JP2000013598A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全画素について階調特性を損なわないでシェ
ーディング補正を行う。 【解決手段】 原稿１からの画像情報を読取るＣＣＤな
どの画像読取手段２からのアナログ画像信号は、可変ゲ
イン増幅回路５で増幅されてＡ／Ｄコンバータ６でデジ
タル値に変換される。可変ゲイン増幅回路５の増幅率
は、画素毎に増幅率データ値記憶手段１３に記憶されて
いる増幅率データを、Ｄ／Ａコンバータ１４でアナログ
制御電圧に変換して、制御される。シェーティング補正
は、可変ゲイン増幅回路５の増幅率を一定に保った状態
で、白色基準板９からの画像情報を読取り、Ａ／Ｄコン
バータ６でデジタル値に変換して白レベルデータ記憶手
段１０に格納した白レベルデータを、増幅率テーブル１
２を参照して増幅率に変換した増幅率データに基づいて
行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イメージスキャ
ナ、複写機、ファクシミリ装置など画像読取装置、特に
シェーディング補正を行う画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、イメージスキャナ、複写機や
ファクシミリ装置の画像読取部、カメラなどの画像読取
装置では、一様な画像情報を読取っても画像信号のレベ
ルが必ずしも一様にならないシェーディングと呼ばれる
現象が知られている。シェーディングに対する補正を行
う先行技術は、たとえば特開昭５６−６４５６６に開示
されている。この先行技術では、ＣＣＤのような固体撮
像素子で画像を読取る際に、ＣＣＤ等の固体撮像素子の
各素子毎の感度差や、光学レンズなどの特性の不均一、
あるいは読取る画像を照射する光源の不均一などに基づ
くシェーディングを、固体撮像素子からの出力信号を増
幅する増幅器の増幅利得を制御して補正している。この
制御を行うために、可変増幅率増幅器を使用し、複数個
の基準電圧から順次選択される基準電圧間の変化を積分
して滑らかにし、シェーディング特性に近似した波形を
得て、可変増幅率増幅器に増幅率制御電圧を与えるシェ
ーディング補正を行っている。この先行技術の公開特許
公報中には、別な方式として特開昭５３−９５５１８
に、予め白レベルのシェーディング特性をメモリに記憶
させておき、実際の原稿読取り時にたとえば割算回路に
よって補正する方式が提案されている旨の記載もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５６−６４５６
６の先行技術では、折れ線近似でシェーディング補正を
行っている。アナログ／デジタル変換のための基準電圧
を一定に固定すると、読取画像情報の全画素について、
アナログ／デジタル変換回路で得られる最高の量子化数
を得ることができない。

【０００４】図５は、従来の画像読取装置におけるアナ
ログ／デジタル変換前の白レベル画像信号波形の一例
を、主走査の１ライン分示す。縦軸はアナログ画像信号
の信号電圧、横軸は時間経過を示す。このような白レベ
ル画像信号は、白色基準板として用意され、画像読取装
置の始動時などに読取りが行われる。白色基準板の読取
りによって得られる画像信号の最大値を、すなわちＡ点
を白レベルとし、この値において最高の量子化数となる
ように、画像読取毎または１主走査毎にアナログ／デジ
タル変換回路の基準電圧を変更したり、信号増幅率を変
化させている。

【０００５】図５に示すような画像信号処理の場合に
は、白色基準板の読取りで最大値を得ているＡ点の画素
において最大の量子化数である２のａ乗を得ることがで
きるけれども、その他の画素、たとえば最低値となる画
素のＢ点では、量子化数は２のａ乗−ｂしか得られな
い。実際に読取る画素の画像信号のレベルは、白レベル
と黒レベルとの間となるので、白レベルでの量子化数が
小さければ、中間のレベルの表現可能な階調の数も小さ
くなってしまう。階調数が小さいデジタル画像信号に対
して、白色レベルなど、１つのレベルに対する補正を行
って画素間のレベル変動を補正しても、他のレベルで画
像信号のレベルの変化が粗くなり、レベル差が生じてし
まう。

