JP2000184201A

JP2000184201A - 低ノイズのデジタル画像形成方法及びそのための画像検知システム

Info

Publication number: JP2000184201A
Application number: JP11334259A
Authority: JP
Inventors: 東泰 ▲リュ▼; Totai Ryu
Original assignee: Syscan Inc
Current assignee: Syscan Inc
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2000-06-30
Also published as: CN1176441C; CN1255688A; TW466872B

Abstract

(57)【要約】【課題】低ノイズのデジタル画像を形成する画像検知
モジュールを提供する。【解決手段】集積回路チップの画像センサからアナロ
グビデオ信号を受け；歪まされたアナログビデオ信号を
発生するために非線形伝達関数により、画像センサに結
合され、集積回路チップに集積されたプリアンプでアナ
ログビデオ信号を増幅し；歪まされたアナログビデオ信
号がデジタル化のために適切に処理された後に、歪まさ
れたアナログビデオ信号のデジタル化された信号を発生
するために歪まされたアナログビデオ信号をデジタル化
し、歪まされたアナログビデオ信号のデジタル化された
信号をアナログビデオ信号に近く表現されたデジタル信
号を発生するためにプリアンプで用いられた非線形マッ
ピング関数に関して補正する各段階からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像検知システムに
関し、より詳細には低ノイズのデジタル画像を形成する
画像検知モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ターゲットを後で解析し、プリンとし、
配布し、又はアーカイブしうる電子フォーマットに変換
する画像化システムを必要とする多くの応用が存在す
る。電子フォーマットは一般にターゲットのデジタル画
像である。画像化システムの典型的な例はスキャナーで
あり、ターゲットは本又は記事の紙片である。スキャナ
を通して紙片の電子又はデジタル画像が発生する。

【０００３】画像化システムは通常ターゲットを光学的
に画像に変換する画像検知モジュールを含む。検知モジ
ュールの鍵となる要素は画像センサ上に入射した光に応
答する光検知器の配列からなる画像センサである。光検
知器のそれぞれはターゲットから反射された光の強度を
表す電子信号を発生する。全ての光検知器からの電子信
号は読み出され、ターゲットのデジタル信号又は画像を
形成するためにアナログ／デジタル変換器を通してデジ
タル化される。

【０００４】画像センサの電子信号はシリアルに読み出
され、次にデジタル化のために処理され、それにより電
子信号は電子信号の品質を劣化させる多くの回路を通過
しする。例えば典型的には適切にデジタル化された信号
を発生するために電子信号を調整する利得／オフセット
調整回路又は電子信号を増幅する信号増幅器が存在す
る。電子信号がデジタル化される前に適切に処理される
が、これらの回路からのノイズ信号は電子信号に不可避
的に付加され、これはそれに続くデジタル信号にも伝搬
する。故に、後のデジタル化された信号のノイズ信号を
減少する手段を提供する解決策が望まれている。

【０００５】アナログ／デジタル変換器からの更なる量
子化ノイズは全ての変換誤差で極めて顕著である。ノイ
ズ形成（ｓｈａｐｉｎｇ）と結合されたオーバーサンプ
リング（信号帯域幅により必要とされるレートより高い
レートのサンプリング）がそのような変換ノイズを減少
するための解決策であるが、そのようなアナログ／デジ
タル変換器の設計は複雑であり高い設計コストを生ず
る。更にまた人間の視覚システムは画像の暗い領域での
変動に対して非常に高い感度を有することが知られてい
る。量子化ノイズは故に得られたデジタル画像の暗い領
域で非常に目立つ。故に画質を損なうことなく暗い領域
でのノイズの影響を緩和する解決策がまた必要とされて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題及
びニーズへの考察からなされ、スキャナ、デジタルカメ
ラ、コンピュータ視覚システムのような画像システムに
対して特に応用される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一特徴から、画
像検知モジュールは複数の光検知器と、非線形増幅器
と、補助回路からなる画像センサからなる。光検知器は
画像センサがターゲットを検知するよう励起されたとき
に電荷信号を発生する。光検知器からのこれらの電荷信
号は次にアナログビデオ信号として順次読み出される。
非線形増幅器は人間の視覚システムの感度特性に関して
得られた非線形伝達関数を好ましくは用いる。画像セン
サからのアナログビデオ信号を受ける場合に、非線形増
幅器は非線形伝達関数によりアナログビデオ信号から歪
んだアナログビデオ信号を発生する。歪んだアナログビ
デオ信号はそれに続くデジタル化のために補助回路で処
理される。アナログ／デジタル変換器は歪んだアナログ
ビデオ信号のデジタル化された信号を発生するよう歪ん
だアナログビデオ信号をデジタル化する。歪んだアナロ
グビデオ信号のデジタル化された信号は好ましくは元の
アナログビデオ信号に実質的に近いデジタル信号を発生
するために非線形増幅器で用いられる非線形伝達関数の
逆転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）から得られる。結果としてデ
ジタル信号のノイズはより可視的に目立たなくなる。

