JP2005168044A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラー画像とモノクロ画像との判別精度向上と走査速度ムラによる色ずれを低減すること。
【解決手段】本発明の画像読取装置は、原稿に対する主走査方向に沿って複数の光電変換素子が１ライン分並ぶ光電変換素子列を、主走査方向と直角な副走査方向に沿って各々異なる色情報を読み取るために所定のライン数分の間隔で複数配置したカラーイメージセンサを有する画像読取部１と、原稿からの反射光を集光し副走査方向に走査する光学系結像走査機構とを備えており、カラーイメージセンサの各光電変換画素列のライン数分の間隔を、光学系結像走査機構で光学系を副走査方向に走査する際の光学系の固有振動の一周期で読み取るライン数の１／３より小さくするとともに、複数の光電変換素子列のうち、色情報として緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心として配置するものでもある。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の色情報を読み取るためのカラーイメージセンサを備えた画像読取装置に関する。

原稿の画像情報を読み取る画像読取装置には、１チップ上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の読取画素列を持つ３ラインカラーリニアイメージセンサが広く用いられている。

３ラインカラーリニアイメージセンサでは、原稿情報を縮小光学系を構成する結像レンズによりセンサ面上に縮小投影し、１ライン分の主走査画像情報の読み取りを行い、走査ミラー等の光学系移動手段によって機械的に結像画像とセンサとの位置関係を変化させることで副走査方向の読み取りを順次行っている。

図１４は３ラインカラーリニアイメージセンサの画素列間隔を説明する模式図である。ＲＧＢ３色の各画素列近傍のレイアウト（素子配列）は各色に対応した感光画素列と、奇数番目の画素からの信号を転送する転送電極と偶数番目の画素からの信号を転送する転送電極との上下２つの水平方向転送電極とから構成されている。すなわち、Ｒに対応した画素列２０ＲはＲ用感光画素列２１Ｒと２つの水平方向転送電極２２Ｒとともに構成され、Ｇに対応した画素列２０ＧはＧ用感光画素列２１Ｇと２つの水平方向転送電極２２Ｇとともに構成され、Ｂに対応した画素列２０ＢはＢ用感光画素列２１Ｂと２つの水平方向転送電極２２Ｂとともに構成されている。

また、３ラインカラーリニアイメージセンサの各感光画素列の副走査方向（図面縦方向）に沿った並びの間隔は、通常、主走査方向の画素ピッチに対応する１ライン分の整数倍、例えば１２ライン分だけ開けて配置されている。

このため、ＲＧＢの各読取画素列から同時に出力される画像信号は、原稿上では副走査方向に沿った異なる位置の読み取りラインのものとなる。そこで、機械的な副走査方向の移動により原稿面上を順次時系列に読み出し、時系列に出力される読み出し信号に対して整列用画像バッファメモリを用いて各色の読取ラインの間隔に応じたライン単位の遅延操作を加え、これによって３色の読取ラインの副走査方向に沿ったずれを補正して原稿面上で同一ラインの画像データとなるようにしている。

また、デジタルカラー複写機から成る画像読取装置では、読み取った原稿上の画像がカラー画像であるか、モノクロ画像であるかを判別して画像出力部での処理の切り替えを行っている。

図１５は従来のデジタルカラー複写機から成る画像読取装置を説明する構成図である。この画像読取装置では、画像読取部１’から出力される反射率比例のＲＧＢ信号を、反射率→明度変換を行う入力階調補正部２およびマトリクス演算を行う第１色信号変換部３によってＬ^*ａ^*ｂ^*信号に変換する。

このＬ^*ａ^*ｂ^*信号の流れは、色相回転等の編集処理へ向かうメインルートのビデオ信号と、色黒識別を行うａ^*ｂ^*の信号とに分けられる。メインルートのビデオ信号は、画像編集部４から第２色信号変換部５へ渡されてＹＭＣ信号に変換され、墨生成処理部６、画像切換部７、出力階調補正部８、画像出力部９を介してＹＭＣＫのフルカラー画像として出力される。

