(57)【要約】【課題】対象物に円弧の上に施された凹凸文字を、対象物を回転させて読取る場合において、偏心があった場合でも精度高く読取る。【解決手段】本発明に係る凹凸文字抽出のための画像処理方法は、対象物３上に文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、対象物３を回転中心Ｏの回りに回転させて抽出するものであって、対象物３の回転中心Ｏから半径方向に沿って設けられたラインセンサ１により、凹凸文字データを取得する計測ステップと、取得された凹凸文字データを、回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致したときの凹凸文字データに補正する補正ステップと、補正されたデータに基づいて凹凸文字を認識する認識ステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物上に文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、前記対象物を回転中心Ｏの回りに回転させて抽出する画像処理方法であって、
前記対象物の回転中心Ｏから半径方向に沿って設けられたラインセンサにより、凹凸文字データを取得する計測ステップと、
前記取得された凹凸文字データを、前記回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致したときの凹凸文字データに補正する補正ステップと、
前記補正されたデータに基づいて凹凸文字を認識する認識ステップと、
を有することを特徴とする凹凸文字抽出のための画像処理方法。
【請求項２】
前記補正ステップは、
・  文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離ｄ
・  文字中心Ｐとラインセンサ上の点Ｑとの距離ｆ（θ）
を基に、前記凹凸文字データの補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の凹凸文字抽出のための画像処理方法。
【請求項３】
前記補正ステップは、ラインセンサの出力画像上における、検出された凹凸文字データの位置情報Ｙfindと、前記文字中心Ｐと回転中心Ｏとが一致したときの凹凸文字データの位置情報Ｙidleとの差に基づいて、前記ｄ，ｆ（θ）を推定することを特徴とする請求項２に記載の凹凸文字抽出のための画像処理方法。
【請求項４】
対象物上に文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、前記対象物を回転中心Ｏの回りに回転させて抽出する凹凸文字の画像処理装置であって、
前記対象物を回転中心Ｏで回転する回転機構と、
前記対象物の回転中心Ｏから半径方向に沿って設けられたラインセンサと、
前記ラインセンサが取得した凹凸文字データを、前記回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致したときの凹凸文字データに補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された凹凸文字データを基に凹凸文字の認識を行う文字認識手段と、
を有することを特徴とする凹凸文字抽出のための画像処理装置。
【請求項５】
前記補正手段は、
・  文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離ｄ
・  文字中心Ｐとラインセンサ上の点Ｑとの距離ｆ（θ）
を基に、前記凹凸文字データの補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の凹凸文字抽出のための画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円盤状又は円筒状の対象物に円弧の上に施された凹凸文字を、対象物を回転させて読取る処理において、対象物の回転における偏心の影響を考慮して凹凸文字を認識する際に好適な凹凸文字抽出のための画像処理方法及び画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等における生産管理の一例として、個々の中間製品等に対して刻印により固有の識別番号を施し、それをＣＣＤカメラやラインセンサ（凹凸センサ）等の計測機器を用いて検出し、コンピュータを用いて自動的に文字を認識させることで、製造工程及び在庫を管理することが行なわれている。
このようなラインセンサによる凹凸文字の検出は、ＣＣＤカメラによる検出に比べて対象物の表面性状の影響を受けにくいため、高精度な文字検出が可能になるが、その反面、対象物を走査する必要がある。このような凹凸文字を認識する技術として以下の公報に開示された技術がある。
【０００３】
