JP2004120041A - 画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】設定の自由度が高く最適な平均化効果でシェーディング補正データを生成すること及び部品の共通化を可能にした画像読取装置を提供すること。
【解決手段】基準白板を読取り、シェーディング補正データ生成の第１ラインでは、読取りデータは補正データ演算手段２０３をスルーし、シェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に記憶される。第２ライン以降では、差分値検出手段２０１でＦＩＦＯに記憶されているシェーディング補正データと読取りデータの差分値を所定の方法で検出する。検出された差分値は差分値比較手段２０２で＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２と比較する。この比較結果により、補正データ演算手段２０３で以下の演算を行う。上記演算は、読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値２以上違う値の場合はゴミによる異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外する。
【選択図】 図２
【解決手段】基準白板を読取り、シェーディング補正データ生成の第１ラインでは、読取りデータは補正データ演算手段２０３をスルーし、シェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に記憶される。第２ライン以降では、差分値検出手段２０１でＦＩＦＯに記憶されているシェーディング補正データと読取りデータの差分値を所定の方法で検出する。検出された差分値は差分値比較手段２０２で＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２と比較する。この比較結果により、補正データ演算手段２０３で以下の演算を行う。上記演算は、読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値２以上違う値の場合はゴミによる異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルコピー、ファクシミリ、スキャナ等に用いられる画像読取装置に関し、特にＣＣＤ等のイメージセンサを用いて、読取データのばらつき等のシェーディング特性を補正するためのシェーディング補正方法、およびシェーディング補正を行う画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、デジタルコピー、ファクシミリ、スキャナ等の画像読取装置では、イメージセンサで原稿を読取りる場合、イメージセンサを構成する複数の画素（光電変換素子）の感度ばらつきや、レンズ系による収束差、あるいは原稿を照明する光源の照度むら等のために、同一濃度の原稿を読取りった場合でも、その出力レベルにばらつきが生じて均一な読取りレベルとはならない。
このような各画素の読取りレベルばらつきを電気的に補正するために、シェーディング補正が行われる。シェーディング補正の方式としては、以下のような方法が広く知られている。
図１において、原稿搭載部の近傍に配置された基準白板１０１を実際の原稿読取り処理に先立って照明し、その反射光を読取り、各画素のシェーディング補正データとして記憶する。原稿読取りの際は、読取りられた各画素の画像データを、記憶してあるシェーディング補正データをもとに、同一濃度原稿を読取りったときに各画素のデータレベルが同一レベルになるよう以下のような補正を行う。
Ｄｓｈ（Ｉ）＝２５５×Ｄ（Ｉ）／Ｄｗ（Ｉ）
ただし、Ｉ：主走査画素Ｎｏ、Ｄ（Ｉ）：読取データ、Ｄｗ（Ｉ）：シェーディング補正データ、Ｄｓｈ（Ｉ）：シェーディング補正後データとする。
【０００３】
上記シェーディング補正を精度良く行うためには、基準白板を読取りって得るシェーディング補正データを真のレベルに対してノイズが少ないものにしなければならない。例えば、シェーディング補正データのノイズが大きい場合は、そのシェーディング補正データにより補正される読取り画像データは、シェーディング補正データのノイズの影響を受けた出力画像データとなってしまう。
そのため次に示すような技術が提案されている。
【特許文献１】
特開平５−１１０８４８号
【特許文献２】
特開平１１−２８９４３２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２では、基準白板１０１の複数ラインデータをもとにシェーディング補正データを生成することで、ノイズの影響を最小限に抑える構成をとっている。基準白板の複数ラインデータをもとにシェーディング補正データを生成する方法は、上記の複数ラインデータの単純平均で生成する方法も知られているが、平均を行うために必要なデータ記憶容量が大きくなり、高コストな回路となるため、データ記憶容量を抑えて低コストに実現可能な重み付け平均（以後重加算平均とする）でシェーディング補正データを生成することが一般的に行われる。重加算平均では１ライン分の記憶容量を持てば良い。
（１ライン目）
Ｄｗ（Ｉ、１）＝｛Ｄ（Ｉ、１）×（ｍ−１）｝／ｍ
（２ライン目以降）
Ｄｗ（Ｉ、Ｎ）＝｛Ｄ（Ｉ、Ｎ）＋（ｍ−１）×Ｄｗ（Ｉ、（Ｎ−１））｝／ｍ
ただし、ｍ：重加算係数、Ｎ：基準白板ラインＮｏとする。尚、除算のまるめは四捨五入とする。
【０００５】
この重加算平均による方法であるが、多くの装置を作る中で、以下のような問題点があることがわかってきた。
まず、読取データ（Ｄ）：８ｂｉｔ／画素（データ：０〜２５５）として、シェーディング補正データの記憶容量（Ｄｗ）：８ｂｉｔ／画素、重加算係数（ｍ）：８とした場合、演算のまるめのため、Ｄｗ（Ｎ）はＤｗ（Ｎ−１）に対してＤ（Ｎ）が−４〜＋３の間は値が変化しない。そのため、白レベル基準データのノイズばらつき幅が重加算係数に対して小さい場合、意図したノイズの平均化は行われない（例えば白レベル基準データのノイズが±２の幅とするとＤｗは演算のまるめでＤの平均化は行われない）。よって、重加算係数は装置のノイズ量に合わせて選ぶ必要がある。
【０００６】
また、上記は白レベル基準データの記憶容量（Ｄｗ）を８ｂｉｔ／画素としたが、より高い精度を求めＤｗを１２ｂｉｔ／画素として１／１６の桁まで記憶できる場合、ノイズの幅を±２として＋２のノイズが入力されたときを考えると、重加算係数が８の場合はＤｗは１／４と最小桁１／１６の４倍の変化となるが、重加算係数が１６の場合は１／８と２倍の変化になり、重加算係数が１６の方が精度良くＤｗが生成される。よって装置の記憶容量に合わせて精度を良くできる重加算係数を選ぶ必要がある。
