JP2003262785A

JP2003262785A - 画像入力装置

Info

Publication number: JP2003262785A
Application number: JP2002063655A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Watanabe; 充渡辺; Masato Iwakawa; 正人岩川; Soji Shingu; 聡司新宮; Hisato Kato; 久登加藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: US20030169364A1; JP4251312B2; EP1343110A2; US7778443B2; EP1343110A3; EP1343110B1; DE60332684D1

Abstract

(57)【要約】【課題】小包など大小様々な郵便物が流れる区分機にお
いて、レター区分機、フラットメール区分機同様の画像
認識処理による高速・高性能な区分を可能にする。【解決手段】搬送手段（搬送コンベア）１により一定方
向に移動する被写体(郵便物)２に向けて照明ユニット６
から照射し、被写体２までの撮像距離を撮像前に検知
し、撮像時に検知した距離データに応じて自動的にピン
トを合わせるオートフォーカスを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像入力装置に関
し、特に画像認識を行って郵便物を区分するために郵便
物を照明光源によって照射し、その照射された部分のモ
ノクロ画像又はカラー画像を入力する画像入力装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像入力装置は、既にレター
（はがき、定形郵便物）及びフラットメールと呼ばれる
郵便物に対してそれを区分する装置（それぞれレター区
分機及びフラットメール区分機）に搭載され実用化され
ている。区分機は、画像入力装置で郵便物表面のイメー
ジを取り込み、郵便物表面に記載されている宛名を後段
の認識処理部で読み取り、その結果に従って方面別の区
分箱へ分類収納するものである。この種の郵便物等の宛
名を自動的に読み取る従来技術は、特開２００１−２４
３４５８号公報、特開昭６３−１８９９７８号公報、特
開平２−１７１８８３号公報、特開平９−１３１５７３
号公報及び特開平１０−１８７９５２号公報に開示され
ている。

【０００３】ところで、フラットメールは、レターと比
べ、厚みが薄いものから厚いもの（最大５０ｍｍ）まで
幅があり、面積も最大で縦４００ｍｍ、横３００ｍｍと
広いため、フラットメール用の画像入力装置は上記要求
を満たすよう、レター用のそれよりもより広い視野、深
い深度を確保するよう光学系の設計がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】小包と呼ばれる郵便物
は、高さ最大６００ｍｍ、縦５００ｍｍ、幅５００ｍｍ
程度のものでフラットメールよりさらサイズの大きいも
のである。この小包み郵便物に対する区分機（以降小包
み区分機）において画像認識による区分を考えた場合、
従来のフラットメール用画像入力装置の技術の延長で
は、特に厚さに関して要求が１０倍以上であり、照明の
照射深度、カメラの被写界深度（ピントが合って見える
被写体位置の範囲）の限界から実現困難である。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記小包など大
小様々な郵便物が流れる区分機において、レター区分
機、フラットメール区分機同様の画像認識処理による高
速・高性能な区分を可能にするための画像入力装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による画像入力装置は、次のような特徴的な
構成を採用している。

【０００７】本発明の画像入力装置は、搬送手段により
一定方向に移動する被写体に向けて照明手段から照射
し、撮像手段により前記被写体を撮像し、撮像情報から
前記被写体の情報を識別する画像入力装置において、前
記被写体までの撮像距離を撮像前に検知し、前記撮像時
に前記検知した距離データに応じて自動的にピントを合
わせるオートフォーカスを行う。また、搬送手段により
一定方向に移動する被写体に向けて光源から線状光を照
射し、撮像手段により前記被写体を線状の視野で撮像す
る画像入力装置において、前記被写体までの撮像距離を
撮像前に検知し、前記撮像時に前記検知した距離データ
に応じて自動的にピントを合わせるようにする。具体的
には、搬送手段により一定方向へ移動する被写体に向け
て線状光を照射する照明手段と、前記被写体を線状の視
野で撮像するモノクロ又はカラーの撮像手段と、前記被
写体までの撮像距離を撮像前に予め検知する検知手段
と、前記撮像時に前記検知データに基づき自動的にピン
ト合わせを行うオートフォーカス手段とを備える。

【０００８】本発明は、撮像位置より搬送方向上流側に
ある撮像距離検知手段によりその距離を予め測定してお
き、それに応じてオートフォーカス手段によるピント合
わせを行って撮像を実施することによりカメラの大被写
界深度を実現する。

【０００９】撮像距離の検知は、郵便物上面を読み取る
場合、郵便物の高さを測定することにより行う。前面
（又は後面）を同時に読み取る場合も同様で、特に前面
と上面を読み取る場合、撮像及び照明照射は搬送方向の
斜め前方上から、後面と上面を読み取る場合には斜め後
方上から角度（例えば４５度）をつけて実施する。

【００１０】また郵便物側面を読み取る場合、郵便物の
搬送方向に垂直方向の位置を測定することにより撮像距
離を検知する。前面（又は後面）を同時に読み取る場合
も同様で、特に前面と側面を読み取る場合、撮像及び照
明照射は搬送方向の斜め前方横から、後面と側面を読み
取る場合には斜め後方横から角度（例えば４５度）をつ
けて実施する。

【００１１】オートフォーカスは、市販のリニアステッ
ピングモータを用い、リニアアレイＣＣＤの載ったプリ
ント板を前後させて行う。ステッピングモータの位置決
め精度１０μｍに対し、オートフォーカスなしで得られ
るセンサ側のピントの合う範囲（焦点深度）が数１０μ
ｍになるよう光学設計をおこなっており、安価でありな
がら本目的に十分合った精度よいフォーカシングが可能
である。

【００１２】位置決めは通常、相対位置決めにより行
う。但し郵便物の間隔が原点復帰を含めた位置決め移動
時間以上に空いている場合には常に原点復帰を行わせ、
外部の衝撃などで位置決めがずれた場合にそれ以降全て
位置決めがずれてしまうことを防止する。

