JP5301560B2 - 硬貨識別方法及び硬貨識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、硬貨の画像を用いて例えば硬貨の金種や真偽等を識別する硬貨識別方法及び硬貨識別装置に関し、より詳細には、硬貨画像における硬貨の中心位置を正確に検出する技術に関する。

従来、硬貨識別においては、２つの硬貨画像を平行移動したり回転したりして重ね合わせ、両者の一致度を評価するいわゆるパターンマッチング処理が行われている。このパターンマッチング処理においては、回転中心となる硬貨の中心位置を計算する必要があり、その精度がパターンマッチングの成否を左右する。このため、硬貨画像における硬貨の中心位置を正確に検出することが求められる。

ここで、硬貨の画像データを用いて硬貨の中心位置を検出する従来の方法について、図１２を参照しながら説明する。画像データを用いて硬貨２の中心位置Ｏを検出する場合、図１２に示すように、画像エリア１内の各画素データを用いて水平方向（Ｘ方向）の輝度ヒストグラムＸhistと、垂直方向（Ｙ方向）の輝度ヒストグラムＹhistとを各々得る。そして、各輝度ヒストグラムＸhist、Ｙhistについて、適当に設定される閾値ＴＨとの比較によりエッジ部Ｘｔ，Ｘｂ及びＹｔ，Ｙｂを検出し、以下の式により中心位置Ｏ（Ｃｘ，Ｃｙ）を求める。
Ｃｘ＝（Ｘｔ＋Ｘｂ）／２
Ｃｙ＝（Ｙｔ＋Ｙｂ）／２

なお、図１２おける水平方向の輝度ヒストグラムＸhistは、画像エリア１内において、Ｙ方向の画素列毎に画素データ（輝度値）の総和を算出して輝度度数を得て、グラフ化したものである。図１２における垂直方向の輝度ヒストグラムＹhistは、画像エリア１内において、Ｘ方向の画素列毎に画素データ（輝度値）の総和を算出して輝度度数を得て、グラフ化したものである。

しかし、このような硬貨の中心位置検出方法では、例えば図１３に示すように、硬貨２のエッジ近傍に異物（例えば硬貨粉）や搬送ベルト等が写り込んだ場合に正確な中心位置が検出できなくなるという問題があった。図１３は、従来の問題点を説明するための図で、硬貨画像の写り込み部のイメージを示した模式図である。画像エリア１の硬貨２のエッジ近傍に写り込み部３が存在すると、その写り込み部３の影響によって輝度ヒストグラムから得られる上述のエッジ部を誤認することがある。この誤認の結果、硬貨２の中心位置を誤って検出してしまう。

なお、写り込み部３は、反射率の低い硬貨（日本硬貨では例えば１０円流通貨等）についても所定のレベルで撮像できるように、撮像時の光量を大きくすると発生しやすい傾向にある。

このようなことから、例えば特許文献１においては、上述のＸＹ座標系に加えて、例えばＸＹ座標系から±４５°傾斜した座標系を設定し、複数の検出結果を重平均して中心位置を求める技術を開示している。これによれば、各座標系の検出結果同士が相互に補完し合うように中心位置を求めるために検出精度が向上するとされる。

また、特許文献２においては、搬送方向（Ｙ方向）の輝度ヒストグラムＹhistを次のように作成して、搬送方向の中心位置を求める技術が開示されている。図１４を参照して説明すると、側壁４に片寄せされて搬送される硬貨２を撮像した画像のうち、所定幅のウィンドウＷｖ（画像エリア１内に形成）内のデータのみを用いて搬送方向の輝度ヒストグラムＹhistを作成する。そして、得られた輝度ヒストグラムＹhistからエッジ部Ｙｔ、Ｙｂを算出して、この平均値を求めて搬送方向の中心位置Ｃｙとする。これによれば、搬送ベルト等の写り込みだけでなく、連続して搬送される他の硬貨の写り込みによる影響を除いて搬送方向の中心位置を正確に決定できるとされる。

また、特許文献３においては、水平方向（搬送路幅方向，Ｘ方向）のエッジ検索を行うにあたって、硬貨を片寄せする側の側壁位置が常に基準チャンネルとなるように取得画像の位置調整を行い、搬送路幅の範囲のみを用いてエッジ検索を行うこととしている。これによれば、搬送路外に溜まっている硬貨粉等の影響を受けなくなり、水平方向の硬貨の中心位置を正確に認識できるとされる。
特開平８−１０１９４０号公報 特開平９−２５９３２０号公報 特開平１０−１０５７６５号公報

しかしながら、特許文献１の構成の場合、例えば搬送系（搬送ベルトや搬送ピン等）の写り込みが存在する部分を特に除くことなく硬貨の中心位置を検出する。このために、重平均から中心位置を検出してはいるものの、できる限り正確な中心位置を算出したい場合に必ずしも十分とは言えない。

また、搬送系の写り込み等が発生する位置は搬送系の設計等によって変わるものである。更に硬貨粉等の異物が予想外の位置に発生することもある。このため、特許文献２に開示される方法を用いても写り込み部３による影響を受ける可能性が残っており、硬貨の中心位置を誤って検出する可能性がある。

また、硬貨識別装置で硬貨を搬送している際に、例えば硬貨の片側が浮く場合がある。このような場合、例えば図１５に示すように、取得される硬貨２の画像は一部が欠けた状態となる。なお、図１５は、水平方向（図１５の左右方向）に硬貨の浮きが発生することを前提とした図である。そして、このような浮きが発生した場合、特許文献３の方法を用いても硬貨の中心位置を誤って検出する可能性がある。

以上の点を鑑みて、本発明の目的は、硬貨の画像を用いて硬貨識別を行うにあたって必要となる硬貨の中心位置を、正確に検出することができる硬貨識別方法及び硬貨識別装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、硬貨の画像を用いて硬貨の識別を行う硬貨識別方法であって、前記硬貨の画像を画像取得手段によって取得するステップと、予め準備された演算テーブルを用いて前記画像取得手段から出力される画像データの演算処理を行い、前記画像データを形成する各画素データを有効画素と無効画素とに分けるステップと、前記演算処理後の画像データに基づいて前記硬貨の中心位置を検出するステップと、を備えることを特徴としている。

