KR101081682B1

KR101081682B1 - 정보 판독용 촬상 장치

Info

Publication number: KR101081682B1
Application number: KR1020090091586A
Authority: KR
Inventors: 고조 야마자끼; 이사오 이와구찌
Original assignee: 후지츠 프론테크 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-11-09
Also published as: CN101715066B; EP2169591A3; EP2169591A2; KR20100036962A; JP5080414B2; US20100079826A1; CN101715066A; JP2010086292A; EP2169591B1; US8740074B2

Abstract

정보 판독용 촬상 장치에서의 화상 처리의 처리 시간을 단축하고, 또한 원하는 필터 처리를 실현할 수 있도록 하는 것이다. 액정 패널(22)은, 촬영 대상물(27)로부터의 광의 입사 범위를 제한하는 조리개부(22a)와, 조리개부(22a)에서 입사 범위가 제한된 입사광에 대해, 위치에 따라 서로 다른 투과 특성을 부여하는 필터부(22b)를 갖는다. 제어부(23)는, 액정 패널(22)의 개개의 화소의 온 시간과 오프 시간을 제어하여, 위치에 따른 서로 다른 투과율 특성을 갖는 광학 필터를 실현한다.

액정 패널, 촬영 대상물, 조리개부, 필터부, 제어부

Description

정보 판독용 촬상 장치{IMAGING APPARATUS FOR READING INFORMATION}

본 발명은, 대상물로부터 정보를 판독하기 위한 정보 판독용 촬상 장치에 관한 것이다.

종이 등의 매체에 인쇄된 정보를 판독하기 위해 촬상 장치가 이용된다. 도 1 및 도 2는, 종이 등의 매체에 인쇄된 바코드 등의 정보를 판독하는 촬상 장치(11)의 광학계의 구성을 도시하는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 촬상 장치(11)는, 조리개(12)와, 렌즈(13)(또는 렌즈 모듈(16))와, 이미지 센서(14)를 갖는다.

촬영 대상물(15)에서 반사된 광은, 조리개(12)에 의해 광로가 제한되고, 렌즈(13)를 통하여 이미지 센서(14)에서 수광된다.

매체에 인쇄된 정보를 촬상 장치(11)에 의해 판독하는 경우에는, 렌즈(13)와 이미지 센서(14)와의 거리를 조정하고, 결상면을 이미지 센서(14)의 표면에 합치시킴으로써 선명한 화상을 취득하도록 하고 있다.

그러나, 선명한 화상은 정보량이 많은 반면, 매체의 표면의 요철 등에 의한 신호의 변화가, 원래의 화상 신호에 대해 노이즈로서 중첩된다고 하는 문제점이 있 다.

도 3의 (A), (B)는, 촬영 대상물(15)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (A)에 도시한 바와 같은 종이 등에 인쇄된 화상을 촬상 장치(11)에서 판독하는 경우에는, 지면의 세세한 요철에 의한 신호의 변화가, 원래의 화상 신호에 노이즈로서 실리게 된다.

도 3의 (B)에 도시한 바와 같은, 손바닥 내부의 정맥을 판독하는 경우에도, 정맥의 주위의 체조직으로부터의 산란광이 노이즈로서 원래의 화상 신호에 실리게 되고, 그 때문에 로우 패스 필터(LPF) 처리 등의 연산을 실시하여 노이즈를 제거할 필요가 있었다.

도 4의 (A)는 촬영 대상물의 임의의 라인(예를 들면, 도 3의 (A)의 라인 A)의 노이즈가 중첩된 화상 신호를 나타내고, 도 4의 (B)는 로우 패스 필터(LPF) 처리에 의해 그 노이즈를 제거한 후의 화상 신호를 나타내고 있다.

도 5는, 종래의 촬상 장치의 이미지 센서(14)의 출력을 나타내는 도면이다. 도 5는, 촬영 대상 물체 상의 임의의 1점에 대한 이미지 센서(14)의 임의의 화소의 출력 신호의 레벨의 분포(점상 분포)를 나타내고 있고, 선명한 화상이 얻어지도록 결상면이 센서면에 합치하고 있기 때문에, 출력 신호의 레벨의 분포는, 실질적으로 1화소(중심 화소)에 집중한 파형으로 된다.

전술한 바와 같이, 촬상 장치(11)에서 취득되는 화상을 선명하게 하면 할수록, 매체 표면의 요철 등에 의해 화상 신호에 고주파의 노이즈가 실리게 된다.

따라서, 종래는 이미지 센서(14)로부터 출력되는 화상 신호에 대해 로우 패 스 필터 처리의 연산을 실시해 고주파의 노이즈를 제거하고 있었다.

도 6의 (A), (B)는, 로우 패스 필터 처리에서 이용되는 가우스 필터와 이동 평균 필터의 연산 행렬을 나타내는 도면이다.

