(57)【要約】【課題】高速搬送される円形物を走査して撮像した場合でも円形物を識別可能な画像を取得する。【解決手段】円形物を搬送方向に垂直な方向に順次走査したライン画像により形成された円形物画像が搬送方向に歪んでいる場合には該歪を補正して、円形物画像が搬送方向に垂直な方向への横ずれを含んでいる場合には該横ずれを補正して、円形物画像を形成する各ライン画像について、円形物を走査した順に、各ライン画像で、ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した３つの画像のうち直前に走査されたライン画像との相関性が高い画像を円形物画像を形成するライン画像として選択することにより円形物画像に含まれる回転ずれを補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送路を搬送される薄板状の円形物を搬送方向に垂直な方向に順次走査して、得られたライン画像により形成された円形物画像を補正する搬送円形物の画像補正方法であって、
前記円形物画像が搬送方向に歪んでいる場合には該歪を補正する歪補正ステップと、
前記円形物画像が前記搬送方向に垂直な方向への横ずれを含んでいる場合には該横ずれを補正する横ずれ補正ステップと、
前記円形物画像を形成する各ライン画像について、前記円形物を走査した順に、各ライン画像で、ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した３つの画像のうち直前に走査されたライン画像との相関性が高い画像を前記円形物画像を形成するライン画像として選択することにより前記円形物画像に含まれる回転ずれを補正する回転ずれ補正ステップと
を含んだことを特徴とする搬送円形物の画像補正方法。
【請求項２】
前記歪補正ステップでは、前記円形物画像の前記搬送方向の径と前記搬送方向に垂直な方向の径とが一致するように前記円形物画像の歪が補正されることを特徴とする請求項１に記載の搬送円形物の画像補正方法。
【請求項３】
前記横ずれ補正ステップでは、前記円形物画像を形成する各ライン画像の中心画素の位置が搬送方向に引かれた直線に一致するように前記円形物画像の横ずれが補正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送円形物の画像補正方法。
【請求項４】
前記回転ずれ補正ステップでは、前記ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した各画像と、前記ライン画像の直前に走査されたライン画像との相関性が、対応する画素間の画素値の差分絶対値の総和によって評価されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の搬送円形物の画像補正方法。
【請求項５】
前記回転ずれ補正ステップでは、ライン画像を回転して回転ずれが補正された場合には、前記ライン画像より後に走査された全てのライン画像が、前記ライン画像の回転角度分だけ回転されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の搬送円形物の画像補正方法。
【請求項６】
薄板状の円形物を搬送路に沿って搬送する搬送部と、
前記搬送路を搬送される前記円形物を搬送方向に垂直な方向に順次走査して得られたライン画像により円形物画像を取得する撮像部と、
前記円形物画像が搬送方向に歪んでいる場合には該歪を補正して、
前記円形物画像が前記搬送方向に垂直な方向への横ずれを含んでいる場合には該歪を補正して、
前記円形物画像を形成する各ライン画像について、前記円形物を走査した順に、各ライン画像で、ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した３つの画像のうち直前に走査されたライン画像との相関性が高い画像を前記円形物画像を形成するライン画像として選択することにより前記円形物画像に含まれる回転ずれを補正する制御部と
を備えたことを特徴とする搬送円形物の画像補正装置。
【請求項７】
前記搬送部による搬送速度、前記撮像部によって撮像される画像の画素数及び前記撮像部が画像を撮像するフレームレートが、前記円形物画像に含まれる回転ずれの最大値が前記撮像部によって撮像される画像のライン幅より小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の搬送円形物の画像補正装置。
【請求項８】
前記制御部は、回転ずれの補正対象であるライン画像を両方向へ回転させるときに、処理対象となる円形物のうち最小径を有する円形物で最大の回転ずれを生じた際の回転角度分だけ回転させることを特徴とする請求項６又は７に記載の搬送円形物の画像補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、搬送される円形物をライン状に走査して読み取った円形物画像を補正するための搬送円形物の画像補正方法及び画像補正装置に関し、特に、高速搬送される硬貨を撮像して得られた画像の歪やずれを補正するための搬送円形物の画像補正方法及び画像補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、硬貨の計数等を行う硬貨処理装置では、装置内部の搬送路を搬送される硬貨を撮像した硬貨画像を利用して金種識別等の処理が行われている。硬貨画像を撮像するための撮像素子としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが利用される。
【０００３】
例えば、特許文献１では、搬送路を搬送される硬貨が所定の撮像位置に達したことをタイミングセンサによって検知して、ＣＣＤイメージセンサを利用して硬貨画像を撮像する。グローバルシャッタ方式のＣＣＤイメージセンサを利用すれば、硬貨が高速搬送される場合でも硬貨画像を容易に取得することができるが、ＣＣＤイメージセンサに比べてコストの低いＣＭＯＳイメージセンサの利用が望まれていた。ところが、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサを利用して搬送中の硬貨を撮像すると、硬貨画像に歪やずれが生ずる場合がある。このため、ＣＭＯＳイメージセンサを利用した硬貨処理装置では、歪やずれのない硬貨画像を得るための処理が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献２では、硬貨画像の搬送タイミングと、１ライン毎に硬貨を走査して撮像されるライン画像の撮像タイミングとを同期させることによって、歪やずれのない硬貨画像を撮像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４１７０１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術によれば、ＣＭＯＳイメージセンサを利用して搬送路を搬送される硬貨を撮像した場合に、硬貨が回転することによって生ずる硬貨画像の歪を解消できないという問題がある。