【０００８】本発明の他の特徴によれば非線形増幅器で
用いられる非線形伝達関数は元のアナログビデオ信号の
低い端の部分を伸張し、高い端の部分を収縮する目的を
有する非線形曲線である。低い端及び高い端の部分は低
い（弱い）及び高い（強い）強度の信号をそれぞれ意味
する。第一の目的は２倍であり、第一は所定のビット精
度で比較的高精度でデジタル化するために低い端部分を
拡大することであり、第二はデジタル化への経路に沿っ
て導入されたノイズを減少するためにデジタル化の後に
縮小される十分な強度を提供することである。

【０００９】本発明の更に他の特徴によれば歪んだアナ
ログビデオ信号のデジタル化された信号は例えば８ビッ
トフォーマットである第一のビット精度で表され、最終
的なデジタルは例えば１６ビットフォーマットの第二の
より高いビット精度で表される。利点はより高い精度で
デジタル信号を発生する一方で、低コストのＡ／Ｄ変換
器の使用が可能であることである。

【００１０】全く異なる目的のために非線形回路を用い
る従来技術のシステムと異なり、画像検知モジュールに
付加された予め歪まされた処理は画像センサとＡ／Ｄ変
換器との間の全ての回路及びＡ／Ｄ変換器それ自体から
の全体のノイズが減少され、更に得られたデジタル信号
の低い端部分のデジタル解像度は視覚的に改善されると
いう予想できない結果を与える。故により好ましいデジ
タル画像が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】上記の本発明の目的は以下に図面
を参照した実施例の説明により本発明の例で達成され
る。本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は以下に図
を参照した詳細な説明及び請求項により更に明確に理解
される。

【００１２】図面を参照するに、類似の符号は幾つかの
図を通して類似の部品を示す。図１は本発明が適用され
る画像化システム１００のシステム図を示す。用途に依
存して、画像化システム１００はターゲット１１０がデ
ジタル画像１２０に光学的に変換されるスキャナ、デジ
タルカメラ、又は画像収集システムを含むが、それには
限定されない。

【００１３】画像化システム１００がスキャナーである
ときにはターゲットは通常紙片のようなスキャン対象で
ある。画像化システム１００がデジタルカメラの時に
は、ターゲット１１０は光景又は一群の対象のような多
くの可能なものである。画像化システム１００が画像収
集システムであるときには、ターゲット１１０は検査さ
れる部品である。それにもかかわらず、画像化システム
１００から得られたものは常に同一であり、即ちターゲ
ット１１０のデジタル（白黒又はカラー）画像１２０で
ある。

【００１４】デジタル画像１２０は典型的には画素の配
列であり、各々は８ビットフォーマットで表される場合
には０から２５５の間の値を有し、他のビットフォーマ
ット（１０ビット、１２ビット、１４ビット、１６ビッ
ト．．．）で表される場合には異なる最大値を有する。
８ビットフォーマットではより詳細には、画素のクラス
ターが２５５の値を有する場合にはクラスターに対応す
るターゲット１１０の点は全て白である。逆に、画素の
クラスターが０の値を有する場合にはクラスターに対応
するターゲット１１０の点は全て黒である。画素が０か
ら２５５の間の値を有する場合にはターゲット１１０の
光の反射の変化を示す。画像化システム１００がカラー
を再現することが可能なときに、画像１２０は典型的に
は３つのそれぞれのグレースケール画像からなり、各々
は一般に赤、緑、青色強度画像を表す。換言すれば、タ
ーゲット１１９の各ドットは画像化システム１００によ
り形成されたカラー画像で［２３．４５｀１２９］のよ
うな３つの強度値ベクトルにより表される。

【００１５】実際の応用を無視して、画像システム又は
画像検知モジュール１００は少なくとも画像センサ１３
０及び光学システム１３２からなることが一般的に理解
される。光学システム１３２はターゲット１１０から画
像光を収集し、それを画像センサ１３０上に合焦し、そ
れによりターゲット１１０の画像が画像センサ１３０上
に投影される。ここで使われているように、画像又は入
射光はフロントライト光源により照明された（不透明
な）ターゲット１１０からの反射光又はバックライト光
源により照明された（透明）ターゲット１１０からの透
過光のいずれかを意味する。典型的には、複数の光検知
器からなる画像センサ１３０は相補的金属酸化物半導体
（ＣＭＯＳ）又は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）により製
造され、リニアセンサと称される一次元配列又はエリア
センサと称される二次元センサのいずれかとして構成さ
れる。光検知器は光に対して高度に感応性を有し、それ
ぞれは画像光の強度に関して比例する電荷信号を発生す
る。再びここで用いられる電荷信号という用語は入射光
により光検知器から発生された信号を意味する。更に詳
細には電荷信号はＣＭＯＳで放電信号を、又はＣＣＤの
ウエルとしてモデル化された光検知器の電荷信号（電
子）を意味する。