画像切換部７では、色／黒識別部１１’からの信号に基づいてフルカラーＹＭＣＫを選択するか、Ｌ^*信号のみを選択するかを決定する。すなわち、カラー原稿の場合には色／黒識別部１１’から画像切換部７に原稿がカラーである旨の信号が渡され、フルカラーＹＭＣＫ信号を選択する。一方、モノクロ原稿の場合には色／黒識別部１１’から画像切換部７に原稿がモノクロである旨の信号が渡され、Ｌ^*信号を選択する。

色／黒識別部１１’による色黒判別は、先ず原稿読み取り時にカラーリニアイメージセンサから出力されるＲＧＢ信号をＬ^*ａ^*ｂ^*信号に変換し、このうちの色度情報を示すａ^*ｂ^*データより次式を用いて彩度Ｃ^*の値を求め、この彩度Ｃ^*の値と予め設定した閾値とを比較して、その閾値よりも大きいか否かを判定することにより、原稿上の画像がカラー画像であるかモノクロ画像であるかを識別している。

Ｃ^*＝｛（ａ^*）²＋（ｂ^*）²｝^1/2

ここで、カラー画像であるかモノクロ画像であるかを判定する閾値による境界ラインは、図１６で示すように、ａ^*ｂ^*色度平面図上の原点を中心とする半径Ｃ_THの円であり、彩度Ｃ^*が円の内側になればモノクロ画像と判定し、円の外側となればカラー画像と判定する。

しかしながら、従来の画像読取装置には次のような問題がある。すなわち、機械的な副走査において振動等の影響による走査速度ムラが存在すると、副走査方向の読取ラインの位置精度が劣化し、ライン単位の遅延操作による位置ずれ補正が不完全となり、結果として得られる画像データに色ずれ（以下、色度エラーという。）が発生してしまう。

この走査速度ムラは周期的であり、その周波数はモーターの回転を走査系に伝達するベルトと歯車の歯数等に起因しており、歯数の変更による周波数調整は可能であるが、周波数を低くすると振幅が大きくなる傾向が有り、反対に周波数を高くすると走査ミラーの固有振動数に重なって共振を起こす危険性があり、調整は非常に困難である。

また、原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかの判定を行う場合、副走査時の振動や速度ムラにより読取画像データに色ずれが発生し、読み取り後のデータでは彩度Ｃ^*成分が大きくなって、この値が予め設定した閾値を越えてしまい、モノクロ画像の原稿をカラー画像であると誤判定してしまうという問題がある。

３ラインカラーリニアイメージセンサでは、各感光画素列の副走査方向に沿った並びの間隔を縮めることで副走査時の振動や速度ムラに起因する色度エラーを改善することができるが、上記説明した数式によって求めた彩度Ｃ^*の値からカラー画像かモノクロ画像かを判定する場合の誤判定を改善するには至らない。

本発明はこのような課題を解決するために成された画像読取装置である。すなわち、本発明の画像読取装置は、原稿に対する主走査方向に沿って複数の光電変換素子が１ライン分並ぶ光電変換素子列を、主走査方向と直角な副走査方向に沿って各々異なる色情報を読み取るために所定のライン数分の間隔で複数配置したカラーイメージセンサと、原稿からの反射光を集光し副走査方向に走査する光学系結像走査機構とを備えている画像読取装置においては、カラーイメージセンサの各光電変換画素列のライン数分の間隔を、光学系結像走査機構で光学系を副走査方向に走査する際の光学系の固有振動の一周期で読み取るライン数の１／３より小さくするとともに、複数の光電変換素子列のうち、色情報として緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心として配置するものでもある。

このような本発明では、光電変換画素列の副走査方向の間隔を光学系の固有振動の一周期の期間で読み取る画像長さの１／３より小さくし、緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心に配置することで、光学系の走査機構の振動等に起因する読取画像データの色ズレ量を低減でき、原稿情報を忠実に読み取ることができるようになる。

したがって、本発明の画像読取装置によれば次のような効果がある。すなわち、画像読取装置における光学系の走査機構の振動等に起因する読取画像データの色ずれ量を低減することができるため、より原稿情報に忠実な読取画像情報を得ることが可能となる。