도 6의 (A)의 3×3의 연산 행렬의 경우에 대해서 설명하면, 주목 화소 Q(a, b)는, 좌측 위의 취득 화소 P(a-1, b+1)에 「0.063」을 승산한 값과, 1개 위의 취득 화소 P(a, b+1)에 「0.125」를 승산한 값과, 우측 위의 취득 화소 P(a+1, b+1)에 「0.063」을 승산한 값과, 좌측 옆의 취득 화소 P(a-1, b)에 「0.125」를 승산한 값과, 취득 화소 P(a, b)에 「0.25」를 승산한 값과, 우측 옆의 취득 화소 P(a+1, b)에 「0.125」를 승산한 값과, 좌측 아래의 취득 화소 P(a-1, b-1)에 「0.063」을 승산한 값과, 1개 아래의 취득 화소 P(a, b-1)에 「0.125」를 승산한 값과, 우측 아래의 취득 화소 P(a+1, b-1)에 「0.063」을 승산한 값의 총합으로서 산출된다.

상기의 연산을 각 화소에 대해서 행함으로써 가우스 필터 처리를 실시한 화상 신호를 얻을 수 있다.

도 6의 (B)의 연산 행렬도 마찬가지이며, 주목 화소와 그 주변의 화소에 대해, 도 6의 (B)에 나타낸 연산 행렬의 값을 승산함으로써, 이동 평균 필터 처리를 실시한 화상 신호를 얻을 수 있다.

그러나, 상기의 연산 행렬을 이용한 로우 패스 필터 처리는, 촬상 장치에서 판독한 전체 화소에 대해 연산 행렬의 요소수분(예를 들면, 3×3의 행렬이면, 9회)의 연산을 행할 필요가 있으며, 화소수가 많은 경우에는, 화상 처리의 처리 시간이 길어진다고 하는 문제점이 있었다.

특허 문헌 1에는, CCD 촬상 소자의 전면에 광 투과율이 변화하는 필터 수단을 설치하고, CCD 촬상 소자의 촬상면에 조사되는 영상광의 레벨에 따라서 필터 수단을 제어하는 것이 기재되어 있다. 필터 수단으로서 투과형 액정 패널을 사용하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 광 투과율을 제어 가능한 필터 소자가 다수 배열된 필터 패널을, 전자 카메라의 광 반응 소자의 바로 전방에 배치하고, 필터 패널의 임의의 부위의 필터 소자의 광 투과율을 저하시킴으로써, 촬영 대상물의 고휘도부의 영향을 제거하는 것이 기재되어 있다. 필터 패널은, 다수의 액정 표시 소자로 구성되는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 3에는, 입사되는 1화면의 광을 n개로 분할하고, 분할한 각각의 광을 n배로 확대한 광을 CCD에서 전기 신호로 변환하고, 변환 후의 신호를 1화면의 신호로 복원하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 액정 표시 소자의 광 투과율을 부분적으로 변화시키는 것이 기재되어 있지만, 그 목적은 촬영 대상물의 고휘도 부위에 의해 CCD 촬상 소자가 포화하는 것을 방지하기 위한 것이다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평6-70225호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평9-51484호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 제3150502호 공보

본 발명의 과제는, 정보 판독용 촬상 장치에서, 화상 처리의 처리 시간을 단축하여, 화상에 대해 원하는 필터 처리를 실시하는 것이다.

본 발명의 정보 판독용 촬상 장치는, 조리개에 의해 광의 입사 범위가 제한된 입사광에 대해, 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성을 부여하는 투과형 공간 광 변조 소자와, 상기 투과형 공간 광 변조 소자의 투과율 특성을 제어하는 제어부와, 렌즈와, 이미지 센서를 갖고, 상기 렌즈의 결상 위치가 상기 이미지 센서의 수광면의 바로 앞 또는 안측으로 되도록 상기 렌즈와 상기 이미지 센서의 거리를 조정하고, 상기 투과형 공간 광 변조 소자에 의해, 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성이 부여된 광이 상기 수광면에서 소정 범위로 퍼지도록 하였다.

이 정보 판독용 촬상 장치에 따르면, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있음과 함께, 화상에 대해 광학적으로 원하는 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 정보 판독용 촬상 장치에서의 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있음과 함께, 화상에 대해 광학적으로 원하는 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 또한, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있으므로, 예를 들면 비교적 처리 속도가 느린 저렴한 CPU 등을 사용하여 장치의 코스트를 저감할 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 7은, 제1 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(21)의 구성을 도시하는 도면이다. 이하에서 설명하는 각 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치는, 1차원 또는 2차원 바코드를 판독하는 바코드 리더, 지문, 정맥 등을 판독하는 생체 인증 장치 등에 이용할 수 있다.

정보 판독용 촬상 장치(21)는, 투과형 액정 패널(투과형 액정 장치)(22)과, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간과 오프 시간을 제어하는 제어부(23)와, 렌즈(24)와, 이미지 센서(25)를 갖는다. 투과형 액정 패널(22)은, 투과형 공간 광 변조 소자(SLM : Spatial Light Modulator)로서 이용된다.

투과형 액정 패널(이하, 액정 패널이라고 부름)(22)은, 촬영 대상물(27)로부터의 광의 입사 범위를 제한하는 조리개부(22a)와, 조리개부(22a)에서 입사 범위가 제한된 입사광에 대해 위치에 따라 서로 다른 투과 특성을 부여하는 필터부(22b)를 갖는다.

