JP5036637B2 - 凹凸文字抽出のための画像処理方法及び画像処理装置 - Google Patents
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Description
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。
このエンボス文字読取方法は、カードの一方辺の両側及び他方辺の両側から前記カードのカード表面を照明する照明光の照明条件を変えて、カード表面を繰り返し撮影するカード表面撮影工程と、異なる照明条件の下で取得された各カード表面撮影画像に基づき、エンボス文字を識別する識別工程とを含む。このエンボス文字読取方法によると、照明光の照射角度を多段階に切り換えて撮影したカード表面撮影画像の中から、エンボス文字輪郭とカード背景のコントラストの高い鮮明な撮影画像を選択して正確に文字認識を行なうことができる。
この文字認識方法は、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。
さらには、成型後の製品に施された刻印のように対象物の表面形状に歪みが生じ得る状況下で凹凸文字を認識するときには、凹凸文字の段差量が小さい(凹凸文字の品質が悪い)と影も小さくなり文字を見つけづらくなることがある。
特許文献2に開示された技術では、対象物をタイヤのサイドウォールの凸文字に限定しているので、これ以外、特に対象物表面の基準的な形状が事前にわからない場合の文字抽出を行なうことは困難である。加えて、文字認識には「2値化」の技術を用いているが、2値化技術はその閾値の取り方により得られるデータが大きく異なり、文字検出精度を一定に保つことが困難であったりする。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、形状が事前に判明していない曲面に施された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。
本発明に係る凹凸文字抽出のための画像処理方法は、表面形状データが未取得の任意の曲面に施された凹凸文字の画像を抽出するものであって、Z軸方向に段差を有する凹凸文字を含んだ曲面の3次元データを取得する3次元計測ステップと、得られた前記3次元データに基づき、X軸−Y軸平面である水平面内の各点における高さデータの微分値を算出する微分ステップと、算出された前記微分値に基づきつつ、前記凹凸文字の領域に対応する重みが他の領域より小さくなるように、前記各点の高さデータに対する重みを算出する重み付けステップと、前記重みと前記各点の高さデータとを用いて、前記凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルを近似した近似曲面の3次元データを算出する近似曲面算出ステップと、前記凹凸文字を含んだ曲面の3次元データと、前記近似曲面の3次元データとから、前記凹凸文字の3次元データを抽出する凹凸文字抽出ステップと、を有することを特徴とする。
好ましくは、前記凹凸文字抽出ステップでは、前記凹凸文字を含んだ曲面の高さデータから前記近似曲面の高さデータを減算することで、凹凸文字の段差量を算出するとよい。
好ましくは、前記3次元計測ステップは、表面形状データが未取得の任意の曲面の表面に対して、光切断線を照射するものとされ、前記近似曲面算出ステップでは、前記光切断線に沿った曲面の断面プロファイルに対して、凹凸文字に対応する部分の重みを零又は低くした条件のもとで重み付き最小二乗法を適用することで、前記近似曲面の3次元データを算出するとよい。
本発明に係る凹凸文字抽出のための画像処理装置は、表面形状データが未取得の任意の曲面に施された凹凸文字の画像を抽出するものであって、Z軸方向に段差を有する凹凸文字を含んだ曲面の3次元データを取得する3次元計測手段と、得られた前記3次元データに基づき、X軸−Y軸平面である水平面内の各点における高さデータの微分値を算出する微分手段と、算出された前記微分値に基づきつつ、前記凹凸文字の領域に対応する重みが他の領域より小さくなるように、前記各点の高さデータに対する重みを算出する重み付け手段と、前記重みと前記各点の高さデータとを用いて、前記凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルを近似した近似曲面の3次元データを算出する近似曲面算出手段と、前記凹凸文字を含んだ曲面の3次元データと、前記近似曲面の3次元データとから、前記凹凸文字の3次元データを抽出する凹凸文字抽出手段と、を有することを特徴とする。
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(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。
さらに、画像処理装置は、光切断法センサ1を対象物3に沿って走査するための走査用レール2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、当該走査用レール2を用いて光切断法センサ1を対象物3に倣う方向に走査させることにより、対象物3全体の表面形状を計測するためである。
対象物3は湾曲した金属板や円筒物表面であって、画像処理装置は、対象物3上に施された凹凸文字を読取る。
取得された画像データは、パソコン4内に取り込まれ、パソコン4内で三角測量法の原理に基づいた処理を施されることで、対象物3の3次元形状データ(凹凸情報を含む)が得られる。その後、対象物3上に刻印された凹凸文字を抽出して、読取結果をホストコンピュータ5に送信する。
本画像処理は、まず、対象物3の表面曲面データを取得する3次元計測ステップを実施し(S0)、得られた3次元データに基づき、水平面内の各点における高さデータの2次微分値を算出する微分ステップを行う(S1)。
その後、算出した2次微分値に基づいて各点の高さデータに対する「重み」を計算する重み付けステップを実行し(S2)、水平面データ及び高さデータ及び重み値に基づいて、対象物の表面曲面形状をN次の重み付き最小二乗法で近似し、近似曲面を算出する近似曲面算出ステップを行う(S3)。なお、近似曲面とは、凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルから得られる対象物3の表面曲面を計算で求めたものである。
生成した文字画像に対して画像処理や文字認識処理を実行することで、凹凸文字を読取り、その結果を出力する(S6)。
まず、図2のS0にて、光切断法センサ1及びパソコン4内のプログラム(公知の光切断法に基づく)を用い、対象物3の表面形状を計測する。
