JPH0429047B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被検出領域を光学的に検出するにあ
たり、結像面に自動的に焦点を調節して結像する
自動焦点調節装置に関する。

このような自動焦点調節装置は、物流仕分けな
どにおいて物品に設けられた被検出領域を工業用
テレビカメラなどを用いて読み取り、その物品を
自動仕分けするために必要となる。すなわち物品
に設けられた被検出領域がいわゆるバーコードな
どのように仕分け先を表わすためにコード化され
た複数の線状部分から成る場合には、その被検出
領域を正確に読み取らなければ、仕分け情報を得
ることができず、自動仕分けが困難になる。

本発明の目的は、被検出領域の像を、自動的に
焦点を調節することによつて、正確に読み取る自
動焦点調節装置を提供することである。

本発明は、物品１の表面に、予め定める方向に
沿つて帯状の一対の標識６ａ，６ｂが間隔ｄをあ
けて配置され、これらの標識６ａ，６ｂとその背
景とは明確なコントラストを有して被検出領域２
が形成されており、 光電変換手段に、物体の被検出領域２の像を、
焦点距離を調節可能な結像手段５によつて結像
し、前記予め定める方向は、水平走査線の方向に
定められているテレビカメラ３と、 結像手段５を、その結像手段５と光電変換手段
との距離が変化して焦点が合わせられるように一
方向に移動させる駆動装置２３と、 テレビカメラ３の光電変換手段からの１つの水
平走査線の映像信号を２値化する２値化回路８
と、 パルスを発生する発振器９と、 ２値化回路８とパルス発振器９との出力に応答
してパルス発振器９からのパルスを導出する第
1ANDゲート１０と、 ２値化回路８の出力を反転する第１反転回路１
１と、 テレビカメラ３からの水平同期信号によつてリ
セツトされ、このリセツトされた後に、第１反転
回路１１の出力に応答してその第１反転回路１１
の出力の立上りまたは立下りの予め定めるいずれ
か一方の波形が受信され、次にいずれか他方の波
形が受信されることによつてセツトされる第１フ
リツプフロツプ１２と、 ２値化回路８の出力と第１フリツプフロツプ１
２の出力とが与えられる第2ANDゲート１３と、 テレビカメラ３からの水平同期信号によつてリ
セツトされ、このリセツトされた後に、第2AND
ゲート１３の出力に応答してその第2ANDゲート
１３の出力の立上りまたは立下りの予め定めるい
ずれか一方の波形が受信され、次にいずれか他方
の波形が受信されることによつてセツトされる第
２フリツプフロツプ１４と、 第２フリツプフロツプ１４の出力を反転する第
２反転回路１５と、 第1ANDゲート１０の出力と、第１フリツプフ
ロツプ１２の出力と、第２反転回路１５の出力と
が与えられ、前記間隔ｄの期間におけるパルス発
振器９からの第1ANDゲート１０を介するパルス
出力を導出する第3ANDゲート１６と、 第2ANDゲート１６からのパルスを計数するカ
ウンタ１７と、 テレビカメラ３からの垂直同期信号に応答し
て、一画面前のカウンタ１７からの計数値をスト
アするレジスタ１９と、 カウンタ１７とレジスタ１９との出力に応答し
て、現在の計数値と、一画面前の前記１つの水平
走査線による計数値との差の絶対値｜Δd｜を減
算して求める減算器２０と、 予め定める定数ΔdSを設定する定数設定器２２
と、 減算器２０からの前記絶対値｜Δd｜の出力が、
定数設定器２２で設定された前記定数ΔdS未満で
あるとき、駆動装置２３を停止させる比較器２１
とを含むことを特徴とする自動焦点調節装置であ
る。

第１図は、本発明の一実施例の斜視図である。
物品１に設けられた被検出領域２は、工業用テレ
ビカメラ３によつて読み取られる。この物品１
は、工業用テレビカメラ３の正面を経てコンベア
などによつて搬送方向４に搬送される。工業用テ
レビカメラ３は、凸レンズなどを含む結像手段５
と、その結像手段５によつて被検出領域２の像を
電気的映像信号に変換するビジコンなどの光電変
換手段とを備える。

