KR20100036940A

KR20100036940A - 정보 판독용 촬상 장치

Info

Publication number: KR20100036940A
Application number: KR1020090087361A
Authority: KR
Inventors: 고조 야마자끼; 이사오 이와구찌
Original assignee: 후지츠 프론테크 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2010-04-08
Also published as: EP2169440A3; US20100079657A1; JP5676843B2; US8345149B2; EP2169440A2; CN101715036A; JP2010087849A; KR101081683B1; CN101715036B

Abstract

정보 판독용 촬상 장치에서의 화상 처리의 처리 시간을 단축하고, 또한 원하는 필터 처리를 실현할 수 있도록 하는 것이다. 촬영 대상물(25)의 각 점의 퍼짐을 가진 광은, 농도 필터(22)의 조리개부(22a)에 의해 광로가 제한된다. 농도 필터부(22b)는, 원하는 투과율 특성을 갖고 있으므로, 농도 필터부(22)를 통과한 광은, 광속의 중심으로부터 주변을 향하여 광량이 연속적으로 변화하는 광으로 된다. 이 광속은, 결상면(26)에서 결상된 후, 이미지 센서(24)의 수광면을 향하여 퍼지고, 수광면에서 소정 범위로 퍼지는 화상으로 된다.

촬영 대상물, 농도 필터, 조리개부, 이미지 센서, 결상면

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 도시하는 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 1화소에 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 실시하여 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 대해 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, 지문 화상 판독 장치에서, 렌즈와 CCD 촬상 소자와의 거리를 단축하여, 렌즈의 초점 위치로부터 어긋난 위치에 CCD 촬상 소자를 배치함으로써, 지문 화상의 노이즈 성분을 제거하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 1의 발명은, CCD 촬상 소자에서 판독하는 지문 화상의 핀트를 흐릿하게 함으로써 고주파 노이즈를 눈에 띄지 않게 하는 것이다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-50991호

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, 촬영 대상물로부터의 광의 수광 범위를 제한하는 조리개와, 상기 조리개의 개구부 또는 상기 개구부의 근방에 배치되고, 위치에 의해 상이한 투과율을 갖는 필터와, 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 필터에서 상기 원하는 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 단축함으로써, 예를 들면 리얼 타임 처리가 요구되는 정보 판독용 촬상 장치에 대해, 비교적 처리 속도가 느린 CPU 등을 사용하는 것이 가능하게 되므로, 처리 속도가 느리고 저렴한 CPU 등을 사용하여 정보 판독용 촬상 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. 정보 판독용 촬상 장치(21)는, 1차원 또는 2차원 바코드를 판독하는 바코드 리더, 지문, 정맥 등을 판독하는 생체 인증 장치 등에 이용할 수 있다.

정보 판독용 촬상 장치(21)는, 조리개 겸용의 농도 필터(필터)(22)와 렌즈(23)와 이미지 센서(24)를 갖는다. 농도 필터(22)는, 렌즈(23)와 촬영 대상물(25) 사이에 배치되어 있다.

농도 필터(22)는, 외주부가 광의 수광각을 제한하는 조리개부(22a)로서 기능하고, 중심부가, 조리개부(22a)에 의해 광로가 제한된 광의 투과율이 위치에 의해 상이한 농도 필터부(22b)로서 기능하는 광학 필터 소자이다. 또한, 필터의 중심축과 직교하는 방향에서 위치에 의해 투과율이 변화하고, 임의의 투과율 특성(가우스 분포 등)을 갖는 농도 필터(22)로서는, 광의 흡수율이 변화하는 흡수형 필터, 광의 반사율이 변화하는 반사형 필터 등을 이용할 수 있다.

