面に載せてあるな
らば、回転は、スキャナとユーザの肘の間の距離によっ
て規定される半径をもつものである。結果として、走査
された電子画像は、ゆがめられる。また、スキャナの帯
の間の他の曲線形の移動も、歪をつくる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】低コストで、原稿の画
像と結果として生ずる画像との間に高度な対応性をも
つ、走査プロセス中の曲線移動に適応する走査装置が必
要とされる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】走査された電子画像を形
成するための走査装置と方法は、イメージ・データとと
もに得られるナビゲーション情報を使用し、ナビゲーシ
ョンおよび画像の情報に基づいてイメージ・データを修
正することを含む。好ましい実施例において、ナビゲー
ション情報は、走査される原稿の固有の構造関連の特性
を検出する少くとも1つのナビゲーション・センサーに
よって得られる。イメージ・センサーが原稿と相対的に
移動するとき、原稿に沿ったイメージ・センサーの移動
は、固有の構造関連の特性の変動を監視することによっ
て追跡される。監視される固有の構造関連の特性は、原
稿の紙繊維または他の組成のような固有の構造上の特徴
であることが好ましい。また、ナビゲーションはスペッ
クル(speckle)に基づき、原稿に沿ったイメージ・セン
サーの移動は、ナビゲーション情報を得るためのコヒ―
レント照明を使って生成されるスペックル・パターンの
変動を監視することによって追跡される。
【００１３】「固有の構造関連の特性」は、ここで原稿
上のイメージ・データおよび／または規則正しい位置決
めデータの形成とは無関係な因子に帰する原稿の特性と
して定義される。スペックル情報の位置信号、または個
々の固有の構造上の特徴の追跡を可能にする位置信号の
ような、固有の構造関連の特性の検出に対応した位置信
号を発信することによって、ナビゲーション情報が形成
される。「固有の構造上の特徴」は、原稿を形成するプ
ロセスに特有で、原稿上のイメージ・データおよび／ま
たは規則正しい位置決めデータの形成とは無関係な原稿
の特徴として定義される。たとえば、原稿の記録された
媒体が紙製品であると、固有の構造の重要な特徴は、紙
繊維である。別の例として、光沢のある原稿またはオー
バーヘッドの透過性フィルムを横切るイメージ・センサ
ーのナビゲーションは、鏡面に影響を及ぼす表面の構造
の変動を追跡することによって決定される。典型的に
は、固有の構造上の特徴は、例えば10から40μmの間の
顕微鏡的な表面生地の特徴である。
【００１４】このように、ナビゲーション情報を得るた
めに予期される方法は、自由に変化する。最も適用範囲
の広い方法では、走査経路に沿った走査装置の曲線およ
び回転の運動の歪を取り除くために使用されるナビゲー
ション情報のソースの制限がない。したがって、ナビゲ
ーション信号は、画像信号の操作に使用される、原稿上
のイメージ・データの検出（例えば、テキスト文字のエ
ッジの識別）に対応する位置信号の形である。より適用
範囲の狭い第２の方法は、位置信号が、スペックル・パ
ターンを決定する特性のような固有の構造関連の特性の
検出に対応するものである。第３の方法は、時間をかけ
て個々の固有の構造上の特徴（例えば、紙繊維）の位置
を監視することによって走査装置の進行を追跡すること
である。この第３の方法は、実際には第２の方法のサブ
カテゴリであるので、３つの中では最も適用範囲が狭い
ものである。
【００１５】好ましい実施例において、イメージ・セン
サーは電子光学要素のリニア・アレイであり、一方、ナ
ビゲーションの方法は、ナビゲーション・センサ要素で
ある少くとも1つの２次元アレイを利用する。イメージ
・センサーの各々の端に別々の２次元のナビゲーション
・アレイを置くことによって、スキャナは、3つの運動
の自由度を与えられる。原稿が平らであるならば、自由
度の中の2つは、並進運動であり、原稿の平面内で互い
に垂直であり、一方、第３の自由度は原稿の平面の法線
を軸とする回転運動である。回転運動の追跡の精度は、
2つのナビゲーション・アレイの使用によって高めら
れ、各アレイは、１つのナビゲーション・アレイのみ使
用される場合に必要とされる以上に小さいアレイの大き
さである。好ましい実施例は、ナビゲーション・センサ
ーが２次元のアレイのものであるが、リニア・アレイを
使用してもよい。さらにより充分に後述されるが、イメ
ージ・データを修正するためのナビゲーション情報は、
符号化ホイールおよびボール、コンピュータ・マウスの
トラック・ボール、位置グリッド-検出器、加速度計、
機械的なリンケージ、非接触の電磁および静電リンケー
ジ、および時間遅延統合(time-delay integration) セ
ンサー・アレイを含む他の位置追跡手段を、走査装置に
取り付けることによって得られる。これらの代替実施例
の多くにおいて、位置の追跡が画像の取得を含まないの
で、イメージ・データを修正するためのナビゲーション
情報は、原稿の固有の構造関連の特性に依存しない方法
で得られる。
【００１６】ナビゲーション・センサーは、イメージ・
センサーに関連して既知の位置にある。ナビゲーション
・センサーは、できる限りイメージング・センサーの末
端の近傍にあることが好ましく、その結果、イメージ・
アレイが移動するときに、ナビゲーション・センサーが
原稿の端を越えて移動することがなくなる。イメージ・
センサーは、対象の画像を表す信号を形成する。同時
に、各々のナビゲーション・センサーは、原稿の固有の
構造関連の特性を表す信号を発生する。走査装置は、原
稿と接触しながら、原稿に沿って降下しながら左から
右、および右から左という択一的な移動のようなフリー
ハンドの曲折するパターンで動かされる。端から端まで
の帯の各々は、前の帯の一部分と重複しなければなら
ず、結果として画像は位置について処理され、走査プロ
セスの間または後で互いに繋ぎ合わせられる。画像信号
の処理は、イメージ・データの修正であり、その修正は
一つのまたは複数のナビゲーション・センサーと、ナビ
ゲーション・センサーによって検出された固有の構造関
連の特性との間の相対的な移動に基づく。処理とは、画
像信号の「修正」、すなわち原稿と出力画像の間の一致
を達成するために、ナビゲーション・データに基づいて
得られたイメージ・データを調整および修正する処理で
ある。繋ぎ合わせは、連続した帯の中で得られたイメー
ジ・データを接合するために用いられる。
【００１７】各々のナビゲーション・センサーは、原稿
の固有の構造関連の特性に依存するコントラストを提供
するように設計された１つまたは複数の光源を含むこと
が好ましい。放射された光は可視域にあるかもしれない
が、これは重要ではない。例えば、表面の法線に対して
大きな入射角をもつ「グレーズ」光は、紙製品の原稿の
表面または近傍の紙繊維と相互に影響し、繊維の中でコ
