JP2005277735A - 信号処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 IC化を容易にし、安価でノイズに強く信号レベルの安定性を向上させた信号処理装置を実現する。
【解決手段】 A/D変換部から出力されたデジタル画像信号DiのハイライトピークレベルDipを検出保持するハイライトピークレベル検出手段611と、デジタル画像信号Diの黒レベルDibを検出保持する黒レベル検出手段612と、目標ハイライトピークレベルDprを供給する目標ハイライトピークレベル供給手段613と、目標黒レベルDbrを供給する目標黒レベル供給手段614と、ハイライトピークレベルDip、黒レベルDib、目標ハイライトピークレベルDpr、目標黒レベルDbrに基づいて、乗算値Dpxと減算値Dbxとを算出する補正値算出手段615と、乗算値Dpxと減算値Dbxとに基づいて、黒レベルの調整と増幅とを行うデジタル演算手段D620と、を備える信号処理装置。
【選択図】図6

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のA/D変換後のデジタル信号処理に関する。
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、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して画像データを得る信号処理装置を備えている。
ところで、アナログ信号の信号処理は、その波形そのものが情報であるために、処理途中で混入するノイズにより波形が歪んでしまった場合、情報を正確に伝達することができなくなるという問題がある。そこで、昨今、ノイズによる波形の歪みの影響を受けず正確に情報を伝達することができるよう、アナログ信号処理の一部をデジタル信号処理として行う技術が急速に普及してきている。
撮像素子から出力されるアナログ画像信号は、黒レベルの安定化を図るため直流成分を遮断して所定の直流電位を加えて直流再生するクランプ処理、画像信号レベルを検出するサンプルホールド処理、A/D変換範囲に適合するよう信号増幅処理等の信号処理が施された後、デジタル画像信号に変換されるのが一般的であった。そこで、上述した技術を用いて、撮像素子から出力されるアナログ画像信号の信号処理の一部がデジタル化された技術が開示されている。
例えば、デジタル画像信号に適切な黒レベル補正を行うデジタルクランプ回路として、デジタル映像信号のオプティカルブラック期間の信号レベルを検出する検出手段と、検出手段の後段に設けられ且つ検出手段にて検出された信号レベルを基にデジタル映像信号の黒レベルを設定する設定手段と、検出手段から検出された信号レベルの時間的変化の大きさを検出し、検出された時間的変化の大きさに応じて設定回路による信号レベル設定動作の頻度を制御する制御手段を具備したデジタルクランプ回路が開示されている(特許文献1参照)。
また、イメージセンサからのセンサ出力信号を受けてセンサ出力信号に含まれた輝度情報を検出しデジタル輝度信号を発生させる輝度検出/デジタル化部と、デジタル輝度信号を受け、デジタル輝度信号に乗算を行ってその乗算結果をフロントエイド信号処理出力として出力するデジタル処理部と、デジタル輝度信号から得たフィードバック信号を輝度検出/デジタル化部に供給することにより、輝度信号の黒レベルを一定値にクランプするクランプ部と、からなるフロントエイド信号処理装置が開示されている(特許文献2参照)。
特開平11−88776号公報 特開2001−189892号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2は、アナログ信号処理で行われていたクランプ処理をデジタル化したにすぎず、アナログ信号処理で行われていた信号増幅処理のデジタル化は行われておらず、信号増幅処理時に生じるノイズにより波形の歪みが生じ、正確に情報を伝達することができない恐れがあり、撮像素子から読み取った画像データを記録媒体上に記録する場合、外来ノイズや電源電圧などの影響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、撮像素子から出力される画像信号の処理回路をデジタル化する事で、IC化を容易にし、安価でノイズに強く信号レベルの安定性を向上させた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するA/D変換手段と、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号に対してデジタル処理を行う信号処理装置において、前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号のハイライトピークレベルを検出して保持するハイライトピークレベル検出手段と、前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号の黒レベルを検出して保持する黒レベル検出手段と、前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号に対して設定すべきハイライトピークレベルの目標値を供給する目標ハイライトピークレベル供給手段と、前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号に対して設定すべき黒レベルの目標値を供給する目標黒レベル供給手段と、前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルと、前記ハイライトピークレベル検出手段により検出されたハイライトピークレベルと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値と、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値とに基づいて、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