JP2003209689A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 階調抜けを生じている画素をチェックし階調
抜けの生じている画素について階調補正を行う。 【解決手段】 原稿からの反射光量をＣＣＤ１で読み取
り、読み取った光量のアナログデータをＡ／ＤＣ３で変
換し、変換したデジタルデータをシェーディングデータ
により画素単位で補正する画像処理装置において、ゲイ
ン調整処理部８は、シェーディングデータを前記デジタ
ルデータに対する乗数（ゲイン）として画素毎に生成
し、生成した乗数を各画素の階調数に乗算し、当該画素
の階調数と前記当該画素に隣接する画素の階調数の差を
検出し、その差が所定数以上のとき、前記当該画素を階
調補正対象画素に特定して階調補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤなどのイメ
ージセンサにより光電変換した原稿画像信号をデジタル
データに変換して処理する画像処理において、デジタル
データの変倍処理時のデータ抜けを補正する画像処理装
置及びこの画像処理装置を備えたデジタル複写機や据置
き型のイメージスキャナなどの画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機、スキャナ装置等におい
て、撮像デバイスとしてＣＣＤが使用される。このＣＣ
Ｄの出力（アナログデータ）は、デジタルデータに変換
され、さらに乗算処理されて画像データとして取り扱わ
れる。このとき１倍以上のゲインにより乗算処理が行わ
れると、その結果得られる画像データにおいて階調（デ
ータ）が抜けてしまう問題がある。つまり、Ａ／Ｄ変換
において量子化誤差が存在し、またデジタル演算による
丸め誤差が存在するので、この様な誤差を含んだデジタ
ルデータに対して、１倍以上のゲインにより乗算処理を
行うと、得られるデータは、階調数が抜けたものになる
ことがある。図８は、階調数が抜ける状態を示す図であ
り、横軸に画素位置、縦軸にＡ／Ｄ変換後の出力値（階
調数）をとっている。ＡはＣＣＤの画像読み取り出力を
Ａ／Ｄ変換したときの値、Ｂはその値にある乗数を乗算
した値を示し、乗算処理によって、画素位置４において
階調数６が抜ける状態を示している。同じように画素位
置７，９においても階調数が抜ける状態を示す。従来、
この様な階調抜けといった問題をなくするために、Ａ／
Ｄ変換後のデジタルデータの階調性を確保するために、
Ａ／Ｄ変換の前段においてアナログ信号に対して増幅回
路の増幅率を変化させて乗算処理を行い、Ａ／Ｄ変換後
の階調性を確保するという技術が開発されていた（特開
２０００−１３５９８公報、特開平１０−２６２１５２
号公報参照）。また、階調抜けに対する対策として全画
素について階調補正を行うことがなされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＡ／Ｄ変換の前段においてアナログ信号に対して増
幅回路の増幅率を変化させる場合、増幅率を制御できる
アナログ増幅器やこれを制御するための機構が必要とな
り、回路の複雑性の増大やコスト高となってしまうとい
う問題点があった。また、全ての画素について階調補正
を行う手法では、階調抜けのない画素まで階調補正の対
象とするために階調ずれを生じるという問題を招来して
いた。本発明は、このような実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、増幅率を制御可能にするアナログ増幅
器等を省き、その周辺回路や制御機構を簡略化するこ
と、階調抜けを生じている画素をチェックし、階調抜け
の生じている画素について階調補正を行って、階調抜け
を最小限に抑え、階調ずれをなくすこと、そして階調抜
けに伴って画像上に発生する擬似輪郭やスジといった問
題を改善することである。更に前記問題を改善した画像
形成装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原稿
画像を画素単位のアナログデータとして読み取り、読み
取ったアナログデータをデジタルデータに変換し、変換
したデジタルデータを画素単位で補正して画像データを
生成する画像処理装置において、シェーディングデータ
を前記デジタルデータに対する乗数として画素毎に生成
する手段と、該乗数を各画素の階調数にそれぞれ乗算す
る手段と、当該画素の階調数と当該画素に隣接する画素
の階調数との差を検出する手段と、該検出手段による差
が所定数を超えるとき、前記当該画素を階調補正対象予
定画素として特定する手段と、特定した当該画素の階調
数を補正する手段を有することを特徴とする画像処理装
置である。

