JP2002041581A - 画像入力装置のシミュレーション装置、シミュレーション方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品開発の試作回数を少なくし、製品化にお
ける開発期間およびコストを有効に削減できるシミュレ
ーション装置などを提供する。 【解決手段】 本発明は、被写体を照明する光源と１ラ
イン単位に撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体
が走査して被写体の２次元画像を撮像素子に入力する画
像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号か
ら画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力
装置のシミュレーション方法において、被写体の理想画
像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条
件を設定し（ステップＳ１）、前記信号処理手段を想定
した信号処理条件を設定し（ステップＳ２）、設定され
た画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力
信号を前記理想画像を用いて算出し（ステップＳ４，Ｓ
５）、算出された前記入力信号から前記信号処理条件で
信号処理された画像信号を生成する（ステップＳ６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やコンピュ
ータシステムなどへの原稿画像入力に用いられているフ
ラットベットスキャナなど画像入力装置の設計評価など
に有用な画像入力装置のシミュレーション装置、シミュ
レーション方法およびその方法を実施するためのプログ
ラムを記憶した記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを用いた各種のシミュレー
ションは従来より広く行なわれている。本発明は、その
なかで、前記のように設計評価などに有用な画像入力装
置のシミュレーション方法に係わるものであり、コンピ
ュータシステムを用いてシミュレーション対象の画像入
力装置と同じ画質の画像信号を算出して出力する。特開
平9−6827号公報に示された電子撮像装置のシミュレー
ション方法は、この種のシミュレーション方法に関する
従来技術を代表するものである。この従来技術では、撮
像素子と光学系と処理回路を有する電子撮像装置を対象
にシミュレーションを行なう。任意の被写体に対する画
像の算出を行うのである。つまり、被写体の像を光学系
を介して撮像素子上に結像させ、その出力信号を処理回
路により処理して画像信号を生成する電子撮像装置をコ
ンピュータを用いてシミュレーションする際に、前記光
学系の特性を示すパラメータに基づいて被写体の像を計
算し、その被写体の像の計算結果を、前記撮像素子およ
び処理回路のそれぞれの特性を示すパラメータを用いて
計算して画像処理し、その処理結果としての画像信号を
出力する。これにより、試作品製作以前に精度良く製品
の画像を予測し、電子撮像装置の製品開発における試作
品製作の回数を削減し、製品化におけるコストおよび開
発期間を削減しようしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−6827号公報に示された前記の従来技術においては、
光学系の走査により２次元の画像を取得する機械動作を
含んだ画像入力装置、例えばフラットベットスキャナに
対して、機械要素の影響まで含めてシミュレーションを
行なうことはできないという問題がある。また、この従
来技術では、被写体の像の強度分布を光学系の結像性能
と被写体の理想結像との畳み込み積分により求めている
が、実際の画像入力装置では振動などの機械的要因から
光学系の結像性能が像面上で異なる場合があるので、前
記のような方法だけでは精度の高い結果がが得られない
という問題がある。本発明の課題は、このような従来技
術の問題を解決し、画像入力装置の試作機を製作する以
前に、画像入力装置の光学系、機械系、電気系および信
号処理系を統合的にシミュレーションし、精度良く製品
の出力画像の品質予測をすることにより、製品開発の試
作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコス
トを有効に削減でき、かつ、画像入力装置の画像品質を
より高画質にできる画像入力装置のシミュレーション装
置、シミュレーション方法およびその方法を実施するた
めのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、被写体を照明する光源
と１ライン単位に撮像する光学系と撮像素子とを備えた
走行体を有し、前記走行体が１方向に走査して前記撮像
素子に前記被写体の像を入射させることにより前記被写
体の２次元画像を入力する画像入力手段と、前記画像入
力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号
処理手段とを備えた画像入力装置のシミュレーション装
置において、前記被写体の光学特性を示す２次元配列デ
ータである理想画像を対象として前記画像入力手段を想
定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定手段
と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定す
る信号処理条件設定手段と、前記画像入力条件設定手段
により設定された前記信号処理条件で前記画像入力手段
から出力される信号を前記理想画像を用いて算出する入
力画像算出手段と、前記信号処理条件設定手段により設
定された前記信号処理条件で前記入力画像算出手段によ
り算出された信号から信号処理された画像信号を生成す
る信号処理手段とを備えたことを特徴とする。請求項２
に記載の発明は、請求項１に記載の画像入力装置のシミ
ュレーション装置において、前記被写体の照明条件を設
定する照明条件設定手段を備えたことを特徴とする。請
求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載
の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記
画像入力条件設定手段は、前記画像入力手段を想定した
光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学
系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうち
の少なくとも一つについて条件を設定できる構成である
ことを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項２
または請求項３に記載の画像入力装置のシミュレーショ
ン装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体
の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせ
て前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光
学データを算出する構成であることを特徴とする。請求
項５に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の
画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入
力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される同
一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用い
て前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光
学データを算出する構成であることを特徴とする。