【００１６】画像センサ１３０の動作はしばしば２つの
プロセスを含み、第一は光積分処理、第二は読み出し処
理である。光積分処理では各光検知器は画像光の入射フ
ォトンを集積し、その集積は電荷信号に反映される。光
積分処理の後に、光検知器は更なるフォトンを捕捉する
のを停止する。一方で、光検知器は各光検知器の電荷信
号が読み出し回路１３２とプリアンプ１３６を介してア
ナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１４０へアナログビ
デオ信号としてそれぞれシリアルに読み出される間に読
み出し処理を開始する。

【００１７】Ａ／Ｄ変換器１４０は適切かつ続けてメモ
リ１５０に記憶されるデジタル信号に全ての光検知器か
らのアナログ信号をデジタル化する。典型的には画像化
システム１００は更にデジタル信号処理回路１６０を含
み、それは画像化システム１００の使用に依存して、適
切なデジタル画像又は信号を出力するためにデジタル信
号を調整し、補正し、前処理及び圧縮する。

【００１８】ノイズ源の前後関係から、図２は画像検知
モジュール２００の簡単な機能ブロック図を示す。画像
センサ２０２は電荷信号を発生するセンサデバイスを表
し、移行回路２０４は画像センサ２０２とＡ／Ｄ変換器
２０６との間の全ての回路を集合的に表し、Ａ／Ｄ変換
器２０６でデジタル化される電荷信号を準備する。主要
なノイズ源に関して、画像センサ２０２のセンサノイズ
信号Ｎｓ，移行回路２０４の回路ノイズ信号Ｎｃ、Ａ／
Ｄ変換器２０６の量子化ノイズ信号Ｎｑが存在する。全
体のノイズ信号Ｎｔｏｔａｌは以下のように表される：
Ｎｔｏｔａｌ＝Ｎｓ＋Ｎｃ＋Ｎｑ図３は如何なるノイズ
源も存在しないと仮定されたＡ／Ｄ変換器からのアナロ
グ信号の理想的なデジタル出力３０２が示される。図３
にはまたＮｔｏｔａｌがランダムノイズ信号として３０
４で示されている。Ｎｔｏｔａｌ３０４を入れて、実際
的なデジタル化された後の出力３０６が示される。換言
すればＮｔｏｔａｌ３０４は画像センサから発生された
アナログ信号が移行回路２０４とＡ／Ｄ変換器を通過し
たときに理想的なデジタル出力３０２に加えられてい
る。信号中の低振幅のノイズは明らかに知覚され、しば
しば人間の視覚システムにとって不快である。

【００１９】図４を参照するに、人間の視覚システムの
良く知られたイン／アウト感度曲線の近似された伝達関
数３１０が示される。これは入力が人間の視覚システム
に対して、如何にして（出力を）知覚されるかを示す。
曲線３１０は人間の視覚が高い入力（光が多い条件）よ
りも低い入力（光が少ない条件）でより感度が高い傾向
にあることを示す。換言すると、人間の目は画像の低い
強度での信号の強度差をより容易に検知することが可能
である。

【００２０】量子化された画像（又はデジタル表現）で
表されたときに、人間の目はジタル表現の高い端よりも
低い端でより明確に強度の差を見ることができる。人間
の視覚の振る舞いは感度曲線３１０を介してデジタル化
された入力３１２からの視覚化されたデジタル出力３１
４から更に説明される。より詳細には、デジタル化され
た入力３１２の低い端で、小さな変化Δｉｎは視覚化さ
れたデジタル化された出力３１４の低い端の大きな変化
Δｏｕｔとして知覚される。明らかに、変化がデジタル
出力の高い端３１２で生じたときにはこれの逆になり、
即ち、人間の目はデジタル表現の高い端の強度変化に対
して比較的鈍い。図４はデジタル出力の低い端のノイズ
信号は本来的に、視覚的に増幅され、人間の視覚システ
ムに対して視覚的に満足できるデジタル画像を形成する
ために減少されなければならない。

【００２１】図５は本発明の原理による一実施例を示
す。画像センサ４００は光検知器４０２に加えてマルチ
プレクサ４０４、非線形増幅器４０６からなる。付加的
なノイズを回避するために、マルチプレクサ４０４及び
非線形増幅器４０６は好ましくは光検知器４０２が製造
されたのと同じ材料で製造される。付加的なノイズの導
入を最小化するためにマルチプレクサ４０４と非線形増
幅器４０６の両方が同一の画像センサチップ上にあるこ
とが重要である。非線形増幅器４０６はマルチプレクサ
４０４を通して好ましくは選択された一以上の選択され
た非線形曲線を用いる。画像センサチップは画像化応用
に対してどの非線形曲線が最も適切かを決定するために
信号源に接続された付加的なコネクタを有する。適切な
曲線を選択するための回路設計は容易に設計されうる。
一の可能な設計はそれぞれ利用可能な曲線の一つに対応
する信号を選択するルックアップテーブルを用いること
である。他の可能な設計は入力のそれぞれが利用可能な
曲線の一つに対応する複数入力を用いることである。