第２図は、被検出領域２の正面図である。この
被検出領域２は、物品１の表面に予め定められた
方向（すなわちこの実施例では水平方向）に沿つ
て帯状（バー）の一対の標識６ａ，６ｂ（総括的
に参照符６で示すことがある）が斜線で示される
ように配列されており、このうち定められた標識
６ａと標識６ｂとの間隔が一定距離ｄになるよう
に考慮されている。標識６と、その背景となる物
品１の表面とは、明確なコントラストをもつよう
に予め色分けされている。本実施例では、説明の
簡単化のため、標識６を黒とし、背景１を白と想
定する。

第３図は、工業用テレビカメラ３によつて得ら
れる画像を示す。第３図１のように工業用テレビ
カメラ３の焦点が合つていない場合には、標識６
ａ，６ｂの像６ａ１，６ｂ１の境界は不鮮明であ
る。これに対して、第３図２のようにテレビカメ
ラ４の焦点が合つている場合には、被検出部分６
ａ，６ｂの像６ａ２，６ｂ２の境界は鮮明となり
両者の間隔ｄも明瞭である。すなわち工業用テレ
ビカメラによつて被検出領域を撮像し、これから
標識と標識の間隔ｄを求める。焦点が合つたとこ
ろで前記間隔ｄは最大となる性質をもつている。

第４図は、工業用テレビカメラ３の結像手段５
の位置と、工業用テレビカメラの像から計算して
求めた標識の間隔の関係を示す図である。この結
果、標識の間隔が最大となる点ｄ３に対応する結
像手段１５の位置をｆとすれば、結像手段５をｆ
に位置決めすれば焦点を合わせることができる。
結像手段５をｆに位置決めするには、結像手段５
を前方端から後方端へ移動しつつ、時々刻々得ら
れる映像信号によつて標識の間隔ｄを計測し、間
隔ｄの検出値の時間に対する変化量Δdが最小と
なる点において結像手段５を停止させればよい。

第５図は、本実施例における制御ブロツク図で
ある。工業用テレビカメラ３の光電変換手段から
の映像信号Ｓ１を２値化回路８に与え、第３図の
参照符７で示される１つの水平走査線の映像信号
を２値化する。この２値化の動作に当つては、１
つの水平走査線の映像信号を予め定められたしき
い値（後述の第６図１参照）で２値化する。こ
の結果、標識部分に対応する部分６ａ，６ｂ（黒）
はたとえば論理「０」と判断され、背景（白）は
論理「１」と判断される。標識と標識との間隔ｄ
は、計算回路２５によつて計算される。２値化回
路８の出力Ｓ２をサンプリングするためにパルス
発振器９が設けられる。パルス発振器９の出力パ
ルスＳ３と２値化回路８の出力Ｓ２は、ANDゲ
ート１０に入力され、この結果２値化信号のサン
プリングパルス出力が得られる。フリツプフロツ
プ１２，１４は、間隔ｄに相当する期間に発生す
るパルスをカウントするカウンタ１８のカウント
期間を制御する。２値化回路８の出力Ｓ２は、イ
ンバータ１１を経由してフリツプフロツプ１２に
入力される。この結果、フリツプフロツプ１２
は、２値化信号の反転信号がハイレベルの条件に
よつてセツトされる。フリツプフロツプ１２の出
力Ｓ５は、ANDゲート１３に入力される。AND
ゲート１３の他方の入力は２値化回路８の出力Ｓ
２である。ANDゲート１３の出力はフリツプフ
ロツプ１４に入力される。この結果、フリツプフ
ロツプ１４は、フリツプフロツプ１２の出力Ｓ５
がハイレベルであり、かつ２値化回路８の出力Ｓ
２がハイレベルの条件によつて、セツトされる。
３入力のANDゲート１６には、フリツプフロツ
プ１２の出力Ｓ５と、フリツプフロツプ１４の出
力Ｓ６をインバータ１５によつて反転した信号
と、ANDゲート１０の出力とが入力される。こ
の結果、ANDゲート１６の出力Ｓ７は間隔ｄに
相当する期間のサンプリングパルスが得られる。