【００１３】また、オートフォーカスの動作は全体の可
動範囲の一部しか用いていないため、その部分のグリス
切れによる劣化が早まる可能性がある。そのため電源Ｏ
Ｎ直後に必ずフルストローク動作を数回行わせてグリス
をよく伸ばすようにし、メインテナンスフリーでより長
寿命稼動を可能にする。

【００１４】ここで、センサを動かしてのオートフォー
カスであるため、例えばセンサ側から最も撮像距離が遠
くなる位置でラインスキャン方向（主走査方向）と搬送
方向（副走査方向）の倍率を１：１に調整した場合、撮
像距離が短くなるにつれ撮像視野は狭まるため、搬送方
向に対するスキャン方向の倍率が大きくなり、縦横比が
ずれてしまう。そのため、撮像距離に応じたスキャン方
向の間引き処理を行い、縦横比が常に一致するよう補正
する。

【００１５】更に、ミラーを複数枚用い、限られたスペ
ースの中で光路長を出来るだけ延ばし、撮像距離変動に
よる視野変動を極力抑える。ミラーは特に高分解能の撮
像の場合、高面精度を用いまた取り付け時に歪みが生じ
ないよう十分厚みのあるものを用いる。

【００１６】ここで、照明は上記深度幅、撮像幅におい
て出来るだけ高照度かつ均一な照射が要求される。高照
度は単純に信号のＳ／Ｎ比向上だけでなく、レンズ絞り
を絞ることによるメカ的なオートフォーカスによらない
カメラ深度向上につながり、被写体のスキャン方向の凹
凸に対してよりピントの合った撮像を可能にする。均一
性は後段のアナログゲイン補正の負荷を軽くし、画質向
上につながる。

【００１７】そのため、本装置では、高輝度でかつ長寿
命で安定性にも優れたオレンジ色の高圧ナトリウムラン
プを照明光源として用いる。この高圧ナトリウムランプ
管を複数個用い、照明反射板の形状を工夫することで上
記深度幅、撮像幅をできるだけ高照度かつ均一に照射す
ることを可能にしている。

【００１８】但し、カラー撮像の場合にはシャープカッ
トカラーフィルタにて色バランスを粗補正する必要があ
り、その分光量が低下してしまうため撮像は低分解能も
しくは低速度に限られてしまう。そのため、カラーで特
に高分解能の撮像を行う場合には、ナトリウムランプよ
りは光量が落ちるが結果としてより光量得られる白色の
メタルハライドランプを用いる。

【００１９】また、撮像と照明の角度についてはビニル
封などの正反射光の撮像系への入射を極力避けるための
配置をとる。

【００２０】更に、Ａ／Ｄ変換後に包絡線追従信号の生
成を工夫することで、正反射光によるコントラストの劣
化を抑制している。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施の形態に
ついて図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の
第１の実施形態の構成について図面を用いて説明する。
図１において、郵便物２は搬送コンベア１に載せられて
一定速度で移動する。光電センサ３は、郵便物２の通過
を検知し、その検知信号をカメラユニット５へ出力す
る。ロータリーエンコーダ９は、搬送コンベア１の速度
に比例した周期のパルスを生成しカメラユニット５へ出
力する。

【００２２】照明ユニット６は、郵便物２を線状に照射
するものである。この照明ユニット６の構成について図
２を参照して詳細に説明する。図２はツマミネジ１８を
緩め、前面の開閉部を開いた図である。図示の通り、照
明ユニット６は、３本のランプ管１４とその各々に対応
する反射板１７、側面に取り付けられた吸気ファン１５
とその反対側面の排気ファン１６、開閉部で照明の開口
部分を仕切る前面ガラス１９、さらにその開閉部の先に
取り付けられる補助反射板２０で構成される。吸気ファ
ン１５と排気ファン１６により照明ユニット６の内部は
空冷される。また、塵やほこりが入らないよう各々のフ
ァンに防塵メッシュが取り付けられている。

【００２３】反射板１７及び補助反射板２０は、ランプ
管１４が高圧ナトリウムランプの場合、メタルハライド
ランプの場合でそれぞれ、必要な被写界深度の深さ、視
野にてなるべく均一にかつ高照度にカメラ視野を照射す
るよう設計され、取り付けられる。また、各々のランプ
の特性に応じて、ランプ管表面及び前面ガラス１９に熱
線カット、紫外線カットのコーティングを施し、熱線及
び紫外線の照射を極力抑えてかつ可視光域による高輝度
照射を実現している。

【００２４】次に図３を参照して本発明の第１の実施形
態の回路構成について説明する。カメラユニット５は、
処理する信号形態から光学部分と電気部分に分けて考え
られる。光学部分は、カメラ視野１１の反射光２１を数
回折り返すミラー２２、シェーディング補正を行うシェ
ーディング補正板２４、各フィルタ類、そして集光・結
像するレンズ２７及びその像を受けるリニアアレイＣＣ
Ｄ２９で構成される。

【００２５】電気部分は、光電変換を行うＣＣＤ回路３
０、ＣＣＤ駆動信号を生成するＣＣＤ駆動回路３２、Ｃ
ＣＤ回路からの電気信号を増幅し信号レベルを正規化し
てデジタル変換し、さらに各デジタル画像補正を行うビ
デオ信号処理回路３３、ビデオ信号をパラレルシリアル
変換して認識ユニット７の画像認識処理部３５へ送出す
る画像データ伝送回路３４、さらに光電センサ３、エリ
アセンサ４、ロータリーエンコーダ９からの各信号を受
信し認識ユニット７のパラメータ制御部３６と通信を行
い、パラメータ設定をオートフォーカスモジュール３
１、ビデオ信号処理回路３３に対して行う制御回路３７
で構成される。

【００２６】ここで、オートフォーカスモジュール３１
の構成を図４を参照して詳細に説明する。リニアステッ
ピングモータ３８は、固定冶具４２で固定される。この
固定冶具４２は、熱伝導のよい金属を用いモータの熱を
逃がす役目も担っている。