【０００７】
硬貨処理装置では、搬送路を搬送される硬貨が搬送中に回転する場合がある。ＣＭＯＳイメージセンサを利用して硬貨を撮像する場合には、ＣＭＯＳイメージセンサの撮像領域を通過する硬貨をライン状に順次走査してライン画像が取得され、硬貨全体を走査して得られた複数のライン画像から硬貨画像が形成される。通常は、ＣＭＯＳイメージセンサによるライン画像の走査方向は、硬貨の搬送方向に対して垂直な方向に設定される。このため、硬貨が回転しなければ、ライン画像を取得する際の走査方向又は搬送方向の硬貨画像の歪やずれは、従来技術の通り歪やずれの方向に応じてライン画像の撮像タイミングを調整することによって解消できる。ところが、硬貨が回転した場合には、硬貨に対するライン画像の走査方向が、走査する度に変化することになるので、撮像タイミングの調整では対応できず、画像に回転ずれを生ずることになる。
【０００８】
また、硬貨の回転は不規則に起こる場合もある上に、硬貨の回転方向も一方向に限定されないため、硬貨の搬送タイミングや走査タイミング等の調整では対応できない。このため、高速に搬送される硬貨等の搬送円形物をローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサを利用して撮像するための技術が望まれている。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたもので、搬送路を搬送される硬貨等の搬送円形物をローリングシャッタ方式の撮像素子によって順次走査して撮像する際に、搬送円形物が回転した場合でも、円形物を識別可能な画像を取得することができる搬送円形物の画像補正方法及び画像補正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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、搬送路を搬送される薄板状の円形物を搬送方向に垂直な方向に順次走査して、得られたライン画像により形成された円形物画像を補正する搬送円形物の画像補正方法であって、前記円形物画像が搬送方向に歪んでいる場合には該歪を補正する歪補正ステップと、前記円形物画像が前記搬送方向に垂直な方向への横ずれを含んでいる場合には該横ずれを補正する横ずれ補正ステップと、前記円形物画像を形成する各ライン画像について、前記円形物を走査した順に、各ライン画像で、ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した３つの画像のうち直前に走査されたライン画像との相関性が高い画像を前記円形物画像を形成するライン画像として選択することにより前記円形物画像に含まれる回転ずれを補正する回転ずれ補正ステップとを含んだことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記発明において、前記歪補正ステップでは、前記円形物画像の前記搬送方向の径と前記搬送方向に垂直な方向の径とが一致するように前記円形物画像の歪が補正されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記発明において、前記横ずれ補正ステップでは、前記円形物画像を形成する各ライン画像の中心画素の位置が搬送方向に引かれた直線に一致するように前記円形物画像の横ずれが補正されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記発明において、前記回転ずれ補正ステップでは、前記ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した各画像と、前記ライン画像の直前に走査されたライン画像との相関性が、対応する画素間の画素値の差分絶対値の総和によって評価されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記発明において、前記回転ずれ補正ステップでは、ライン画像を回転して回転ずれが補正された場合には、前記ライン画像より後に走査された全てのライン画像が、前記ライン画像の回転角度分だけ回転されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、搬送円形物の画像補正装置であって、薄板状の円形物を搬送路に沿って搬送する搬送部と、前記搬送路を搬送される前記円形物を搬送方向に垂直な方向に順次走査して得られたライン画像により円形物画像を取得する撮像部と、前記円形物画像が搬送方向に歪んでいる場合には該歪を補正して、前記円形物画像が前記搬送方向に垂直な方向への横ずれを含んでいる場合には該歪を補正して、前記円形物画像を形成する各ライン画像について、前記円形物を走査した順に、各ライン画像で、ライン画像及び該ライン画像を両方向へ回転した３つの画像のうち直前に走査されたライン画像との相関性が高い画像を前記円形物画像を形成するライン画像として選択することにより前記円形物画像に含まれる回転ずれを補正する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記発明において、前記搬送部による搬送速度、前記撮像部によって撮像される画像の画素数及び前記撮像部が画像を撮像するフレームレートが、前記円形物画像に含まれる回転ずれの最大値が前記撮像部によって撮像される画像のライン幅より小さくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記発明において、前記制御部は、回転ずれの補正対象であるライン画像を両方向へ回転させるときに、処理対象となる円形物のうち最小径を有する円形物で最大の回転ずれを生じた際の回転角度分だけ回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、搬送される円形物の撮像にローリングシャッタ方式の安価なＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を利用したために取得した円形物画像に歪やずれが含まれる場合でも、搬送方向の歪及び搬送方向に垂直な方向の横ずれを必要に応じて補正して、さらに、各ライン画像の回転ずれの有無及び回転方向を、直前に走査されたライン画像との相関性に基づいて評価して、必要に応じてライン画像の回転ずれを元に戻すように補正することができる。