도 7에서, 촬영 대상물(25)로부터의 광은 퍼지면서 농도 필터(22)에 입사한다. 촬영 대상물(25)의 각 점의 퍼짐을 가진 광(이를 광속이라고 부름)은, 농도 필터(22)의 조리개부(22a)에 의해 렌즈(23)에 입사하는 광의 범위가 제한된다. 그리고, 조리개부(22a)에 의해 광로가 제한된 광이, 농도 필터부(22b)를 통과할 때에, 광속의 중심으로부터 밖을 향하여 광량이 연속적으로 변화하는 광으로 된다. 이 광속은, 결상면(결상 위치)(26)에서 결상한 후, 이미지 센서(24)의 수광면을 향하여 퍼지고, 수광면에서 소정 범위의 퍼짐을 가진 상으로 된다. 이것은, 결상면(26)이 이미지 센서(24)의 수광면의 바로 앞 또는 안측으로 되도록, 렌즈(23)와 이미지 센서(24)의 거리가 조정되어 있기 때문이다.

이미지 센서(24)의 수광면에서의 상은, 복수의 화소, 예를 들면 직경으로 3화소에 퍼진다. 상의 퍼짐의 사이즈는 LPF의 연산 행렬의 사이즈에 대응하고 있다. 예를 들면, 도 6의 (A)에 도시한 3×3 행렬의 가우스 필터의 연산은, 전술한 직경 3화소의 광량 분포로 치환할 수 있다. 여기서, 직경 3화소의 광량 분포는 3×3의 가우스 필터와 같은 원대칭 연산을 치환할 수 있지만, 도 6의 (B)에 도시한 이동 평균 필터와 같은 원대칭이 아닌 것도 포함한 임의의 3×3 연산 행렬을 치환하기 위해서는, 외접원 직경에 해당하는 직경 4.5화소가 바람직하다. 외접원까지 퍼진 광과 농도 분포 필터의 조합에 의해, 임의의 3×3 연산 행렬을 치환할 수 있다. 마찬가지로, 7×7이나 9×9의 사이즈가 큰 LPF 연산을 치환하는 경우에는, 광량 분포의 크기는 직경 7화소나 9화소로 된다. 바람직하게는, 각각 7×7 행렬, 9 ×9 행렬의 외접원의 직경에 상당하는 직경 10화소, 13화소이다.

전술한 제1 실시 형태에 따르면, 농도 필터(22)에서 원하는 투과율 특성을 부여하고, 수광면에서 소정 범위로 퍼지는 광을 이미지 센서(24)에 입사함으로써, 촬영 대상물(25)의 화상에 대해 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(24)의 출력 신호에 대해 로우 패스 필터 처리의 연산을 행할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 농도 필터(22)의 투과율 특성을 변경함으로써 임의의 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 또한, 화상의 처리 시간을 단축할 수 있으므로, 리얼 타임 처리가 필요한 바코드 리더나 생체 인증 장치에 처리 속도가 느린 저렴한 CPU 등을 사용할 수 있다. 이에 의해, 장치의 코스트를 저감할 수 있다.

도 8은, 제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(41)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 제2 실시 형태는, 렌즈로부터 이미지 센서(24)를 향하는 광이 광축과 평행하게 되는 상측 텔레센트릭 광학계에서, 결상면(26)을 이미지 센서(24)의 안측(렌즈로부터 보아)에 설정한 경우의 예이다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(41)의 광학계는, 렌즈(42, 43, 44, 45)와 농도 필터(22)로 이루어지는 렌즈 모듈(46)을 갖는다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(41)도, 이미지 센서(24)에 입사하는 광이 광축과 평행한 점, 결상면(26)이 이미지 센서(24)의 안측인 점을 제외하면, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

또한, 제2 실시 형태는, 광학계가 상측 텔레센트릭으로 되어 있으므로, 렌 즈(45)와 이미지 센서(24)와의 거리를 변화시켜 이미지 센서(24) 상의 상의 퍼짐을 조정할 때에, 즉 로우 패스 필터의 사이즈(노이즈 제거 레벨의 크기)를 조정할 때에, 이미지 센서(24)의 출력 화상의 크기가 변화하지 않는다. 따라서, 화상 사이즈를 일정하게 하여 로우 패스 필터의 사이즈만을 단독으로 조정할 수 있다고 하는 효과도 있다.