うための補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段から算出された補正値に基づいて、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うデジタル演算手段と、を備えることを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の信号処理装置において、前記補正値算出手段から算出される補正値は、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号を増幅させる乗算値と、前記乗算値に基づいて増幅されたデジタル画像信号の黒レベルを調整する減算値と、である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、前記乗算値Dpxは、前記ハイライトピークレベル検出手段から検出されたハイライトピークレベルDipと、前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値Dprと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrとしたとき、Dpx=(Dpr−Dbr)/(Dip−Dib)の式に基づいて算出されること、を特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の信号処理装置において、前記減算値Dbxは、前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrと、前記乗算値Dpxとしたとき、Dbx=Dib×Dpx−Dbrの式に基づいて算出されること、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、前記A/D変換手段に入力されるアナログ画像信号には、高周波ノイズ除去処理、クランプ処理、サンプルホールド処理のいずれか又はこれらの組合せの処理が施されていること、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するA/D変換手段と、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号に対してデジタル処理を行う信号処理装置において、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号のハイライトピークレベルを検出して保持するハイライトピークレベル検出手段と、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルを検出して保持する黒レベル検出手段と、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号に対して設定すべきハイライトピークレベルの目標値を供給する目標ハイライトピークレベル供給手段と、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号に対して設定すべき黒レベルの目標値を供給する目標黒レベル供給手段と、黒レベル検出手段から検出された黒レベルと、ハイライトピークレベル検出手段により検出されたハイライトピークレベルと、黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値と、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値とに基づいて、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うための補正値を算出する補正値算出手段と、補正値算出手段から算出された補正値に基づいて、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うデジタル演算手段と、を備えることにより、算出された補正値に基づいてクランプ処理及び信号増幅処理をデジタル化することにより黒レベルを安定化することができ、対ノイズ性が向上された安価で高速の信号処理装置が実現できる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果を得られるのは勿論のこと、補正値算出手段から算出される補正値は、A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号を増幅させる乗算値と、乗算値に基づいて増幅されたデジタル画像信号の黒レベルを調整する減算値と、であることにより、乗算値と減算値とに基づいて、クランプ処理及び信号増幅処理のデジタル化が容易にできる。
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、乗算値Dpxは、ハイライトピークレベル検出手段から検出されたハイライトピークレベルDipと、黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値Dprと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrとしたとき、Dpx=(Dpr−Dbr)/(Dip−Dib)の式に基づいて算出されることにより、乗算値Dpxを容易に算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2又は3と同様の効果を得られるのは勿論のこと、減算値Dbxは、黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrと、乗算値Dpxとしたとき、Dbx=Dib×Dpx−Dbrの式に基づいて算出されることにより、減算値Dbxを容易に算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、A/D変換手段に入力されるアナログ画像信号には、高周波ノイズ除去処理、クランプ処理、サンプルホールド処理のいずれか又はこれらの組合せの処理が施されていることより、A/D変換後のデジタル画像信号のリニアリティー及びS/N比を良好に保つことができる。