【０００５】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記
入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に異なる波長
ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる構成で
あることを特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求
項２乃至請求項６に記載の画像入力装置のシミュレーシ
ョン装置において、前記入力画像算出手段は、光線を追
跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理
想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直
前の光学データを算出する構成であることを特徴とす
る。請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像入
力装置のシミュレーション装置において、前記撮像素子
直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶手段を
備え、前記入力画像算出手段は、前記撮像素子直前画像
上の１画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶され
た周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う構成
であることを特徴とする。請求項９に記載の発明は、被
写体を照明する光源と１ライン単位に撮像する光学系と
撮像素子とを備えた走行体を有し、前記走行体が１方向
に走査して前記撮像素子に前記被写体の像を入射させる
ことにより前記被写体の２次元画像を入力する画像入力
手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像
信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置の
シミュレーション方法において、前記被写体の光学特性
を示す２次元配列データである理想画像を対象として前
記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像
入力条件設定工程と、前記信号処理手段を想定した信号
処理条件を設定する信号処理条件設定工程と、前記信号
処理条件設定工程において設定された前記画像入力条件
で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想
画像を用いて算出する入力画像算出工程と、前記入力画
像算出工程において算出された前記入力信号から前記信
号処理条件で信号処理された画像信号を生成する信号処
理工程とを備えたことを特徴とする。請求項１０に記載
の発明は、請求項９に記載の画像入力装置のシミュレー
ション方法において、前記被写体の照明条件を設定する
照明条件設定工程を備えたことを特徴とする。

【０００６】請求項１１に記載の発明は、請求項９また
は請求項１０に記載の画像入力装置のシミュレーション
方法において、前記画像入力条件設定工程は、前記画像
入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係
わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体
に係わる条件のうちの少なくとも一つについて設定でき
る工程であることを特徴とする。請求項１２に記載の発
明は、請求項１０または請求項１１に記載の画像入力装
置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出
工程は、前記走行体の走査時に照明される位置により光
源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子
直前の理想画像の光学データを算出する工程であること
を特徴とする。請求項１３に記載の発明は、請求項１０
または請求項１１に記載の画像入力装置のシミュレーシ
ョン方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行
体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる
複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮
像素子直前の理想画像の光学データを算出することを特
徴とする請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載
の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記
入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に異なる波長
ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる工程で
あることを特徴とする。請求項１５に記載の発明は、請
求項１０乃至請求項１４に記載の画像入力装置のシミュ
レーション方法において、前記入力画像算出工程は、光
線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画
素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像
素子直前の光学データを算出する工程であることを特徴
とする。請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載
の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記
撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記
憶工程を備え、前記入力画像算出工程は、前記撮像素子
直前画像上の１画素の光強度を計算する際に前記画素の
記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を
行う工程であることを特徴とする。請求項１７に記載の
発明は、請求項９乃至請求項１６のいずれか１つの請求
項に記載の画像入力装置のシミュレーション方法を実施
するためのプログラムを記憶したことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の各実施の
形態に係るシミュレーション装置を示す構成ブロック図
である。図１に示したように、この実施の形態に係るシ
ミュレーション装置は、処理・制御部１と、外部記憶装
置（例えばハードディスク装置）２と、入力装置３と、
記憶媒体駆動装置４と、表示装置５および印刷装置６な
どを備えている。処理・制御部１は、プログラムやデー
タを一時的に記憶するメモリ（例えばＲＡＭ）やそのプ
ログラムに従って動作するＣＰＵを有して、装置全体を
制御したり、本発明に係わるシミュレーション処理を実
行する。外部記憶装置２は、プログラムやデータを記憶
しておく。入力装置３は、キーボードやマウスなどを有
して各種データを入力したり、また、指示を与えたりす
る。記憶媒体駆動装置４は、理想画像の画像データなど
が記憶された着脱可能な記憶媒体からデータを読み出し
たりする。表示装置５は、生成された画像やメッセージ
などを表示する。印刷装置６は、画像や文字を紙に出力
する。

