JP2002016770A - 二重解像度フォトセンサから最良のイメージを決定する装置 - Google Patents
二重解像度フォトセンサから最良のイメージを決定する装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低解像度センサ信号の改善されたSN特性を、
高解像度信号からの高い空間周波数情報を失うことなく
該高解像度信号と組み合わせることを可能にすること。 【解決手段】 二重解像度CCDにより生成された低解像
度・高SN比情報を高解像度・低SN比情報と組み合わせる
方法。
高解像度信号からの高い空間周波数情報を失うことなく
該高解像度信号と組み合わせることを可能にすること。 【解決手段】 二重解像度CCDにより生成された低解像
度・高SN比情報を高解像度・低SN比情報と組み合わせる
方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に二重の解像
度(dual resolution)を有する１つ又は２つ以上のフォ
トセンサを有するイメージ獲得装置に関するものであ
る。該フォトセンサ又はフォトセンサアレイは、一組の
高解像度の光素子(photo element)と一組の低解像度の
光素子とを有している。イメージ中の低信号強度及び低
空間周波数を有する領域で高解像度信号の代わりに低解
像度信号を用いることにより、該イメージの信号対ノイ
ズ比（SN比）を改善することができる。
度(dual resolution)を有する１つ又は２つ以上のフォ
トセンサを有するイメージ獲得装置に関するものであ
る。該フォトセンサ又はフォトセンサアレイは、一組の
高解像度の光素子(photo element)と一組の低解像度の
光素子とを有している。イメージ中の低信号強度及び低
空間周波数を有する領域で高解像度信号の代わりに低解
像度信号を用いることにより、該イメージの信号対ノイ
ズ比（SN比）を改善することができる。
【０００２】
【従来の技術】デジタルスキャナは、典型的には１頁分
の領域をフォトセンサ上に集束させることによりイメー
ジを生成する。該フォトセンサは、典型的には電荷結合
素子（CCD）である。CCDは、典型的には１行の感光性素
子から構成される。該１行の素子は、典型的にはスキャ
ナベッドの幅にわたってイメージを形成する。スキャナ
ベッドを横切る幅は、典型的にはx方向と呼ばれ、スキ
ャナベッドの長軸に沿った長さは、典型的にはy方向と
呼ばれる。一頁分のイメージを生成するために、該１行
のフォトセンサが典型的にはy方向に沿って移動され、x
方向に沿った各行に対応する露光を獲得する。x方向に
おけるスキャナの光学的な解像度は、CCDにおける感光
性素子の数を頁の幅で除算した数に等しい。y方向にお
けるスキャナの解像度は、y方向に沿ったCCDの移動速度
とCCDの露光率との関数となる。
の領域をフォトセンサ上に集束させることによりイメー
ジを生成する。該フォトセンサは、典型的には電荷結合
素子（CCD）である。CCDは、典型的には１行の感光性素
子から構成される。該１行の素子は、典型的にはスキャ
ナベッドの幅にわたってイメージを形成する。スキャナ
ベッドを横切る幅は、典型的にはx方向と呼ばれ、スキ
ャナベッドの長軸に沿った長さは、典型的にはy方向と
呼ばれる。一頁分のイメージを生成するために、該１行
のフォトセンサが典型的にはy方向に沿って移動され、x
方向に沿った各行に対応する露光を獲得する。x方向に
おけるスキャナの光学的な解像度は、CCDにおける感光
性素子の数を頁の幅で除算した数に等しい。y方向にお
けるスキャナの解像度は、y方向に沿ったCCDの移動速度
とCCDの露光率との関数となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】今日、購入に当たって
の主な判断基準の一つは、スキャナの光学解像度であ
る。このため、スキャナ製造者は、スキャナの光学解像
度を増大させようとする傾向にある。所与のCCDダイサ
イズに対し、x方向の光学解像度が増大するにつれてフ
ォトセンサ素子のサイズが小さくなる。CCDダイサイズ
は、CCDの価格を妥当なレベルに保つよう抑えられる。
典型的には、CCDは、３行（赤色光、緑色光、及び青色
光の検出用に１行ずつ）の感光性素子を有している。該