ントラストを高める影をつくる。一方、原稿が写真のプ
リント、粘土でコートされた紙、またはオーバーヘッド
の透過性フィルムのような光沢面をもつならば、垂直な
入射光が、ナビゲーションの目的に十分な画像のコント
ラストの特徴もつ鏡面の画像を生成する。フィルタおよ
び１つまたは複数のイメージング・レンズのような光学
素子は、固有の構造関連の特性の検出をさらに改善す
る。
【００１８】この発明の利点は、走査装置および方法
が、さらに高品質の画像の読み取りを提供しながら、走
査装置の3つの運動の自由度を可能にすることである。
このように、携帯用のポケット・サイズの走査装置が製
作され、画像の読み取りの間、原稿の表面との接触によ
って与えられるもの以外の、機械的制約を受けずに使用
される。実際、ナビゲーション画像の相関によって画像
修正が提供される実施例では、原稿と装置の接触の制約
が排除される。別の利点は、好ましい実施例の走査装置
が、固有の構造上の特徴の検出に基づいて電子画像を形
成するので、原稿の画像フィーチャ(feature)の間の大
きな「ホワイトスペース(whitespace)」の領域が維持さ
れ、したがって繋ぎ合わせ工程の間、画像フィーチャが
互いに近寄ることはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、携帯用の手持
ち式走査装置10が、原稿14に沿って曲折する経路12に従
っているように示されている。好ましい実施例において
原稿は、１枚の紙、オーバーヘッドの透過性フィルム、
または画像が記録された他の任意の面であり、原稿の固
有の構造関連の特性が、曲折する経路に沿った進行の間
に位置情報を提供するのに十分なコントラストをその上
に生成する。典型的には、固有の構造上の特徴の位置は
追跡され、その位置情報はイメージ・データを修正する
ために使用されるが、他の実施例も記述される。走査装
置は、好ましくは内蔵電池式だが、外部の電源、または
コンピュータまたはネットワークのデータ・ポートへの
接続を含んでもよい。
【００２０】図1の走査装置10は、画像ディスプレイ16
を含む。ディスプレイは、読み取られた画像のほとんど
即時の表示を提供する。しかしディスプレイは、走査装
置の使用について不可欠ではない。走査装置10は、3つ
の自由度を許し、２つは並進運動、１つは回転運動であ
る。第１の自由度は、原稿１４に沿った端から端への移
動（X軸移動）である。第２の自由度は、原稿に沿った
上方および下方への移動（Y軸移動）である。第３の自
由度は、原稿１４のエッジに関連してイメージ・センサ
の構成要素であるリニア・アレイの回転方向のずれ（Θ
軸移動）を生じる装置の操作である。すなわち、イメー
ジング素子であるリニア・アレイは、装置の並進の方向
に垂直でない迎え角を持つことがある。
【００２１】図1ないし3を参照して、走査装置10の前部
18は、原稿14とイメージング・センサ22の間の適当な接
触の維持を助けるピボット部材20を含む。ナビゲーショ
ン・センサー24および26は、イメージング・センサーの
向かい合った端に位置する。ナビゲーション・センサー
はピボット部材の上に設置されるので、イメージング・
センサーに関して固定された位置に置かれる。
【００２２】物理的な小型化のためには、イメージング
・センサー・アレイ22は接触する画像装置であることが
好ましいが、小型化の重要性がより少ない、またはより
小さい画像が望まれる応用には、投影光学を用いたセン
サーが１より小さい倍率で使うことができる。そのよう
な応用において、イメージング・センサー22の構成要素
は、より小さく、より近接して一緒に詰め込まれるべき
である。接触式の撮像デバイスは、典型的には、日本板
硝子社の商標SELFOCで販売されるレンズを用いる。あま
り一般的ではないが、接触式の撮像は、ソースおよび近
接センサーをインターリーブしたアレイ素子を使用し
て、イメージング・レンズなしで得ることができる。走
査用の従来のイメージング・センサーを、使用すること
もできる。またイメージング・センサーは、照明源、照
明の光学素子および画像転送の光学素子を含む装置の一
部であってもよい。
【００２３】イメージング・センサーは、離散的な光学
的に敏感な素子のリニア・アレイとして示される。素子
の間隔は、スキャナ10の空間解像度を決定する役割を果
たす。例えば、101.6 mmの長さを持つリニア・アレイ
は、300 dpiの解像度を達成するために1200のセンサー
素子を必要とする。センサーは、充電連結された装置、
非結晶のシリコン・フォトダイオード・アレイまたは既
知の他のタイプのリニア・アレイである。
【００２４】イメージング・センサー装置の設計におい
て重要な考慮すべき問題は、速度である。イメージング
・センサー22は、１秒当たりおよそ10 Kのサンプルで各
画素を撮像できることが好ましい。リニア・イメージン
グ・アレイは、一般にシリアルなデータ列を生成し、そ
の中で画素の値、すなわち電荷がシフト・レジスタに入
れられ、そして外へ移される。所望の速度を達成するこ
とは、全体のイメージ・アレイからの非常に速い直列転
送速度または複数のタップを必要とし、その結果画素の
値を、より少数のセルを通してシフトすることができ
る。これは、デジタル処理に有利な並列性を導入する。
【００２５】速度要求の別の結論として、原稿の表面の
画素領域の積、および各アレイ素子に収集され運ばれる
放射光の立体角は、100マイクロ秒のオーダーの積分時
間に検出可能な信号を生成するように、十分大きくなけ
ればならない。拡張オプションは、各々の検出素子が反
応するセンサー・ピッチの実行部分を増加させるため
に、光学素子をセンサーに加えることである。一般に、
アレイの列には不使用の領域があるので、そのような集
光光学素子は、感度を増加させる。
【００２６】イメージング・センサー22の率直な修正
は、カラー・イメージの検出を可能にする。入射光の
赤、緑および青の成分をそれぞれ選択的に通過させる、
少くとも1つのはめ込まれたフィルター素子をそれぞれ
有する互いに平行な3つのリニア・アレイは、カラー撮
像を可能にする。代替として、広帯域の感度を持つ一つ
のアレイが、赤、緑と青の光源によって順に照射されて
もよい。
【００２７】イメージング・センサー22の処理を改善す
るための照明に関して、琥珀色波長の高輝度の発光ダイ
オードのリニア・アレイを、使用することができる。し
かし、好ましい照明源と光学素子の選択は、原稿の媒質
に依存する。原稿14の所与の領域を走査する間に得られ
るコントラスト・イメージ・データを最大にするよう
に、光の波長が選択され、一方、不必要な信号は無視さ
れる。照明光学素子は、LEDドーム・レンズから成る
か、または最小限の光損失の量で原稿上へ照明を指向す
る、精密に作られた光学素子からなる光導波路を含む。
そのような設計は、広範囲の角度での原稿の目標領域の
比較的均一な照射を可能にするが、鏡面反射を避けるた