【０００８】このようなシミュレーション装置を用いて
行なう本発明のシミュレーションの対象となる画像入力
装置の一例であるフラットベットスキャナの構成を図２
および図３に示す。図２はフラットベットスキャナの概
略斜視図であり、図３はフラットベットスキャナの要部
を示す概略図である。原稿Ｓはコンタクトガラス16上に
設置され、光源17の光および光源17の光を受けたリフレ
クタ18の光が撮像領域19に照射され、その反射光がレン
ズ12によって１次元撮像素子11の面に結像し、１次元撮
像素子11が撮像領域19の画像の情報を１ラインごとに取
得する。なお、前記レンズ12は例えば屈折率分布型レン
ズまたはマイクロレンズアレイである。また、走行体13
は、伝達手段15を介してモータ14により駆動され、撮像
領域19と垂直の方向にあって、コンタクトガラス16の面
に対向するレンズ12の結像位置が１次元撮像素子11の面
になる状態を保つようにして走行する。これにより、コ
ンタクトガラス16上にある原稿Ｓの画像を１次元撮像素
子１により２次元的に取得するのである。また、１次元
撮像素子11としては例えば１次元ＣＣＤ（１ラインＣＣ
Ｄ）を用い、レンズ12はコンタクトガラス16の面に対し
て等倍で１次元撮像素子11上に結像する（等倍光学
系）。なお、このようなフラットベットスキャナの画像
解像度はＤＰＩ（ドット／inch）で表され、３００〜８
００ＤＰＩ程度が大半である。また、請求項１などに記
載されている画像入力手段は、前記１次元撮像素子11、
レンズ12、走行体13、モータ14、伝達手段15、コンタク
トガラス16、光源17、図示しないモータ制御手段などか
ら構成される。また、請求項１などに記載されている信
号処理手段は１次元撮像素子11に後続する処理手段など
から構成される。

【０００９】以下、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。この実施の形態では、理想画像とする２次元画像を
被写体として用いるのである。なお、以下においては、
基本的に被写体が２次元画像であると想定して説明して
いる。この理想画像は、被写体が写真原稿であれば例え
ば高解像度スキャナなどで読み取った２次元データ配列
である。また、印刷原稿であれば高解像度スキャナで読
み取ってもよいし、印刷前のデジタル信号でもよい。ま
た、特定のパターン画像であればソフトウエアを用いて
作成してもよい。前記のような理想画像を例えば着脱可
能な記憶媒体に記憶し、記憶媒体駆動装置４を介してこ
のシミュレーション装置に入力し、外部記憶装置２に記
憶しておく。または、このシミュレーション装置に高解
像度スキャナを備えて、その高解像度スキャナを用いて
入力してもよい。

【００１０】次に、第１の実施の形態における動作を説
明する。図４は第１の実施の形態における動作を説明す
るためのイメージ図であり、は第１の実施の形態におけ
る動作を説明するための動作フロー図である。まず、図
５に示すように、処理・制御部１を構成している画像入
力条件設定手段が、シミュレーション条件設定の一つと
して、照明、光学系、撮像素子、および走行体走査など
に係わる条件を設定する（ステップＳ１）。さらに、処
理・制御部１を構成している信号処理条件設定手段が信
号処理条件を設定する（ステップＳ２）。なお、図５に
示したように、ステップＳ１およびＳ２はそれぞれ独立
したプログラムを用いているので、どちらを先に実行し
てもよい。前記において、照明に係わる条件とは、後述
する照度分布などである。また、光学系に係わる条件と
は、被写体における反射率などであり、この分光波長特
性は被写体がモノクロ画像であれば波長に対して一定な
値を示す。つまり、横軸を波長、縦軸を光強度とする分
光波長特性はフラット（横一直線）な特性となり、白に
近くなればフラットなまま上にシフトし、黒に近くなれ
ば下にシフトする。また、撮像素子に係わる条件とは、
撮像素子のサイズやピッチ、感度または画素数などであ
り、走行体走査に係わる条件とは、走行速度や機械振動
などによる速度変動などである。また、信号処理条件と
は、光電変換特性などである。処理・制御部１は、この
ような各条件に係わる数値を入力装置３により入力さ
せ、入力された数値を取得し、外部記憶装置２などに記
憶させておく。これらの設定は、次に説明する一連のシ
ミュレーション処理内において実施してもよいが、複数
回シミュレーションを連続して実施する場合などは、条
件が同じであれば、毎回設定しなくてもよい構成とす
る。前記のような設定を行なっておき、シミュレーショ
ン実行時には、処理・制御部１が外部記憶装置２などに
記憶しておいた理想画像Ａ（図４参照）を読み出し（ス
テップＳ３）、処理・制御部１を構成している入力画像
算出手段が、前記照明、光学系、撮像素子および走行体
走査条件設定ステップ（ステップＳ１）において設定さ
れた条件のうち被写体における反射率など光学系の条件
に従って理想画像Ａを処理し、撮像素子直前画像Ｂ（図
４参照）を出力する（ステップＳ４）。

【００１１】さらに、入力画像算出手段は、ステップＳ
１において設定された条件のうちの撮像素子に係わる条
件に従って入力画像Ｃ（撮像素子出力画像）（図４参
照）を出力する（ステップＳ５）。そして、処理・制御
部１を構成している信号処理手段が信号処理条件設定ス
テップ（ステップＳ２）において設定された条件に従っ
て、画像信号Ｄを生成する（ステップＳ６）。こうし
て、この実施の形態では、シミュレーション装置におい
て、入力された理想画像に対して、製作しようとする画
像入力装置と同等の画像信号を出力することができるの
で、前記画像入力装置の実物を製作することなく、任意
の被写体に対する画像を入手することができる。また、
この実施の形態では、光学系の組み付け誤差や光学系の
収差による画像の乱れを事前に予測でき、シミュレーシ
ョンに先立って設定する値を変えて出力画像信号を得る
模擬実験によりチューニングできるので、開発期間を短
縮することができる。