【００２７】リニアステッピングモータ３８のシャフト
の先端には、ＣＣＤボード固定冶具４３が取り付けられ
る。リニアアレイＣＣＤ２９、その一部を遮光する遮光
板２８及びＣＣＤ回路３０が搭載されたＣＣＤボード４
４はＣＣＤボード固定ネジ４５によって上記ＣＣＤボー
ド固定冶具４３に取り付けられる。また、シャフトには
原点、エッジを検出するためのモータ用遮蔽板４１が取
り付けられ、原点用光電センサ３９、エッジリミット用
光電センサ４０が設置されている。

【００２８】電源ユニット１３は、図５に示すように、
ランプファン４６などの各種アラームを検出しカメラユ
ニット５へ出力するアラーム信号生成回路４７と、電源
４８と、メインテナンスのため通電時間を積算表示する
アワーメータ４９と、電源ブレーカ５０から構成されて
いる。

【００２９】認識ユニット７は、画像データ伝送回路３
４からの画像データに対し画像認識処理を行う画像認識
処理部３５と、エリアセンサ４のデータ値に応じ、光電
センサ３のあるタイミングにて各パラメータをオートフ
ォーカスモジュール３１及びビデオ信号処理回路３３に
送信するパラメータ制御部３６から構成される。

【００３０】次に上記本発明の第１の実施形態の動作に
ついて説明する。図１において、照明ユニット６は、図
６にも示す通りカメラ光軸角度５１と同様に搬送方向８
の垂直方向に対して鋭角をなすようその照明光軸角度５
２が設定され、かつカメラ光軸角度５１とは若干異なる
角度で照明を行っている。これによりビニール封筒など
による正反射の発生の軽減が図られている。

【００３１】また、必要な被写界深度、カメラ視野の範
囲で出来るだけ均一でかつ高照度となるよう照明を行っ
ている。図７は各高さ位置のカメラ視野での照明照度を
示している。０ｍｍから１，０００ｍｍまでの高さ変動
は補助反射板２０による効果で、最小値に対する最大値
が４倍強から２倍弱までに抑制され、より均一化が図ら
れている。

【００３２】ここで、図１に示すように郵便物２は搬送
コンベア１によって一定速度で搬送される。エリアセン
サ４の手前に設置された透過型の光電センサ３からの信
号は、エリアセンサデータの取り込みタイミング及び撮
像タイミング信号としてカメラユニット５へ送られる。

【００３３】カメラユニット５の制御回路３７は、ロー
タリーエンコーダ９のパルス信号を用い、光電センサ３
の信号を光電センサ３とエリアセンサ４の距離分だけ遅
延させてエリアセンサデータを取り込む。また、この光
電センサ３の信号から制御回路３７は郵便物の間隔を検
知する。

【００３４】エリアセンサ４のデータは、制御回路３７
を通してパラメータ制御部３６へ送られる。このエリア
センサデータに応じてパラメータ制御部３６はＬＵＴ形
式でゲイン補正パラメータ、間引きパラメータをビデオ
信号処理回路３３に、郵便物がカメラ視野１１にかかっ
て撮像を開始する直前に設定する。

【００３５】図８に示すように、ゲイン補正パラメータ
５７はアナログゲインアンプ５８に設定され、照明の高
さに応じた明るさ変動に起因するビデオ信号５６のレベ
ル変動をＡ／Ｄ変換前に抑制する。照明の高さに応じた
照度変動は、反射板１７及び補助反射板２０で図７に示
す程度までに抑えられている。ここで、反射板の設計を
より詳細に行うことでさらに明るさ変動を抑制すること
も可能であるが、コストと量産性の両面から現実的では
ない。そのため照明の反射板設計による変動抑制は図７
に示す程度の粗調整までとし、微調整をこのゲイン補正
部にて行う。

【００３６】ここで、カメラ光軸１０が搬送コンベア１
に対し斜めの角度を持つ場合、郵便物がカメラ視野１１
にかかるタイミングは郵便物の高さ、すなわちエリアセ
ンサデータに応じて変わる。例えば、カメラ光軸角度５
１が１８度である場合、高さ５０ｃｍの差で約１６ｃｍ
だけ撮像開始の位置が異なってくる（５０ｃｍ×ＴＡＮ
（１８度））。そのため撮像開始タイミングの遅延もカ
メラ光軸角度５１を元に予め計算してパラメータ制御部
３６にてテーブル化し、ＬＵＴ形式でエリアセンサデー
タに応じた遅延パラメータを読み出して制御回路３７に
設定する。

【００３７】また、パラメータ制御部３６はリニアステ
ッピングモータ３８の移動ステップ数をオートフォーカ
スモジュール３１に設定する。このタイミングは、オー
トフォーカスモジュール３１の動作時間を考慮に入れる
必要がある。前後の郵便物の間隔が原点復帰を行ってか
らの位置決め移動時間（最大約１８０ｍｓ）以上に空い
ている場合には絶対位置決めを行う。

【００３８】絶対位置決めにおいて、リニアステッピン
グモータ３８のステップ数の設定はパラメータ制御部３
６に予め設定されたステップ数だけ設定される。その設
定タイミングは、撮像の１８０ｍｓ前になされ、同時に
原点復帰動作が開始される。原点復帰後、自動的に設定
されたステップ数だけ位置決め移動が行われる。

【００３９】一方、前後の郵便物の間隔が上記以下であ
る場合には相対位置決めを行う。相対位置決めにおい
て、リニアステッピングモータ３８のステップ数の設定
はパラメータ制御部３６に予め設定されたステップ数か
ら、一つ前の郵便物のそれを引いた数だけ設定される。
その減算結果の符号は方向を表し、−の場合はＣＣＤを
レンズ（被写体）に近づける方向に、＋の場合は遠ざけ
る方向にそれぞれ絶対値分のステップ数だけステッピン
グモータを移動させる。設定のタイミングは、撮像のタ
イミングに対しステップ数に比例した時間に加減速のオ
フセットを加えた時間分だけ前になされ、同時にそのス
テップ数の移動が開始される。