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デジタルカメラ等の撮像装置、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、本発明の信号処理装置を画像読取装置に適用した例を説明する。
まず、構成を説明する。
図1は、本実施の形態における画像読取装置1の概要構成を示す。
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られ、原稿の画像を読み取る。画像読取部20は、原稿を照明するランプ等の光源、複数のミラー等からなる光学系21、原稿画像からの反射光を集光するためのレンズ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、ハイライトピークレベル検出用の白基準板などによって構成される。ランプ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。
白基準板とは、原稿が載置されるコンタクトガラス外に配置され、分光特性が可視光内において均一であり、通常の原稿より反射率の高い白色の板である。
図2に、CCD23から出力される1主走査分の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入力アナログ画像信号を奇数列及び偶数列の画像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、シフトゲート信号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した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の端に設けられた複数の撮像画素(以下、画素と言う。)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したオプティカルブラック画素から出力される信号期間である。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。
図3に、画像読取装置1の制御ブロック図を示す。
図3に示すように、画像読取装置1は、メイン制御部100と、読取制御部200と、搬送制御部300と、操作部400と、信号処理装置としての信号処理装置Aと、通信部700などから構成されている。
メイン制御部100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などにより構成されており、CPUは、ROM内に記憶されているシステムプログラム、各処理プログラム、データを読み出して、RAM内に展開し、展開されたプログラムに従って、画像読取装置1各部の動作を集中制御する。またCPUは、システム全体のタイミング制御、操作表示部400の入出力制御、RAMを使用した画像データの記憶及び蓄積制御、他のアプリケーション(FAX、プリンタ、スキャナ等)とのインターフェイス(I/F)の動作制御を行うものである。
読取制御部200は、CPU、ROM、RAMなどにより構成されており、CPUは、ROM内に記憶されているシステムプログラム、各処理プログラム、データを読み出して、RAM内に展開し、展開されたプログラムに従って、画像読取部20各部の動作を制御する。原稿の読取動作時において、光源の点滅制御、複数のミラー等からなる光学系21の可動制御、CCD23の駆動制御などを行うものである。
搬送制御部300は、CPU、ROM、RAMなどにより構成されており、CPUは、ROM内に記憶されているシステムプログラム、各処理プログラム、データを読み出して、RAM内に展開し、展開されたプログラムに従って、原稿搬送部10各部の動作を制御する。原稿の読取動作時において、原稿サイズの検知、原稿搬送ローラの駆動モータの制御などを行うものである。
操作表示部400は、電源スイッチ、数字キーや各種機能キー、タッチパネルを備える。これらキーが押下された場合には、その押下信号をメイン制御部100へ出力する。
信号処理装置Aは、アナログ信号処理部500とデジタル信号処理部600とを備える。アナログ信号処理部500は、CCD23から出力された電気信号をアナログ画像信号として信号処理を施し、A/D変換してデジタル信号処理部600へ出力する。デジタル信号処理部600は、アナログ信号処理部500によりデジタル化されたデジタル画像信号に対して信号処理を施し、メイン制御部100へ出力する。
通信部700は、モデム、TA(Terminal Adapter)やルータ等によって構成され、ネットワークに接続された外部機器との通信の制御を行う。例えば、画像読取部20で読み取られた画像データが通信部700を介して外部機器に送信することが可能である。
まず、従来のアナログ信号処理部500aについて説明する。
図4に、従来のアナログ信号処理部500aの構成図を示す。
図4に示すように、アナログ信号処理部500aは、信号処理部510a、A/D変換部520a、CCD駆動部530a、駆動パルス供給部540a等から構成される。
信号処理部510aは、バッファ511a、AC結合コンデンサ512a、プリクランプ回路513a、サンプルホールド回路514a、VCA(Voltage Controlled Amplifier)回路515a、AC結合コンデンサ516a、メインクランプ回路517a、バッファ518a等を備える。
CCD23から信号処理部510aに入力されるアナログ画像信号(以下、入力アナログ画像信号Siと言う。)は、バッファ511aを介してAC結合コンデンサ512aに入力される。