本構成によれば、演算テーブルの構成によって、取得した画像の有効画素と無効画素とを自由に設定できる。このため、硬貨の中心位置の検出に必要でない部分を無効画素となるように演算テーブルを構成できる。そして、これにより、硬貨の周囲に存在する写り込み部分の悪影響を低減して硬貨の中心位置を検出することが可能となる。すなわち、本構成によれば、硬貨画像の硬貨の中心位置を正確に検出することが可能となる。

また、上述のように硬貨の周囲に写り込む不要部は開発時に想定していなかった部分に発生する場合があるが、このような場合でも、本構成によれば演算テーブルを変更するだけで容易に対応可能である。すなわち、本構成は汎用性に優れる。また、従来においては、硬貨の画像を取得するにあたって、画像を明瞭とするために硬貨に照射する光量を大きくすると不要な写り込みが生じやすいといった問題があった。しかし、本構成によれば、基本的に硬貨の中心位置の検出に必要でない部分は無効画素とできるために、光量を大きくすることによって生じる悪影響を抑制し易い。すなわち、本構成によれば、照射光量を大きくして画像を取得でき、明瞭な画像で硬貨の識別ができるために識別精度も向上できる。

上記構成の硬貨識別方法において、前記画像取得手段から出力される画像データを一旦メモリに展開し、前記メモリから前記画像データを読み出して前記演算処理を行うこととしても良いし、前記画像取得手段から出力される画像データに対して前記演算処理を直接行うこととしても良い。

上記構成の硬貨識別方法において、前記有効画素は前記画素データに１を乗じることによって得られ、前記無効画素は前記画素データに０を乗じることによって得られるのが好ましい。このように構成すれば、演算テーブルを０，１情報で形成できるために格納するデータ容量を小さくできる。更に、演算処理時の負荷も小さくでき、本構成の演算処理を導入しても、従来に比べて硬貨識別の処理速度はほとんど低下しない。

上記構成の硬貨識別方法において、前記演算処理を行う前に前記硬貨の金種を識別するステップを備え、前記演算テーブルは前記硬貨の金種毎に区別して複数準備され、前記硬貨の金種に応じて複数の前記演算テーブルの中から１つを選択して前記演算処理を行うこととしても良い。硬貨の金種によって硬貨の大きさが異なる場合、本構成のようにすれば不要な写り込みを効果的に取り除くことができる。すなわち、より正確に硬貨の中心位置を検出可能である。

上記構成の硬貨識別方法において、前記演算処理後の画像データに基づいて互いに異なる方向の輝度ヒストグラムを複数作成し、作成された前記輝度ヒストグラムに基づいて前記硬貨の中心位置を検出するのが好ましい。

上記構成の硬貨識別方法において、より具体的には、前記硬貨の中心位置の検出に際して、作成された複数の前記輝度ヒストグラムに基づいて複数の暫定的な硬貨の中心位置を求め、複数の前記暫定的な硬貨の中心位置を用いて最終的な硬貨の中心位置を求めるのが好ましい。このように構成すれば、不要な写り込みの影響や、硬貨の浮き等の搬送状態の不具合による影響を低減して、硬貨の中心位置を検出できる。なお、複数の暫定的な硬貨の中心位置から最終的な硬貨の中心位置を求める方法としては、例えば、複数の暫定的な硬貨の中心位置からいずれかを選択するような構成でもよい。また、例えば、複数の暫定的な硬貨の中心位置のうちの全部或いは一部を用いて平均値を算出して、最終的な硬貨の中心位置を求めても良い。

また、上記構成の硬貨識別方法の更に具体的な方法として、前記複数の暫定的な硬貨の中心位置を用いて硬貨の半径候補を複数算出し、複数の前記半径候補を用いて前記硬貨の半径として採用する半径を決定し、採用された半径に基づいて前記最終的な硬貨の中心位置を求めることとしても良い。

また、上記目的を達成するために本発明は、硬貨の画像を用いて硬貨の識別を行う硬貨識別装置であって、前記硬貨を搬送路の片側に寄せて搬送する搬送手段と、前記硬貨に光を照射し、その反射光による画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段から出力される画像データの演算処理を行い、前記画像データを形成する各画素データを有効画素と無効画素とに分ける画像データ演算処理手段と、前記演算処理に用いる演算テーブルを格納する演算テーブルメモリ手段と、前記演算処理後の画像データに基づいて前記硬貨の中心位置を検出する硬貨中心検出手段と、を備えることを特徴としている。

本構成によれば、上述の硬貨識別方法と同様の効果が得られる硬貨識別装置を提供できる。

上記構成の硬貨識別装置において、前記硬貨の金種を識別する金種識別手段を更に備え、前記演算テーブルメモリ手段に格納される前記演算テーブルは金種毎に準備され、前記画像データ演算処理手段は、前記硬貨の金種に応じた前記演算テーブルを選択して前記演算処理を行うのが好ましい。

また、上記構成の硬貨識別装置において、前記演算処理後の画像データを用いて互いに異なる方向の複数の輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段を備え、前記硬貨中心検出手段は、作成された複数の前記輝度ヒストグラムに基づいて複数の暫定的な硬貨の中心位置を求め、複数の前記暫定的な硬貨の中心位置を用いて最終的な硬貨の中心位置を求めるのが好ましい。

