信息讀取用攝像裝置的製作方法

2023-04-24 09:18:11

專利名稱：信息讀取用攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於從對象物讀取信息的信息讀取用攝像裝置。
背景技術：
為了讀取列印在紙等介質上的信息，使用攝像裝置。圖1和圖2是表示讀取列印在紙等介質上的條形碼等信息的攝像裝置11的光學系統的結構的圖。 如圖1和圖2所示，攝像裝置11具有光圈12、鏡頭13(或鏡頭模塊16)、和成像傳感器14。 在攝影對象物15反射的光由光圈12限制其光路後，通過鏡頭13被成像傳感器14接收。 在利用攝像裝置11讀取列印在介質上的信息時，調整鏡頭13與成像傳感器14的距離，使成像面與成像傳感器14的表面對齊，由此獲取鮮明的圖像。 但是，鮮明的圖像的信息量比較多，但另一方面存在因介質的表面的凹凸等導致的信號變化作為噪聲疊加在本來的圖像信號上的問題。 圖3 (A) 、 (B)是表示攝影對象物15的一例的圖。在利用攝像裝置11讀取列印在圖3(A)所示的紙等上的圖像時，導致因紙面的細小凹凸形成的信號變化作為噪聲疊加在本來的圖像信號上。 在讀取圖3(B)所示的手掌內部的靜脈時，也導致來自靜脈周圍的活體組織的散射光作為噪聲疊加在本來的圖像信號上，因此需要實施低通濾波(LPF)處理等的運算來去除噪聲。 圖4(A)表示疊加了攝影對象物的任意行(例如圖3(A)中的行A)的噪聲的圖像
信號，圖4(B)表示通過低通濾波(LPF)處理去除了該噪聲後的圖像信號。 圖5是表示以往的攝像裝置的成像傳感器14的輸出的圖。圖5表示相對攝影對
象物體上的任意一點的、成像傳感器14的任意像素的輸出信號的電平的分布(點像分布)，
由於能夠獲得鮮明的圖像的成像面與傳感器面對齊，所以輸出信號的電平的分布實質上成為集中於一個像素的波形。 如上所述，由攝像裝置ll獲取的圖像越鮮明，根據介質表面的凹凸等，高頻的噪聲越疊加在圖像信號上。 因此，以往對從成像傳感器14輸出的圖像信號實施低通濾波處理的運算，去除高頻的噪聲。 圖6(A) 、 (B)是表示在低通濾波處理中使用的高斯濾光片和移動平均濾光片的運算矩陣的圖。 說明圖6(A)中的3X3的運算矩陣的情況，關注像素Q(a、b)是將下面的值相加計算得到的，所述值包括向左上部的獲取像素P(a-l、 b+l)乘以"O. 063"得到的值；向上一個獲取像素P(a、 b+l)乘以"O. 125"得到的值；向右上部的獲取像素P(a+l、b+l)乘以"0. 063"得到的值；向左側相鄰的獲取像素P(a-l、 b)乘以"O. 125"得到的值；向獲取像素P(a、b)乘以"O. 25"得到的值；向右側相鄰的獲取像素P(a+l、b)乘以"O. 125"得到的值；向左下部的獲取像素P(a-l、b-l)乘以"O. 063"得到的值；向下一個獲取像素P(a、b-l)乘以"O. 125"得到的值；以及向右下部的獲取像素P(a+l、b-l)乘以"O. 063"得到的值。
通過對各個像素進行上述的運算，能夠獲得實施了高斯濾波處理的圖像信號。
圖6(B)中的運算矩陣也相同，通過向關注像素及其周邊的像素乘以圖6(B)所示的運算矩陣的值，能夠獲得實施了移動平均濾波處理的圖像信號。 但是，使用了上述的運算矩陣的低通濾波處理，需要針對由攝像裝置讀取的全部像素進行運算矩陣的元素數量(例如，如果是3X3的矩陣則進行9次)的運算，在像素數比較多時，存在圖像處理的處理時間變長的問題。 專利文獻1記載了以下內容，在指紋圖像讀取裝置中，縮小鏡頭與CCD攝像元件的距離，在偏離鏡頭的焦點位置的位置配置CCD攝像元件，由此去除指紋圖像的噪聲成分。
