JP2000121444A - カラー画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 読み取り対象のカラー画像が有する色情報
を、機器に独立な色情報として、２次元位置情報を含ん
で、精度よく安定して、しかも被読み取り画像の損傷を
きたすことなく、得ることができるようにする。 【解決手段】 フィルタ保持筒１３を１回転させて、フ
ィルタ保持筒１３に取り付けた１２枚の分光フィルタ１
４ｃ…によって、蛍光灯１１からの光を順次、３８０〜
７４０ｎｍの可視光域を３０ｎｍ間隔で１２チャンネル
に分割した波長帯域に分光して、被読み取り画像の同一
ライン上に帯状に照射する。被読み取り画像からの、そ
れぞれの波長帯域ごとの反射光を順次、１次元アレイ状
のＣＣＤセンサで検出し、その検出信号をデジタルデー
タに変換して、制御用コンピュータに取り込む。制御用
コンピュータでは、１２チャンネルの波長帯域の反射率
を検出し、さらにスプライン補間によって５ｎｍ間隔の
分光反射率を推定する。その推定した分光反射率から、
被読み取り画像の機器に独立な色情報を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラースキャナ
や測色装置などとしてカラー画像を読み取るカラー画像
読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オフィスにおいてもドキュメントのカラ
ー化が進み、カラードキュメントが一般的に使われるよ
うになってきた。それに伴い、複写機で原稿を複写した
ときの原稿と複製物との間、またはスキャナで原稿を読
み取ってディスプレイ表示したときの原稿とディスプレ
イ上の表示との間、さらにはディスプレイ表示された画
像をプリントアウトしたときの原稿とプリントサンプル
との間、またはディスプレイ上の表示とプリントサンプ
ルとの間で、色が異なることが問題となっている。

【０００３】これらの色の違いを解消するには、原稿が
有する色情報をいかに正確に、スキャナやプリンタなど
の機器に独立な（依存しない）色情報信号に変換するこ
とができるかが鍵となる。

【０００４】これに関連して、特開平９−１６３１６８
号公報には、簡易型の測色機として、ＲＧＢ信号として
入力された画像情報を、機器に独立な明度、彩度、色相
の情報に変換することによって、カラー画像の有する２
次元的な色情報を得るものが示されている。

【０００５】また、特開平５−３２２６５７号公報に
は、被読み取り画像からの反射光を、分光フィルタによ
って複数の波長帯域に分光した上で、受光素子によって
検出し、それぞれの波長帯域の反射光の検出信号から、
被読み取り画像の分光反射率を推定することによって、
被読み取り画像の機器に独立な色情報を得ることが示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−１６３１６８号公報に示された方法では、ＲＧＢ信
号と明度、彩度、色相の情報とを対応づけるデータを採
取する必要があり、精度を上げるためには膨大なデータ
量が必要となる。また、画像を形成する色材が異なる場
合には、新たにＲＧＢ信号と明度、彩度、色相の情報と
を対応づけるデータを採取し直す必要があり、膨大な手
間を必要とする。

【０００７】これに対して、特開平５−３２２６５７号
公報に示された方法によれば、被読み取り画像の分光反
射率を推定することによって、被読み取り画像の機器に
独立な色情報を精度よく安定して得ることができる。し
かしながら、分光フィルタの透過率や光源および受光素
子の特性は光の波長によって異なるため、フィルタごと
に検出された信号に含まれるノイズの比率（ＳＮ比）が
異なる。しかも、波長分解能を上げるためには、分光フ
ィルタの透過波長帯域を狭くする必要がある。しかし、
そうすると、受光素子に到達する光量がかなり制限され
るため、受光感度を上げるためには、光源の光量を大き
くする必要がある。そのため、光源からの光が被読み取
り画像に照射されたとき、被読み取り画像の退色や変色
をきたし、最悪の場合には被読み取り画像を焦がすこと
もある。

【０００８】そこで、この発明は、読み取り対象のカラ
ー画像が有する色情報を、機器に独立な色情報として、
２次元位置情報を含んで、精度よく安定して、しかも被
読み取り画像の損傷をきたすことなく、得ることができ
るようにしたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のカラー
画像読み取り装置は、光源と、この光源からの光を順
次、複数の波長帯域に分光して被読み取り画像に照射す
る分光手段と、前記被読み取り画像に照射される光量
を、前記複数の波長帯域ごとに調整する光量調整手段
と、前記被読み取り画像からの前記複数の波長帯域ごと
の反射光を検出する反射光検出手段と、その検出結果か
ら前記被読み取り画像の分光反射率を推定し、その推定
結果から前記被読み取り画像の機器に独立な色情報を算
出するデータ処理手段と、を備えるものとする。