これにより、画像読取装置に固有の読取画像データの色ずれを考慮した上で、画像データがカラーであるかモノクロであるかを精度良く判別することが可能となる。

以下に、本発明の画像読取装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態を説明する図であり、（ａ）は信号処理系のブロック図、（ｂ）は走査系の概略図である。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態における画像読取装置は、原稿台ガラスＰ上に載置された原稿（図示せず）へ光源Ｋから光を照射し、その反射光をミラーＭ１〜Ｍ３で反射してレンズＬで集光し、これを３ラインカラーイメージセンサを備えた画像読取部１にて受けるものである。

また、図１（ａ）に示すように、画像読取部１にて読み取った信号を処理するため、ＲＧＢ出力信号を明度に比例した信号に変換する入力階調補正部２と、この信号をＬ^*ａ^*ｂ^*信号に変換する乗加算器から成る第１色信号変換部３と、画像編集部４と、Ｌ^*ａ^*ｂ^*信号からＹＭＣ信号を生成する第２色信号変換部５と、Ｋ信号を生成する墨生成処理部６と、画像切換部７と、出力階調補正部８と、画像出力部９とを備えている。

さらに、本実施形態の画像読取装置は、第１色信号変換部３から出力されるＬ^*ａ^*ｂ^*のうちのａ^*ｂ^*に基づき後述するα’β’を算出する第３色信号変換部１０と、このα’β’と所定の閾値との比較によって原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかの判定を行う色／黒識別部１１と、システムＣＰＵ１２とを備えている。

ここで、変換係数を使用したａ^*ｂ^*データへの変換を行い、彩度Ｃ^*データに変換して色黒判定を行う処理の結果が３ラインカラーイメージセンサを使った画像読取部の読取走査速度変動によってどのように変わるかを、３ラインカラーイメージセンサの３色の画素列の並び順の違いとともに説明する。

図２は走査速度ムラによる読取信号レベルの変化を示す図で、無彩色のモジュレーション画像データを読取走査する場合を示している。この読取画素位置の３色間のずれは、読取走査速度が一定であれば位置のずれを時間のずれに置き換えてセンサからの出力信号に遅延を与えることで補正できるが、読取走査速度に変動がある場合には読取位置のずれが発生してしまう。

この３色の位置ずれにより、ラダーチャートなどのモジュレーション情報を読み取った際の３色のレベルの差を図２上図に示す。原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかを判定する場合には、ＲＧＢの各色の読取レベル（反射率）をＬ^*ａ^*ｂ^*信号に変換した結果に基づいて行う。このＬ^*ａ^*ｂ^*信号の値のうち、Ｌ^*が明るさ情報を示し、ａ^*ｂ^*が色相彩度情報を示す。

このａ^*ｂ^*座標の原点が無彩色（白〜グレー〜黒）を表し、原点から外れるほど彩色に近づくことを示す。無彩色のモジュレーションデータを読み取った結果がａ^*ｂ^*座標の原点から外れることは、情報の読取エラーを示している。これが色度エラーとなる。

原稿の画像情報を読み取った際のＲＧＢの各色の読取レベルは、読取走査振動の位相と、読取信号のモジュレーションの位相とによって変化し、この変化によって色判定データであるａ^*ｂ^*の値も変化する。このように、読取走査振動の位相と読取信号のモジュレーションの位相とを各々振って、３ラインカラーイメージセンサのライン間隔と各画素列の読み取り色の配列が変化した場合に、色度エラーがどのように変化するかをプロットした図を図３〜図８に示す。この時の条件は、走査系の振動周波数を画像長さに換算したものが３６ラインの場合で、実際の装置に基づいたものである。

図３はＧ用画素列を中心として、８ライン間隔で各画素列を配置した場合、図４はＢ用画素列を中心として、８ライン間隔で各画素列を配置した場合、図５はＲ用画素列を中心として、８ライン間隔で各画素列を配置した場合、図６はＧ用画素列を中心として、１２ライン間隔で各画素列を配置した場合、図７はＢ用画素列を中心として、６ライン間隔で各画素列を配置した場合、図８はＧ用画素列を中心として、４ライン間隔で各画素列を配置した場合である。