めに、垂直な入射光を遮断する。
【００２８】図1において、曲折する経路12は、４つと
少しの量の帯を有するよう示されている、すなわち、原
稿14を端から端へ横切っている。最も便宜的な応用のた
めの有用なイメージング・センサー22は、25.4 mmと10
1.6 mmの範囲の長さを持つ。センサー22が63.5 mmの長
さを持つならば、A4用紙を4つまたは5つの帯で走査する
ことができる。より詳しく後述されるが、帯は重複の領
域を含むべきであり、その結果、繋ぎ合わせプロセス
が、原稿の画像の正確な再現を生成するために使用され
る。
【００２９】走査装置10は、一般に少くとも1つのナビ
ゲーション・センサー24または26を含む。好ましい実施
例において、装置は、イメージング・センサー22の向か
い合った端に位置する一対のナビゲーション・センサー
を含む。光電式の素子である１次元のアレイが使用され
る一方で、好ましい実施例において、各々のナビゲーシ
ョン・センサーは、素子の２次元のアレイである。ナビ
ゲーション・センサー24および26は、原稿14と相対的な
走査装置10の移動を追跡するために使用される。
【００３０】好ましい実施例において、各々のナビゲー
ション・センサー24および26は、走査装置10の位置に関
する情報を生成するために、原稿の固有の構造関連の特
性に関連した画像を読み取る。先行技術の多くの走査装
置では、固有の構造上の特徴は、ノイズとみなされる。
図1ないし3の走査装置10では、そのような特徴は、イメ
ージング・センサー22に関するノイズではあるが、位置
情報を生成するためのナビゲーション・センサー24およ
び26に基礎を与えるために使用することができる。媒体
に固有の構造上の変動、例えばテキストのような媒体上
に形成された構造上の変動を検出することによって、表
面生地の有用で高コントラストの画像を生成することが
できる。例えば、画像は、固有の構造上の特徴の谷間の
影と頂点の輝点とのコントラストに基づいて形成され
る。典型的には、そのような特徴は、事実上微細であ
り、通常の印刷された媒体上で、サイズは10μmと40μm
の間の範囲である。代替として、コヒ―レント・ビーム
の鏡面反射が、明暗領域のコントラスト・パターンを生
成するので、スペックルを使用することができる。第３
のコントラスト情報源は、色である。色のコントラスト
は、表面生地に依存しない。可視領域の光で構造のない
表面を照射する時でも、異なった色の領域の間、例えば
灰色の異なった影の間に、色のコントラストが存在す
る。
【００３１】しかし、ナビゲーション情報が原稿の固有
の構造関連の特性に依存しない応用に、本発明を用いる
ことが考えられる。例えば、図2のナビゲーション・セ
ンサー24および26の一方または両方が、原稿上の印刷の
連続した画像を形成するために使用され、その連続した
画像の中の相関関係が、原稿14に沿ったイメージ・セン
サー22の位置と方向を決定するために使用される。この
実施例において、すべての3つのセンサー22、24および2
6が原稿上のテキストを撮像するが、センサー22からの
信号だけが、イメージ・データを得るために使用され
る。ナビゲーション・センサー24および26からの信号
は、画像に基づくナビゲーション情報を得るために使用
される。
【００３２】また、X、Yおよびシータの位置情報を取得
し、処理するために、撮像なしの方法を使用することが
できる。残念ながら、代替手段の多くは、小型化、利便
性、速度、運動の自由、消費電力、正確さ、精密さおよ
び／またはコストについて、様々な制限を負わせる。位
置情報を得るのに利用できる、撮像に依らない一つの代
替は、ナビゲーション・センサーの代わりに、一つまた
は複数の符号化ホイールを提供することである。符号化
ホイールは、走査表面をスリップなしで回転し、走査装
置を直線または曲線の経路で移動させることができる。
符号化ホイールが共通の軸の上にあることは、重要では
ない。ホイールは、回転するように取り付けられる。回
転を監視するために接続されるエンコーダーは、出発の
位置と方向と相対的なイメージング・センサーの位置と
方向を計算するための入力データを提供する。
【００３３】ナビゲーション情報を得る別の画像なしの
方法は、コンピュータ・マウス用のものと同様のトラッ
ク・ボールを使用することである。トラック・ボール
は、上述された各々のエンコーダー・ホイールに代わっ
て、使用することができる。エンコーダーは、２次元の
変位の情報を各々のトラック・ボールから得るために使
用される。別の方法では、走査される原稿の支持として
機能する、横たわるタブレットに形成された、協力的な
（能動または受動）グリッドその他の基準に対する相対
的な位置と方向を検出するために、図２のナビゲーショ
ン・センサーに代わって、光学または電子（容量性、抵
抗性または導電性の）センサーを使用することができ
る。
【００３４】位置と方向の情報を得る別の画像なしの方
法は、加速度計を提供することである。オンボード慣性
航法プラットホームが使用され、加速度が検知され、速
度を得るために１回積分され、位置を得るために２回積
分される。または、ばねでつるした分銅の速度が検出さ
れ、位置を得るために１回積分される。ジャイロスコー
プは、方向の直接的な検出に用いることができる。
【００３５】さらに別の代替方法は、走査される媒体に
関して固定された基準座標と相対的な位置および方向を
追跡するための、任意の様々な機械的リンケージを使用
することである。位置および方向の情報は、機械的部材
の相対的な移動を測定するために連結されたセンサーに
よって得ることができる。これらのセンサーは、相対的
または絶対的なタイプのどちらかであり、直接の位置お
よび方向の検出、あるいは加速度または速度の検出に基
づくことができ、この加速度または速度は、次いで位置
を得るために時間に関して１回または２回積分される。
また、接触なしのリモート・センシングが、走査原稿に
関して固定された基準座標と相対的な走査装置の位置と
方向を測定するために使用されてもよい。このような接
触なしの検出の例は、電磁界、波またはビーム（例え
ば、光学または無線周波数、電気効果（例えば、容量
性）、および／または磁気効果（例えば、誘導性）を使
用するものを含む。これらの方法は、標準または他と異
なるグローバル・ポジショニング技術を利用してもよ
く、場合によっては衛星を使用してもよい。またこれら
の方法は、三角測量のような伝統的な航行／測量方法を
含むことができる。またそれらは、形づくられた光ビー
ムを使って、これらのビームが捕らえる動く対象物の画
像から位置を解読するような、ロボット工学技術で使わ
れる技法を含んでもよい。
【００３６】図２のナビゲーション・センサー24および
26は、原稿14の動く画像を効果的に観測し、連続した観
測の間の２次元平面における変位の指示を生成する。よ
り詳細に後述されるが、ナビゲーション・センサーから
の画素の値は、イメージング・センサー22からのイメー