【００１０】請求項２の発明のカラー画像読み取り装置
は、請求項１の発明のカラー画像読み取り装置におい
て、前記分光手段を、前記複数の波長帯域のうちの、互
いに異なる所定波長帯域のみを透過させ、それ以外の波
長帯域は遮光する複数の分光フィルタを切り替えること
によって分光するものとする。

【００１１】請求項３の発明のカラー画像読み取り装置
は、請求項１の発明のカラー画像読み取り装置におい
て、前記光量調整手段を、これによって光量調整され、
前記分光手段によって分光された光で、白色基準板を照
明したときの、前記反射光検出手段の出力が、前記複数
の波長帯域の間で、ほぼ一定になるように光量調整する
ものとする。

【００１２】請求項４の発明のカラー画像読み取り装置
は、請求項３の発明のカラー画像読み取り装置におい
て、前記光量調整手段を、前記光源の発光エネルギーを
制御することによって光量調整するものとする。

【００１３】請求項５の発明のカラー画像読み取り装置
は、請求項３の発明のカラー画像読み取り装置におい
て、前記光量調整手段を、光量調整フィルタを切り替え
ることによって光量調整するものとする。

【００１４】請求項６の発明のカラー画像読み取り装置
は、請求項１の発明のカラー画像読み取り装置におい
て、前記反射光検出手段を、複数の受光素子に分割し、
前記被読み取り画像の一部領域からの反射光を、その複
数の受光素子で同時に受光するものとする。

【００１５】

【作用】上記のように構成した請求項１の発明のカラー
画像読み取り装置では、被読み取り画像の分光反射率を
推定し、その推定結果から被読み取り画像の機器に独立
な色情報を算出するので、被読み取り画像の機器に独立
な明度、彩度、色相などの色情報を精度よく得ることが
できる。

【００１６】また、波長帯域ごとの反射率を求めるの
で、経時変化などによって光源の分光特性が変化して
も、白色基準板を用いて校正することによって、常に安
定して被読み取り画像の分光反射率を求め、色情報を算
出することができる。

【００１７】さらに、光源からの光を被読み取り画像に
到達する前に分光するので、被読み取り画像に照射され
る光量を必要最少限にすることができ、被読み取り画像
の損傷を防止することができる。

【００１８】請求項２の発明のカラー画像読み取り装置
では、簡易な構成によって確実に、光源からの光を複数
の波長帯域に分光することができる。

【００１９】請求項３の発明のカラー画像読み取り装置
では、分光フィルタなどの分光手段の透過率や、光源お
よび反射光検出手段の分光特性にかかわらず、反射光検
出手段からは、複数の波長帯域の間で、被読み取り画像
の反射率にほぼ比例する出力が得られるので、被読み取
り画像の機器に独立な色情報を、より高精度に算出する
ことができる。

【００２０】請求項４の発明のカラー画像読み取り装置
では、分光手段の透過率や反射光検出手段の特性の経時
変化などに対して、容易かつ臨機応変に対応することが
できる。

【００２１】請求項５の発明のカラー画像読み取り装置
では、請求項２の発明のように分光手段を分光フィルタ
によって構成した場合に、光量調整フィルタを分光フィ
ルタと重ねて配置することが可能になり、装置の小型化
が可能になる。

【００２２】請求項６の発明のカラー画像読み取り装置
では、被読み取り画像から反射光検出手段までの反射光
の光路長を短くすることができ、装置の小型化が可能に
なる。

【００２３】

【発明の実施の形態】〔第１の実施形態〕図１は、この
発明のカラー画像読み取り装置の第１の実施形態を示
す。

【００２４】この実施形態では、用紙２上に形成された
被読み取り画像１を、ガラス基板などの透明基板３上に
下向きに置き、光学系５によって読み取る。透明基板３
の一端部上には、例えばセラミックタイルで作製した白
色基準板４を配置する。白色基準板４は、可視光域全域
で分光反射率がほぼ等しい分光感度特性を有するもので
ある。

【００２５】光学系５は、分光光源１０、ミラー６，
７、レンズ８、およびＣＣＤセンサ９によって構成し、
分光光源１０からの後述のように分光された光を、被読
み取り画像１に４５度の方向で照射し、被読み取り画像
１で下方に垂直に反射（拡散）した光を、ミラー６，７
で反射させ、レンズ８で集光して、ＣＣＤセンサ９に入
射させる。