また、このような回転ずれ補正を、円形物画像を形成する各ライン画像に、円形物を走査した順に順次適用することにより、画像全体の回転ずれを補正して円形物を識別可能な画像を得ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、円形物の画像が歪んでいる場合でも、搬送方向の直径が円形物の直径に一致するように補正することで歪を容易に補正することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、円形物の画像が横ずれを含む場合でも、画像を形成する各ライン画像の中心画素の位置が搬送方向に直線を形成するように補正することで横ずれを容易に補正することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、対応する各画素間で画素値の差分絶対値を求め、さらに全画素分の差分絶対値の総和を求めることにより、２つのライン画像の相関性を容易に評価することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、回転ずれを戻すようにライン画像を回転した場合には、この回転角度分だけ、このライン画像より後に走査された全てのライン画像を回転させることにより、複数のライン画像で回転ずれが累積されている場合でも、これを順次元に戻すように補正して画像全体の回転ずれを補正することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、回転ずれによって生ずるずれが１ライン幅より小さくなるように、円形物の搬送速度、撮像部のフレームレート及びライン幅が設定されているので、ライン画像単位の回転補正によって円形物画像の回転ずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る搬送円形物の画像補正を行う硬貨識別装置の構成概略を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る硬貨画像の撮像方法を説明する図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る撮像部の構成概略を示す断面模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る撮像部による硬貨画像データの取得方法を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、本実施形態に係る硬貨画像データを説明する図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る硬貨の搬送状態の例を説明する図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る硬貨画像の例を説明する図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る硬貨画像の歪を補正する画像補正処理について説明する図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る硬貨画像の横ずれを補正する画像補正処理について説明する図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る硬貨画像の回転ずれを補正する画像補正処理について説明する図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る硬貨画像の回転ずれの発生原因及び補正方法について説明する図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る硬貨画像の回転ずれを補正する際の各ライン画像の回転方向について説明する図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る硬貨画像の回転ずれを補正する画像補正処理の有効性及び補正時の各ライン画像の回転角度について説明する図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る硬貨画像を補正する画像補正処理の処理内容を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る搬送円形物の画像補正方法及び画像補正装置について詳細に説明する。本発明は、コインやメダル等の薄板状の円形物を搬送しながら撮像する場合に適用可能な技術である。撮像対象は特に限定されないが、以下では、撮像対象を硬貨として、硬貨処理装置内で硬貨画像を撮像して硬貨を識別する硬貨識別装置が、搬送円形物の画像補正装置として動作する場合を例に説明する。
【００２６】
図１は、硬貨識別装置１の構成概略を示すブロック図である。硬貨識別装置１は、装置内で硬貨を搬送する搬送部１０と、搬送部１０によって搬送される硬貨１００の到来を検知するためのタイミングセンサ１１と、タイミングセンサ１１による検知結果に基づいて硬貨１００の画像を撮像する撮像部１２と、硬貨画像の取得や取得した硬貨画像の画像補正処理等を行う制御部１３と、撮像した硬貨画像データ１４ａや識別用データ１４ｂを保存するためのメモリ１４とを有している。なお、通常、硬貨はベルト等によって搬送されるが、本実施形態では説明を容易にするためベルト等の図示は省略する。
【００２７】
硬貨識別装置１は、これら各部１０〜１４の機能及び動作により、搬送中の硬貨を撮像して、撮像した画像の歪やずれを補正した硬貨画像データ１４ａを生成する。そして、この硬貨画像データ１４ａから得られた特徴を、予め準備された識別用データ１４ｂと比較することにより、硬貨の金種、真偽及び正損の識別処理を行う機能を有する。
【００２８】