【０００５】請求項２の発明は、請求項１記載の画像処
理装置において、前記当該画素を階調補正対象予定画素
として特定する手段は、特定した当該画素の階調数に前
記乗数を乗算した階調数と前記当該画素のデジタルデー
タに前記乗数を乗算した階調数とを比較し、比較した階
調数が同じであるとき、特定した当該画素を階調補正対
象画素として確定することを特徴とする画像処理装置で
ある。

【０００６】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
画像処理装置において、前記特定した当該画素の階調数
を補正する手段は、前記確定した当該画素のデジタルデ
ータに前記乗数を乗算した階調数と前記当該画素の前後
に位置する複数の画素に離散して存在する前記階調数の
各階調成分を加算した階調数との単純平均を求めること
を特徴とする画像処理装置である。

【０００７】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする画
像形成装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の実施形態に係る画像処理装
置の概略的な電気的構成を示す。図１において、読み取
り対象となる原稿（非図示）は、その表面上の画像情報
がＣＣＤ１によって読み取られる。ＣＣＤ１は、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１次
元の画像センサである。なお、原稿からの画像をＣＣＤ
１の受光部に結像させるために、光学レンズ（非図示）
が設けられ、原稿とＣＣＤ１と光学レンズとは、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、原稿表面からの画像
情報を読み取る。

【０００９】ＣＣＤ１は、固定周期で主走査方向の画像
情報を読み取り、画素毎に順次アナログ画像信号として
出力する。ＣＣＤ１から出力されるアナログ信号は、そ
のままでは微弱なため信号電力を固定倍に増幅する固定
ゲインアンプ２で増幅される。固定ゲインアンプ２で増
幅されたアナログ信号は、ダイナミックレンジを決める
ための予め設定されたレファレンス信号ＶＲＢ（固定
値）４及びＶＲＴ（固定値）５に基づきＡ／ＤＣ３によ
り信号変換され、デジタル画像データ：Data_ad（ｌ、
ｎ）を出力する。このデジタル画像データは、デジタル
信号補正部６の黒減算部７に入力される。

【００１０】黒減算部７で用いる黒レベルは、画像処理
装置の図示されない画像信号１ライン中の有効画素領域
外に存在するOPB部（Optical Black部）でのデータから
生成された値D_opbである。黒減算は、前記Ａ／Ｄ変換
後データ：Data_adからこのD_opbを、Data（ｌ、ｎ）＝
Data_ad（ｌ、ｎ）−D_opbとして処理することにより行
う。

【００１１】次に、このようにして黒減算処理が施され
たデータData（ｌ、ｎ）について、ゲイン調整処理部８
で、シェーディング処理を含んだゲイン調整処理（詳細
は図２を参照して後述する）を行い、画素毎のゲインを
生成する。得られたゲインは、階調補正処理部９におい
て階調補正に使用する（詳細は図４を参照して後述す
る）。階調補正された画像データは、いったん画像メモ
リ１０に蓄積された後、或いは直接後段の画像処理部
（非図示）にデジタル画像データとして出力される。

【００１２】図２は、ゲイン調整処理部のブロック構成
図である。図２を参照して、ゲインの生成について説明
すると、シェーディングデータ生成部８１１は、まず、
ＣＣＤ１のスキャン動作による原稿の読み取り前にシェ
ーディングデータを生成する。シェーディングデータの
生成は、様々な方法が提案されているが、本発明では、
各画素毎に副走査方向に重加算平均処理を行うことで、 SH_Data（ｎ）＝（３×Data（ｌ−１、ｎ）＋Data
（ｌ、ｎ））／４ ただし、ｎ：画素位置、ｌ：副走査ライン数 としてシェーディングデータを生成する。図３は、この
シェーディングデータを生成する方法を示す図であり、
ｌラインの画素位置ｋ−１について前記重加算平均によ
り、SH_Data（ｋ−１）として生成する。画素ｋ、画素
ｋ＋１についても同様に生成し、これを他のラインの全
画素について行う。このシェーディングデータは、画素
周期に合わせたタイミングのゲート信号（クロック信
号）を発生するゲート信号生成部８１３の信号により画
素毎に生成すると共にシェーディングデータ保持メモリ
８１２に保存し、後段のゲイン生成部８１９において使
用する。