조리개부(22a)는, 액정 패널(22)의 주위의 화소를 오프 상태로 하여 광을 차폐하여도 되고, 액정 패널(22)의 외주부를 금속, 수지 등의 차폐판으로 덮어도 된다. 또한, 조리개부(22a)와 액정 패널(22)을 별도의 부품으로 하고, 조리개의 개구부에 액정 패널(22)을 삽입하는 구조로 하여도 된다.

제어부(23)는, CPU 등으로 이루어지고, 액정 패널(22)의 개개의 화소(액정 표시 소자)의 온 시간과 오프 시간을 제어하여, 위치에 따른 서로 다른 투과율 특성을 갖는 광학 필터를 실현한다.

이미지 센서(25)는, 수광면이 렌즈(24)의 결상면(결상 위치)(26)으로부터 안측(렌즈(24)로부터 보아)으로 오도록 배치되어 있다.

도 7에서, 촬영 대상물(27)로부터의 광은 퍼지면서 액정 패널(22)에 입사한다. 촬영 대상물(27)의 각 점의 퍼짐을 가진 광(이를 광속이라고 부름)은, 조리개부(22a)에 의해 렌즈(24)에 입사하는 광의 범위가 제한된다. 그리고, 조리개부(22a)에 의해 입사 범위가 제한된 광이 필터부(22b)를 통과할 때에, 필터부(22b)가 입사광에 대해 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성을 부여하므로, 광속의 중심으로부터 밖을 향하여 원하는 특성(예를 들면, 가우스 분포)에 의해 광량이 연속적으로 변화하는 광으로 된다.

이 광속은, 결상면(26)에서 결상한 후, 이미지 센서(25)의 수광면을 향하여 퍼지고, 수광면에서 소정 범위의 퍼짐을 가진 상으로 된다. 이것은, 결상면(26)이 이미지 센서(25)의 수광면의 안측(또는 바로 앞측)으로 되도록, 렌즈(24)와 이미지 센서(25)의 거리가 조정되어 있기 때문이다. 이미지 센서(25)의 수광면에서의 상은, 복수의 화소로 퍼지고, 예를 들어, 직경 3화소로 퍼진다.

이 상의 퍼짐의 크기는, 로우패스 필터의 연산 행렬의 크기에 대응하고, 예를 들어, 도 6의 (A)에 도시한 3×3 가우스 필터의 연산은, 전술한 직경 3화소의 광량 분포로 대체할 수 있다. 여기서, 직경 3화소는 가우시안 필터 등의 3×3 원형 대칭 연산 행렬을 대체할 수 있다. 그러나, 이동 평균 연산 행렬 등의 원형 비대칭 행렬을 포함하는 임의의 종류의 3×3 연산 행렬을 대체하기 위해서, 직경 4.5화소, 바람직하게는, 3×3 행렬의 외접원 직경이 4.5화소인 것이 바람직하다. 외 접원으로의 광 퍼짐과 SLM을 이용한 가변 투과율 필터의 조합은 임의의 종류의 3×3 연산 행렬을 대체할 수 있다. 마찬가지로, 7×7, 9×9의 사이즈가 큰 LPF 연산을 대체하기 위해서는, 상기 광량 분포는, 각각 직경 7화소, 9화소로 된다. 바람직하게는, 광량 분포의 크기는, 7×7, 9×9의 행렬의 외접원 직경에 대응하는 10 또는 13 화소이다.

전술한 제1 실시 형태는, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간, 오프 시간을 제어함으로써, 액정 패널(22)이 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성을 갖도록 한다. 그리고, 렌즈(24)의 결상면(26)이 이미지 센서(25)의 수광면의 안측(또는 바로 앞측)으로 오도록 조정함으로써, 이미지 센서(25)의 각 화소의 출력 특성이, 각 화소를 중심으로 하여 원하는 광량 분포를 갖도록 할 수 있다. 즉, 액정 패널(22)의 투과율 특성을 로우 패스 필터의 특성으로 함으로써, 이미지 센서(25)의 출력 신호에 대해 로우 패스 필터 처리를 광학적으로 실시할 수 있다.

따라서, 종래와 같이 이미지 센서(25)의 출력 신호에 대해 로우 패스 필터 연산을 실시할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 대폭 단축할 수 있다. 화상의 처리 시간을 단축할 수 있으므로, 리얼타임 처리가 필요한 바코드 리더나 생체 인증 장치에 처리 속도가 느린 저렴한 CPU 등을 사용할 수 있다. 이에 의해 장치의 코스트를 저감할 수 있다.

또한, 액정 패널(22)의 온 시간, 오프 시간을 변화시킴으로써, 혹은 계조 제어에 의해 투과율 특성을 변경하여, 임의의 로우 패스 필터 특성을 얻을 수 있다.