【００２６】光学系５は、後述するように、分光光源１
０およびＣＣＤセンサ９などの各構成要素を、図の紙面
に垂直な方向である主走査方向に延長したライン状ない
し１次元アレイ状のものとし、被読み取り画像１の主走
査方向の１ライン上の各画素を同時に照明し、同時に読
み取るようにする。

【００２７】光学系５は、ボールネジ２１に支持して、
ボールネジ２１を図では省略したモータにより回転させ
ることによって、図の左右方向に移動させ、これによっ
て、被読み取り画像１の副走査方向の読み取りを行う。

【００２８】図示するように、分光光源１０は左右に一
対、線対称に設ける。それぞれの分光光源１０は、図２
に示すように、線光源としての蛍光灯１１、反射板１
２、フィルタ保持筒１３、および遮光筒１５によって構
成する。

【００２９】反射板１２は、蛍光灯１１の後部側に設
け、蛍光灯１１から後部側に投射された光を反射して、
前部側に投射するものである。フィルタ保持筒１３は、
蛍光灯１１を取り囲むように蛍光灯１１と同軸に配置す
る。

【００３０】図３に示すように、フィルタ保持筒１３に
は、その周方向に、それぞれ長方形の１２枚の分光フィ
ルタ１４ａ，１４ｂ…を、３０度の間隔で、それぞれフ
ィルタ保持筒１３の軸に平行な方向に延長させて、取り
付ける。

【００３１】分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…は、例え
ば、それぞれガラス基板上に薄膜を蒸着した干渉フィル
タとして構成し、分光フィルタ１４ａが３８０〜４１０
ｎｍの波長帯域、分光フィルタ１４ｂが４１０〜４４０
ｎｍの波長帯域、というように、３８０〜７４０ｎｍの
可視光域を３０ｎｍ間隔で１２チャンネルに分割した波
長帯域を透過スペクトル半値幅とする狭帯域フィルタと
する。図５に、分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の分光透
過率の一例を示す。

【００３２】図２に示すように、遮光筒１５は、フィル
タ保持筒１３と同軸の円筒の一部に、その軸に平行な方
向に延長する窓１５ａを形成して、蛍光灯１１からの光
が窓１５ａの方向以外に漏れるのを防止する。

【００３３】この遮光筒１５内でフィルタ保持筒１３
を、図では省略したモータによって一方向に一定速度で
回転させることによって、分光フィルタ１４ａ，１４ｂ
…を順次、遮光筒１５の窓１５ａの位置に回転させ、蛍
光灯１１からの光を順次、上記の１２チャンネルの波長
帯域に分光する。

【００３４】このように分光された分光光源１０からの
光は、上述した主走査方向に帯状の照明光として、被読
み取り画像１に照射する。左右一対の分光光源では、常
に同一波長帯域の照明光が得られるように、それぞれの
フィルタ保持筒１３の回転を同期させ、その左右一対の
分光光源からの光を、被読み取り画像１の同一ライン上
に照射する。

【００３５】１次元アレイ状のＣＣＤセンサ９では、被
読み取り画像１からの１ライン分の反射光を、画素ごと
に検出して電気信号に変換する。フィルタ保持筒１３の
回転によって、被読み取り画像１に照射される光は、分
光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過波長帯域ごとに順
次、分光されたものとなるので、ＣＣＤセンサ９では、
分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過波長帯域ごとに順
次、反射光が検出される。

【００３６】さらに、図では省略したが、ＣＣＤセンサ
９からの検出信号は、デジタルデータに変換して、制御
用コンピュータに取り込む。そして、制御用コンピュー
タでは、分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過波長帯域
ごとの反射光検出データから、被読み取り画像１の、分
光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過波長帯域ごとの反射
率を検出する。

【００３７】この分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過
波長帯域ごとの反射率検出データは、一旦、制御用コン
ピュータのハードディスクに格納し、被読み取り画像１
の全領域の読み取りが終了した後、その反射率検出デー
タから、後述のように被読み取り画像１の各点の分光反
射率を推定し、その推定結果から、後述のように被読み
取り画像１の各点の機器に独立な色情報を算出する。

