JPS59872B2 - 光学読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学検出装置、特に小型軽量の光学検出装置に
関する。

計算機にデータを入れる時キー ・パンチするよりも直
接印刷物を光学的に読取るほうがより速く、効率的かつ
エラーが少ない事は一般的に認識されている。

光学式読取は通常４つの基本的な電気的機能に関係して
いる。第１に印刷物の実際の光学的走査及び感知。第２
に走査と感知によつて作られたデータのアナログ前処理
。第３に前処理を行なつたアナログ・データの２進値へ
の変換。最後にその２進情報を使用する実際の文字認識
である。本発明はそれらの機能のうち最初の３つを、特
に光学式読取方式の前処理機能を取り扱う。前処理が必
要なのは、光学的に解析される文書はいかに精密に印刷
されていても本当の黒又は白ではないからである。事実
黒と白との間のコントラスト差は１５％程度であり、文
書の１つの場所から他の場所へと変化するかもしれない
。前処理はコントラスト比のそのような変化に対処する
。前処理において画像の各要素が調べられ単純な決定が
行なわれなければならない。その決定は相当する領域が
黒か白かの決定である。これを効率的に行なうのには、
決定のしきい値が固定されていてはならず、文書に書か
れた物の性質の変化を反映して断えず変化しなければな
らない。これを行なうための多くのアルゴリズムが知ら
れている。そのようなアルゴリズムの一つは、アレイの
与えられたデバイスからの信号を、感知アレイの隣接し
たデバイスからの信号並びに光学式読取中に経験した最
大の黒及び最大の白の信号についての最近の記録と比較
する。隣接したデバイスからの信号並びに感知中に出合
つた最大の黒及び最大の白を表わす信号は、データが上
記の因子のいずれによつても過度に影響される事のない
ように、ある特定の方式で一体になる。これを実行する
のは手持ち式光学読取装置では非常に難しい。というの
は実行されるアルゴリズムが複雑で、アナログ機能を行
なう従来の集積回路は比較的低密度だからである。その
ため先行技術の手持ち式光学読取装置は高価で扱いにく
かつた。本発明によれば、上述のアルゴリズムのような
アルゴリズムを実行し、しかもそれを小さな場所と電力
を使つて行なう新しい技術が与えられる。

光を感じるデバイスのアレイは印刷物を感知し、全アレ
イによつて感知される多要素画像の形で単なる黒もしく
は白の要素を表現する信号を作り出す。これらの信号は
アナログ・シフト・レジスタに供給され、固定されたシ
ークエンスでシフト・レジスタの出力段を通過する。各
デバイスからの信号がこの出力段を通過する時、それを
発生したデバイスは関係デバイスと呼ばれるものになり
、信号が解析されて多要素画像において黒もしくは白の
いずれの要素を表現しているかが決定される。解析を行
なうために、シフト・レジスタの他の出力段は、もとの
検出されたアレイ内の部分アレイを定義する関係デバイ
スの周囲のデバイスによつて作られた信号を感知する。
ぞして最後の出力段はピーク検出器に結合され、近い過
去において生じた最大の黒及び白の信号を表わす信号が
作られる。これらの感知された信号は前もつて選ばれて
いたアルゴリズムに従つて処理され、信号が黒か白かを
示す２進信号が作られる。アレイの出力がシフト・レジ
スタをシフトされるとともに、順次にアレイの各位置は
部分アレイの関係デバイスとなり、従つてアレイの各デ
バイスに関してデイジタル値が作られる。このデイジタ
ル値は、アレイによつて何が光学的に検出されたかを決
定するために計算機に送られ解析される。従つて本発明
の目的は印刷物の改良された光学検出装置を与える事で
ある。

本発明のより具体的な目的は前処理能力を持つ手持ち式
光学文字検出装置を与える事である。

本発明のさらに具体的な目的は電荷転送技術とキヤパシ
タ比による重み付け（ＣａｐａｃｉｔＯｒｒａｔｉＯｉ
ｎｇ）とを用いた、小型で低価格かつ正確な手持ち式光
学文字検出装置を与える事である。第１図に、横１２列
、縦４２行のアレイ１０に配置された光学デバイス１２
が文字゛Ｒ゛と重ねて描かれている。文字は、アレイ１
０を有する手持ち式光学読取装置によつて走査される文
書上にある。装置（Ｗａｎｄ）が文字Ｒ上を通過する時
、各デバイス１２は、走査された文書からの反射光の強
度にほぼ比例する電気信号を発生する。第２図に示され
るように、光学デバイス１２で発生したこれらの電気信
号は、各行ずつ転送ゲート１４を通つてマルチプレクサ
１６に転送される。要素の第１行が転送され、第２行が
転送され、最後に第４２行がマルチプレクサ１６に転送
される。転送ゲー口４を通る転送と感知は、第３図に示
されるパルス・パターンを発生するタイミング回路２０
によつて駆動される行，駆動装置１８の制御下にある。
タイミング回路２０の詳細は第２Ｂ図に示されている。