또한, 제1 실시 형태는 액정 패널(22)의 필터 특성을 리얼타임 제어할 수 있 으므로, 동일한 촬영 대상물(27)에 대한 복수회의 촬영에서, 각각 상이한 특성의 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있어, 보다 고정밀도의 신호 처리가 가능하게 된다. 혹은, 액정 패널(22)의 전체 화소를 온 상태로 하여 이동 평균 필터를 실시한 화상을 취득할 수도 있다.

도 8은, 제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(31)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 제2 실시 형태는, 렌즈로부터 이미지 센서(25)를 향하는 광이 광축과 평행하게 되는 상측 텔레센트릭 광학계에 있어서, 결상면(26)을 이미지 센서(25)의 바로 앞측(도 8에서, 이미지 센서(25)의 수직 방향 상측)으로 설정한 경우의 예이다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(31)의 광학계는, 렌즈(32, 33, 34, 35)와 액정 패널(22)로 이루어지는 렌즈 모듈(36)을 갖는다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(31)도, 광학계가 복수의 렌즈로 이루어지는 점, 이미지 센서(25)에 입사하는 광이 광축과 평행한 점을 제외하면, 제1 실시 형태와 동일하다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(31)도, 렌즈(35)의 결상면(26)이, 이미지 센서(25)의 수광면의 바로 앞측(도 8의 이미지 센서(25)의 수직 상방향)으로 되도록 이미지 센서(25)를 배치하고 있다. 이에 의해, 촬영 대상물(27)의 각 점의 반사광은 이미지 센서(25)의 수광면에서 일정 범위로 퍼지고, 또한 이미지 센서(25)의 각 화소의 입사 광량은 액정 패널(22)의 투과율 특성에 의해 제한된 것으로 된다.

이 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 액정 패널(22)의 개개의 화소의 온 시간, 오프 시간을 제어함으로써, 촬영 대상물(27)로부터의 광에 대해 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(25)의 출력 신호에 대해 로우 패스 필터 연산을 행할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간, 오프 시간을 변화시켜 투과율 특성을 변경함으로써 임의 특성의 로우 패스 필터를 광학적으로 실현할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태는 광학계가 상측 텔레센트릭으로 되어 있으므로, 렌즈(35)와 이미지 센서(25)와의 거리를 변화시켜 이미지 센서(25) 위의 상의 퍼짐을 조정할 때에, 즉 로우 패스 필터의 강도 노이즈 제거 레벨의 크기를 조정할 때에, 이미지 센서(25)의 출력 화상의 크기가 변화하지 않는다. 따라서, 화상 사이즈를 일정하게 하여 로우 패스 필터의 강도만을 단독으로 조정할 수 있다고 하는 효과도 있다.

도 9는, 제3 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(41)의 구성을 도시하는 도면이다.

제3 실시 형태는, 제2 실시 형태와 기본적으로는 동일하며, 상이한 점은, 결상면(26)이 이미지 센서(25)의 안측(렌즈(35)로부터 보아)으로 오도록 한 점이다.

이 제3 실시 형태는, 전술한 제2 실시 형태와 마찬가지로, 이미지 센서(25)에 입사하는 광에 대해 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있으므로, 로우 패스 필터 연산이 불필요해져, 화상 처리에 요하는 시간을 단축할 수 있다.

도 10은, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간과 오프 시간을 제어하는 경우의 온ㆍ오프 패턴과 온 시간을 나타내는 도면이다. 이하, 액정 패널(22)이 6×6인 화소를 가진 경우를 예로 들어 설명한다.

이 예에서는, 액정 패널(22)의 투과율 특성을 가우스 분포로 하기 위해 4종류의 온ㆍ오프 패턴을 정의하고 있다.

도 10에 도시한 온ㆍ오프 패턴(a)은, 전체 화소를 모두 온 상태로 하는 구동 패턴이다. 이 온ㆍ오프 패턴(a)에서, 시간 0≤t<t1 동안, 액정 패널(22)이 구동된다. 시간 t1은, 예를 들면 전체 노광 시간의 1/6이다.

온ㆍ오프 패턴(b)은, 네 구석의 화소를 오프, 중앙부의 화소를 온 상태로 하는 구동 패턴이다. 이 온ㆍ오프 패턴(b)에서 시간 t1≤t<t2 동안, 액정 패널(22)이 구동된다. 시간 t2는, 예를 들면 전체 노광 시간의 3/6이다.

온ㆍ오프 패턴(c)은, 온ㆍ오프 패턴(b)보다, 더욱 주변부의 화소를 오프 상태로 하는 구동 패턴이다. 이 온ㆍ오프 패턴(c)에서, 시간 t2≤t<t3 동안, 액정 패널(22)이 구동된다. 시간 t3은, 예를 들면 전체 노광 시간의 5/6이다.

온ㆍ오프 패턴(d)은, 중앙부의 4화소를 온 상태로 하고, 다른 화소를 오프 상태로 하는 구동 패턴이다. 이 온ㆍ오프 패턴(d)에서, 시간 t3≤t<t4 동안, 액정 패널(22)이 구동된다.

