(57)【要約】  【課題】  簡素に形状計測が可能な画像読取装置を提供する。  【解決手段】  画像読取装置は、光源１０、設定部１２、カメラ２０、計測部３０及び透視変換部４０により構成される。光源１０は、２値又は３値で符号化可能な格子パターンを対象物１００に投影する。カメラ２０は、その格子パターンが投影された対象物１００を撮像し、対象物１００の二次元の画像データを得る。計測部３０は、二次元画像データを用いてパターンを特定し、対象物１００の形状を計測する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して２値又は３値で符号化可能なパターンを投影する投影手段と、
前記パターンが投影された対象物を撮像し、二次元画像データを得る撮像手段と、
前記二次元画像データに基づいて前記パターンを特定し、該パターンに基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測手段とを有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記対象物は、連続した面を有する１又は複数のシート状部材により構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記投影手段は、前記対象物を構成するシート状部材のそれぞれに前記パターンを投影することを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記対象物の前記撮像手段によって撮像される面に対応するシート状部材の数を設定する設定手段を有し、
前記投影手段は、前記シート状部材の数に基づいて、前記対象物の前記撮像手段によって撮像される面に対応するシート状部材のそれぞれに前記パターンを投影することを特徴とする請求項３に記載の画像読取装置。
【請求項５】
前記対象物が少なくとも２つのシート状部材を綴じて構成され、前記撮像手段によって撮像される面が見開き状態で配置される場合に、
前記投影手段は、前記撮像手段の読み取り画角の略１／４及び３／４の位置に、前記形状計測手段により特定可能なパターンを投影することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像読取装置。
【請求項６】
前記対象物が少なくとも２つのシート状部材を綴じて構成され、見開き状態で配置される場合に、
前記投影手段は、前記撮像手段の読み取り画角の略１／２の位置に、前記形状計測手段により特定可能なパターンを投影することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像読取装置。
【請求項７】
前記パターンは、格子状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像読取装置。
【請求項８】
前記パターンは、同心円状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像読取装置。
【請求項９】
前記投影手段は、不可視領域波長の光の照射によって前記パターンを投影し、
前記撮像手段は、前記不可視領域波長に感度を有する撮像素子により撮像を行うとともに、可視領域波長に感度を有する撮像素子により撮像を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ電話、テレビ会議システム等に好適な画像読み取り装置、あるいは、希少本などの接触によりダメージが与えられるような書類を読み取ることに好適な画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像読取装置として、例えば、特開平１１−１３６５６４号公報（特許文献１）に示されるものがある。この画像読取装置は、倍率が可変な結像光学系を介して被写体としての原稿を所定の倍率で撮像する撮像部と、原稿の撮像対象上の３点までの距離を測定する測距センサと、撮像部によって原稿の隣り合う部分を同一の倍率で順次撮像し、この撮像によって得られた複数の画像を測距センサの測定値に基づいて正面から撮像したのと同等の画像に変換し、その変換された複数の画像を接合する処理（透視変換）を行って原稿の全体画像を形成する接合処理部とを有する。この画像読取装置によれば、原稿がどのような傾斜状態であっても、高精度に原稿を読み取ることが可能となる。また、原稿と等しいかそれ以上のプラテンガラスを必要としないため、装置の小型化を図ることもできる。
【０００３】