入カクロツク２０１を受け取る高速クロツク駆動装置２
０１は信号φ１及びφ２（第３図参照）を発生する。第
３図で各数字は何第目のパルスかを表わしている。信号
φ１及びφ２を受け取つた１２ビツトのタイミング・ダ
イナミツク・シフトレジスタ２０４及びタイミングＮＯ
Ｒ回路２０３は信号φ１の１，４及び６番目の位置から
始まり１２ビツトのサイクルを持つパルス列を発生する
。それらのパルス列はタイミング駆動回路２０５により
、それぞれ信号φ１１，φ１Ｘ及びφ１Ｔを駆動する。
低速波形発生装置２０６は信号φ１１及びφ１Ｔを受け
取り信号φＩＳ′を発生する。φ１Ｓ′は低速クロツク
駆動回路２０７で受け取られ、そこで信号φ１Ｓ及びφ
２Ｓが生じる。４３ビツトの走査回路用ダイナミツク・
シフトレジスタ２０９及び走査回路用ＮＯＲ回路２０８
は、φ１Ｓ及びφ２Ｓを受け取つて、信号を発生し、そ
の信号は行駆動装置１８によつて、信号φ１Ｓ１・・・
・・・φ１Ｓ４３を１駆動する。

マルチプレクサから出て来たビツトは、９個の部分に分
かれたシフト・レジスタ２２に入る。これら９つの部分
は各々１２個の段２４を持ち、各部分の最後の５段は出
力端子２６を持つ。各５つ △の出力を持つこれら９つ
の部分は、第１図のアレイの奇数個の位置３０を持つ動
的な９×５の部分アレイ２８に相当する。この部分アレ
イ２８の中心位置３０ａ（旨い換えれば出力２６ａ）は
関係ビツトと呼ばれる。データがシフト・レジスタを
１動いて行くにつれて、アレイ１０の各光学デバイス１
２からのデータのビツトは、シフト・レジスタの段２４
ａを通過し関係ビツトになり、又関係ビツトを生じる要
素の周囲に位置するデバイス１２からのデータのビツト
はシフト・レジスタの他の出力になる。第２図の各シフ
トレジスタ段の数字及び文字は、各段に存在しているデ
ータのビツトを発生したデバイス１２の第１図における
行及び列の位置を表わす。

例えば第２図の関係ビツトは第１図の位置Ｃ５のデバイ
スからのビツトである。これは第１図に描かれた関係ビ
ツトの位置Ｅ２４とは一致しない。第１図から理解され
るように、アレイ１０に重ねられた部分アレイ２８の形
は長方形である。

これは用いられたアルゴリズムによつて決定され、それ
によつてシフト・レジスタ２２の段２４は出力２６を持
つ。もし適当なアルゴリズムが記述されれば、部分アレ
イは異なつた大きさ又は形例えば十字形やダイヤモンド
形を持つ事ができるであろう。てれはシフト・レジスタ
２２の段に関係する出力２６の数もしくは位置又はその
双方を変化させる事によつて行なわれる。シフト・レジ
スタの各出力２６は、あるアルゴリズムに従つて各出力
に重みを付ける回路３２を通る。

上述のアルゴリズムにおいて関係位置３０ａは回路３２
ａによつて１の重み因子を与えられる。部分アレイ２８
の他の位置全部は他の回路３２によつて１以下のある重
みを与えられる。それらの重みは、第１図の部分アレイ
２８の要素３０を表わす方形の中に示されている。もし
他のアルゴリズムが用いられるならば重みの数値は異な
るであろう。関係位置からの出力信号９は比較回路３４
，フ二０ ３４ａ，３４ｂで他の回路全部の出力と比較される。

関係位置の右側の部分アレイ中のデバイスから読取られ
た信号は全部加算され重みを付けられて単一の比較回路
３４ａに送られる。同様に関係位置の左側の部分アレイ
中のデバイスで読取られた信号は全部一つの比較回路３
４ｂに送られる。関係位置の上下のデバイスで読取つた
信号の比較は個々の比較回路３４で為される。他のアル
ゴリズムを用いれば、異なつた比較回路の組が必要とさ
れるかもしれない。シフト・レジスタ２２の最終段から
の出力はピーク・フオロワ回路３６に送られる。