제2 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(41)에서도, 촬영 대상물(25)의 각 점의 반사광은 이미지 센서(24)의 수광면에서 일정 범위로 퍼지고, 이미지 센서(24)의 각 화소의 입사 광량은 농도 필터(22)의 투과율 특성에 의해 제한된 것으로 된다.

이 제2 실시 형태에 따르면, 촬영 대상물(25)로부터 입사하는 광에 대해 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서(24)의 화상 신호에 대해 로우 패스 필터의 연산을 행할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 농도 필터(22)의 투과율 특성을 변경함으로써 임의의 로우 패스 필터 처리를 광학적으로 실현할 수 있다.

도 9는, 제3 실시 형태의 정보 판독용 촬상 장치(51)의 구성을 도시하는 도면이다.

제3 실시 형태는, 제2 실시 형태와 기본적으로는 동일하며, 상이한 점은, 결상면(26)이 이미지 센서(24)의 바로 앞측에 오도록 설정한 점이다.

도 10은, 농도 필터(22)의 투과율　특성을 나타내는 도면이다. 농도 필터(22)는, 도 10에 도시한 바와 같이 원판 형상이며, 중심이 가장 투과율이 높고, 외주를 향하여 서서히 투과율이 작아지는 투과율 특성(예를 들면, 가우스 분포)을 갖는다. 그리고, 농도 필터(22)의 외주부는 투과율이 0으로 되어 있어 조리개로서 기능한다.

도 11 및 도 12는, 농도 필터의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 11은, 금속 등의 불투명 부재의 중심부에 개구부(32a)를 설치한 조리개(32)에, 별도 부품의 농도 필터(31)를 삽입 또는 접착하는 구조의 예를 나타내고 있다.

농도 필터(31)는, 예를 들면 글래스 기판에 금속막(예를 들면, 크롬막 등) 코팅하여 작성한다. 금속막을 코팅할 때에, 중앙의 막 두께를 얇게 하고, 주변을 향하여 금속막의 두께를 증가시켜 광 투과율을 저하시킴으로써, 가우스 분포 등의 임의의 투과율 특성을 갖는 농도 필터(31)를 작성할 수 있다.

또한, 조리개(32)와 농도 필터(31)를 별도 부품으로 하는 경우, 농도 필터(31)를 조리개(32)의 개구부(32a)에 삽입하여도 되고, 조리개(32)의 하측에서 개구부(32a)의 근방에 배치하여도 된다.

도 12는, 조리개를 겸용한 농도 필터(33)의 예를 나타내는 도면이다. 농도 필터(33)의 외주부의 투과율을 0으로 함으로써 조리개의 기능을 실현할 수 있다. 예를 들면, 금속막을 코팅하여 작성하는 경우에는, 외주부의 금속막의 막 두께를 두껍게 하여 광의 투과율을 0으로 함으로써, 외주부를 조리개부로서 기능시킬 수 있다.

여기서, 전술한 농도 필터(22)를 이용한 경우의 이미지 센서(24)의 각 점에서의 광량 분포에 대해서 설명한다.

도 13은, 주목 화소 a와 그 주위의 화소의 광량 분포를 나타내는 도면이다. 도 7의 예에서는, 이미지 센서(24)의 수광면의 바로 앞측에서 결상하도록, 렌즈(23)와 이미지 센서(24)의 거리를 조정하고 있으므로, 촬영 대상물(25)의 A점의 광속은 결상면(26)에서 결상한 후, 이미지 센서(24)의 수광면에서 일정 범위로 퍼져 입사한다.

예를 들면, 촬영 대상물(25)의 A점으로부터의 광속의 중심을 통하는 광은, 이미지 센서(24)의 A'점(도 7 참조)에 입사한다. 촬영 대상물(25)의 A점에서 반사되어, 농도 필터(22)의 우측(도 7의 정면으로부터 보아)의 위치를 통과한 광은, 이미지 센서(24)의 A'점의 좌측(도 7의 정면으로부터 보아)의 점 A'₁점에 입사한다. 또한, 농도 필터(22)의 좌측의 위치를 통과한 광은, 이미지 센서(24)의 A'점의 우측의 A'₂점에 입사한다.