しかし、特許文献１に示された画像読取装置では、原稿が平面であることを前提としているため、原稿が湾曲している場合には、原稿の文書情報がゆがんでしまい適切な読み取りができないという問題がある。例えば、開いた本を読み取る場合、綴じ代付近は湾曲しているが、特許文献１に示された画像読取装置では、この湾曲部分の文字情報等の画像を正確に読み取ることができない。また、特許文献１に示された画像読取装置では、傾斜状態にある原稿を読み取った場合、撮像する部分までの距離が場所によって異なるため、各画像のサイズが異なり、そのために接合処理によって得られた画像にひずみが生じるという問題がある。
【０００４】
そこで、被写体にゆがみがある場合でも正確且つ短時間に被写体の画像を読み取ることを可能とすべく、特開２００１―２９２３１２号公報（特許文献２）に示される画像読取装置では、被写体面の形状を計測し、その形状情報から原稿を平面上に透視変換を行う。これにより、被写体にゆがみがある場合でも、正確な読み取りが可能になる。
【０００５】
透視変換の手法としては、特開２００４−５４６７９号公報（特許文献３）に示されるような手法が存在する。また、形状計測手法としては、特開平５−３３２７３７７号公報（特許文献４）に示される空間コード化法等が存在する。しかし、特許文献４に示される形状計測手法は、形状計測において複数のパターンを投影する必要があり、１回の撮像での計測は困難である。一方、特許文献３に示された画像読取装置では、被写体を読み取る際の解像度を高くするために、原稿を複数回に分割して読み込み、透視変換後の画像を接合して一枚の原稿を読み取る。このため、上述と同様に、画像読取装置の固定が必須である。
【０００６】
しかしながら、画像読取装置を固定せずにカメラと同様に手に持って撮影するといった要求があり、この要求に応じるためには、１回の撮像で原稿を読み取る必要がある。また、特開２００２−８１９２２号公報（特許文献５）に示される画像読取装置のような手書きの原稿を高速に入力し処理する場合にも１回の撮像で原稿を読み取ることが必須となってくる。
【０００７】
そこで、特許３３８４３２９号公報（特許文献６）に示すように、１回の撮像で形状計測が可能な手法が提案されている。但し、特許文献６や特許文献４に示された画像読取装置のように、スリットパターンを投影する方式では、不特定の形状を有する被写体の形状計測において、被写体情報によりスリットパターンの反転・欠落現象（非特許文献１参照）が発生する。このため、各スリットに対応する符号を特定することが可能な投影パターンや投影方法の工夫がなされている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３６５６４号公報
【特許文献２】特開２００１―２９２３１２号公報
【特許文献３】特開２００４−５４６７９号公報
【特許文献４】特開平５−３３２７３７７号公報
【特許文献５】特開２００２−８１９２２号公報
【特許文献６】特許３３８４３２９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ｄ−ＩＩ  Ｖｏｌ．Ｊ７２―Ｄ−ＩＩ  Ｎｏ．１２  ｐｐ．２０６１−２０６９  １９８９年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献６に示された画像読取装置における形状計測手法は、多階調のパターンを投影する必要があるため、形状計測のための装置構成と処理が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。 
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、簡素に形状計測が可能な画像読取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】
【００１０】
本発明の画像読取装置は、対象物に対して２値又は３値で符号化可能なパターンを投影する投影手段と、前記パターンが投影された対象物を撮像し、二次元画像データを得る撮像手段と、前記二次元画像データに基づいて前記パターンを特定し、該パターンに基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測手段とを有する。
【００１１】
この構成により、２値又は３値で符号化可能なパターンが対象物に投影され、そのパターンが投影された対象物の撮像によって得られる二次元画像データを用いてパターンが特定され、更に対象物の形状が計測される。従って、従来のように多階調のパターンを投影する必要がなく、簡素に形状計測が可能である。
【００１２】
また、本発明の画像読取装置は、前記対象物が、連続した面を有する１又は複数のシート状部材により構成される。
【００１３】