【００２２】非線形増幅器４０６の目的の一つは以下に
詳細に説明する電荷信号へ導入されるノイズを減少する
ために光検知器４０２からの電荷信号を予め増幅し又は
予め歪ませることである。特に、図６は本発明の一実施
例による非線形増幅器４０６の非線形特性４２０を示
す。入力信号４２２は例えば以下のような非線形伝達関
数により出力信号４２４を出力する非線形増幅器４０６
に示される：Ｏｕｔｐｕｔ＝Ｆ（ｉｎｐｕｔ）ここでＦは図６に一例として示され、入力（電子）信号
４２２を出力信号４２４にマップする非線形伝達関数で
ある。代替的に増幅伝達曲線４２０と称される非線形伝
達関数は典型的には連続であり更に可逆である。一の例
示的な非線形関数はｏｕｔｐｕｔ＝ｌｏｇ（ｉｎｐｕ
ｔ）であり対応する可逆な関係はｉｎｐｕｔ＝ｅｘｐ
（ｏｕｔｐｕｔ）である。示された非線形特性の故に、
入力信号４２４の低い端部分４２６が”伸張される”一
方で、入力信号４２４の高い端部分４２８は”縮められ
る”。

【００２３】予め歪まされ、又は増幅された信号４２４
は次に移行回路４０８に送られ、予め歪まされた信号４
２４のデジタル化されたバージョンを発生するＡ／Ｄ変
換器４１０でデジタル化される。入力信号４２２の低い
端部分Ｓ_Lはｋ（≒Δｏｕｔ／Δｉｎ）倍だけ伸張さ
れ、次に非線形増幅器４０６からの低い端の部分Ｓ_Lの
出力Ｓ’_Lは以下のように記載される：Ｓ’_L＝ｋ（Ｓ_L＋Ｎ_S）信号Ｓ_Lは移行（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ）回路４０
８を通過した後に、全てのノイズ源を含む新たな信号
Ｓ”_Lが以下のように表される：Ｓ”_L＝ｋ（Ｓ_L＋Ｎ_S）＋Ｎ_c＋Ｎ_q ここでＳ_Lへの増幅効果は一般性を失わずに簡単のため
に１とされている。結果としてＳ”_Lは予め歪まされた
入力信号４２２の低い端部分Ｓ_Lのデジタル化されたバ
ージョンを発生するＡ／Ｄ変換器４１０でデジタル化さ
れる。

【００２４】光検知器４０２からの電子信号の低い端の
部分Ｓ_Lを回復し、又は一般化するために予め歪まされ
た入力信号４２２の低い端部分Ｓ’_Lは逆転プロセスで
補正されなければならず、即ちの低い端部分Ｓ_Lを回復
するためにｋ倍縮小されなければならない。逆転処理は
図１のデジタル信号処理回路１６０で処理され、又は画
像検知システムが結合されたホストコンピュータで実行
される。如何にして逆転処理がなされるかを無視して、
逆転処理の目的の一つは以下のように同一の係数ｋによ
りＳ”_Lを縮小することである。

【００２５】

【数１】

【００２６】換言すると、ノイズＮ_c＋Ｎ_qは光検知器
からの元の電子信号から変換された得られたデジタル信
号に対して有害に影響することなしに係数ｋにより実質
的に縮小される。減少されたノイズに加えて、アナログ
信号の低い端部分の異なる入力レベルの分解能又は数は
実質的に増加され、又は”詳細化”される。異なる入力
レベルの分解能又は数はアナログ／デジタル変換器が異
なる出力コード（デジット）により表されるものを決定
する。詳細な低い端部分を有する利点はデジタル画像の
ダイナミックレンジを視覚的に増加し、人間の視覚シス
テムに対してより快適な視覚的な効果を提供することで
ある。

【００２７】図７を参照するに、リニア信号５０２の低
い端部分又はデジタル化された画像センサからのアナロ
グ信号が示されている。水平軸５０６は垂直デジタル軸
５０４上のディジットにより表された入力アナログ信号
の分解能を示す。信号５０２がリニアに増加する故に、
信号５０２は軸５０４に沿ってリニアに増加されたディ
ジットにより表される。