【００４０】但し、郵便物の間隔がこの相対位置決めの
時間もないほどに狭い場合、次の郵便物を優先させる。
即ち、次の郵便物の撮像に間に合うよう、現在の郵便物
の撮像中にステッピングモータの移動を開始させる。こ
れは単純にメイル間隔が非常に狭い場合の他、例えば図
６に示すような場合に起こり得る。カメラ光軸角度５１
と前後の郵便物の間隔、及びそれらのエリアセンサデー
タから図６のような場合が予め予測できるため、上記対
応が可能である。

【００４１】移動ステップ数は、図９に示すように実験
的に求めた測定データ６３の近似曲線６２と、幾何光学
にて理論的に求めた曲線にオフセットを足しこんだ曲線
６１でほぼ一致する。そのため一度ステップ数を定めれ
ばオフセットの調整のみで設定が可能である。

【００４２】このオフセットの調整は、フォーカス調整
用チャートを高さ０ｍｍのカメラ視野１１上におき、Ｃ
ＣＤを高さ０ｍｍの以前のステップ数で移動させて固定
しレンズフォーカスリング回すことによっても、又はレ
ンズは動かさず実際に画像を取り込みながらＣＣＤを自
動的に１ステップずつ動かし最も画像がシャープだった
位置でのステップ数を今回の高さ０ｍｍでの値として設
定し直すことによっても行うことができる。

【００４３】ここで、郵便物２の高さが搬送方向８に対
して一定の場合、ステッピングモータの移動は上述の相
対位置決め又は絶対位置決めだけが行われるが、それが
変動している場合、エリアセンサにて得られた高さプロ
ファイルに合わせてオートフォーカスを追従移動させる
ことも可能である。この場合、ステッピングモータの追
従移動のスピードは搬送スピードに合わせ、高さプロフ
ァイルに応じたステップ数だけ順に相対位置決めにより
移動させる。

【００４４】郵便物２の表面からの反射光２１は、図３
に示すように複数枚のミラー２２で複数回反射された後
にレンズ２７によってＣＣＤ２９に結像する。

【００４５】ミラー２２は、特にカメラ視野１１方向に
細長い大きなサイズが必要であり、取り付け時に歪が生
じないよう、λ／４の高面精度でかつ厚みが１０ｍｍ以
上のものを用いる。複数枚の使用は限られたスペースの
中で光路長をできるだけ長くし郵便物２の高さ変動に伴
う画像の倍率変動を極力抑えるために行っている。

【００４６】しかし、例えば光路長約３．５ｍにおいて
も、倍率変動は図１０の曲線６５に示すような倍率変動
となってしまうため、高さに応じた間引き処理が行わ
れ、曲線６４のように高さ１０００ｍｍでも変動が１０
％以下となるよう補正している。

【００４７】間引きは、図１１のように間引きパラメー
タ７４をビデオ信号処理回路３３の画像補正回路６０に
ゲイン補正パラメータ５７と同様のタイミングで設定す
ることにより行われる。

【００４８】またミラー２２のうちの２つは、光路を４
５度で反射させかつ互いの面法線が直角であって同時に
動かすことの出来る可動ミラーブロック２３に取り付け
られる。この可動ミラーブロック２３を前後に動かすこ
とで光路長を移動の２倍分変化させることができ、特に
上述のように光路が長い場合に、光路を調整するのに有
利である。

【００４９】図３に示すように、レンズ２７の前にはシ
ェーディング補正板２４、偏光フィルタ２５、赤外カッ
トフィルタ２６がそれぞれ配置される。シェーディング
補正板２４は例えば半円形状であり、光束の中心部を減
光してレンズ自身の特性によるシェーディング（明るさ
ムラ）を補正する。赤外カットフィルタ２６は照明光に
残留する近赤外線から赤外線をカットし、ボールペンな
ど近赤外光で反射するインクで記入された文字のコント
ラストを高める。偏光フィルタ２５はビニールなど正反
射を生じやすい包装材で包まれた郵便物からの正反射光
を抑制する。

【００５０】ここで、特にカラー撮像で光源をオレンジ
色の高圧ナトリウムランプとする場合には、さらにシャ
ープカットカラーフィルタを備え、青から緑の色はその
まま透過させ赤色成分のみ減光透過させるものを用いて
粗く色バランス調整を行う。

【００５１】レンズ２７は、例えばスキャン方向分解能
８．０本／ｍｍの倍率で視野５１２ｍｍを取り込むよう
に選定する。するとＣＣＤ２９で実使用される画素数は
４０９６画素（＝８．０（画素／ｍｍ）×５１２ｍｍ）
となる。

【００５２】このＣＣＤ２９にてレンズ２７で結像した
光を電気信号へ変換する。低コスト化のためＣＣＤは、
上記使用画素以上の画素数を有した汎用のものを使用し
ているが、搬送方向の分解能を上げるため露光時間を全
画素転送時間以下にして用いている。その際、露光済み
画素の転送途中に次の露光が重なることによるイメージ
品質劣化を避けるため、遮光板２８を用い、実使用画素
以外は露光しないようにしている。

【００５３】ここで、遮光板とＣＣＤの隙間から回折に
よる光漏れが生じ遮光板端部でも若干露光してしまうこ
とを考慮しなければならない。そのため実使用画素に加
えてそれに連続する未使用画素の一部も空転送してい
る。この結果、実際の露光時間は実使用画素に空転送画
素分を加えたものとなる。

【００５４】ＣＣＤ回路３０から出力されるビデオ信号
５６は、図８に示す通り、ビデオ信号処理回路３３にて
ゲイン補正された後、Ａ／Ｄ変換される。

【００５５】画像補正回路６０では、先ずリニアアレイ
ＣＣＤの順方向とその逆方向の包絡線を検知して階調変
換、配光補正を行い、その後間引き処理を行う。その回
路構成を図１１に示す。

