JP2005260857A - Image reading device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は画像読取装置に関し、特に、イメージセンサを用いて原稿を読取る画像読取装置に関する。 The present invention relates to an image reading apparatus, and more particularly to an image reading apparatus that reads an original using an image sensor.
デジタル複写機やファクシミリ装置などにはCCD素子などからなるイメージセンサで原稿を読取る画像読取装置が設けられている。イメージセンサは一般に数千個の受光素子を配列して構成されており、1ラインの画像を数千個の画素に分解して各画素の濃淡を示す画素信号を出力する。このようなイメージセンサにより安定して原稿を読取るには、同じ画像濃度に対しては各受光素子の出力が一定になることが要求される。 Digital copying machines, facsimile machines, and the like are provided with an image reading device that reads an original with an image sensor made up of a CCD element or the like. An image sensor is generally configured by arranging thousands of light receiving elements, and decomposes an image of one line into thousands of pixels and outputs a pixel signal indicating the density of each pixel. In order to read a document stably with such an image sensor, the output of each light receiving element is required to be constant for the same image density.
ところが、イメージセンサは各受光素子の感度のばらつきのみならず、光電変換特性の直線性であるγ特性にもばらつきを生じる。このようなばらつきを補正するためにシェーディング補正が行われている。シェーディング補正は、最初に基準となる白原稿を読取り、全白出力に対する光電変換出力を各画素ごとにメモリに記憶し、実際の原稿の読取りでは各画素ごとに記憶されている白出力情報を基に、各画素単位での出力レベルを補正するものである。 However, in the image sensor, not only variation in sensitivity of each light receiving element but also variation in γ characteristic which is linearity of photoelectric conversion characteristic occurs. Shading correction is performed to correct such variations. Shading correction is performed by first reading a reference white original, storing photoelectric conversion output for all white outputs in a memory for each pixel, and reading actual originals based on white output information stored for each pixel. In addition, the output level in each pixel unit is corrected.
しかしながら、上記シェーディング補正を行っても中間レベルのグレー原稿を読取った場合の画像出力信号は均一にならず、グレー原稿の読取により、黒スジが発生するなどの不都合を生じていた。このために、特開平9−284550号公報(特許文献1)では、原稿を読取る際の読取手段で所定時間ごとにデータを蓄積し、その蓄積する時間に対して、基準画像を読取る際の読取手段によるデータの蓄積時間を短く設定することにより、γ特性にばらつきがあっても、2値化後の画像を良好に保つことが記載されている。
イメージセンサの読取り出力は、図7に示すように光量が大きくなるにしたがって徐々に大きくなり、リニアに変化するが、点線で示す所定の光量を超えると出力が飽和してしまい、リニアリティが失われてしまう。このため、光量が大きいときにはイメージセンサの出力が飽和してしまって画像の濃淡信号を出力できなくなり、光量が小さいときにはイメージセンサの出力信号レベルが低いためにS/Nが悪くなる。その結果、特許文献1に記載された補正方法で光量補正を行うと、画像を多値で読み込む場合に画像が白飛びしたり、ノイズに起因する画像の筋,斑点などの乱れが生じるという問題があった。 The read output of the image sensor gradually increases as the amount of light increases as shown in FIG. 7 and changes linearly. However, if the predetermined amount of light indicated by the dotted line is exceeded, the output is saturated and linearity is lost. End up. For this reason, when the light quantity is large, the output of the image sensor is saturated and it becomes impossible to output the gray signal of the image, and when the light quantity is small, the output signal level of the image sensor is low and the S / N becomes worse. As a result, when the light amount correction is performed by the correction method described in Patent Document 1, when an image is read in multiple values, the image may be blown out, or image streaks, spots, and the like may be disturbed due to noise. was there.
それゆえに、この発明の目的は、ノイズに起因する画像の筋,斑点などの乱れが生じるのを防止する画像読取装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an image reading apparatus which prevents the occurrence of disturbances such as image streaks and spots caused by noise.
この発明は、原稿を照明するための光源と、光源で照明された原稿の画像を読取るための画像読取手段と、画像読取手段によって読取られた画像信号を増幅するための増幅手段と、画像読取手段によって基準となる画像を読取って得られた画像信号が飽和しない範囲で最大の出力が得られるように、光源の光量を制御するとともに、増幅手段の出力電圧が最大となるように、増幅手段の増幅率を制御する制御手段とを備える。 The present invention includes a light source for illuminating an original, an image reading means for reading an image of the original illuminated by the light source, an amplifying means for amplifying an image signal read by the image reading means, and an image reading The amplifying means controls the light quantity of the light source and maximizes the output voltage of the amplifying means so that the maximum output is obtained in a range where the image signal obtained by reading the reference image by the means is not saturated. And a control means for controlling the amplification factor.