本発明の硬貨識別方法及び硬貨識別装置によれば、硬貨の画像を用いて硬貨識別を行うにあたって必要となる硬貨の中心位置を、正確に検出することができる。

本実施形態の硬貨識別装置の搬送路の構成例を示す図で、搬送路を上から見た図である。 本実施形態の硬貨識別装置が備える撮像部の構成を説明するための図で、撮像部が配置される部分を搬送路幅方向に切り搬送路方向に沿って見た断面図である。 本実施形態の硬貨識別装置の構成を示すブロック図である。 金種識別部における金種の識別手順例を示すフローチャートである。 マスクテーブルの構成を説明するための模式図である。 本実施形態の画像データ演算処理部で演算処理された画像データのイメージを示す模式図である。 画像データ演算処理部の演算処理フローを示すフローチャートである。 本実施形態の硬貨識別装置において作成される輝度ヒストグラムについて説明するための図で、Ｘ方向及びＹ方向の輝度ヒストグラムに関する図である。 本実施形態の硬貨識別装置において作成される輝度ヒストグラムについて説明するための図で、Ｚ方向及びＷ方向の輝度ヒストグラムに関する図である。 ＸＹ座標系における各座標位置をＺＷ座標系に換算した場合の換算値を示す図で、各座標位置のＺ座標の値を示す図である。 ＸＹ座標系における各座標位置をＺＷ座標系に換算した場合の換算値を示す図で、各座標位置のＷ座標の値を示す図である。 硬貨中心検出部における硬貨の中心位置の検出フローを例示するフローチャートである。 半径Ｚｔｒ、Ｗｔｒを求める方法を説明するための説明図である。 硬貨の画像データを用いて硬貨の中心位置を検出する従来の方法を説明するための図である。 従来の問題点を説明するための図で、硬貨画像の写り込み部のイメージを示した模式図である。 硬貨の画像データを用いて硬貨の中心位置を検出する従来の方法を説明するための図である。 従来の問題点を説明するための図で、搬送時に硬貨に浮きが発生した場合の硬貨画像のイメージを説明する模式図である。

符号の説明

２ 硬貨
５ 搬送路
８ 発光素子（金種識別手段の一部）
９ 磁気センサ（金種識別手段の一部）
１０ 硬貨識別装置
１１ 穴・材質計測部（金種識別手段の一部）
１２ 撮像部（画像取得手段）
１３ 金種識別部（金種識別手段の一部）
１４ 画像データ演算処理部
１５ マスクテーブルメモリ部（演算テーブルメモリ部）
１６ メモリ部
１７ 輝度ヒストグラム作成部
１８ 硬貨中心検出部
１５１ マスクテーブル（演算テーブル）

以下、本発明の硬貨識別方法及び硬貨識別装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では日本の硬貨を取り扱う場合を例に説明するが、本発明は日本の硬貨に限らず外国の硬貨にも当然適用できる。

図１は、本実施形態の硬貨識別装置の搬送路の構成例を示す図で、搬送路を上から見た図である。硬貨繰り出し部６は、図１の実線の矢印方向に回転する回転盤からなり、硬貨２を１枚ずつ分離して搬送路５へと繰り出す。硬貨繰り出し部６から繰り出された硬貨２は、図示しない搬送手段によって搬送路５の側壁４に片寄せされた状態で図１の破線の矢印方向に搬送される。

なお、搬送手段は、例えば硬貨２をベルトで押圧しながら搬送する搬送ベルトや、硬貨２をピンで引っ掛けた状態で搬送する搬送ピン等で構成される。

搬送路５には開口部７が設けられており、５円硬貨及び５０円硬貨の穴の部分は、必ずこの開口部７上を通過するようになっている。また、搬送路５の斜め上部側には発光素子８が配置され、搬送路５の斜め下部側には図示しない受光素子が配置されている。換言すると、発光素子８と受光素子とは開口部７を挟むように配置されている。これにより、穴の開いた硬貨２が開口部７上を通過する場合には発光素子８からの光が受光素子で受光される。一方、穴の開いていない硬貨２が開口部７上を通過する場合には発光素子８からの光は受光素子で受光されない。したがって、発光素子８と図示しない受光素子とにより、硬貨２の穴の有無を検知でき、発光素子８と受光素子は穴検知センサとして機能する。

開口部７の後段には磁気センサ９が配置される。磁気センサ９は、内部に図示しないコイルや磁気コアを有しており、搬送路５を搬送される硬貨２の磁気特性を検知する。検知された硬貨２の磁気特性から硬貨２の材質を識別することができる。

磁気センサ９の後段には撮像部１２が配置される。この撮像部１２は、本発明の画像取得手段の実施形態である。図２は、本実施形態の硬貨識別装置が備える撮像部の構成を説明するための図で、撮像部が配置される部分を搬送路幅方向に切り搬送路方向に沿って見た断面図である。

撮像部１２には、図２に示すように、搬送路５の下方に複数の照明用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１２１がリング状に配置されている。複数の照明用ＬＥＤは、硬貨２の表面を斜め下方から照明するようにその向きを調整されている。また、撮像部１２には、照明光が照射された硬貨２の表面で反射された反射光を捉えるレンズ１２２と、硬貨画像を撮像する撮像デバイス１２３と、が備えられる。

撮像デバイス１２３としては、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の２次元のイメージセンサが用いられる。本実施形態においては、撮像デバイス１２３によって撮像される画像の画素数は２５６×２５６画素、１画素は約０．１３ｍｍ×０．１３ｍｍのサイズとしている。

また、撮像部１２には、硬貨画像を撮像するタイミングを検出するためのセンサであるタイミングセンサ１２４が備えられる。タイミングセンサ１２４は発光素子と受光素子とからなって、搬送路５を搬送される硬貨２の搬送位置によってオンオフされる。そして、このオンオフの変化に基づいてタイミングセンサ１２４は撮像のタイミングを検知する。そして、硬貨２が撮像すべき位置にあることが検知された場合に、撮像部１２は照明光を硬貨２に照射して硬貨画像を撮像する。

撮像部１２で硬貨画像を撮像された硬貨２は、硬貨画像を処理して得られる識別結果に応じて搬送先を決定される。

図３は、本実施形態の硬貨識別装置の構成を示すブロック図である。穴・材質計測部１１は、上述の穴検知センサと磁気センサ９とが該当する。穴検知センサと磁気センサ９とで検知された情報は、金種識別部１３に出力される。金種識別部１３は穴・材質計測部１１から得られた結果に基づいて金種の識別を行う。