專利文獻1的發明使由CCD攝像元件讀取的指紋圖像的焦點變模糊，由此使高頻噪聲不明顯。專利文獻1日本特開2003-50991號公報

發明內容
本發明的課題是在信息讀取用攝像裝置中，縮短圖像處理的處理時間，對圖像實施所期望的濾波處理。 本發明的信息讀取用攝像裝置具有限制來自攝影對象物的光的感光範圍的光圈；配置在所述光圈的開口部或所述開口部的附近，具有因位置而異的透射率的濾光片；鏡頭；和成像傳感器，調整所述鏡頭與所述成像傳感器的距離，以使所述鏡頭的成像位置處於所述成像傳感器的感光面的前方或裡側，通過所述濾光片得到了期望的透射率特性的光，在所述感光面中按照預定範圍進行發散。 根據該信息讀取用攝像裝置，能夠縮短圖像處理的處理時間，同時能夠對圖像以光學方式實施所期望的低通濾波處理。 根據本發明，能夠縮簡訊息讀取用攝像裝置中的圖像處理的處理時間，同時能夠對圖像以光學方式實施所期望的低通濾波處理。並且，通過縮短圖像處理的處理時間，例如針對要求實時處理的信息讀取用攝像裝置，能夠使用處理速度比較慢的CPU等，所以能夠使用處理速度比較慢的低廉的CPU等，能夠降低信息讀取用攝像裝置的成本。


圖1是表示攝像光學系統的結構的圖。 圖2是表示攝像光學系統的其他結構的圖。 圖3是表示攝影對象物的一例的圖。 圖4是表示被疊加了噪聲的圖像信號和LPF處理後的圖像信號的圖。 圖5是表示以往的攝像裝置的成像傳感器的輸出的圖。 圖6是表示高斯濾光片和移動平均濾光片的運算矩陣的圖。 圖7是表示第1實施方式的攝像裝置的結構的圖。 圖8是表示第2實施方式的攝像裝置的結構的圖。
圖9是表示第3實施方式的攝像裝置的結構的圖。 圖10是表示濃度濾光片的透射率特性的圖。 圖11是表示使濃度濾光片和光圈形成為分體部件時的示例的圖。 圖12是表示兼做濃度濾光片和光圈時的示例圖。 圖13是表示關注像素的周邊像素的入射光量的圖。 圖14是實施方式的動作說明圖。 圖15是表示成像傳感器的任意的像素列的入射光量的圖。 圖16是表示濃度濾光片的透射率特性和成像傳感器的光量的關係的圖。 標號說明 21信息讀取用攝像裝置；22、31、33濃度濾光片；23鏡頭；24成像傳感器；25攝影對象物。
具體實施例方式
以下，說明本發明的優選實施方式。圖7是表示第1實施方式的信息讀取用攝像裝置21的結構的圖。信息讀取用攝像裝置21能夠用於讀取一維或二維條形碼的條形碼讀取器、讀取指紋和靜脈等的活體認證裝置等。 信息讀取用攝像裝置21具有兼做光圈的濃度濾光片(濾光片)22和鏡頭23和成像傳感器24。濃度濾光片22配置在鏡頭23和攝影對象物25之間。 濃度濾光片22是外周部作為限制光的感光角的光圈部22a發揮作用，中心部作為濃度濾光片22b發揮作用的光學濾光片元件，該濃度濾光片22b使光路被光圈部22a限制後的光的透射率因位置而異。另外，在與濾光片的中心軸正交的方向，透射率因位置而變化，作為具有任意的透射率特性(高斯分布等)的濃度濾光片22，可以使用光的吸收率變化的吸收型濾光片、光的反射率變化的反射型濾光片等。 在圖7中，來自攝影對象物25的光發散著入射到濃度濾光片22上。