なお、計測によって得られた対象物3の表面形状データは、凹凸文字の段差(高さ)方向をZ軸と定義し、このZ軸に直行する方向をX軸及びY軸と定義する。以下の説明においては、X−Y平面上の各点におけるZ軸座標値をZ(x,y)と記載する。このS0での処理により、図3(A)に示すような曲率が一定ではない曲面の3次元データが収集される。
S1にて、X−Y平面上の各点におけるZ軸座標値の2次微分値Z’’(x,y)を計算する。2次微分の計算方法は、式(1)〜式(3)に基づく。なお、本実施形態は1次微分や3次以上の高次の微分の適用を積極的に排除するものではなく、対象物によっては1次微分や3次微分の適用も可能である。
図3(A)に対して重みの計算を行なった結果を図3(C)に示す。図3(C)においては、色が白いほど重みが大きく(W(x,y)≒1)、色が黒いほど重みが小さい又は零である(W(x,y)≒0)ことを表す。重みの計算は、以下のように行われる。
次に、S3では、以上求めた重みW(x,y)を用いた最小二乗法により、凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルを近似した近似曲面の3次元形状を算出する。
この近似法であると、凹凸文字部分及びその近傍は、重みW(x,y)≒0であって、最小二乗法の計算へは反映されない状況となる。つまり、凹凸文字部分にマスクをかけた上で、最小二乗法による近似曲面(曲線)の算出を行っていることに相当する。
また、図4(B)には、重み付けしない最小二乗法により得られた、近似曲面の断面プロファイルを併記する。図4(B)の凹部分が凹凸文字部分であるが、重み付けしない最小二乗法で得られた表面形状は、この凹部の形状が加味されるため、対象物3の実際の曲面との乖離が大きいものとなっている。一方で、本方法では、重み付けステップS2における重み付け処理により、凹凸文字部の可能性が大きい部位を事前に除去することにより、対象物3の表面曲面の断面プロファイルひいては3次元データを正確に推定できる。
なお、S2にて算出した重みW(x,y)の逆数1/W(x,y)を用いつつ、式(6)に基づいて差分値D(x,y)の加重平均を求めることで、文字の可能性が大きい部分についての段差量(深さや高さ)の平均値μDを求めることができる。
S5にて、差分値D(x,y)を、0〜255の値に換え輝度値P(x,y)に変換する。具体的には、全てのx,yにおける最小値及び最大値を、それぞれDmin及びDmaxとして、式(7)に基づいて、輝度値P(x,y)を算出する。
S6にて、生成した文字画像(図3(E))に対して文字認識を実行して、その結果をホストコンピュータ5に送信するようにしている。
なお、比較のため、近似曲面を求めず、図3(B)に対し単純に2値化処理を行った結果を図3(F)に示す。これらから、本件の図3(E)が従来の図3(F)に比較して、十分にきれいな(誤認識の可能性の極めて低い)文字画像を生成できたことが明らかである。
さらに、読取と同時に凹凸文字の段差量をチェックすることができ、読取の信頼性を高める判断とすることが可能になる。
2 走査用レール
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
Claims (5)
- 表面形状データが未取得の任意の曲面に施された凹凸文字の画像を抽出する画像処理方法であって、
Z軸方向に段差を有する凹凸文字を含んだ曲面の3次元データを取得する3次元計測ステップと、
得られた前記3次元データに基づき、X軸−Y軸平面である水平面内の各点における高さデータの微分値を算出する微分ステップと、
算出された前記微分値に基づきつつ、前記凹凸文字の領域に対応する重みが他の領域より小さくなるように、前記各点の高さデータに対する重みを算出する重み付けステップと、
前記重みと前記各点の高さデータとを用いて、前記凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルを近似した近似曲面の3次元データを算出する近似曲面算出ステップと、
前記凹凸文字を含んだ曲面の3次元データと、前記近似曲面の3次元データとから、前記凹凸文字の3次元データを抽出する凹凸文字抽出ステップと、
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。 - 前記凹凸文字抽出ステップでは、前記凹凸文字を含んだ曲面の高さデータから前記近似曲面の高さデータを減算することで、凹凸文字の段差量を算出する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。
- 前記3次元計測ステップは、表面形状データが未取得の任意の曲面の表面に対して、光切断線を照射するものとされ、
前記近似曲面算出ステップでは、前記光切断線に沿った曲面の断面プロファイルに対して、凹凸文字に対応する部分の重みを零又は低くした条件のもとで重み付き最小二乗法を適用することで、前記近似曲面の3次元データを算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の凹凸文字抽出のための画像処理方法。 - 凹凸文字抽出ステップは、前記重みを用いて前記凹凸文字の段差量の加重平均値を算出し、前記加重平均値が予め定められた閾値以上であるときには、凹凸文字の品質が良いと判定するステップを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の凹凸文字抽出のための画像処理方法。
- 表面形状データが未取得の任意の曲面に施された凹凸文字の画像を抽出する画像処理装置であって、
Z軸方向に段差を有する凹凸文字を含んだ曲面の3次元データを取得する3次元計測手段と、
得られた前記3次元データに基づき、X軸−Y軸平面である水平面内の各点における高さデータの微分値を算出する微分手段と、
算出された前記微分値に基づきつつ、前記凹凸文字の領域に対応する重みが他の領域より小さくなるように、前記各点の高さデータに対する重みを算出する重み付け手段と、
前記重みと前記各点の高さデータとを用いて、前記凹凸文字が刻印された部分を除去した曲面の断面プロファイルを近似した近似曲面の3次元データを算出する近似曲面算出手段と、
前記凹凸文字を含んだ曲面の3次元データと、前記近似曲面の3次元データとから、前記凹凸文字の3次元データを抽出する凹凸文字抽出手段と、
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。
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