説明

画像スキャニング装置及び画像スキャニング方法

【課題】光学コードの通過速度が速くても、光学コードの収集画像に歪みやぼやけが生じる事態を排除し、光学コードを正しく読取ることが可能な画像スキャニング装置を提供する。
【解決手段】光学コードの画像を収集する画像収集装置であって、前記光学コードの前記画像を収集する前に前記光学コードの動きを静止させるために、すべての画素の露光を同時に開始し、停止する静止画電子シャッタを備える画像収集装置を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学コードの画像データを取得する画像スキャニングシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
画像スキャニング装置は、光学コードの1つ以上の電子写真を収集し、処理することによって光学コードを読取る。収集される写真の少なくとも1つは光学コードの画像を含む必要があり、画像は、画像スキャニング装置が光学コードを検出し、読取るために十分に明瞭でなければならない。
【0003】
一般的に光学コードは、静止状態またはゆっくり動いている対象として画像スキャニング装置に提示される。画像スキャニング装置は、画像収集装置を用いて光学コードの電子写真を収集する。従来の画像収集装置は、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサを用いて実施される。CMOSセンサ(画像センサ)は、画像を収集するために用いられる感光部分(各部分は画素を表わす)から成る2次元アレイを含む。感光部分の露光を制御する電子シャッタが、CMOSセンサに組み込まれる。最新の画像スキャニング装置は、写真を生成するために、単一列の画素を一度に露光し、読取るロールシャッタ露光方法に基づいて電子シャッタを使用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、このような従来の画像スキャニング装置においては、アレイの各列が異なる時間に露光されるので、速く移動する対象は写真全体が収集されうる前に動いてしまうこととなる。このために被写体は写真において歪み、且つぼやけて見える。従って、ロールシャッタ露光方法を用いる画像スキャニング装置は、光学コードが静止状態または比較的ゆっくり移動していなければならなかった。光学コードの通過速度が増大するにつれて、写真中の光学コードの収集画像は歪みかつぼやけ始めて、終には光学コードを読取ることができなくなる。
【0005】
このため、本発明は、光学コードの通過速度が速くても、光学コードの収集画像に歪みやぼやけが生じる事態を排除し、光学コードを正しく読取ることが可能な画像スキャニング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】
このため、本発明は、前記光学コードの前記画像を収集する前に前記光学コードの動きを静止させるために、すべての画素の露光を同時に開始し、停止する静止画電子シャッタを備える画像収集装置を備えることを特徴とする画像スキャニング装置を提供するものである。
【発明の効果】
【0007】
これにより、本発明は、光学コードの通過速度が速くても、光学コードの収集画像に歪みやぼやけが生じることがなく、光学コードを正しく読取ることを可能にしたのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下、図面を参照しつつ本発明の詳細を説明する。ここで、本発明は以下の記載に基づいて容易に実施され得ること、そして記載される実施形態からの多くの変形例および変更態様が可能であることは言うまでもない。
【0009】
図1を参照すると、光学コード140をスキャンする(読取るとも称される)ために使用される画像スキャニングシステム100の実施形態が例示されている。システム100は、光学コード140を読取る画像スキャニング装置115を含む。
【0010】
この実施形態では、光学コード140はバーコードである。他の実施形態では、光学コード140は人間が読み取れるか、または認識できるコード、例えば数字、テキスト、記号、アイコン、画像、またはそれらの組合せである。いったん画像スキャニング装置115が光学コード140を読取ると、光学コードから得られた情報は、追加の処理のために店舗販売時点情報管理(POS)コンピュータ110へ送られる。
【0011】
次に、POSコンピュータ110は光学コード情報を店舗サーバ105へ送り、このサーバはこの情報を用いて、データベース、サーバ105に格納された他のファイル、またはサーバ105によってアクセス可能なファイルにアクセスする。
【0012】
サーバ105は、光学コード(例えば、価格、説明書、写真など)に関連する追加情報をデータベースまたはファイルから検索し、それをPOSコンピュータ110へ送る。次にPOSコンピュータ110は、サーバ105からの情報を処理し、情報および/または命令をユーザへ必要に応じて提供する。他の実施形態では、データベースは複数のサーバにわたって分割され、サーバのいくつかは店舗外に設置されることがある。
【0013】
いくつかの実施形態では、光学コードは販売する品目またはサービスと関連付けられる。光学コードが商取引中に読取られるとき、POSコンピュータ110は光学コードと関連付けられたすべての品目およびサービスの総費用を維持する。
【0014】