【０００６】本発明の目的は、画素毎にシェーディング
特性に基づく画像信号のレベルの変動を補正し、アナロ
グ／デジタル変換の基準電圧を変化させることなく、全
画素について可能な最大限の階調特性を得ることができ
る画像読取装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像情報を画
像読取手段によって読取り、画素毎に順次出力されるア
ナログ画像信号を、アナログ／デジタル変換手段で画素
毎のデジタル画像信号に変換して出力する画像読取装置
において、画像読取手段から出力されるアナログ画像信
号を、増幅してアナログ／デジタル変換手段に与えるよ
うに配置され、増幅率が可変である信号増幅手段と、信
号増幅手段の増幅率を一定に保ちながら、画像読取手段
によって、全面が予め定める基準色で一様に形成される
基準色画像情報を読取り、アナログ／デジタル変換手段
からのデジタル画像信号を基準レベルとして、基準レベ
ルの画素毎の変化に対応して、低い基準レベルの画素に
対する増幅率が高い基準レベルの画素に対する増幅率よ
り大きくなり、一様な画像情報に対して画素間でレベル
変動が少ないアナログ画像信号を得る補正を行うよう
に、信号増幅手段の増幅率を画素毎に設定する増幅率補
正段と、画像情報の読取り時に、増幅率補正手段によっ
て設定されている増幅率となるように、信号増幅手段の
増幅率を画素毎に制御する増幅率制御手段とを含むこと
を特徴とする画像読取装置である。

【０００８】本発明に従えば、画像読取手段は、画像情
報を読取って、画素毎にアナログ画像信号を順次出力す
る。出力されるアナログ画像信号は、信号増幅手段によ
って増幅され、アナログ／デジタル変換手段に与えられ
る。信号増幅手段の増幅率は可変であり、この増幅率を
一定に保ちながら、画像読取手段によって全面が予め定
める基準色で一様に形成される基準色画像情報を読取
る。増幅率補正手段は、アナログ／デジタル変換手段か
らのデジタル画像信号を基準レベルとして、画素間で基
準レベルの変動が少なくなるように補正するための増幅
率を設定する。画像情報の読取り時には、増幅率制御手
段によって、増幅率設定手段によって設定されている増
幅率となるように、信号増幅手段に対する制御が行われ
る。これによって、信号増幅手段からは、一様な画像情
報を画像読取手段が読取れば、画素間でのレベル変動が
少ないアナログ画像信号が得られ、このアナログ画像信
号をアナログ／デジタル変換するので、アナログ／デジ
タル変換の際の基準電圧を一定にしても、全画素で一様
な量子化数でデジタル変換された画像信号を得ることが
できる。

【０００９】また本発明で前記信号増幅手段は、外部か
ら与えられるアナログ制御信号のレベルに応じて増幅率
が変化し、前記増幅率補正手段は、前記基準レベルに対
して補正する増幅率の関係を表す増幅率テーブル手段
と、増幅率テーブル手段を参照し、画素毎に基準レベル
を信号増幅手段の増幅率に変換して記憶する増幅率記憶
手段とを含み、前記増幅率制御手段は、画像情報の読取
時に、増幅率記憶手段に記憶されている増幅率を画素毎
に読出して、増幅率を制御するアナログ制御信号に変換
して信号増幅手段に与えることを特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、信号増幅手段は、外部か
ら与えられるアナログ制御信号のレベルに応じて増幅率
が変化する。補正する増幅率と基準色画素情報の読取り
によって得られる基準レベルとの関係は、増幅率テーブ
ル手段によって表される。増幅率記憶手段には、画素毎
の基準レベルが、増幅率テーブル手段を参照して得られ
る画素毎の信号増幅手段の増幅率に変換されて記憶され
る。画像信号の読取り時には、増幅率記憶手段に記憶さ
れている増幅率が画素毎に読出されて、アナログ制御信
号に変換されて信号増幅手段に与えられるので、画素毎
に増幅率を補正して、一様な画像に対しては画素間での
レベル変動の少ないアナログ画像信号をアナログ／デジ
タル変換手段に与えることができる。これによって、画
素間での階調数は一定となり、全画素に対して可能な最
大限の階調を得ることができる。