【００１２】次に、図６および図７などに従って、理想
画像Ａから撮像素子直前画像Ｂを算出する方法について
説明する。図７において、理想原稿面はハロゲンランプ
やキセノンランプのようなインコヒーレント光の光源17
によって照明されている。光源17から放射される一次光
L1は光源17の種類に依存した照度分布を持つ。この照度
分布は主走査方向に関しては基本的には一様だが、シェ
ーディング補正など予め照度分布を計測することで補正
することが行われている。副走査方向に関しては図６に
示したような照度分布を持つ。実際の画像入力装置で
は、振動など機械要素による影響や、光学系の設定位置
ずれ（例えばミラーの倒れなど）による影響から走査の
タイミングが異なり、それによって図６に示した走査１
や走査２のように走査位置が異なり、その結果として照
度が異なることがある。そこで、予め光源17の種類に応
じた照度分布データを外部記憶装置２に記憶しておき、
前記のような影響によって生じた副走査方向の位置変動
による照度変化をその照度分布データから求め、この変
化割合を理想画像からの反射光に反映させる。これによ
り、この実施の形態では、任意の被写体を照明する光源
の照度分布を考慮して光学系を通した後の画像を評価す
ることができるので、光源の種類の変更や光源の経時変
化の影響をシミュレーションできるし、走査位置ずれま
たは設定位置ずれによる変動にも対応できる。なお、図
７では、撮像素子直前画像Ｂとして、一つの注目画素Ｐ
に入る主光線L3の点像強度分布のみを示している。ま
た、光源17の照度分布は常に一定とは限らず、時間的に
変動する場合もある。そこで、本発明１のつの実施の形
態では、照度分布データを複数記憶しておき、走査毎に
参照する照度分布を変えられるようにしている。このよ
な実施の形態では、任意の被写体を照明する光源の照度
分布曲線を変更して光学系を通した後の画像を評価する
ことができるので、時間的な照度分布変化にも対応する
ことができる。

【００１３】次に、図８乃至図11により、本発明の第２
の実施の形態を説明する。本発明のシミュレーション装
置では、シミュレーション対象の画像入力装置が走行体
13を走査させることで２次元の画像を取得しているの
で、単純に理想画像Ａから光学系を介して得られた撮像
素子直前画像Ｂを、当業者には公知の点像強度分布PSF
（Point Spread Function）などを単純に利用して算出
するわけではない。撮像素子直前画像Ｂ内で１次元撮像
素子11と同一方向の注目画像列Ｈについて算出する場
合、その時点での走査中の理想画像Ａを想定し、前記光
学系の構成要素である光源17から照射された１次光L1が
理想画像Ａの各画素に到達し、ここで反射する２次光L2
が撮像素子直前画像Ｂ上に到達する光をＰＳＦデータを
用いて撮像素子直前画像Ｂの各画素ごとに算出し、各画
素ごとの算出結果に対して畳み込み積分を実行すること
で、注目画像列Ｈ内の各画素データを順次算出するので
ある。また、注目画像列Ｈについて算出する場合、注目
画像列Ｈに対応する理想画像Ａ内の中心画像列Ｋとその
近辺（上下）の画像から簡易的に算出する。なお、中心
画像列Ｋを決定するには、注目画像列Ｈを起点とする光
線追跡手法などを用いる。注目画像列Ｈのある一点を注
目画素Ｊとし、そこから主光線L4を発射する。主光線L4
は光学系を通過して理想画像Ａのある座標に到達する。
この座標を中心画素Ｍとする。ここは注目画素データに
最も影響を与える画像データである。 （１）次に、中心画素Ｍから主光線を発射する。主光線
は光学系を通過し、注目画素Ｊに到達する。ここで、注
目画素Ｊを中心としたPSFを計算する。このときの中心
画素Ｍの座標での理想画像Ａおよび光源照度を考慮して
PSFを計算するのである。なお、副走査方向の走査位置
ずれ量δのときの光源照度をＤ(δ)とし、理想画像Ａの
中心画像の位置座標（座標ベクトル）uにおける光強度
分布をＲ(u)とすると、中心画素Ｍから発射される光強
度は以下のように表すことができる。 ｆ(u)＝Ｒ(u)Ｄ(δ) 式（１）