攝影對象物25的各點的具有寬度的光(把其稱為光束)，入射到鏡頭23的光的範圍被濃度濾光片22的光圈部22a限制。並且，光路被光圈部22a限制後的光在通過濃度濾光片部22b時，成為光量隨著從光束的中心接近外側而連續變化的光。該光束在成像面(成像位置)26上成像後，朝向成像傳感器24的感光面發散，並成為在感光面中具有預定範圍的寬度的像。這是因為鏡頭23與成像傳感器24的距離被調整，使得成像面26處於成像傳感器24的感光面的前方側或裡側。 成像傳感器24的感光面中的像向多個像素例如以直徑為3個像素擴散。像的寬度尺寸與LPF運算矩陣的尺寸對應。例如，圖6(A)所示的3X3矩陣的高斯濾光片的運算能夠通過上述的直徑為3個像素的光量分布來進行置換。這裡，直徑為3個像素的光量分布能夠置換3X3高斯濾光片這樣的圓對稱運算，但為了置換包括圖6(B)所示的移動平均濾光片這樣的非圓對稱的情況的任意的3X3運算矩陣，優選每個外切圓的直徑為4. 5像素。通過擴散到外切圓的光和濃度分布濾光片的組合，能夠置換任意的3X3運算矩陣。同樣，在置換7X7、9X9尺寸大小的LPF運算，光量分布大小為直徑7個像素、9個像素。優選的是，分別與7X7矩陣、9X9矩陣的外切圓直徑相當的直徑10個像素，13個像素。
根據上述的第1實施方式，通過利用濃度濾光片22賦予所期望的透射率特性，並使在感光面中發散到預定範圍的光入射到成像傳感器24上，能夠對攝影對象物25的圖像以光學方式實施低通濾波處理。因此，不需要對成像傳感器24的輸出信號進行低通濾波處理的運算，所以能夠縮短圖像處理的處理時間。並且，通過變更濃度濾光片22的透射率特性，能夠實施任意的低通濾波處理。另外，由於能夠縮短圖像的處理時間，所以需要實時處理的條形碼讀取器和活體認證裝置能夠使用處理速度比較慢的低廉的CPU等。因此，能夠降低裝置的成本。 圖8是表示第2實施方式的信息讀取用攝像裝置41的結構的圖。該第2實施方式是在從鏡頭走向成像傳感器24的光與光軸平行的像側遠心光學系統中，把成像面26設定在成像傳感器24的裡側(從鏡頭側觀察時)的示例。 第2實施方式的信息讀取用攝像裝置41的光學系統具有由透鏡42、43、44、45和濃度濾光片22構成的鏡頭模塊46。 第2實施方式的信息讀取用攝像裝置41也使入射到成像傳感器24的光與光軸平
行，使成像面26位於成像傳感器24的裡側，除此之外與第1實施方式相同。 並且，在第2實施方式中，光學系統為像側是遠心的，因此在通過改變鏡頭45和成
像傳感器24之間的距離來調整成像傳感器24上的像寬時，即，調整低通濾光片的尺寸(噪
聲去除電平大小)時，成像傳感器24的輸出圖像的大小不發生變化。因此，還具有使圖像
尺寸恆定而僅對低通濾光片的尺寸進行單獨調整的效果。 根據該第2實施方式，能夠對從攝影對象物25入射的光以光學方式實施低通濾波處理。由此，不需要對成像傳感器24的圖像信號進行低通濾光片的運算，所以能夠縮短圖像處理的處理時間。並且，通過變更濃度濾光片22的透射率特性，能夠從光學上實現任意的低通濾波處理。 圖9是表示第3實施方式的信息讀取用攝像裝置51的結構的圖。 第3實施方式基本上與第2實施方式相同，不同之處是將成像面26設定為使其位
於成像傳感器24的前方側。 圖10是表示濃度濾光片22的透射率特性的圖。濃度濾光片22形成為圖10所示
的圓板狀，具有中心的透射率最高、隨著接近外周透射率緩慢減小的透射率特性(例如高
