JP2005269054A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理装置を実現することである。
【解決手段】 入力アナログ画像信号Ｓｉに対して設定すべき基準黒レベルＳｒｂを供給する基準黒レベル供給部２３１と、入力アナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出部２３２と、入力黒レベル検出部２３２により検出された黒レベルと基準黒レベル供給部２３１から供給された基準黒レベルとを減算して第１演算値Ｓｓ１を算出する第１差動増幅部２３３と、入力アナログ画像信号Ｓｉと第１演算値Ｓｓ１とを減算して第２演算値Ｓｓ２を算出し、算出された第２演算値Ｓｓ２を出力アナログ画像信号Ｓｏとして出力する第２差動増幅部２３４と、を有する第１黒レベル調整回路２３０ａを備えた信号処理装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、信号処理装置に関し、詳しくは原稿等の被写体に光を照射して得られる光学像を電気信号に変換する撮像素子から出力されるアナログ画像信号に対する信号処理に関する。

近年、原稿等の被写体に光を照射して得られる光学像を電気信号に変換し画像データを取得する画像読取装置がある。このような画像読取装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子を用いて光学像をアナログ画像信号に変換し、アナログ画像信号に増幅等の信号処理を施してデジタル画像信号に変換する信号処理装置を備えている。

ところで、撮像素子は、原稿画像に対する主走査方向にライン状に配列された複数の画素から構成されていおり、有効信号画素領域の他に、画像信号の基準となる黒レベルの基準値を得るために光学的に遮光された光学的黒画素（オプティカルブラック画素）領域が設けられている。そして、アナログ画像信号を処理する際は、オプティカルブラック領域から得られる黒レベルの基準値に基づいて行われるが、黒レベルは、電源電圧の変動や周辺温度の変化の影響を受け易く、常に不安定な状態である。また、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換範囲が予め決まっているため、Ａ／Ｄ変換範囲を有効に利用する必要性がある。

このような不具合を解消する方策として、撮像素子から出力されたアナログ画像信号の直流成分を遮断し所定の直流電位を加えて直流再生するクランプ処理を施し、黒レベルの安定化を図っている。

例えば、ＣＣＤ固体撮像素子から第１の増幅器を介して供給されるアナログ画像信号を第２の増幅器にＡＣ結合するコンデンサと、所定の基準電圧を発生する基準電圧源と、ＣＣＤ固体撮像素子のダミーセル画素期間（オプティカルブラック信号期間）にスイッチングを行う第１のスイッチとを有するクランプ回路において、コンデンサと第２の増幅器を結ぶ経路中に抵抗を設けるとともに、この抵抗の両端を選択的に短絡する第２のスイッチを設け、第２のスイッチを第１のスイッチの動作に対して相補的に作動させる構成の画像入力装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開平８−１７２５０４号公報

しかしながら、撮像素子から出力されるアナログ画像信号は、原稿画像の１主走査毎の画像データが連続されたデータである。したがって、上記のようなクランプ処理での黒レベルの調整は、アナログ画像信号の１ライン出力期間内に存在するオプティカルブラック信号期間の出力信号に基づいてライン毎に黒レベルが調整されるため、この周期より短い周期での黒レベルの変動に応答することができず、画像読取装置で読み取った画像データを記録媒体上に記録する場合、副走査方向に沿って主走査方向の横スジや濃淡むらによる画質の低下を招くという問題がある。