AC結合コンデンサ512aは、入力アナログ画像信号Siの直流成分を遮断し、プリクランプ回路513aと共にクランプ回路を構成する。プリクランプ回路513a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とは、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514aへ出力される。
サンプルホールド回路514aは、プリクランプ回路513aから入力された入力アナログ画像信号Si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515aへ出力する。VCA回路515aは、画像信号レベルが抽出された入力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516aを含むメインクランプ回路517aへ出力する。
AC結合コンデンサ516aは、増幅調整された入力アナログ画像信号Siの直流成分を再度遮断し、メインクランプ回路517aと共にクランプ回路を構成する。メインクランプ回路517aは、入力アナログ画像信号Si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518aを介してA/D変換部520aへ出力アナログ画像信号Soを出力する。
A/D変換部520aは、信号処理部510aから入力された出力アナログ画像信号SoをA/D変換し、後段のデジタル信号処理部600へ入力される入力デジタル画像信号diを出力する。
CCD駆動部530aは、駆動パルス供給部540a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。
駆動パルス供給部540aは、メイン制御部100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、信号処理部510a、A/D変換部520aの駆動制御を行う。
したがって、従来では、黒レベルの安定化を図るため直流成分を遮断して所定の直流電位を加えて直流再生するクランプ処理、画像信号レベルを検出するサンプルホールド処理、A/D変換範囲に適合するよう信号増幅処理等をアナログ信号処理として行っていたため、処理中に混入するノイズ等の影響を受けて波形が歪んでしまい、正確な情報を伝達することができないという問題がある。
次に、本発明のアナログ信号処理部500bについて説明する。
図5に、本発明を適用した場合のアナログ信号処理部500bの構成図を示す。
図5に示すように、アナログ信号処理部500bは、信号処理部510b、A/D変換部520a、CCD駆動部530a、駆動パルス供給部540a等から構成される。
本発明におけるアナログ信号処理部500b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、従来の信号処理部510aのVCA回路515a、AC結合コンデンサ516a、メインクランプ回路517aによる信号増幅処理とクランプ処理とが、A/D変換後のデジタル信号処理部600で行われるため、削除された構成となっている。
図6に、本発明のデジタル信号処理部600で行われるデジタル信号処理の概念図を示す。
図6に示すように、本発明のデジタル信号処理は、補正値算出手段610とデジタル演算手段620とを備える。
補正値算出手段610は、A/D変換部520aから入力された入力デジタル画像信号Diのハイライトピークレベルを検出するハイライトピークレベル検出手段611と、A/D変換部520aから入力されたデジタル画像信号Diの黒レベルを検出する黒レベル検出手段612と、ハイライトピークレベルの目標値としての目標ハイライトピークレベルを供給する目標ハイライトピークレベル供給手段613と、黒レベルの目標値としての目標黒レベルを供給する目標黒レベル供給手段614と、ハイライトピークレベル検出手段611から検出されたハイライトピークレベルDipと、黒レベル検出手段612から検出された黒基準レベルDibと、目標ハイライトピークレベル供給手段613から供給された目標ハイライトピークレベルDprと、目標黒レベル供給手段614から供給された目標黒レベルDbrと、に基づいて、A/D変換部520aから出力されたデジタル画像信号Diの黒レベルの調整(即ち、クランプ処理)と信号増幅処理とを行う乗算値Dpxと減算値Dbxとを算出する補正値算出手段615とを備える。
デジタル演算手段620は、補正値算出手段615から算出された乗算値Dpxと減算値Dbxとに基づいて、A/D変換部520aから出力されたデジタル画像信号Diの黒レベルの調整及び信号増幅処理を行う。
乗算値Dpxは、目標ハイライトピークレベルDpr、目標黒レベルDbr、ハイライトピークレベルDip、黒レベルDibに基づいて、下記の式(1)より算出される。
Dpx=(Dpr−Dbr)/(Dip−Dib) ・・・・式(1)
減算値Dbxは、式(1)から算出された乗算値Dpx、目標黒レベルDbr、黒レベルDibに基づいて、下記の式(2)より算出される。
Dbx=Dib×Dpx−Dbr ・・・・式(2)
例えば、目標ハイライトピークレベルDprが「254」、目標黒レベルDbrが「5」と設定されており、ハイライトピークレベル検出手段611から検出されたハイライトピークレベルDipが「128」、黒レベル検出手段612から検出された黒レベルDibが「10」の場合、下記の式(1)に基づいて乗算値Dpx(「2.1」)が算出される。乗算値Dpxが算出された後、黒レベルDib、目標黒レベルDbr、乗算値Dpxと式(2)とに基づいて減算値Dbx(「16」)が算出される。乗算値Dpx(「2.1」)と減算値Dbx(「16」)が算出されると、デジタル演算手段620の補正値として設定される。