特開昭６１−１３１０８３号公報（特許文献１）は、タイヤのサイドウォール部に形成された文字を誤差なく正確に読取ることができるタイヤの文字認識方法を開示する。
この文字認識方法は、回転可能に支持されたタイヤを回転させてタイヤに設けられた刻印をセンサで走査し、その走査方向及び刻印の高さ方向の２つの出力を取出し、高さ方向出力の２つのレベル間の面積を求め、これを走査順に２値化して時系列的に演算装置に記憶させ、次いで得られたデータを予め演算装置のメモリに記憶された各種文字形状の２値化データと比較して読取文字の種別を判定するようにしたことを特徴とする。この文字認識方法によると、タイヤの形状、色、艶に影響されず、また、タイヤに付す文字形状に制限なく、さらには照明装置に特別な工夫がなくても、タイヤ上の文字を正確に信頼性高く読取ることができる。
【特許文献１】特開昭６１−１３１０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タイヤを含めて凹凸文字が施された対象物が円筒状である場合であって、かつ、文字が対象物の円周に施されている（円弧の上に施されている）場合には、センサ又は対象物を回転させながら走査する必要がある。このときに、回転中心と文字配列の曲率中心とがずれている（偏心している）と計測結果が歪んでしまい、凹凸文字を正しく認識することが困難になる。
しかしながら、このような問題を特許文献１は全く考慮していない。また、偏心の程度（ズレ量及びズレ角）を別途設けたセンサで検出することも可能であるが、画像処理装置のコストが上昇する。なお、回転中心と文字配列の曲率中心との間の偏心が全く発生しないように構成するとこのような問題が発生しないのであろうが、偏心が全く発生しないように構成することは現実的に困難であったり、画像処理装置のコストが嵩んでしまう可能性があったりする。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、円盤状又は円筒状の対象物に円弧の上に施された凹凸文字を、対象物を回転させて凹凸文字を精度高く読取ることができる凹凸文字抽出のための画像処理方法及び画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る凹凸文字抽出のための画像処理方法は、対象物上に文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、前記対象物を回転中心Ｏの回りに回転させて抽出する画像処理方法であって、前記対象物の回転中心Ｏから半径方向に沿って設けられたラインセンサにより、凹凸文字データを取得する計測ステップと、前記取得された凹凸文字データを、前記回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致したときの凹凸文字データに補正する補正ステップと、前記補正されたデータに基づいて凹凸文字を認識する認識ステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
特に、前記補正ステップは、文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離ｄ、文字中心Ｐとラインセンサ上の点Ｑとの距離ｆ（θ）を基に、文字データの補正を行う。
これにより、対象物の回転中心Ｏと文字中心Ｐ（円弧状に並んだ凹凸文字の曲率中心）とで偏心していて、取得した凹凸文字データが波打つようになっていたとしても、補正ステップにより非偏心状態で読み取った凹凸文字データに補正できる。このため、対象物を回転させてラインセンサで走査して、対象物の中心からの円弧の上に施された凹凸文字を読取る場合において、常に凹凸文字を精度高く読取ることができる。
【０００８】
好ましくは、前記補正ステップは、ラインセンサの出力画像上における、検出された凹凸文字データの位置情報Ｙfindと、前記文字中心Ｐと回転中心Ｏとが一致したときの凹凸文字データの位置情報Ｙidleとの差に基づいて、前記ｄ，ｆ（θ）を推定するとよい。
すなわち、文字データを補正するための変数である「文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離ｄ」、「文字中心Ｐとラインセンサ上の点Ｑとの距離ｆ（θ）」は、実際には判らない上に計測が困難なことが多い。ゆえに、検出された凹凸文字データの画像上での位置情報Ｙfindと、前記文字中心Ｐと回転中心Ｏとが一致したときの凹凸文字データの画像上での位置情報Ｙidleとの差に基づいて、前記ｄ，ｆ（θ）を推定し、推定されたｄ，ｆ（θ）により、凹凸文字の補正を行うとよい。
【０００９】
一方、本発明に係る凹凸文字抽出のための画像処理装置は、対象物上に文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、前記対象物を回転中心Ｏの回りに回転させて抽出する凹凸文字の画像処理装置であって、前記対象物を回転中心Ｏで回転する回転機構と、