【００１１】また本発明で前記増幅率記憶手段には、前
記基準色画像情報を読取って得られる画素毎の増幅率
が、複数の異なる時点で記憶され、前記増幅率制御手段
は、複数の異なる時点で増幅率記憶手段に記憶されてい
る増幅率に基づいて、画像情報の読取りを行う時点での
増幅率を推定し、推定に従って信号増幅手段の増幅率を
制御することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、信号増幅手段の増幅率
は、複数の異なる時点で増幅率記憶手段に記憶される。
増幅率記憶手段に記憶されている増幅率の時間的変化を
履歴として参照すると、新たに画像情報を読取る時点で
の増幅率を、実際に基準色画像情報を読取らなくても推
定して予測することが可能となる。これによって、画像
情報の読取りが必要となるたびに、シェーディング補正
用に基準色画像情報を読取る必要がなく、連続読取りな
どを高速に行うことができる。

【００１３】また本発明は、前記基準色画像情報として
読取るために、基準白色板を備えることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、基準白色板を基準色画像
情報として読取るために備えているので、アナログ／デ
ジタル変換手段の変換可能な最大限の量子数でデジタル
画像信号が得られるような補正を容易に行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
しての画像読取装置の概略的な電気的構成を示す。本実
施形態の画像読取装置は、たとえば複写機の読取部や、
据置き型のイメージスキャナなどとして用いられる。読
取り対象となる原稿１は、その一表面上の画像情報が画
像読取手段２によって読取られる。画像読取手段２は、
ＣＣＤ素子などの受光部が複数個、主走査線方向となる
直線上に配置される一次元の画像センサである。原稿１
からの画像を画像読取手段２の受光部に結像させるため
に、光学レンズ３が設けられる。原稿１と、画像読取手
段２および光学レンズ３とは、図示を省略している移動
機構によって、相対的に主走査線方向と垂直な副走査線
方向に移動して、原稿１の表面からの画素情報を読取
る。

【００１６】画像読取手段２は、固定周期で主走査方向
の画像情報を読取り、画素毎に順次アナログ画像信号と
して出力する。画像読取手段２から出力されるアナログ
画像信号は、そのままでは微弱なため、たとえば信号電
力を増幅する信号増幅回路４で増幅される。

【００１７】信号増幅回路４で増幅したアナログ画像信
号は、さらに可変ゲイン増幅回路５で増幅される。可変
ゲイン増幅回路６では、制御信号として与えられる電圧
で増幅率を変える制御が可能である。可変ゲイン増幅回
路５の増幅率を画素毎に変えることによって、全画素に
対するシェーディング補正が可能となる。可変ゲイン増
幅回路５でシェーディング補正が行われたアナログ画像
信号は、アナログ／デジタル変換手段であるＡ／Ｄコン
バータ６でデジタル値に変換される。Ａ／Ｄコンバータ
６で変換されるアナログ画像信号は、画素毎にｎビット
のデジタル値として表される。デジタル値に変換された
画像信号は、画像記憶手段７に記憶され、画像処理手段
８によって所定の画像処理が行われ、画像データとして
出力される。

【００１８】可変ゲイン増幅回路５の増幅率を画素毎に
制御してシェーディング補正を行うために、原稿１の読
取り開始以前に基準白色板９の画像読取りが行われる。
基準白色板９を読取って得られる白レベルアナログ画像
信号は、可変ゲイン増幅回路５の増幅率を、たとえば全
画素に対して最大増幅率に設定した状態で増幅し、Ａ／
Ｄコンバータ６でデジタル値化する。全画素についての
白レベルのデジタルデータは、白レベルデータ記憶手段
１０に、画素毎にｎビットのデジタルデータとして記憶
される。白レベルデータ記憶手段１０には、均一濃度原
稿に対するアナログ画像信号レベルの不均一性をデジタ
ル値化した白レベルデジタルデータが全画素について得
られることになる。制御手段１１は、白レベルのデジタ
ル値毎に不均一性を補正するための増幅率を白レベルを
基準レベルとして設定してある増幅率テーブル１２を参
照し、全画素についての増幅率を得て、増幅率データ記
憶手段１３に格納する。