【００２８】信号５０２が図８の４０２のような所定の
非線形（特性）曲線により図７の非線形増幅器４０６に
より増幅されるときに、図８は増幅された又は歪まされ
た信号５１０を示す。増幅された信号５１０がデジタル
化されたときに、デジタル分解能は信号５０２に関して
顕著に増加される。増幅された信号５１０の低い端部分
はより正確にデジタル化される。図に示されるように、
０．０５からの微分（ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）がここで
は示される。同一の精度が例えば９ビットデジタル表現
のようなより高いビット表現を用いることによってのみ
達成される。より詳細には、元の８ビット精度は０．５
を表さず、ここでは例えば０００００００１０のような
９ビット精度フォーマットにより表される。

【００２９】人間の視覚システムの特性の利点を生かす
ために低い端部分を強調し、高い端部分を強調しないた
めにアナログ信号を非線形に増幅する一方で、低いビッ
トデジタル表現（例えば８ビットＡ／Ｄ変換器）はより
高いビットのデジタル表現と視覚的に等価な品質を達成
しうる。これは高品質な画像を達成するために高精度Ａ
／Ｄ変換器をしばしば用いる従来のシステムとは根本的
に違っている。

【００３０】本発明の原理の更なる理解のために、図９
は本発明の一実施例により検知モジュール６００の内部
機能ダイアグラムを示す。図示されるように、それぞれ
制御信号により制御されるそれぞれの赤色ＬＥＤ６０
４、緑色ＬＥＤ６０６、青色ＬＥＤ６０８から好ましく
はなる光パイプ６０２が存在する。ＬＥＤ制御信号は典
型的には制御信号回路（図示せず）から提供され、画像
センサ６１２の動作と同期される。

【００３１】ロッドレンズ配列６１０は赤色ＬＥＤ６０
４、緑色ＬＥＤ６０６、青色ＬＥＤ６０８の一つにより
照明されるスキャン対象からの入射光を収集し、それを
画像センサ６１２上に合焦する。画像センサ６１２は複
数の光検知器からなる。光検知器の各々は各積分処理中
にその上に投射された光を収集し、電荷信号を発生す
る。積分処理の終了で、それぞれが光検知器の一つによ
り発生された電荷信号は制御信号回路からの制御信号に
より制御された読み出しスイッチ配列６１６を介してス
キャン（アナログ）信号として順次読み出される。画像
センサ６１２がＣＭＯＳ型センサであるとすると、それ
についての記載はＣＣＤ型のセンサに対しても同様に働
くことが当業者に明らかである。また画像センサ６１２
が複数のより短いリニアセンサからなる細長いリニアセ
ンサであり、画像センサ６１２の長さはスキャンしよう
としているドキュメント画像センサ６１２の最大の大き
さに依存して延在されることが図示されている。

【００３２】スイッチ配列６１６は画像配列６１２の光
検知器の数と同じ数の読み出しスイッチからなる。読み
出しスイッチの各々は適切な電圧がそれにわたり印加さ
れたときに”オン”又は”導通”するダイオードにより
形成されることは当業者には明らかである。図に示され
るように、スキャン信号は非線形曲線によりスキャン信
号を増幅する非線形増幅器６１８で受信される。好まし
い実施例では非線形増幅器６１８は一組の選択可能な非
線形曲線を含み、各々は特殊な特性を有する。非線形増
幅器６１８に印加された選択信号６２２は非線形増幅器
６１８を選択可能な非線形曲線の一つに適合する。他の
実施例では、マルチプレクサが画像センサ６１２を非線
形増幅器６１８に結合する。スキャン信号を受けるマル
チプレクサは選択信号６２２により制御され、スキャン
信号が選択信号６２２により特定の非線形曲線を有する
非線形増幅器６１８上に送られることを確実にする。

【００３３】処理回路６１９は所望の調整に関して利得
及びオフセット調整をなし、続いて、Ａ／Ｄ変換器でデ
ジタル化されるよう準備された信号Ｖｏｕｔとして順次
出力される。図１０を参照するに、一実施例による本発
明の処理のフローチャートを示す。７０２でアナログビ
デオ信号は画像センサがターゲットを検知するために動
作するときに画像センサから発生される。アナログビデ
オ信号は画像センサがリニアセンサである場合にはスキ
ャンラインを表し、アナログビデオ信号は画像センサが
エリアセンサの場合に二次元の場面を表す。

【００３４】アナログビデオ信号が７０４で非線形マッ
ピング関数によりプリアンプで歪まされ、又は予め増幅
される。プリアンプからの出力は歪まされたアナログビ
デオ信号である。７０６では歪まされたアナログビデオ
信号はゲイン／オフセット調整を含むデジタル化のため
のよう井をなすよう処理される。７０８ではＡ／Ｄ変換
器は歪まされたアナログビデオ信号を受け、例えば８ビ
ットフォーマットである第一の分解能で歪まされたアナ
ログビデオ信号のデジタル化された信号を発生する。歪
まされたアナログビデオ信号のデジタル化された信号は
歪まされたアナログビデオ信号のデジタル化された信号
からアナログビデオ信号のデジタル化された信号からア
ナログビデオ信号のデジタル信号を回復し、典型的には
アナログビデオ信号のデジタル信号は例えば１６ビット
フォーマットのような第二の分解能で表される。