図１には、本実施形態の説明に必要な構成要素のみを示している。例えば、硬貨識別装置１は、この他にも、識別処理に利用するデータとして硬貨の形状や磁気特性を検出するための磁気センサ等を有する場合もある。硬貨の識別処理、該識別処理に係る硬貨識別装置１の機能及び動作は、従来技術と同様であるため、詳細な説明は省略する。以下では、硬貨画像の取得と、取得された硬貨画像の画像補正処理について説明する。
【００２９】
図２は、硬貨識別装置１内部で硬貨画像を取得する方法を説明する模式図である。識別対象となる硬貨１００は、搬送部１０によって、装置内の搬送路を搬送方向２００に向けて搬送される。搬送路の途中にはタイミングセンサ１１が設けられており、このタイミングセンサ１１によって硬貨１００の到来が検知される。タイミングセンサ１１によって検知された硬貨１００の搬送タイミングに合わせて、撮像部１２による硬貨１００の撮像が行われる。撮像部１２は、投光部１２ａから硬貨１００に向けて光を照射して、硬貨１００によって反射された光を撮像素子１２ｂによって受光することにより硬貨画像を取得する。撮像素子１２ｂとして、例えば、コストの安いＣＭＯＳイメージセンサを利用する。
【００３０】
図３は、撮像部１２の構成概略の一例を示す断面模式図である。この撮像部１２は、タイミングセンサ１１を内蔵しており、タイミングセンサ１１による硬貨１００の検知結果に基づいて、投光部１２ａとして設けられたＬＥＤから光が発せられる。この光はミラー１２ｃによって反射されて、撮像素子１２ｂ等を保護するために設けられたガラスカバー１２ｄを透過して、搬送部１０によって搬送される硬貨１００に向けて照射される。そして、硬貨１００の表面で反射されてガラスカバー１２ｄを透過した光は、レンズユニット１２ｅによって集光されて撮像素子１２ｂ上に画像を結像するようになっている。
【００３１】
図４は、撮像部１２によって硬貨画像を撮像する際のタイミングチャートを示す図である。タイミングセンサ１１によって、硬貨１００の到来が検知されると、投光部１２ａから硬貨１００に向けた光の照射が開始される。投光部１２ａからの光の照射は、撮像素子１２ｂによる撮像が完了するまで続けられる。投光部１２ａから照射されて硬貨１００によって反射された光は、撮像素子１２ｂによって受光される。撮像素子１２ｂは、硬貨１００の搬送方向２００と垂直な方向への走査を繰り返しながら撮像領域全体を走査する。これにより、撮像領域を通過する硬貨１００から取得された画素データが順次出力されることになる。撮像素子１２ｂから出力された画素データは、制御部１３に入力される。制御部１３は、入力された１ライン分の画素データによって形成されるライン画像を、ライン１，ライン２，ライン３と、硬貨画像データ１４ａを形成するためのライン画像としてメモリ１４に順次保存する。例えば、撮像素子１２ｂによって撮像領域を走査して得られた画素データから２４０ライン分のライン画像が取得され、これらのライン画像から１つの硬貨画像データ１４ａが形成される。
【００３２】
図５は、撮像部１２によって得られる硬貨画像データ３００の例を示す図である。撮像部１２によって、撮像領域内に静止した硬貨を撮像した場合には、図５に示すように硬貨径に応じた真円形状の硬貨画像３０１が得られる。図５に示す硬貨画像データ３００の上部で、右から１，２，３と２４０まで示した数字は、各ライン画像のライン番号を示している。この２４０ライン分のライン画像によって形成された矩形部分が撮像部１２によって撮像領域全体を撮像して得られる硬貨画像データ３００である。そして、約２００ライン分の直径を有する円形状領域（斜線部）は、硬貨画像データ３００に含まれる硬貨の画像３０１である。制御部１３は、撮像部１２から出力される画素データから、２４０×２４０画素の硬貨画像データ３００を生成した後、この画像から余白部分を除いて、硬貨の画像３０１を含むように矩形領域の切り出しを行う。具体的には、図５の例では、硬貨の画像３０１を含む２００×２００画素の矩形領域が切り出される。そして、この画像３０１を対象として、以降の補正処理が行われる。
【００３３】
なお、撮像部１２は、搬送部１０によって搬送される硬貨１００のうち最大径の硬貨全体を、撮像領域内で撮像できるように設置されている。例えば、最大径の硬貨が直径２６．５ｍｍの日本の５００円硬貨である場合には、図５に示すように、５００円硬貨が円形状領域３０１として２００×２００画素の領域で撮像されるように撮像部１２が設置される。この場合には、直径２０ｍｍの日本の１円硬貨は１５０×１５０の画素領域で撮像されることになる。
【００３４】
撮像部１２が、撮像素子１２ｂとしてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサを利用する場合でも、撮像対象の硬貨が撮像領域内に静止していれば、図５に示すように実際の硬貨形状に応じた真円形状の硬貨画像３０１を取得することができる。ところが、搬送部１０によって硬貨１００が搬送されている場合には、硬貨画像３０１に歪やずれが生ずる。
【００３５】
次に、硬貨画像の歪やずれの原因となる硬貨搬送の例について説明する。図６は、硬貨１００が搬送部１０によって搬送される際の状態を説明する図である。硬貨１００は、所定の搬送方向２００へ搬送されるが、搬送方向２００に垂直な方向への移動は側壁１５によって規制されている。図６（ａ）は、位置３０２ａにあった硬貨１００が搬送部１０によって搬送されて、所定時間後には搬送方向２００へ離れた位置３０２ｂへ移動することを示している。なお、この場合でも、搬送路に異物が存在した場合の影響等により、搬送方向２００への硬貨１００の移動量が、搬送部１０による実際の搬送量よりも、大きくなったり小さくなったりする場合がある。
【００３６】
また、図６（ｂ）は、同図（ａ）に示す搬送方向２００への移動に加えて、搬送方向２００に交差する方向２０１へ硬貨１００が移動した場合を示している。例えば、搬送路上の異物や搬送時の振動等の影響を受けて、このように硬貨１００が搬送方向２００とは異なる方向へ移動する場合がある。
【００３７】
また、図６（ｃ）は、同図（ａ）に示す搬送方向２００への移動に加えて、反時計回りの方向２０２へ硬貨１００が回転した場合を示している。例えば、搬送部１０によって搬送方向２００へ搬送される際に、硬貨１００の側面が側壁１５に接触して反時計回りの方向２０１へ回転する場合がある。
【００３８】