好ましくは、制御手段は光源を駆動して点灯させるためのインバータ手段と、光源を駆動するための光源制御信号をインバータ手段に与えるとともに、増幅手段に増幅率を制御するための制御信号を与える画像処理制御手段とを含む。 Preferably, the control means provides an inverter means for driving and turning on the light source, a light source control signal for driving the light source to the inverter means, and an image for giving a control signal for controlling the amplification factor to the amplification means. Processing control means.
好ましくは、画像処理制御手段は、光源を消灯した状態で増幅手段の出力振幅が所定値となるように増幅手段のオフセット電圧を設定した後、光源を点灯させた状態で基準となる画像を画像読取手段で読取ったときにおける増幅手段の出力振幅の最大値が飽和電圧よりも所定の電圧値だけ低い値になるようにインバータ手段を制御して光源の光量を調整する。 Preferably, the image processing control means sets the offset voltage of the amplifying means so that the output amplitude of the amplifying means becomes a predetermined value with the light source turned off, and then images the reference image with the light source turned on. The light intensity of the light source is adjusted by controlling the inverter means so that the maximum value of the output amplitude of the amplifying means when read by the reading means is a value lower than the saturation voltage by a predetermined voltage value.
好ましくは、増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換する変換手段を含む。 Preferably, conversion means for converting the output signal of the amplification means into a digital signal is included.
好ましくは、基準となる画像は、白基画像である。 Preferably, the reference image is a white base image.
この発明は、画像読取手段によって基準となる画像を読取って得られた基準の画像信号が飽和しない範囲で最大の出力が得られるように、光源の光量を制御するとともに、増幅手段の出力電圧が最大となるように、増幅率を制御するようにしたので、ダイナミックレンジを最大限に活用することができてS/N比を改善できるため、ノイズに起因する画像の筋,斑点などの乱れが生じるのを防止できる。 The present invention controls the light amount of the light source and the output voltage of the amplifying means so that the maximum output is obtained within a range in which the reference image signal obtained by reading the reference image by the image reading means is not saturated. Since the amplification factor is controlled so as to be maximized, the dynamic range can be utilized to the maximum and the S / N ratio can be improved. It can be prevented from occurring.
図1はこの発明の一実施形態における画像読取装置のブロック図であり、図2は図1に示した増幅回路の具体的なブロック図であり、図3は図1に示したA/Dコンバータの一例を示す図である。 1 is a block diagram of an image reading apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a specific block diagram of an amplifier circuit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an A / D converter shown in FIG. It is a figure which shows an example.
図1において、画像読取手段としてのイメージセンサ1は多数のCCD素子を配列して構成されており、光源としてのランプ2で照明される原稿(図示せず)の画像を読取る。イメージセンサ1から出力されたCCD出力信号は、増幅回路3に与えられて増幅される。増幅回路3はアナログフロントエンド(Analog Front End:AFE)と称される回路が用いられており、イメージセンサ1からのアナログの画像信号をDSP(Digital Signal Processor)などのデジタル画像信号処理ICで扱うことができるデジタル信号に処理するためのIC回路で構成されている。増幅回路3は図2に示すように、反転増幅器31と、サンプルホールド回路32と、オフセット設定用アンプ33と、増幅率可変アンプ34とを含み、画像処理回路5から与えられる制御信号によって増幅率とオフセット電圧とが制御される。
In FIG. 1, an image sensor 1 as an image reading means is configured by arranging a number of CCD elements, and reads an image of a document (not shown) illuminated by a lamp 2 as a light source. The CCD output signal output from the image sensor 1 is given to the