本発明の課題は、黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理装置を実現することである。

請求項１に記載の発明は、撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベルを調整し、調整された黒レベルの出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、前記黒レベル調整手段は、前記入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、前記入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、前記入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、前記入力画像信号と前記第１演算値とを減算して第２演算値を算出し、算出された第２演算値を出力画像信号として出力する第２演算手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベル値を調整し、調整された黒レベル値の出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、前記黒レベル調整手段は、前記入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、前記入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、前記入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、前記出力画像信号の黒レベルを検出して保持する出力黒レベル検出手段と、前記出力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第２演算値を算出する第２演算手段と、前記第１演算値と第２演算値とを減算して第３演算値を算出する第３演算手段と、前記入力画像信号と前記第３演算値とを減算して第４演算値を算出し、算出された第４演算値を出力画像信号として出力する第４演算手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の信号処理装置において、前記撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、前記出力黒レベル検出手段は、前記出力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の信号処理装置において、前記撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、前記入力黒レベル検出手段は、前記入力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の信号処理装置において、当該黒レベル調整手段は、サンプルホールド手段又は信号振幅増幅手段の前段に備えられることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベルを調整し、調整された黒レベルの出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、黒レベル調整手段は、入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、入力画像信号と第１演算値とを減算して第２演算値を算出し、算出された第２演算値を出力画像信号として出力する第２演算手段と、を備えたことにより、入力画像信号の黒レベルを黒レベルの基準値に適合するように設定するフィードフォワード制御が行われ、黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理装置を実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベル値を調整し、調整された黒レベル値の出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、黒レベル調整手段は、入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、出力画像信号の黒レベルを検出して保持する出力黒レベル検出手段と、出力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第２演算値を算出する第２演算手段と、第１演算値と第２演算値とを減算して第３演算値を算出する第３演算手段と、入力画像信号と第３演算値とを減算して第４演算値を算出し、算出された第４演算値を出力画像信号として出力する第４演算手段と、を備えたことにより、入力画像信号の黒レベルを黒レベル設定手段の変動要因の影響を打ち消しすように設定するフィードバック制御が行われ、更に、黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理方法を実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得られるのは勿論のこと、撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、出力黒レベル検出手段は、出力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うことにより、精度の高い黒レベルを検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、入力黒レベル検出手段は、入力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うことにより、精度の高い黒レベルを検出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、当該黒レベル調整手段は、サンプルホールド手段又は信号振幅増幅手段の前段に備えられることにより、黒レベルの変動の無い出力画像信号から画像データを得ることができる。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明が適用可能な装置例としては、撮像素子を用いて光学像を得るスキャナ、デジタル複写機及び複合機等の画像読取装置である。本実施の形態では、本発明を画像読取装置に適用した例を説明する。

[実施の形態１]
まず、構成を説明する。
図１に、本実施の形態１における画像読取装置１の断面構成を示す。
図１に示すように、画像読取装置１は、原稿搬送部１０、画像読取部２０を備えて構成されている。

原稿搬送部１０は、複数の原稿を一枚毎に画像読取部２０へ搬送する。
画像読取部２０は、原稿搬送部１０から搬送された原稿画像を有する原稿を載置するコンタクトガラスの下部に備えて構成され、原稿の画像を読み取る。画像読取部２０は、光源、複数のミラー等からなる光学系２１、レンズ２２、撮像素子としてのＣＣＤ（Charge Coupled Device）２３、図示しない駆動モータ等からなる駆動部などによって構成される。光源から原稿へ照明走査した光の反射光を結像して光電変換することにより原稿の画像を読み取り、読み取ったアナログ画像信号をアナログ信号処理した後、デジタル画像信号に変換して図示しないデジタル信号処理部に出力する。ここでは、画像は図形や写真などの画像データに限らず文字や記号などのテキストデータなども含む。

図２に、ＣＣＤ２３から出力される１主走査期間に対応するアナログ画像信号のタイミングチャートを示す。
ＣＣＤ２３は、原稿画像の１主走査毎に画像データを読み取り、１主走査分の画像データのアナログ画像信号を奇数列及び偶数列の画像データ信号に分けて出力する。ここでは、奇数列の入力アナログ画像信号Ｓｉを示す。ＣＣＤ２３から出力された偶数列及び奇数列の入力アナログ画像信号Ｓｉは、後述するアナログ信号処理部においてそれぞれ信号処理が施され、後段のデジタル信号処理部で合成され、再び１ラインの画像データに戻される。

入力アナログ画像信号Ｓｉは、ラインクロック信号ＳＨの１周期中に、空送り期間と、オプティカルブラック信号期間と、実画像データである有効信号期間と、空送り期間とが順に経過する１ライン出力期間を有する。オプティカルブラック信号期間とは、ＣＣＤ２３の撮像画素（以下、画素と言う。）の端をアルミ箔などのシールド部材によって覆い、光学的に遮光されたオプティカルブラック画素から出力される信号である。また、空送り時間とオプティカルブラック信号期間を含む期間を、有効信号期間と対比する意味においての無効信号期間とする。
なお、偶数列の入力アナログ画像信号は、奇数列の入力アナログ画像信号と同様であるため、説明は省略する。

まず、従来の信号処理装置Ａについて説明する。
図３に、従来の信号処理装置Ａの制御ブロック図を示す。
図３に示すように、信号処理装置Ａは、アナログ信号処理部１００、ＣＣＤ駆動部３０、Ａ／Ｄ変換回路部４０、駆動パルス供給部５０等から構成される。