即ち、精度良くシェーディング補正データを生成するには、重加算係数は装置記憶容量や装置ノイズ量によって最適な係数を選択する必要がある。
そのために、様々な条件の装置で使用できるよう重加算係数選択を多く持つとハード量が増大し、装置条件に合わせて係数を変えたものを用意すると、設計工数増加や部品品種増大となり好ましくない。
また、重加算係数は演算上の容易さから、２の乗数とするのが一般的であり、係数選択自由度も高くはない。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、装置条件に合わせて所定値１を設定することで、設定の自由度が高く最適な平均化効果でシェーディング補正データを生成することを可能にすると共に、部品の共通化を可能にした画像読取装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記差分値比較手段の所定値１を０．５σ〜２．５σの範囲とすることで、良好なシェーディング補正データ生成が行える画像読取装置を提供することである。
【０００８】
本発明の第３の目的は、所定値１より大きい所定値２とも比較する差分値比較手段を持つことで、ゴミなどの影響を受けた異常読取りデータをシェーディング補正データ演算から除外でき、また装置条件に合わせて所定値２を設定することで、設定の自由度が高く良好な効果が得られる画像読取装置を提供することである。
本発明の第４の目的は、補正データ演算手段での演算方法として重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正デーダの生成は重加算平均で開始し、所定ラインから上記演算方法に切換えることで、ゴミなどの影響を受けた読取りデータによる誤判断やシーディング補正データ生成に必要なライン数の増加を防ぎ、装置の白板ライン数で良好なシェーディング補正データ生成を可能にする画像読取装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、原稿面を光学的に走査し、１次元ラインセンサによって読取りる光学的読取手段を備え、ラインセンサにより基準白板からの複数ラインの読取りデータに基づきデジタル的なシェーディング補正データを取得し、前記ラインセンサによる原稿画像の読取り時には、前記シェーディング補正データにより読取りデータを補正する画像読取り装置において、シェーディング補正データ記憶する記憶手段と、基準白板読取りデータと前記記憶手段に記憶されたシェーディング補正データとの差分値を検出する差分値検出手段と、前記差分値と所定値１とを比較する第１の差分値比較手段と、シェーディング補正データを演算する補正データ演算手段を備え、前記第１の差分値比較手段の結果に従ってシェーディング補正データを演算し、シェーディング補正データを取得することにより、前記第１の目的を達成する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記第１の差分値比較手段の所定値１は、０．５σ〜２．５σの範囲であることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載にの発明において、前記第１の差分値比較手段に所定値１との比較に加え、所定値１より大きい所定値２とも比較する第２の差分値比較手段をさらに備え、所定値２との比較結果で、基準白板読取りデータは異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外することにより、前記第３の目的を達成する。
【００１２】
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２または請求項３記載にの発明において、補正データ演算手段での演算方法として重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正データの生成は重加算平均で開始し、所定ラインから通常の算方法に切換えることにより、前記第４の目的を達成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る画像読取装置の構成を示した図である。この画像読取装置は、原稿を搭載するコンタクトガラス１０５、シェーディングデータ生成用の基準白板１０１、スキャナランプ１０２および第１ミラーが搭載される第１キャリッジ１０３、第２・第３ミラーが搭載される第２キャリッジ１０４、ＣＣＤイメージセンサ上に縮小結像させるレンズユニット１０６、ＣＣＤイメージセンサを搭載したＳＢＵ１０７、第１・第２キャリッジを駆動するスキャナモータ１０８から構成される。
上記の構成において、コンタクトガラス１０５上に原稿を搭載し、スキャナランプ１０２を点灯し、第１・第２キャリッジをスキャナモータ１０８により右方向に移動走査して原稿を読取りるようになっている。
【００１４】
図２は本実施の形態に係るシェーディング補正データ生成の構成例であり、図２を参照して基本的な処理を説明する。
まず、基準白板を読取り、シェーディング補正データ生成の第１ラインでは、読取りデータは補正データ演算手段２０３をスルーし、シェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に記憶される。
第２ライン以降では、差分値検出手段２０１でＦＩＦＯに記憶されているシェーディング補正データと読取りデータの差分値を以下のように検出する。
差分値＝（読取りデータ）−（シェーディング補正データ）
ただし、差分値は±の符号付き
検出された差分値を差分値比較手段２０２で＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２と比較する。
所定値１および所定値２はレジスタで任意な値に設定できるものとする。また、実施例では±所定値と＋側と−側で同じ値であるが、別々に設定できるようにしても良い。
【００１５】
この比較結果により、補正データ演算手段２０３で以下の演算を行う。（所定値２＞所定値１）
差分値≧＋所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
＋所定値２＞差分値≧＋所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ＋１