第６図は、上記信号関係を示すタイムチヤート
である。第６図１はビデオ信号Ｓ１、第６図２は
２値化回路８の出力Ｓ２をそれぞれ示す。

第６図２は、反転回路１１の出力波形を示す。
フリツプフロツプ１２は、テレビカメラ３から同
期信号分離回路２４において得られる水平同期信
号ｑ１，ｑ２（第６図１参照）によつてリセツト
され、このリセツトされた後に、反転回路１１の
出力に応答して、その反転回路１１の出力の立上
りｐ１の波形が受信され、次に立下り波形ｐ２が
受信されることによつてセツトされる。

またフリツプフロツプ１４は、水平同期信号ｑ
１，ｑ２によつてリセツトされ、そのリセツトさ
れた後に、第６図２の立上り波形ｐ１１に対応す
るANDゲート１３の立上り波形が受信され、次
に第６図２の立下り波形ｐ１２に対応するAND
ゲート１３からの立下り波形が受信されることに
よつてセツトされる。なお他の実施例として、こ
れらのフリツプフロツプ１２，１４は、一旦リセ
ツトされた後に与えられる立下り波形が受信さ
れ、次に立上り波形が受信されることによつてセ
ツトされる構成とし、これに応じてその他の構成
要素のわずかな変更によつて、本発明を実施する
こともまた可能である。

第６図３はパルス発振器９の出力Ｓ３、第６図
４はANDゲート１０の出力Ｓ４、第６図５はフ
リツプフロツプ１２の出力Ｓ５、第６図６はフリ
ツプフロツプ１４の出力Ｓ６、第６図７はAND
ゲート１６の出力Ｓ７である。

ANDゲート１６の出力Ｓ７は、カウンタ１７
に入力され、この結果、標識を走査する１つの水
平走査線上における標識と標識との間隔ｄに相当
するパルス数がカウントされる。レジスタ１８に
は、一画面毎の間隔ｄに相当するパルスカウント
数が記憶される。もう１つのレジスタ１９は、垂
直同期信号に応答して、レジスタ１８の内容が一
画面毎に読み込まれる。この結果、レジスタ１９
には、一画面前の１つの水平走査線による内容が
記憶される。減算器２０は、レジスタ１９の内容
からレジスタ１８の内容を減算する。この結果、
減算器２０には前回の画面における間隔ｄ２と今
回の画面の間隔ｄ１との差Δdが得られる。比較
器２１は、減算器２０の出力の絶対値｜Δd｜が
定数設定器２２によつて与えられる定数ΔdSより
小さいか、大きいかを比較する。工業用テレビカ
メラ３の結像手段５は、駆動装置２３によつて移
動される。駆動装置２３によつて結像手段５をそ
の移動方向の前方端から後方端へ移動しつつ、ま
たはその逆に後方端から前方端に移動しつつ、
時々刻々に得られる映像信号によつて標識の間隔
ｄを計測し、間隔ｄが最大となる位置に結像手段
を位置決めすれば、焦点を合わせることができ
る。間隔ｄが最大となる位置は、ｄの変化量Δd
が零の近傍となる位置であり、上記比較器２１に
おいて｜Δd｜＜ΔdSが成立する位置である。比
較器２１は、駆動装置２３の動作中に｜Δd｜＜
ΔdSが成立する点を求め、この点において駆動装
置２３を停止させる。同期信号分離回路２４で
は、ビデオ信号から水平同期信号と垂直同期信号
とが分離される。水平同期信号は、フリツプフロ
ツプ１２，１４およびカウンタ１７に入力され、
各水平走査線の最初と最後のタイミングの指示を
与える。垂直同期信号は、レジスタ１８，１９、
減算器２０および比較器２１に入力され、一画面
の最初と最後のタイミングの指示を与える。