前記対象物の回転中心Ｏから半径方向に沿って設けられたラインセンサと、前記ラインセンサが取得した凹凸文字データを、前記回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致したときの凹凸文字データに補正する補正手段と、前記補正手段により補正された凹凸文字データを基に凹凸文字の認識を行う文字認識手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
特に、前記補正手段は、文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離ｄ、文字中心Ｐとラインセンサ上の点Ｑとの距離ｆ（θ）を基に、凹凸文字データを補正することを特徴とする。
この画像処理装置により、対象物の回転中心Ｏと文字中心Ｐとで偏心していて、取得した凹凸文字データが波打つようになっていたとしても、凹凸文字を精度高く読取ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、対象物を回転させてラインセンサで走査して、円弧状に施された凹凸文字を読取る場合において、常に凹凸文字を精度高く読取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１を参照して、本実施形態に係る凹凸文字抽出のための画像処理装置１００（以降、画像処理装置）の全体システム構成について説明する。
この画像処理装置１００は、光切断法を適用した光切断法センサ１（以下、ラインセンサと記載する場合がある）を有している。光切断法センサ１は、対象物３にライン状の光切断線（ライン状のレーザ光）を投射する投射部１１と、対象物３の表面から反射してきた光切断線を撮像する撮像部１２とを有している。
【００１３】
さらに、画像処理装置１００は、光切断法センサ１を対象物３に沿って走査するために、対象物３を回転させる回転用モータ２（回転機構）を有している。これは、光切断法センサ１による１回の計測では、光切断線が当たった部分しか凹凸情報を取得できないため、当該回転用モータ２を用いて光切断法センサ１を、対象物３の円周に倣う方向に走査させることにより、対象物３全体を計測するためである。
また、画像処理装置１００は、光切断法センサ１に接続されて光切断法センサ１からの信号を受信して処理するパソコン４を有する。なお、パソコン４による凹凸文字の読取結果はホストコンピュータ５に送信されるようになっている。
【００１４】
図１に示されているように、画像処理装置１００は、対象物３上に円弧状に施された凹凸文字を読取る装置である。抽出対象である凹凸文字は、図３に示す如く、例えば円盤の表面や円筒物の表面に施されており、文字中心Ｐを曲率中心として円弧状に刻印されている。多くの場合、文字中心Ｐは対象物３の中心Ｐと一致する場合が多く、その場合、凹凸文字は、対象物３の中心Ｐの周りに刻印されていることとなる。
本実施形態に係る画像処理装置１００は、円盤状の対象物３を回転用モータ２で回転させることによって、対象物３表面を走査していき、その表面形状を取得する。ラインセンサの設置向きは、円盤状の対象物３の半径方向に沿うように（後述するＹ軸に平行になるように）設置される。そして、取得した凹凸文字データから文字画像を生成し、文字読取を実行して、読取結果をホストコンピュータ５に送信するようになっている。
【００１５】
なお、以下の説明においては、対象物３上の文字位置を表わすための座標として、図２に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定している。ここで、Ｚ軸は回転用モータ２の回転軸と一致している。Ｘ軸は、回転用モータ２の回転により回転する対象物３の周方向を表わす座標軸であって、Ｙ軸は、Ｚ軸から離れる方向を表わす座標軸である。
ところで、上述した画像処理装置１００を用いて、文字中心Ｐの回りに円弧状に施された凹凸文字を、対象物３を回転中心Ｏの回りに回転させて読み取りする際には、大きな問題が発生する。
【００１６】
すなわち、実際の計測時には、文字中心Ｐと回転中心Ｏとを正確に一致させることは困難なことが多く、図３，図４に示した状況下となる。そのため、本来は図６（Ａ）のような読み取り結果が得られる場合であっても、実際には、文字中心Ｐと回転中心Ｏとのズレ（対象物３の偏心）により、図６（Ｂ）のように、読み取られた凹凸文字が波打つようになる。
そこで、本実施形態では、波打った凹凸文字列（図６（Ｂ））を、偏心状態を加味して補正し、非偏心状態での凹凸文字列（図６（Ｄ））へと画像処理を行っている。以下、本実施形態に係る画像処理について精説する。
【００１７】