＋所定値１＞差分値＞−所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
−所定値１≧差分値＞−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ−１
−所定値２＞差分値の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００１６】
上記演算は、読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値２以上違う値の場合はゴミによる異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外する。
読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値１未満の違いであれば、シェーディング補正データの値はそのままとする。読取りデータが、シェーディング補正データに対して所定値１以上、所定値２未満の違いであれば、違いの符号方向にシェーディング補正データを＋１または−１する。
尚、ここで±１と示すが、これはＦＩＦＯ２０４に記憶できるＬＳＢ（最小有効ビット）桁の値を示すものとする。
【００１７】
（現）補正データはシェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に新たに記憶される。
この処理が各画素でシェーディング補正データ生成ラインの期間行われ。シェーディング補正データ生成ライン終了時にＦＩＦＯ２０４に記憶されている値がシェーディング補正データとなる。
【００１８】
ここで本実施の形態の演算方法と重加算方法との平均効果について比較する。
基準白板を読取りったときに、真の読取りレベルに重畳されているノイズは図３に示すようにほぼ正規分布している（真の読取りレベルがノイズ：０の位置）。図３の例ではノイズが±４の幅としている。
読取りｂｉｔ数を８ｂｉｔ（０〜２５５）とし、ＦＩＦＯｂｉｔ数を８ｂｉｔ（０〜２５５）として考えることにする。
重加算平均で
（現）補正データ＝｛読取りデータ＋（ｍ−１）×（前）補正データ｝／ｍ （四捨五入）
で重加算平均を行う場合、（前）補正データが（真の読取りレベル−２）であったとき（ノイズ：−２の位置）、
重加算係数ｍ＝１６の場合を考えると、読取りデータとして図３のノイズが重畳された、（真の読取りレベル−４）〜（真の読取りレベル＋４）が入力されても、演算のまるめで（現）補正データは（真の読取りレベル−２）のままとなり、補正データはいつまでも真の読取りレベルに近づくことはない。
即ち、重加算係数は演算結果を丸めるＦＩＦＯ２０４のＬＳＢ桁の値に重加算係数を乗じたものが、ノイズ幅未満でなければ意図した平均化が行われない。
ＦＩＦＯ２０４ＬＳＢ桁×重加算係数＜ノイズ幅
尚、上記の重加算演算のまるめを切捨てとした場合は上記条件でも（新）補正データは真の読取りレベルより
（ＦＩＦＯ２０４ＬＳＢ桁×重加算係数）／２低い値に収束するため、重加算平均演算では演算結果の四捨五入は必要な処理である。
【００１９】
以上の説明により選択する重加算係数に上限があることがわかったが、それ以下であれば選択する重加算係数によって差異がないかを考える。（上記と同じ図３の条件で考える。）
（前）補正データが（真の読取りレベル）であったとき（ノイズ：０の位置）、重加算係数＝２と重加算係数＝４の場合で読取りデータとして（真の読取りレベル＋４）が入力されたときの結果は、
重加算係数＝２の場合：
（現）補正データ＝真の読取りレベル＋２
重加算係数＝４の場合：
（現）補正データ＝真の読取りレベル＋１
となり、重加算係数が小さい方がノイズの影響が大きく、良好な平均化を得るためには重加算係数が大きい方が良好な結果となる。
このことから重加算平均で良好なシェーディング補正データを得るには、重加算係数はＦＩＦＯ ＬＳＢ桁、ノイズ量によって、ノイズ幅以下でなるべく大きな値とするのが良いことがわかる。
【００２０】
重加算係数を上記条件で設定したとき、本発明方式との平均化との比較であるが、
（ノイズ幅／２）＜ＦＩＦＯ ＬＳＢ桁×重加算係数＜ノイズ幅
の条件では、所定値１を（重加算係数／２）に設定したのと同じであり、
ＦＩＦＯ ＬＳＢ桁×重加算係数＜（ノイズ幅／２）
の条件では、大きなノイズの入力時、重加算では 補正データがＬＳＢの大きさ以上変化するのに対し、本発明方式ではＬＳＢの大きさしか変化しないので、本方式の方が良好な平均化効果を得られる。
【００２１】
以上が本発明方式の基本的な説明であるが、前記した実施例では、第１ライン目がゴミなどの影響を受けていると第２ライン目以降に正常な読取りデータが入力されても、ゴミの影響を受けたデータと誤判断して演算から排除したり、あるいは真の読取りレベルに収束するまでに多くのライン数が必要になったりする。この点を考慮したのが、請求項４であり、以下請求項４の動作を詳細に説明する。
【００２２】
図４は、シェーディング補正回路を示した図である。この図４において、１次元ライン状のＣＣＤ４０１により読取りられた読取りデータはサンプルホールド、増幅等の信号処理回路４０２による信号処理を経て、Ａ／Ｄ変換器４０３によりデジタルデータに変換されてシェーディング補正回路４０４に入力される。このシェーディング補正回路４０４中には読取りデータ経路、シェーディング補正データ経路とが設けられている。
【００２３】
まず、シェーディング補正データ取得の動作について説明する。
シェーディング補正データは図５のシェーディングゲートが”Ｌ”の区間で取得される。
シェーディングゲートが”Ｌ”区間の第１ラインでは、補正データ演算手段４０７にて画素毎に下記の演算が行われ、結果がシェーディング補正データを記憶するＦＩＦＯ４０８に記憶される。
（現）シェーディング補正データ＝（（ｍ−１）／ｍ）×（現）入力データｍは任意であるが、ハード化する上で２の乗数が都合良く、またレジスタ設定としても良い。
第２ライン以降では、差分値検出手段４０５、差分値比較手段４０６は、ゴミなどの影響を受けた読取りデータを除外するため、画素毎に以下のように差分値を求め、−所定値２との比較を行う。
差分値＝読取りデータ−（前）シェーディング補正データ
ただし、差分値は±の符号付き
【００２４】
この比較結果により、補正データ演算手段４０７で以下の重加算平均演算を行い、ＦＩＦＯ４０８に記憶する。
差分値 ≧ −所定値２ の場合：
（現）補正データ＝｛（現）読取データ＋（ｎ−１）×（前）補正データ｝／ｎただし、ｎは任意であるが、ハード化する上で２の乗数が都合良く、レジスタ設定としても良い。