この回路は、アレイ２８で過去に感知された最も黒い信
号及び最も白い信号を表わす信号を記憶している。これ
ら２つの信号も重みを付けられ、比較回路３４ｃ及び３
４ｄで重み付け回路３２ａの出力と比較される。比較回
路３４，３４ａから３４ｄまでの全部の出力はクロツク
されたＮＯＲ回路３８に加えられる。ＮＯＲ回路３８は
、比較回路への１２個の重み付けられた人力信号の任意
の１つが関係位置３０ａよりも大きい（黒い）場合に、
時刻Ｔ１に論理１０゛を発生する。これは関係デバイス
が多素子画像において白の素子を検出した事を示す。ま
た１２の比較回路への重み付けられた入力のどれもが回
路３２ａの出力よりも大きく（黒く）ない場合に、ＮＯ
Ｒ回路３８は論理゛Ｉ゛を発生する。これは関係デバイ
スが黒の素子を検出した事を示す。第４図を参照すると
、基本的光学セル１２は１個のフオトダイオード４２及
び１個のＦＥＴ４４から構成される。

フオトダイオード及びＦＥＴは、実際には、転送ゲート
１４、マルチプレクサ１６及びアナログ・シフト・レジ
スタ２２を含む長いアナログ遅延線の一部である。動作
する時、アレイ１０のある行が読取のために選択される
と、その行に含まれるセルのフオトダイオードの接合容
量は長いアナログ遅延線回路１４，１６，２２の基準電
圧にまで充電される。

これは、デバイス４４のゲートをバイアスし、デバイス
をφ１Ｓ１と導通させ、デバイス４６をφ１Ｘと導通さ
せる事によつて、４３サイクルに１度起きる。他の４２
クロツク・サイクルの間、ダイオード４２に当たる光は
光の強度に依存する速さで接合容量を放電する。信号線
４８Ｌの電圧の一時的減少はセル１２で感知された光の
強度に比例する。光の情報のこの電気的アナログは転送
ゲート１４を通つてマルチプレクサ１６へ転送され、さ
らにアナログ・シフト・レジスタ２２を伝播する。第５
図に示されるように、記憶セルの行全体からの電気信号
は、各クロツク・サイクル中に、列の線を高速動作中に
マルチプレクサ１６から分離する転送ゲートによつてマ
ルチプレクサ１６にロードされる。

マルチプレクサ１６は１２の列から並列に映像情報を受
取りそれる直列化する。

マルチプレクサ１６はアレイ１０の１クロツク・サイク
ル中に１２回動作する。転送ゲート１４がデータをマル
チプレクサ２１に入れると、データの次の転送のための
余地を作るためにデータは急速に右側へ１２ビツトシフ
トされる。アナログ・シフト・レジスタ２２はマルチプ
レクサ１６の続きである。

その目的は５×９の部分アレイ２８からのデータを展開
し部分アレイ２８中の全データが同時に読取られるよう
にするためである。前に指摘したように、部分アレイ２
８の４５個の位置に対応するシフト・レジスタ２２の９
つの場所の５個ずつのグループにタツプ２６が存在して
いる。ソース・フオロワはタツプで非破壊読出しを行な
う。第６図はタツプ（出力）２６においてソース・フオ
ロワを持つシフト・レジスタ２２の一部を示す。第２図
に示されるように、シフト・レジスタ２２のアナログ情
報は最後に黒／白ピーク・フオロワ回路３６に至る。

この回路の目的は測定された最も黒い信号と最も白い信
号とを記憶する事である。この情報は走査される文書の
性質に関する長期間のデータであり、部分アレイ２８で
集められる短期間のデータを補なう。黒の信号（最も強
い信号）及び白の信号（最も弱い信号）は、それぞれの
キヤパシタ５０及び５２に記憶される。記憶されたデー
タは、抵抗５４及び５６を用いて黒のキヤパシタを白に
白のキヤパシタを黒に放電する事によつて、最新の情報
が保持される。２つのキヤパシタ５０及び５２の間に生
じた電圧は重みを付けられる。