【００１４】（２）また、中心画素Ｍから第２出射光束
（主光線からずれて注目画素に入らない光束）が発射さ
れるが、図10には、このような第２出射光束のうち主光
線からわずかに主走査方向へ角度を持った分を示してい
る。この光束のうち、注目画素Ｊから１画素離れた場所
に当たる分のみを考慮して、この場所で主光線と同様に
PSFを計算する。同様に、第２出射光束による注目画素
周辺のPSFを計算する。 （３）次に、中心画素Ｍから副走査方向に１画素離れた
位置から注目画素Ｊへ向かって光束を発射し、そこでの
PSFを計算する。同様に、中心画素Ｍの周辺から光束を
発射し、注目画素ＪでのPSFを計算していく。こうし
て、注目画素に係わる前記（１）〜（３）のPSFが計算
されると、（１）〜（３）で計算された注目画素上での
強度分布を合成する（図11参照）。さらに、注目画素Ｊ
での光強度分布ｇ(x)を計算する。注目画素Ｊの位置座
標（座標ベクトル）をxとし、注目画素Ｊでの合成され
たPSFをｈ(x)とすると、光強度分布ｇ(x)はｆ(u)とｇ
(x)の畳み込み積分を行い、以下のように表すことがで
きる。 ｇ(x)＝ｆ(u)＊ｈ(x)＝∬ｆ(u)ｈ(x-u)du 式（２） なお、このような合成作業は注目画素に対する影響が及
ぶ範囲で行なう。影響の及ぶ範囲は撮像素子直前画像Ｂ
のデフォーカス量、光学系の収差によって変化する。主
走査方向の計算されたPSFは同じ１ライン上の計算にお
いては条件が同じであるので計算結果を記憶しておくこ
とで強度分布の計算に用いることができる。しかし、中
心画素Ｍから副走査方向にずれた位置から計算されたPS
Fは走査毎に光源の照度分布が異なる場合があるので、
各ラインの計算毎に改めて計算し直す必要がある。こう
して、この実施の形態によれば、光線追跡を用いて理想
画像と撮像素子直前画像との位置関係を正確に求めるこ
とができるので、撮像素子直前画像上における任意の１
画素の光強度を正確に計算することができるし、機械的
な振動の影響もシミュレーションすることができる。ま
た、撮像素子直前画像上における任意の１画素の光強度
を計算するためにその周辺の光強度データを記憶するこ
とができるので、周囲からの光の影響を考慮して計算を
行うことができる。

【００１５】図12に、走査１ライン分の計算を行う場合
について、第２の実施の形態における動作を説明するた
めの動作フローを示す。以下、図12などに従って、この
第２の実施の形態における動作を説明する。まず、処理
・制御部１が光学系に係わる条件を設定する（ステップ
Ｓ11）。光学系に係わる条件とは、レンズ位置、レンズ
屈折率、光学系構成部材の分光透過率、光源の分光強
度、照度分布または撮像素子の分光感度などである。マ
イクロレンズアレイなどを使用する場合は、これに加え
てレンズ面曲率半径などの光学特性を加えてもよい。処
理・制御部１は、次に、理想画像Ａが置かれる初期位置
を設定し（ステップＳ12）、さらに、撮像素子直前画像
Ｂの位置を定義する撮像素子位置を設定する（ステップ
Ｓ13）。なお、この値を変化させることで結像関係にお
けるデフォーカス量を定義することができる。ここまで
の設定はシミュレーションの前提条件となる。次に、処
理・制御部１は、撮像素子直前画像Ｂ上における注目画
素位置を設定する（ステップＳ14）。これは振動などの
機械的要因によって走査ライン毎に変化する。この値に
よって光束の出射位置が決定するとともに光源の照度分
布により画像の強度が決定する。続いて、処理・制御部
１は注目画素Ｊに対応する理想画像Ａ上の中心画素Ｍを
求める中心画素計算を行なう（ステップＳ15）。光線追
跡によって注目画素位置から光束を計算上で発射して理
想画像上の中心画素位置を計算するのである。さらに、
この位置から光束を発射して光線追跡を実行する。そし
て、前記のようにして注目画素上でのPSFを計算する
（ステップＳ17）。さらに、注目画素周辺について、全
ての計算を終えたかどうかをチェックし（ステップＳ1
8）、まだ終わっていなければ（ステップＳ18でNo）、
次の画素を設定し（ステップＳ19）、その画素での光線
追跡を実行し（ステップＳ16）、同様にPSFを計算する
（ステップＳ17）。そして、すべての周辺画素での計算
を終えたならば（ステップＳ18でYes）、その注目画素
での合成強度分布を計算する（ステップＳ20）。