図５は、パソコン４で実行される凹凸文字抽出のための画像処理をフローチャートで示したものである。
この画像処理においては、相対的に回転する凹凸文字が施された対象物３を回転させつつ、ラインセンサ１で走査し（Ｓ１）、走査により得られた計測データを順にプロットして（整列させて）出力画像を作成すると共に凹凸文字データを取得して（Ｓ２）、凹凸文字データの高さ情報を輝度値に変換して「文字画像」を得る（Ｓ３）。
その後、文字画像をＹ座標毎に、Ｘ軸方向での移動平均を取得することにより、各Ｘ座標における局所的な投影輝度分布Ｐ'ｘ（Ｙ）を算出し（Ｓ４）、各Ｘ座標において読取対象である文字列のＹ座標上の位置を算出する（Ｓ５）。
【００１８】
その後、「ラインセンサ１の出力画像における凹凸文字の位置Ｙfind」と「出力画像上において正立した凹凸文字が存在すべき位置Ｙidle」とのズレ等を用いて、偏心度合いを数学的に表現し（Ｓ６）、それら関係式を用いて凹凸文字データを補正することで正立した凹凸文字画像を得て（Ｓ７）、その後、文字認識を行ない読取結果を出力する（Ｓ８）。
以下、これらの各ステップについて、さらに詳しく説明する。
Ｓ１にて、光切断法を用いるラインセンサ１で、対象物３上に刻印された円弧状配列された凹凸文字を読み取る。
【００１９】
Ｓ２にて、走査して得られた１ラインデータを整列させ、出力画像を構成する。この段階での整列の方法は、得られた１ラインデータをＸ軸座標の順に整列させるだけである。そのため、出力画像では、画像の幅方向がＸ軸、高さ方向がＹ軸を表わすようになる。出力画像上の（ｘ，ｙ）位置における凹凸情報はＺ（ｘ，ｙ）である。
Ｓ３にて、出力画像における凹凸情報Ｚ（ｘ，ｙ）の値を０〜２５５の値に正規化することにより、輝度値Ｐ（ｘ，ｙ）に変換する。具体的には、出力画像上の全点における最小値、最大値をそれぞれＺmin、Ｚmaxとして、以下の式（１）にしたがって、輝度値Ｐ（ｘ，ｙ）を算出する。
【００２０】
【数１】
2010072824.tif 000003
【００２１】
ラインセンサ１の出力画像を輝度画像に変換したものを図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）は、回転に偏心がある場合を示し、偏心があると文字列が蛇行して歪んでしまう。なお、回転に偏心がないと、図６（Ａ）に示すように、文字列が蛇行することなくかつ歪むことなく、一直線状に正立して文字が並ぶ。
Ｓ４にて、輝度画像のＹ座標毎に、Ｘ軸方向で移動平均を取得することにより、各Ｘ座標における局所的な投影輝度分布Ｐ’ｘ（Ｙ）を計算する。Ｙ軸上の座標値をｙとして、Ｐ’ｘ（ｙ）は以下の式（２）で算出される。
【００２２】
【数２】
2010072824.tif 000004
【００２３】
Ｓ５にて、輝度画像（ラインセンサ１の出力画像を輝度値で表したもの）の各Ｘ座標において、読取対象である凹凸文字列のＹ座標上の位置（高さ）を求める。具体的には、局所的な投影輝度分布Ｐ’ｘ（Ｙ）をグラフ表示した上で、分布のピーク数をカウントし、所定番目のピークの位置を調べることにより、凹凸文字列のＹ座標位置Ｙfindを特定する。なお、偏心がない場合において凹凸文字列が現れるの位置をＹidleと表記する。
Ｓ６にて、凹凸文字列のＹ座標位置Ｙfindと本来の凹凸文字列の位置をＹidleと差、言い換えるならば、センサの設定位置情報を用いて、回転の偏心の度合いｄの関係を導き出しておく。なぜこのようなことをするかというと、多くの場合、回転の偏心の度合いｄ（文字中心Ｐと回転中心Ｏとの距離）は不明なことが多く、現場での実測も困難であるからである。
【００２４】
なお、図４（Ｂ）に従い、回転中心Ｏとセンサ中心Ｑ（ラインセンサ１の中央）との距離をａとし、回転中心Ｏと文字中心Ｐを結ぶ直線の長さをｄとする。対象物３の回転角をθとし、センサ中心Ｑと文字中心Ｐまでを結ぶ直線の長さｆ（θ）とする。ＱＰ間の長さは回転角θによって変化するため、ｆ（θ）と関数の形となっている。
まず、三角形ＯＰＱに着目すると、第２余弦定理（以下、単に余弦定理）から式（３）が成立する。
【００２５】
【数３】
2010072824.tif 000005
【００２６】
回転角θによる１回微分及び２回微分を用いることにより式（４）及び式（５）が成立する。
【００２７】
【数４】
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【００２８】
【数５】
2010072824.tif 000007
【００２９】
図４（Ｂ）の角度τが十分に小さい場合には、文字中心Ｐと回転中心Ｏのズレ量は、凹凸文字列のＹ座標位置Ｙfindと本来の凹凸文字列の位置をＹidleと差と比例関係があることが知見されるので、それに基づくことで式（６）の関係を設定する。
【００３０】
【数６】
2010072824.tif 000008