なお、図６（ｂ）及び（ｃ）に示した硬貨１００の移動方向及び回転方向は一例であって、これらの方向は搬送路上の異物や振動の影響等によって変化する。また、硬貨１００が一方向へ移動したり回転する場合に限らず、異なる方向への移動や回転が同時に又は連続して生ずる場合もある。
【００３９】
次に、硬貨搬送の影響を受けて生ずる硬貨画像の歪やずれについて説明する。図７は、撮像部１２によって日本の５０円硬貨を撮像した場合に取得される硬貨画像の例を示す図である。搬送部１０によって搬送される硬貨１００は、位置が固定された撮像部１２に対して搬送方向２００へ移動する。搬送部１０による硬貨１００の搬送速度が低速で、撮像部１２が全ライン（２４０ライン）分の走査を完了する迄の間に、硬貨１００が撮像領域内に静止しているとみなせるような場合には、図５に示した場合と同様に、図７（ａ）に示すような真円形状の外形を有する硬貨画像が取得される。
【００４０】
これに対して、搬送部１０による搬送速度が高速である場合には、図７（ｂ）に示すように、同図（ａ）の画像を搬送方向２００に圧縮したように歪んだ画像となる。また、このとき、図６（ｂ）に示すように硬貨１００が搬送方向２００に対して交差する方向２０１に移動した場合には、図７（ｃ）に示すように横ずれを含む画像となる。具体的には、撮像部１２による硬貨１００が図７の上部から下部へ向けて走査される間に、硬貨１００が搬送方向２００に交差する方向２０１へ略等速度で移動した場合に、硬貨画像を形成する各ライン画像の位置が徐々にずれて図７（ｃ）のような画像が形成される。
【００４１】
また、硬貨１００が高速に搬送されながら図６（ｃ）に示すように回転した場合には、図７（ｄ）に示すように、回転ずれを含む画像となる。例えば、硬貨１００の走査を開始して、１ライン目のライン画像を取得した後に硬貨１００が回転すると、２ライン目のライン画像を取得するために走査される硬貨上の実際の走査位置と、硬貨１００が回転しない場合に走査されるはずであった走査位置とが異なる位置になる。回転する硬貨１００に対して、各ラインの走査を順次進めることによって、硬貨上で走査される位置が回転しながらずれることになるので、図７（ｄ）に示すようにライン画像単位で撮像位置が回転ずれした画像となる。
【００４２】
なお、図７は歪やずれを含む硬貨画像の一例であって、本実施形態がこれに限定されるものではない。例えば、横ずれと回転ずれが同時に生ずる場合もあるし、横ずれや回転ずれのずれ量やずれの方向が変化する場合もある。また、図７では、回転ずれを理解しやすいように、ライン画像毎の回転ずれを誇張して示しているが、実際の回転ずれによるずれ量は、搬送部１０による搬送速度や撮像部１２の撮像性能等によって異なる。これについては詳細を後述する。
【００４３】
次に、硬貨画像に歪やずれが生じた場合の画像補正処理について説明する。図８は、硬貨画像が図７（ｂ）に示すように歪んだ画像となった場合に、制御部１３によって行われる画像補正処理を説明する図である。なお、図８以降の図では、硬貨１００の搬送方向２００をＹ軸方向とし、搬送方向２００に垂直な方向をＸ軸方向として説明する。
【００４４】
制御部１３は、まず、図８（ａ）に示す硬貨画像からＸ軸方向の硬貨径を算出する。続いて、Ｙ軸方向の硬貨径を算出して、先に算出したＸ軸方向の硬貨径との比較を行い、両者に差がある場合には硬貨画像に歪が含まれると判定する。
【００４５】
硬貨画像に歪があると判定した場合には、制御部１３は、Ｙ軸方向の硬貨径が、Ｘ軸方向の硬貨径に一致するように画像補正を行う。この結果、図８（ｂ）に示すように、真円形状の硬貨画像を得ることができる。
【００４６】
図９は、 硬貨画像が図７（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の歪と横ずれとを含む画像となった場合に、制御部１３によって行われる画像補正処理を説明する図である。制御部１３は、まず、図９（ａ）に示す硬貨画像からＸ軸方向及びＹ軸方向の硬貨径を算出して、図８の場合と同様に、歪を補正する画像補正を行う。この結果、図９（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の歪を補正した硬貨画像を得ることができる。
【００４７】
次に、制御部１３は、図９（ｂ）の硬貨画像の形状から横ずれを起こしていると判定すると、横ずれを補正する画像補正を行う。具体的には、まず、図９（ｂ）の硬貨画像を各ライン画像に分解して、各ライン画像上でＸ軸方向の中心、すなわち硬貨の中心線の位置と一致する画素位置を算出する。そして、これを各ライン画像の中心画素として、中心画素の位置を合わせるように各ライン画像をＸ軸に平行に移動して硬貨画像を再形成する。この結果、各ライン画像の中心画素の画素位置がＹ軸方向の直線を形成するように調整されて、図９（ｃ）に示すように、横ずれを補正した硬貨画像を得ることができる。
【００４８】
図１０は、硬貨画像が 図７（ｄ）に示すようにＹ軸方向の歪と回転ずれとを含む画像となった場合に、制御部１３によって行われる画像補正処理を説明する図である。制御部１３は、まず、図１０（ａ）に示す硬貨画像からＸ軸方向及びＹ軸方向の硬貨径を算出して、図８の場合と同様に、Ｙ軸方向の歪を補正する画像補正を行う。この結果、図１０（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の歪を補正した硬貨画像を得ることができる。
【００４９】
次に、制御部１３は、図１０（ｂ）の硬貨画像の特徴から回転ずれを起こしていると判定すると、回転ずれを補正する画像補正を行う。この結果、図１０（ｃ）に示すように、回転ずれを補正した硬貨画像が生成される。このとき行われる回転ずれの補正処理について以下に詳細を説明する。
【００５０】
図１１は、回転ずれの発生原因とその補正方法を説明する図である。搬送部１０による搬送中に硬貨１００が回転しない場合には、図１１（ａ）に示すように、硬貨１００でＮライン目の走査を行ってラインＡのライン画像を得た後、ラインＡと並行にＮ＋１ライン目の走査が行われてラインＢのライン画像が得られることになる。
【００５１】
これに対して、硬貨１００が、図１１（ｂ）に示すように反時計方向２０２に回転した場合には、同図（ａ）のラインＢに相当する位置ではなく、同図（ｃ）のラインＣの位置が走査される。この結果、ラインＡのライン画像とラインＣのライン画像との間で回転ずれが生じ、図１０（ｂ）に示すような硬貨画像が得られることになる。
【００５２】