また、本発明の画像読取装置は、前記投影手段が、前記対象物を構成するシート状部材のそれぞれに前記パターンを投影する。
【００１４】
この構成により、シート状部材のそれぞれの形状計測が可能となる。
【００１５】
また、本発明の画像読取装置は、前記対象物の前記撮像手段によって撮像される面に対応するシート状部材の数を設定する設定手段を有し、前記投影手段が、前記シート状部材の数に基づいて、前記対象物の前記撮像手段によって撮像される面に対応するシート状部材のそれぞれに前記パターンを投影する。
【００１６】
また、本発明の画像読取装置は、前記対象物が少なくとも２つのシート状部材を綴じて構成され、前記撮像手段によって撮像される面が見開き状態で配置される場合に、前記投影手段が、前記撮像手段の読み取り画角の略１／４及び３／４の位置に、前記形状計測手段により特定可能なパターンを投影する。
【００１７】
また、本発明の画像読取装置は、前記対象物が少なくとも２つのシート状部材を綴じて構成され、見開き状態で配置される場合に、前記投影手段が、前記撮像手段の読み取り画角の略１／２の位置に、前記形状計測手段により特定可能なパターンを投影する。
【００１８】
また、本発明の画像読取装置は、前記パターンが、格子状である。
【００１９】
また、本発明の画像読取装置は、前記パターンが、同心円状である。
【００２０】
また、本発明の画像読取装置は、前記投影手段が、不可視領域波長の光の照射によって前記パターンを投影し、前記撮像手段が、前記不可視領域波長に感度を有する撮像素子により撮像を行うとともに、可視領域波長に感度を有する撮像素子により撮像を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、対象物に対して２値又は３値で符号化可能なパターンが投影されることにより、対象物の形状が計測されるため、簡素に形状計測が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の画像読取装置について、図面を用いて説明する。図１は、画像読取装置の構成を示す図である。図１に示す画像読取装置は、対象物１００を撮像して、当該対象物１００の形状計測を行い、この計測結果に基づいて、撮像により得られた対象物１００の画像を平面状画像に透視変換する処理を行う。この画像読取装置は、光源１０、設定部１２、カメラ２０、計測部３０及び透視変換部４０により構成される。
【００２３】
光源１０は、可視領域波長の光を照射し、明と暗からなるスリットパターンを対象物１００の表面に投影する。カメラ２０は、解像度に応じた数の撮像素子を内蔵し、スリットパターンが投影された対象物１００の表面を撮像し、２値で符号化可能なデータであるスリットパターンの二次元画像データを得る。
【００２４】
計測部３０は、形状計測として、カメラ２０からの画像データに基づいて、光源１０とカメラ２０とを結んだ線分（基線）と、対象物１００におけるスリットパターンが投影された部分である測定点Ｐとの距離Ｚを算出する。図１に示すように、スリット角θ、カメラ２０により撮像された画像上のｘ座標、カメラ２０におけるパラメータデータである焦点距離Ｆ及び基線長Ｌとから距離Ｚは、
Ｚ＝（Ｆ×Ｌ）／（ｘ＋Ｆ×ｔａｎθ）
により求められる。
【００２５】
透視変換部４０は、計測部３０によって得られた対象物１００におけるスリットパターンが投影された部分と基線との距離に基づいて、撮像により得られた対象物１００の画像を平面状画像に透視変換する。
【００２６】
ところで、上述した計測部３０が通常の物体である対象物１００と基線との距離を測定して計上計測を行う場合、光源１０が対象物１００の表面に単純なスリットパターンを投影すると、反転・欠落現象が起こり、計測部３０における形状計測が困難となる場合がある。
【００２７】
図２は、反転・欠落現象の一例を示す図である。図２（ａ）では、スリットパターン５１、５５及び５９は、対象物１００の背後にある壁２００で反射し、スリットパターン５６、５７及び５８は、対象物１００で反射するため、カメラ２０はこれらのスリットパターンを撮像可能である、しかし、スリットパターン５２乃至５４は、壁２００で反射しても対象物１００によって遮られるため、カメラ２０がこれらのスリットパターンを撮像することができない。一方、図２（ａ）では、スリットパターン５１乃至５３、５７乃至５９は、壁２００で反射し、スリットパターン５５及び５６は、対象物１００で反射するため、カメラ２０はこれらのスリットパターンを撮像可能である、しかし、スリットパターン５４は、壁２００で反射しても対象物１００によって遮られるため、カメラ２０がこれらのスリットパターンを撮像することができない。このため、画像読取装置では、空間コード化法や特許３３８４３２９号公報に示すような手法を用いて、スリットが反転・欠落しても形状計測を行うことができるように工夫がなされる。