【００５６】先ず、Ａ／Ｄ変換器５９にてデジタル化さ
れた信号を複数ライン保持できる容量のある原イメージ
メモリ６６にリニアアレイＣＣＤの出力順に書き込む。
ここで１ライン分のイメージデータに対し平滑処理６７
を施した後、ＣＣＤの出力順の方向、及びその逆方向か
らイメージデータを読み出して包絡線検知処理を行い、
そのデータをそれぞれ順方向包絡線メモリ６８及び逆方
向包絡線メモリ６９に書き込む。

【００５７】ここで包絡線検知の原理を図１２（Ａ）か
ら（Ｄ）を用いて説明する。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は
順方向包絡線検知を図示したものである。ここでは原イ
メージメモリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイ
メージライン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順
方向に一つ先の画素のレベルを比較する。注目する画素
のレベルの方が大きければ、その値からある一定値を引
いたものをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画
素のレベルをその画素値とする。そうして１ライン分の
順方向包絡線追従信号７８を生成し、順方向包絡線メモ
リ６８に書き込む。

【００５８】一方、図１２（Ｃ）及び（Ｄ）は逆方向包
絡線検知を図示したものである。ここでは原イメージメ
モリ６６から読み出し平滑処理６７を施したイメージラ
イン信号７７に対し、注目する画素とＣＣＤ順方向に一
つ手前の画素のレベルを比較する。注目する画素のレベ
ルの方が大きければ、その値からある一定値を引いたも
のをその画素値とし、そうでなければ一つ先の画素のレ
ベルをその画素値とする。そうして１ライン分の逆方向
包絡線追従信号８１を生成し、逆方向包絡線メモリ６９
に書き込む。

【００５９】両包絡線検知における減算の値は、目的と
する画像認識処理に最も適した値を用いる必要があり、
調整にて定める。

【００６０】ここで順方向包絡線追従信号７８を白基準
レベルとして階調変換を行う補正を考えると、紙面レベ
ル７５よりレベルの小さい黒レベル７６に対し、その幅
が十分小さい場合には順方向包絡線追従信号７８と黒レ
ベル７６とのコントラストは保つことができる。一方、
紙面レベルより値の大きい正反射光レベル８０がある場
合、その正反射光の幅に関わらずイメージライン信号７
７が紙面レベル７５に戻っても順方向包絡線追従信号７
８はすぐに下がらずそれらの間にコントラストが生じて
しまう。逆方向包絡線追従信号８１だけで考えても同様
である。

【００６１】そこでこれら計算された２つの包絡線信号
について各画素毎の比較を行い、小さい方を配光補正の
ための紙面レベル追従信号として用いることを考える。
すると、その処理後の包絡線追従信号８２は図１２
（Ｅ）及び（Ｆ）に示すようになり、図１２（Ｂ）及び
（Ｄ）で示したような正反射前後の包絡線信号とイメー
ジライン信号とのコントラストが1画素分のずれを除き
完全に除去できる。

【００６２】順方向包絡線追従信号７８と逆方向包絡線
追従信号８１の比較は比較処理７０にて行う。その結果
の包絡線追従信号８２はＲＯＭ７１に上位アドレスとし
て与えられる。また下位アドレスとしてこの包絡線信号
を計算する元となった原イメージライン信号は、原イメ
ージメモリ６６から与える。

【００６３】ここでＲＯＭ７１には予め、（配光補正データ）＝（白基準レベル）÷（紙面レベル
追従値）×（イメージ値）なる演算を紙面レベル追従値の全てのとり得る値、及び
イメージ値の全てのとり得る値に対して行い、紙面レベ
ル追従値をＲＯＭ上位アドレス、イメージ値をＲＯＭ下
位アドレスとして、その演算結果を書き込んでおく。但
し、紙面レベル追従値がある閾値以下である場合には、
紙面とみなして無理に白基準レベルに持ち上げないよう
に設定しておく。

【００６４】これにより、計算された包絡線追従信号８
２を紙面レベル追従値として白基準レベルに設定し、階
調を最適に保つと共に１ラインスキャンにおける照明ム
ラ、レンズのシェーディングなどによるムラを補正し、
さらに照明の電源ＯＮからの時間変動、及び長期的劣化
に変動も吸収でき、いつでも均一な明るさのイメージを
得ることが出来る。

【００６５】また上述の式はイメージ値に対し単純に線
形であるが、さらにイメージ値に応じて変化する正規化
された重み定数をかけることでγ補正演算も可能であ
る。

【００６６】上述の演算結果である配光補正データ７３
は、認識ユニット７のパラメータ制御部３６にて計算さ
れ、制御回路３７を通じて、出荷調整時などのタイミン
グで書き込まれる。

【００６７】階調変換、配光補正のなされたＲＯＭ７１
の出力は、前述のようにエリサセンサの値に応じて間引
き処理７２が施され、画像データ伝送回路３４へ送られ
る。

【００６８】画像データ伝送回路３４は、画像データを
光ファイバまたはＬＶＤＳ信号で画像認識ユニット７の
画像認識処理部３５に画像を送信する。画像認識処理と
しては、郵便番号、宛名、書籍のＩＳＢＮコード番号な
どの文字認識処理、インディシアなどの検知処理などを
行うことが可能である。特にＩＳＢＮコード番号はカラ
フルなものが多いため、カラー撮像による認識が有利で
ある。

【００６９】なお、上記で示した視野、分解能などの数
値は一例にすぎず、本発明はこれに制限されるものでは
ない。

【００７０】次に、本発明の第２の実施形態について図
面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第１の実
施形態において、照明ユニットを２つとし、カメラ光軸
１０を搬送方向に垂直にしたものであり、図１３のよう
な配置となる。

【００７１】カメラ光軸が搬送方向に垂直であるため、
第１の実施形態のように、エリアセンサの値に応じて撮
像タイミングが変わることがなく、また図６のように次
の郵便物との高さ関係で撮像が不可能になるようなこと
が生じない。そして照明が倍になることでより高照度で
被写体を照射することができ、レンズ絞りを絞ることに
よるメカ的なオートフォーカスによらないカメラ深度向
上につながり、被写体のスキャン方向の凹凸に対してよ
りピントの合った撮像を可能にする。さらにシャッター
時間を短くすることでより高分解能の画像取り込みが可
能となる。