斯分布)。並且，濃度濾光片22的外周部的透射率為O，作為光圈發揮作用。 圖11和圖12是表示濃度濾光片的其他示例的圖。圖11表示將獨立部件的濃度
濾光片31插入或粘接在金屬等不透明部件的光圈32上的構造示例，該光圈32在中心部設
置開口部32a。 濃度濾光片31例如通過在玻璃基板上塗敷金屬膜(例如鉻膜等)而形成。在塗敷金屬膜時，使中央的膜厚薄，隨著接近周邊增加金屬膜的厚度，由此使光透射率降低，從而能夠形成具有高斯分布等任意的透射率特性的濃度濾光片31。 另外，在使光圈32和濃度濾光片31形成為獨立部件時，也可以將濃度濾光片31
插入光圈32的開口部32a中，還可以配置在光圈32的下側的開口部32a附近。 圖12是表示兼做光圈的濃度濾光片33的示例的圖。通過使濃度濾光片33的外
周部的透射率為0，能夠實現光圈的功能。例如，在塗敷金屬膜來形成時，通過使外周部的金
屬膜的膜厚厚，使光的透射率為0，能夠使外周部作為光圈部發揮作用。 在此，說明使用了上述的濃度濾光片22時的成像傳感器24的各點的光量分布。
圖13是表示關注像素a及其周圍像素的光量分布的圖。在圖7的示例中，調整鏡頭23與成像傳感器24的距離，以便在成像傳感器24的感光面的前方側成像，所以攝影對象物25的A點的光束在成像面26上成像後，在成像傳感器24的感光面上發散到一定範圍內而進行入射。 例如，通過來自攝影對象物25的A點的光束的中心的光，入射到成像傳感器24的A'點(參照圖7)。在攝影對象物25的A點反射、並通過濃度濾光片22的右側(從圖7的正面觀察時)的位置的光，入射到成像傳感器24的A'點的左側(從圖7的正面觀察時)的A'工點。並且，通過濃度濾光片22的左側位置的光，入射到成像傳感器24的A'點的右側的A' 2點。 濃度濾光片22具有圖10所示的高斯分布的透射率特性。因此，在攝影對象物25的A點反射、並通過濃度濾光片22入射到成像傳感器24的光的光量分布，如圖13所示，關注像素a及其周圍的像素a+l、 a-l、 a+2、 a_2的入射光量成為高斯分布。這是對攝影對象物25的A點的反射光以光學方式實施了具有的高斯分布的特性的低通濾波處理的結果。
在此，參照圖14和圖15說明上述的第1、第2和第3實施方式的動作。下面，說明在具有多個透鏡的光學系統中，在透鏡之間配置濃度濾光片22，而且使在成像傳感器24的前方側成像的示例。 如圖14(A)所示，在攝影對象物25的A點反射的光發散著入射到透鏡42、43上，其光路在濃度濾光片22的光圈部22a被限制。濃度濾光片22具有圖10所示的透射率特性，所以在A點反射並通過濃度濾光片22的光，其光束的中心的光的透射率最高，隨著接近周邊，透射率變低。通過濃度濾光片22的光經由透鏡44、45被轉換為與光軸平行的光，並在成像面26上成像，然後在成像傳感器24的感光面上發散到預定範圍(例如直徑為3個像素以上的範圍)。 圖14(B)表示成像傳感器24的各個像素的入射光量的分布。例如，攝影對象物25的A點的反射光入射到成像傳感器24的對應的像素及其周圍的像素。關於A點的反射光，如圖14(B)所示，表示光束的中心的光入射的中心像素(圖13中的關注像素a)的入射光量最多，隨著遠離中心像素，入射光量減少的高斯分布。 關於攝影對象物25的A點的相鄰的點的反射光，表示成像傳感器24的相鄰的中心像素(圖13中的像素a+l)的入射光量最多，隨著遠離中心像素，入射光量減少的高斯分布。以下，其他成像傳感器24的各個像素的入射光量同樣具有圖14(B)所示的高斯分布。