制御部１３が行う回転ずれに対する補正処理は、図１１（ｃ）に示すように、ラインＣのライン画像を、ラインＢのライン画像に一致するように、硬貨１００が回転した方向２０２へ回転する画像補正を行う処理である。このような画像の回転ずれを補正する画像処理を、各ライン画像で順次行うことによってライン画像単位での回転ずれが補正され、図１０（ｃ）に示す硬貨画像を得ることができる。
【００５３】
搬送中に硬貨１００が回転する方向を特定することはできないため、制御部１３は、ラインＣのライン画像を両方向に回転した画像データを作成して回転方向を特定する処理を行う。具体的には、まず、図１２に示すように、硬貨１００を実際に走査して得られたラインＣのライン画像を、硬貨１００の中心に対して、角度＋θ回転させたライン画像Ｃ１と角度−θ回転させたライン画像Ｃ２との２つの画像データを作成する。なお、回転角度θの詳細については後述する。
【００５４】
そして、先に得られたラインＡのライン画像と、ラインＡの次に得られたラインＣのライン画像を回転して作成されたラインＣ１及びＣ２の２つのライン画像とを、画素単位で比較して相関性を評価する。具体的には、ラインＡ、Ｃ１及びＣ２の各ライン画像で、硬貨１００の中心線３０２と一致する画素位置を算出して中心画素とし、この中心画素との関係から、各ライン画像を形成する画素データの対応関係を特定する。
【００５５】
そして、ラインＡのライン画像を形成する画素と、これに対応するラインＣ１のライン画像を形成する画素との間で、画素値の差の絶対値（差分絶対値）を算出する。これをラインＡのライン画像を形成する全画素において行って、差分絶対値の総和Ｘ1を算出する。また、ラインＡのライン画像と、ラインＣ２のライン画像との間でも、同様に、対応する画素間での差分絶対値を算出して、さらに全画素分の差分絶対値の総和Ｘ2を算出する。
【００５６】
さらに、搬送中に硬貨１００が回転していない可能性もあるため、実際の走査で得られたラインＣのライン画像と、先に得られたラインＡのライン画像との間でも、同様に、対応する画素間での差分絶対値を算出して、全画素分の差分絶対値の総和Ｘ0を算出する。
【００５７】
そして、Ｘ0、Ｘ1及びＸ2を比較して、最小値を示すライン画像、すなわちラインＡのライン画像との相関性が最も高いライン画像を、硬貨画像を形成するライン画像とする。
【００５８】
図１１（ａ）に示すように、硬貨１００上で続けて走査されるラインＡのライン画像とラインＢのライン画像との相関性は高くなる。これを利用して、ラインＡのライン画像と、続いて得られたラインＣのライン画像との相関性が最も高い場合には、ラインＣの走査時には硬貨１００が回転していないと判定して、ラインＡの次に得られたライン画像として、ラインＣのライン画像を採用する。また、ラインＡのライン画像と、図１２に示すようにラインＣのライン画像を回転して得られたライン画像Ｃ１及びＣ２のいずれかとの相関性が最も高い場合には、ラインＣの走査時に硬貨１００が回転したものと判定する。そして、相関性が最も高いラインＣ１又はＣ２のライン画像を、回転ずれが正しく補正されたライン画像として採用するものである。このような処理を、走査順に、各ライン画像に順次適用することによって、回転ずれをライン画像単位で補正する。この結果、回転ずれを補正した硬貨画像を得ることができる。
【００５９】
硬貨１００の回転は不規則に起こり、ライン画像単位で見た場合には回転ずれしていない場合もあり得る。このため、図１２に示すように、ラインＣ１及びＣ２に加えて、ラインＣのライン画像についても、ラインＡのライン画像と比較する処理を行う。すなわち、回転ずれしていない場合（ラインＣ）と、反時計方向に回転ずれしている場合（ラインＣ１）と、時計方向に回転ずれしている場合（ラインＣ２）との３つのライン画像を評価する。そして、ラインＣ、Ｃ１及びＣ２の各ライン画像のうち、ラインＡのライン画像との相関性が最も高いものを硬貨画像を形成するライン画像として採用する。これにより、ライン画像単位で、時計方向又は反時計方向へ回転ずれしている場合にのみ、これを正しく補正して、画像全体に含まれる回転ずれ全てを補正した硬貨画像を得ることができる。
【００６０】
次に、図１２に示す画素データの回転角度θと、上述した画像補正処理によって硬貨画像の回転ずれを有効に補正できることについて説明する。
【００６１】
ここで、撮像部１２の有する撮像素子１２ｂは、１２０ｆｐｓのフレームレートで、２４０画素×２４０画素の画素数で撮像領域を撮像可能なローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサであるものとする。また、搬送部１０は、硬貨１００を、１０００ｍｍ／Ｓの搬送速度で搬送するものとする。また、撮像部１２は、日本の硬貨の中で最大径を有する５００円硬貨を、図５に示すように２００×２００画素の範囲で撮像するように設置されているものとする。
【００６２】
図１３は、ライン画像単位で回転ずれを補正する際の回転角度θの算出方法について説明する図である。撮像部１２では、図１３（ａ）に示すように、ラインＮ（Ｎ＝１〜２３９の整数）の走査を行った後、次にラインＮ＋１の走査が行われる。ライン幅は、撮像部１２が５００円硬貨の直径２６．５ｍｍを２００ラインで撮像されるよう設置されていることから、０．１３２５ｍｍ（＝２６．５／２００）となる。
【００６３】
また、撮像部１２のフレームレートが１２０ｆｐｓであることから、１フレーム（２４０ライン）のデータを取得するのにかかる時間は８．３３ｍＳ（＝１／１２０）となる。よって、１ライン分の画素データを取得するのにかかる時間は、０．０３４７ｍＳ（＝８．３３／２４０）となる。すなわち、Ｎライン目の画素データの取得を開始してから、次にＮ＋１ライン目の画素データの取得を開始するまでの間に、０．０３４７ｍＳの時間が経過する。
【００６４】
硬貨１００が、図１３（ｂ）に示すように反時計方向２０２へ回転した場合には、回転しない場合のラインＮ＋１の理想位置での走査は行われず、図示したように測定誤差分だけ回転した位置が、ラインＮ＋１の実測位置となる。測定誤差は、最大でも、Ｎライン目の画素データ取得からＮ＋１ライン目の画素データ取得にかかる時間０．０３４７ｍＳの間に、硬貨１００が搬送される距離となることから、速度１０００ｍｍ／Ｓでは距離０．０３４７ｍｍとなり、ライン幅０．１３２５ｍｍの３分の１以下の小さい値となる。
【００６５】