【００３５】上記のように、７０４で用いられた伝達関
数の逆関数がアナログビデオ信号のデジタル信号を一般
化し、又は回復する。一般的に、逆関数化された伝達関
数を得る方法は少ない。本発明の一実施例により、経験
的なアプローチが用いられる。より詳細には一枚の白い
紙のような均一の白いスキャン用のシートはまず使用さ
れ、それの歪まされた信号が光強度を調整するために７
０８で発生される。光強度は好ましくはリニアな方法で
７０７で増加するように調整される。白いスキャン用の
シートに対する各増加された光強度に対する歪まされた
信号配列が得られた後に、逆関数化された伝達関数を得
るための処理は７０９でなされ、これは典型的にはホス
トコンピュータによりなされ、以下により詳細に説明す
る。簡単化のために、伝達関数の逆関数を得る方法は通
常の処理と一緒に示され、典型的には新たな”歪み”伝
達関数が決定されたときに処理は一回のみしか発生しな
いことは当業者には明らかである。

【００３６】図１１はＡ／Ｄ変換器から図８に示される
ような歪まされたアナログビデオ信号５１０のデジタル
化された信号８０２を示す。デジタル化された信号８０
２は歪まされたアナログビデオ信号５１０に用いられた
伝達関数の逆関数によりもとのアナログビデオ信号のデ
ジタル信号に実質的に近接する。デジタル信号を得るた
めの好ましい方法の一つはホストコンピュータで実行さ
れたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いることであ
る。典型的にはスキャナーはホストコンピュータととも
に動作し、デジタル化された信号８０２はホストコンピ
ュータに転送（又はダウンロード）される。現在のコン
ピュータのほとんどは１６ビットより大きなデータ精度
で動作する一方で典型的なスキャナのＡ／Ｄ変換器は８
ビット精度である。ホストコンピュータで得られるより
高いデータ精度は付加的な可視的量子ノイズを導入する
ことなしに元のアナログビデオ信号のデジタル信号を正
確に一般化するために必要なデータ精度を提供する。

【００３７】図１２は入力列８０４及び出力列８０６を
有するＬＵＴ８００を示す。入力列８０４はアナログビ
デオ信号５１０の８ビットのデジタル表現からなり、出
力列８０６は対応する出力を１６ビットで表示する。入
力列８０４と出力列８０６との間の関係はビデオアナロ
グ信号を歪ませるために用いられた伝達関数の逆の関係
になっていることは当業者には明らかである。図１３は
入力と出力との間の逆の関係８１０を示す。曲線８１０
は図１０の７０７と７０９を含む初期処理から得られ、
図１２の入力列８０４から出力列８０６へのマッピング
を表現する。

【００３８】上記のように、本発明の目的の一つはより
正確にサンプリングためにその部分を伸張することによ
り信号の低い端のノイズを最小化することである。信号
の低い端の詳細を保存し、量子化ノイズの更なる導入を
最小化するためにデータフォーマットのより高い精度が
用いられる。より詳細には８ビットデータフォーマット
は例えば１６ビットのような８ビットより大きなデータ
フォーマットに変換される。上記からわかるように、こ
の変換は信号の低い端の詳細な精度が図１２に示される
例のように保存されるような逆転関係に従う。

【００３９】予め歪ませる処理を付加することは予期し
得ない結果をもたらし、画像センサとＡ／Ｄ変換器との
間の全ての回路及びＡ／Ｄ変換器それ自体からのノイズ
全体が減少され、更に得られたデジタル信号の低い端部
分のデジタル分解能は視覚的に改善され、他方でこの処
理は得られたデジタル信号の高い端部分への影響を最小
化する。従って、より好ましいデジタル画像が得られ
る。

【００４０】本発明はある程度特定に十分詳細に説明さ
れてきた。実施例の開示は例示のみであり、多くの変更
が配置及び部品の組合せで本発明の精神及び請求項の範
囲から離れることなくなされうることは、当業者には明
らかである。従って、本発明の範囲は上記の実施例では
なく、請求項によって決定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像センサを用いた画像化システムを示す概略
図である。

【図２】図１の画像化システムの簡単化された機能ブロ
ックのノイズ源の概略を示す。

【図３】信号源からの実際のノイズのような如何なるノ
イズ源も存在しない場合のＡ／Ｄ変換器からのアナログ
信号の理想的な出力及び埋め込まれたノイズを有する実
際のデジタル化された出力をそれぞれ示す。