【００３１】
ここでｋ，αは係数であり、ラインセンサ１の形状、光学系、設置状況により異なるものの、予備実験などで求めることが可能である。例えば、係数ｋは、ラインセンサ１と対象物との距離、及びラインセンサ１の長さに基づいて算出できる。具体的には、実寸法が１０ｃｍのものが画像上で何ピクセルになるかを求めることから計算できる。
さらに、微分値は差分値を用いて近似することができるので、回転角θによる１回微分値は式（７）で表わすことができ、２回微分値は式（８）で表わすことができる。式（８），式（９）を式（５）に適用することで回転角θが算出できる。
【００３２】
【数７】
2010072824.tif 000009
【００３３】
【数８】
2010072824.tif 000010
【００３４】
次に、Ｓ７にて、以上得られた式（４）〜式（８）を基に、図６（Ｂ）のように波打った凹凸文字列を一直線状に正立したものへと補正する。
補正方法の考え方は以下の通りである。
Ｓ２では、ラインセンサ１から得られた１ラインデータを単純に整列させ、出力画像を構成していた。そのため、出力画像は図６（Ｂ）のように波打ったものとなっていた。この状況を補正すべく、図６（Ｂ）の出力画像に対して、ラインセンサ（１ラインデータ）をｄｙだけＹ座標軸方向にずらすと共に、角度φだけ回転しつつ出力画像を再構成する（図７参照）。そうすることで、回転中心Ｏと文字中心Ｐとが一致した場合の出力画像が得られる。
【００３５】
図７（Ｂ）に示すズレ量ｄｙは、式（９）により算出できる。
【００３６】
【数９】
2010072824.tif 000011
【００３７】
ズレ角φは、図４に示す角度τであるので、三角形ＯＰＱの角度τに着目して余弦定理を適用することで得られる式（１０）から算出できる。
【００３８】
【数１０】
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【００３９】
この式（１０）において、長さｆ（θ），θ，ｄは不明である。しかしながら、長さｆ（θ）は、式（６），式（９）から算出できる。θは式（５）、式（７）、式（８）から算出できる。求まったｆ（θ），θ、予め判っているａを式（３）に代入することで、ｄが求まる。その後、得られたｄ，ｆ（θ），ａを式（１０）に代入することで、ズレ角τ（補正角τ）を求めることができる。
以上のことにより、ズレ量ｄｙとズレ角τとが算出でき、１ラインデータをｄｙだけＹ座標軸方向にずらすと共に、角度τだけ回転しつつ出力画像を構成し、文字認識が可能な図６（Ｄ）のような文字画像を得ることができる。
【００４０】
以上述べたＳ３〜Ｓ７の処理はパソコン内にプログラムという形で実現された補正手段で実行される。
その後、Ｓ８において、波打ち状況（歪み状況）が補正された出力画像を基に、パターンマッチング等による文字認識を行う。この文字認識は、パソコン内にプログラムという形で実現された文字認識手段で実行される。
以上述べたＳ１〜Ｓ８の処理を行うことで、円盤状又は円筒状の対象物に円弧の上に施された凹凸文字を、対象物を回転させて凹凸文字を精度高く読取ることができる。
【００４１】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る画像処理装置の全体システム構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像処理方法における座標系を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像処理方法における対象物を示す図である。
【図４】図３の偏心状態を詳細に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画像処理方法を示すフローチャートである。
【図６】凹凸文字データを示した図である。
【図７】補正の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    光切断法センサ
２    回転用モータ
３    対象物
４    パソコン
５    ホストコンピュータ
１１  投射部
１２  撮像部
１００  画像処理装置
【図５】
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【図１】
2010072824.tif 000014
【図２】
2010072824.tif 000015
【図３】
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【図４】
2010072824.tif 000017
【図６】
2010072824.tif 000018
【図７】
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