３行の感光性素子間の間隔は、スキャナに必要となるメ
モリ量を決定する一つの要因である。各行間のライン間
隔が大きいほど、より多くのメモリが必要となる。残念
なことに、感光性素子の行間にはシフトレジスタもまた
必要となる。各行の間の間隔、及び各行中の素子の数
は、各シフトレジスタのサイズを制限するものとなる。
シフトレジスタのサイズが小さいほど、かかるシフトレ
ジスタの信号伝達能力が低くなり、その結果としてSN比
が低くなる。図１は、低解像度CCD及び高解像度CCDにつ
いてSN比と絶対信号レベルとの関係を示したグラフであ
り、それらCCDは、同一のダイサイズ及びライン間隔を
有するものである。ノイズの増大は、暗いイメージ領域
において大きな問題となる。これは２つの理由による。
第１に、イメージ信号が低い場合には、ノイズ源が相対
的に大きくなり、これは暗いイメージ領域におけるSN比
に悪影響を与えるものとなる。第２に、人間の視覚系
は、暗いイメージ領域におけるノイズにより敏感であ
る。
の主な判断基準の一つは、スキャナの光学解像度であ
る。このため、スキャナ製造者は、スキャナの光学解像
度を増大させようとする傾向にある。所与のCCDダイサ
イズに対し、x方向の光学解像度が増大するにつれてフ
ォトセンサ素子のサイズが小さくなる。CCDダイサイズ
は、CCDの価格を妥当なレベルに保つよう抑えられる。
典型的には、CCDは、３行（赤色光、緑色光、及び青色
光の検出用に１行ずつ）の感光性素子を有している。該
３行の感光性素子間の間隔は、スキャナに必要となるメ
モリ量を決定する一つの要因である。各行間のライン間
隔が大きいほど、より多くのメモリが必要となる。残念
なことに、感光性素子の行間にはシフトレジスタもまた
必要となる。各行の間の間隔、及び各行中の素子の数
は、各シフトレジスタのサイズを制限するものとなる。
シフトレジスタのサイズが小さいほど、かかるシフトレ
ジスタの信号伝達能力が低くなり、その結果としてSN比
が低くなる。図１は、低解像度CCD及び高解像度CCDにつ
いてSN比と絶対信号レベルとの関係を示したグラフであ
り、それらCCDは、同一のダイサイズ及びライン間隔を
有するものである。ノイズの増大は、暗いイメージ領域
において大きな問題となる。これは２つの理由による。
第１に、イメージ信号が低い場合には、ノイズ源が相対
的に大きくなり、これは暗いイメージ領域におけるSN比
に悪影響を与えるものとなる。第２に、人間の視覚系
は、暗いイメージ領域におけるノイズにより敏感であ
る。
【０００４】この問題に対する解決法の一つが、２つの
異なる解像度を有するCCDである。該CCDは、１行の高解
像度フォトセンサと１行の低解像度フォトセンサとを有
している。高解像度フォトセンサの行は、典型的には低
解像度フォトセンサの行の解像度の２倍である。カラー
スキャナは、典型的には各色（赤、緑、及び青）毎に１
行ずつ計３行のフォトセンサを有している。二重解像度
カラーCCDは、各解像度毎に３行ずつ計６行のフォトセ
ンサ素子を有している（図２を参照）。このスキャナ
は、高解像度のスキャンに高解像度CCDを使用し、低解
像度のスキャンに低解像度CCDを使用する。残念なこと
に、これは、低解像度及び高SN比のフォトセンサをスキ
ャナが使用する場合の低解像度スキャンに関するノイズ
の問題しか解決しないものである。したがって、低解像
度センサ信号の改善されたSN特性を、高解像度信号から
の高い空間周波数情報を失うことなく該高解像度信号と
組み合わせることができるシステムが必要とされてい
る。
異なる解像度を有するCCDである。該CCDは、１行の高解
像度フォトセンサと１行の低解像度フォトセンサとを有
している。高解像度フォトセンサの行は、典型的には低
解像度フォトセンサの行の解像度の２倍である。カラー
スキャナは、典型的には各色（赤、緑、及び青）毎に１
行ずつ計３行のフォトセンサを有している。二重解像度
カラーCCDは、各解像度毎に３行ずつ計６行のフォトセ
ンサ素子を有している（図２を参照）。このスキャナ
は、高解像度のスキャンに高解像度CCDを使用し、低解
像度のスキャンに低解像度CCDを使用する。残念なこと
に、これは、低解像度及び高SN比のフォトセンサをスキ
ャナが使用する場合の低解像度スキャンに関するノイズ
の問題しか解決しないものである。したがって、低解像