ジ・データの適当な写像を決定するために、プロセッシ
ング素子によって処理される。プロセッシング素子は、
各々の画素の位置の相関値の列を生成するために、特定
の画素とそれに最も近い隣のものに関して処理する。相
関値は、現在の表面構造の画像と、位置基準として機能
し、固有の構造上の特徴の既知の位置を表現する記憶さ
れた画像との間の比較に基づくものである。しかし、相
関プロセス以外の処理は、出力画像を形成するために入
力イメージ・データを処理するときに用いられる。
【００３７】ここで図4および5を参照すると、ナビゲー
ション・センサー24は、操作上照明光学素子に関連して
示されている。原稿14は、紙繊維がナビゲーション・セ
ンサー24によって検知され得る紙製品であるならば、法
線にほぼ直角な入射角での光の導入が好ましい。重要で
はないが、１つまたは複数の発光ダイオード（LED）28
が使用されてもよい。グレーズ角30は、入射角の余角で
あり、0度から15度の範囲にあることが好ましいが、こ
れは原稿14の特性に依って変わる。図5において、光源2
8は照明光学素子34とともに示されている。光学素子
は、目標の表面の、視準されほぼ均一の適当な照明を完
成するために、一つの素子またはレンズ、フィルタおよ
び／またはホログラフィー素子の組合せを含む。光源28
によって放射される光の波長は、ナビゲーションに利用
できる空間周波数の情報を増やすように選ばれるべきで
ある。照明領域の固定されたパターン・ノイズは、最小
限にされなければならない。走査装置が、インクまたは
他のマーキング薬品を吸収および反射しながら印刷され
た物質の上を進むとき、光源28の出力は、媒体の広いダ
イナミックレンジの反射を適応させる調整を必要とす
る。
【００３８】図4において、光源35からの光は、照明光
学素子36で視準され、それから振幅分割するビーム・ス
プリッター37によって再び指向される。ビーム・スプリ
ッターに直接、またはビーム・スプリッターを透過する
LEDからの光エネルギーの部分は、図4に示されない。ビ
ーム・スプリッターからの光エネルギーは、表面に対す
る法線に沿って原稿14を照明する。
【００３９】また、原稿14から反射または散乱され、素
子38で開口およびフィルタし、素子39で画像に焦点を合
わせるためにビーム・スプリッター37を通過する光エネ
ルギーの部分が図4に示されている。原稿からビーム・
スプリッターへ通過し、ビーム・スプリッターから反射
する光エネルギーの部分は示されてない。ナビゲーショ
ン・イメージング光学素子の倍率は、焦点に集まられた
光を検出する２次元のセンサー・アレイ24の視野の範囲
で一定でなければならない。多くの応用において、ナビ
ゲーション光学素子の変調伝達関数、すなわち、光学の
周波数応答の振幅測定は、ナビゲーション・センサーの
センサー素子のピッチおよび光学素子の倍率によって決
定されるナイキスト周波数より前に、減衰を提供するよ
うなものである。また光学素子は、背景照明がノイズを
つくるのを防ぐように設計されなければならない。ま
た、波面分割ビーム・スプリッターが使用されてもよい
点に注意されたい。
【００４０】入射角の選択は、原稿の物質の特性に依存
する。照明のグレーズ角は、より長い影およびより明白
なコントラストを、または原稿の表面に光沢がなければ
AC信号を生成する。しかし、DC信号レベルは、照射角が
原稿に対する法線に接近するに従って増加する。
【００４１】グレーズ角30で原稿14の対象範囲を照射す
ることは、原稿の表面が微細なレベルで高精度の起伏を
もつ応用について良好に作用する。たとえば、光源28か
らのグレーズ角での光の導入は、原稿が印字用紙、ボー
ル紙、織物、または人間の皮膚であるとき、固有の構造
上の特徴に関係するデータの高いＳＮ比を提供する。一
方、垂直入射角の非干渉性の光の使用は、位置データ
が、写真、光沢のある雑誌ページおよびオーバーヘッド
の透過性フィルムのような原稿に沿ったスキャナの移動
を追跡するために必要とされる応用において、好まし
い。垂直照射では、非干渉性の光を使用して鏡面反射の
領域の原稿を見ることは、画像および相関に基づくナビ
ゲーションを与える構造の内容が、十分に豊富な画像を
提供する。原稿の表面は、あたかも表面がタイルのモザ
イクまたは切り子面であるかのように光を反射する、微
細な起伏を有する。原稿の「タイル」の多くは、法線か
らわずかにずれた方向に光を反射する。こうして、散乱
した光と鏡面反射された光を含む領域は、まるで表面
が、各々がいくぶん法線に関して傾いた多くのタイルか
ら成るようにモデル化される。このモデル化は、「低い
光沢の表面から鏡面および拡散素子への散乱光の分析」
という題名の論文（Proc.Phys.Soc., Vol. 51, ページ
274-292 (1939)）におけるW.W.バーカスのモデル化と類
似している。
【００４２】図4は、光源35による、原稿14の表面に対
する法線に沿った方向の非干渉性の光の照射を示してい
る。図5は、グレーズ角30での照射を表している。第３
の実施例では、照射は提供されない。その代わりに、ナ
ビゲーション情報は、背景光、すなわち周囲からの光を
使用して蓄積される。
【００４３】第４の実施例では、コヒーレント照射が、
スペックルに基づくナビゲーションを与えるために垂直
入射で導入される。走査装置と原稿の間の相対的な移動
は、ナビゲーション・センサーと相対的なスペックルの
移動を監視することによって追跡される。イメージング
光学素子を使用せずに、せまい照射領域を選び、原稿の
表面とナビゲーション・センサー24の光検出アレイの間
に比較的大きい距離をもたせることによって、コヒ―レ
ント照射が使用されるならば、コヒ―レント照射を用い
た結果として生ずる優れたスペックルのセルのサイズ
は、十分に大きく、ナイキスト・サンプリング判定基準
を満たす。ビーム・スプリッターの使用は、図４で同じ
ように完成されるように、入射照明と、原稿の表面に対
する法線に近接する検出される散乱の、両方の方向を与
える。
【００４４】ここで図6を参照すると、スキャナ10は、
原稿の表面上に刻み込まれたブロック46を有する原稿44
を横切って動かされるように示されている。スキャナ10
は、原稿の平面で運動学的な制約を受けないので、ユー
ザーは、ユーザの手と前腕が肘を中心に回転するととも
に、原稿を横切って曲線の経路をたどる傾向がある。図
6において、走査装置は、ブロック46を横切ってカーブ
した経路48をたどるように示されている。走査装置の下
端が、回転の軸を定義する肘により近いほうの端である
ならば、下端は、より短い半径をもつ。したがって、イ
メージング・センサーのイメージング素子は、ブロック
46の上を通過するのに必要な時間と距離に関して変わ
る。装置が破線に示される第２の位置に動かされるに従
って、ブロックの歪曲した画像50が、読み取られる。
【００４５】読み取られた画像50は、以下に記述される