このように、硬貨１００が回転して回転ずれが生ずる場合でも、その最大値が１ライン（１画素）より十分に小さい値となるので、図１１及び図１２で説明した画像補正処理により回転ずれを有効に補正することができる。
【００６６】
図１３（ｂ）に示す測定誤差の最大値は、硬貨の搬送速度と撮像素子１２ｂのフレームレート等によって決まる値で、硬貨径に左右されない値である。これに対して、測定誤差の最大値を図１３（ｂ）に示す値であると仮定した場合に、この測定誤差分を補正するための回転角度である図１２に示す回転角度θの大きさは、硬貨径によって変化する。具体的には、硬貨径が小さくなるほど、回転ずれを補正するために必要な回転角度θは大きな値を示すことになる。
【００６７】
処理対象硬貨が日本の硬貨である場合には硬貨径２０ｍｍの１円硬貨が最小径を有する。ライン幅（１画素）が０．１３２５ｍｍであることから１円硬貨の直径は約１５０画素分（＝２０／０．１３２５）となる。また、図１３（ｂ）に示すように、測定誤差の最大値はライン幅（１画素）に満たない。このため、測定誤差の最大値を１画素分とすると、図１３（ｃ）に示すように、１円硬貨で、１画素分回転する場合の回転幅θは約０．８度（＝ａｒｃｔａｎ（１／７５））となる。すなわち、回転ずれを補正するために必要な回転角度θは、最大でも０．８度程度となる。なお、図１２（ｃ）に示す回転ずれを補正する回転角度θは、硬貨径に応じて設定することもできるが、最大でも０．８度と十分に小さい値であるため、硬貨径によらず、この角度（０．８度）を回転ずれ補正時の回転角度として固定して利用することができる。
【００６８】
このように、回転ずれを補正するために必要な回転角度は、ライン画像単位で見れば十分に小さい値であるため、上述したようにライン画像単位で順次回転ずれを補正することによって、画像全体に含まれる回転ずれ全てを有効に補正することができる。
【００６９】
また、搬送部１０による硬貨１００の搬送速度、処理対象となる硬貨の硬貨径及び撮像部１２の撮像性能に基づいて、回転ずれ補正に必要な回転角度の最大値を算出することができる。図１３（ｂ）に示す回転ずれによる測定誤差が、ライン幅より小さくなるように、硬貨の搬送速度を設定したり、撮像部１２として利用する撮像素子１２ｂを選定すれば、硬貨画像の回転ずれを有効に補正することができる。また、処理対象となる硬貨の最小径を利用して、回転ずれの補正に利用する回転角度θを決定することができる。
【００７０】
ただし、回転ずれを補正する際の回転角度θについては、図１３（ｃ）に示したように硬貨の最小径に基づいて算出された値のみを利用する態様に限定されるものではない。すなわち、図１２に示すように、回転しない場合（ラインＣ）、回転角度θ＝０．８度だけ両方向に回転した場合（ラインＣ１及びＣ２）のみを評価する態様に限定されるものではない。例えば、０度から回転幅±θまで、所定の刻み幅で回転させた複数のライン画像を生成して、ラインＡのライン画像との相関性を評価してもよい。
【００７１】
次に、制御部１３によって行われる硬貨画像の補正処理手順について説明する。図１４は、硬貨画像の補正処理手順を示すフローチャートである。
【００７２】
図１１〜図１３では、連続して走査される２ライン分のライン画像のみを例に説明を行ったが、実際の画像処理では、全ライン分のライン画像が順次処理される。このとき、例えば、１ライン目に対して２ライン目のライン画像を角度θ回転して回転ずれを補正した場合には、３ライン目以降の全てのライン画像についても同様に角度θだけ回転する。そして、３ライン目の処理では、２ライン目の処理時に角度θ回転された３ライン目のライン画像、これをさらに角度＋θ回転した画像、及び角度−θ回転した画像の３つの画像について、回転ずれ補正後の２ライン目のライン画像との相関性が評価される。すなわち、２ライン目のライン画像で−θ、０（ゼロ）及び＋θの回転角度で回転ずれが評価されて２ライン目で角度θの回転ずれ補正がされた場合には、３ライン目のライン画像では２ライン目の回転ずれ補正前の３ライン目の画像に対して０（ゼロ）、＋θ及び＋２θの回転角度で回転ずれが評価されることになる。図１４では、このようにライン毎に回転ずれの補正を進める間、累積される回転角度をｒとして表している。以下、図１４に示すフローチャートについて詳細を説明する。
【００７３】
まず、搬送部１０によって搬送される硬貨１００がタイミングセンサ１１によって検知されると、撮像部１２による硬貨１００の撮像が行われる（ステップＳ１）。撮像部１２によって硬貨１００が撮像され、この画像が硬貨画像データ１４ａとしてメモリ１４に保存されると、以下、制御部１３による画像補正が行われる。
【００７４】
画像補正として、硬貨画像に歪が含まれる場合には、これを補正するための処理が行われる。まず、撮像部１２によって撮像された硬貨画像データ１４ａから、図５で説明したように硬貨画像３０１の切り出しが行われる（ステップＳ２）。そして、切り出した硬貨画像３０１を利用して、硬貨１００の搬送方向２００に対して垂直な方向の硬貨径が算出される（ステップＳ３）。そして、これを搬送方向２００の硬貨径と比較した結果に基づき、必要に応じて硬貨画像３０１の歪を補正する画像処理が行われる（ステップＳ４）。ここで行われる画像補正（ステップＳ３及びＳ４）は、図８で説明した処理に相当する。
【００７５】
続いて、硬貨画像３０１に横ずれが含まれる場合には、これを補正するための画像補正が行われる（ステップＳ５）。ここで行われる画像補正は、図９で説明した処理に相当する。
【００７６】
こうして、図７（ｂ）に示す搬送方向２００に歪んだ硬貨画像や、図７（ｃ）に示す搬送方向２００に交差する方向へ横ずれした硬貨画像が補正されると、次に、回転ずれを補正するための画像処理が開始される。
【００７７】
回転ずれの補正処理に先立って、硬貨画像３０１の中心座標Ｚが算出される（図１４ステップＳ６）。また、回転ずれの補正処理に利用するライン番号Ｎ及び累積角度ｒが、各々、Ｎ＝１及びｒ＝０に初期化される（ステップＳ７）。
【００７８】
そして、回転ずれの補正処理が開始される。まず、回転ずれを評価するための基準となるＮライン目のライン画像をライン画像Ａとする（ステップＳ８）。続いて、Ｎ＋１ライン目のライン画像を中心座標Ｚを中心として角度ｒ回転した画像をライン画像Ｃとする（ステップＳ９）。そして、Ｎ＋１ライン目のライン画像を、ｒ＋θ回転した画像をライン画像Ｃ１とし（ステップＳ１０）、ｒ−θ回転した画像をライン画像Ｃ２とする（ステップＳ１１）。ここで、角度θは図１２及び図１３（ｃ）に示した回転角度であり、ステップＳ８〜Ｓ１１におけるライン画像Ａ、Ｃ、Ｃ１及びＣ２は図１２に示した位置関係を示すこととなる。