【００１９】原稿１からの画像の読取り時には、図示を
省略している画素データ転送クロック信号に同期し、画
像読取手段２からアナログ画像信号が画素毎に出力され
る。増幅率データ記憶手段１３に格納されている増幅率
データは、画素データ転送クロック信号に同期して読出
され、デジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａコンバータ
１４で順次アナログ電圧に変換される。Ｄ／Ａコンバー
タ１４で変換されるアナログ電圧は、可変ゲイン増幅回
路５の増幅率制御を行う制御電圧となる。本実施形態で
は、可変ゲイン増幅回路５でシェーディング補正のため
の増幅率の制御を行っているので、Ａ／Ｄコンバータ６
に与える基準電圧は、基準電圧発生装置１５から発生す
る固定電圧のみを用いることができる。画素カウンタ１
６は、画素転送信号を計数し、読取中の画素が主走査線
方向で何番目の画素であるかを表す。

【００２０】図２は、図１の可変ゲイン増幅回路５の増
幅率を制御して、シェーディング補正を行った結果の一
例を示す。画像読取手段２からの主走査１ライン分の画
像信号はｍ画素から成り、第１画素から第ｍ画素まで白
色基準板９を読取る際の白レベルアナログ信号波形は、
仮想線で表されるようなシェーディング特性を有するも
のとする。本実施形態では、可変ゲイン増幅回路５の増
幅率を補正し、白レベルの画像信号波形を基に、各画素
毎に白レベルデジタル値が最大の量子化数になるように
アナログ画素信号の増幅率を変化させる。全画素におい
て白レベル量子化数が最大の量子化数である２のａ乗と
なるので、Ａ点およびＢ点を含む全画素で、２のａ乗の
階調を得ることができる。

【００２１】図３は、図１の制御手段１１によるシェー
ディング補正のための制御手順を示す。電源の投入や装
置外部からの制御に応じて、読取り動作が開始される
と、ステップＳ１で増幅率データを初期値に設定する。
増幅率初期値としては、たとえば最大の増幅とし、ステ
ップＳ２で可変ゲイン増幅回路５の増幅率も各画素毎に
最大値となるように設定される。ステップＳ３では、白
色基準板９からの画像の読取りを行う。ステップＳ２で
設定される最大の増幅率で可変ゲイン増幅回路５によっ
て増幅されるアナログ画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ６
でｎビットのデジタル画像信号に変換され、ステップＳ
４で白レベルデータ記憶手段１０に画素毎に格納され
る。

【００２２】白色基準板９に対し、主走査方向１ライン
分の基準レベルデータが白レベルデータ記憶手段１０に
格納されると、ステップＳ５で白基準データを増幅率デ
ータに置換える制御が行われる。白レベル毎に補正後の
増幅率を増幅率テーブル１２として予め設定し、ＲＯＭ
などに保持しておく。ステップＳ６で増幅率テーブル１
２を参照して、白レベルに対応する増幅率が置換えら
れ、ステップＳ７で増幅率データ記憶手段１３に格納さ
れる。