これらの図より、３色のうちＲやＢの画素列を中心に配置した場合、振動モジュレーションの位相による無彩色からのａ^*ｂ^*のずれの変化が大きくなり、最悪値も大きくなる。一方、Ｇ用画素列を中心として配置すると分布の歪みが小さくなり、最悪値も小さくできることが分かる。また、画素列間隔を小さくすればするほどこの傾向が大きくなる。

図９は３ラインカラーイメージセンサの読取位置と走査振動の位相との関係が同じとなる場合を示す図である。このように、走査ムラの発生する周期が、３ラインカラーイメージセンサの画素列間隔の３倍となると、ＲＧＢ３色の画素列の並びとは無関係となる。

図１０は画素列間隔と色度エラー最大値との関係を、３ラインカラーイメージセンサの３列の画素列の配列（ＲＧＢどの色の画素列を中心とするか）をパラメータとして示した図である。

このように、画素列間隔が１２ラインの場合、走査系の振動周波数の１／３となってＲＧＢ３色の画素列の並び順と色度エラー最大値とは無関係であることが分かるが、色度エラーを小さくするため、画素列間隔を小さくしていくと、ＲＧＢ３色の画素列の並び順が色度エラーの特性差となって現れてしまう。

以上のことから、画素列間隔を１２ライン（走査ムラの発生する周期で読み取るライン数の１／３）より小さくして色度エラーを小さくする場合には、単に画素列間隔を狭くするだけでなく、ＲＧＢ３色の画素列の中心にＧ用画素列を配置するようにする。

一方、画素列間隔を上記のように小さくした場合には、ＲＧＢ３色の画素列の並び順によって色度エラーの傾向が変わってしまう。これは、ＲＧＢ信号からＬ^*ａ^*ｂ^*信号へ変換する際に使用するマトリクスの係数に起因している。

図１（ａ）に示す第１色信号変換部３で使用するマトリクス係数は、ＲＧＢデータに入力階調補正処理を施した値Ｌ_R、Ｌ_G、Ｌ_Bに対して、
ａ^*＝−０．２４×Ｌ_B＋１．１１×Ｌ_G−０．８７×Ｌ_R
ｂ^*＝１．０８×Ｌ_B−０．８１×Ｌ_G−０．２７×Ｌ_R
という係数をかけてａ^*ｂ^*（厳密には、ａ^*ｂ^*値を８ビットデータに割り振るためにスケール変換をしたもの）に変換している。この係数は３色のグレイバランスを崩さないように考慮されたものであり、Ｌ_R＝Ｌ_G＝Ｌ_Bの場合、ａ^*＝ｂ^*＝０となるようになっている。

この係数のうち、ａ^*についてのＬ_Bの係数、ｂ^*についてのＬ_Rの係数の大きさが他の係数よりも小さくなっている。この性質により、３色のデータのグレイからのばらつきによるａ^*ｂ^*の量のばらつきは、図１１に示すようになり、何色を中心とするかでばらつきに差が生じる。

このことは、元々のａ^*ｂ^*の値の定義が図１２に示す分光感度特性ｘ（ｘバー）・ｙ（ｙバー）・ｚ（ｚバー）を持つ測定器での読取値Ｘ・Ｙ・Ｚを
ａ^*＝５００・（Ｘ^1/3−Ｙ^1/3）
ｂ^*＝２００・（Ｘ^1/3−Ｚ^1/3）
のように変換したもので、Ｙ^1/3がほぼＬ_Gに、Ｚ^1/3がほぼＬ_Bに、Ｘ^1/3がほぼＬ_Rに対応しているためである。

このため、ａ^*についてのＬ_Bの係数、ｂ^*についてのＬ_Rの係数の大きさが他の係数よりも小さくなっている。Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系は、元々人間の目の視感的特性を近似するために作られたものであるから、上記ａ^*ｂ^*のマトリクス係数の意味はすなわち人間の目の性質に起因したものとなる。