図４は、金種識別部における金種の識別手順例を示すフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートは、日本硬貨を識別する場合の一例である。

金種識別部１３は、まず硬貨２に穴があるか否かの確認を行う（ステップＳ１０１）。硬貨２の穴の有無の確認は上述の穴検知センサにおける検知結果を利用する。硬貨２に穴があると判断される場合（ステップＳ１０１肯定）には、磁気センサ９の検知結果より、硬貨２の材質が５円硬貨の材質であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。硬貨２の材質から５円硬貨であると判断できる場合（ステップＳ１０２肯定）には、対象となる硬貨２が５円硬貨であると識別して（ステップＳ１０３）、金種の識別を終了する。

一方、硬貨２の材質から５円硬貨でないと判断される場合（ステップＳ１０２否定）には、対象となる硬貨２が５０円硬貨であると識別して（ステップＳ１０４）、金種の識別を終了する。なお、この場合に、磁気センサ９で検知された結果から、硬貨２の材質が５０円硬貨の材質であるか否かの確認を行っても良い。

硬貨２に穴がないと判断される場合（ステップＳ１０１否定）には、磁気センサ９の検知結果より、硬貨２の材質が５００硬貨の材質であると判断できるか否かを確認する（ステップＳ１０５）。硬貨２の材質から５００円硬貨であると判断できる場合（ステップＳ１０５肯定）には、対象となる硬貨２が５００円硬貨であると識別して（ステップＳ１０６）、金種の識別を終了する。

磁気センサ９の検知結果より硬貨２の材質が５００円硬貨の材質でないと判断された場合（ステップＳ１０５否定）には、磁気センサ９の検知結果より、硬貨２の材質が１００円硬貨の材質と判断できるか否かを確認する（ステップＳ１０７）。硬貨２の材質から１００円硬貨であると判断できる場合（ステップＳ１０７肯定）には、対象となる硬貨２が１００円硬貨であると識別して（ステップＳ１０８）、金種の識別を終了する。

磁気センサ９の検知結果より、硬貨２の材質が１００円硬貨の材質でないと判断された場合（ステップＳ１０７否定）には、硬貨２の材質から１０円硬貨であると判断できるか否かを確認する（ステップＳ１０９）。硬貨２の材質から１０円硬貨であると判断できる場合（ステップＳ１０９肯定）には、対象となる硬貨２が１０円硬貨であると識別して（ステップＳ１１０）、金種の識別を終了する。

一方、硬貨２の材質から１０円硬貨と判断できない場合（ステップＳ１０９否定）には、対象となる硬貨２が１円硬貨であると識別して（ステップＳ１１１）、金種の識別を終了する。この場合に、磁気センサ９の検知結果から、硬貨２の材質が１円硬貨の材質であるか否かの確認を行っても良い。以上により、日本硬貨の金種の識別ができる。なお、上述の穴・材質計測部１１及び金種識別部１３は、本発明の金種識別手段の実施形態である。

図３に戻って、画像データ演算処理部１４は、撮像部１２から出力される画像データに対して直接演算処理を実行する。撮像部１２から出力される画像データはデジタルデータである。画像データは、例えば、２５６×２５６の画素データで構成され、各画素は２５６階調（０〜２５５）の画素値（輝度値）を有する。画像データ演算処理部１４は、画像データの１画素毎に、マスクテーブルメモリ部１５に格納されるマスクテーブルが有する演算データを使って演算処理を実行する。

ここで、マスクテーブルメモリ部１５に格納されるマスクテーブルについて説明する。図５は、マスクテーブルの構成を説明するための模式図である。図５に示すように、マスクテーブル１５１は画像データの構成に対応して、２５６×２５６個の演算データを有する。各演算データは、０又は１のいずれかから成る。

上述の画像データ演算処理部１４の演算処理は乗算である。このため、各画素データと、マスクテーブル１５１の対応する演算データとの演算処理によって、各画素データは０となるか、撮像部１２から出力された際の画素データが維持されるか、のいずれかとなる。マスクテーブル１５１における各演算データについて、０とするか１とするかは次のように決められる。

硬貨識別装置１０において、硬貨２の中心位置を検出するにあたって後述のように輝度ヒストグラムを用いる。従来、輝度ヒストグラムを用いて硬貨２の中心位置を検出する場合に、不要な写り込み部３（図１３参照）の影響によって硬貨２の中心位置を誤認する場合があった。この点、不要な写り込み部３の影響を受けないように、画像データのうち不要な写り込み部３が発生しそうな画素位置については、予め画素データを０として無効画素とするべきである。逆に、輝度ヒストグラムを用いて硬貨２の中心位置を検出するために必要な画素位置については、画素データを維持して有効画素とする必要がある。

以上を考慮して、マスクテーブル１５１の各演算データは決定されており、無効画素としたい画素位置と対応する部分の演算データについては０が与えられ、有効画素としたい画素位置と対応する部分の演算データについては１が与えられている。具体例としては、画像データのうち硬貨２が撮像される予定位置の画素データのみを有効画素とし、その他の位置を無効画素とするようにマスクテーブル１５１を作成することが挙げられる。

図６は、本実施形態の画像データ演算処理部で演算処理された画像データのイメージを示す模式図である。図６において、破線の円で囲まれる領域は複数の有効画素で構成される有効画素領域２１であり、その周りの領域は複数の無効画素で構成される無効画素領域２２である。有効画素領域２１の左端Ｅは、搬送路５の側壁４と対応している。

図６に示すように、有効画素領域２１と硬貨２の画像の領域とは完全には一致していない。これは、搬送路５を搬送される硬貨２の位置にはブレがあり、撮像される画像データにおける硬貨画像の位置にブレがあることを考慮してマスクテーブル１５１を作成しているためである。すなわち、マスクテーブル１５１は、硬貨２が撮像される設計上の予定位置よりもやや広い領域を有効画素領域２１とするように作成されている。