【００３８】さらに、この実施形態では、図４に示すよ
うに、フィルタ保持筒１３上のそれぞれの分光フィルタ
１４ａ…と重ねて、例えばゼラチンフィルタからなる光
量調整フィルタ（ＮＤフィルタ）１６ａ…を配置して、
分光フィルタ１４ａ…の透過率や、蛍光灯１１およびＣ
ＣＤセンサ９の分光特性にかかわらず、ＣＣＤセンサ９
から、上記の１２チャンネルの波長帯域の間で、被読み
取り画像１の反射率にほぼ比例する出力が得られるよう
にする。

【００３９】そのため、あらかじめ、図１に示した白色
基準板４を被読み取り画像として上述した読み取りを行
い、全ての分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…でＣＣＤセン
サ９の出力が等しくなるように、それぞれの光量調整フ
ィルタ１６ａ…を取り換え、調整する。具体的には、い
ずれの波長帯域でもＣＣＤセンサ９の出力信号が最大値
に近い値となるように調整する。例えば、ＣＣＤセンサ
９の出力信号を８ビット２５６階調のデジタルデータに
変換する場合、いずれの波長帯域でもＣＣＤセンサ９の
出力データ値が２５０となるように調整する。

【００４０】制御用コンピュータでの分光反射率の推定
は、分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…の透過波長帯域ごと
の反射率測定値（実測値）を、分光フィルタ１４ａ，１
４ｂ…の透過波長帯域の中心波長における反射率と仮定
して、実測値間はスプライン補間をすることによって、
５ｎｍ間隔の分光反射率を求める。図６に、実際に求め
た分光反射率の例を示す。黒の四角で示す点が実測値、
白の菱形で示す点がスプライン補間によって求められた
補間値である。

【００４１】被読み取り画像１の機器に独立な色情報と
して、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間で表された明度Ｌ^＊、
彩度Ｃ^＊および色相ｈ°を算出するには、推定した分光
反射率（分光感度分布）に対して標準光源の分光特性お
よび等色関数ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）を掛け合わ
せて積分し、三刺激値ＸＹＺを求める。具体的に、標準
光源としてはＤ５０、等色関数としては２度視野のもの
を用いる。等色関数の分光感度分布の一例を、図７に示
す。

【００４２】さらに、得られた三刺激値ＸＹＺから、 Ｌ^＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−１６ …（１） ａ^＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）^１／３−（Ｙ／Ｙｎ）^１／３］…（２） ｂ^＊＝２００［（Ｙ／Ｙｎ）^１／３−（Ｚ／Ｚｎ）^１／３］…（３） によって、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊を求める。

【００４３】また、彩度Ｃ^＊および色相ｈ°は、 Ｃ^＊＝［（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２］^１／２ …（４） ｈ°＝ｔａｎ^−１（ｂ^＊／ａ^＊） …（５） によって求める。

【００４４】また、ＲＧＢ色空間で表された色情報も同
時に算出し、制御用コンピュータのディスプレイ上にＲ
ＧＢデータによる画像を表示する。

【００４５】経時変化などによって蛍光灯１１やＣＣＤ
センサ９の分光特性が変化した場合には、図１に示した
白色基準板４を用いて校正する。すなわち、当初の設定
の場合と同様に、白色基準板４を被読み取り画像として
上述した読み取りを行い、全ての光学フィルタ１４ａ，
１４ｂ…でＣＣＤセンサ９の出力が等しくなるように、
それぞれの光量調整フィルタ１６ａ…を取り換え、調整
する。これによって、常に安定して被読み取り画像１の
分光反射率を求め、色情報を算出することができる。

【００４６】〔第２の実施形態〕図８および図９は、こ
の発明のカラー画像読み取り装置の第２の実施形態を示
す。

【００４７】この実施形態では、図８に示すように、被
読み取り画像１からの反射光をレンズ８で集光してＣＣ
Ｄセンサ９で検出するようにし、しかも、図９に示すよ
うに、ＣＣＤセンサ９を２つのＣＣＤセンサ９ａおよび
９ｂに分割し、レンズ８も２つのレンズ８ａおよび８ａ
に分けて、被読み取り画像１の一部領域１ａからの反射
光が２つのＣＣＤセンサ９ａおよび９ｂで同時に検出さ
れるように、ＣＣＤセンサ９ａ，９ｂおよびレンズ８
ａ，８ｂを配置する。

【００４８】この場合、重複した画像部分１ａについて
は、ＣＣＤセンサ９ａおよび９ｂからの２つの反射光検
出データの平均値を、その画像部分１ａの反射光検出デ
ータとして取り出し、以後の、それぞれの波長帯域の反
射率の検出、その検出結果からの分光反射率の推定を行
う。その他は、第１の実施形態と同じである。