【００７２】次に、本発明の第３の実施形態について図
面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第１の実
施形態又は第２の実施形態において、カメラユニット５
に高分解能モノクロ撮像と低分解能カラー撮像の両機能
を搭載させたものである。

【００７３】図１４はカメラユニット５の構成を示すブ
ロック図である。モノクロ撮像用反射光１０１とカラー
撮像用反射光１０２は一定の距離だけ離れて平行を保っ
てミラー２２に反射される。モノクロとカラーの反射光
のＣＣＤまでの光路の構成はカラー撮像用の場合にシャ
ープカットカラーフィルタ１０３がある以外はほぼ同じ
である。その後段においても基本的にはモノクロとカラ
ーは同じ構成である。但しカラー撮像系のビデオ信号処
理回路３３においては、モノクロで配光補正を行う処理
において、さらに白補正が加わる。また分解能の違いか
らステッピングモータのステップ数が、見ている位置の
差から画像取り込みのタイミングを図る遅延パラメータ
が異なる。

【００７４】カラー低分解能の画像は、認識ユニット７
の画像認識領域検知部１０４に送られ、高分解能モノク
ロ画像取り込んだ画像のうち、実際に画像認識させる領
域を見つけ出す用途に用いられる。これにより高分解能
で全ての視野を画像認識させることがなくなり、より処
理の高速化を図ることができる。

【００７５】例えば、画像認識させる対象エリアがいつ
でも青い枠で書かれている場合、赤いハートマークがあ
る場合など、先ずそれらを低分解能カラー画像で検知
し、その位置からある程度マージンを含んだエリアに足
し、高分解能白黒画像で画像認識を行う。

【００７６】次に、本発明の第４の実施形態について詳
細に説明する。本実施形態は、第１の実施形態におい
て、特にカメラ光軸角度５１を４５度とし、被写体の上
面だけでなく後面（又は前面）も撮像するものである。

【００７７】図１のようにカメラ光軸１０が搬送方向の
斜め後方から下向きになるようカメラユニット５が設置
されている場合、上面の撮像を第１の実施形態同様に行
った後、オートフォーカスを高さに応じて追従させなが
ら高さ０ｍｍまで後面の撮像を行う。

【００７８】カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方から
下向きになるようカメラユニット５が設置されている場
合には、先ずオートフォーカスを高さ０ｍｍから郵便物
の高さまで追従させて前面を撮像し、その後上面を第１
の実施形態と同様にして撮像する。

【００７９】一方、図１５に示すように、郵便物の側面
を読み取るようにカメラユニット５及び照明ユニット６
を設置し、カメラ光軸１０が搬送方向斜め後方の向きに
なっている場合、先ず郵便物の側面を方向１１２の向き
に、位置検知用エリアセンサ１１１に応じてオートフォ
ーカスを位置決めして撮像する。次に方向１１３の向き
に、オートフォーカスを追従させながら郵便物の後面を
撮像する。

【００８０】ここで位置検知用エリアセンサ１１１は光
電センサ３や高さ検知用のエリアセンサ４と同様、カメ
ラ視野１０より搬送コンベアの手前に、コンベアの繋ぎ
目に上下に設置する。

【００８１】図１５でカメラ光軸１０が搬送方向斜め前
方の向きになっている場合には、先ずオートフォーカス
を追従させて前面を、次にオートフォーカス固定で側面
を撮像する。

【００８２】次に、本発明の第５の実施形態について図
面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第１の実
施形態のカメラユニットを複数台用い、第４の実施形態
の配置をそれぞれのカメラで別々にとらせ、郵便物を全
６方向から撮像するものである。

【００８３】図１６（Ａ）は、本実施形態のカメラユニ
ットの配置を側面から見た図である。この図１６（Ａ）
及び（Ｂ）において、各カメラユニットと対になる照明
ユニット、光電センサ３、高さ検知用のエリアセンサ
４、位置検知用エリアセンサ１１１などは省略してい
る。

【００８４】図１６（Ａ）に示すように、搬送コンベア
１の上面には、カメラ光軸１０が搬送方向の斜め前方か
ら下向きになるよう設置された前面及び上面読み取り用
カメラユニット１２１が、またコンベアの繋ぎ目から上
方にカメラ光軸を持った底面読み取り用カメラユニット
１２２が配置される。

【００８５】底面読み取り用カメラユニット１２２につ
いては、オートフォーカスは特に用いる必要はない。ま
たカメラユニット１２１の照明が直接入射しないような
配置にする。

【００８６】一方、図１６（Ｂ）は本実施形態のカメラ
ユニットの配置を上面から見た図であり、搬送コンベア
１の片側側面にはカメラ光軸１０が搬送方向の斜め後方
から前向きになるよう設置された後面及び側面読み取り
用カメラユニット１２４が、また反対側の側面にはその
側目読み取り用カメラユニット１２３が配置される。

【００８７】これら計４台のカメラユニット構成によ
り、郵便物を全６方向から撮像することが可能となる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の画像入力装
置によれば、次のような格別顕著な効果が得られる。

【００８９】（１）大小様々な郵便物に対しオートフォ
ーカスを用いてピントの合った画像を取り込むことがで
き、その画像に対し画像認識処理することにより自動的
に郵便物を区分することが可能となる。

【００９０】（２）高分解能のモノクロ撮像系と低分解
能のカラー撮像系を一体化させ、低分解能カラーで認識
対象の領域の位置を、そして高分解能のカラーで画像認
識処理を行うことにより、より高速に区分処理を行うこ
とができる。

【００９１】（３）偏光フィルタ、包絡線検知手段及び
カメラ光軸と照明光軸の位置関係により郵便物が正反射
を生じた際の画像のコントラスト劣化を抑えることがで
きる。