상기한 바와 같은 온ㆍ오프 패턴에서 미리 결정된 시간, 액정 패널(22)을 구동함으로써, 도 10에 도시한 바와 같은 가우스 분포의 온 시간(전체 노광 시간에 대한 온 시간의 비)의 특성이 얻어진다. 도 10의 온 시간의 특성의 종축은, 액정 패널(22)의 중심 화소의 온 시간을 100퍼센트로 하였을 때의 각 화소의 온 시간의 비율을 나타내고 있다.

도 10은, 액정 패널(22)의 온ㆍ오프 패턴의 일례를 나타낸 것이며, 액정 패널(22)의 온 시간, 오프 시간을 제어하기 위한 패턴은, 이들 4종류의 패턴에 한정되는 것은 아니다. 액정 패널(22)의 화소수도 6×6 화소 이외의 임의의 화소수이어도 된다. 실제로는, 수백×수백 화소의 액정 패널(22)을 이용하고, 온ㆍ오프 패턴도 수십 종류로 함으로써, 임의의 기울기를 가진 로우 패스 필터를 실현할 수 있다.

다음으로, 상기의 온ㆍ오프 패턴을 이용하여 액정 패널(22)을 듀티 제어하는 경우에 대해서 도 11의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

노광을 개시하고(도 11, S11), 시간 0≤t<t1 동안, 온ㆍ오프 패턴(a)으로 액정 패널(22)을 구동한다(S12).

노광 개시로부터의 시간 t가 t1에 도달하였다면, 액정 패널(22)의 구동 패턴을 온ㆍ오프 패턴(b)으로 절환한다(S13). 그리고, 시간 t1≤t<t2 동안, 온ㆍ오프 패턴(b)으로 액정 패널(22)을 구동한다(S14).

노광 개시로부터의 시간 t가 t2에 도달하였다면, 액정 패널(22)의 구동 패턴을 온ㆍ오프 패턴(c)으로 절환한다(S15). 그리고, 시간 t2≤t<t3 동안, 온ㆍ오프 패턴(c)으로 액정 패널(22)을 구동한다(S16).

노광 개시로부터의 시간 t가 t3에 도달하였다면, 액정 패널(22)의 구동 패턴을 온ㆍ오프 패턴(d)으로 절환한다(S17). 그리고, 시간 t3≤t<t4 동안, 온ㆍ오프 패턴(d)으로 액정 패널(22)을 구동한다(S18). 노광 개시로부터의 시간 t가 t4에 도달하였다면, 노광을 종료한다(S19).

전술한 듀티 제어에 의해, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간으로서, 도 10에 도시한 바와 같은 특성이 얻어진다. 액정 패널(22)의 중앙의 화소의 온 시간이 가장 길고, 주변으로 갈수록 온 시간이 짧아지는 특성으로 되어 있다.

조리개의 개구부에 배치된 액정 패널(22)을, 도 10에 도시한 바와 같은 온 시간 특성으로 되도록 듀티 제어함으로써, 촬영 대상물(27)의 각 점의 광속은, 액정 패널(22)을 통과할 때에 가우스 분포의 특성이 부여된다. 그 결과, 도 12에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(25)의 임의의 주목점에서, 중심 화소의 광량이 가장 많고, 그 주위의 화소의 광량이 점차로 적어지는 특성, 즉 가우스 분포의 특성으로 된다. 이와 같은 광량 분포는, 이미지 센서(25)의 각 화소에 대해서 얻어지므로, 이미지 센서(25)의 입사광에 대해 가우스 분포의 로우 패스 필터 처리를 광학적으로 실시할 수 있다.

전술한 실시 형태에서는, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간, 오프 시간을 제어함으로써, 광의 투과율 특성을 변화시키고 있지만, 계조 제어에 의해 투과율을 변화시켜도 된다.

도 13은, 계조 제어를 행한 경우의 액정 패널(22)의 구동 상태를 나타내는 도면이다. 중앙의 화소의 계조를 밝게 하여 투과율을 높게 하고, 주변의 화소의 계조를 어둡게 하여 투과율을 낮게 함으로써, 듀티 제어하는 경우와 마찬가지로 임의의 로우 패스 필터 특성을 실현할 수 있다.

여기서, 전술한 제1∼제3 실시 형태의 동작을, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다. 이하, 도 8의 상측 텔레센트릭의 광학계를 갖는 정보 판독용 촬상 장치(31)를 예로 들어 설명한다.

도 14의 (A)에 도시한 바와 같이, 촬영 대상물(27)의 A점에서 반사한 광은 퍼지면서 렌즈(32, 33)에 입사하고, 액정 패널(22)의 조리개부(22a)에서 광로가 제한된다. 액정 패널(22)은, 예를 들면 가우스 분포의 투과율 특성을 갖도록 온 시간과 오프 시간이 제어되어 있으므로, A점에서 반사되고, 액정 패널(22)의 필터부(22b)를 통과한 광은, 광속의 중심의 광의 투과율이 가장 높고, 주변으로 갈수록 투과율이 낮아진다. 액정 패널(22)을 통과한 광은, 렌즈(34, 35)에 의해 광축과 평행한 광으로 변환되고, 결상면(26)에서 결상한 후, 이미지 센서(25)의 수광면에서 소정 범위(예를 들면, 반경 10화소의 범위)로 퍼진다.