【００１６】次に、１ライン全ての計算が終了したかど
うかを判定し（ステップＳ21）、まだ終了していなけれ
ば（ステップＳ21でNo）、次の注目画素位置を設定し
（ステップＳ22）、ステップＳ14から繰り返す。そし
て、１ライン中の全ての画素位置について計算が終了し
たならば（ステップＳ21でYes）、計算を終了させ、計
算結果を表示装置５などに出力して（ステップＳ23）終
了する。図13は、本発明の第３の実施の形態における動
作を説明するための説明図である。図14は、本発明の第
３の実施の形態における動作を説明するための他の説明
図である。この第３の実施の形態では、被写体の分光反
射率Ｅと光源の分光強度Ｆ、撮像素子の分光感度Ｇおよ
び光学系の分光透過率Ｎから、総合分光感度Ｑを計算
し、それがピークになる波長を主波長Ｒとして、その照
度分布曲線を注目画素での強度分布計算（PSF計算）に
用いる。しかし、光源として、蛍光燈やキセノンランプ
のような輝線成分の多い光源を用いた場合、計算される
主波長領域と輝線成分のピークとがずれる場合があるの
で、この場合には、主波長からある程度離れていて、あ
る程度の感度特性が得られる周辺波長Ｔを選定する構成
も可能にしている。この場合、主波長と周辺波長では光
源の照度分布曲線も異なる場合があるので、各走査時に
考慮する照度分布データも波長毎に複数用意しておき、
それぞれの波長での計算時に対応する照度分布データを
用いて計算を実行する。そして、最終的な注目画素での
強度分布は主波長と周辺波長での強度分布を加算するこ
とで計算する。こうして、この第３の実施の形態によれ
ば、主波長と周辺波長における照度分布データを考慮し
て光学系を通した後の画像を評価することができるの
で、より現実的な計算をすることができる。また複数波
長での計算ができるので、輝線成分を含む光源において
も精度の高いシミュレーションができる。また、以上説
明したシミュレーション方法を実施するためのプログラ
ムを記憶した機械読取り可能な記憶媒体を得ることがで
きる。この場合には、その記憶媒体に記憶された前記プ
ログラムをパーソナルコンピュータなど情報処理装置に
読み取らせることにより、その情報処理装置においても
本発明によるシミュレーションを行なうことができる。
なお、本発明は、以上説明したシミュレーション方法を
実施するためのプログラムを記憶した機械読取り可能な
記憶媒体のみならず、以上説明したシミュレーション方
法を実施するためのプログラム自体をも含んでいる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、被写体の光学特性を示す２次元配列デー
タである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定
した画像入力条件を設定する画像入力条件設定手段と、
前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信
号処理条件設定手段と、前記画像入力条件設定手段によ
り設定された前記信号処理条件で前記画像入力手段から
出力される信号を前記理想画像を用いて算出する入力画
像算出手段と、前記信号処理条件設定手段により設定さ
れた前記信号処理条件で前記入力画像算出手段により算
出された信号から信号処理された画像信号を生成する信
号処理手段とを備えたから、画像入力装置の試作機を製
作する以前に、その画像入力装置の光学系、機械系、電
気系および信号処理系を統合的にシミュレーションする
ことができるため、精度良く製品の出力画像の品質予測
をすることができので、製品開発の試作回数を少なく
し、製品化における開発期間およびコストを有効に削減
できるし、画像入力装置の画像品質をより高画質にでき
る。また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に
記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、
前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定手段を備
えたから、照明条件の影響もシミュレーションすること
ができるため、請求項１に記載の発明の効果がさらに上
がる。また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または請求項２に記載の画像入力装置のシミュレーショ
ン装置において、前記画像入力条件設定手段は、前記画
像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に
係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行
体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて条件を
設定できる構成であるから、光学系、撮像素子、前記光
学系および撮像素子を積載した走行体に係わる最適設計
を実現することができるため、請求項１に記載の発明の
効果を実現することができる。

【００１８】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項２または請求項３に記載の画像入力装置のシミュレ
ーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記
走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異
ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画
像の光学データを算出する構成であるから、走査位置ず
れや設定位置ずれを考慮した設計が可能になり、その分
だけ請求項１に記載の発明の効果がさらに上がる。ま
た、請求項５に記載の発明によれば、請求項２または請
求項３に記載の画像入力装置のシミュレーション装置に
おいて、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時
に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度
分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前
の理想画像の光学データを算出する構成であるから、時
間的な照度分布変化などを考慮した設計が可能になり、
その分だけ請求項１に記載の発明の効果がさらに上が
る。また、請求項６に記載の発明によれば、請求項５に
記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、
前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に異なる
波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる構
成であるから、より実際に近いシミュレーションを行な
うことができ、その分だけ請求項１に記載の発明の効果
がさらに上がる。また、請求項７に記載の発明によれ
ば、請求項２乃至請求項６に記載の画像入力装置のシミ
ュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、
光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の
画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮
像素子直前の光学データを算出する構成であるから、撮
像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素
とが正確に関係づけられた撮像素子直前の光学データを
算出することができ、その分だけ請求項１に記載の発明
の効果がさらに上がる。また、請求項８に記載の発明に
よれば、請求項７に記載の画像入力装置のシミュレーシ
ョン装置において、前記撮像素子直前の光強度データを
記憶する光強度データ記憶手段を備え、前記入力画像算
出手段は、前記撮像素子直前画像上の１画素の光強度を
計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度デ
ータを反映させた計算を行う構成であるから、光強度デ
ータが正確になり、その分だけ請求項１に記載の発明の
前記効果がさらに上がる。