アナログ信号処理部１００は、バッファ１１０、ＡＣ結合コンデンサ１２０、プリクランプ回路１３０、サンプルホールド回路１４０、ＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）回路１５０、ＡＣ結合コンデンサ１６０、メインクランプ回路１７０、バッファ１８０等を備える。

アナログ信号処理部１００に入力されたアナログ画像信号は、バッファ１１０を介してＡＣ結合コンデンサ１２０に入力される。
ＡＣ結合コンデンサ１２０は、入力されたアナログ画像信号の直流成分を遮断し、プリクランプ回路１３０と共にクランプ回路を構成する。プリクランプ回路１３０は、入力されたアナログ画像信号に予め設定された黒レベルの基準値としての直流電位を加え（直流再生）クランプ処理を施し、黒レベルを調整する。ここでの黒レベルの基準値（以下、基準黒レベルと言う。）は、オプティカルブラック信号期間内の画像信号レベルの平均値である。
クランプ処理されたアナログ画像信号は、サンプルホールド回路１４０へ出力される。

サンプルホールド回路１４０は、プリクランプ回路１３０から入力されるアナログ画像信号に対して、画像データを示す画像信号レベルを抽出し、ＶＣＡ回路１５０へ出力する。ＶＣＡ回路１５０は、画像信号レベルが抽出されたアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換範囲に適合するよう増幅調整し、ＡＣ結合コンデンサ１６０を含むメインクランプ回路１７０へ出力する。

ＡＣ結合コンデンサ１６０は、入力されたアナログ画像信号の直流成分を再度遮断し、メインクランプ回路１７０と共にクランプ回路を構成する。メインクランプ回路１７０は、入力されたアナログ画像信号に再度クランプ処理を施し、黒レベルを再調整する。そして、バッファ１８０を介してＡ／Ｄ変換部４０へ出力する。

ＣＣＤ駆動部３０は、駆動パルス供給部５０から出力される制御信号に基づいてタイミングパルスを出力し、ＣＣＤ２３の駆動制御を行う。

Ａ／Ｄ変換部４０は、アナログ信号処理部１００から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、後段の図示しないデジタル信号処理部へ出力する。

駆動パルス供給部５０は、図示しない本体制御部から出力される制御信号に基づいて、駆動パルスを出力し、ＣＣＤ２３、アナログ信号処理部１００、Ａ／Ｄ変換部４０の駆動制御を行う。

したがって、プリクランプ回路１３０及びメインクランプ回路１７０での黒レベルの調整は、オプティカルブラック信号期間が出力される周期、即ち、ラインクロック信号の１周期毎（一主走査期間毎）にしか黒レベルを調整することができないため、この周期より短い周期での黒レベルの変動に応答することができないという問題がある。

次に、本実施の形態１の信号処理装置としての信号処理装置Ｂ１について説明する。
図４に、本実施の形態１の信号処理装置Ｂ１の制御ブロック図を示す。
図４に示すように、信号処理装置Ｂ１は、アナログ信号処理部２００ａ、ＣＣＤ駆動部３０、Ａ／Ｄ変換回路部４０、駆動パルス供給部５０等から構成される。
本発明における信号処理装置Ｂ１の構成において、従来と同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、異なる機能部分のみ説明する。具体的には、従来のクランプ回路に替えて、直流結合を採用したアナログ信号処理部２００ａである。

アナログ信号処理部２００ａは、バッファ１１０、ローパスフィルタ２１０、バッファ２２０、黒レベル調整手段としての第１黒レベル調整回路２３０ａ、サンプルホールド回路１４０、ローパスフィルタ２６０、ＶＣＡ回路１５０、黒レベル調整手段としての第２黒レベル調整回路２７０ａ、バッファ１８０等を備えている。

ローパスフィルタ２１０は、ＣＣＤ２３から入力されるアナログ画像信号に含まれる高周波ノイズを除去し、高周波ノイズ除去後のアナログ画像信号をバッファ２２０を介して第１黒レベル調整回路２３０ａに出力する。

第１黒レベル調整回路２３０ａは、ＣＣＤ２３から高周波ノイズ除去された入力画像信号としての入力アナログ画像信号の黒レベル（以下、入力黒レベルと言う。）を検出し、検出された入力黒レベルと予め決定された黒レベルの基準値としての基準黒レベルとの差分をとって、当該第１黒レベル調整回路２３０ａの出力画像信号としての出力アナログ画像信号の黒レベルを調整し、サンプルホールド回路１４０へ出力する。