こうした人間の目の性質に起因するマトリクス係数を用いることから、３ラインカラーリニアイメージセンサを使用して読み取ったカラー信号出力をＬ^*ａ^*ｂ^*等の表色系に変換して、このうち色彩情報を持つ２つのａ^*ｂ^*値を使用して色黒判定を行うには、以下の性質がある。
（１）３ラインカラーリニアイメージセンサの３色の画素列の配置として、Ｇ用画素列を３ラインの中心とした場合、走査系の読取振動に起因する色度エラーの量が小さくなる。
（２）走査振動に起因する色度エラーの発生はａ^*ｂ^*座標上で方向性がある。

この（１）の性質については、前述したように、画素列間隔を走査ムラの発生する周期で読み取るライン数の１／３より小さくした場合に現れる。

また、（２）の性質も、走査系の振動周波数に対して、「読取周波数×（画素列間隔のライン数）」が十分に小さい場合に現れる。すなわち、図６に示す１２ライン間隔の場合（「読取周波数×（画素列間隔のライン数）」が振動周波数の１／３の場合）は、色度エラーの分布が比較的円に近い領域で現れているが、図３〜図５に示す８ライン間隔となると、色の並び順により色度エラーに固有の方向性が現れている。

以上のことから、３ラインカラーイメージセンサを使用する場合には、画素列間隔の小さいもののうちでも、Ｇ用画素列が中心となっているものを使用するとともに、色黒判定の領域を、色度エラーの発生しやすい方向に拡大した楕円領域とする。

これによって色黒判定の精度を向上させることが可能となる。ここで、色黒判定の領域を図１３に示すような楕円にするためには、以下の数１のように変数変換を行えばよい。

この数１を行うには数２のようなマトリクス変換を行えばよい。

このようなマトリクス変換は、図１（ａ）に示す第３色信号変換部１０にて行う。この第３色信号変換部１０では、ａ^*ｂ^*をα’β’に変換し、色／黒識別部１１では、このα’β’が半径ｍの内円に有るか否かによってカラー画像かモノクロ画像かの判定を行う。

これにより、特に３ラインカラーイメージセンサの画素列間隔を小さくする場合に色黒判定を正確に行うことが可能となる。

本実施形態を説明する図である。 走査速度ムラによる読取信号レベルの変化を示す図である。 色度エラー量の変化を示す図（その１）である。 色度エラー量の変化を示す図（その２）である。 色度エラー量の変化を示す図（その３）である。 色度エラー量の変化を示す図（その４）である。 色度エラー量の変化を示す図（その５）である。 色度エラー量の変化を示す図（その６）である。 読取位置変化と走査振動との関係を示す図である。 画素列間隔と色度エラー最大値との関係を示す図である。 Ｌ_RＬ_GＬ_Bの値の変動に対するＣ^*値の変化を示す図である。 測色器の分光感度特性を示す図である。 本実施形態の色黒判定領域を示す図である。 画素列間隔を説明する模式図である。 従来例を説明する構成図である。 従来の色黒判定領域を示す図である。

符号の説明

１…画像読取部、２…入力階調補正部、３…第１色信号変換部、４…画像編集部、５…第２色信号変換部、６…墨生成処理部、７…画像切換部、８…出力階調補正部、９…画像出力部、１０…第３色信号変換部、１１…色／黒識別部、１２…システムＣＰＵ

Claims (3)

1. 原稿に対する主走査方向に沿って複数の光電変換素子が１ライン分並ぶ光電変換素子列を、該主走査方向と直角な副走査方向に沿って各々異なる色情報を読み取るために所定のライン数分の間隔で複数配置したカラーイメージセンサと、
   前記原稿からの反射光を集光し前記副走査方向に走査する光学系結像走査機構とを備えている画像読取装置において、
   前記カラーイメージセンサの各光電変換画素列のライン数分の間隔を、前記光学系結像走査機構で光学系を前記副走査方向に走査する際の該光学系の固有振動の一周期で読み取るライン数の１／３より小さくするとともに、
   前記複数の光電変換素子列のうち、前記色情報として緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心として配置する
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記カラーイメージセンサから出力されるカラー信号に基づいて画像データがカラーであるかモノクロであるかを判別する判別手段を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記判別手段は、前記カラーイメージセンサから出力されるカラー信号を均等色空間に変換した画像データを用いて判別を行う
   ことを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。

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