【００１９】請求項９に記載の発明によれば、被写体の
光学特性を示す２次元配列データである理想画像を対象
として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定
する画像入力条件設定工程と、前記信号処理手段を想定
した信号処理条件を設定する信号処理条件設定工程と、
前記信号処理条件設定工程において設定された前記画像
入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を
前記理想画像を用いて算出する入力画像算出工程と、前
記入力画像算出工程において算出された前記入力信号か
ら前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成す
る信号処理工程とを備えたから、画像入力装置の試作機
を製作する以前に、その画像入力装置の光学系、機械
系、電気系および信号処理系を統合的にシミュレーショ
ンすることができるため、精度良く製品の出力画像の品
質予測をすることができので、製品開発の試作回数を少
なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に
削減できるし、画像入力装置の画像品質をより高画質に
できる。また、請求項１０に記載の発明によれば、請求
項９に記載の画像入力装置のシミュレーション方法にお
いて、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定工
程を備えたから、照明条件の影響もシミュレーションす
ることができるため、請求項９に記載の発明の効果がさ
らに上がる。また、請求項１１に記載の発明によれば、
請求項９または請求項１０に記載の画像入力装置のシミ
ュレーション方法において、前記画像入力条件設定工程
は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、
撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積
載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つにつ
いて設定できる工程であるから、光学系、撮像素子、前
記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる最適
設計を実現することができるため、請求項９に記載の発
明の効果を実現することができる。また、請求項１２に
記載の発明によれば、請求項１０または請求項１１に記
載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前
記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明され
る位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介し
て前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する
工程であるから、走査位置ずれや設定位置ずれを考慮し
た設計が可能になり、その分だけ請求項９に記載の発明
の効果がさらに上がる。

【００２０】また、請求項１３に記載の発明によれば、
請求項１０または請求項１１に記載の画像入力装置のシ
ミュレーション方法において、前記入力画像算出工程
は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して
照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を
介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出
する工程であるから、時間的な照度分布変化などを考慮
した設計が可能になり、その分だけ請求項９に記載の発
明の効果がさらに上がる。また、請求項１４に記載の発
明によれば、請求項１３に記載の画像入力装置のシミュ
レーション方法において、前記入力画像算出工程は、前
記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数
の光源照度分布を用いる工程であるから、より実際に近
いシミュレーションを行なうことができ、その分だけ請
求項９に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求
項１５に記載の発明によれば、請求項１０乃至請求項１
４に記載の画像入力装置のシミュレーション方法におい
て、前記入力画像算出工程は、光線を追跡することによ
り前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応
する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データ
を算出する工程であるから、撮像素子直前の画像上の画
素と理想画像上の対応する画素とが正確に関係づけられ
た撮像素子直前の光学データを算出することができ、そ
の分だけ請求項９に記載の発明の効果がさらに上がる。
また、請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に
記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、
前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度デー
タ記憶工程を備え、前記入力画像算出工程は、前記撮像
素子直前画像上の１画素の光強度を計算する際に前記画
素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計
算を行う工程であるから、光強度データが正確になり、
その分だけ請求項９に記載の発明の前記効果がさらに上
がる。また、請求項１７に記載の発明によれば、請求項
９乃至請求項１６のいずれか１つの請求項に記載の画像
入力装置のシミュレーション方法を実施するためのプロ
グラムを記憶した記憶媒体を得ることができるから、そ
の記憶媒体に記憶された前記プログラムを情報処理装置
に読み取らせて実行させることにより、その情報処理装
置においても請求項９乃至請求項１６のいずれか１つの
請求項に記載の発明の効果を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各実施の形態に係るシミュレーション
装置を示す構成ブロック図である。

【図２】本発明の各実施の形態に係るシミュレーション
装置に係わるフラットベットスキャナを示す概略斜視図
である。

【図３】本発明の各実施の形態に係るシミュレーション
装置に係わるフラットベットスキャナの要部を示す概略
図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態における動作を説明
するためのイメージ図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態における動作を説明
するための動作フロー図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における動作を説明
するための説明図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における動作を説明
するための他の説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態における動作を説明
するための説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態における動作を説明
するための他の説明図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態における動作を説
明するための他の説明図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態における動作を説
明するための他の説明図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態における動作を説
明するための動作フロー図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態における動作を説
明するための説明図である。

【図１４】本発明の第３の実施の形態における動作を説
明するための他の説明図である。

【符号の説明】

１ 処理・制御部、２ 外部記憶装置、３ 入力装置、
４ 記憶媒体駆動装置、５ 表示装置、11 １次元撮像
素子、12 レンズ、13 走行体、14 モータ、16 コン
タクトガラス、17 光源。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B046 AA07 JA04 5B047 AA01 AB02 BB02 BC11 CA07 CB04 5C062 AA05 AC02 5C072 AA01 BA04 CA02 MA04 MB10