サンプルホールド回路１４０は、第１黒レベル調整回路２３０ａから入力されたアナログ画像信号に対して、画像データを示す画像信号レベルの信号値を抽出し、ローパスフィルタ２６０へ出力する。

ローパスフィルタ２６０は、サンプルホールド回路１４０から入力されたアナログ画像信号がサンプルホールド処理時に混入された折り返しノイズを除去し、ＶＣＡ回路１５０に出力する。ＶＣＡ回路１５０は、入力されたアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換範囲に適合するよう増幅調整し、第２黒レベル調整回路２７０ａへ出力する。

第２黒レベル調整回路２７０ａは、ＶＣＡ回路１５０から入力された入力画像信号としての入力アナログ画像信号の黒レベル（以下、入力黒レベルと言う。）を検出し、検出された入力黒レベルと予め決定された黒レベルの基準値としての基準黒レベルとの差分をとって、当該第２黒レベル調整回路２７０ａから出力される出力画像信号としての出力アナログ画像信号の黒レベルの安定化を図る処理を行い、バッファ１８０を介してＡ／Ｄ変換部４０へ出力する。

図５に、本実施の形態１の第１黒レベル調整回路２３０ａの構成図を示す。
第１黒レベル調整回路２３０ａは、基準黒レベル供給手段としての基準黒レベル供給部２３１と、入力黒レベル検出手段としての入力黒レベル検出部２３２と、第１演算手段としての第１差動増幅部２３３と、第２演算手段としての第２差動増幅部２３４と、を備える。

基準黒レベル供給部２３１は、外部から予め設定された設定電圧値に基づいて、入力アナログ画像信号Ｓｉの基準黒レベルＳｒｂを設定し、設定された基準黒レベルＳｒｂを第１差動増幅部２３４に出力する。

入力黒レベル検出部２３２は、ＣＣＤ２３からバッファ、ローパスフィルタ等を介して入力される入力アナログ画像信号Ｓｉに対し、１ライン毎にオプティカルブラック信号期間の画像信号レベル（即ち、入力黒レベルＳｉｂ）をサンプルパルスＳａに基づいて複数検出し、オプティカルブラック信号期間以降、次のラインのデータ入力まで入力黒レベルＳｉｂを保持する。また、保持している入力黒レベルＳｉｂを第１差動増幅部２３３に出力する。図６に、入力アナログ画像信号ＳｉとサンプルパルスＳａとのタイミングチャート例を示す。

入力黒レベル検出部２３２としては、サンプルパルスＳａに基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作するサンプルスイッチと、サンプルスイッチがＯＮのとき入力アナログ画像信号Ｓｉの入力黒レベルＳｉｂの電位を保持するコンデンサ等から成るサンプルホールド回路を用いることができる。なお、サンプルスイッチのＯＦＦ抵抗が高く、コンデンサが接続される後段のアンプの入力が高インピーダンスであること（即ち、ドループが低いこと）が好ましい。

サンプルホールド回路の特性としては、前段のアンプの出力インピーダンス、サンプルスイッチのスピード（サンプリングパルスＳａの周波数）、サンプルスイッチのＯＮ抵抗、コンデンサの容量、後段のアンプの入力インピーダンスでほぼ決まるため、一般的に高速動作をさせるとノイズの影響を受けやすく、低速動作をさせるとノイズの影響を受けにくくなることが公知である。

したがって、前段のアンプの出力インピーダンスを大きく、サンプルスイッチのスピードを遅く、サンプルスイッチのＯＮ抵抗を大きく、コンデンサの容量大きく設定すると、動作速度が遅くなるが、安価でノイズに強い回路となる。しかし、動作速度が遅くなっているため、サンプルした電位までコンデンサに充電する時間（アクイジョンタイム）が長くなり、アナログ画像信号の１画素内の信号期間で完全に目的の電位にコンデンサを充電できなくなる。そのため、オプティカルブラック信号期間の画像信号レベルは、ほぼ同じ電位なので、複数サンプリングすることにより、コンデンサの充電電位をオプティカルブラック信号期間の画像信号レベルと同じ電位にする事ができ、適切な入力黒レベルＳｉｂを検出することができる。また、サンプル数は多ければ多いほど正確でノイズの影響にない入力黒レベルＳｉｂの検出が可能になる。