度センサ信号の改善されたSN特性を、高解像度信号から
の高い空間周波数情報を失うことなく該高解像度信号と
組み合わせることができるシステムが必要とされてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、低解像度・高
SN比の情報を、二重解像度CCDにより生成された高解像
度・低SN比情報と組み合わせる方法を提供する。
SN比の情報を、二重解像度CCDにより生成された高解像
度・低SN比情報と組み合わせる方法を提供する。
【０００６】本発明のその他の実施態様及び利点は、本
発明の原理を例示する図面に関連する以下の詳細な説明
から明らかとなろう。
発明の原理を例示する図面に関連する以下の詳細な説明
から明らかとなろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】高解像度CCDからの高い空間情報
を失うことなく高解像度情報に低ノイズ情報を組み合わ
せることができるシステムは、二重解像度CCDを用いて
生成されたイメージを改善することができる。
を失うことなく高解像度情報に低ノイズ情報を組み合わ
せることができるシステムは、二重解像度CCDを用いて
生成されたイメージを改善することができる。
【０００８】CCDは、多くの異なるノイズ源を有してい
る。これらのノイズ源のいくつかは、感光性素子により
収集される信号レベルとは無関係なものである。他のノ
イズ源は、感光性素子により収集される電荷の絶対信号
レベルに依存するものである。ダイサイズ、ライン間
隔、及び感光性素子に入射する光量が同じである場合に
は、より低解像度のCCDの方がより高解像度のCCDよりも
良好なSN比を有する。SN比がしきい値（典型的には30：
1）を越えると、人間の眼はもはや差を感じることがで
きない。したがって、CCDから到来する信号の強度が3
0：1よりも低いSN比に相当する場合には、低解像度CCD
から来る信号が、選択されるべき最良の信号である。し
たがって、二重解像度CCDからの情報を組み合わせる本
発明の方法における第１ステップは、高解像度CCDの絶
対信号レベルをしきい値と比較することである（図３参
照）。
る。これらのノイズ源のいくつかは、感光性素子により
収集される信号レベルとは無関係なものである。他のノ
イズ源は、感光性素子により収集される電荷の絶対信号
レベルに依存するものである。ダイサイズ、ライン間
隔、及び感光性素子に入射する光量が同じである場合に
は、より低解像度のCCDの方がより高解像度のCCDよりも
良好なSN比を有する。SN比がしきい値（典型的には30：
1）を越えると、人間の眼はもはや差を感じることがで
きない。したがって、CCDから到来する信号の強度が3
0：1よりも低いSN比に相当する場合には、低解像度CCD
から来る信号が、選択されるべき最良の信号である。し
たがって、二重解像度CCDからの情報を組み合わせる本
発明の方法における第１ステップは、高解像度CCDの絶
対信号レベルをしきい値と比較することである（図３参
照）。
【０００９】一実施形態では、該しきい値は典型的に
は、高解像度CCDの全電荷（full charge）レベルの約40
％に設定される。40％をしきい値として使用するのは、
高解像度フォトセンサ及び低解像度フォトセンサの両者
が依然としてそれらの線形範囲内にあるからである。高
解像度CCDにおける感光性素子の絶対信号レベルが該し
きい値よりも大きい場合には、該信号は乱されていない
状態にあり、次の感光性素子がチェックされる（30
4）。高解像度感光性素子の信号レベルが前記しきい値
よりも低い場合には、該信号を検査して、該信号が高周
波数空間情報を含むか否かを決定する。
は、高解像度CCDの全電荷（full charge）レベルの約40
％に設定される。40％をしきい値として使用するのは、
高解像度フォトセンサ及び低解像度フォトセンサの両者
が依然としてそれらの線形範囲内にあるからである。高
解像度CCDにおける感光性素子の絶対信号レベルが該し
きい値よりも大きい場合には、該信号は乱されていない
状態にあり、次の感光性素子がチェックされる（30
4）。高解像度感光性素子の信号レベルが前記しきい値
よりも低い場合には、該信号を検査して、該信号が高周
波数空間情報を含むか否かを決定する。
【００１０】高解像度ピクセルが高周波数空間情報を含