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を照明する光源と１ライン単位に
   撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前
   記走行体が１方向に走査して前記撮像素子に前記被写体
   の像を入射させることにより前記被写体の２次元画像を
   入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力さ
   れる信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備え
   た画像入力装置のシミュレーション装置において、前記
   被写体の光学特性を示す２次元配列データである理想画
   像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条
   件を設定する画像入力条件設定手段と、前記信号処理手
   段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定
   手段と、前記画像入力条件設定手段により設定された前
   記信号処理条件で前記画像入力手段から出力される信号
   を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出手段と、
   前記信号処理条件設定手段により設定された前記信号処
   理条件で前記入力画像算出手段により算出された信号か
   ら信号処理された画像信号を生成する信号処理手段とを
   備えたことを特徴とする画像入力装置のシミュレーショ
   ン装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像入力装置のシミュ
   レーション装置において、前記被写体の照明条件を設定
   する照明条件設定手段を備えたことを特徴とする画像入
   力装置のシミュレーション装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の画像入
   力装置のシミュレーション装置において、前記画像入力
   条件設定手段は、前記画像入力手段を想定した光学系に
   係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および
   撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なく
   とも一つについて条件を設定できる構成であることを特
   徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の画像入
   力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像
   算出手段は、前記走行体の走査時に照明される位置によ
   り光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像
   素子直前の理想画像の光学データを算出する構成である
   ことを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２または請求項３に記載の画像入
   力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像
   算出手段は、前記走行体の走査時に照明される同一位置
   に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記
   光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学デー
   タを算出する構成であることを特徴とする画像入力装置
   のシミュレーション装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の画像入力装置のシミュ
   レーション装置において、前記入力画像算出手段は、前
   記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数
   の光源照度分布を用いる構成であることを特徴とする画
   像入力装置のシミュレーション装置。
7. 【請求項７】 請求項２乃至請求項６に記載の画像入力
   装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算
   出手段は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前
   の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づ
   けて前記撮像素子直前の光学データを算出する構成であ
   ることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の画像入力装置のシミュ
   レーション装置において、前記撮像素子直前の光強度デ
   ータを記憶する光強度データ記憶手段を備え、前記入力
   画像算出手段は、前記撮像素子直前画像上の１画素の光
   強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光
   強度データを反映させた計算を行う構成であることを特
   徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。
9. 【請求項９】 被写体を照明する光源と１ライン単位に
   撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前
   記走行体が１方向に走査して前記撮像素子に前記被写体
   の像を入射させることにより前記被写体の２次元画像を
   入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力さ
   れる信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備え
   た画像入力装置のシミュレーション方法において、前記
   被写体の光学特性を示す２次元配列データである理想画
   像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条
   件を設定する画像入力条件設定工程と、前記信号処理手
   段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定
   工程と、前記信号処理条件設定工程において設定された
   前記画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入
   力信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出工
   程と、前記入力画像算出工程において算出された前記入
   力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号
   を生成する信号処理工程とを備えたことを特徴とする画
   像入力装置のシミュレーション方法。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の画像入力装置のシミ
    ュレーション方法において、前記被写体の照明条件を設
    定する照明条件設定工程を備えたことを特徴とする画像
    入力装置のシミュレーション方法。
11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０に記載の画
    像入力装置のシミュレーション方法において、前記画像
    入力条件設定工程は、前記画像入力手段を想定した光学
    系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系お
    よび撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少
    なくとも一つについて設定できる工程であることを特徴
    とする画像入力装置のシミュレーション方法。
12. 【請求項１２】 請求項１０または請求項１１に記載の
    画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入
    力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される位
    置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前
    記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程
    であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーショ
    ン方法。
13. 【請求項１３】 請求項１０または請求項１１に記載の
    画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入
    力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される同
    一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用い
    て前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光
    学データを算出する工程であることを特徴とする画像入
    力装置のシミュレーション方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の画像入力装置のシ
    ミュレーション方法において、前記入力画像算出工程
    は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異な
    る複数の光源照度分布を用いる工程であることを特徴と
    する画像入力装置のシミュレーション方法。
15. 【請求項１５】 請求項１０乃至請求項１４に記載の画
    像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力
    画像算出工程は、光線を追跡することにより前記撮像素
    子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを
    関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する工
    程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーシ
    ョン方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の画像入力装置のシ
    ミュレーション方法において、前記撮像素子直前の光強
    度データを記憶する光強度データ記憶工程を備え、前記
    入力画像算出工程は、前記撮像素子直前画像上の１画素
    の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前
    記光強度データを反映させた計算を行う工程であること
    を特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。
17. 【請求項１７】 請求項９乃至請求項１６のいずれか１
    つの請求項に記載の画像入力装置のシミュレーション方
    法を実施するためのプログラムを記憶したことを特徴と
    する機械読み取り可能な記憶媒体。