他の実施形態では、画像スキャニング装置115は光学コードの画像を収集し、そこでは光学コードは写真を含む。例えば、これは、光学コードが運転免許証または写真も含む識別の他の形の一部である場合に起こる。光学コードが写真を含む場合に、画像スキャニング装置115は光学コードの収集画像(写真を含む)をPOSコンピュータ110へ送る。
【0015】
POSコンピュータ110は収集画像を格納用の店舗サーバ105へ転送する。いくつかの実施形態では、写真付きの光学コードは年齢確認および視覚的識別のために監視端末へ転送される。
【0016】
引き続き図1において、画像スキャニング装置115は記憶装置130に接続されるプロセッサ125を含む。記憶装置130は不揮発性および揮発性(動的とも称される)両方の記憶装置を含む。
【0017】
不揮発性記憶装置は、画像スキャニング装置115を制御するプログラムおよびパラメータを格納するために使用される。不揮発性記憶装置の内容は、電源が除去されても失われない。
【0018】
さらに、プロセッサ125は不揮発性記憶装置の内容を必要に応じて更新する。例えば、ソフトウェア更新動作中、POSコンピュータ110は、新しいまたは更新したプログラムを画像スキャニング装置115にダウンロードし、プロセッサ125はプログラムを不揮発性記憶装置に格納する。揮発性記憶装置の内容は電源が除去される場合に失われるので、プロセッサ125だけが一時的または一過性のデータをこの記憶装置に格納する。プロセッサ125は記憶装置130に格納されたプログラムを実行する。プログラムはプロセッサに指示して、画像スキャニング装置115の動作および機能を制御する。
【0019】
画像スキャニング装置115はまた、プロセッサ125の制御の下で電子画像を収集する画像収集装置120も含む。画像収集装置120はCMOSセンサを用いて実施される。センサは複数の感光部分を有する。各感光部分は電子画像の単一画素の情報を与える。感光部分は行と列の2次元アレイとして配置される。各感光部分は入射光量子を、センサに組み込まれ、かつ一列を一度に読取る回路によって増幅される電荷に変換する。電荷の大きさは期間中に受け取られる光子の数に比例する。
【0020】
この期間は露光時間または期間と称される。感光部分(1つの画素)を制御する回路をリセットすることによって、その部分の電荷がリセットされ、それは露光時間を再び開始する。所定の列の感光部分に対応するすべての回路を同時にリセットすることは可能であり、または全センサのためのすべての回路を同時にリセットすることができる。センサの解像度はセンサによって支援される画素の総数によって決定される。1280列と1024行の画素アレイを有するセンサの解像度は、1.3メガピクセルである。
【0021】
画像スキャニング装置115は、画像を画像収集装置120に焦点合わせする画像焦点調節光学系135を備える。画像焦点調節光学系135は、光学像を画像収集装置120に焦点合わせするために1つ以上のレンズを含む。いくつかの実施形態では、画像焦点調節光学系135は光学像を焦点合わせするために凹面鏡/凸面鏡を使用する。
【0022】
いくつかの実施形態では、画像焦点調節光学系135は複数の画像を画像収集装置120に順次処理で焦点合わせし、方向付ける。これによって、画像収集装置120は1つ以上の方向から対象を見て、光学コードを1回の走査で収集し、読取る可能性が増大する。
【0023】
センサの画像(画素アレイ全体)を読取るのに要する時間は非常に長い。例えば、3メガピクセルのセンサでは、画像全体を読取るのに約83ミリ秒(msec)かかる。同じ3メガピクセルのセンサが1024行を有するように構成される場合は、行の各々を読取るのに81マイクロ秒(μsec)かかる。
【0024】
すべての行が同時にリセットされ(また露光時間を開始する)、次に各行が読取られる場合は、第1行の読取りは81μsecの露光時間を有するのに対して、最後の行の読取りは83ミリ秒の露光時間を有する。第1行と最後の行との間の露光時間の大きい差によって、結果として生じる画像は受け入れ難いほど品質が悪い。問題を解決する1つの試みは、行を読取る直前に各行をリセットすることである。
【0025】
この露光方法は電子ロールシャッタ方法と称される。それは行をリセットし(これは露光期間を開始する)、露光期間が経過した後に行を読取る。この方法はアレイの至る所を進んで、アレイ全体が読取られるまで、この動作を各行で実施する。これによってアレイのすべての行が同じ露光期間を有することになり、これは画像の露光品質を改善する。
【0026】
しかしながら、アレイ全体を読取るために比較的長い時間を要するので、第1行の露光期間は最後の行の露光期間の開始の約83ミリ秒前に開始するので、速く移動する対象が歪み、かつぼやけて見えることになる。この方法は、対象が静止状態またはゆっくり移動しているならば、画像品質を改善するが、対象の速度が増大するにつれて、対象の収集画像は対象を検出できない程度に歪みかつぼやけてしまう。
【0027】
上の例では、ロールシャッタ露光方法を用いるCMOSセンサは、各画素を制御する回路をリセットする機能を有し、この機能はその画素の露光期間を再び開始する。しかしながら、センサは、露光期間を停止し、電荷の値が読取られるまでそれを静止または保持する機能を有しない。
【0028】
画素の電荷はいつでも読取られ得るが、画素を制御する回路がリセットされるまで、画素の露光期間は継続する(電荷の値は変化することがある)。回路をリセットすることによって電荷をゼロにリセットし、画素の露光期間を再び開始する。