反転増幅器31には、イメージセンサ1から出力されるCCD出力信号が与えられている。反転増幅器31は増幅率が−1に設定されており、入力されたCCD出力信号を増幅することなく極性を反転させる。極性が反転されたCCD出力信号は、サンプルホールド回路32によってサンプルホールドされてオフセット設定用アンプ33に与えられる。オフセット設定用アンプ33は画像処理回路5から与えられる制御信号に応じて、出力に現れる直流電圧が0Vになるようにオフセット電圧を設定して、CCD出力信号を増幅率可変アンプ34に与える。増幅率可変アンプ34は画像処理回路5から与えられる制御信号に応じて、増幅率が設定される。
The inverting
増幅回路3で増幅されたCCD出力信号は、A/Dコンバータ4によってデジタル信号に変換されて画像処理回路5に与えられる。A/Dコンバータ4はアナログのCCD出力信号を8ビット階調のデジタル信号に変換して出力するものであり、図3に示すように基準電圧Vref−HとしてFFh(hは16進を示す)=2.55Vと、基準電圧Vref−Lとして00h=0Vが設定されている。そして、入力電圧が0Vのときのデジタル出力は00hであり、入力電圧が2.55Vのときにデジタル出力はFFhとなる。また、0Vから2.55Vを00hからFFhの256階調に量子化すると、入力電圧が0.01V変化すると出力データが1LSB変化することになる。
The CCD output signal amplified by the
画像処理回路5は、A/Dコンバータ4でデジタル信号に変換されたCCD出力信号を処理して画像データを出力する。画像処理回路5はランプ2の光量を制御するためにランプ光量制御信号をインバータ6に出力する。インバータ6はそのランプ光量制御信号に応じてランプ2の光量を制御する。また、画像処理回路5は増幅回路3の増幅率およびオフセット電圧を制御するために、制御信号を増幅回路3に出力する。増幅回路3はその制御信号に応じて、オフセット電圧および増幅率を設定する。
The
図4はこの発明の一実施形態における画像読取装置の動作を説明するためのフローチャートであり、図5はランプ光量を調整する動作を説明するための波形図であり、図6はイメージセンサの出力波形の一例を示す図である。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the image reading apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation for adjusting the lamp light amount, and FIG. 6 is the output of the image sensor. It is a figure which shows an example of a waveform.
図4に示すステップ(図示ではSPと略称する)SP1において、画像処理回路5はランプ2が消灯していてイメージセンサ1の出力振幅が0の状態において、増幅回路3に制御信号を出力して、A/Dコンバータ4の入力信号が最小となるように増幅回路3のオフセット電圧を0Vに設定する。このとき、増幅回路3の増幅率は1倍に設定されている。
At step SP1 shown in FIG. 4 (abbreviated as SP in the figure), the
ステップSP2において、ランプ2が消灯している状態で、イメージセンサ1によって図示しない白基準板からの反射光を読取ると、イメージセンサ1のCCD出力信号は増幅回路3で増幅され、A/Dコンバータ4によりデジタル信号に変換されて画像処理回路5に与えられる。画像処理回路5は、ステップSP3において、与えられたデジタル信号に基づいて、ランプ2の消灯時にA/Dコンバータ4の入力電圧が常にVref−LとVref−Hとの間にあることを監視できるようにオフセット電圧を01h以上に設定する。すなわち、A/Dコンバータ4の入力端子にVref−L以下の電圧が入力された場合、出力のデジタルデータは00hになる。
In step SP2, when the reflected light from a white reference plate (not shown) is read by the image sensor 1 with the lamp 2 turned off, the CCD output signal of the image sensor 1 is amplified by the
この状態では入力電圧がVref−Lと同じ電圧になっているのか、Vref−Lを下回っているのか判別できない。そこで、A/Dコンバータ4の出力が01hになるようにオフセット設定用アンプ33のオフセット電圧を調整することにより、ランプ2を消灯しているときのA/Dコンバータ4の入力電圧がVref−L以下にならない状態にする。
In this state, it cannot be determined whether the input voltage is the same voltage as Vref-L or lower than Vref-L. Therefore, by adjusting the offset voltage of the
ステップSP4において、ランプ2の点灯状態で白基準の明るさをイメージセンサ1で読取り、そのCCD出力信号が増幅回路3で増幅され、A/Dコンバータ4によってデジタル信号に変換されて画像処理回路5に与えられる。
In step SP4, the brightness of the white reference is read by the image sensor 1 in the lighting state of the lamp 2, the CCD output signal is amplified by the
ステップSP5において、白基準の明るさをイメージセンサ1で読取っているときに得られる画像信号が飽和しない範囲で最大出力(8Dh)となるようにランプ2の光量が設定される。すなわち、A/Dコンバータ4のCCD出力信号の飽和電圧を図5に示すように1.5Vとすると、画像処理回路5はランプ2のちらつきにより光量がばらついた場合など、いかなる場合でもCCD出力信号が飽和電圧を越えないようにマージンを持たせて、ランプ2の点灯時におけるCCD出力信号の目標値が例えば1.5−0.1=1.4Vになるようにランプ2の光量を設定する。CCD出力信号の1.4VをA/D変換すると、デジタル出力は8Ch+01h=8Dhとなる。
In step SP5, the light quantity of the lamp 2 is set so that the maximum output (8 Dh) is obtained in the range where the image signal obtained when the image sensor 1 reads the white reference brightness is not saturated. That is, assuming that the saturation voltage of the CCD output signal of the A / D converter 4 is 1.5 V as shown in FIG. 5, the
このように画像処理回路5は、A/Dコンバータ4から出力されるデジタル信号のレベルが1.4V(8Dh)になるようにインバータ6に制御信号を出力してランプ2の光量を調整する。なお、飽和電圧は、CCDのデバイスの仕様から一意に決められる。
As described above, the