농도 필터(22)는, 도 10에 도시한 바와 같은 가우스 분포의 투과율 특성을 갖고 있다. 따라서, 촬영 대상물(25)의 A점에서 반사되어 농도 필터(22)를 통과하고, 이미지 센서(24)에 입사하는 광의 광량 분포는, 도 13에 도시한 바와 같이, 주목 화소 a와 그 주위의 화소 a+1, a-1, a+2, a-2의 입사 광량은, 가우스 분포로 된다. 이것은, 촬영 대상물(25)의 A점의 반사광에 대해 광학적으로 가우스 분포의 특성을 갖는 로우 패스 필터 처리를 실시한 것으로 된다.

여기서, 전술한 제1, 제2 및 제3 실시 형태의 동작을, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다. 이하, 복수매의 렌즈를 갖는 광학계에서, 렌즈의 사이에 농도 필터(22)를 배치하고, 또한 이미지 센서(24)의 바로 앞측에서 결상시킨 경우를 예로 들어 설명한다.

도 14의 (A)에 도시한 바와 같이, 촬영 대상물(25)의 A점에서 반사한 광은 퍼지면서 렌즈(42, 43)에 입사하고, 농도 필터(22)의 조리개부(22a)에서 광로가 제한된다. 농도 필터(22)는, 도 10에 도시한 바와 같은 투과율 특성을 갖고 있으므로, A점에서 반사되어, 농도 필터(22)를 통과한 광은, 광속 중심의 광의 투과율이 가장 높고, 주변에 갈수록 투과율이 낮아진다. 농도 필터(22)를 통과한 광은, 렌즈(44, 45)에 의해 광축과 평행한 광으로 변환되고, 결상면(26)에서 결상한 후, 이미지 센서(24)의 수광면에서 소정 범위(예를 들면, 직경 3화소 이상의 범위)로 퍼진다.

도 14의 (B)는, 이미지 센서(24)의 각 화소의 입사 광량의 분포를 나타내고 있다. 예를 들면, 촬영 대상물(25)의 A점의 반사광은, 이미지 센서(24)가 대응하는 화소와 그 주위의 화소에 입사한다. A점의 반사광에 대해서는, 도 14의 (B)에 도시한 바와 같이, 광속 중심의 광이 입사하는 중심 화소(도 13의 주목 화소 a)의 입사 광량이 가장 많고, 중심 화소로부터 떨어질수록 입사 광량이 감소하는 가우스 분포를 나타낸다.

촬영 대상물(25)의 A점의 인접한 점의 반사광에 대해서는, 이미지 센서(24)의 인접한 중심 화소(도 13의 화소 a+1)의 입사 광량이 가장 많고, 중심 화소로부터 떨어질수록 입사 광량이 감소하는 가우스 분포를 나타낸다. 이하, 마찬가지로 다른 이미지 센서(24)의 각 화소의 입사 광량은, 도 14의 (B)에 도시한 바와 같은 가우스 분포를 갖는다.

촬영 대상물(25)의 A점으로부터의 광은, 이미지 센서(24)의 대응하는 화소 a와 인접하는 복수의 화소 a+1, a-1, a+2, a-2 …에, 농도 필터(22)의 투과율 특성에서 결정되는 광량 분포로 입사한다. 동시에, 인접하는 화소 a+1, a-1, a+2, a-2 …을 중심 화소로 하여 입사하는 광의 일부가 화소 a에도 입사한다. 이에 의해, 광학적인 컨볼루션이 행해지게 된다. 이것은, 이미지 센서(24)의 출력 신호에 대한 컨볼루션 연산에 의해 행하고 있던 로우 패스 필터 연산 처리를 광학적으로 대체한 것을 의미한다.

도 15는, 이미지 센서(24)의 임의의 화소열에서의 입사 광량을 나타내는 도면이다.