도 14의 (B)는, 이미지 센서(25)의 각 화소의 입사 광량의 분포를 나타내고 있다. 예를 들면, 촬영 대상물(27)의 A점의 반사광은, 이미지 센서(25)의 대응하는 화소와 그 주위의 화소에 입사한다. A점의 반사광에 대해서는, 광속의 중심의 광이 입사하는 중심 화소의 입사 광량이 가장 많고, 중심 화소로부터 떨어질수록 입사 광량이 감소하는 가우스 분포를 나타낸다.

촬영 대상물(27)의 A점의 인접한 점의 반사광에 대해서는, 이미지 센서(25)의 인접한 중심 화소의 입사 광량이 가장 많고, 중심 화소로부터 떨어질수록 입사 광량이 감소하는 가우스 분포를 나타낸다. 이하, 마찬가지로 이미지 센서(25)의 각 화소의 입사 광량은, 도 14의 (B)에 도시한 바와 같은 가우스 분포를 갖는다. 설명을 위해, 이 중의 임의의 화소열을 뽑아내어 도 15에 도시한다.

촬영 대상물(27)의 A점으로부터의 광은, 이미지 센서(25)의 대응하는 화소 a와 인접하는 복수의 화소 a+1, a-1, a+2, a-2, …에, 액정 패널(22)의 투과율 특성에 의해 결정되는 광량 분포로 입사한다. 동시에, 인접하는 화소 a+1, a-1, a+2, a-2, …을 중심 화소로서 입사하는 광의 일부가 화소 a에도 입사한다. 이에 의해, 광학적인 컨볼루션이 행해지게 된다. 이것은, 이미지 센서(25)의 출력 신호에 대한 컨볼루션 연산에 의해 행하고 있던 로우 패스 필터 연산 처리를 광학적으로 대체한 것을 의미한다.

상기한 바와 같이 촬영 대상물(27)의 각 점으로부터의 광은, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간과 오프 시간에 의해 결정되는 투과율 특성에 의해 광량이 제한되어 이미지 센서(25)에 입사하므로, 예를 들면 액정 패널(22)의 투과율 특성을 가우스 분포의 특성으로 한 경우, 이미지 센서(25)에 입사하는 광에 대해 가우스 분포를 갖는 로우 패스 필터 처리를 광학적으로 실시할 수 있다. 또한, 이미지 센서(25)에 입사하는 광이 퍼지는 소정 범위는, 직경 3화소의 범위에 한하지 않는다.

전술한 정보 판독용 촬상 장치(21, 31, 41)에 따르면, 촬영 대상물(27)로부터 입사하는 광에 대해 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서(25)의 화상 신호에 대해 로우 패스 필터 연산을 행할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간과 오프 시간을 변화시킴으로써 임의의 특성의 로우 패스 필터를 실현할 수 있다.

여기까지의 설명에서는, 간단하게 하기 위해 액정 패널(22)의 투과율 분포를 가우스 분포로 하고, 또한 결과로서 얻어지는 이미지 센서(25) 상의 점상의 광량 분포도 가우스 분포로 하였다. 그러나, 일반적으로는 베이스로 되는 광학계 그 자체가 고유의 광량 분포를 갖고 있기 때문에, 이 2개의 분포는 반드시 일치하지 않는다. 따라서 이미지 센서(25) 상의 광량 분포를 정확하게 가우스 분포로 하기 위해서는, 베이스로 되는 광학계 고유의 분포를 상쇄하도록 액정 패널(22)의 투과율 분포를 미리 조정해 둘 필요가 있다. 이하, 도 16의 (A), (B)를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 16의 (A)는, 6×6 화소의 액정 패널(22)의 구성을 도시하고, 도 16의 (B)는, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간(전체 노광 시간에 대한 온 시간의 비)과, 이미지 센서(25)의 주목 화소와 그 주위의 화소의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.

액정 패널(22)은, 예를 들면 4코너의 화소가 광의 입사 범위를 제한하는 조리개부(22a)이며, 중앙부의 화소가, 광의 투과율을 제어하는 필터부(22b)이다.

도 16의 (B)의 종축은, 액정 패널(22)의 화소의 온 시간(전체 노광 시간에 대한 온 시간의 비)과, 이미지 센서(25)의 화소의 에너지(노광량)를 나타낸다. 또한, 횡축은 액정 패널(22)의 중심으로부터의 거리 r(㎜)과, 이미지 센서(25)의 주목 화소 중심으로부터의 거리(화소수)를 나타내고 있다.

도 16의 (B)에 실선으로 나타내는 그래프는, 액정 패널(22)의 중심으로부터 주변의 화소의 온 시간의 변화를 나타내고 있다. 도 16의 (B)의 예에서는, 액정 패널(22)의 중심 화소가 온 시간이 가장 길고, 중심으로부터 벗어날수록 온 시간은 짧아지고 있다.