【0029】
静止画または停止動作電子シャッタを実施するCMOSセンサは、各画素またはセンサの感光部分の露光期間をリセットし、開始するために上述の回路を備えるが、センサはまた、各画素の露光期間を停止し、各画素の電荷の値を静止させる追加の回路を備える。電荷の静止値は格納され、後で読取られ得る。(プロセッサ125は、画像を生成または収集するために各画素の電荷の静止値を読取る。)さらに、静止画シャッタは、その時点ですべての画素(すべての行)の露光期間を開始し、停止する。これによって、センサのすべての画素は同じ長さの露光を有するだけでなく、露光期間について同じ開始および停止時間を有する。これはロールシャッタ露光方法に起因する歪みおよびぼけを排除し、高速で通過する光学コードをうまく読取ることができる。
【0030】
プロセッサ125は、露光期間の開始および停止時間を含む、CMOSセンサの機能を制御する。これによって、プロセッサは露光期間をリアルタイムで調整し、画像を収集する時および1秒当たりに収集する画像の数を決定することができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、焦点調節光学系135は異なる時間に1つ以上の画像を画像収集装置120に向け、プロセッサ125は、新しい画像が画像収集装置120に向けられるまでの画像収集の時刻を決める。他の実施形態では、画像スキャニング装置115は光学コード140を照射するために光源を供給し、制御する。プロセッサ125は、最大照射の時間中に光学コード140の画像を収集するために、露光期間および開始時間の両方を決定する。
【0032】
露光時間が余りにも長く設定されると、高速で通過する光学コードを読取ることができなくなる。センサの画素数および光学コードの最大通過速度は、光学コードの読取り可能な画像を生成するために許される最大露光期間を決定する。
【0033】
光学コードの通過速度は、光学コードが光学コードスキャナを通過する速度である。高速通過画像スキャナは、1秒当たり50インチの速度で移動する光学コードを読取るように設計される。読取られる光学コードが1000分の5インチ(5ミル)のバーコードであり、画像収集装置がバーコードの1バー当たり2つの画素を生じるセンサおよび光学系を使用する場合は、下の式は、バーコード画像の受け入れられないぼやけを防止し、コードの読取りを可能にするために最大露光時間を決定する。
【0034】
この式はまた、バーコードが露光期間中に画素の光学幅の半分だけ移動すると仮定する。これらの設定の結果は、読取るのに十分な鮮明度を有するバーコードの画像を収集するための25マイクロ秒以下の露光時間である。他の設定および仮定が可能であり、様々な露光時間をもたらす。
【0035】
【数1】

【0036】
上に示したように、電子ロールシャッタを用いて実施される画像スキャナは、画像を収集するために83ミリ秒を必要とし、これは、この例のバーコードの画像が、83ミリ秒の露光/収集時間中のバーコードの移動に起因する歪みおよびぼけに因って読取ることができないことを意味する。
【0037】
図2Aおよび図2Bは上の式および例を示す。図2Aで、バーコード200は、「Light」と標記された明るいバー205と、「Dark」と標記された暗いバー210とを有する。5つの画素によって見えるバーコードの部分215が示され、各個別画素部分は「m」、「l」、または「d」と標記される。「l」と標記された画素はバーコードの明るい部分を収集した。「d」と標記された画素は暗い部分を収集し、「m」と標記された画素は明暗部分の一部を収集した。図2Aは露光時間開始直後の5つの画素の値を表わし、図2Bは、露光時間が終り、バーコードが画素の半分の光学距離だけ移動した後の画素の値を表わす。図2Aおよび図2Bは、露光が画素の光学幅の半分に等しい距離だけバーコードを移動させるのに要する時間以下である場合は、少なくとも1つの画素はバーコードの各バーの明るいまたは暗い値を正しく収集し、バーコードの正確な読取りを可能にすることを示す。
【0038】
図3は光学コードをスキャンする方法を例示するハイレベルの流れ図である。ステップ300で、光学コード140はスキャンする画像スキャナ115によって通過される。この実施形態では、光学コード140はバーコードである。ステップ305で、画像収集装置120の一部である電子静止画シャッタは、光学コードが画像スキャナを通過するとき、その動きを静止させる。電子シャッタは静止画露光方法を使用し、そこではCMOSセンサのすべての感光部分の露光が同時に起こる。すべての感光部分の露光を同時に開始し、停止することは、収集画像のどんな対象の動きも静止させる効果がある。ステップ310で、画像収集装置は静止光学コードの画像を収集する。ステップ315で、収集画像は処理され、光学コードは読取られる。
【0039】
この実施形態がCMOS技術に基づく画像センサを使用するのに対して、他の実施形態は、画像センサが静止画露光方法を実施する電子シャッタを備えるならば、様々な技術を用いて実施される画像センサを使用できる。電荷結合素子すなわちCCDは、この方法に基づいて画像センサを実施するために使用され得る別の技術の例である。
【0040】
開示された本発明がそのいくつかの好ましい実施形態に特に言及して説明されてきたが、開示された本発明の変更および改変は特許請求の精神および範囲内で達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】画像スキャニングシステムの実施形態を示す図である。