전술한 바와 같이 촬영 대상물(25)의 A점으로부터의 광(광속)은 퍼지면서 농도 필터(22)에 입사하지만, 조리개부(22a)에 의해 입사광이 제한되어, 농도 필터부(22b)를 통하는 광속은, 농도 필터(22)의 투과율 특성에 따라서 광속의 중심으로부터 주변을 향하여 투과율이 연속해서 저하되어 간다. 이 광속은, 결상면(26)에서 일단 결상하지만, 이미지 센서(24)에 입사할 때에, 소정 범위(예를 들면, 광속의 중심에 대해 직경 3화소 이상의 범위)로 퍼진다.

따라서, 촬영 대상물(25)의 각 점에서 반사되어, 농도 필터(22)를 통과하여 이미지 센서(24)에 입사하는 광속은, 도 15에 도시한 바와 같이, 광속의 중심의 광이 입사하는 주목 화소를 중심으로 하여 일정한 광량 분포를 갖는다. 예를 들면, 촬영 대상물(25)의 A점에서 반사된 광은, 화소 a를 중심으로 하여, 도 10의 가우스 분포를 가진 입사 광량으로 된다. 또한, 인접하는 화소 a+1, a-1, a+2, a-2 …을 중심으로 하는 광도 화소 a에 입사하고, 광학적으로 컨볼루션이 행해진다.

상기한 바와 같이 촬영 대상물(25)의 각 점의 반사광은, 농도 필터(22)가 갖는 투과율 특성에 의해 광량이 제한되어 이미지 센서(24)에 입사하므로, 예를 들면 농도 필터(22)를 가우스 분포의 특성으로 한 경우, 이미지 센서(24)에 입사하는 광에 대해 가우스 분포를 갖는 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다.

또한, 이미지 센서(24)에 입사하는 광이 퍼지는 소정 범위는, 직경 3화소의 범위에 한하지 않는다.

전술한 정보 판독 촬상 장치(21, 41, 51)에 의하면, 촬영 대상물(25)로부터 입사하는 광에 대해서 광학적으로 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다. 이에 의해, 이미지 센서(24)의 화상 신호에 대해 로우 패스 필터의 연산을 행할 필요가 없어지므로, 화상 처리의 처리 시간을 단축할 수 있다.

여기까지의 설명에서는, 간단하게 하기 위해 농도 필터(22)의 투과율 분포를 가우스 분포로 하고, 또한 결과로서 얻어지는 이미지 센서(24) 상의 점상의 광량 분포도 가우스 분포로 해왔다. 그러나 일반적으로는 베이스로 되는 광학계 그것이 고유의 광량 분포를 갖고 있기 때문에, 이 2개의 분포는 반드시 일치하지 않는다. 따라서 이미지 센서(24) 상의 광량 분포를 정확하게 가우스 분포로 하기 위해서는, 베이스로 되는 광학계 고유의 분포를 상쇄하도록 농도 필터(22)의 투과율 분포를 미리 조정해 둘 필요가 있다. 이하 도 16에 의해 상세하게 설명한다.

도 16의 (A), (B)는 농도 필터(22)의 투과율 특성과, 조리개의 개구부에 농 도 필터가 있는 경우와 없는 경우의 이미지 센서(24)의 수광 광량과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 16의 (A)는 농도 필터(22)의 직경 방향을 나타내고, 도 16의 (B)는, 농도 필터(22)의 중심으로부터 직경 방향의 거리 r과 투과율의 관계와, 이미지 센서(24)의 주목 화소(도 7의 A'점)의 중심으로부터의 거리와 광량과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 16의 (B)의 횡축은, 농도 필터(22)의 중심으로부터의 거리와, 주목 화소의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 투과율과 광량을 나타낸다.

도 16의 (B)의 실선의 그래프는, 농도 필터(22)의 투과율을 나타내고, 점선의 그래프는, 농도 필터가 있는 경우와 없는 경우의 이미지 센서(24)의 광량 분포를 나타낸다.