なお、サンプルホールド回路のスピードが速ければ１画素だけのサンプルでも大きな問題とははならないが、回路が高価になりノイズの影響に注意が必要となる。

第１差動増幅部２３３は、基準黒レベル供給部２３１から入力された基準黒レベルＳｏｂと入力黒レベル検出部２３２から入力された入力黒レベルＳｉｂとを減算し、算出された第１演算値Ｓｓ１を第２差動増幅部２３４へ出力する。

第２差動増幅部２３４は、第１差動増幅部２３３から算出された第１演算値Ｓｓ１と、入力アナログ画像信号Ｓｉとを減算して第２演算値Ｓｓ２を算出し、算出された第２演算値Ｓｓ２を出力アナログ画像信号Ｓｏとしてサンプルホールド回路１４０へ出力する。

即ち、第１黒レベル調整回路２３０ａにおいて、基準黒レベル供給部２３１、入力黒レベル検出部２３２、第１差動増幅部２３３、第２差動増幅部２３４によって基準黒レベルＳｒｂに適合するよう入力されるアナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを設定するフィードフォワード制御が行われる。

例えば、基準黒レベル供給部２３１によって決定された基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）、入力黒レベル検出部２３２から検出された入力黒レベルＳｉｂ（５Ｖ）である場合、第１差動増幅部２３３から第１演算値Ｓｓ１（２Ｖ）が出力される。第２差動増幅部２３４において、入力アナログ画像信号Ｓｉと第１演算値Ｓｓ１（２Ｖ）とが減算され、黒レベルが基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）と等しい出力アナログ画像信号がサンプルホールド回路１４０へ出力される。

第２黒レベル調整回路２７０ａは、第１黒レベル調整回路２３０と同様の構成であるため、その構成の図示及び説明は省略する。

以上のように、直流結合を採用することで、クランプ処理による直流再生が不要となり、クランプ処理を行うことによって生じていたクランプ処理の周期（一主走査期間）より短い周期での黒レベルの変動そのものが無くなり、必然的に黒レベルを一定に保つことができ、黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理装置を実現することができる。

[実施の形態２]
この実施の形態２における画像読取装置１の構成、ＣＣＤ２３から出力される１主走査期間に対応するアナログ画像信号のタイミングチャート、従来の信号処理装置Ａの制御ブロック図は実施の形態１と同様な構成であるので、その図示及び説明は省略する。

次に、本実施の形態２の信号処理装置としての信号処理装置Ｂ２について説明する。
図７に、本実施の形態１の信号処理装置Ｂ２の制御ブロック図を示す。
図７に示すように、信号処理装置Ｂ２は、アナログ信号処理部２００ｂ、ＣＣＤ駆動部３０、Ａ／Ｄ変換回路部４０、駆動パルス供給部５０等から構成される。
本発明における信号処理装置Ｂ２の構成において、従来と同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、異なる機能部分のみ説明する。具体的には、従来のクランプ回路に替えて、直流結合を採用したアナログ信号処理部２００ｂである。

アナログ信号処理部２００ｂは、バッファ１１０、ローパスフィルタ２１０、バッファ２２０、第１黒レベル調整回路２３０ｂ、サンプルホールド回路１４０、ローパスフィルタ２６０、ＶＣＡ回路１５０、第２黒レベル調整回路２７０ｂ、バッファ１８０等を備えている。

ローパスフィルタ２１０は、ＣＣＤ２３から入力されるアナログ画像信号に含まれる高周波ノイズを除去し、高周波ノイズ除去後のアナログ画像信号をバッファ２２０を介して第１黒レベル調整回路２３０ｂに出力する。

第１黒レベル調整回路２３０ｂは、ＣＣＤ２３から高周波ノイズ除去された入力画像信号としての入力アナログ画像信号の黒レベル（以下、入力黒レベルと言う。）を検出すると共に、更に、サンプルホールド回路１４０に入力される前段、即ち、当該第１黒レベル調整回路２３０ｂから出力される出力画像信号としての出力アナログ画像信号の黒レベル（以下、出力黒レベルと言う。）を検出し、予め決定された黒レベルの基準値としての基準黒レベルに調整し出力アナログ画像信号の黒レベルの安定化を図る処理を行い、サンプルホールド回路１４０へ出力する。