ステップSP6において、デジタル出力レベルがFFhになるように増幅回路3の増幅率を設定する。すなわち、画像処理回路5はデジタル出力を見て、ランプ2の点灯時におけるA/Dコンバータ4の入力電圧が常にVref−LとVref−Hとの間にあることを監視できるように、FFh以下に設定する。このような制御を行うことにより、明るい原稿を読取ったときのイメージセンサ1の出力電圧は、図6(a)に示すように振幅が大きくなり、暗い原稿を読取ったときのイメージセンサ1の出力電圧は図6(b)に示すように振幅が小さくなる。
In step SP6, the amplification factor of the
なお、図6(a),(b)において正側に現れている三角形の波形はCCDのリセットパルスによって生じるものである。 6A and 6B, the triangular waveform appearing on the positive side is generated by the reset pulse of the CCD.
このようにランプ2の光量および増幅回路3の増幅率を制御することで、イメージセンサ1で画像の読込みを行うと、イメージセンサ1の出力信号の振幅は、黒色の原稿を読込んだときは0Vになり、白色の原稿を読込んだときは飽和電圧よりも−0.1V低いレベルになる。このため、イメージセンサ1の出力のダイナミックレンジを最大限に活用することができる。これにより、S/N比を改善できるため、ノイズに起因する筋・斑点などの画像の乱れが生じる可能性が減少する。
When the image sensor 1 reads an image by controlling the light amount of the lamp 2 and the amplification factor of the
また、イメージセンサ1のCCD出力信号が飽和することがないので、画像読込み時に画像の白飛びが発生するのを防止できる。 Further, since the CCD output signal of the image sensor 1 does not saturate, it is possible to prevent whiteout of the image from occurring when reading the image.
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
1 イメージセンサ、2 ランプ、3 増幅回路、4 A/Dコンバータ、5 画像処理回路、6 インバータ 31 反転増幅器、32 サンプルホールド回路、33 オフセット設定用アンプ、34 増幅率可変アンプ。
1 image sensor, 2 lamp, 3 amplification circuit, 4 A / D converter, 5 image processing circuit, 6 inverter, 31 inverting amplifier, 32 sample hold circuit, 33 offset setting amplifier, 34 variable amplification factor amplifier.
Claims (5)
前記光源で照明された原稿の画像を読取るための画像読取手段と、
前記画像読取手段によって読取られた画像信号を増幅するための増幅手段と、
前記画像読取手段によって基準となる画像を読取って得られた画像信号が飽和しない範囲で最大の出力が得られるように、前記光源の光量を制御するとともに、前記増幅手段の出力電圧が最大となるように、前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段とを備えた、画像読取装置。 A light source for illuminating the document;
Image reading means for reading an image of a document illuminated by the light source;
Amplifying means for amplifying the image signal read by the image reading means;
The light quantity of the light source is controlled and the output voltage of the amplifying means is maximized so that the maximum output is obtained within a range in which the image signal obtained by reading the reference image by the image reading means is not saturated. Thus, an image reading apparatus comprising control means for controlling the amplification factor of the amplification means.
前記光源を駆動して点灯させるためのインバータ手段と、
前記光源を駆動するための光源制御信号を前記インバータ手段に与えるとともに、前記増幅手段に増幅率を制御するための制御信号を与える画像処理制御手段とを含む、請求項1に記載の画像読取装置。 The control means includes
Inverter means for driving and turning on the light source;
The image reading apparatus according to claim 1, further comprising: an image processing control unit that supplies a light source control signal for driving the light source to the inverter unit and a control signal for controlling an amplification factor to the amplification unit. .
The image reading apparatus according to claim 1, wherein the reference image is a white reference image.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010114745A (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-20 | Fuji Xerox Co Ltd | Document reader, and image forming apparatus |
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- 2004-03-15 JP JP2004073112A patent/JP2005260857A/en not_active Withdrawn
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