ここで用いられるアルゴリズムに従うと、黒は０．２の
重みを、白は０．８５の重みを付けられるが、合計され
て絶対黒色の０．１５になる。白に重みを付け絶対黒色
に和を取る事によつて、１５％のコントラスト差しきい
値が設定される。従つて、１５７０以下のコントラスト
差の持続信号は白と解釈される。第６図に示されるソー
ス・フオロワの出力は、第８図、第９図及び第１０図に
示されるタツプ重み付け回路の一つに接続される。

以前に指摘したように、出力３２ａは５×９の部分アレ
イ２８の〜関係デバイスに対応する。

この出力は第８図に示される単位タツプ重み付け回路に
接続される。前に述べたように、重み付けはキヤパシタ
比による重み付けを用いて行なわれる。キヤパシタ比に
よる重み付けは小型で、少しの電力しか必要とせず、高
精度で制御できる。残る中央の８つのタツプ重み回路は
すべて第９図に示される回路構成を持ち、それらのキヤ
パシタの値だけが異なる。

映像信号はソース・フオロワに固有のオフセツト電圧に
乗つているので、電圧を比較する前にオフセツト電圧の
定数倍の補数が加算されなければならない。第１０図に
示されるように、中央タツプの各側のタツプは９つの場
所でそれぞれの側で合計される。

結果は、各々１８のタツプを合計する右側と左側の母線
である。第１０図に示される全回路は第２図に２つ存在
する。第２図から理解されるように、重みを付けられた
信号は全部、単位重み付け回路からの映像信号と比較さ
れる。

比較を行なうのに用いられるアナログ比較回路は第１１
図に示される。１２個の比較回路の出力は全部第２図の
ＮＯＲ回路を駆動するのに使われる。

従つて、もし１２個の重み付きアナログ信号のどれかが
関係デバイスからの信号よりも大きい（黒い）ならば、
ＮＯＲ回路の出力は論理゛０”あるいは白である。逆に
もし関係デバイスからの信号が他の全部の信号よりも大
きい（黒い）ならば、ＮＯＲ回路は黒を意味する論理“
１゛″を発生する。以上我々は本発明の一実施例を説明
して来たが、その実施例に多くの変更を加える事ができ
る。

例えば、出力の数、位置及び重みに関して静的な値を使
用する実施例が存在する。それらは検出に用いられるア
ルゴリズムがそれを必要とするならば検出が進行するに
つれて外部論理によつて動的に選択されるであろう。さ
らに、良好な実施例を製造するのに用いられたデバイス
はＢＢＤもしくはＣＣＤ等の電荷転送デバイスである。
もし応用例が許すならば、電荷転送デバイスの一部又は
全部の代わりに他の型のデバイスを用いる事もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学デバイスのアレイ及び部分アレイを文字Ｒ
と重ねて示した図、第２Ａ図から第２Ｄ図までは光学デ
バイスのアレイから供給される生のデータから部分アレ
イを作り出す回路の図、第３図は第２Ａ図から第２Ｄ図
までの回路を動作させるためのパルス・パターンの図、
第４図は光学デバイスのアレイの回路図、第５図はマル
チプレクサの回路図、第６図はアナログ・シフトレジス
タの一部とその出力の回路図、第７図は第２Ａ図から第
２Ｄ図までの組み合わせ方を示す図、第８図、第９図及
び第１０図は重み付け回路の回路図、第１１図は比較回
路の回路図である。 １０・・・・・・アレイ、１２・・・・・・光学デバイ
ス、１４・・・・・・転送ゲート、１６・・・・・・マ
ルチプレクサ、１８・・・・・・行駆動装置、２０・・
・・・・タイミング回路、２２・・・・・・アナログ・
シフトレジスタ、３２，３２ａ・・・・・・重み付け回
路、３４，３４ａ，３４ｂ・・・・・・比較回路、３８
・・・・・・ＮＯＲ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多要素画像中の１つの要素から反射された光を受け
   てその強度に応じた大きさの電荷よりなるアナログ信号
   を発生する素子を複数個集積した集積回路アレイと、前
   記アレイを走査して得られる、読取ろうとする問題の要
   素からのアナログ信号及びその周辺の複数の要素からの
   複数のアナログ信号を記憶する電荷転送シフトレジスタ
   と、前記電荷転送シフトレジスタの所定の複数の段に接
   続され、前記周辺の要素からの複数のアナログ信号に重
   み付けする重み付け手段と、前記重み付けされたアナロ
   グ信号のそれぞれと前記問題の要素からのアナログ信号
   との大小を比較してその結果をそれぞれ２値信号で出力
   する比較回路と、前記２値信号に基づいて前記問題の要
   素の白黒を判定する論理回路と、よりなる光学読取装置
   。