サンプルホールド回路１４０は、第１黒レベル調整回路２３０ｂから入力されたアナログ画像信号に対して、画像データを示す画像信号レベルの信号値を抽出し、ローパスフィルタ２６０へ出力する。

ローパスフィルタ２６０は、サンプルホールド回路１４０から入力されたアナログ画像信号がサンプルホールド処理時に混入された折り返しノイズを除去し、ＶＣＡ回路１５０に出力する。ＶＣＡ回路１５０は、入力されたアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換範囲に適合するよう増幅調整し、第２黒レベル調整回路２７０ｂへ出力する。

第２黒レベル調整回路２７０ｂは、ＶＣＡ回路１５０から入力された入力画像信号としての入力アナログ画像信号の黒レベル（以下、入力黒レベルと言う。）を検出すると共に、更に、第２黒レベル調整回路２７０ｂから出力されＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号を出力画像信号としてデジタル画像信号の黒レベル（以下、出力黒レベルと言う。）を検出し、Ａ／Ｄ変換部４０へ出力されるアナログ画像信号の黒レベルが予め決定された基準黒レベルに安定されるよう処理を行い、バッファ１８０を介してＡ／Ｄ変換部４０へ出力する。

図８に、本実施の形態２の第１黒レベル調整回路２３０ｂの構成図を示す。
第１黒レベル調整回路２３０ｂは、基準黒レベル供給手段としての基準黒レベル供給部２３１と、入力黒レベル検出手段としての入力黒レベル検出部２３２と、第１演算手段としての第１差動増幅部２３３と、出力黒レベル検出手段としての出力黒レベル検出部２３５と、第２演算手段としての第２差動増幅部２３６と、第３演算手段としての第３差動増幅部２３７と、第４演算手段としての第４差動増幅部２３８と、を備える。

基準黒レベル供給部２３１は、外部から予め設定された設定電圧値に基づいて、アナログ画像信号の基準黒レベルＳｒｂを設定し、設定された基準黒レベルＳｒｂを第１差動増幅部２３３、第２差動増幅部２３６にそれぞれ出力する。

入力黒レベル検出部２３２と、第１差動増幅部２３３は、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

出力黒レベル検出部２３５は、第２黒レベル調整回路２３０ｂからサンプルホールド回路１４０へ出力される出力画像信号としてのアナログ画像信号（以下、出力アナログ画像信号と言う。）Ｓｏに対し、１ライン毎にオプティカルブラック信号期間の画像信号レベル（即ち、出力黒レベルＳｏｂ）をサンプルパルスＳｂに基づいて複数検出し、オプティカルブラック信号期間以降次のラインのデータ入力まで出力黒レベルＳｏｂを保持する。また、保持している出力黒レベルＳｏｂを第３差動増幅部２３５に出力する。なお、出力黒レベル検出部２３５の構成及び検出動作は、入力黒レベル検出部２３２と同様であるため、説明は省略する。

第２差動増幅部２３６は、基準黒レベル供給部２３１から出力された基準黒レベルＳｒｂと出力黒レベル検出部２３５から出力された出力黒レベルＳｏｂとを減算し、算出された第２演算値Ｓｓ２を第３差動増幅部２３７へ出力する。

第３差動増幅部２３７は、第１差動増幅部２３３から算出された第１演算値Ｓｓ１と、第２差動増幅部２３６から算出された第２演算値Ｓｓ２とを減算し、算出された第３演算値Ｓｓ３を第４差動増幅部２３８へ出力する。

第４差動増幅部２３８は、ＣＣＤ２３からバッファ、ローパスフィルタ等を介して入力される入力アナログ画像信号Ｓｉと、第３差動増幅部２３７から算出された第３演算値Ｓｓ３とを減算して第４演算値Ｓｓ４を算出し、算出された第４演算値Ｓｓ４を出力アナログ画像信号Ｓｏとしてサンプルホールド回路１４０へ出力する。

即ち、第１黒レベル調整回路２３０ｂにおいて、基準黒レベルＳｒｂに適合するよう入力される入力アナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを設定するフィードフォワード制御と、第１黒レベル調整回路２３０ｂの変動要因の影響を打ち消してアナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを設定するフィードバック制御とが行われる。