【図2】バーコードの瞬間が、画像センサの露光時間にどのように影響を及ぼすかを示す図である。
【図3】画像スキャニング装置を用いて光学コードをスキャンする方法を例示するハイレベルの流れ図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学コードの画像を収集する画像収集装置であって、
前記光学コードの前記画像を収集する前に前記光学コードの動きを静止させるために、すべての画素の露光を同時に開始し、停止する静止画電子シャッタを備える画像収集装置を備えることを特徴とする画像スキャニング装置。
【請求項2】
前記画像収集装置が、相補型金属酸化膜半導体を有する請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項3】
前記画像収集装置が、電荷結合素子を用いて実施される、請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項4】
前記光学コードがバーコードである、請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項5】
前記光学コードが、人間が読み取れるコードである、請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項6】
前記光学コードが画像である、請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項7】
前記光学コードの画像を前記画像収集装置に方向付け、焦点を合わせるように構成した光学装置をさらに備える、請求項1に記載の画像スキャニング装置。
【請求項8】
様々な方向からの複数の画像を前記画像収集装置に順次に方向付けるようにさらに構成される、請求項7に記載の画像スキャニング装置。
【請求項9】
光学コードの画像を画像収集装置に方向付ける工程と、
前記画像収集装置で実施される、静止画電子シャッタを用いて前記方向付けられた画像全体の動きを静止させる工程であって、前記シャッタはすべての画素の露光を同時に開始し、停止する工程と、
前記光学コードの前記静止画像を収集する工程と、
の各工程を有する光学コードの画像スキャニング方法。
【請求項10】
前記光学コードの画像スキャニング方法が、相補型金属酸化膜半導体を用いて実施される、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項11】
前記画像収集装置が、電荷結合素子を用いて実施される、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項12】
前記光学コードがバーコードである、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項13】
前記光学コードが、人間が読み取れるコードである、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項14】
前記光学コードがアイコンである、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項15】
画像方向付け装置が、光学コードの画像を前記画像収集装置に方向付けるために使用される、請求項9に記載の画像スキャニング方法。
【請求項16】
光学コードと関連付けた情報を格納するように構成したサーバコンピュータと、
前記サーバコンピュータと通信するローカルコンピュータと、
前記ローカルコンピュータと通信する画像スキャニング装置と、
を備え、前記画像スキャニング装置は前記光学コードの画像を収集する画像収集装置を備え、前記画像収集装置は、前記光学コードの前記画像を収集する前に前記光学コードの動きを静止させるために、すべての画素の露光を同時に開始し、停止する静止画電子シャッタと、
を備える画像スキャニングシステム。
【請求項17】
前記画像収集装置が、相補型金属酸化膜半導体を用いて実施される、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項18】
前記画像収集装置が、電荷結合素子を用いて実施される、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項19】
前記光学コードがバーコードである、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項20】
前記光学コードが、人間が読み取れるコードである、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項21】
前記光学コードが画像である、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項22】
前記光学コードの画像を前記画像収集装置に焦点合わせして、方向付けるように構成した、画像方向付け装置をさらに備える、請求項16に記載の画像スキャニングシステム。
【請求項23】
様々な方向からの複数の画像を前記画像収集装置に焦点合わせして方向付けされる、請求項22に記載の画像スキャニングシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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