差分値＜−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００２５】
上記で−所定値とのみ比較しているのは、第１ラインでＦＩＦＯに記憶される値をゴミの影響を受けていても真の読取りレベルより低い値とし、補正データが真の読取りレベルより低い値から徐々に真の読取りレベルに収束するようにする。そのため、（前）補正データより高い方の異常データ排除は行わず、（前）補正データより所定値２以上低い読取りデータだけ異常データとして排除している。
【００２６】
ライン数カウンタ４０９は、図５のシェーディングゲート”Ｌ”からのライン数をカウントし、ライン数が設定された”切換えライン数”に等しくなると、図５の演算切換えゲート”Ｌ”を出力し、シェーディングゲートの”Ｈ”で演算切換えゲート”Ｈ”を出力する。尚、”切換えライン数”は任意に設定可能とする。
演算切換えゲート”Ｌ”区間では、請求項１〜３と同様に差分値比較手段（４０６）は＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２との比較を行い。補正データ演算手段（４０７）は以下の演算を行い、ＦＩＦＯ（４０８）に結果を保存する。
差分値≧＋所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
＋所定値２＞差分値≧＋所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ＋１
＋所定値１＞差分値＞−所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
−所定値１≧差分値＞−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ−１
−所定値２＞差分値の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００２７】
この処理が各画素でシェーディング補正データ生成ラインの区間行われ。シェーディング補正データ生成ライン終了時にＦＩＦＯ２０４に記憶されている値がシェーディング補正データとなる。
【００２８】
以上のように、請求項４では演算切換えゲート”Ｌ”のラインまでは重加算平均で補正データ生成を行い、真の読取りデータに近い値まで収束させ、演算切換えゲート”Ｌ” のラインから本考案の方法を用いてシェーディング補正データを生成することで、所々ゴミなどの影響を受けた読取りデータがあっても良好な補正データを得ることができる。
尚、演算切換えゲート”Ｌ”のアサート位置は任意にレジスタ設定できるものとする。
【００２９】
原稿読取り時の動作は、原稿読取りゲート”Ｌ”区間は原稿読取り期間であり、図４において読取りデータ経路側から読取データ：Ｄが、ＦＩＦＯ４０８からは画素毎のシェーディング補正データ：ＤｗがＲＯＭ４１０に入力され、このＲＯＭ４１０に予め格納されているシェーディング補正演算式に基づきルックアップテーブル方式により、Ｄ、Ｄｗに応じたシェーディング補正演算後データＤｓｈが出力される。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、シェーディング補正データ記憶手段、基準白板読取りデータとシェーディング補正データとの差分値を検出する差分値検出手段、前記差分値と所定値１とを比較する差分値比較手段、シェーディング補正データを演算する補正データ演算手段を持ち、前記差分値比較手段の結果に従ってシェーディング補正データを演算し、シェーディング補正データを生成することで、装置条件に合わせて所定値１を設定することで、設定の自由度が高く最適な平均化効果でシェーディング補正データを生成することを可能にできると共に、部品（ハード）の共通化を可能にすることができる。
請求項２記載の発明では、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記所定値１を０．５σ〜２．５σの範囲とすることで、良好なシェーディング補正データ生成を行うことができる。
【００３１】
請求項３記載の発明では、前記差分値比較手段に所定値１との比較に加え、所定値１より大きい所定値２とも比較する差分値比較手段を持ち、所定値２との比較結果で、基準白板読取りデータは異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外することで、ゴミなどの影響を受けた異常読取りデータをシェーディング補正データ演算から除外でき、また装置条件に合わせて所定値２を設定することで、設定の自由度が高く良好な効果を得ることができると共に、部品の共通化を可能にすることができる。
請求項４記載の発明では、補正データ演算手段での演算方法として上記に加え、重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正デーダの生成は重加算平均で開始し、任意ラインから上記演算方法に切換えることで、ゴミなどの影響を受けた読取りデータによる誤判断やシーディング補正データ生成に必要なライン数の増加を防ぎ、装置の白板ライン数で良好なシェーディング補正データ生成を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像読取装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシェーディング補正データ生成の構成例を示した図である。
【図３】ノイズの分布を示した図である。
【図４】シェーディング補正回路を示した図である。
【図５】シェーディングゲート、演算切換えゲート、原稿読取ゲートのオン／オフを示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０１ 基準白板
１０２ スキャナランプ
１０３ 第１キャリッジ
１０４ 第２キャリッジ
１０５ コンタクトガラス
１０６ レンズユニット
１０７ ＳＢＵ
１０８ スキャナモータ
１０９ スキャナＨ．Ｐ．センサ
２０１ 差分値検出手段
２０２ 差分値比較手段
２０３ 補正データ演算手段
２０４ ＦＩＦＯ
４０１ ＣＣＤ
４０２ 信号処理回路
４０３ Ａ／Ｄ変換器
４０４ シェーディング補正回路
４０５ 差分値検出手段
４０６ 差分値比較手段
４０７ 補正データ演算手段
４０８ ＦＩＦＯ
４０９ ライン数カウンタ
４１０ ＲＯＭ