例えば、第１黒レベル調整回路２３０ｂの変動要因が無く、基準黒レベル供給部２３１によって決定された基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）、入力黒レベル検出部２３２から検出された入力黒レベルＳｉｂ（５Ｖ）である場合、第１差動増幅部２３３から第１演算値Ｓｓ１（２Ｖ）が出力される。出力黒レベル検出部２３５から出力される出力黒レベルＳｏｂは、変動要因が無い場合には基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）と等しいため、第２差動増幅部２３５から第２演算値Ｓｓ２（０Ｖ）が出力される。そして、第３差動増幅部２３７において、第１演算値Ｓｓ１（２Ｖ）と第２演算値Ｓｓ２（０Ｖ）とが減算され、第３演算値Ｓｓ３（２Ｖ）が第４差動増幅部２３８へ出力される。第４差動増幅部２３８において、入力アナログ画像信号Ｓｉと第３演算値Ｓｓ３（２Ｖ）とが減算され、黒レベルが基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）と等しいアナログ画像信号がサンプルホールド回路１４０へ出力される。

一方、第１黒レベル調整回路２３０ｂの変動要因（０．１Ｖ）が有る場合、第４差動増幅部２３８から出力される第４演算値Ｓｓ４に変動要因が加えられる。したがって、出力黒レベル検出部２３５から出力黒レベルＳｏｂ（３．１Ｖ）が検出され、第２差動増幅部２３６へ出力される。第２差動増幅部２３６において、基準黒レベルＳｒｂ（３．０Ｖ）と入力された出力黒レベルＳｏｂ（３．１Ｖ）とが減算され、第２演算値Ｓｓ２（−０．１Ｖ）が第３差動増幅部２３７へ出力される。そして、第３差動増幅部２３７において、第１演算値Ｓｓ１（２Ｖ）と第２演算値Ｓｓ２（−０．１Ｖ）とが減算され、第３演算値Ｓｓ３（２．１Ｖ）が第４差動増幅部２３８へ出力される。第４差動増幅部２３８において、入力アナログ画像信号Ｓｉと第３演算値Ｓｓ３（２．１Ｖ）とが減算され、黒レベルが２．９Ｖのアナログ画像信号がサンプルホールド回路１４０へ出力される。しかし、サンプルホールド回路１４０へ出力される際には、変動要因（０．１Ｖ）が加えられた出力アナログ画像信号Ｓｏ、即ち、黒レベルが基準黒レベルＳｒｂ（３Ｖ）と等しいアナログ画像信号が出力される。

図７に、第２黒レベル調整回路２７０ｂの構成図を示す。
第２黒レベル調整回路２７０ｂの構成において、第１黒レベル調整回路２３０ｂと同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略し、異なる機能部分のみ説明する。具体的には、第１黒レベル調整回路２３０ｂの出力レベル検出部２３５に替えて、出力レベル検出部２７５としている。

出力黒レベル検出部２７５は、第２黒レベル調整回路２３０ｂ出力されるアナログ画像信号がバッファ１８０を介してＡ／Ｄ変換部４０に入力される。ここで、Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像信号Ｓｄにおけるオプティカルブラック信号期間の画像信号レベルをサンプルパルスＳｂに基づいて１ライン毎にラッチ回路２７５ａにラッチし保持する。保持している黒レベルデジタル信号をＤ／Ａ変換回路Ｄ／Ａ３によりアナログ信号の黒レベルＳｂｄとし、第２差動増幅部２３６に出力する。なお、出力黒レベル検出部２７５は、ラッチ回路２７５ａとＤ／Ａ変換回路Ｄ／Ａ３から構成されており、アナログ信号処理での入力黒レベル検出部２３２とは異なる。

即ち、第２黒レベル調整回路２７０において、基準黒レベルＳｒｂに合わせて入力されるアナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを設定するフィードフォワード制御と、Ａ／Ｄ変換後のデジタル画像信号に生じた第４差動増幅部２３８及びＡ／Ｄ変換部４０における変動要因の影響を打ち消してアナログ画像信号Ｓｉの黒レベルを設定するフィードバック制御とが行われる。

以上のように、直流結合を採用することで、クランプ処理による直流再生が不要となり、クランプ処理を行うことによって生じていたクランプ処理の周期（一主走査期間）より短い周期での黒レベルの変動そのものが無くなり、必然的に黒レベルを一定に保つことができ、黒レベルの変動の無い画像データを提供可能な信号処理装置を実現することができる。