デジタル演算手段620に乗算値Dpx(「2.1」)と減算値Dbx(「16」)とが設定された後、原稿の読取動作時にA/D変換部520aからデジタル画像信号の画像信号レベルとして黒レベルと同じレベル(「10」)が出力された場合、デジタル演算手段620のデジタル乗算部621において、乗算値Dpx(「2.1」)が乗算され、乗算後の画像信号レベルは「21」となる。そしてデジタル減算部622において、減算値Dbx(「16」)が減算され、減算後の画像信号レベルは「5」となる。したがって、A/D変換部520aから出力されたデジタル画像信号の画像信号レベル(「10」)を目標黒レベル(「5レベル」)に一致することができ、従来の信号処理部510aで行われていた黒レベルの調整と信号増幅処理とをデジタル化することができる。
このように、式(1)及び式(2)を用いて乗算値Dpx及び減算値Dbxを容易に算出することができ、乗算値Dpxと減算値Dbxとに基づいて、黒レベルを調整するクランプ処理及び信号増幅処理のデジタル化が容易にできる。
図7に、本発明をアプリケーションプログラムによってソフトウェアで具現化したデジタル信号処理部600aの構成図を示す。
図7に示すように、デジタル信号処理部600aは、補正値設定制御部610aとデジタル演算部620aとから構成されている。
補正値設定制御部610aは、図6に示す補正値算出手段610と同様の動作を行うものであり、読取制御部200からのハイライトピークレベル検出開始信号Spが入力されるとハイライトピークレベルDipの検出し、また、黒レベル検出開始信号Sbが入力されると黒レベルDibの検出動作を行い、乗算値Dpx及び減算値Dbxの算出を行う。
ハイライトピークレベルDipは、原稿の読取動作とは別に、白基準板を撮像した際に得られる入力デジタル画像信号Diの最大値であり、一主走査内の入力デジタル画像信号Diをピークホールド(最大値保持)することで得られる。ノイズを除去するために、複数ラインのピークホールドレベルを平均化したレベルをハイライトピークレベルDipとする。
ハイライトピークレベルDipの検出動作は、読取動作とは異なる動作であるため、特に高速で処理される必要は無く、一旦、複数ラインの白基準板の画像データを読み取って一時記憶し、記憶された画像データを1ライン毎にピークホールド処理を行い、複数ラインのピークホールドレベル(最大画像信号レベル)を平均化することで算出される。
このハイライトピークレベルDipを検出し、A/D変換部520aに入力されるハイライトピークレベルDipに対応するアナログ画像信号の画像信号レベルをA/D変換部520aのA/D変換範囲内に設定することにより、原稿の読取動作時においてA/D変換範囲を超える画像信号レベルが入力されることは無い。
黒レベルDibは、ノイズを除去するために、入力デジタル画像信号Diの複数のオプティカルブラック画素の画像信号レベルの平均値である。
黒レベルDibの検出動作は、CCD23の構成上から常時検出することが可能であるため、原稿の読取動作時に検出することも可能であるが、ハイライトピークレベルDipの検出と同様に、原稿読取動作とは異なる動作として実施されることが一般的である。
例えば、ハイライトピークレベルDip検出後、ランプを消灯した状態で複数ラインの画像データを読み取って一時記憶し、記憶された画像データを1ライン毎に複数のオプティカルブラック画素の画像信号レベルを平均化し、さらに、平均化された画像信号レベルの複数ラインを平均化することで算出される。
図8に、補正値設定制御部610aの制御ブロック図を示す。
図8に示すように、補正値設定制御部610aは、CPU611a、ROM612a、RAM613a、記憶部614a、通信部615aなどにより構成され、各部は通信手段としてのバス616aにより接続されている。
CPU611aは、ROM612aや記憶部614a内に記憶されているシステムプログラム、各処理プログラム、データを読み出して、RAM613a内に展開し、展開されたプログラムに従って、ハイライトピークレベルDip、黒レベルDibを検出し、乗算値Dpx、減算値Dbxを算出する。また、CPU611aは、補正値設定動作に関するタイミング制御、記憶部614aを使用した画像データの記憶及び蓄積制御、読取制御部200とのインターフェイス(I/F)や動作制御を行うものである。
ROM612aには、補正値設定動作に関するプログラムやデータ等が予め記憶されている。本実施の形態を実現させるために、ROM512aには、読取制御部200からハイライトピークレベル検出開始信号Spが入力された際に動作するハイライトピークレベルDipの検出処理プログラム、黒レベル検出開始信号Sbが入力された際に動作する黒レベルDibの検出処理プログラム、ハイライトピークレベルDip及び黒レベルDibが検出された後、乗算値Dpx及び減算値Dbxの算出処理プログラム及び乗算値Dpxを算出するための式(1)、減算値Dbxを算出するための式(2)、プログラムやデータが記等が記憶されている。
RAM613aは、CPU611aにより制御実行される各種処理において、ROM612aや記憶部614aから読み出された式(1)及び式(2)、プログラム、入力若しくは出力データ及びパラメータなどの一時的な格納領域となる。
記憶部614aには、画像データ記憶領域6141a、ピークホールド値記憶領域6142a、ライン黒レベル値記憶領域6143a、補正値記憶領域6144a、を有しており、また、目標ハイライトピークレベルDpr、目標黒レベルDbrが記憶されている。
画像データ記憶領域6141aは、ハイライトピークレベルDip検出動作時及び黒レベルDib検出動作時にCCD23から読み取られた画像データの記憶領域である。
ピークホールド値記憶領域6142aは、画像データ記憶領域6141aに記憶された複数ラインの画像信号がライン毎に最大画像信号レベルが記憶される記憶領域である。
ライン黒レベル値記憶領域6143aは、画像データ記憶領域6141aに記憶された複数ラインの画像信号が1ライン毎に予め設定されている複数のオプティカルブラック画素の画像信号レベルが平均化された平均化画像信号レベルが記憶される記憶領域である。
補正値記憶領域6144aは、検出されたハイライトピークレベルDip、黒レベルDib、算出された乗算値Dpx、減算値Dbxが記憶される記憶領域である。