むか否かを決定するために使用する方法は、高解像度ピ
クセルとそれに対応する低解像度ピクセルとの信号強度
の差を高解像度ピクセルのノイズレベルと比較するこ
と、すなわち、N（Hs）＜ABS|H s−Ls|か否かを判定する
ことである。ここで、N（Hs）は、現在の高解像度信号
強度におけるノイズである。Hsは現在の高解像度信号強
度であり、Lsは現在の低解像度信号強度である。高解像
度ピクセルと低解像度ピクセルとの間の信号強度の差が
高解像度ピクセルでの考え得るノイズ量よりも大きい場
合、その差はイメージの特徴によるものであってノイズ
によるものではない。図４は、高解像度CCDの一部及び
それに対応する低解像度CCDの一部を、それらCCDセグメ
ント上にイメージ形成される高周波数空間ラインと共に
示す説明図である。高解像度CCDの感光性素子又はピク
セル402,404と低解像度CCDのピクセル418とはライン422
を含んでいる。高解像度CCDのピクセル406〜416と低解
像度CCDのピクセル420とはライン422を含んでいない。
図５は、図４のピクセルの信号強度を示している。ピク
セル402,404の信号強度は、ライン422に起因してピクセ
ル406,416の信号強度よりも遙かに低くなる。ピクセル4
06,408の信号強度は、ノイズのため互いに等しくはなら
ない。上記の式を用いる方法をピクセル402に適用する
ことにより、該ピクセル402における信号が乱されない
状態に維持されることになる。ピクセル402の信号強度H
sは20である。信号強度20でのノイズレベルN（Hs）は４
である。これに対応する低解像度ピクセル418の信号強
度Lsは60である。したがって、４＜ABS|20−60|とな
る。また、上記の式を用いる方法をピクセル416に適用
することにより、ピクセル420からの信号をピクセル416
に代入し又は置換する結果となる。ピクセル416の信号
強度Hsは99である。信号強度99でのノイズレベルN
（Hs）は２である。対応する低解像度ピクセル420の信
号強度Lsは100である。したがって、２＞ABS|99−100|
となる。上記の例で用いたノイズレベル及び信号強度
は、本発明の動作説明を助けるための例示を目的とした
ものである。本発明で使用される実際のノイズレベル
は、感光性素子の信号強度に対応するノイズレベルとな
る。
むか否かを決定するために使用する方法は、高解像度ピ
クセルとそれに対応する低解像度ピクセルとの信号強度
の差を高解像度ピクセルのノイズレベルと比較するこ
と、すなわち、N（Hs）＜ABS|H s−Ls|か否かを判定する
ことである。ここで、N（Hs）は、現在の高解像度信号
強度におけるノイズである。Hsは現在の高解像度信号強
度であり、Lsは現在の低解像度信号強度である。高解像
度ピクセルと低解像度ピクセルとの間の信号強度の差が
高解像度ピクセルでの考え得るノイズ量よりも大きい場
合、その差はイメージの特徴によるものであってノイズ
によるものではない。図４は、高解像度CCDの一部及び
それに対応する低解像度CCDの一部を、それらCCDセグメ
ント上にイメージ形成される高周波数空間ラインと共に
示す説明図である。高解像度CCDの感光性素子又はピク
セル402,404と低解像度CCDのピクセル418とはライン422
を含んでいる。高解像度CCDのピクセル406〜416と低解
像度CCDのピクセル420とはライン422を含んでいない。
図５は、図４のピクセルの信号強度を示している。ピク
セル402,404の信号強度は、ライン422に起因してピクセ
ル406,416の信号強度よりも遙かに低くなる。ピクセル4
06,408の信号強度は、ノイズのため互いに等しくはなら
ない。上記の式を用いる方法をピクセル402に適用する
ことにより、該ピクセル402における信号が乱されない
状態に維持されることになる。ピクセル402の信号強度H
sは20である。信号強度20でのノイズレベルN（Hs）は４
である。これに対応する低解像度ピクセル418の信号強
度Lsは60である。したがって、４＜ABS|20−60|とな
る。また、上記の式を用いる方法をピクセル416に適用
することにより、ピクセル420からの信号をピクセル416
に代入し又は置換する結果となる。ピクセル416の信号
強度Hsは99である。信号強度99でのノイズレベルN