【００２３】ステップＳ８では、原稿１の画像読取りが
開始される。ステップＳ９では、主走査の開始に対応す
る主走査ラッチ信号を監視し、信号を検知するとステッ
プＳ１０で、画素カウンタ１６の計数値ｎを０にリセッ
トする。ステップＳ１１では、画像読取手段２に与えら
れる画素データ転送クロック信号など、第１画素の読取
り開始を示すタイミングを待つ。第１画素の読取りが開
始されると、ステップＳ１２で画素カウンタ１６の計数
値ｎの値に対応する画素に対して、増幅率データ記憶手
段１３から増幅率データを読出し、Ｄ／Ａコンバータ１
４でアナログ制御信号に変換して、可変ゲイン増幅回路
５に与える。可変ゲイン増幅回路５の増幅率の補正は、
ステップＳ１３で与えられる画素データ転送クロック信
号に同期して行われる。画素データ転送クロック信号に
同期し、Ｄ／Ａコンバータ１４でアナログ電圧に変換さ
れた増幅率で可変ゲイン増幅回路５を制御することによ
って、常に画素間で階調数等が均一なアナログ画像信号
を得ることができる。

【００２４】ステップＳ１４では、主走査の終了に対応
する第ｍ画素が読込まれているか否かを、画素カウンタ
１６の計数値ｎがｍと等しくなっているか否かで判断す
る。画素カウンタ１６の計数値ｎがｍに達していないと
きには、計数値ｎを１だけ増加させてステップＳ１２に
戻る。ステップＳ１４で画素カウンタ１６の計数値ｎが
ｍに達していると判断されるときには、ステップＳ９に
戻り、次の主走査ラッチ信号が検知されるのを待つ。

【００２５】図４は、本発明の実施の他の形態としての
画像読取装置の概略的な電気的構成を示す。本実施形態
で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を
付し、重複した説明を省略する。本実施形態では、過去
の増幅率データを、増幅率データ履歴記憶手段１７に順
次格納しておく。制御手段１１は白色基準板９からの画
像読取りを行わないときには、過去複数回における履歴
内容を増幅率データ履歴記憶手段１７から読出し、増幅
率データの変化傾向に基づいて増幅率データの推定を行
い、推定された増幅率データを増幅率データ記憶手段１
３に格納して、シェーディング補正を行う。本実施形態
では、白色基準板９を読取らなくても、シェーディング
補正用の増幅率データを得ることができるので、高速な
連続読取り動作を行うことができる。なお、増幅率デー
タ履歴記憶手段１７に異なる時点の増幅率データを履歴
として記憶するようにしているけれども、白色レベルで
の履歴を記憶して、白色レベルデータの推定を行い、推
定値に基づいて増幅率テーブル１２を参照して増幅率デ
ータを得るようにすることもできる。

【００２６】以上説明した各実施形態では、画像読取手
段２として一次元画像センサを用いているけれども、二
次元の画像センサを用いるデジタルカメラなどに本発明
を適用することもできる。二次元の画像センサを用いる
場合には、白レベルデータ記憶手段１０、増幅率データ
記憶手段１３などで、二次元の各画素毎に白レベルや増
幅率データを記憶し、可変ゲイン増幅回路５の増幅率を
二次元の各画素毎に制御すればよい。また、画像読取手
段２は、白色基準板９から基準色画像情報を読取ってい
るけれども、カラー画像を読取るために３原色の各原色
毎に基準画像を読取るようにすることもできる。さら
に、白レベルデータ記憶手段１０に基準レベルデータを
格納した後で、増幅率に変換しているけれども、Ａ／Ｄ
コンバータ６から出力される画素毎の白レベルを直接増
幅率に変換して増幅率データ記憶手段１３に記憶させる
こともできる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、予め基準
色画像情報を読取って得られる画素毎の基準レベルに基
づいて、信号増幅手段の増幅率を制御し、一様な画像情
報に対して画素間でのレベル変動が少ないアナログ画像
信号が得られるような補正を行うので、全画素について
可能な階調特性を損なわないように画像の読取りを行う
ことができる。

【００２８】また本発明によれば、基準色画像情報を読
取って得られる基準レベルは、増幅率テーブル手段を参
照して、対応する増幅率に変換されて、増幅率記憶手段
に画素毎に記憶される。画像情報の読取り時に、増幅率
記憶手段に記憶されている増幅率をアナログ制御信号に
変換して信号増幅手段の増幅率を制御するので、画素毎
の増幅率補正を精度よく行うことができる。