ところで、硬貨２は金種によってその大きさ（直径）が異なる。このため、有効画素或いは無効画素とする画素位置については、金種毎に変更するのが好ましい。そこで、本実施形態の硬貨識別装置１０においては、金種毎にマスクテーブルを予め決定し、マスクテーブルメモリ部１５に複数のマスクテーブル１５１ａ〜１５１ｆ（本実施形態では日本硬貨を想定して第１〜第６マスクテーブルの６種）を格納している。そして、金種識別部１３からの情報に基づいて使用するマスクテーブル１５１を使い分けている。

図７は、画像データ演算処理部の演算処理フローを示すフローチャートである。画像データ演算処理部１４は演算処理を実行するにあたって、金種識別部１３から金種情報を取得する（ステップＳ１）。そして、取得した金種情報に基づいて、マスクテーブルメモリ部１５１からその金種に対応したマスクテーブル１５１を選択して読み出す（ステップＳ２）。

対応金種のマスクテーブル１５１を読み出すと、撮像部１２から出力される画像データについて１画素毎にマスクテーブル１５１の対応する演算データを乗算する（ステップＳ３）。演算処理された画像データは、メモリ部１６及び輝度ヒストグラム作成部１７に出力される（ステップＳ４）。

図３に戻って、メモリ部１６は画像データ演算処理部１４から出力された演算処理後のデータを格納する。このメモリ部１６に格納された演算処理後のデータは照合処理部１９によって処理されて、識別対象となる硬貨の金種の確定や硬貨の真偽判定に用いられる。

輝度ヒストグラム作成部１７は、画像データ演算処理部１４から出力された演算処理後の画像データに基づいて硬貨２の中心位置を検出するために使用する輝度ヒストグラムを作成する。輝度ヒストグラム作成部１７では画像データ演算処理部１４から出力された演算処理後の画像データについて、画素データ（輝度値）毎に２次元に配列してメモリに格納する。そして、このメモリに格納されたデータを用いて、輝度ヒストグラム作成部１７は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びＷ方向の４方向の輝度ヒストグラムを作成する。ここで、Ｘ方向は硬貨２の搬送方向と垂直な方向、Ｙ方向は硬貨２の搬送方向と平行な方向である。Ｚ方向はＸ方向を右回り方向に４５°回転した方向で、Ｗ方向はＹ方向を右回り方向に４５°回転した方向である。

図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態の硬貨識別装置において作成される輝度ヒストグラムについて説明するための図で、図８ＡはＸ方向及びＹ方向の輝度ヒストグラムに関する図で、図８ＢはＺ方向及びＷ方向の輝度ヒストグラムに関する図である。なお、図８Ａと図８Ｂに示される画像領域は全く同じもので、そのデータの並びも同一である。図９Ａ及び９Ｂは、ＸＹ座標系における各座標位置をＺＷ座標系に換算した場合の換算値を示す図で、図９Ａは各座標位置のＺ座標の値、図９Ｂは各座標位置のＷ座標の値を示す図である。

図８ＡにおけるＸＹ座標系は、輝度ヒストグラム作成部１７のメモリのアドレスと対応しており、各座標の矢印は、各方向のメモリのアドレスが大きくなることを示している。詳細には、図８Ａに示すように、Ｘ座標においては画像の左端が０、右端が２５５となり、Ｙ座標においては画像の上端が０、下端が２５５となるように座標が決められている。なお、ＸＹ座標系で示される座標（ｍ，ｎ）は１つの画素データが格納されるアドレスを指定することになる。ここで、ｍ、ｎは整数である。

図８ＢにおけるＺＷ座標系は、上述のＸＹ座標系で表されるメモリのアドレスを図９Ａ及び図９Ｂに示すように座標を定義した座標系である。これにより、ＺＷ座標系で示される座標（ｍ，ｎ）によって１つの画素データが格納されるアドレスを指定することになる。ここで、ｍ、ｎは整数である。詳細には、図８Ｂに示すように、Ｚ座標においては画像の左上端が０、右下端が２５５となり、Ｗ座標においては画像の右上端が０、左下端が２５５となるように座標が決められている。

Ｘ方向及びＹ方向の輝度ヒストグラムは、図８Ａに示すように、ＸＹ座標系を用いて求められる。Ｘ方向の輝度ヒストグラムＸhistは、演算処理後の画像データについて、Ｙ方向の画素列毎に画素データ（輝度値）の総和を算出してグラフ化したものである。Ｙ方向の輝度ヒストグラムＹhistは、演算処理後の画像データについてＹ方向の画素列毎に画素データの総和を算出してグラフ化したものである。

Ｚ方向及びＷ方向の輝度ヒストグラムは、図８Ｂに示すように、ＺＷ座標系を用いて求められる。Ｚ方向の輝度ヒストグラムＺhistは、演算処理後の画像データについて、Ｗ方向の画素列毎に画素データの総和を算出してグラフ化したものである。Ｗ方向の輝度ヒストグラムＷhistは、演算処理後の画像データについてＺ方向の画素列毎に画素データの総和を算出してグラフ化したものである。

本実施形態の硬貨識別装置１０では４つの輝度ヒストグラムＸhist、Ｙhist、Ｚhist、Ｗhistを用いて硬貨２の中心位置を決定することとしている。これは、上述のように搬送中の硬貨２に浮きが発生して硬貨２の中心位置を誤認することを防止することを狙っているためである。そして、本実施形態の構成は、特にＸ方向において硬貨２の浮きが発生する場合でも硬貨２の中心位置を誤認しないように構成されている。

なお、Ｘ方向の硬貨２の浮きとは、硬貨２のＸ方向のエッジ部が搬送面に対して持ち上がった状態を指している。また、搬送時の硬貨２の浮きは例えば搬送手段として搬送ピンを用いた場合に起こり易い。

硬貨中心検出部１８は、輝度ヒストグラム作成部１７で作成された４つの輝度ヒストグラムＸhist、Ｙhist、Ｚhist、Ｗhistを用いて硬貨２の中心を検出する。図１０は、硬貨中心検出部における硬貨の中心位置の検出フローを例示するフローチャートである。図１０に示すフローに従って以下、本実施形態における硬貨２の中心位置の検出方法を説明する。