上述の実施例では、被検出領域２は白地に黒の
標識としたけれども、本発明の他の実施例とし
て、標識は彩度を有するいわゆるカラーコードに
よつて実現されても良い。

上述の実施例では工業用テレビカメラによつて
撮像された標識の間隔が焦点ズレの程度によつて
変化するため、この間隔を最大にすることによつ
て焦点を調節するものとしたが、本発明の他の実
施例として、白黒が上述の実施例とは反対である
とき、被検出領域としての標識（バー）の像は焦
点ボケによつて幅が拡がるものであるため単一の
バーの幅が最小となる位置によつて焦点を決定し
ても良い。このとき、第６図１で示される映像信
号の標識に対応したレベルがしきい値ｌ１未満で
ある幅が最小となるように、前述のように前回の
画面の間隔と今回の画面の間隔との差が零の近傍
の値になつたとき、結像手段５の移動を停止すれ
ばよい。

以上のように本発明によれば、光学的検出装置
の結像手段の焦点が自動的に調節されて被検出領
域の像が光電変換手段に結像されるので、被検出
領域を明確に読み取つて識別することが可能とな
る。

特に本発明では、テレビカメラ３に備えられて
いる光電変換手段からの水平走査線毎の映像信号
を２値化回路８によつて２値化し、バーコードな
どの被検出領域２の間隔ｄの幅に対応したパルス
発振器９からのパルスをカウンタ１７によつて計
数し、その計数値と、一画面前にカウンタ１７に
よつて計数した計数値をストアしているレジスタ
１９のストア内容との差の絶対値｜Δd｜が定数
ΔdS未満であるとき、焦点の調節が適切に行われ
たものと判断して、結像手段５を移動する駆動装
置２３を停止させるようにしたので、構成が簡単
であるという優れた効果が達成される。

特に２値化回路８によつて２値化された画像を
処理し水平走査線の一本だけを演算処理すること
によつて、自動的に焦点調節を行うことができる
ことは、本発明の大きな効果である。

さらにまた定数設定器２２において設定される
定数ΔdSを適切に定めることによつて、焦点調節
の精度を決定することができ、各種の用途に応じ
て、最適な精度を設定することができ、むやみに
精度が高すぎたり、あるいはまた低すぎたりする
という不具合がなく、各種の用途に応じて、最適
な焦点調節を自動的に行うことができるようにな
る。

さらに本発明によれば、物品１の表面に形成さ
れる被検出領域２は、テレビカメラ３の水平走査
線の方向に沿つて帯状の一対の標識６ａ，６ｂが
間隔ｄをあけて配置されて構成され、これらの標
識６ａ，６ｂとその背景とは明確なコントラスト
を有しており、このような簡単な構成を有する被
検出領域２を物品１の表面に形成することによつ
て、自動焦点調節を確実に行うことができる。こ
のような被検出領域は、たとえばバーコードなど
であつてもよく、したがつて物品１の自動焦点調
節を容易に実現することができるという優れた効
果が達成される。このように本発明が容易に実施
されるということは、たとえば物品１の輸送業な
どの分野で、きわめて重要なことである。

さらに本発明によれば、第１〜第3ANDゲート
１０，１３，１６と、第１および第２反転回路１
１，１５と、第１および第２フリツプフロツプ１
２，１４とによつて、標識６ａ，６ｂ間の間隔ｄ
を確実に検出することができ、その構成が簡単で
あるという優れた効果が達成される。このことも
また本発明が、各種の分野において実施されるた
めに重要なことである。

しかも本発明では、テレビカメラ３の少なくと
も１つの水平走査線を処理することによつて自動
焦点調節を行うことができ、演算処理がきわめて
簡単であり、このこともまた本発明において重要
なことである。

