JP2005278108A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子から出力される画像信号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、信号品質を向上させた信号処理装置を実現すること。
【解決手段】 ＣＣＤラインセンサから入力されたアナログ画像信号の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路によりサンプルホールドされたアナログ画像信号の黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分値よりも大きな変換範囲で、且つ、所定の変換段数に予め設定された変換部５２１ｂと、変換部５２１ｂから出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と、画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算するデジタル減算部５２２ｂと、を備える信号処理装置。
【選択図】図８

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。

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、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。しかし、アナログ画像信号は、ノイズの影響を受けるため、原稿濃度に対する直線性が崩れてしまい、歪んだ画像データを扱わなくてはならないため、正確な画像データを得ることが困難になっていた。

このような不具合を解消する方策として、例えば、光電変換装置から取得すべき濃度域からの出力電圧をデジタルデータに変換する処理において、光電変換装置の出力の調整手段と、デジタル信号処理手段の２段階によって行う画像入力システムが開示されている（特許文献１参照）。

また、アナログ信号処理だけでは信号へのノイズ重畳を解決することが難しい。しかし、デジタル化した場合、高い電圧電源を必要とし、十分なダイナミックレンジをとることができない等の難点があるため、サンプルホールド回路と、サンプルホールド回路の後段に配置されたＡ／Ｄ変換回路とを備えたサンプリング処理装置において、Ａ／Ｄ変換後に複数のラッチ回路を配置し、ラッチ回路への入力信号及び遅延出力信号に対して加算又は減算処理を行うサンプリング処理装置が開示されている（特許文献２参照）。
特開平１０−２３３９０３号公報 特開２００２−５７５８１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、アナログ画像信号をいかに効率良く正確にデジタル化するための技術であり、Ａ／Ｄ変換手段を効率的に利用することを前提としていた。また、アナログ信号処理で行われていた信号増幅処理及び黒レベルの調整処理のデジタル化は行われていない。従って、信号処理時に生じるノイズにより波形の歪みが生じ、正確に画像データ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、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、撮像素子から出力される画像信号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、信号品質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、撮像素子から入力されたアナログ画像信号の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段によりサンプルホールドされた前記アナログ画像信号の黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分値よりも大きな変換範囲で、且つ、所定の変換段数に予め設定されたＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と、画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算するデジタル減算手段と、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、請求項１に記載の信号処理装置において、前記Ａ／Ｄ変換手段の変換段数Ｎａは、デジタル信号処理手段で求められる信号段数Ｎｔと、予め設定されている変換範囲Ｒと、入力されるアナログ画像信号の最大振幅値Ｒｍａｘとにより、Ｎａ≧Ｎｔ×（Ｒ／Ｒｍａｘ）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３に記載の発明は、請求項１又は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と有効画素とを有するラインセンサであり、前記サンプリング手段は、前記黒レベルとして、前記オプティカルブラック画素の画像信号レベルをサンプルホールドすること、を特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の信号処理装置において、前記撮像素子は、縦横に配列された複数の画素を有するエリアセンサであり、前記サンプリング手段は、前記黒レベルとして、前記画素毎に出力されるアナログ画像信号のフィールドスルー期間のフィールドスルーレベルをサンプルホールドすること、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、前記デジタル減算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、前記デジタル減算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、前記デジタル減算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、前記デジタル減算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により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、前記デジタル減算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、前記デジタル減算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６に記載の発明は、請求項５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た補正値は、前記デジタル減算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７に記載の発明は、請求項６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８に記載の発明は、請求項６又は７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１に記載の発明によれば、撮像素子から入力されたアナログ画像信号の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段と、サンプルホールド手段によりサンプルホールドされたアナログ画像信号の黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分値よりも大きな変換範囲で、且つ、所定の変換段数に予め設定されたＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算するデジタル減算手段と、を備えたことにより、撮像素子から出力される画像信号処理回路をデジタル化することができるためＩＣ化が容易になり、安価でノイズに強く信号品質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、Ａ／Ｄ変換手段の変換段数Ｎａは、デジタル信号処理手段で求められる信号段数Ｎｔと、予め設定されている変換範囲Ｒと、入力されるアナログ画像信号の最大振幅値Ｒｍａｘとにより、Ｎａ≧Ｎｔ×（Ｒ／Ｒｍａｘ）の式に基づいて算出されることにより、撮像素子から出力されるアナログ画像信号の信号振幅が小さい場合においても、変換段数を低下させることなく求められる精度のデジタルデータを得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は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と有効画素とを有するラインセンサであり、サンプリング手段は、黒レベルとして、オプティカルブラック画素の画像信号レベルをサンプルホールドすること、により、オプティカルブラック画素の画像信号レベルに基づいて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又は２と同様の効果を得られるのは勿論のこと、撮像素子は、縦横に配列された複数の画素を有するエリアセンサであり、サンプリング手段は、黒レベルとして、画素毎に出力されるアナログ画像信号のフィールドスルー期間のフィールドスルーレベルをサンプルホールドすることにより、フィールドスルーレベルに基づいて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、デジタル減算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、デジタル減算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、デジタル減算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、デジタル減算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、黒レベル検出手段により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、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、デジタル減算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、デジタル減算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、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ができ、対ノイズ性が向上された高速の信号処理装置が実現できる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５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た補正値は、デジタル減算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７に記載の発明によれば、請求項６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８に記載の発明によれば、請求項６又は７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。