硬貨２の中心位置の検出にあたって、まず、Ｘ方向の輝度ヒストグラムＸhistを用いて両エッジ部Ｘｔ、Ｘｂ（図８Ａ参照）を検出する（ステップＳ１１）。この際、例えば中央付近から左右両側に向かって移動しながら、輝度度数が閾値ＴＨよりも小さくなるＸ座標を検出し、検出されたＸ座標より１つ手前の座標値をエッジ部とする。これにより、メモリのＸ方向のアドレスで表される２つのエッジ部Ｘｔ、Ｘｂが得られる。そして、得られたエッジ部Ｘｔ、Ｘｂにより以下の式（１）によりＸ方向の中心Ｘｃを算出する（ステップＳ１２）。
Ｘｃ＝（Ｘｔ＋Ｘｂ）／２ （１）

なお、このＸｃは硬貨２に浮き（Ｘ方向の浮き）が発生していた場合には不正確な値となる可能性があるために採用されない可能性がある暫定的な中心位置である。

次に、Ｙ方向の輝度ヒストグラムＹhistを用いて両エッジ部Ｙｔ、Ｙｂ（図８Ａ参照）を検出する（ステップＳ１３）。メモリのＹ方向のアドレスで表されるエッジ部Ｙｔ、Ｙｂの検出方法はＸ方向の輝度ヒストグラムＸhistを用いる場合と同様である。得られたエッジ部Ｙｔ、Ｙｂより以下の式（２）によりＹ方向の中心Ｙｃを算出する（ステップＳ１４）。
Ｙｃ＝（Ｙｔ＋Ｙｂ）／２ （２）

なお、本実施形態の硬貨識別装置１０では、Ｙ方向の浮きが発生する可能性はほとんどなく、ここで得られるＹｃは正確な値である蓋然性が高い。このため、ここで得られるＹｃは暫定的なものではなく、最終的な中心位置として採用する。

次に、Ｚ方向の輝度ヒストグラムＺhistを用いて２つのエッジ部のうちの片方（上方）のエッジ部Ｚｔ（図８Ｂ参照）を検出する。同様にＷ方向の輝度ヒストグラムＷhistを用いて２つのエッジ部のうちの片方（上方）のエッジ部Ｗｔ（図８Ｂ参照）を検出する（ステップＳ１５）。なお、ここで得られるＺｔはＺ座標の値であり、ＷｔはＷ座標の値である。

ここで、輝度ヒストグラムＺhist、Ｗhistから、片方のエッジ部Ｚｔ、Ｗｔのみを検出することとしているのは、図８Ｂに示すような搬送ピン５Ａの画像による影響を受けないようにするためである。すなわち、図８Ｂに示すような搬送ピン５Ａの画像が撮像されてしまった場合、搬送ピン５Ａがある側においてエッジ部の位置が本来の位置からずれて検出される可能性がある。このため、このような悪影響を及ぼす部分は使用しないようにしているのである。

なお、本実施形態の硬貨識別装置１０では、上述のように画像データ演算処理部１４によって撮像部１２からの画像データについて有効画素と無効画素とに分け、本来不要な写り込み部分の影響を受けないようにしている。しかし、上述のように有効画素領域２１（図６参照）を硬貨２の大きさより少し大きめとなるように設定している。このために、搬送ピン等による硬貨２の後端部を押すことにより硬貨２を搬送する方法であれば、硬貨２の近傍にある搬送ピン等が写り込んでしまう場合がある。そこで、この影響を取り除くよう構成するのが好ましく、硬貨識別装置１０はそのように構成されている。

次に、先に得られたエッジ部Ｘｔ、Ｘｂ及びＸ方向の中心位置Ｘｃを用いて硬貨２のＸ方向の半径Ｘｔｒ及びＸｂｒ（図８Ａ参照）を算出する（ステップＳ１６）。なお、Ｘｔｒ、Ｘｂｒは、それぞれ次式（３）、（４）で与えられる。
Ｘｔｒ＝Ｘｃ−Ｘｔ （３）
Ｘｂｒ＝Ｘｂ−Ｘｃ （４）

次に、先に得られたエッジ部Ｚｔ、Ｗｔより硬貨２のＸ方向の中心位置Ｘｍを算出する（ステップＳ１７）。なお、この中心位置Ｘｍは暫定的な中心位置である。Ｚ軸とＷ軸とのなす角は９０°であり、エッジ部Ｚｔを通るＺ軸に垂直な直線とエッジ部Ｗｔを通るＷ軸に垂直な直線の交点が、硬貨２のＸ方向の中心位置Ｘｍに該当する。ここで、エッジ部Ｚｔ、ＷｔはＺＷ座標系に基づく値であるために、エッジ部Ｚｔ、ＷｔからＸ方向の中心位置Ｘｍは次のようにして求められる。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、Ｚ座標の位置をＸＹ座標系で表すと以下の式（５）となり、Ｗ座標の位置をＸＹ座標系で表すと以下の式（６）となる。
Ｚ＝Ｘ＋Ｙ （５）
Ｗ＝（２５５−Ｘ）＋Ｙ （６）

上述のように、エッジ部Ｚｔを通るＺ軸に垂直な直線とエッジ部Ｗｔを通るＷ軸に垂直な直線の交点を求めればＸｍが求められる。この交点のＸ座標をＸｍ、Ｙ座標をＹａとし、式（５）、式（６）にＸ＝Ｘｍ、Ｙ＝Ｙａ、Ｚ＝Ｚｔ、Ｗ＝Ｗｔを代入して、Ｙａを消去して整理すると、以下の式（７）のようにＸｍが得られる。
Ｘｍ＝（Ｚｔ−Ｗｔ＋２５５）／２ （７）