【００７９】
次に、ライン画像Ｃ、Ｃ１及びＣ２の中から、Ｎ＋１ライン目のライン画像を選択するための処理が行われる。まず、ライン画像Ａとライン画像Ｃとを画素単位で比較して、対応する各画素間での画素値の差分絶対値を算出し、算出した差分絶対値の全画素分の総和Ｘ0を算出する（ステップＳ１２）。具体的には、図１２で説明したように、硬貨１００の中心線３０２と一致するライン画像Ａ及びＣの中心画素の位置に基づいて、各ライン画像を形成する画素位置の対応関係が特定される。そして、ライン画像間の相関性を評価するための値として、対応する各画素間の画素値の差分絶対値の総和Ｘ0が算出される。ライン画像Ａとライン画像Ｃ１との間でも、同様の処理が行われて画素値の差分絶対値の総和Ｘ1が算出される（ステップＳ１３）。また、ライン画像Ａとライン画像Ｃ２との間でも、同様の処理が行われて画素値の差分絶対値の総和Ｘ2が算出される（ステップＳ１４）。
【００８０】
続いて、回転ずれの評価基準となるライン画像Ａと、評価対象となる各ライン画像Ｃ、Ｃ１及びＣ２との相関性を示すＸ0、Ｘ1及びＸ2の値が比較され、最も小さい値を示すライン画像が選択される（ステップＳ１５）。すなわち、ライン画像Ｃ、Ｃ１及びＣ２の中からライン画像Ａと最も高い相関性を示すライン画像が選択される。
【００８１】
そして、選択されたライン画像を、Ｎ＋１ライン目のライン画像としてメモリ１４に保存する（ステップＳ１６）。こうして、Ｎ＋１ライン目のライン画像が選択されると、選択されたライン画像を得る際に回転した回転角度をｒとする（ステップＳ１７）。具体的には、ライン画像Ｃを選択した場合にはｒ＝ｒ、ライン画像Ｃ１を選択した場合にはｒ＝ｒ＋θ、ライン画像Ｃ２を選択した場合にはｒ＝ｒ−θとなる。また、走査方向に位置する次のライン画像を評価するため、Ｎの値がインクリメントされる（ステップＳ１８）。
【００８２】
次に、硬貨画像３０１の全ライン分の画像処理が完了したか否かが判定され（ステップＳ１９）、処理されていないライン画像が残っていれば、ステップＳ８に戻って（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ８〜Ｓ１８の処理を行う。そして、全ライン分の画像処理が完了していれば（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、画像補正の処理を完了する。
【００８３】
このように、回転角度ｒの値は、直前までに処理された回転ずれの補正を反映した累積角度となっているので、１ライン目の先頭ラインから、２４０ライン目の最終ラインへ向けて、累積して回転ずれが生じていた場合にも、これらを全て補正することができる。
【００８４】
また、評価対象のラインでは、直前のラインまでで回転ずれを補正した累積角度ｒだけ回転した場合と、ｒ＋θ回転した場合と、ｒ−θ回転した場合との３つに分けて評価される。ここで、累積角度ｒだけ回転した場合とは、直前までに処理された回転ずれの補正に応じた回転のみを行って、評価対象のライン画像では回転が生じていない場合を意味する。このような処理を行うことによって、搬送部１０によって搬送される硬貨１００が不規則に回転した場合でも、各ライン毎の回転ずれを評価して、回転ずれの補正が必要な場合にのみこれを補正することができる。
【００８５】
この結果、硬貨画像３０１に含まれる歪、横ずれ及び回転ずれの全てが補正され、図７（ａ）に示すような硬貨画像を得ることができる。そして、得られた硬貨画像を利用することにより、識別用データ１４ｂを利用した硬貨の識別処理を正確に行うことが可能となる。
【００８６】
なお、本実施形態では、一旦メモリ１４に保存した硬貨画像データ１４ａを利用して画像補正を行う場合について説明したが、本実施形態がこれに限定されるものではなく、撮像部１２から出力される画素データからライン画像を形成して、リアルタイムに歪やずれを補正する態様であっても構わない。
【００８７】
また、硬貨画像の歪を補正する画像補正処理、横ずれを補正する画像補正処理及び回転ずれを補正する画像補正処理は、全ての処理が実行されてもよいし、いずれか１つの処理のみが実行されてもよいし、いずれか２つの処理が選択されて実行されてもよい。また、処理対象となる画像データが撮像部１２によって撮像される場合に限らず、他の装置で撮像された画像データを受信して画像補正の処理のみを実行する態様であっても構わない。
【００８８】
上述してきたように、本実施形態によれば、ローリングシャッタ方式の安価なＣＭＯＳイメージセンサを利用した場合でも、高速で搬送される硬貨の画像を撮像して、画像補正を行うことによって歪やずれを解消し、硬貨を識別可能な硬貨画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明は、ローリングシャッタ方式の安価な撮像センサを利用して、搬送される硬貨等の搬送円形物を撮像した場合に、画像に生ずる歪やずれを解消するために有用な技術である。
【符号の説明】
【００９０】
１  硬貨識別装置
１０  搬送部
１１  タイミングセンサ
１２  撮像部
１２ａ  投光部
１２ｂ  撮像素子
１２ｃ  ミラー
１２ｄ  ガラスカバー
１２ｅ  レンズユニット
１３  制御部
１４ａ、３００  硬貨画像データ
１４ｂ  識別用データ
１４  メモリ
１００  硬貨
３０１  硬貨画像
【図１】
2013210922.tif 000003
【図２】
2013210922.tif 000004
【図３】
2013210922.tif 000005
【図４】
2013210922.tif 000006
【図５】
2013210922.tif 000007
【図６】
2013210922.tif 000008
【図７】
2013210922.tif 000009
【図８】
2013210922.tif 000010
【図９】
2013210922.tif 000011
【図１０】
2013210922.tif 000012
【図１１】
2013210922.tif 000013
【図１２】
2013210922.tif 000014
【図１３】
2013210922.tif 000015
【図１４】
2013210922.tif 000016