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルコピー、ファクシミリ、スキャナ等に用いられる画像読取装置に関し、特にＣＣＤ等のイメージセンサを用いて、読取データのばらつき等のシェーディング特性を補正するためのシェーディング補正方法、およびシェーディング補正を行う画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、デジタルコピー、ファクシミリ、スキャナ等の画像読取装置では、イメージセンサで原稿を読取りる場合、イメージセンサを構成する複数の画素（光電変換素子）の感度ばらつきや、レンズ系による収束差、あるいは原稿を照明する光源の照度むら等のために、同一濃度の原稿を読取りった場合でも、その出力レベルにばらつきが生じて均一な読取りレベルとはならない。
このような各画素の読取りレベルばらつきを電気的に補正するために、シェーディング補正が行われる。シェーディング補正の方式としては、以下のような方法が広く知られている。
図１において、原稿搭載部の近傍に配置された基準白板１０１を実際の原稿読取り処理に先立って照明し、その反射光を読取り、各画素のシェーディング補正データとして記憶する。原稿読取りの際は、読取りられた各画素の画像データを、記憶してあるシェーディング補正データをもとに、同一濃度原稿を読取りったときに各画素のデータレベルが同一レベルになるよう以下のような補正を行う。
Ｄｓｈ（Ｉ）＝２５５×Ｄ（Ｉ）／Ｄｗ（Ｉ）
ただし、Ｉ：主走査画素Ｎｏ、Ｄ（Ｉ）：読取データ、Ｄｗ（Ｉ）：シェーディング補正データ、Ｄｓｈ（Ｉ）：シェーディング補正後データとする。
【０００３】
上記シェーディング補正を精度良く行うためには、基準白板を読取りって得るシェーディング補正データを真のレベルに対してノイズが少ないものにしなければならない。例えば、シェーディング補正データのノイズが大きい場合は、そのシェーディング補正データにより補正される読取り画像データは、シェーディング補正データのノイズの影響を受けた出力画像データとなってしまう。
そのため次に示すような技術が提案されている。
【特許文献１】
特開平５−１１０８４８号
【特許文献２】
特開平１１−２８９４３２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２では、基準白板１０１の複数ラインデータをもとにシェーディング補正データを生成することで、ノイズの影響を最小限に抑える構成をとっている。基準白板の複数ラインデータをもとにシェーディング補正データを生成する方法は、上記の複数ラインデータの単純平均で生成する方法も知られているが、平均を行うために必要なデータ記憶容量が大きくなり、高コストな回路となるため、データ記憶容量を抑えて低コストに実現可能な重み付け平均（以後重加算平均とする）でシェーディング補正データを生成することが一般的に行われる。重加算平均では１ライン分の記憶容量を持てば良い。
（１ライン目）
Ｄｗ（Ｉ、１）＝｛Ｄ（Ｉ、１）×（ｍ−１）｝／ｍ
（２ライン目以降）
Ｄｗ（Ｉ、Ｎ）＝｛Ｄ（Ｉ、Ｎ）＋（ｍ−１）×Ｄｗ（Ｉ、（Ｎ−１））｝／ｍ
ただし、ｍ：重加算係数、Ｎ：基準白板ラインＮｏとする。尚、除算のまるめは四捨五入とする。
【０００５】
この重加算平均による方法であるが、多くの装置を作る中で、以下のような問題点があることがわかってきた。
まず、読取データ（Ｄ）：８ｂｉｔ／画素（データ：０〜２５５）として、シェーディング補正データの記憶容量（Ｄｗ）：８ｂｉｔ／画素、重加算係数（ｍ）：８とした場合、演算のまるめのため、Ｄｗ（Ｎ）はＤｗ（Ｎ−１）に対してＤ（Ｎ）が−４〜＋３の間は値が変化しない。そのため、白レベル基準データのノイズばらつき幅が重加算係数に対して小さい場合、意図したノイズの平均化は行われない（例えば白レベル基準データのノイズが±２の幅とするとＤｗは演算のまるめでＤの平均化は行われない）。よって、重加算係数は装置のノイズ量に合わせて選ぶ必要がある。
【０００６】
また、上記は白レベル基準データの記憶容量（Ｄｗ）を８ｂｉｔ／画素としたが、より高い精度を求めＤｗを１２ｂｉｔ／画素として１／１６の桁まで記憶できる場合、ノイズの幅を±２として＋２のノイズが入力されたときを考えると、重加算係数が８の場合はＤｗは１／４と最小桁１／１６の４倍の変化となるが、重加算係数が１６の場合は１／８と２倍の変化になり、重加算係数が１６の方が精度良くＤｗが生成される。よって装置の記憶容量に合わせて精度を良くできる重加算係数を選ぶ必要がある。
即ち、精度良くシェーディング補正データを生成するには、重加算係数は装置記憶容量や装置ノイズ量によって最適な係数を選択する必要がある。
そのために、様々な条件の装置で使用できるよう重加算係数選択を多く持つとハード量が増大し、装置条件に合わせて係数を変えたものを用意すると、設計工数増加や部品品種増大となり好ましくない。
また、重加算係数は演算上の容易さから、２の乗数とするのが一般的であり、係数選択自由度も高くはない。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、装置条件に合わせて所定値１を設定することで、設定の自由度が高く最適な平均化効果でシェーディング補正データを生成することを可能にすると共に、部品の共通化を可能にした画像読取装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記差分値比較手段の所定値１を０．５σ〜２．５σの範囲とすることで、良好なシェーディング補正データ生成が行える画像読取装置を提供することである。
【０００８】
本発明の第３の目的は、所定値１より大きい所定値２とも比較する差分値比較手段を持つことで、ゴミなどの影響を受けた異常読取りデータをシェーディング補正データ演算から除外でき、また装置条件に合わせて所定値２を設定することで、設定の自由度が高く良好な効果が得られる画像読取装置を提供することである。