【００２８】
一方、図３に示すように、紙のように連続した１つの面で形成される対象物１００に対してスリットパターンを投影した場合には、反転・欠落現象は発生しない。従って、対象物１００が１つの連続した面で形成されるものである場合には、当該対象物１００の表面にスリットパターンが投影されることによって、形状計測を行うことができる。
【００２９】
また、本のように真ん中に綴じ代があり、連続した面が２つ組み合わされて形成される対象物１００については、図４に示すように、綴じ代付近以外の面では、同様に反転・欠落現象は発生しない。しかし、綴じ代部分については、スリットパターンが投影されると、綴じ代の中心に行くほど、曲面の傾きが大きくなるために、スリットの間隔が短くなり、カメラ２０内の撮像素子の解像度の限界を超える等の理由により、図５に示すようないわゆる欠落現象が発生してしまう。このような欠落現象の発生を防止すべく、光源１０は、対象物１００が連続した１つの面で形成されているか、複数の面で形成されているかに関わらず、一律に格子パターンを投影するようにする。
【００３０】
具体的には、紙のように連続した１つの面で形成される対象物１００の表面に対して、光源１０は、格子パターンを投影する。そして、カメラ２０は、格子パターンが投影された対象物１００の表面を撮像し、２値の符号化データである格子パターンの画像データを得る。
【００３１】
計測部３０は、カメラ２０からの画像データに基づいて、基線と対象物１００における格子パターンが投影された部分である測定点との距離を算出する。この際、計測部３０は、対象物１００の表面に投影された格子パターンのうち、少なくとも１つの格子について基線との距離を算出することによって形状測定を行うことができれば、その格子に隣り合う格子（隣接格子）について仮に欠落が生じていたとしても、当該隣接格子の形状計測を行うことができる。すなわち、対象物１００における格子パターンが投影された部分の全体について形状計測が可能となる。
【００３２】
一方、本のように真ん中に綴じ代がある対象物１００は、連続した面（ページ面）が２つ存在する。このため、本のように真ん中に綴じ代があり、連続した面が２つ組み合わされて形成される対象物１００に対しては、光源１０は、ページ面のそれぞれに格子パターンを投影する。そして、カメラ２０は、格子パターンが投影された２つのページ面の表面を撮像し、２値の符号化データである格子パターンの画像データを得る。
【００３３】
計測部３０は、カメラ２０からの画像データに基づいて、基線と各ページ面における格子パターンが投影された部分である測定点との距離を算出する。この際、計測部３０は、各ページ面のそれぞれについて、そのページ面の表面に投影された格子パターンのうち、少なくとも１つの格子について基線との距離を算出することによって形状測定を行うことができれば、その格子に隣り合う格子（隣接格子）について仮に欠落が生じていたとしても、当該隣接格子の形状計測を行うことができる。すなわち、対象物１００における格子パターンが投影された部分の全体について形状計測が可能となる。
【００３４】
図６乃至図７は、対象物１００の表面に投影される格子パターンの一例を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、紙のように連続した１つの面で形成される対象物１００の表面に投影される格子パターンの例であり、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本のように真ん中に綴じ代があり、２つの面で形成される対象物１００の表面に投影される格子パターンの例である。なお、格子パターンは、必ずしも明暗の２値で符号化可能なものである必要はなく、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、明暗とその中間の３値で符号化可能なものであってもよい。
【００３５】
上述した格子パターンの設定は、ユーザの操作指示に応じて行われる。具体的には、設定部５２は、内蔵する表示部（図示せず）に図８乃至図１０に示すようなユーザインタフェース画面を表示する。このユーザインタフェース画面には、カメラ２０の撮像によって得られた対象物１００の画像データに対応する画像（対象物画像）１０２と、対象物１００が紙のように連続した１つの面で形成されるものである場合に選択される「ｐａｐｅｒ」と表示された選択ボタン１０４と、対象物１００が本のように２つの面で形成されるものである場合に選択される「ｂｏｏｋ」と表示された選択ボタン１０５が含まれている。