【図４】人間の視覚システムの良く知られたイン／アウ
ト感度曲線を通した入力からの視覚的出力を示す。

【図５】本発明の原理による画像センサの一実施例を示
す。

【図６】図５の実施例による非線形増幅器の非線形特性
を示す。

【図７】デジタル化された画像センサからのリニア信号
又はアナログ信号の低い端部分を示す。

【図８】デジタル化された図７の増幅された信号を示
す。

【図９】本発明の一実施例による画像検知モジュールの
内部機能を示すブロック図である。

【図１０】一実施例による本発明のプロセスフローチャ
ートを示す。

【図１１】元のアナログビデオ信号のデジタル表現を得
るためのプロセスを示す。

【図１２】元のアナログビデオ信号のデジタル表現を得
るためのプロセスを示す。

【図１３】元のアナログビデオ信号のデジタル表現を得
るためのプロセスを示す。

【符号の説明】

１００画像化システム１１０ターゲット１２０デジタル画像１３０画像センサ１３２光学システム１３６プリアンプ１４０アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１５０メモリ１６０デジタル信号処理回路２０２画像センサ２０４移行回路２０６Ａ／Ｄ２０８デジタル出力３０２理想的なデジタル出力３０４ランダムノイズ３０６出力３１０伝達関数３１２デジタル化された入力３１４デジタル出力４００センサ４０２光検知器４０４マルチプレクサ４０６非線形増幅器４０８移行回路４１０Ａ／Ｄ４１２デジタル出力４２０非線形特性４２２入力信号４２４出力信号５０２リニア信号５０４垂直軸５０６水平軸５１０増幅された信号６００検知モジュール６０２光パイプ６０４赤色ＬＥＤ６０６緑色ＬＥＤ６０８青色ＬＥＤ６１２画像センサ６１６読み出しスイッチ配列６１８非線形増幅器６１９処理回路６２２選択信号８００ＬＵＴ８０２デジタル化された信号８０４入力列８０６出力列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集積回路チップの画像センサからアナログ
ビデオ信号を受け；歪まされたアナログビデオ信号を発
生するために非線形伝達関数により、画像センサに結合
され、集積回路チップに集積されたプリアンプでアナロ
グビデオ信号を増幅し；歪まされたアナログビデオ信号
がデジタル化のために適切に処理された後に、歪まされ
たアナログビデオ信号のデジタル化された信号を発生す
るために歪まされたアナログビデオ信号をデジタル化
し、歪まされたアナログビデオ信号のデジタル化された信号
をアナログビデオ信号に近く表現されたデジタル信号を
発生するためにプリアンプで用いられた非線形マッピン
グ関数に関して補正する各段階からなる減少されたノイ
ズを有するデジタル画像を形成する方法。
【請求項２】画像センサは複数の光検知器からなり、
その各々は画像センサがターゲットを検知するように動
作するときに電荷信号を発生し各光検知器からの該電荷
信号はアナログビデオ信号として順次読み出される請求
項１記載の方法。
【請求項３】集積回路チップは相補的金属酸化物半導
体である請求項２記載の方法。
【請求項４】プリアンプのアナログビデオ信号を該増
幅することは集積回路チップに印加された選択信号によ
り非線形伝達関数が決定される段階を更に含む請求項１
記載の方法。
【請求項５】非線形伝達関数はアナログビデオ信号の
低い端部分を伸張させ、アナログビデオ信号の高い端部
分を収縮させる請求項４記載の方法。
【請求項６】伝達関数は人間の視覚システムの視覚的
感度特性から得られる請求項５記載の方法。
【請求項７】該視覚的感度特性は専用回路の非線形特
性により近似される請求項６記載の方法。
【請求項８】歪まされたアナログビデオ信号のデジタ
ル化された信号の該補正はアナログビデオ信号を増幅す
るためにプリアンプで用いられる非線形伝達関数から逆
転された伝達関数を決定し；アナログビデオ信号のデジ
タル信号を得るために伝達関数に関して歪まされたアナ
ログビデオ信号のデジタル化された信号を順次マッピン
グする各段階を更に含む請求項５記載の方法。
【請求項９】伝達関数の該決定は調整された光強度に
それぞれ対応するテスト信号の配列を発生し；各テスト
信号が対応する調整された光強度に関してどれくらい歪
まされるかを決定し；各テスト信号をプリアンプの非線
形伝達関数により歪まされていない場合にあるレベルに
補正する伝達関数を一般化する各段階を含む請求項８記
載の方法。
【請求項１０】歪まされたアナログビデオ信号のデジ
タル化された信号は第一のビット精度で表され、アナロ
グビデオ信号に近く表されたデジタル信号は第二のビッ
ト精度で表される請求項８記載の方法。
【請求項１１】第二のビット精度は第一のビット精度
より大きい請求項１０記載の方法。