本発明の第４の目的は、補正データ演算手段での演算方法として重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正デーダの生成は重加算平均で開始し、所定ラインから上記演算方法に切換えることで、ゴミなどの影響を受けた読取りデータによる誤判断やシーディング補正データ生成に必要なライン数の増加を防ぎ、装置の白板ライン数で良好なシェーディング補正データ生成を可能にする画像読取装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、原稿面を光学的に走査し、１次元ラインセンサによって読取りる光学的読取手段を備え、ラインセンサにより基準白板からの複数ラインの読取りデータに基づきデジタル的なシェーディング補正データを取得し、前記ラインセンサによる原稿画像の読取り時には、前記シェーディング補正データにより読取りデータを補正する画像読取り装置において、シェーディング補正データ記憶する記憶手段と、基準白板読取りデータと前記記憶手段に記憶されたシェーディング補正データとの差分値を検出する差分値検出手段と、前記差分値と所定値１とを比較する第１の差分値比較手段と、シェーディング補正データを演算する補正データ演算手段を備え、前記第１の差分値比較手段の結果に従ってシェーディング補正データを演算し、シェーディング補正データを取得することにより、前記第１の目的を達成する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記第１の差分値比較手段の所定値１は、０．５σ〜２．５σの範囲であることにより、前記第２の目的を達成する。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載にの発明において、前記第１の差分値比較手段に所定値１との比較に加え、所定値１より大きい所定値２とも比較する第２の差分値比較手段をさらに備え、所定値２との比較結果で、基準白板読取りデータは異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外することにより、前記第３の目的を達成する。
【００１２】
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２または請求項３記載にの発明において、補正データ演算手段での演算方法として重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正データの生成は重加算平均で開始し、所定ラインから通常の算方法に切換えることにより、前記第４の目的を達成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る画像読取装置の構成を示した図である。この画像読取装置は、原稿を搭載するコンタクトガラス１０５、シェーディングデータ生成用の基準白板１０１、スキャナランプ１０２および第１ミラーが搭載される第１キャリッジ１０３、第２・第３ミラーが搭載される第２キャリッジ１０４、ＣＣＤイメージセンサ上に縮小結像させるレンズユニット１０６、ＣＣＤイメージセンサを搭載したＳＢＵ１０７、第１・第２キャリッジを駆動するスキャナモータ１０８から構成される。
上記の構成において、コンタクトガラス１０５上に原稿を搭載し、スキャナランプ１０２を点灯し、第１・第２キャリッジをスキャナモータ１０８により右方向に移動走査して原稿を読取りるようになっている。
【００１４】
図２は本実施の形態に係るシェーディング補正データ生成の構成例であり、図２を参照して基本的な処理を説明する。
まず、基準白板を読取り、シェーディング補正データ生成の第１ラインでは、読取りデータは補正データ演算手段２０３をスルーし、シェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に記憶される。
第２ライン以降では、差分値検出手段２０１でＦＩＦＯに記憶されているシェーディング補正データと読取りデータの差分値を以下のように検出する。
差分値＝（読取りデータ）−（シェーディング補正データ）
ただし、差分値は±の符号付き
検出された差分値を差分値比較手段２０２で＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２と比較する。
所定値１および所定値２はレジスタで任意な値に設定できるものとする。また、実施例では±所定値と＋側と−側で同じ値であるが、別々に設定できるようにしても良い。
【００１５】
この比較結果により、補正データ演算手段２０３で以下の演算を行う。（所定値２＞所定値１）
差分値≧＋所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
＋所定値２＞差分値≧＋所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ＋１
＋所定値１＞差分値＞−所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
−所定値１≧差分値＞−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ−１
−所定値２＞差分値の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００１６】
上記演算は、読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値２以上違う値の場合はゴミによる異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外する。
読取りデータがシェーディング補正データに対して所定値１未満の違いであれば、シェーディング補正データの値はそのままとする。読取りデータが、シェーディング補正データに対して所定値１以上、所定値２未満の違いであれば、違いの符号方向にシェーディング補正データを＋１または−１する。
尚、ここで±１と示すが、これはＦＩＦＯ２０４に記憶できるＬＳＢ（最小有効ビット）桁の値を示すものとする。
【００１７】
（現）補正データはシェーディング補正データ記憶手段であるＦＩＦＯ２０４に新たに記憶される。
この処理が各画素でシェーディング補正データ生成ラインの期間行われ。シェーディング補正データ生成ライン終了時にＦＩＦＯ２０４に記憶されている値がシェーディング補正データとなる。
【００１８】
ここで本実施の形態の演算方法と重加算方法との平均効果について比較する。
基準白板を読取りったときに、真の読取りレベルに重畳されているノイズは図３に示すようにほぼ正規分布している（真の読取りレベルがノイズ：０の位置）。図３の例ではノイズが±４の幅としている。
読取りｂｉｔ数を８ｂｉｔ（０〜２５５）とし、ＦＩＦＯｂｉｔ数を８ｂｉｔ（０〜２５５）として考えることにする。
重加算平均で
（現）補正データ＝｛読取りデータ＋（ｍ−１）×（前）補正データ｝／ｍ （四捨五入）
で重加算平均を行う場合、（前）補正データが（真の読取りレベル−２）であったとき（ノイズ：−２の位置）、