通信部615aは、読取制御部200の通信の制御を行う。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図9に、本実施の形態における画像読取装置1のメインフローを示す。
画像読取装置1の電源がONとなった場合(ステップS1;Yes)、各部の起動処理、例えば、RAM等の記憶媒体の初期化、原稿照明用のランプの点灯確認、光学系21の動作確認等の各種機能の初期化が行われる(ステップS2)。
各部の起動処理終了後、原稿の読取動作時のデジタル信号処理に用いられる補正値(乗算値Dpx、減算値Dbx)の算出設定(ステップS3)が行われる。
補正値の算出設定終了後、原稿の読取動作を開始するか否かが判断される(ステップS4)。原稿の読取動作が開始されない場合、例えば、原稿搬送部10やガラス板に原稿が載置されていない場合(ステップS4;No)、待機する。
原稿の読取動作が開始される場合、例えば、原稿搬送部10やガラス板に原稿が載置されている場合(ステップS4;Yes)、原稿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読取動作が行われる(ステップS5)。
読取動作の終了後、電源がOFFであるか否か判断される(ステップS6)。電源がOFFされていない場合(ステップS6;No)、原稿の読取動作を開始するか否かが判断される(ステップS4に戻る)。
電源がOFFされた場合(ステップS6;Yes)、画像読取装置1の動作が終了される。
図10及び図11に、乗算値Dpx及び減算値Dbxの算出及び設定の動作フローを示す。
各部の起動処理後(図9のステップS2後)、まず、ハイライトピークレベルDipの検出動作を行うために、白基準画像の読取動作が開始される。光学系21の駆動モータが駆動され、光学系21が白基準板の撮像位置に移動され(ステップS11)、ランプが点灯される(ステップS12)。
CCD23が駆動され、予め設定されている複数ライン(例えば、128ライン)の白基準板が走査され、複数ラインの画像データが読み取られる(ステップS13)。
読み取られた複数ラインの画像データは、入力アナログ画像信号Siとして信号処理部510bに出力され、A/D変換される。A/D変換部520bから出力される入力デジタル画像信号Doは、デジタル信号処理部600aに出力される。デジタル信号処理部600aに入力された入力デジタル画像信号Diは、ハイライトピークレベルDip検出用の画像データとして画像データ記憶領域6141aに記憶される(ステップS14)。
ランプが消灯された後(ステップS15)、画像データ記憶領域6141aに記憶された複数ラインの画像データは、ライン毎にピークホールド処理が行われる(ステップS16)。
ライン毎のピークホールド処理は、ピークホールド値記憶領域6142aを0にセットし、隣接する画素(n番目の画素とn−1番目の画素)の画像信号レベルを比較して、n番目の画素の画像信号レベルがn−1番目の画像信号レベル以上である場合、n番目の画素の画像信号レベルをピークホールド値記憶領域6142aに記憶するという動作が行われ、1ラインのピークホールド処理が終了した時点でのピークホールド値記憶領域6142aに記憶されている画像信号レベルが、1ラインの最大画像信号レベルとなる。この処理がライン毎に行われ、ライン毎の最大画像信号レベルの検出が行われる。
ライン毎のピークホールド処理後、ピークホールド値記憶領域6142aに記憶されている複数ライン分の最大画像信号レベルの平均化が行われる(ステップS17)。
平均化された最大画像信号レベルは、ハイライトピークレベルDipとして、補正値記憶領域6144aに記憶される(ステップS18)。
次に、黒レベルDibの検出動作を行うために、引き続きランプが消灯した状態で、CCD23が駆動され、予め設定されている複数ライン(例えば、128ライン)の白基準板が走査され、複数ラインの画像データが読み取られる(ステップS19)。
読み取られた複数ラインの画像データは、入力アナログ画像信号Siとして信号処理部510bに出力され、A/D変換される。A/D変換部520bから出力される入力デジタル画像信号Doは、デジタル信号処理部600aに出力される。デジタル信号処理部600aに入力された入力デジタル画像信号Diは、黒レベルDib検出用の画像データとして画像データ記憶領域6141aに記憶される(ステップS20)。
画像データ記憶領域6141aに記憶された複数ラインの画像データは、ライン毎に予め設定された複数のオプティカルブラック画素(例えば、64画素)の画像信号レベルの平均化が行われ、ライン毎の平均化画像信号レベルとして、ライン黒レベル値記憶領域6143aに記憶される(ステップS21)。
ライン黒レベル値記憶領域6143aに記憶されている複数ライン分の平均化画像信号レベルの平均化が行われる(ステップS22)。
平均化された平均化画像信号レベルは、黒レベルDibとして、補正値記憶領域6144aに記憶される(ステップS23)。
次に、乗算値Dpxと減算値Dbxとの算出を行うために、補正値記憶領域6144aに記憶されているハイライトピークレベルDipと黒レベルDibとが読み出される(ステップS24)。
また、記憶部614aに予め設定されている目標ハイライトピークレベルDprと、目標黒レベルDbrとが読み出される(ステップS25)。
読み出されたハイライトピークレベルDip、黒レベルDib、目標ハイライトピークレベルDpr、目標黒レベルDbrと、式(1)とにより、乗算値Dpxが算出される(ステップS26)。算出された乗算値Dpxは、補正値記憶領域6144aに記憶される。(ステップS27)。
算出された乗算値Dpxと、読み出された黒レベルDib、目標黒レベルDbrと、式(2)とにより、減算値Dbxが算出される(ステップS28)。算出された減算値Dbxは、補正値記憶領域6144aに記憶される。(ステップS29)。
補正値記憶領域6144aに記憶された乗算値Dpxと減算値Dbxとは、デジタル演算部620aの補正値として設定され(ステップS30)、メインフローに戻る(図9のステップS3に戻る)。