【００１３】またシェーディングデータの生成と同時
に、ラインピーク検出部８１４は、各ライン毎のピーク
値を検出し、白板データのピーク値：P_whとして白板デ
ータピーク値保持メモリ８１６に保存する。

【００１４】また、原稿読取時の白レベルを補正するた
めに予め白基準原稿を読み取って白基準原稿レベル：Wh
_kijnとして検出し、白基準データ保持メモリ８１７に
保持しておく。

【００１５】このようにして得られたシェーディングデ
ータ及び各データは、ゲイン生成部８１９に入力され、
各画素毎のゲインをG_nae（ｎ）として、次式により生
成する。 G_nae（ｎ）＝（白レベル目標値／SH_Data（ｎ））×
（P_wh／Wh_kijn） 白レベル目標値：外部装置６ａから設定しておく値 SH_Data（ｎ）：メモリに保存されているｎ画素目のシ
ェーディングデータ P_wh：メモリに保存されている白板のピークレベル Wh_kijn：メモリに保存されている白基準原稿レベル

【００１６】このようにして生成されたゲインは、ゲイ
ンデータ保持メモリ８２４に蓄積後、ゲイン乗算処理部
８２１に入力されて乗算処理し、更には階調補正処理部
９に入力して階調処理に用いる。

【００１７】ゲイン乗算処理部８２１は、黒減算後のデ
ータ：Data（ｌ、ｎ）に対してゲイン生成部８１９で生
成したゲインを用いてゲイン乗算処理を行う。即ち Data_G(ｌ、ｎ）＝Data（ｌ、ｎ）×G_nae（ｎ） としてゲイン乗算を行う。

【００１８】このようなゲインを乗算処理して得たＡＤ
変換データ：Data_G（ｌ、ｎ）は、階調抜けが発生する
ことになる。ただし全てのデータにおいて階調抜けが発
生するわけではなく、階調抜けが発生していないデータ
に対して階調補正を行うと階調のずれを起こす可能性が
ある。そこで本発明は、階調補正処理を行う前に各画素
毎に階調抜けや階調ずれが発生している画素かどうかを
判断し、階調抜けの可能性のある画素に階調補正処理を
施す。

【００１９】以下、その階調補正処理について説明す
る。まず階調補正の前処理として、階調抜けの可能性が
ある画素を求める。階調抜けや階調ずれがどこの画素に
おいて起きるかは、前記ゲインに依存するので、ゲイン
生成部８１９で求めたゲインを階調抜け判断計算部８２
５に導入し、本来、階調変化のもとになる階調数１，
２，３、・・、P_whに対して各画素毎のゲインを用いて乗
算処理を行い、基本階調数ａ（１）、ａ（２）、ａ
（３）、・・ａ（P_wh）を求める。そして隣接画素毎に基
本階調数の差分Δ、つまり Δ＝ａ（ｎ）−ａ（ｎ−１） ただし、ｎ＝２〜P_wh を求める。この結果、Δ＝１の場合は階調抜けはなく、
２以上となる場合に階調抜けが発生していることにな
る。そこで、差分Δが２以上となる画素の基本階調数を
画素位置とともに階調抜けレベル保持メモリ８２６に記
憶する。

【００２０】一方、ゲイン乗算処理部８２１は、黒減算
後のデータ：Data（ｌ、ｎ）を一定時間保持し、そのタ
イミングでゲインデータ保持メモリ８２４に記憶されて
いるゲインを読み出してゲイン乗算処理を行う。その結
果を階調補正処理部９に入力し、このゲイン乗算値（階
調数）と前記階調抜けレベル保持メモリ８２６に記憶し
た基本階調数とを比較し、これらが同じ階調数の場合、
その画素に対して階調補正を行う。