重加算係数ｍ＝１６の場合を考えると、読取りデータとして図３のノイズが重畳された、（真の読取りレベル−４）〜（真の読取りレベル＋４）が入力されても、演算のまるめで（現）補正データは（真の読取りレベル−２）のままとなり、補正データはいつまでも真の読取りレベルに近づくことはない。
即ち、重加算係数は演算結果を丸めるＦＩＦＯ２０４のＬＳＢ桁の値に重加算係数を乗じたものが、ノイズ幅未満でなければ意図した平均化が行われない。
ＦＩＦＯ２０４ＬＳＢ桁×重加算係数＜ノイズ幅
尚、上記の重加算演算のまるめを切捨てとした場合は上記条件でも（新）補正データは真の読取りレベルより
（ＦＩＦＯ２０４ＬＳＢ桁×重加算係数）／２低い値に収束するため、重加算平均演算では演算結果の四捨五入は必要な処理である。
【００１９】
以上の説明により選択する重加算係数に上限があることがわかったが、それ以下であれば選択する重加算係数によって差異がないかを考える。（上記と同じ図３の条件で考える。）
（前）補正データが（真の読取りレベル）であったとき（ノイズ：０の位置）、重加算係数＝２と重加算係数＝４の場合で読取りデータとして（真の読取りレベル＋４）が入力されたときの結果は、
重加算係数＝２の場合：
（現）補正データ＝真の読取りレベル＋２
重加算係数＝４の場合：
（現）補正データ＝真の読取りレベル＋１
となり、重加算係数が小さい方がノイズの影響が大きく、良好な平均化を得るためには重加算係数が大きい方が良好な結果となる。
このことから重加算平均で良好なシェーディング補正データを得るには、重加算係数はＦＩＦＯ ＬＳＢ桁、ノイズ量によって、ノイズ幅以下でなるべく大きな値とするのが良いことがわかる。
【００２０】
重加算係数を上記条件で設定したとき、本発明方式との平均化との比較であるが、
（ノイズ幅／２）＜ＦＩＦＯ ＬＳＢ桁×重加算係数＜ノイズ幅
の条件では、所定値１を（重加算係数／２）に設定したのと同じであり、
ＦＩＦＯ ＬＳＢ桁×重加算係数＜（ノイズ幅／２）
の条件では、大きなノイズの入力時、重加算では 補正データがＬＳＢの大きさ以上変化するのに対し、本発明方式ではＬＳＢの大きさしか変化しないので、本方式の方が良好な平均化効果を得られる。
【００２１】
以上が本発明方式の基本的な説明であるが、前記した実施例では、第１ライン目がゴミなどの影響を受けていると第２ライン目以降に正常な読取りデータが入力されても、ゴミの影響を受けたデータと誤判断して演算から排除したり、あるいは真の読取りレベルに収束するまでに多くのライン数が必要になったりする。この点を考慮したのが、請求項４であり、以下請求項４の動作を詳細に説明する。
【００２２】
図４は、シェーディング補正回路を示した図である。この図４において、１次元ライン状のＣＣＤ４０１により読取りられた読取りデータはサンプルホールド、増幅等の信号処理回路４０２による信号処理を経て、Ａ／Ｄ変換器４０３によりデジタルデータに変換されてシェーディング補正回路４０４に入力される。このシェーディング補正回路４０４中には読取りデータ経路、シェーディング補正データ経路とが設けられている。
【００２３】
まず、シェーディング補正データ取得の動作について説明する。
シェーディング補正データは図５のシェーディングゲートが”Ｌ”の区間で取得される。
シェーディングゲートが”Ｌ”区間の第１ラインでは、補正データ演算手段４０７にて画素毎に下記の演算が行われ、結果がシェーディング補正データを記憶するＦＩＦＯ４０８に記憶される。
（現）シェーディング補正データ＝（（ｍ−１）／ｍ）×（現）入力データｍは任意であるが、ハード化する上で２の乗数が都合良く、またレジスタ設定としても良い。
第２ライン以降では、差分値検出手段４０５、差分値比較手段４０６は、ゴミなどの影響を受けた読取りデータを除外するため、画素毎に以下のように差分値を求め、−所定値２との比較を行う。
差分値＝読取りデータ−（前）シェーディング補正データ
ただし、差分値は±の符号付き
【００２４】
この比較結果により、補正データ演算手段４０７で以下の重加算平均演算を行い、ＦＩＦＯ４０８に記憶する。
差分値 ≧ −所定値２ の場合：
（現）補正データ＝｛（現）読取データ＋（ｎ−１）×（前）補正データ｝／ｎただし、ｎは任意であるが、ハード化する上で２の乗数が都合良く、レジスタ設定としても良い。
差分値＜−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００２５】
上記で−所定値とのみ比較しているのは、第１ラインでＦＩＦＯに記憶される値をゴミの影響を受けていても真の読取りレベルより低い値とし、補正データが真の読取りレベルより低い値から徐々に真の読取りレベルに収束するようにする。そのため、（前）補正データより高い方の異常データ排除は行わず、（前）補正データより所定値２以上低い読取りデータだけ異常データとして排除している。
【００２６】
ライン数カウンタ４０９は、図５のシェーディングゲート”Ｌ”からのライン数をカウントし、ライン数が設定された”切換えライン数”に等しくなると、図５の演算切換えゲート”Ｌ”を出力し、シェーディングゲートの”Ｈ”で演算切換えゲート”Ｈ”を出力する。尚、”切換えライン数”は任意に設定可能とする。
演算切換えゲート”Ｌ”区間では、請求項１〜３と同様に差分値比較手段（４０６）は＋所定値１、−所定値１、＋所定値２、−所定値２との比較を行い。補正データ演算手段（４０７）は以下の演算を行い、ＦＩＦＯ（４０８）に結果を保存する。
差分値≧＋所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
＋所定値２＞差分値≧＋所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ＋１
＋所定値１＞差分値＞−所定値１の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
−所定値１≧差分値＞−所定値２の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ−１
−所定値２＞差分値の場合：
（現）補正データ＝（前）補正データ
【００２７】
この処理が各画素でシェーディング補正データ生成ラインの区間行われ。シェーディング補正データ生成ライン終了時にＦＩＦＯ２０４に記憶されている値がシェーディング補正データとなる。
【００２８】
以上のように、請求項４では演算切換えゲート”Ｌ”のラインまでは重加算平均で補正データ生成を行い、真の読取りデータに近い値まで収束させ、演算切換えゲート”Ｌ” のラインから本考案の方法を用いてシェーディング補正データを生成することで、所々ゴミなどの影響を受けた読取りデータがあっても良好な補正データを得ることができる。