【請求項１２】画像センサがターゲットを検知するよう
動作するときにアナログ信号を発生する集積回路チップ
の画像センサと；集積回路チップに集積され、歪まされ
たアナログ信号を発生するために所定の非線形伝達関数
によりアナログ信号を増幅する、画像センサと結合さ
れ、それからアナログ信号を受ける非線形増幅器と；歪
まされたアナログ信号のデジタル化された信号を発生す
るために歪まされたアナログ信号を受け、デジタル化す
るアナログ／デジタル変換器とからなる減少されたノイ
ズを有する改善された画像化システム。
【請求項１３】非線形増幅器とアナログ／デジタル変換
器との間に結合され、歪まされたアナログ信号がアナロ
グ／デジタル変換器で適切にデジタル化されるように歪
まされたアナログ信号を処理する移行回路を更に含む、
請求項１２記載の画像化システム。
【請求項１４】アナログ／デジタル変換器に結合され、
それから歪まされたアナログ信号のデジタル化された信
号を受け、歪まされたアナログ信号のデジタル化された
信号を所定の非線形伝達関数から逆転された伝達関数に
よりアナログ信号のデジタル信号に変換することにより
アナログ信号のデジタル信号を形成するデジタル処理補
正回路を更に含む、請求項１２記載の画像化システム。
【請求項１５】非線形増幅器は非線形増幅器へのアナ
ログ信号が選択可能な非線形関数の一つに関して増幅さ
れるように一組の選択可能な非線形伝達関数を含む請求
項１２記載の画像化システム。
【請求項１６】集積回路チップに集積され、制御入力を
有する選択回路を更に有し、該選択回路は非線形増幅器
に結合され、選択回路が制御入力で選択信号を受けると
きに非線形増幅器が選択可能な非線形関数の特定の一つ
に適合されるようにする請求項１５記載の画像化システ
ム。
【請求項１７】アナログ／デジタル変換器に結合され、
それから歪まされたアナログ信号のデジタル化された信
号を受け、歪まされたアナログ信号のデジタル化された
信号を所定の非線形伝達関数から逆転された伝達関数に
よりアナログ信号のデジタル信号に変換することにより
アナログ信号のデジタル信号を形成するデジタル処理補
正回路を更に含む、請求項１６記載の画像化システム。
【請求項１８】非線形増幅器はｎ個の入力を含み、こ
のｎ個の入力のそれぞれは選択可能な非線形関数の一つ
に対応し、アナログ信号を受けるときにアナログ信号が
ｎ個の入力のそれぞれに割り当てられた選択可能な非線
形関数の一つに関して増幅される請求項１５記載の画像
化システム。
【請求項１９】集積回路チップに集積され、制御入力
を有する選択回路を更に有し、該選択回路はｎ個の出力
を有するマルチプレクサであり、ｎ個の出力のそれぞれ
が非線形増幅器のｎ個の入力の一つと通信し、マルチプ
レクサは画像センサからのアナログ信号を受け、アナロ
グ信号を選択信号を受けたｎ番目の出力と通信する請求
項１８記載の画像化システム。
【請求項２０】ホストコンピュータのマイクロプロセッ
サにロードされ、実行されるルックアップテーブルを更
に含み、該ルックアップテーブルは歪まされたアナログ
信号のデジタル化された信号を順次受け、所定の非線形
伝達関数の逆関数から得られた伝達関係によりアナログ
信号のデジタル信号を順次出力する請求項１２記載の画
像化システム。
【請求項２１】歪まされたアナログ信号のデジタル化
された信号はｎビットデータ精度を有し、ルックアップ
テーブルからのデジタル信号出力は少なくとも（ｎ＋
１）ビットデータ精度を有する請求項２０記載の画像化
システム。
【請求項２２】相補的金属酸化物半導体の画像センサか
らアナログビデオ信号を受け；歪まされたアナログビデ
オ信号を発生するためにアナログビデオ信号の低い端部
分を伸張させ、アナログビデオ信号の高い端部分を収縮
させる非線形伝達関数によりアナログビデオ信号を増幅
し；歪まされたアナログビデオ信号がデジタル化のため
に処理された後に、歪まされたアナログビデオ信号のデ
ジタル化された信号を発生するために歪まされたアナロ
グビデオ信号をデジタル化し；ルックアップテーブルを
実行するためにホストコンピュータにデジタル化された
信号をダウンロードし；アナログビデオ信号に実質的に
近く表現されたデジタル信号を発生するためにルックア
ップテーブルを通してデジタル化された信号を変換する
各段階からなり、ルックアップテーブルはアナログビデ
オ信号を歪ませるために用いられた非線形マッピング関
数の逆転から得られた入出力関係を維持する減少された
ノイズを有するデジタル画像を形成する方法。
【請求項２３】歪まされたアナログ信号のデジタル化
された信号はｎビットデータ精度を有し、ルックアップ
テーブルからのデジタル信号出力は少なくとも（ｎ＋
１）ビットデータ精度を有する請求項２２記載の方法。