処理がない場合に、記憶される画像である。しかし、イ
メージング・センサーが、ブロック46に関連したデータ
を読み取るとき、ナビゲーション情報が取得される。好
ましい実施例において、１つまたは複数のナビゲーショ
ン・センサーが、原稿44の固有の構造上の特徴に関連し
たデータを読み取る。走査装置10と相対的な固有の構造
上の特徴の移動は、ブロック46と相対的なイメージング
・センサーの変位を決定するために追跡される。それか
ら、正確な読み取られた画像54が形成される。画像54
は、ここで「修正された」画像として定められる。
【００４６】図7に、ナビゲーション処理の一つの実施
例が示されている。ナビゲーションの処理は、固有の構
造上の特徴に関連するデータのような、ナビゲーション
情報の連続したフレームを相関させることによって実行
される。相関は、連続したフレームにおける固有の構造
上の特徴の位置を比較し、特定の時間のナビゲーション
・センサーの位置に関連した情報を提供する。こうし
て、ナビゲーション情報は、イメージ・データを修正す
るために使用される。図7の処理は、普通各々のナビゲ
ーション・センサーについて実施される。
【００４７】第１のステップ56で、基準フレームが取得
される。事実上、基準フレームが出発位置になる。後来
の時間のナビゲーション・センサーの位置は、後来の時
間のナビゲーション・センサーからの位置データのサン
プル・フレームを取得し(58)、それから基準フレームと
後から取得されたサンプル・フレームの間の相関を計算
する(60)ことによって、決定される。
【００４８】最初の基準フレームを取得する(56)こと
は、撮像プロセスの開始と同時に行われる。たとえば、
取得は、原稿と接触する走査装置の単なる配置によって
引き起こされるかもしれない。代替として、走査装置
は、画像プロセスとナビゲーション・プロセスを始める
スタート・ボタンを含むかもしれない。また、開始は各
ナビゲーターの照明システムの周期的なパルスによって
起こるかもしれない。規定された反射の閾値を越える反
射信号、または運動を示す相関信号があるならば、基準
フレームは取得される。
【００４９】ナビゲーション処理を計算によって実行し
ながら、図７および８を参照してこの実施例の概念を述
べる。基準フレーム62は、T型の固有の構造上の特徴64
の画像を有するように示されている。基準フレームのサ
イズは、走査装置の最大走査速度、構造上の特徴の撮像
における主空間周波数およびセンサーの画像解像度のよ
うな要因に依存する。32画素(N) x 64画素(M)のナビゲ
ーション・センサーの基準フレームの実際上のサイズ
は、24x56画素である。
【００５０】後の時間（dt）に、ナビゲーション・セン
サーは、フレーム62に関して置き換わるサンプル・フレ
ーム66を取得するが、実質的に同一の固有の構造上の特
徴を示している。期間dtは、T型の特徴64の相対的な変
位が、走査装置の並進の速度でナビゲーション・センサ
ーの１画素より小さくなるように、設定されることが好
ましい。許容時間は、600 dpiで0.45m/sの速度のとき、
50μsである。この相対的な変位は、ここで「マイクロ
ステップ」と呼ばれる。
【００５１】基準フレーム62の取得(56)とサンプル・フ
レーム66の取得(58)の間の時間に走査装置が移動する場
合、T型の特徴の第１および第２の画像は、特徴がシフ
トしたものである。好ましい実施例では、dtは全画素の
移動を許す時間より短く、図8の概略図は、特徴64を１
画素ずつ上および右にシフトさせたものである。図示を
簡潔にするために全画素をシフトして示してある。
【００５２】図8の素子70は、フレーム68の画素の値
の、近傍の８画素への連続したシフトを表す。すなわ
ち、ステップ「0」はシフトを含まず、ステップ「1」は
上方かつ左方への斜めのシフトであり、ステップ「2」
は上方へのシフトである等である。このように、画素が
シフトされたフレームは、サンプル・フレーム66と組み
合わせられ、位置フレームの配列72を生成する。位置フ
レームは、「位置O」がシフトを含まないように示し、
結果はフレーム66と68の単なる組合せである。「位置
3」は、陰にされた画素の最小数を有し、したがって、
最も高い相関をもつフレームである。相関の結果に基づ
くサンプル・フレーム66のT型の特徴64の位置は、前に
取得された基準フレーム62の同じ特徴の位置と相対的
な、斜めの右方および上方へのシフトであると決定さ
れ、それは装置が時間dtの間左方および下方へ移動した
ことを意味する。
【００５３】他の相関方法が用いられるかもしれない
が、許容できる方法は、「差の二乗の和」の相関であ
る。図8の実施例では、素子70の9つのオフセットから形
成される9つの相関係数（Ck = C0, C1・・・C8）が存在
し、相関係数は方程式によって決定される。
【００５４】
【数１】 ここでSijは、サンプル・フレーム66の位置ijでのナビ
ゲーション・センサーの測定値を示し、Rijは、素子70
でk方向にシフトされたフレーム68でのナビゲーション
・センサーの測定値を示し、kは素子70でのシフトの識
別子である。図8において、k=3は相関係数に最も低い値
を提供する。
【００５５】相関は、フレームからフレームへの変位を
決定するために、連続したフレームにおいて同一の特徴
の位置を見つけるために使用される。これらの変位を合
計または積分すること、および関連した光学素子の設計
を通してもたらされるスケール・ファクターのために修
正することは、走査手順のナビゲーションに従ってイメ
ージング・センサーの変位を決定する。
【００５６】上述したように、フレームの速度は、変位
が１画素の次元を越えないことを保証するように十分に
高速で選ばれるので、フレームからフレームへの相関
は、「マイクロステップ(misrostep)」と呼ばれる。過
多なサンプリングは、下位の画素の変位の精密さを提供
することができる。図7を参照すると、マイクロステッ
プが行われるべきかどうかの決定74は、相関の各々の計
算64に従って行われる。マイクロステップが必要であれ
ば、76で基準フレームがシフトされる。このステップに
おいて、図8のサンプル・フレーム66は基準フレームに
なり、新しいサンプル・フレームが取得される。こうし
て相関の計算は、繰り返される。
【００５７】プロセスが高度な相関の一致を提供する一
方、生じる全ての誤差は、サンプル・フレーム66の基準
フレーム指定へのそれぞれの連続したシフト76とともに
累積する。この「ランダム・ウォーク」誤差の成長率に
対する制約を負荷するために、サンプル・フレームは別
々のバッファー・メモリーに記憶される。この別々に記
憶されたサンプル・フレームは、引き続く一連の相関の
計算のための新しい基準フレームになる。後半の相関
は、「マクロステップ(macrostep)」と呼ばれる。
【００５８】マクロステップを使用することによって、
m個の画像フレームの変位（すなわちmマイクロステッ