來自攝影對象物25的A點的光，按照根據濃度濾光片22的透射率特性確定的光量分布，入射到成像傳感器24的對應的像素a及相鄰的多個像素a+l、 a_l、 a+2、 a_2...。同時，把相鄰的像素a+l、 a-l、 a+2、 a_2...作為中心像素入射的光的一部分還入射到像素a。由此，進行光學巻積。這意味著光學地替換通過針對成像傳感器24的輸出信號的巻積運算進行的低通濾波運算處理。 圖15是表示成像傳感器24的任意的像素列的入射光量的圖。
如上所述，來自攝影對象物25的A點的光(光束)發散著入射到濃度濾光片22，但入射光被光圈部22a限制，通過濃度濾光片22b的光束根據濃度濾光片22的透射率特性，隨著從光束的中心接近周邊，透射率連續降低。該光束先在成像面26上成像，在入射到成像傳感器24上時發散到預定範圍(例如相對光束的中心為直徑3個像素以上的範圍)。
7
因此，在攝影對象物25的各點反射並通過濃度濾光片22b入射到成像傳感器24上的光束，如圖15所示，以光束的中心的光入射的關注像素為中心具有固定的光量分布。例如，在攝影對象物25的A點反射的光成為以像素a為中心、具有圖10所示的高斯分布的入射光量。並且，以相鄰的像素a+l、a-l、a+2、a-2...為中心的光也入射到像素a上，並進行光學巻積。 如上所述，攝影對象物25的各點的反射光根據濃度濾光片22具有的透射率特性
被限制光量，併入射到成像傳感器24上，所以例如在濃度濾光片22為高斯分布的特性時，
能夠對入射到成像傳感器24上的光實施具有高斯分布的低通濾波處理。 另外，入射到成像傳感器24上的光發散的預定範圍不限於直徑為3個像素的範圍。 根據上述的信息讀取攝像裝置21、41、51，能夠對從攝影對象物25入射的光實施光學低通濾波處理。因此，不需要對成像傳感器24的圖像信號進行低通濾光片的運算，所以能夠縮短圖像處理的處理時間。 在以上的說明中，為了簡單起見，把濃度濾光片22的透射率分布設為高斯分布，並把作為結果得到的成像傳感器24上的點像的光量分布也設為高斯分布。但是， 一般作為基礎的光學系統自身具有固有的光量分布，所以這兩個分布不一定一致。因此，為了使成像傳感器24上的光量分布成為準確的高斯分布，需要預先調整濃度濾光片22的透射率分布，以抵消作為基礎的光學系統固有的分布。下面，根據圖16進行具體說明。
圖16(A) 、 (B)是表示濃度濾光片22的透射率特性、與光圈的開口部有無濃度濾光片時的成像傳感器24的感光光量的關係的圖。 圖16(A)是表示濃度濾光片22的徑向的圖，圖16(B)是表示距濃度濾光片22的中心的徑向距離r與透射率的關係、和距成像傳感器24的關注像素(圖7中的A'點)的中心的距離與光量的關係的圖。圖16(B)中的橫軸表示距濃度濾光片22的中心的距離和距關注像素的中心的距離，縱軸表示透射率和光量。 圖16(B)中的實線的曲線圖表示濃度濾光片22的透射率，虛線的曲線圖表示有無濃度濾光片時的成像傳感器24的光量分布。 在圖16(B)中，利用虛線表示的A'點光量分布(沒有濃度濾光片)，表示在使透鏡23的成像面26偏離成像傳感器24的感光面的前方側或裡側並使焦點模糊的狀態下，不使用濃度濾光片22時的成像傳感器24的光量分布。