【００２１】階調補正の手法としては、周囲画素等の階
調数の単純平均を求める手法が広く用いられるが、本発
明においては、より好ましい階調数を得るために標本化
定理に基いて階調数を求めることを特徴とする。

【００２２】標本化定理は、ある画素信号Ｙ（ｘ）に含
まれる最高空間周波数をfmaxとすると、標本化間隔ｘ
を、ｘ≦１／２fmaxとなる間隔で標本化を行った場合、
その標本化したデータからもとの画像信号Y(x)を復元す
ることが可能となるという定理である。この定理に基く
と画像信号Y(x)は、

【００２３】

【数１】

【００２４】、ただし、ｎは−∞〜＋∞の範囲、により
再現が可能となる。ここで、｛sinπ（fmax×（ｘ−
ｎ））／（π（fmax×（ｘ−ｎ））｝は、標本化データ
に対して係数となるSinc関数である。図４のＡは、ある
注目画素における画像信号のSinc関数スペクトラムを示
す。なお、スペクトラムＢについては後述する。

【００２５】本発明は、前記数式１に基き着目画素の階
調補正値を求めるが、上記の標本化間隔（周期）を画素
周期として考えてしまうと、各標本化ポイントでの係数
が０となってしまい補正データを計算できない。そこ
で、画像に含まれる最高空間周波数をfmax／２と考え、
標本化間隔を１／fmaxとすると係数が計算可能となり、
着目画素の階調補正値を計算することが可能となる。た
だし、画像の最高空間周波数として画素間隔の倍を考え
るため、画素間隔の周波数成分を考慮していないことに
なる。そこで、その点を補うために、階調抜けを起こし
ている可能性があるがゲイン乗算により得られる着目画
素の階調数も合せ用いて、この値と数式１により求めた
階調補正値との平均をとることで、より好ましい値に補
正する。

【００２６】図５は、この階調補正処理を行う処理部の
ブロック構成図である。図５を参照して階調補正処理の
手順を説明すると、階調補正処理部９は、ゲイン調整処
理部８のゲイン乗算処理部８２１から乗算処理後のデー
タData_G（ｌ、ｎ）を取得し、また階調抜けレベル保持
メモリ８２６から階調抜けの可能性のある画素の階調数
を取得する。そしてこれらを比較する。比較の結果、階
調数が一致する画素について階調抜けの可能性があるた
め、例えばその前後５画素ずつを用いて補正用データ
を、 Data_GH1（ｌ、ｎ）＝Σα（ｋ）×Data_G（ｌ、ｎ＋
ｋ）＋Σα（ｐ）×Data_G（ｌ、ｎ＋ｐ） ただし、ｋ（注目画素の後側画素）＝１〜５、ｐ（注目
画素の前側画素）＝−１〜−５、α（ｋ）、α（ｐ）は
標本化定理でのSinc関数より求まる係数、として生成す
る。つまり、注目画素の前後に位置する５つの画素に離
散して存在する注目画素の階調成分を加算する。図６
は、注目画素の前後５画素の係数を示す表であり、その
係数は、注目画素の前後各１番目の画素において、0.63
66、以下、２，３，４，５番目の画素において、それぞ
れ0、−0.212、0、0.1273である。図５のＢは、そのス
ペクトラムを示す。続いて、ゲイン乗算処理部８２１か
ら取得したData_G（ｌ、ｎ）と生成したData_GH1（ｌ、
ｎ）との単純平均値を階調補正値とする。即ち、Data_G
H（ｌ、ｎ）＝｛Data_GH1（ｌ、ｎ）＋Data_G（ｌ、
ｎ）｝／２により求めた階調数をデジタル画像データ出
力として図示されない後段の画像処理部に出力する。

【００２７】前記比較の結果、階調抜けレベル保持メモ
リ８２６内に一致する階調数がない場合は、階調の抜け
又はずれがないものとしてゲイン乗算処理部８２１から
取得したData_G（ｌ、ｎ−1）を後段の画像処理部に出
力する。