さらにまた本発明では、間隔ｄを、カウンタ１
７の計数値と、１画面前の計数値であるレジスタ
１９のストア内容とを比較することによつて相対
的に最大または最小にすることができる。したが
つて、間隔ｄを正確に定めておく必要はなく、物
品１毎に異なつても、正確に焦点を合わせること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は
被検出領域２の正面図、第３図は工業用テレビカ
メラによつて撮像された被検出領域２の像を示す
図、第４図は工業用テレビカメラ３の結像手段５
の変化に伴つて検出される標識の間隔ｄの測定結
果を示すグラフ、第５図は自動焦点調節のための
制御ブロツク図、第６図は被検出領域２の標識の
間隔を演算する回路のタイムチヤートである。 １…物品、２…被検出領域、３…工業用テレビ
カメラ、５…結像手段、６…標識、８…２値化回
路、１８，１９…レジスタ、２０…減算器、２１
…比較器、２３…駆動装置、２５…計算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物品１の表面に、予め定める方向に沿つて帯
   状の一対の標識６ａ，６ｂが間隔ｄをあけて配置
   され、これらの標識６ａ，６ｂとその背景とは明
   確なコントラストを有して被検出領域２が形成さ
   れており、 光電変換手段に、物体の被検出領域２の像を、
   焦点距離を調節可能な結像手段５によつて結像
   し、前記予め定める方向は、水平走査線の方向に
   定められているテレビカメラ３と、 結像手段５を、その結像手段５と光電変換手段
   との距離が変化して焦点が合わせられるように一
   方向に移動させる駆動装置２３と、 テレビカメラ３の光電変換手段からの１つの水
   平走査線の映像信号を２値化する２値化回路８
   と、 パルスを発生する発振器９と、 ２値化回路８とパルス発振器９との出力に応答
   してパルス発振器９からのパルスを導出する第
   1ANDゲート１０と、 ２値化回路８の出力を反転する第１反転回路１
   １と、 テレビカメラ３からの水平同期信号によつてリ
   セツトされ、このリセツトされた後に、第１反転
   回路１１の出力に応答してその第１反転回路１１
   の出力の立上りまたは立下りの予め定めるいずれ
   か一方の波形が受信され、次にいずれか他方の波
   形が受信されることによつてセツトされる第１フ
   リツプフロツプ１２と、 ２値化回路８の出力と第１フリツプフロツプ１
   ２の出力とが与えられる第2ANDゲート１３と、 テレビカメラ３からの水平同期信号によつてリ
   セツトされ、このリセツトされた後に、第2AND
   ゲート１３の出力に応答してその第2ANDゲート
   １３の出力の立上りまたは立下りの予め定めるい
   ずれか一方の波形が受信され、次にいずれか他方
   の波形が受信されることによつてセツトされる第
   ２フリツプフロツプ１４と、 第２フリツプフロツプ１４の出力を反転する第
   ２反転回路１５と、 第1ANDゲート１０の出力と、第１フリツプフ
   ロツプ１２の出力と、第２反転回路１５の出力と
   が与えられ、前記間隔ｄの期間におけるパルス発
   振器９からの第1ANDゲート１０を介するパルス
   出力を導出する第3ANDゲート１６と、 第2ANDゲート１６からのパルスを計数するカ
   ウンタ１７と、 テレビカメラ３からの垂直同期信号に応答し
   て、一画面前のカウンタ１７からの計数値をスト
   アするレジスタ１９と、 カウンタ１７とレジスタ１９との出力に応答し
   て、現在の計数値と、一画面前の前記１つの水平
   走査線による計数値との差の絶対値｜Δd｜を減
   算して求める減算器２０と、 予め定める定数ΔdSを設定する定数設定器２２
   と、 減算器２０からの前記絶対値｜Δd｜の出力が、
   定数設定器２２で設定された前記定数ΔdS未満で
   あるとき、駆動装置２３を停止させる比較器２１
   とを含むことを特徴とする自動焦点調節装置。