尚、演算切換えゲート”Ｌ”のアサート位置は任意にレジスタ設定できるものとする。
【００２９】
原稿読取り時の動作は、原稿読取りゲート”Ｌ”区間は原稿読取り期間であり、図４において読取りデータ経路側から読取データ：Ｄが、ＦＩＦＯ４０８からは画素毎のシェーディング補正データ：ＤｗがＲＯＭ４１０に入力され、このＲＯＭ４１０に予め格納されているシェーディング補正演算式に基づきルックアップテーブル方式により、Ｄ、Ｄｗに応じたシェーディング補正演算後データＤｓｈが出力される。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、シェーディング補正データ記憶手段、基準白板読取りデータとシェーディング補正データとの差分値を検出する差分値検出手段、前記差分値と所定値１とを比較する差分値比較手段、シェーディング補正データを演算する補正データ演算手段を持ち、前記差分値比較手段の結果に従ってシェーディング補正データを演算し、シェーディング補正データを生成することで、装置条件に合わせて所定値１を設定することで、設定の自由度が高く最適な平均化効果でシェーディング補正データを生成することを可能にできると共に、部品（ハード）の共通化を可能にすることができる。
請求項２記載の発明では、基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記所定値１を０．５σ〜２．５σの範囲とすることで、良好なシェーディング補正データ生成を行うことができる。
【００３１】
請求項３記載の発明では、前記差分値比較手段に所定値１との比較に加え、所定値１より大きい所定値２とも比較する差分値比較手段を持ち、所定値２との比較結果で、基準白板読取りデータは異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外することで、ゴミなどの影響を受けた異常読取りデータをシェーディング補正データ演算から除外でき、また装置条件に合わせて所定値２を設定することで、設定の自由度が高く良好な効果を得ることができると共に、部品の共通化を可能にすることができる。
請求項４記載の発明では、補正データ演算手段での演算方法として上記に加え、重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正デーダの生成は重加算平均で開始し、任意ラインから上記演算方法に切換えることで、ゴミなどの影響を受けた読取りデータによる誤判断やシーディング補正データ生成に必要なライン数の増加を防ぎ、装置の白板ライン数で良好なシェーディング補正データ生成を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像読取装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシェーディング補正データ生成の構成例を示した図である。
【図３】ノイズの分布を示した図である。
【図４】シェーディング補正回路を示した図である。
【図５】シェーディングゲート、演算切換えゲート、原稿読取ゲートのオン／オフを示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０１ 基準白板
１０２ スキャナランプ
１０３ 第１キャリッジ
１０４ 第２キャリッジ
１０５ コンタクトガラス
１０６ レンズユニット
１０７ ＳＢＵ
１０８ スキャナモータ
１０９ スキャナＨ．Ｐ．センサ
２０１ 差分値検出手段
２０２ 差分値比較手段
２０３ 補正データ演算手段
２０４ ＦＩＦＯ
４０１ ＣＣＤ
４０２ 信号処理回路
４０３ Ａ／Ｄ変換器
４０４ シェーディング補正回路
４０５ 差分値検出手段
４０６ 差分値比較手段
４０７ 補正データ演算手段
４０８ ＦＩＦＯ
４０９ ライン数カウンタ
４１０ ＲＯＭ
Claims (4)
- 原稿面を光学的に走査し、１次元ラインセンサによって読取りる光学的読取手段を備え、
ラインセンサにより基準白板からの複数ラインの読取りデータに基づきデジタル的なシェーディング補正データを取得し、前記ラインセンサによる原稿画像の読取り時には、前記シェーディング補正データにより読取りデータを補正する画像読取り装置において、
シェーディング補正データ記憶する記憶手段と、
基準白板読取りデータと前記記憶手段に記憶されたシェーディング補正データとの差分値を検出する差分値検出手段と、
前記差分値と所定値１とを比較する第１の差分値比較手段と、
シェーディング補正データを演算する補正データ演算手段を備え、
前記第１の差分値比較手段の結果に従ってシェーディング補正データを演算し、シェーディング補正データを取得することを特徴とする画像読取装置。 - 基準白板読取り時の読取りデータばらつき（標準偏差）をσとしたとき、前記第１の差分値比較手段の所定値１は、０．５σ〜２．５σの範囲であることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
- 前記第１の差分値比較手段に所定値１との比較に加え、所定値１より大きい所定値２とも比較する第２の差分値比較手段をさらに備え、
所定値２との比較結果で、基準白板読取りデータは異常データとしてシェーディング補正データ演算から除外することを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像読取装置。 - 補正データ演算手段での演算方法として重加算平均による演算方法も備え、シェーディング補正データの生成は重加算平均で開始し、所定ラインから通常の算方法に切換えることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の画像読取装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007251685A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Ricoh Co Ltd | 画像処理装置及び画像処理方法 |
-
2002
- 2002-09-24 JP JP2002276776A patent/JP2004120041A/ja active Pending
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