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。

[実施の形態１]
本実施の形態１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１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）ラインセンサ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。

図２に、ＣＣＤラインセンサ２３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。
ＣＣＤラインセンサ２３は、原稿の主走査方向にライン状に複数配列された撮像素子（以下、画素と言う。）を有しており、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。ＣＣＤラインセンサ２３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、ＣＣＤラインセンサ２３の端に設けられた複数の画素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。有効信号期間とは、実画像データを出力する複数の有効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、ＣＣＤラインセンサ２３のオプティカルブラック画素及び有効画素から出力されるアナログ画像信号の例を示す。
オプティカルブラック画素及び有効画素から出力されるアナログ画像信号は、リセット期間ｔｒと、フィールドスルー期間ｔｆと、画像信号期間ｔｓとを有する。
リセット期間ｔｒは、画素を識別するためのリセットパルスが入力された後リセットノイズＶ_RNが生じている信号期間である。画像信号期間ｔｓは、オプティカルブラック画素又は有効画素の画像信号レベルＶ_SLが出力される期間である。オプティカルブラック画素の画像信号期間ｔｓ１の画像信号レベルＶ_SL1をサンプリングすることにより、黒レベルを検出することができる。また、有効画素の画像信号期間ｔｓ２の画像信号レベルＶ_SL2をサンプリングすることにより、画像信号を検出することができる。

図４に、画像読取装置１の制御ブロック図を示す。
図４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、ＣＣＤラインセンサ２３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、ＣＣＤラインセンサ２３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５に、従来のアナログ信号処理部５００ａの構成図を示す。
図５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、サンプルホールド手段としての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。

ＣＣＤラインセンサ２３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、入力アナログ画像信号Ｓｉ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入力アナログ画像信号Ｓｉ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の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドし、ＶＣＡ回路５１５ａへ出力する。ＣＣＤラインセンサ２３の場合、サンプルホールド回路５１４ａは、黒レベルとしてオプティカルブラック画素の画像信号レベルをサンプルホールドする。

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Ｓｉを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として出力する。

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。

図６に、従来のＡ／Ｄ変換部５２０ａのＡ／Ｄ変換の概念図を示す。
図６に示すように、従来のＡ／Ｄ変換部５２０ａは、変換範囲を有効に使用するために、変換範囲の最大値近傍がハイライトピークレベルＶ_PL、最小値近傍が黒レベルＶ_BLとなるよう黒レベルの調整及び増幅調整された出力アナログ画像信号Ｓｏが入力される。Ａ／Ｄ変換部５２０ａに入力された出力アナログ画像信号Ｓｏは、例えば、ハイライトピークレベルＶ_PLが最上位ビットＭＳＢの近傍値、黒レベルＶ_BLが最下位ビットＬＳＢの近傍値となる出力デジタル画像信号Ｄｉに変換される。

例えば、変換範囲が０Ｖから５Ｖ、変換段数が８ｂｉｔのＡ／Ｄ変換部５２０ａの場合、変換範囲の最大値（５Ｖ）近傍のハイライトピークレベルＶ_HL（４．９Ｖ）、最小値（０Ｖ）近傍の黒レベルＶ_BL（０．１Ｖ）のとなるよう黒レベルの調整及び増幅調整された出力アナログ画像信号Ｓｏが入力される。Ａ／Ｄ変換部５２０ａに入力された出力アナログ画像信号Ｓｏは、ハイライトピークレベルＶ_HLが最上位ビットＭＳＢ（「２５６」）の近傍値「２５５」、黒レベルＶ_BLが最下位ビットＬＳＢ（「０」）の近傍値「５」となる入力デジタル画像信号Ｄｉに変換される。