도 16의 (B)의 점선의 그래프는, 조리개의 개구부에 액정 패널(22)이 없는 경우(혹은, 액정 패널(22)의 필터부(22b)의 전체 화소가 온인 경우)와, 조리개의 개구부에 액정 패널(22)이 삽입되어 있고, 액정 패널(22)의 각 화소를 듀티 제어하는 경우의 이미지 센서(25)의 A'점과 그 주변의 화소의 에너지 분포를 나타내고 있다.

도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 에너지 분포(액정 패널 없음)는, 결상면(26)을 이미지 센서(25)의 수광면의 바로 앞측(또는 안측)으로 어긋나게 하여 핀트를 흐릿하게 한 상태에서, 조리개의 개구부에 액정 패널(22)이 없는 경우의 이미지 센서(25)의 주목 화소의 에너지 분포를 나타내고 있다. 이 경우, 조리개에 의해 입사 범위가 제한된 광이, 그대로 이미지 센서(25)에 입사하므로, 주목 화소(A'점의 화소)를 중심으로 하는 소정 범위의 화소의 에너지 분포는 사다리꼴 형상으로 되지만, 일반적으로는 렌즈 중심부보다 주변부의 쪽이 집광량이 적기(어둡기) 때문에 완전한 사다리꼴 형상으로는 되지 않고, 도 16의 (B)에 점선으로 나타낸 바와 같이 거리 r이 커짐에 따라서 광량이 저하되는 분포로 된다(또한, 이대로라도 로우 패스 필터 효과는 얻어지지만, 사다리꼴 형상의 특성의 로우 패스 필터에 한정된다).

이에 대해, 도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 에너지 분포(액정 패널 있음)는, 결상면(26)을 이미지 센서(25)의 수광면의 바로 앞측(또는 안측)으로 어 긋나게 하여 핀트를 흐릿하게 한 상태에서, 조리개의 개구부에 배치한 액정 패널(22)의 개개의 화소의 온 시간과 오프 시간을 제어한 경우의 이미지 센서(25)의 주목 화소와 그 주위의 화소의 에너지 분포를 나타내고 있다.

이미지 센서(25)의 출력은, 각 화소에 입사하는 광량과 노광 시간의 곱에 비례하므로, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간을 제어함으로써, 예를 들면, 도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 에너지 분포(액정 패널 있음)가 얻어진다.

이미지 센서(25)의 출력 화상에 실시할 로우 패스 필터 처리가, 도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 에너지 분포(액정 패널 있음)인 경우에는, 그 목적으로 하는 A'점 에너지 분포(액정 패널 있음)를, A'점 에너지 분포(액정 패널 없음)로 나눈 결과가, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간의 특성을 나타내는 것으로 된다. 도 16의 (B)에 실선으로 나타내는 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간을 적절하게 정하면, 이미지 센서(25)의 주목 화소 주위의 광량 분포를 임의의 분포, 예를 들면 가우스 분포로 할 수 있다.

따라서, 액정 패널(22)의 각 화소의 온 시간과 오프 시간을 제어함으로써, 이미지 센서(25)에 입사하는 광에 대해 광학적으로 임의의 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다.

도 17은, 제4 실시 형태의 액정 패널(22)의 구동 방법의 설명도이다. 제4 실시 형태는, 액정 패널(22)의 특정한 화소를 오프 상태로 하여 특이점 제거 필터를 실현하는 것이다.

도 17은, 액정 패널(22)이 10×10인 화소로 이루어지는 경우의 구동예를 나 타내고 있다. 액정 패널(22)의 중앙의 4화소를 통과한 광이, 이미지 센서(25)의 중앙의 1화소에 입사한다. 이 경우, 액정 패널(22)의 중앙의 4화소를 항상 오프 상태로 하고, 중앙의 6×6 화소 내에서 중앙의 4화소를 제외한 화소를 모두 온 상태로 하고, 주변의 화소는 모두 오프 상태로 한다.

도 18은, 액정 패널(22)을 상기한 바와 같이 구동하였을 때의 이미지 센서(25)의 노광 광량을 나타내는 도면이다.

액정 패널(22)의 중심의 4화소를 오프 상태로 하고, 그 주위의 화소를 온 상태로 함으로써, 이미지 센서(25)의 중심 화소 a의 노광 광량을 0％로 하고, 그 주위의 화소의 노광 광량을 100％로 할 수 있다. 이 때의 이미지 센서(25)의 출력은, 중심 화소 a의 위치의 화상을 제외한 것으로 되고, 액정 패널(22)은 화상의 특정한 개소에 실려 있는 노이즈를 제거하는 특이점 제거 필터로서 기능한다.

도 19는, 특이점 제거 필터의 연산 행렬을 나타내는 도면이다. 이미지 센서(25)의 출력 신호에 대해 특이점 제거 필터의 처리를 실시하기 위해서는, 종래 기술에서는, 도 19에 도시한 바와 같은 연산 행렬을 이용한 연산을, 중심 화소 a와 그 주변의 화소에 대해 행할 필요가 있어, 연산 처리에 시간이 걸렸다.