プ）の距離を横切るスキャナの変位のより精確な決定を
得ることができる。１マクロステップにおける誤差は一
つの相関計算の結果であり、一方、同等のmマイクロス
テップの誤差は、１マイクロステップにおける誤差のm
1/2倍である。mが増加するにつれて、m個のマイクロス
テップにおける誤差の平均はゼロに接近するが、誤差の
平均における標準偏差は、m1/2になる。こうして、マク
ロステップを定義する2つのフレームが、重要な共通の
画像内容の領域を持たないほどお互いから離れて間隔を
あけない限り、実際にmの大きさをもつマクロステップ
を使用することによって、累積誤差の標準偏差を引き下
げることが有効である。
【００５９】サンプリング周期dtは、一定である必要は
ない。サンプリング周期は、前の測定値の関数として決
定される。変数dtを使う一つの方法は、ある範囲内の連
続した基準フレームの間の相対的な変位を保つことによ
って、変位計算の正確さを改善することができる。たと
えば、上限は１画素の変位であり、一方、下限はナビゲ
ーション・データの処理における数量の四捨五入の考慮
によって決定される。図9を参照すると、イメージング
・センサー22で生成された画像信号は、ナビゲーション
・データに基づいて、「位置タグ付け」される。ある実
施例において、2つのナビゲーション・センサー24およ
び26からの画素の値が、ナビゲーション・プロセッサー
80によって図7および8の処理を実行するために受け取ら
れる。計算された相関に基づいて、座標が、第１のナビ
ゲーション・センサー24の現在位置（X1、Y1）および第
２のナビゲーション・センサー26の現在位置（X2、Y2）
として決定される。また、ナビゲーション・プロセッサ
ー80は、画素増幅器82とアナログ・デジタル変換器84を
通してイメージング・センサー22の画素の値を受け取
る。図9は、イメージ・センサー22および一つのＡ／Ｄ
変換器84からの１つの接続のみを示しているが、各々の
Ａ／Ｄ変換器についての複数の接続は、本発明の範囲内
である。ナビゲーション・センサーの現在の位置座標
は、イメージング・センサー内の画素数に対応する一列
のデータの終端に「ラベル付け」される。したがって、
ナビゲーション・プロセッサー80の出力86は、位置タグ
付けされたデータ・ストリームである。図10において、
データ・ストリームのインクリメント88は、この順序付
けは重要ではないが、N個の画素のセルの向かい合った
端の位置座標セル90、92、94および96を有するように示
されている。
【００６０】ナビゲーション・プロセッサー80の出力86
の位置タグ付けされたデータ・ストリームは、XとY軸に
おいて連続性を提供する記憶場所を満たすために画像を
与える像空間に最初に記憶される。したがって、画像の
取得は、原稿の左上コーナーから右下コーナーへの走査
に制限されない。各々の画像の画素は、任意の起点から
の相対的な変位（X,Y）と関係するので、画像は、Xおよ
びY方向に画像メモリーの最大サイズまで広がることが
できる。
【００６１】走査装置が原稿を横切るとき、イメージン
グ・センサー22は同（クロック）される。同期（クロッ
キング）は、センサーの最も速く動く素子が、１画素の
変位につき少なくとも１回サンプルどりすることを保証
する。図6を参照して上述されたように、画像の読み取
りの間の走査装置10の重要な歪曲の問題の中で、イメー
ジング・アレイの一端は、他端よりも速く並進し、遅い
方の端の画素が過多にサンプルどりされる。この状況
は、最も最近の読み取りを（グレースケールとして）記
録すること、または像空間において特定の画素の位置で
の論理和モードで（バイナリー・イメージとして）記録
することのいずれかによって扱われることができる。
【００６２】次の処理は、位置タグ付けされたインクリ
メントを写像することである。ある実施例において、イ
ンクリメントの終点は、列ごとに結合される。イメージ
ング・センサー22の各々の画素の距離が固定されるの
で、列と相対的な画素の物理的な位置を計算することが
できる。各々の画素の物理的な位置を決定するための一
つの方法は、ブレッセンハム・ラスター・ライン技法の
変形である。その変形は、イメージング・センサーの画
素の配列は固定されるので、列のループはそれと同じ数
で固定されるというものである。すなわち、通常のブレ
ッセンハムのアルゴリズムは、列のループの反復数がde
lta_xおよびdelta_yよりも大きいもの、すなわち最大値
（delta_x、delta_y）であるが、変形されたアルゴリズ
ムでは、慣例として最大値（delta_x、delta_y）が使用
されるところで、アレイに沿った画素の数（N）が使用
され、その結果ループはＮ回実行する。以下のプログラ
ムの原理は、このアルゴリズムを説明している。
【００６３】
【表１】 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ブレッセンハムの線引きアルゴリズムを使用して、画素の値のＮ要素の配列の終 点の位置の対(xa,yb)および(xb,yb)を使ってget_pixel()を画素の値に入れる ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ delta_x = xb - xa delta_y = yb - ya inc_x = (delta_x > 0) - (delta_x < 0); /* インクリメントは+1または-1 */ inc_y = (delta_y > 0) - (delta_y < 0); delta_x *= inc_x; /* 絶対値をとる */ delta_y *= inc_y; x = xa; y = ya; x_err = 0; y_err = 0; for (i = 0; i < N; i++) { get_pixel(i/2, x/2, y/2); x_err += delta_x; y_err += delta_y; if (x_err >= N) { x_err -= N; x += inc_x; } if (y_err >= N) { y_err -= N; y += inc_y;}} このように、Ｎ個の画素のイメージング・センサーの終
点であるラスター（xa、ya）および（xb、yb）上に２点
が与えられ、目的は、各々の画素が読み取られるラスタ
ー上の点（x、y)を連続して見つけることである。これ
らの点は、aおよびbの終点を結ぶ直線への最良の近似を
形成する。xとyについて差を求める。aとbの間の距離の
正負符号から、ラインが横切るに従って、xおよびyが増
加させられるのか、減少させられるのかを判断する。2
つのエラー・レジスタx-errおよびy_errにゼロに設定し
て、x = xaでスタートし、ループを開始する。次に、
(x、y)で値を読み込み、それをget_pixel()を使用して
出力ラスターに書き込む。ナビゲーションの半分の解像