【００９２】（４）遮光手段によりＣＣＤ未使用部分を
遮光し必要範囲のみ使用することにより高速化が図れる
と共に汎用の安価なＣＣＤの使用が可能となる。

【００９３】（５）また、本発明の画像入力装置を複数
台用いることで郵便物を全６方向から撮像して全面の画
像認識処理を行うことができ、郵便物を搬送コンベアに
載せる際に、特に画像認識処理を行う面を意識して載せ
る必要がなくなり、作業者の負担軽減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像入力装置の第１の実施形態の
概略の構成を示す斜視図である。

【図２】図1に示す照明ユニットの構成を示す斜視図で
ある。

【図３】図１に示す回路構成の概略を示すブロック図で
ある。

【図４】図３に示すオートフォーカスモジュール３１の
構成を示す斜視図である。

【図５】図１に示す電源ユニット１３の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】郵便物の前後の関係により撮像が出来なくなる
場合を説明する図である。

【図７】照明補助反射板２０の効果を説明する図であ
る。

【図８】ビデオ信号処理回路３３の概略を示すブロック
図である。

【図９】リニアステッピングモータ３８の移動ステップ
数を示す図である。

【図１０】倍率変動に対する間引きの効果を説明する図
である。

【図１１】画像補正回路６０の構成を示すブロック図で
ある。

【図１２】本発明の実施形態における諧調変換や配光補
正処理を説明するための信号波形図である。

【図１３】本発明による画像入力装置の第２の実施形態
の光学系の構成を示すブロック図である。

【図１４】本発明による画像入力装置の第３の実施形態
の回路構成の概略を示すブロック図である。

【図１５】郵便物の側面及び後面を読み取る配置構成の
概略を示すブロック図である。

【図１６】本発明による画像入力装置の第５の実施形態
のカメラユニット配置構成の概略を示す側面図と上面図
である。

【符号の説明】

１搬送コンベア２郵便物３光電センサ４エリアセンサ５カメラユニット６照明ユニット７認識ユニット８搬送方向９ロータリーエンコーダ１０カメラ光軸１１カメラ視野１２エリアセンサビーム１３電源ユニット１４ランプ管１５吸気ファン１６排気ファン１７反射板１８ツマミネジ１９前面ガラス２０補助反射板２１反射光２２ミラー２３可動ミラーブロック２４シェーディング補正板２５偏光フィルタ２６赤外カットフィルタ２７レンズ２８遮光板２９ＣＣＤ３０ＣＣＤ回路３１オートフォーカスモジュール３２ＣＣＤ駆動回路３３ビデオ信号処理回路３４画像データ伝送回路３５画像認識処理部３６パラメータ制御部３７各制御回路３８リニアステッピングモータ３９原点用光電センサ４０エッジリミット用光電センサ４１モータ用遮蔽板４２モータ固定冶具４３ＣＣＤボード固定冶具４４ＣＣＤボード４５ＣＣＤボード固定ネジ４６ランプファン４７アラーム信号生成回路４８電源４９アワーメータ５０電源ブレーカ５１カメラ光軸角度５２照明光軸角度５３照明光軸５４補助反射板なしの照度データ５５補助反射板ありの照度データ５６ビデオ信号５７ゲイン補正パラメータ５８アナログゲインアンプ５９Ａ／Ｄ変換器６０画像補正回路６１理論曲線（オフセット追加）６２測定データへの近似曲線６３測定データ６４間引き処理を行った場合の倍率変動曲線６５間引き処理を行わない場合の倍率変動曲線６６原イメージメモリ６７平滑処理６８順方向包絡線メモリ６９逆方向包絡線メモリ７０比較処理７１ＲＯＭ７２間引き処理７３配光補正パラメータ７４間引きパラメータ７５紙面レベル７６黒レベル７７イメージライン信号７８順方向包絡線追従信号７９ＣＣＤ順方向８０正反射光レベル８１逆方向包絡線追従信号８２比較処理後の包絡線追従信号１０１モノクロ撮像用反射光１０２カラー撮像用反射光１０３シャープカットカラーフィルタ１０４画像認識領域検知部１１１位置検知用エリアセンサ１１２側面読み取り方向１１３後面読み取り方向１２１前面及び上面読み取り用カメラユニット１２２底面読み取り用カメラユニット１２３側面読み取り用カメラユニット１２４側面及び後面読み取り用カメラユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新宮聡司東京都港区芝四丁目３番５号エヌイーシーポスタルテクノレクス株式会社内 (72)発明者加藤久登横浜市神奈川区新浦島町一丁目１番地25 日本電気ロボットエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 2H051 AA00 BA47 BB10 CB04 CB11 CB13 CB20 CB22 CC03 CC14 CE02 CE13 CE14 FA04 5B047 AA07 AA11 AB04 BA01 BB02 BC05 BC07 BC09 BC12 BC14 BC23 CA04 CA17 CA23 CB04 CB07 CB12 CB22 DA01 DA04 DB01 DC06 5C022 AB15 AB22 CA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送手段により一定方向に移動する被写体
に向けて照明手段から照射し、撮像手段により前記被写
体を撮像し、撮像情報から前記被写体の情報を識別する
画像入力装置において、前記被写体までの撮像距離を撮像前に検知し、前記撮像
時に前記検知した距離データに応じて自動的にピントを
合わせるオートフォーカスを行うことを特徴とする画像
入力装置。
【請求項２】被写体を一定方向に移動させる搬送手段
と、前記搬送手段により一定方向に移動する被写体に向けて
線状光を照射する光源及びこの光源からの熱線及び紫外
線をカットし可視光線を透過させるガラスとを有する照
明手段と、前記線状光が照射された前記被写体を線状の視野で撮像
する撮像手段と、前記被写体までの撮像距離を撮像前に検知する検知手段
と、前記撮像時に前記検知手段により検知した距離データに
応じて自動的にピントを合わせるオートフォーカス手段
とを有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】前記照明手段は１台であり、その光軸が前