전술한 제4 실시 형태에서는, 액정 패널(22)의 특정한 화소를 오프 상태로 하고, 그 주위의 화소를 온 상태로 함으로써, 임의의 특이점 제거 필터를 실현할 수 있다. 이 특이점 제거 필터는, 액정 패널(22)에 입사하는 광에 대해 광학적으로 행해지므로, 특이점 제거의 필터 연산이 불필요해져, 화상 처리의 연산 시간을 단축할 수 있다.

본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들면, 이하와 같이 구성하여도 된다.

(1) 전술한 실시 형태는, 촬영 화상에 대해 가우스 분포 특성의 로우 패스 필터 처리를 실시하는 경우에 대해 설명하였지만, 가우스 분포 이외의 로우 패스 필터 특성을 실시하는 경우에도 적용할 수 있다. 투과형 공간 광 변조 소자로서 투과형 액정 장치 이외의 다른 소자를 이용하여도 된다.

(2) 상측 텔레센트릭 광학계에 한정되지 않고, 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계에도 적용할 수 있다.

도 1은 촬상 광학계의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 촬상 광학계의 다른 구성을 도시하는 도면.

도 3은 촬영 대상물의 일례를 나타내는 도면.

도 4는 노이즈가 중첩된 화상 신호와 LPF 처리 후의 화상 신호를 나타내는 도면.

도 5는 종래의 촬상 장치의 이미지 센서의 출력을 나타내는 도면.

도 6은 가우스 필터와 이동 평균 필터의 연산 행렬을 나타내는 도면.

도 7은 제1 실시 형태의 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 8은 제2 실시 형태의 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 9는 제3 실시 형태의 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 10은 액정 패널의 온ㆍ오프 패턴과 온 시간을 나타내는 도면.

도 11은 액정 패널의 듀티 제어 처리의 플로우차트.

도 12는 이미지 센서의 노광 광량을 나타내는 도면.

도 13은 계조 제어를 행한 경우의 액정 패널의 구동 상태를 나타내는 도면.

도 14는 실시 형태의 동작 설명도.

도 15는 이미지 센서의 임의의 화소열의 입사 광량을 나타내는 도면.

도 16은 액정 패널의 온 시간과 이미지 센서의 에너지 분포를 나타내는 도면.

도 17은 제4 실시 형태의 액정 패널의 구동 방법의 설명도.

도 18은 이미지 센서의 노광 광량을 나타내는 도면.

도 19는 특이점 제거 필터의 연산 행렬을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21, 31, 41 : 정보 판독용 촬상 장치

22 : 액정 패널

23 : 제어부

24, 32, 33, 34, 35 : 렌즈

25 : 이미지 센서

26 : 결상면

27 : 촬영 대상물

36 : 렌즈 모듈

Claims

조리개에 의해 광의 입사 범위가 제한된 입사광에 대해, 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성을 부여하는 투과형 공간 광 변조 소자와,

상기 투과형 공간 광 변조 소자의 투과율 특성을 제어하는 제어부와,

렌즈와,

이미지 센서

를 갖고,

상기 렌즈의 결상 위치가 상기 이미지 센서의 수광면의 바로 앞 또는 안측으로 되도록 상기 렌즈와 상기 이미지 센서의 거리를 조정하고, 상기 투과형 공간 광 변조 소자에 의해, 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성이 부여된 광이 상기 수광면에서 직경 3화소 이상의 원형으로 퍼지도록 하고,

상기 투과형 공간 광 변조 소자는, 촬영 대상물로부터의 광의 입사 범위를 제한하는 조리개의 개구부에 배치되어 있는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 투과형 공간 광 변조 소자는 투과형 액정 장치이며, 촬영 대상물로부터의 광의 입사 범위를 제한하는 조리개부와, 입사 범위가 제한된 입사광에 대해 위치에 따라 서로 다른 투과율 특성을 부여하는 필터부를 갖는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 투과형 공간 광 변조 소자는 투과형 액정 장치인 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 투과형 공간 광 변조 소자는 투과형 액정 장치이며,

상기 제어부는, 상기 투과형 액정 장치의 필터부의 투과율 특성이 로우 패스 필터 특성으로 되도록, 상기 투과형 액정 장치의 각 화소가 광을 투과시키는 온(ON) 기간과 광을 투과시키지 않는 오프(OFF) 기간을 제어하는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 투과형 공간 광 변조 소자는 투과형 액정 장치이며,

상기 제어부는, 상기 투과형 액정 장치의 필터부의 투과율 특성이 로우 패스 필터 특성으로 되도록, 상기 투과형 액정 장치의 각 화소를 계조 제어하는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 결상 위치가 상기 이미지 센서의 수광면의 바로 앞 또는 안측으로 되도록 하였을 때의 상기 이미지 센서의 수광면에서의 상의 퍼짐이, 직경 3화소 이상으로 되도록, 상기 렌즈와 상기 이미지 센서의 거리를 조정한 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 투과형 공간 광 변조 소자의 투과율 특성은 가우스 분포를 갖는 정보 판독용 촬상 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 렌즈는, 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계이며, 상기 투과형 공간 광 변조 소자는 상기 복수의 렌즈의 사이에 배치되어 있는 정보 판독용 촬상 장치.