該情況時，由於不使用濃度濾光片22，以關注像素(A'點的像素)為中心的預定範圍的像素的光量分布成為梯形，但一般周邊部的聚光量比透鏡中心部少(暗)，所以不能成為完整的梯形，而是成為虛線所示的隨著r增大、光量下降的分布。(另外，雖然在這種狀態下也能夠獲得低通濾波效果，但是限定於特定的特性的低通濾光片。) 在圖16(B)中，利用虛線表示的A'點光量分布(有濃度濾光片)，表示在使透鏡23的成像面26偏離成像傳感器24的表面的前方側或裡側並使焦點模糊的狀態下，而且使用濃度濾光片22時的成像傳感器24的光量分布。該情況時，以關注像素(A'點的像素)為中心的預定範圍的像素的光量分布，成為將實線所示的濃度濾光片22的透射率特性和前面敘述的沒有濃度濾光片的光量分布合成得到的光量分布。 因此，為了使作為結果得到的成像傳感器上的光量分布成為準確的高斯分布，不使實線的濃度濾光片的透射率分布成為高斯分布，而設計成為抵消沒有濃度濾光片的光量分布即基礎的光學系統固有的光量分布。 並且，通過改變濃度濾光片22的透射率特性，不限於高斯分布，也能夠對入射到成像傳感器24的光以光學方式實施任意的低通濾波處理。 上述的實施方式說明了利用濃度濾光片22對圖像實施高斯分布特性的低通濾波
的情況，但本發明也能夠適用於實施高斯分布以外的低通濾波特性的情況。 本發明也能夠適用於除像側遠心光學系統之外的、由多個透鏡構成的光學系統。
權利要求
一種信息讀取用攝像裝置，其具有限制來自攝影對象物的光的感光範圍的光圈；配置在所述光圈的開口部或所述開口部的附近，具有因位置而異的透射率的濾光片；鏡頭；和成像傳感器，調整所述鏡頭與所述成像傳感器之間的距離，以使所述鏡頭的成像位置處於所述成像傳感器的感光面的前方或裡側，通過所述濾光片得到了期望的透射率特性的光，在所述感光面中按照預定範圍進行發散。
2. 根據權利要求1所述的信息讀取用攝像裝置，其中，調整所述鏡頭與所述成像傳感器之間的距離，以便在所述成像位置處於所述成像傳感器的感光面的前方或裡側時，所述成像傳感器的感光面中的像的寬度直徑為3個像素以上。
3. 根據權利要求1或2所述的信息讀取用攝像裝置，其中，所述濾光片的透射率特性具有高斯分布。
4. 根據權利要求1或2所述的信息讀取用攝像裝置，其中，所述濾光片配置在所述攝影對象物和鏡頭之間。
5. 根據權利要求1或2所述的信息讀取用攝像裝置，其中，所述濾光片與所述光圈形成為一體。
6. 根據權利要求1或2所述的信息讀取用攝像裝置，其中，所述鏡頭是由多個透鏡構成的光學系統，所述濾光片配置在所述多個透鏡之間。
全文摘要
本發明的信息讀取用攝像裝置能夠縮短其中的圖像處理的處理時間，而且實施所期望的濾波處理。攝影對象物(25)的各點的具有寬度的光，其光路在濃度濾光片(22)的光圈部(22a)被限制。濃度濾光片部(22b)具有所期望的透射率特性，所以通過濃度濾光片部(22b)的光成為光量隨著從光束的中心接近周邊而連續變化的光。該光束在成像面(26)上成像後，朝向成像傳感器(24)的感光面發散，並成為在感光面中發散到預定範圍的像。
文檔編號H04N1/028GK101715036SQ20091017759
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月16日 優先權日2008年9月30日
發明者山崎行造, 巖口功 申請人:富士通先端科技株式會社