【００４９】この実施形態では、被読み取り画像１から
ＣＣＤセンサ９（９ａ，９ｂ）までの反射光の光路長を
短くすることができ、装置の小型化が可能になる。

【００５０】ＣＣＤセンサ９を３つ以上に分割してもよ
く、より多くに分割することによって、より反射光の光
路長を短くすることができ、より装置を小型化すること
ができる。

【００５１】〔他の実施例〕光源としては、蛍光灯１１
以外に、キセノンランプやタングステンランプなどを用
いることができる。分光フィルタ１４ａ，１４ｂ…とし
ては、蒸着膜干渉フィルタ以外に、色ガラスフィルタな
どを用いることができる。さらに、分光手段としては、
分光フィルタ以外に、回折格子やプリズムなどを用いる
ことができる。また、光量調整手段としては、光量調整
フィルタ１６ａ…以外に、光源自体の発光エネルギーを
制御するようにしてもよい。

【００５２】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、読
み取り対象のカラー画像が有する色情報を、機器に独立
な色情報として、２次元位置情報を含んで、精度よく安
定して、しかも被読み取り画像の損傷をきたすことな
く、得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のカラー画像読み取り装置の第１の実
施形態を示す図である。

【図２】図１の装置の分光光源の一例を示す図である。

【図３】図２の分光光源のフィルタ保持筒を示す図であ
る。

【図４】光量調整手段の一例を示す図である。

【図５】分光フィルタの分光透過率の一例を示す図であ
る。

【図６】分光反射率の実測値およびスプライン補間によ
る補間値の一例を示す図である。

【図７】等色関数の分光感度分布の一例を示す図であ
る。

【図８】この発明のカラー画像読み取り装置の第２の実
施形態を示す図である。

【図９】図８の装置の要部を示す図である。

【符号の説明】

１…被読み取り画像 ２…用紙 ３…透明基板 ４…白色基準板 ５…光学系 ９，９ａ，９ｂ…ＣＣＤセンサ（反射光検出手段） １０…分光光源 １１…蛍光灯 １２…反射板 １３…フィルタ保持筒 １４ａ〜１４ｅ…分光フィルタ（分光手段） １５…遮光筒 １６ａ…光量調整フィルタ（光量調整手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 この光源からの光を順次、複数の波長帯域に分光して被
   読み取り画像に照射する分光手段と、 前記被読み取り画像に照射される光量を、前記複数の波
   長帯域ごとに調整する光量調整手段と、 前記被読み取り画像からの前記複数の波長帯域ごとの反
   射光を検出する反射光検出手段と、 その検出結果から前記被読み取り画像の分光反射率を推
   定し、その推定結果から前記被読み取り画像の機器に独
   立な色情報を算出するデータ処理手段と、 を備えることを特徴とするカラー画像読み取り装置。
2. 【請求項２】請求項１のカラー画像読み取り装置におい
   て、 前記分光手段は、前記複数の波長帯域のうちの、互いに
   異なる所定波長帯域のみを透過させ、それ以外の波長帯
   域は遮光する複数の分光フィルタを切り替えることによ
   って分光するものであることを特徴とするカラー画像読
   み取り装置。
3. 【請求項３】請求項１のカラー画像読み取り装置におい
   て、 前記光量調整手段は、これによって光量調整され、前記
   分光手段によって分光された光で、白色基準板を照明し
   たときの、前記反射光検出手段の出力が、前記複数の波
   長帯域の間で、ほぼ一定になるように光量調整すること
   を特徴とするカラー画像読み取り装置。
4. 【請求項４】請求項３のカラー画像読み取り装置におい
   て、 前記光量調整手段は、前記光源の発光エネルギーを制御
   することによって光量調整することを特徴とするカラー
   画像読み取り装置。
5. 【請求項５】請求項３のカラー画像読み取り装置におい
   て、 前記光量調整手段は、光量調整フィルタを切り替えるこ
   とによって光量調整することを特徴とするカラー画像読
   み取り装置。
6. 【請求項６】請求項１のカラー画像読み取り装置におい
   て、 前記反射光検出手段は、複数の受光素子に分割し、前記
   被読み取り画像の一部領域からの反射光を、その複数の
   受光素子で同時に受光することを特徴とするカラー画像
   読み取り装置。