（Hs）は２である。対応する低解像度ピクセル420の信
号強度Lsは100である。したがって、２＞ABS|99−100|
となる。上記の例で用いたノイズレベル及び信号強度
は、本発明の動作説明を助けるための例示を目的とした
ものである。本発明で使用される実際のノイズレベル
は、感光性素子の信号強度に対応するノイズレベルとな
る。
【００１１】本発明の上記説明は、例示及び説明を目的
として提示したものである。全てを網羅すること又は本
発明を本開示の厳密な形態に制限することは意図してお
らず、上記の教示に鑑み本実施形態に他の修正及び変形
を施すことが可能である。たとえば、ピクセルの絶対信
号強度をしきい値と比較する第１ステップは、代入が成
功しそうにない場合に計算を行わないことにより時間を
節約することが可能なものであるが、該ステップを省略
することも可能である。上記の実施形態は、本発明の原
理及びその実際の適用例を最良に説明し、これにより当
業者が、意図される特定の使用に適するような様々な実
施形態及び様々な変形例において本発明を最良に利用で
きるようにするために、選択し説明したものである。特
許請求の範囲は、従来技術により制限されない限り本発
明の他の代替的な実施形態を含むものと解釈されること
が意図されている。
として提示したものである。全てを網羅すること又は本
発明を本開示の厳密な形態に制限することは意図してお
らず、上記の教示に鑑み本実施形態に他の修正及び変形
を施すことが可能である。たとえば、ピクセルの絶対信
号強度をしきい値と比較する第１ステップは、代入が成
功しそうにない場合に計算を行わないことにより時間を
節約することが可能なものであるが、該ステップを省略
することも可能である。上記の実施形態は、本発明の原
理及びその実際の適用例を最良に説明し、これにより当
業者が、意図される特定の使用に適するような様々な実
施形態及び様々な変形例において本発明を最良に利用で
きるようにするために、選択し説明したものである。特
許請求の範囲は、従来技術により制限されない限り本発
明の他の代替的な実施形態を含むものと解釈されること
が意図されている。
【００１２】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．二重解像度フォトセンサアレイにより生成された低
解像度情報を高解像度情報と組み合わせる方法であっ
て、高解像度ピクセルについての高解像度信号を決定
し、該高解像度ピクセルについてのノイズレベルを決定
し(308)、対応する低解像度ピクセルについての低解像
度信号を決定し、前記高解像度信号、前記低解像度信
号、及び前記高解像度ピクセルの前記ノイズレベルの関
数として、前記高解像度信号を前記低解像度信号に置換
する(310)、という各ステップを含む、方法。 ２．前記高解像度信号と前記対応する低解像度ピクセル
の信号との間の差の大きさを計算するステップ(306)を
更に含む、前項１に記載の方法。 ３．前記ノイズレベルが前記高解像度信号と前記対応す
る低解像度信号との間の前記差の大きさよりも小さい場
合に前記高解像度信号を前記低解像度信号に置換するス
テップを更に含む、前項２に記載の方法。 ４．前記高解像度信号をしきい値と比較し(302)、該高
解像度信号が該しきい値よりも大きい場合に前記高解像
度信号を保持する(304)、という各ステップを更に含
む、前項１に記載の方法。 ５．前記フォトセンサアレイがCCDである、前項１に記
載の方法。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．二重解像度フォトセンサアレイにより生成された低
解像度情報を高解像度情報と組み合わせる方法であっ
て、高解像度ピクセルについての高解像度信号を決定
し、該高解像度ピクセルについてのノイズレベルを決定
し(308)、対応する低解像度ピクセルについての低解像
度信号を決定し、前記高解像度信号、前記低解像度信
号、及び前記高解像度ピクセルの前記ノイズレベルの関
数として、前記高解像度信号を前記低解像度信号に置換
する(310)、という各ステップを含む、方法。 ２．前記高解像度信号と前記対応する低解像度ピクセル
の信号との間の差の大きさを計算するステップ(306)を
更に含む、前項１に記載の方法。 ３．前記ノイズレベルが前記高解像度信号と前記対応す