なお、本実施の形態では、デジタル画像信号の補正値の算出設定動作は、電源ON直後の起動処理後に行われる例を示したが、画像読取動作開示直前又は操作部等の指示に基づいて行われてもよく、画像読取動作時に補正値が設定されていればどの段階で行われても良い。
以上のように、デジタル信号処理部600aは、アプリケーションプログラムによりソフトウェアを用いて設けられるものとして説明したが、ディスクリート素子を用いてハードウェアにより構築する構成でもよい。
図12に、図7に示すデジタル信号処理部600aの他の構成例を示す。
図12に示すデジタル信号処理部600bは、図7に示すデジタル信号処理部600の一部をディスクリート素子で構築した例である。図12に示すデジタル信号処理部600bの構成において、図6に示すデジタル信号処理の概念を実現する部位の同一番号にbの符号を付加して示し、詳細な説明は省略する。
図12に示すデジタル信号処理部600bは、入力デジタル画像信号Diのハイライトピークレベルを検出するハイライトピークレベル検出回路部611bと、入力デジタル画像信号Diの黒レベルを検出する黒レベル検出回路部612bと、目標ハイライトピークレベルに対応する電位を供給する目標ハイライトピークレベル供給部613bと、目標黒レベルに対応する電位を供給する目標黒レベル供給部614bと、ハイライトピークレベルDip、黒レベルDib、目標ハイライトピークレベルDprに対応する電位、目標黒レベルDbrに対応する電位に基づいて、入力デジタル画像信号Diの黒レベルの調整と信号増幅処理を行う乗算値Dpxと減算値Dbxとを算出する補正値算出部615bと、を備える補正値設定部610bと、乗算値Dpxと減算値Dbxとに基づいて、入力デジタル画像信号Diの黒レベルの調整と信号増幅処理とを行うデジタル演算部620bと、から構成される。
図13に、ハイライトピークレベル検出回路部611bに用いられるデジタルピークホールド回路800の一例を示し、図14に、図13に示すデジタルピークホールド回路800のタイミングチャート例を示す。
図13に示すデジタルピークホールド回路800は、白基準板が走査され複数ラインの画像信号が読み取られた後に行われるライン毎のピークホールド処理(即ち、図10のステップS16の処理)をハードウェア的に構成した例である。
例えば、時刻t1のとき、隣接する2番目の画素の画像信号レベルと1番目の画素の画像信号レベルとが比較器840で比較された結果、2番目の画素の画像信号レベルが1番目の画素の画像信号レベル以上である場合、検出クロックCKHが「Hi」となり、第3ラッチ830から2番目の画素の画像レベルが出力される。
また、時刻t2のとき、隣接する5番目の画素の画像信号レベルと4番目の画素の画像信号レベルとが比較器840で比較された結果、5番目の画素の画像信号レベルが4番目の画素の画像信号レベルより小さい場合、検出クロックCKHが「Low」となり、第3ラッチ830から5番目の画素の画像レベルは出力されず、4番目の画素の画像信号レベルが保持される。
リセット信号RSが「Low」のときは、第2トライステートバッファ860の入力信号(即ち、第1ラッチ810の出力信号)が第3ラッチ830から出力されるが、「Hi」のとき、第2トライステートバッファ860が電気的に切断された状態となるため、第3ラッチ830に入力される信号が0となり、第3ラッチ830のリセットが実施される。
以上のように、式(1)及び式(2)を用いて算出された乗算値Dpxと減算値Dbxとに基づいて、黒レベルの調整を行うクランプ処理と信号増幅処理とをデジタル化することにより黒レベルを安定化でき、対ノイズ性が向上された高速の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。
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。
本実施の形態における画像読取装置1の概要構成である。 CCD23から出力される1主走査分のアナログ画像信号のタイミングチャートである。 画像読取装置1の制御ブロック図である。 従来のアナログ信号処理部500aの構成図である。 本発明を適用した場合のアナログ信号処理部500bの構成図である。 本発明のデジタル信号処理部600で行われるデジタル信号処理の概念図である。 本発明をアプリケーションプログラムによってソフトウェアで具現化したデジタル信号処理部600aの構成図である。 補正値設定制御部610aの制御ブロック図である。 本実施の形態における画像読取装置1のメインフローである。 乗算値Dpx及び減算値Dbxの算出及び設定の動作フローである。 乗算値Dpx及び減算値Dbxの算出及び設定の動作フローである(図10の続き)。 図7に示すデジタル信号処理部600aの他の構成図例である。 ハイライトピークレベル検出回路部611bに用いられるデジタルピークホールド回路700の一例である。 図13に示すデジタルピークホールド回路700のタイミングチャート例である。
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
520a A/D変換部
50 駆動パルス供給部
100 メイン制御部
200 読取制御部
300 搬送制御部
400 操作部
500、500a、500b アナログ信号処理部
510a、510b 信号処理部
511a、518a バッファ
512a、516a AC結合コンデンサ
513a プリクランプ回路
514a サンプルホールド回路
515a VCA回路
517a メインクランプ回路
520a A/D変換部
530a CCD駆動部
540a 駆動パルス供給部
600、600a、600b デジタル信号処理部
610 補正値算出手段
610a 補正値設定制御部
611a CPU
612a ROM
613a RAM
614a 記憶部
6141a 画像データ記憶領域
6142a ピークホールド値記憶領域
6143a ライン黒レベル値記憶領域
6144a 補正値記憶領域
615a 通信部
616a バス
610b 補正値設定部
611 ハイライトピークレベル検出手段