【００２９】また本発明によれば、増幅率の履歴に基づ
いて画像情報の読取り時点での増幅率を推定し、基準色
画像情報の読取りを行う頻度を小さくしても適切な画素
毎の増幅率の制御を行い、一様な階調特性での画像情報
の読取りを行うことができる。

【００３０】また本発明によれば、基準色画像情報の読
取りのために基準白色板を備えているので、アナログ／
デジタル変換手段の入力の上限付近で、全画素について
一様な階調特性で読取ることが可能なように信号増幅手
段の増幅率の補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を
示すブロック図である。

【図２】図１の実施形態で可変ゲイン増幅回路５の増幅
率を制御してシェーディング補正を行う考え方を示すグ
ラフである。

【図３】図１の制御手段１１によるシェーディング補正
の手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施の他の形態の画像読取装置の概略
的な電気的構成を示すブロック図である。

【図５】従来からのシェーディング補正の考え方を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 原稿 ２ 画像読取手段 ５ 可変ゲイン増幅回路 ６ Ａ／Ｄコンバータ ７ 画像記憶手段 ９ 白色基準板 １０ 白レベルデータ記憶手段 １１ 制御手段 １２ 増幅率テーブル １３ 増幅率データ記憶手段 １４ Ｄ／Ａコンバータ １７ 増幅率データ履歴記憶手段

フロントページの続き (72)発明者 乾 康雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5C077 LL04 MM03 MM27 PP06 PP11 PQ03 PQ23 RR01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報を画像読取手段によって読取
   り、画素毎に順次出力されるアナログ画像信号を、アナ
   ログ／デジタル変換手段で画素毎のデジタル画像信号に
   変換して出力する画像読取装置において、 画像読取手段から出力されるアナログ画像信号を、増幅
   してアナログ／デジタル変換手段に与えるように配置さ
   れ、増幅率が可変である信号増幅手段と、 信号増幅手段の増幅率を一定に保ちながら、画像読取手
   段によって、全面が予め定める基準色で一様に形成され
   る基準色画像情報を読取り、アナログ／デジタル変換手
   段からのデジタル画像信号を基準レベルとして、基準レ
   ベルの画素毎の変化に対応して、低い基準レベルの画素
   に対する増幅率が高い基準レベルの画素に対する増幅率
   より大きくなり、一様な画像情報に対して画素間でレベ
   ル変動が少ないアナログ画像信号を得る補正を行うよう
   に、信号増幅手段の増幅率を画素毎に設定する増幅率補
   正段と、 画像情報の読取り時に、増幅率補正手段によって設定さ
   れている増幅率となるように、信号増幅手段の増幅率を
   画素毎に制御する増幅率制御手段とを含むことを特徴と
   する画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記信号増幅手段は、外部から与えられ
   るアナログ制御信号のレベルに応じて増幅率が変化し、 前記増幅率補正手段は、 前記基準レベルに対して補正する増幅率の関係を表す増
   幅率テーブル手段と、 増幅率テーブル手段を参照し、画素毎に基準レベルを信
   号増幅手段の増幅率に変換して記憶する増幅率記憶手段
   とを含み、 前記増幅率制御手段は、画像情報の読取時に、増幅率記
   憶手段に記憶されている増幅率を画素毎に読出して、増
   幅率を制御するアナログ制御信号に変換して信号増幅手
   段に与えることを特徴とする請求項１記載の画像読取装
   置。
3. 【請求項３】 前記増幅率記憶手段には、前記基準色画
   像情報を読取って得られる画素毎の増幅率が、複数の異
   なる時点で記憶され、 前記増幅率制御手段は、複数の異なる時点で増幅率記憶
   手段に記憶されている増幅率に基づいて、画像情報の読
   取りを行う時点での増幅率を推定し、推定に従って信号
   増幅手段の増幅率を制御することを特徴とする請求項１
   または２記載の画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記基準色画像情報として読取るため
   に、基準白色板を備えることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の画像読取装置。