記搬送手段の搬送方向と鋭角をなし、かつその角度が前
記撮像手段の光軸と前記搬送手段の搬送方向のなす角度
とは異なることを特徴とする請求項１または２に記載の
画像入力装置。
【請求項４】前記照明手段は２台であり、その各照明手
段は、前記撮像手段が有する線状の視野を挟んで相対向
して配置されることを特徴とする請求項１または２に記
載の画像入力装置。
【請求項５】前記照明手段の光源として高圧ナトリウム
ランプを使用し、前記撮像手段としてモノクロ画像又は
カラー画像を撮像することを特徴とする請求項１または
２に記載の画像入力装置。
【請求項６】前記照明手段の光源としてメタルハライド
ランプを使用し、前記撮像手段としてカラー画像を撮像
することを特徴とする請求項１または２に記載の画像入
力装置。
【請求項７】前記撮像手段は、光路中に偏光フィルタと
赤外カットフィルタ及び場合によってシャープカットカ
ラーフィルタとを具備することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の画像入力装置。
【請求項８】前記撮像手段は、光路を屈曲する複数枚の
ミラーから成る光学系を有することにより光路長を延ば
していることを特徴とする請求項１または２に記載の画
像入力装置。
【請求項９】前記撮像手段のミラーの面精度をλ／４程
度とすることを特徴とする請求項８に記載の画像入力装
置。
【請求項１０】前記モノクロとカラーの両撮像手段の撮
像視野幅及び撮像位置は略同じであり、光学倍率（分解
能）は異なることを特徴とする請求項５に記載の画像入
力装置。
【請求項１１】前記撮像手段は、結像手段と光電変換手
段とビデオ信号処理手段と画像データ伝送手段とを有す
ることを特徴とする請求項１または２に記載の画像入力
装置。
【請求項１２】前記光電変換手段は、モノクロ撮像又は
カラー撮像でそれぞれ、直線状に受光素子を並べたモノ
クロイメージ撮像用のリニアアレイＣＣＤ（Charge Cou
pled Device）又はカラーイメージ撮像用のカラーリニ
アアレイＣＣＤであり、前記モノクロ及びカラーのリニ
アアレイＣＣＤの一部を遮光する遮光手段を具備したこ
とを特徴とする請求項１１に記載の画像入力装置。
【請求項１３】前記ビデオ信号処理手段は、ゲイン補正
手段、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換手段及び画像
補正手段とを有することを特徴とする請求項１１に記載
の画像入力装置。
【請求項１４】前記ゲイン補正手段において、予め撮像
距離毎にゲイン補正パラメータを測定し、ＬＵＴ（Look
Up Table）形式で撮像距離に応じてパラメータを読み
出してゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１３に
記載の画像入力装置。
【請求項１５】前記画像補正手段において、予め撮像距
離毎に縦横の長さ比を合わせるための間引きパラメータ
を計算し、ＬＵＴ形式で撮像距離に応じてパラメータを
読み出して縦横の倍率補正を行うことを特徴とする請求
項１３に記載の画像入力装置。
【請求項１６】前記画像補正手段において、リニアアレ
イＣＣＤの取り込み方向（順方向）とその逆方向から包
絡線を検知し階調補正及び配光補正を行うことを特徴と
する請求項１３に記載の画像入力装置。
【請求項１７】前記撮像距離の検知は、エリアセンサを
使用し、前記被写体との距離プロファイルを作成してオ
ートフォーカス手段によりピントを追従させて撮像する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像入力装
置。
【請求項１８】前記撮像距離の検知は、エリアセンサ又
は変位センサを使用し、前記被写体の前記搬送手段の搬
送方向に垂直方向の位置を検知することを特徴とする請
求項１または２に記載の画像入力装置。
【請求項１９】前記照明手段にて前記被写体の上面を照
射し、前記撮像手段にてその上面を撮像することを特徴
とする請求項１７に記載の画像入力装置。
【請求項２０】前記照明手段にて前記被写体の搬送方向
に対する前面（又は後面）及び上面を照射し、前記撮像
手段にてその前面（又は後面）及び上面を撮像すること
を特徴とする請求項１７に記載の画像入力装置。
【請求項２１】前記照明手段にて前記被写体の搬送方向
に対する片側側面を照射し、前記撮像手段にてその側面
を撮像することを特徴とする請求項１８に記載の画像入
力装置。
【請求項２２】前記照明手段にて前記被写体の搬送方向
に対する前面（又は後面）及び片側側面を照射し、前記
撮像手段にてその前面（又は後面）及び片側側面を撮像
することを特徴とする請求項１８に記載の画像入力装
置。
【請求項２３】請求項２０、２１及び２２に記載の画像
入力装置を組み合わせ、前記被写体を全６方向から撮像
することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２４】前記オートフォーカスは、リニアステッ
ピングモータを使用し、前記光電変換手段のモノクロ又
はカラー撮像用のリニアアレイＣＣＤが搭載されたプリ
ント板を前後させてピントを合わせることを特徴とする
請求項１または２に記載の画像入力装置。
【請求項２５】前記オートフォーカスは、撮像距離毎に
予め原点からピントの合う位置までの移動ステップ数を
求め、ＬＵＴ形式で撮像距離に応じてリニアステッピン
グモータの移動ステップ数を読み出してオートフォーカ
スを行わせることを特徴とする請求項２４に記載の画像
入力装置。
【請求項２６】前記オートフォーカスは、リニアステッ
ピングモータの原点復帰による位置決め（絶対位置決
め）は被写体の前後の間隔が原点復帰を含めた位置決め
移動時間に対し十分であるときのみ行い、そうでない場
合には前回の位置を元に移動パラメータの差分だけ相対
的に動かしてオートフォーカスを行う（相対位置決め）
ことを特徴とする請求項２４に記載の画像入力装置。
【請求項２７】前記オートフォーカスは、電源ＯＮ直後
の初期動作として数回フルストローク動作を行わせるこ
とを特徴とする請求項２４に記載の画像入力装置。