る低解像度信号との間の前記差の大きさよりも小さい場
合に前記高解像度信号を前記低解像度信号に置換するス
テップを更に含む、前項２に記載の方法。 ４．前記高解像度信号をしきい値と比較し(302)、該高
解像度信号が該しきい値よりも大きい場合に前記高解像
度信号を保持する(304)、という各ステップを更に含
む、前項１に記載の方法。 ５．前記フォトセンサアレイがCCDである、前項１に記
載の方法。
【図１】600ppiのCCD及び1200ppiのCCDの「SN比」対「絶対
信号」を示すグラフである。
信号」を示すグラフである。
【図２】二重解像度CCDを示す説明図である。
【図３】本発明に従って二重解像度CCDにより生成され
た低解像度・高SN比情報を高解像度・低SN比情報と組み
合わせる方法を示すフローチャートである。
た低解像度・高SN比情報を高解像度・低SN比情報と組み
合わせる方法を示すフローチャートである。
【図４】二重解像度CCDの高解像度感光性素子及びそれ
に対応する低解像度感光性素子の一部をそれらCCD素子
上にイメージ形成される高空間周波数ラインと共に示す
説明図である。
に対応する低解像度感光性素子の一部をそれらCCD素子
上にイメージ形成される高空間周波数ラインと共に示す
説明図である。
【図５】図４の各ピクセルの信号強度を示すグラフであ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード・エス・ビーマン アメリカ合衆国コロラド州80550，ウイン ザー，クリフ・ロード・33766 (72)発明者 ジェイムス・シー・アルブリットン−マク ドナルド アメリカ合衆国コロラド州80512，ベルビ ュー，デイビス・ランチ・ロード・3805 Ｆターム(参考） 5B047 AA01 BA02 BB03 BC01 CA05 CB11 CB15 DC20 5C024 CX03 CX38 DX04 EX01 GY01 HX14 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DE05 DE13 EA00 FA01 5C072 AA01 BA11 EA05 FA07 FB27 UA20 XA01
Claims (1)
- 【請求項１】二重解像度フォトセンサアレイにより生成
された低解像度情報を高解像度情報と組み合わせる方法
であって、 高解像度ピクセルについての高解像度信号を決定し、 該高解像度ピクセルについてのノイズレベルを決定し(3
08)、 対応する低解像度ピクセルについての低解像度信号を決
定し、 前記高解像度信号、前記低解像度信号、及び前記高解像
度ピクセルの前記ノイズレベルの関数として、前記高解
像度信号を前記低解像度信号に置換する(310)、という
各ステップを含む、方法。
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|---|---|---|---|
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| US09/569,961 US6683704B1 (en) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | Apparatus for determining the best image from a dual resolution photo sensor |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1154633B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002016770A (ja) |
| DE (1) | DE60102411T2 (ja) |
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-
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- 2001-05-10 JP JP2001139668A patent/JP2002016770A/ja not_active Withdrawn
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