【００２８】本実施形態によれば、ＡＤ変換後のゲイン
を１．４６としたとき、３４階調の画像表示において画
素位置６，１０，１２において階調抜けが生じるのを補
正することができた（図７参照）。このようにして階調
補正処理を行ったデータを後段の画像処理部分へ送るこ
とにより、ゲイン乗算処理により生じた階調抜けが原因
で生じる擬似輪郭や、画像に生じるスジを低減できるこ
とになる。

【００２９】前記構成になる画像処理装置をデジタル複
写機や据置き型のイメージスキャナなどの画像形成装置
に搭載する。このようなデジタル複写機や据置き型のイ
メージスキャナによれば、簡単な構成で高画質の画像デ
ータを得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１，２に対応する効果： 原稿か
らの反射光量を読み取り、読み取った光量のアナログデ
ータをデジタルデータに変換し、変換したデジタルデー
タの階調を補正するので、増幅率を制御可能にするアナ
ログ増幅器等を省き、その周辺回路や制御機構を簡略化
することができる。また、階調抜けが生じている画素に
ついてのみ階調補正がなされるので、階調抜けを最小限
に抑え、また階調ずれをなくすことができる。更には、
階調抜けが原因で画像に生じる擬似輪郭やスジを低減す
ることができる。 請求項３に対応する効果： 階調抜けのあった画素につ
いて、量子化誤差や丸め誤差を含まない階調数により平
均化するので、より適正な階調数（補正値）により階調
抜けや階調ずれを補正することができる。よって、階調
抜けをより的確に元の画像に近い画像を得ることができ
る。 請求項４に対応する効果： 簡単な構成で高画質の画像
データを得ることができる画像形成装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る画像処理装置の要部ブ
ロック構成図である。

【図２】図１のゲイン調整処理部のブロック構成図であ
る。

【図３】シェーディングデータを生成する方法を示す図
である。

【図４】Sinc関数のスペクトラムを示す図である。

【図５】図１の階調補正処理部のブロック構成図であ
る。

【図６】注目画素前後のSinc関数の係数を示す図であ
る。

【図７】階調抜け補正状況を示す図である。

【図８】乗算されたＡＤ変換値における階調ずれを説明
する図である。

【符号の説明】

１・・ＣＣＤ、２・・固定ゲインアンプ、３・・Ａ／Ｄ変換
器、６・・デジタル信号補正部、７・・黒減算部、８・・ゲイ
ン調整処理部、９・・階調補正処理部、１０・・画像メモリ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿画像を画素単位のアナログデータと
   して読み取り、読み取ったアナログデータをデジタルデ
   ータに変換し、変換したデジタルデータを画素単位で補
   正して画像データを生成する画像処理装置において、シ
   ェーディングデータを前記デジタルデータに対する乗数
   として画素毎に生成する手段と、該乗数を各画素の階調
   数にそれぞれ乗算する手段と、当該画素の階調数と当該
   画素に隣接する画素の階調数との差を検出する手段と、
   該検出手段による差が所定数を超えるとき、前記当該画
   素を階調補正対象予定画素として特定する手段と、特定
   した当該画素の階調数を補正する手段を有することを特
   徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像処理装置において、
   前記当該画素を階調補正対象予定画素として特定する手
   段は、特定した当該画素の階調数に前記乗数を乗算した
   階調数と前記当該画素のデジタルデータに前記乗数を乗
   算した階調数とを比較し、比較した階調数が同じである
   とき、特定した当該画素を階調補正対象画素として確定
   することを特徴とする画像処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の画像処理装置にお
   いて、前記特定した当該画素の階調数を補正する手段
   は、前記確定した当該画素のデジタルデータに前記乗数
   を乗算した階調数と前記当該画素の前後に位置する複数
   の画素に離散して存在する前記階調数の各階調成分を加
   算した階調数との単純平均を求めることを特徴とする画
   像処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の画像
   処理装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。