なお、以上の実施の形態１及び２における記述は、本発明に係る好適な信号処理装置の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態１に示された第１黒レベル調整回路２３０ａと実施の形態２に示された第２黒レベル調整回路２７０ｂとを組み合わせて構成された信号処理装置でよく、この限りではない。
また、以上の実施の形態における各部の細部構成及び細部動作に関して、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本実施の形態１における画像読取装置１の断面構成である。 ＣＣＤ２３から出力される１主走査期間に対応するアナログ画像信号のタイミングチャートである。 従来の信号処理装置Ａの制御ブロック図である。 本実施の形態１の信号処理装置Ｂ１の制御ブロック図である。 第１黒レベル調整回路２３０ａの構成図である。 アナログ画像信号ＳｉとサンプルパルスＳａとのタイミングチャート例である。 本実施の形態２の信号処理装置Ｂ２の制御ブロック図である。 第１黒レベル調整回路２３０ｂの構成図である。 第２黒レベル調整回路２７０ｂの構成図である。

符号の説明

１ 画像読取装置
１０ 原稿搬送部
２０ 画像読取部
２１ 光学系
２２ レンズ
２３ ＣＣＤ
３０ ＣＣＤ駆動部
４０ Ａ／Ｄ変換部
５０ 駆動パルス供給部
１００、２００ アナログ信号処理部
１１０、１８０、２２０ バッファ
１２０、１６０ ＡＣ結合コンデンサ
１３０ プリクランプ回路
１４０ サンプルホールド回路
１５０ ＶＣＡ回路
１７０ メインクランプ回路
２１０、２６０ ローパスフィルタ
２３０ａ、２３０ｂ 第１黒レベル調整回路
２３１ 基準黒レベル供給部
２３２ 入力黒レベル検出部
２３３ 第１差動増幅部
２３４ 第２差動増幅部
２３５、２７５ 出力黒レベル検出部
２３６ 第２差動増幅部
２３７ 第３差動増幅部
２３８ 第４差動増幅部
２７０ａ、２７０ｂ 第２黒レベル調整回路
２７５ａ ラッチ回路
Ａ、Ｂ１、Ｂ２ 信号処理装置
Ｓａ、Ｓｂ サンプルパルス
Ｓｄ デジタル画像信号
ＳＨ ラインクロック信号
Ｓｉ 入力アナログ画像信号
Ｓｉｂ 入力黒レベル
Ｓｏ 出力アナログ画像信号
Ｓｏｂ、Ｓｄｂ 出力黒レベル
Ｓｒｂ 基準黒レベル
Ｓｓ１ 第１演算値
Ｓｓ２ 第２演算値
Ｓｓ３ 第３演算値
Ｓｓ４ 第４演算値

Claims (5)

1. 撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベルを調整し、調整された黒レベルの出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、
   前記黒レベル調整手段は、
   前記入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、
   前記入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、
   前記入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、
   前記入力画像信号と前記第１演算値とを減算して第２演算値を算出し、算出された第２演算値を出力画像信号として出力する第２演算手段と、
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
2. 撮像素子から入力された入力画像信号の黒レベル値を調整し、調整された黒レベル値の出力画像信号を出力する黒レベル調整手段を備える信号処理装置において、
   前記黒レベル調整手段は、
   前記入力画像信号に対して設定すべき黒レベルの基準値を供給する基準黒レベル供給手段と、
   前記入力画像信号の黒レベルを検出して保持する入力黒レベル検出手段と、
   前記入力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第１演算値を算出する第１演算手段と、
   前記出力画像信号の黒レベルを検出して保持する出力黒レベル検出手段と、
   前記出力黒レベル検出手段により検出された黒レベルと前記基準黒レベル供給手段から供給された黒レベルの基準値とを減算して第２演算値を算出する第２演算手段と、
   前記第１演算値と第２演算値とを減算して第３演算値を算出する第３演算手段と、
   前記入力画像信号と前記第３演算値とを減算して第４演算値を算出し、算出された第４演算値を出力画像信号として出力する第４演算手段と、
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項２に記載の信号処理装置において、
   前記撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、
   前記出力黒レベル検出手段は、前記出力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うこと、
   を特徴とする信号処理装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の信号処理装置において、
   前記撮像素子は、ライン状に配列された複数のオプティカルブラック画素を有し、
   前記入力黒レベル検出手段は、前記入力画像信号のオプティカルブラック信号期間のサンプリングを行うこと、
   を特徴とする信号処理装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の信号処理装置において、
   当該黒レベル調整手段は、サンプルホールド手段又は信号振幅増幅手段の前段に備えられること、
   を特徴とする信号処理装置。

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