度のリニア・イメージ・センサーが与えられ、センサー
の画素数と出力ラスターの位置としてi/2、x/2、y/2が
使用される。delta_xおよびdelta_yをそれぞれのエラー
・レジスタに加え、それから両方のエラー・レジスタを
テストして、それらがNを越えるかどうかを調べる。も
し越えるならば、Nをそれらから減じて、インクリメン
トによってxおよび／またはyを変更する。エラー・レジ
スタがＮを越えないならば、現在のxとyの値を使用し続
ける。プロセスは、ループがN回実行されるまで続けら
れる。
【００６４】次のステップは、それらの重複した領域内
の連続した画像の帯を繋ぐことである。これは、累積さ
れたナビゲーションの誤差の多くを識別および修正し、
任意の残留する誤差をマスクするような方法で行われ
る。この「マスキング」は、たとえば、白い空き領域、
すなわち上述のまたは適応する閾値以上の輝度値をもっ
た領域において繋ぎ合わせることによって、白い背景の
上の黒い印刷領域で行われる。以下の段落で、重複の領
域から重複データが識別される（破棄される）方法と、
ナビゲーション誤差が測定および修正される方法を説明
する。
【００６５】画像の帯を繋ぎ合わせる技法は、走査技術
において知られている。これらの技法は、一般に一対の
完全な画像の帯を必要として、2つの帯を重ね合わせる
一つの、グローバルな変換を生成する。しかしこの場
合、連続したナビゲーション・データは、繋ぎ合わせに
必要な登録情報を提供する。ナビゲーション信号は誤差
を累積する傾向があるので、それは特徴のオフセットの
分析から引き出される修正信号をフィードバックするこ
とによって絶えず修正される。
【００６６】重複領域は、ナビゲーションの修正がこの
領域内の特徴を相関させることによって計算されるの
で、2つの画像の帯を繋ぎ合わせるために必要である。
帯#1が、リターン経路の帯#2によって再びサンプル取り
される、図11に描かれた状態を考える。時間Tで、部分
的な帯は以前に走査されている。図12は、この重複領域
108を強調する。図12に示されるように、帯#1の収集の
間、四辺形の画像セグメント（以後「登録タイル」と呼
ぶ）は、上述されたタグ110、112および114の位置とと
もに帯の下端に沿って周期的にラベル付けされる。後の
経路（帯#2）の上で、帯#1のタグを付けられた領域より
上の「余りの重複領域」108は、どこで切るかを決定す
るためにナビゲーション情報を使用して切り取られる。
帯#2において各々の切片の長さが得られるにつれて、帯
#1からの登録タイルは、「余り」が切り取られたあと、
帯#2に残されているものの上部に位置する。ナビゲーシ
ョン・データが完全であるならば、タグ#1の位置と、帯
#2の中のそのタイルの再び走査された画像の位置との間
のオフセットは存在しない。より現実的に、最後の登録
が実行された後、ナビゲーション誤差が累積される。そ
して、全ての累積された誤差を最小にするために、デー
タと関連する将来のナビゲーションの位置タグを更新す
るために使用される補正率をこれらの2つのタイルの間
のオフセットが、生成する。このようにして、ナビゲー
ション・データの全ての累積された誤差は、それが帯の
重複領域の中の明らかな歪曲を導入するほど大きくなる
ことを防ぐ。
【００６７】帯#1と帯#2が一つの画像を生成するために
結合されるので、帯#2がその中に位置されるまで、原稿
の登録タイルのコピーを一時的に記憶するために、バッ
ファが使用される。完全な登録タイルは、この相関のた
めに使用されてもよいが、好ましい実施例において、グ
レー・スケールの画像の長方形のタイル（例えば、15x
15画素）から成る高周波のコントラスト（以後「特徴」
と呼ぶ）の小さい領域は、帯#1の登録タイル内に位置
し、バッファに保存される。この特徴の位置が二度目に
クロスされるとき、保存された特徴の位置と帯#2におけ
る同じ特徴の間のオフセットは、ナビゲーション修正信
号、すなわち２つの特徴を近接して対応させるために必
要な変換を生成する。他の相関方法が使われる中、許容
できる方法は、「差の２乗の和」の相関である。小さい
サーチ領域は原稿の特徴の位置のまわりで定義され、相
関係数は方程式によって決定される。
【００６８】
【数２】 ここでTi,jは、帯#1からの特徴のグレー・スケールを示
し、Ii+k,j+1は、帯#2から新しく取得された特徴のグレ
ー・スケール値を示す。添え字iとjは特徴の中の位置を
指定し、kとlは、（サーチ空間内に残ることを強制され
る）予定される変換のオフセットの絶対値を指定する。
結果として生ずる相関配列における最小の要素は、2つ
の特徴の間のオフセットを示す。下位の画素の位置の正
確さは、このボウル型の結果の最少限度を見つけるため
に補間を使用して得られる。
【００６９】登録タイルの中の特徴は、これが相関方法
の正確さを改善するので、画像分散を最大にするように
選ばれる。一つの可能な実施例において、領域内の位置
のサブセットだけが、考慮される。これらの位置116、1
18、120、122および124は、登録タイルの主軸126および
128（領域を定義するラインの向かい合った中心点を結
ぶライン）に沿って置かれているように、図13に示さ
れ、交点および交点と軸の各々の端点の間の中間点でサ
ンプル取りされる。各々の位置116、118、120、122およ
び124のために、分散VARk,lは、方程式を使用して計算
される。
【００７０】
【数３】 最終的に表される画像において明らかな歪曲を防ぐため
に、誤差の推定は、ゆっくり適用される。リニア・セン
サーのデータの各々の新しい列がメモリにロードされる
に従って、全誤差のための清算があるまで、「位置タ
グ」が少ない固定量のステップで修正される。
【００７１】好ましい実施例において、画像再生、繋ぎ
合わせおよび画像管理のための処理電子部品は、図1の
走査装置10を定義するハウジング内に含まれる。こうし
て、走査画像は、画像ディスプレイ16に即時に表示され
る。しかし、走査装置は、位置タグを付けられたイメー
ジ・データを記憶するためのメモリを含んでもよいが、
処理およびファイルの管理の電子部品やファームウェア
は含まない。
【００７２】図3を参照して述べられたように、ナビゲ
ーションおよびイメージングのセンサー22、24および26
は、ピボット部材20上に取り付けられることが好まし
い。一つの実施例において、ピボット部材は、少くとも
一つのエラストマーによってハウジングの残りの部分に
接合され、エラストマーの一端はハウジングの動かない
部分に接合され、他端はピボット部材に接合される。エ
ラストマーは、蝶番として作用する。このように、ピボ
ット部分が、摩擦の要素の使用なしで「浮く」ことを可
能にする。電磁妨害を最小にするために保護される屈曲
ケーブルを通して、電力、制御およびデータの信号がセ
ンサーへ導かれる。ピボット部材を取り付ける別の方法
を使用することが可能である。ピボット部材が削除さ