【００３６】
対象物１００が紙のように連続した１つの面で形成されるものであって、ユーザが「ｐａｐｅｒ」と表示された選択ボタン１０４を選択する操作を行った場合には、設定部５２は、図９及び図１０に示すように、スリットの補助線１０６を仮想的に表示する。そして、光源１０は、この補助線１０６が表示された部分において格子を特定することができるように、格子パターンを対象物１００の表面に投影する。これにより、対象物１００の表面に格子パターンが投影され、形状計測が可能となる。
【００３７】
一方、対象物１００が本のように２つの面で形成されるものであって、ユーザが「ｂｏｏｋ」と表示された選択ボタン１０６を選択する操作を行った場合には、設定部５２は、図１１に示すように、カメラ２０における読み取り画角の略１／４の位置と３／４の位置に２本のスリットの補助線１０６を仮想的に表示する。これにより、対象物１００の一方の面には一方の補助線１０６が対応し、他方の面には他方の補助線１０６が対応する。
【００３８】
但し、カメラ２０の撮像方向と対象物１００との位置が適切でないために、２本の補助千１０６のそれぞれが対象物１００の２つの面に対応しない場合には、ユーザは、カメラ２０の撮像方向を調整したり、対象物１００の位置を調整して、対象物１００の一方の面に一方の補助線１０６が対応し、他方の面に他方の補助線１０６が対応するようにする。そして、光源１０は、この補助線１０６が表示された部分と、カメラ２０における読み取り画角の略１／２の位置とにおいて格子を特定することができるように、格子パターンを対象物１００の表面に投影する。これにより、対象物１００の２つの面のそれぞれと綴じ代部分に格子パターンが投影され、形状計測が可能となる。
【００３９】
光源１０における投影パターンの切り替えは、例えば、複数の投影パターンを用意して機械的に切り替える方法や、液晶素子で光の透過と遮断を調整して切り替える方法等、様々な切り替え方法が考えられる。
【００４０】
このように、本実施形態の画像読取装置は、２値又は３値で符号化可能なパターンを対象物１００に投影して、当該対象物１００の形状測定を行うことができる。従って、従来のように多階調のパターンを投影する必要がなく、簡素に形状計測が可能である。また、１回の撮像で対象物１００の形状計測が可能であるため、いわゆるハンディ型の画像読取装置として用いることもできる。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、格子パターンを投影する場合について説明したが、格子パターンに代えて同心円状のパターンであっても同様に、対象物１００における同心円パターンが投影された部分の全体について形状計測が可能である。
【００４２】
また、上述した実施形態では、光源１０は、可視領域波長の光を照射したが、近赤外線等の不可視領域波長の光を照射する場合にも同様に本発明を適用することができる。この場合、近赤外線で形状計測のためのパターン投影、撮像を行うとともに、可視領域に感度を有する撮像装置によって画像表示のための撮像を同時に行うことにより、１回の撮像での形状計測が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上、説明したように、本発明に係る画像読取装置は、簡素に形状計測が可能であり、画像読取装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】画像読取装置の構成を示す図である。
【図２】反転・欠落現象の一例を示す図である。
【図３】対象物に対してスリットパターンを投影した第１の例を示す図である。
【図４】対象物に対してスリットパターンを投影した第２の例を示す図である。
【図５】対象物に対してスリットパターンを投影した第３の例を示す図である。
【図６】格子パターンの第１の例を示す図である。
【図７】格子パターンの第２の例を示す図である。
【図８】格子パターンの第３の例を示す図である。
【図９】ユーザインタフェース画面の第１の例を示す図である。
【図１０】ユーザインタフェース画面の第２の例を示す図である。
【図１１】ユーザインタフェース画面の第３の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  光源
１２  設定部
２０  カメラ
３０  計測部
４０  透視変換部
【図１】
2007057358.tif 000003
【図２】
2007057358.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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