エッジ部Ｚｔ及びＷｔよりＸ方向の中心位置Ｘｍが得られると、次にＸ方向の中心位置Ｘｍ、Ｙ方向の中心位置Ｙｃ、エッジ部Ｚｔ、Ｗｔを用いて、斜め方向の半径Ｚｔｒ、Ｗｔｒ（図１１参照）を求める（ステップＳ１８）。図１１は、半径Ｚｔｒ、Ｗｔｒを求める方法を説明するための説明図である。ＺＷ座標系において、Ｚｔｒ、Ｗｔｒは各々、以下の式（８）、（９）のように求められる。
Ｚｔｒ（ＺＷ座標系）＝Ｘｍ＋Ｙｃ−Ｚｔ （８）
Ｗｔｒ（ＺＷ座標系）＝（２５５−Ｘｍ）＋Ｙｃ−Ｗｔ （９）

上記式（８）、式（９）のＺｔｒ、ＷｔｒをＸＹ座標系の値に換算すると、以下の式（１０）、（１１）のようになり、この換算した値がステップＳ１８で得たい斜め方向の半径Ｚｔｒ、Ｗｔｒである。
Ｚｔｒ＝（Ｘｍ＋Ｙｃ−Ｚｔ）／√２ （１０）
Ｗｔｒ＝（２５５−Ｘｍ＋Ｙｃ−Ｗｔ）／√２ （１１）

次に、得られた４つの半径Ｘｔｒ、Ｘｂｒ、Ｚｔｒ、Ｗｔｒを大きい順にソートする（ステップＳ１９）。そして、２番目に大きい半径を硬貨２の半径として採用する（ステップＳ２０）。硬貨２の半径が決定されると、その半径がＸｔｒ又はＸｂｒであるか否かを確認する（ステップＳ２１）。２番目に大きい半径がＸｔｒ又はＸｂｒである場合には、硬貨２の中心座標を（Ｘｃ、Ｙｃ）とする（ステップＳ２２）。一方、２番目に大きい半径がＸｔｒ又はＸｂｒでない（この場合、半径はＺｔｒ又はＷｔｒである）場合には、硬貨２の中心座標を（Ｘｍ、Ｙｃ）とする（ステップＳ２３）。

硬貨中心検出部１８によって、以上のように検出された硬貨２の中心位置及び半径は照合処理部１９（図３参照）に出力される。照合処理部１９は、メモリ部１６に格納された演算処理後の画像データ及び硬貨中心検出部１８からの硬貨２の中心位置といったデータを取得して、テンプレートマッチングが行えるように画像処理を行う。そして、得られた処理画像と、予め格納しているテンプレートマッチング用の基本画像とを比較して、硬貨２の金種や真偽を判定する。

以上のように、本実施形態の硬貨識別装置１０では、撮像部１２から出力される画像データを演算処理し、不要な写り込みが起こりそうな画素位置の画素データを無効画素とすることとしている。このために、硬貨の中心位置を正確に検出することができる。

また、従来、例えば１０円硬貨のような反射率の低い媒体を撮像するために照射光量を大きくすると、不要な写り込みが発生して硬貨の中心位置を誤認することがあった。しかし、本実施形態の硬貨識別装置１０では、照射光量を大きくした場合に発生する写り込みによる影響を、マスクテーブルを用いた演算処理によって受け難い構成とできる。したがって、硬貨画像を取得する際の光量を大きくして明瞭な硬貨画像を得てテンプレートマッチング処理を行え、識別処理の精度を向上できる。

また、有効画素及び無効画素を得るために使用される演算テーブル（マスクテーブル）は０、１情報の１ビット情報で構成されるために、メモリ部１６に格納されるデータ量が少なくて済む。更に、画像データ処理部１４の演算処理はスムーズに行え、このような演算処理を導入することによる硬貨識別の処理速度の低下はほとんどない。

また、本実施形態の硬貨識別装置１０では、４方向の輝度ヒストグラムを用いているために、硬貨２の浮きが発生した場合でも正確に硬貨２の中心位置を検出できるようになっている。

本発明の硬貨識別方法及び硬貨識別装置は、以上に示した実施形態に限定される趣旨ではない。すなわち、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、以上に示した実施形態においては、撮像部１２から出力される画像データについて、画像データ演算処理部１４で直接演算処理し、処理データをメモリ部１６と輝度ヒストグラム作成部１７とに出力する構成とした。しかし、撮像部１２からの画像データを一旦メモリ部１６に展開し、メモリ部１６からデータを取り出して画像データ演算処理部１４の演算処理を行い、それを輝度ヒストグラム作成部に出力する構成等としても構わない。

また、以上に示した実施形態においては、マスクテーブル１５１を用いて撮像部１２から出力される画像データを有効画素領域２１と無効画素領域領域２２（いずれも図６参照）とに分けるにあたって、有効画素領域２１が円形となる構成とした。しかし、不要な写り込み部がないように無効画素領域が設定され、硬貨画像が有効画素領域に入るように設定されれば良く、有効画素領域及び無効画素領域の形状は種々の変更が可能である。

また、以上に示した実施形態では、金種毎にマスクテーブル１５１を予め準備する構成とした。しかし、これに限定されず、例えば識別対象となる硬貨のうち、最もサイズが大きいものを基準に有効画素、無効画素を決定し、いずれの金種に対しても同じマスクテーブルを用いる構成としても良い。ただし、本実施形態のようの金種毎にマスクテーブルを変更する方が不要な写り込みによる影響を受ける可能性を低減できて好ましい。

また、以上に示した実施形態では、画像データ演算処理部１４において、有効画素とする画素データには１を乗じる構成とした。しかし、この構成に限られない。例えば、撮像部で撮像して得られる画像について予め画像の明暗位置の傾向がわかっているような場合には、画像の輝度を補正することを目的として１以外の演算データを乗じる構成としても構わない。この場合、１画素毎に輝度補正が可能であるという利点を有する。ただし、この構成の場合は、本実施形態の場合に比べ演算に必要なデータ量が大きくなる。

また、以上に示した実施形態では、硬貨中心検出部１８で硬貨２の中心位置を検出するにあたって、得られた４つの半径を大きい方から順にソートして２番目に大きい半径に対応する硬貨の中心位置を最終的な中心位置として採用する構成とした。しかし、この構成に限定されない。