れ、センサーがハウジングの固定された位置にあるなら
ば、画像の読み取りの間、走査装置10を過度に傾けない
ように注意がはらわれなければならない。この実施例に
おいて、照明と光学素子の設計には、細心の注意が払わ
れなければならない。
【００７３】本発明は平らな原稿が走査されるものとし
て説明および図示されるが、これは重大でない。実際、
当業者であれば、３次元の画像を走査するためにどれだ
けの技術を使用するかは、容易にわかるであろう。しか
し、好ましい実施例は、対象の画像が紙、トランスペア
レンシーまたは写真のような媒体の上に形成され、走査
装置が媒体と接触するというものである。
【００７４】本発明は例として次の実施態様を含む。
【００７５】(1) 画像を検出するための撮像手段を有
する走査装置(10)を、画像をもつ原稿(14)と相対的に移
動させるステップと、上記撮像装置が、上記移動によっ
て定義される走査経路に沿って移動するにしたがって形
成される、一連のイメージ・データ(50)を読み取るステ
ップと、上記走査経路に沿った上記走査装置の移動を表
すナビゲーション情報(56)を形成するステップと、上記
ナビゲーション情報に基づいて上記走査経路に沿った移
動にともなう上記走査装置の曲線および回転の運動の歪
を取り除くことを含む、上記イメージ・データから出力
画像(54)を形成するステップと、を含む走査電子画像を
形成する方法。 (2) 上記ナビゲーション（56）を形成するステップ
が、上記原稿の固有の構造関連の特性（64）の変動を検
出することを含む、上記（１）の方法。
【００７６】(3) センサー手段と画像を有する原稿の
間の、走査プロセスである相対的な移動に基づいて、上
記画像に対応する画像信号を形成するセンサー手段と、
上記センサー手段と関連して固定された位置にあって、
上記走査プロセスの間、上記原稿の固有の構造関連の特
性(64)の検出に応答して少なくとも１つの位置信号(56)
生成する、ナビゲーション手段(24と26)と、上記位置信
号に応答し、上記固有の構造関連の特性の変動によって
決定される、上記ナビゲーション手段と上記原稿の間の
相対的な移動に基づいて上記画像信号を処理する画像プ
ロセッサー手段（80）と、を備え、上記処理が上記原稿
の出力画像（54）と上記画像の一致を増加させるように
実施される、走査装置。 (4) 上記ナビゲーション手段が、ナビゲーション・セ
ンサーの要素である第１の２次元アレイ(24)を含む、上
記(3)の装置。 (5) 上記ナビゲーション手段が、ナビゲーション・セ
ンサーの要素である第２の２次元アレイ(26)を含み、上
記第１のアレイ(24)が上記第２のアレイと間隔をあけて
いる、上記(3)の装置。 (6) 上記センサー手段（22）と上記ナビゲーション（2
4と26）が、上記原稿（14）との接触をもたらすように
接触面（18）に関連して固定され、上記装置がさらに、
鋭角（30）で上記原稿の上へ光を指向させるために上記
接触面に関連して位置付けられた第１の光手段（28）を
含む、上記(3)、(4)または(5)の装置。 (7) 上記センサー手段（22）と上記ナビゲーション手
段（24と26）が、上記原稿（14）との接触をもたらすよ
うに接触面（18）に関連して固定され、上記装置がさら
に、上記接触面にほぼ垂直な角度で上記原稿の上へ光を
指向させるために第２の光手段（35）を含む、上記
(3)、(4)または(5)の装置。 (8) さらに、手で操作できるハウジング（10）を含
み、上記センサー手段（22）と上記ナビゲーション手段
（24と26）が上記ハウジングに取り付けられる、上記
(3)、(4)、(5)、(6)または(7)の装置。 (9) 上記センサー手段（22）と上記ナビゲーション手
段（24と26）が上記ハウジングに回転式に取り付けられ
た、上記(8)の装置。 (10) さらに画像を形成するために上記プロセッサー手
段（80）に接続され、上記ハウジング（10）に取り付け
られた画像ディスプレイ（16）を含む、上記(8)または
(9)の装置。
【００７７】
【発明の効果】本発明の走査電子画像の形成方法によれ
ば、低コストで、原稿の画像と結果として生ずる画像と
の間に高度な対応性をもつ、走査プロセス中の曲線移動
に適応する走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って原稿上の曲折する経路をなぞ
る、手持ち式走査装置の斜視図である。
【図２】図1の走査装置のイメージングおよびナビゲー
ションのセンサーの後方図である。
【図３】イメージングおよびナビゲーションのセンサー
が露出した、図1の走査装置の斜視図である。
【図４】図３のナビゲーション・センサーのうちの一つ
の照明システムの概略側面図である。
【図５】図４に関連して述べられた照明を提供するため
の発光ダイオードと光学素子の側面概略図である。
【図６】図1の走査装置の画像の読み取り操作の概念図
である。
【図７】図1の走査装置のナビゲーション処理の一つの
実施例の処理図である。
【図８】図7の選ばれたステップの概略図である。
【図９】図8のステップを実行するための構成要素のブ
ロック図である。
【図１０】図9からのその出力を代表する位置タグ付け
されたデータの流れの表示である。
【図１１】図1の走査装置による帯の図である。
【図１２】図1の走査装置による帯の図である。
【図１３】連続した帯の繋ぎ合わせを達成するために利
用される登録タイルの表示である。
【符号の説明】
10 走査装置 12 曲折する経路 14 原稿 22 イメージング・センサー 24 ナビゲーション・センサー 26 ナビゲーション・センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ティー・スミス アメリカ合衆国94403カリフォルニア州サ ン・マテオ、ピコ・アベニュー 726 (72)発明者 バークレー・ジェイ・トゥリス アメリカ合衆国94303カリフォルニア州パ ロ・アルト、ギンダ・ストリート 1795

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像を検出するための撮像手段を有する走
    査装置を、画像をもつ原稿と相対的に移動させるステッ
    プと、 上記撮像装置が、上記移動によって規定される走査経路
    に沿って移動するにしたがって形成される、一連のイメ
    ージ・データを読み取るステップと、 上記走査経路に沿った上記走査装置の移動を表すナビゲ
    ーション情報を形成するステップと、 上記ナビゲーション情報に基づいて上記走査経路に沿っ
    た移動にともなう上記走査装置の曲線および回転の運動
    の歪を取り除くことを含む、上記イメージ・データから
    出力画像を形成するステップと、を含む走査電子画像を
    形成する方法。
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