도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 광량 분포(농도 필터 없음)는, 렌즈(23)의 결상면(26)을, 이미지 센서(24)의 수광면의 바로 앞 또는 안측에 어긋나게 하여 핀트를 흐릿하게 한 상태에서, 농도 필터(22)를 사용하지 않은 경우의 이미지 센서(24)의 광량 분포를 나타내고 있다. 이 경우, 농도 필터(22)를 사용하고 있지 않으므로, 주목 화소(A'점의 화소)를 중심으로 하는 소정 범위의 화소의 광량 분포는 사다리꼴 형상으로 되지만, 일반적으로는 렌즈 중심부보다 주변부의 쪽이 집광량이 적기(어둡기) 때문에 완전한 사다리꼴 형상으로는 되지 않고, 점선으로 나타낸 바와 같이 r이 커짐에 따라 광량이 저하되는 분포로 된다(또한, 이 상태로도 로우 패스 필터 효과는 얻어지지만 특정한 특성의 로우 패스 필터에 한정된다).

도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 A'점 광량 분포(농도 필터 있음)는, 렌 즈(23)의 결상면(26)을, 이미지 센서(24)의 표면의 바로 앞 또는 안측에 어긋나게 하여 핀트를 흐릿하게 한 상태에서, 또한 농도 필터(22)를 사용한 경우의 이미지 센서(24)의 광량 분포를 나타내고 있다. 이 경우, 주목 화소(A'점의 화소)를 중심으로 하는 소정 범위의 화소의 광량 분포는, 실선으로 나타내는 농도 필터(22)의 투과율 특성과 전술한 농도 필터 없음의 광량 분포를 합성한 것으로 된다.

따라서 결과로서 얻어지는 이미지 센서 상의 광량 분포를 정확하게 가우스 분포로 하기 위해서는, 실선의 농도 필터의 투과율 분포를 가우스 분포 그 자체라고 할 수 없으며, 농도 필터 없음의 광량 분포, 즉 베이스의 광학계 고유의 광량 분포를 상쇄하도록 설계하면 된다.

또한 농도 필터(22)의 투과율 특성을 변화시킴으로써, 가우스 분포에 한하지 않고, 이미지 센서(24)에 입사하는 광에 대해 광학적으로 임의의 로우 패스 필터 처리를 실시할 수 있다.

전술한 실시 형태는, 농도 필터(22)에 의해 화상에 가우스 분포 특성의 로우 패스 필터를 실시하는 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 가우스 분포 이외의 로우 패스 필터 특성을 실시하는 경우에도 적용할 수 있다.

본 발명은, 상측 텔레센트릭 광학계 이외의 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 농도 필터의 투과율 특성을 나타내는 도면.

도 11은 농도 필터와 조리개를 별도 부품으로 한 경우의 예를 나타내는 도면.

도 12는 농도 필터와 조리개를 겸용한 경우의 예를 나타내는 도면.

도 13은 주목 화소의 그 주변의 화소의 입사 광량을 나타내는 도면.

도 14는 실시 형태의 동작 설명도.

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

도 16은 농도 필터의 투과율 특성과 이미지 센서의 광량과의 관계를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : 정보 판독용 촬상 장치

22, 31, 33 : 농도 필터

23 : 렌즈

24 : 이미지 센서

25 : 촬영 대상물

Claims

촬영 대상물로부터의 광의 수광 범위를 제한하는 조리개와,

상기 조리개의 개구부 또는 상기 개구부의 근방에 배치되고, 위치에 의해 상이한 투과율을 갖는 필터와,

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 필터에서 상기 원하는 투과율 특성이 부여된 광이 상기 수광면에서 소정 범위로 퍼지도록 한 정보 판독용 촬상 장치.
제1항에 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 필터의 투과율 특성은 가우스 분포를 갖는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 필터는, 상기 촬영 대상물과 렌즈 사이에 배치되어 있는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 필터는 상기 조리개와 일체로 형성되어 있는 정보 판독용 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 렌즈는, 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계이며, 상기 필터는 상기 복수의 렌즈의 사이에 배치되어 있는 정보 판독용 촬상 장치.