本実施形態の場合、Ｘ方向で硬貨の浮きが発生して中心位置を誤認する可能性があるので、Ｘ方向の半径Ｘｔｒ、Ｘｂｒに加えて斜め方向の半径Ｚｔｒ、Ｗｔｒを求める構成としている。このようにすれば、浮きが発生してＸ方向の半径が本来の値より小さくなった場合に、そのことを検知して斜め方向の半径を採用できるからである。このような意味で、例えばＸｔｒ、Ｘｂｒのうちのいずれか一方と、ＺｔｒとＷｔｒのうちのいずれか一方と、だけを求めて大きい方の半径を正規の半径として採用し、硬貨の中心位置を決定する構成としても良い。また、Ｘ方向の輝度ヒストグラムＸhistを用いずに、他の３つの輝度ヒストグラムＹhist、Ｚhist、Ｗhistのみを用いて硬貨の半径及び中心位置を求めても良い。

また、例えば、浮きが発生した場合には画像から得られる硬貨の半径が短くなる場合があり、搬送ピンが写り込んだ場合には画像から得られる半径が長くなる場合がある。このため、複数得られた半径のうち、最大と最小との２つの半径を除いた残りの半径について平均値を求め、これを正規の半径として採用して硬貨の中心位置を求める構成等としても良い。

更に、輝度ヒストグラムの数については、例えばＸＹ座標系の２つや、ＺＷ座標系の２つ等の２つのみでも構わない。この場合、搬送ピンや搬送ベルト等の搬送手段の写り込みの影響を受ける可能性がある。しかし、搬送手段の写り込みの場所は予めわかっているために、輝度ヒストグラムを作成するにあたって、そのような位置の画素データを用いないように輝度ヒストグラムを作成する領域を限定すれば良い。また、搬送硬貨の浮き等の影響を受ける可能性があるが、例えば浮きが発生する方向がわかっていれば、その方向の影響を受けないように座標系を設定すれば良い。

本発明の硬貨識別方法及び硬貨識別装置は、硬貨画像から正確に硬貨の中心位置を検出できるために、例えばパターンマッチングによる硬貨の金種や真偽等を精度良く行え、産業上有用である。

Claims (11)

1. 硬貨の画像を用いて硬貨の識別を行う硬貨識別方法であって、
   前記硬貨の画像を画像取得手段によって取得するステップと、
   予め準備され、前記取得された硬貨の画像データの各画素値を有効或いは無効にするための演算データを含む演算テーブルを用いて前記画像データを部分的にマスクする演算処理を行い、前記画像データを形成する各画素データを有効画素と無効画素とに分けるステップと、
   前記演算処理後の有効画素の領域が前記硬貨全域を含んでいる画像データに基づいて前記硬貨の中心位置を検出するステップと、を備えることを特徴とする硬貨識別方法。
2. 前記画像データを一旦メモリに展開し、前記メモリから前記画像データを読み出して前記演算処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の硬貨識別方法。
3. 前記画像データに対して前記演算処理を直接行うことを特徴とする請求項１に記載の硬貨識別方法。
4. 前記有効画素は前記画素データの画素値に１を乗じることによって得られ、前記無効画素は前記画素データの画素値に０を乗じることによって得られることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の硬貨識別方法。
5. 前記演算処理を行う前に前記硬貨の金種を識別するステップを備え、
   前記演算テーブルは前記硬貨の金種毎に区別して複数準備され、前記硬貨の金種に応じて複数の前記演算テーブルの中から１つを選択して前記演算処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の硬貨識別方法。
6. 前記演算処理後の画像データに基づいて互いに異なる方向の輝度ヒストグラムを複数作成し、作成された前記輝度ヒストグラムに基づいて前記硬貨の中心位置を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の硬貨識別方法。
7. 前記硬貨の中心位置の検出に際して、作成された複数の前記輝度ヒストグラムに基づいて複数の暫定的な硬貨の中心位置を求め、複数の前記暫定的な硬貨の中心位置を用いて最終的な硬貨の中心位置を求めることを特徴とする請求項６に記載の硬貨識別方法。
8. 前記複数の暫定的な硬貨の中心位置を用いて硬貨の半径候補を複数算出し、複数の前記半径候補を用いて前記硬貨の半径として採用する半径を決定し、採用された半径に基づいて前記最終的な硬貨の中心位置を求めることを特徴とする請求項７に記載の硬貨識別方法。
9. 硬貨の画像を用いて硬貨の識別を行う硬貨識別装置であって、
   前記硬貨を搬送する搬送手段と、
   前記硬貨に光を照射し、その反射光による画像を取得する画像取得手段と、
   前記取得された硬貨の画像データの各画素値を有効或いは無効にするための演算データを含む演算テーブルを予め格納する演算テーブルメモリ手段と、
   前記演算テーブルを用いて前記画像データを部分的にマスクする演算処理を行い、前記画像データを形成する各画素データを有効画素と無効画素とに分ける画像データ演算処理手段と、
   前記演算処理後の有効画素の領域が前記硬貨全域を含んでいる画像データに基づいて前記硬貨の中心位置を検出する硬貨中心検出手段と、を備えることを特徴とする硬貨識別装置。
10. 前記硬貨の金種を識別する金種識別手段を更に備え、
    前記演算テーブルメモリ手段に格納される前記演算テーブルは金種毎に準備され、
    前記画像データ演算処理手段は、前記硬貨の金種に応じた前記演算テーブルを選択して前記演算処理を行うことを特徴とする請求項９に記載の硬貨識別装置。
11. 前記演算処理後の画像データを用いて互いに異なる方向の複数の輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段を備え、
    前記硬貨中心検出手段は、作成された複数の前記輝度ヒストグラムに基づいて複数の暫定的な硬貨の中心位置を求め、複数の前記暫定的な硬貨の中心位置を用いて最終的な硬貨の中心位置を求めることを特徴とする請求項９又は１０に記載の硬貨識別装置。

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