611b ハイライトピークレベル検出回路部
612 黒レベル検出手段
612b 黒レベル検出回路部
613 目標ハイライトピークレベル供給手段
613b 目標ハイライトピークレベル供給部
614 目標黒レベル供給手段
614b 目標黒レベル供給部
615 補正値算出手段
615b 補正値算出部
620 デジタル演算手段
620a、620b デジタル演算部
621、621b デジタル乗算部
622、621b デジタル減算部
700 通信部
800 デジタルピークホールド回路
810 第1ラッチ
820 第2ラッチ
830 第3ラッチ
840 比較器
850 第1トライステートバッファ
860 第2トライステートバッファ
A 信号処理装置
CK 画像クロック
CKH 検出クロック
Di 入力デジタル画像信号
Dib 黒レベル
Dip ハイライトピークレベル
Dbr 目標黒レベル
Dbx 減算値
Dpr 目標ハイライトピークレベル
Dpx 乗算値
Do 出力デジタル画像信号
RS リセット信号
Sb 黒レベル検出開始信号
SH シフトゲート信号
Si アナログ画像信号
n 第1ラッチの出力信号
n-1 第2ラッチの出力信号
Sp ハイライトピークレベル検出開始信号

Claims (5)

  1. 撮像素子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するA/D変換手段と、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号に対してデジタル処理を行う信号処理装置において、
    前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号のハイライトピークレベルを検出して保持するハイライトピークレベル検出手段と、
    前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号の黒レベルを検出して保持する黒レベル検出手段と、
    前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号に対して設定すべきハイライトピークレベルの目標値を供給する目標ハイライトピークレベル供給手段と、
    前記A/D変換手段から出力された前記デジタル画像信号に対して設定すべき黒レベルの目標値を供給する目標黒レベル供給手段と、
    前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルと、前記ハイライトピークレベル検出手段により検出されたハイライトピークレベルと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値と、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値とに基づいて、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うための補正値を算出する補正値算出手段と、
    前記補正値算出手段から算出された補正値に基づいて、前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号の黒レベルの調整及び増幅を行うデジタル演算手段と、
    を備えること、を特徴とする信号処理装置。
  2. 請求項1に記載の信号処理装置において、
    前記補正値算出手段から算出される補正値は、
    前記A/D変換手段から出力されたデジタル画像信号を増幅させる乗算値と、
    前記乗算値に基づいて増幅されたデジタル画像信号の黒レベルを調整する減算値と、
    であること、
    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、
    前記乗算値Dpxは、
    前記ハイライトピークレベル検出手段から検出されたハイライトピークレベルDipと、前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標ハイライトピークレベル供給手段から供給されたハイライトピークレベルの目標値Dprと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrとしたとき、
    Dpx=(Dpr−Dbr)/(Dip−Dib)
    の式に基づいて算出されること、
    を特徴とする信号処理装置。
  4. 請求項2又は3に記載の信号処理装置において、
    前記減算値Dbxは、
    前記黒レベル検出手段から検出された黒レベルDibと、目標黒レベル供給手段から供給された黒レベルの目標値Dbrと、前記乗算値Dpxとしたとき、
    Dbx=Dib×Dpx−Dbr
    の式に基づいて算出されること、
    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、
    前記A/D変換手段に入力されるアナログ画像信号には、高周波ノイズ除去処理、クランプ処理、サンプルホールド処理のいずれか又はこれらの組合せの処理が施されていること、
    を特徴とする信号処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2043363A3 (en) * 2007-09-27 2012-02-08 Sony Corporation Image pickup apparatus, image signal processing circuit and image signal processing method as well as computer program
CN103338289A (zh) * 2013-06-21 2013-10-02 广东欧珀移动通信有限公司 背光调节方法、调节装置及移动终端

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