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、ＣＣＤラインセンサ２３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、ＣＣＤラインセンサ２３、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、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、本実施の形態１のアナログ信号処理部５００ｂについて説明する。
図７に、本実施の形態１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７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５２０ｂ、ＣＣＤ駆動部５３０ａ、駆動パルス供給部５４０ａ等から構成される。
本実施の形態１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ＡＣ結合コンデンサ５１２ａ、プリクランプ回路５１３ａ、ＶＣＡ回路５１５ａ、ＡＣ結合コンデンサ５１６ａ、メインクランプ回路５１７ａによるクランプ処理による黒レベルの調整と信号増幅処理とが、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８に、本実施の形態１のＡ／Ｄ変換部５２０ｂのＡ／Ｄ変換の概念図を示す。
図８に示すように、本実施の形態１のＡ／Ｄ変換部５２０ｂは、Ａ／Ｄ変換手段としての変換部５２１ｂと、デジタル減算手段としてのデジタル減算部５２２ｂとを備える。

変換部５２１ｂの変換範囲は、入力アナログ画像信号Ｓｉの黒レベルと画像信号レベルがサンプルホールドされた黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分より大きな変換範囲である。この変換範囲は、Ａ／Ｄ変換部５２０ｂの設計時において試験的に白基準板を撮像して得られる「直流成分を含んだ黒レベルＶ_BL」から「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」まで許容可能な範囲に設定される。

「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」は、原稿が載置されるコンタクトガラスとは異なる分光特性が可視光内で均一の通常の原稿より反射率の高い白色の白基準板を撮像した際に得られる画像データの最大値であり、白基準板を撮像して得られた有効画素の画像信号にシェーディング補正を行い、一走査内の画像信号をピークホールド（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「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」とする。

「直流成分を含んだ黒レベルＶ_BL」は、複数のオプティカルブラック画素の画像信号の平均値である。

Ａ／Ｄ変換部５２０ｂの変換範囲の設定は、回路の設計時において試験的に白基準板を撮像して得られる「直流成分を含んだ黒レベルＶ_BL」から「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」までの範囲とそのバラツキ等を含んでも変換範囲を超えない十分広い範囲に設定される。

変換部５２１ｂの変換段数Ｎａは、後段のデジタル信号処理部６００で求められる信号段数Ｎｔと、Ａ／Ｄ変換部５２０ｂの設計時に設定された変換範囲Ｒと、設計時に得られたハイライトピークレベルＶ_PLと黒レベルＶ_BLとを差分して算出される出力アナログ画像信号Ｓｏの最大振幅値Ｒ_max1とに基づいて、下記の式（１）より算出される。

Ｎａ≧Ｎｔ×（Ｒ／Ｒ_max1） ・・・・式（１）

例えば、信号段数Ｎｔが２５６段（８ｂｉｔ）、変換範囲Ｒが５Ｖ、最大振幅値Ｒ_max1が３Ｖの場合、式（１）より変換段数Ｎａは、２５６段（８ｂｉｔ）の約１．７倍以上の段数が必要とされると算出されるため、変換段数Ｎａとして４３６段以上、Ａ／Ｄ変換のｂｉｔ数として９ｂｉｔが設定される。

変換段数Ｎａが式（１）に基づいて算出され設定されることにより、ＣＣＤラインセンサ２３から出力される入力アナログ画像信号Ｓｉの信号振幅が小さい場合においても、信号段数を低下させることなく後段のデジタル信号処理部６００において求められる精度のデジタルデータが得られる。

デジタル減算部５２２ｂは、変換部５２１ｂから出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と、画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算し、出力アナログ画像信号Ｓｏの信号振幅を算出する。
ＣＣＤラインセンサ２３では、黒レベルサンプルホールド値として、Ａ／Ｄ変換部５２０ｂの設計時に得られた直流成分を含んだ黒レベルＶ_BLのデジタル値（以下、デジタル減算値Ｎｄと言う。）が設定されている。
デジタル減算部５２２ｂは、原稿の読取動作時において、変換部５２１ｂで変換された出力アナログ画像信号Ｓｏの画素毎のデジタル値と設定されているデジタル減算値Ｎｄとが減算され、出力アナログ画像信号Ｓｏの信号振幅値が算出される。算出された信号振幅値は、入力デジタル画像信号Ｄｉとしてデジタル信号処理部６００へ出力される。

例えば、読取動作時において、変換部５２１ｂの変換範囲Ｒが５Ｖ、変換段数Ｎａが５１２段（９ｂｉｔ）、デジタル減算部５２２ｂのデジタル減算値Ｎｄが７２の場合、画像信号レベルが２．２Ｖの出力アナログ画像信号Ｓｏは、変換部５２１ｂにおいて２２５のデジタル値に変換される。そして、デジタル減算部５２２ｂにおいて、デジタル減算値Ｎｄ（７２）とデジタル値（２５５）とが減算され、信号振幅値として１８３が算出される。算出された信号振幅値（１８３）は、入力デジタル画像信号Ｄｉとして出力される。

即ち、Ａ／Ｄ変換部５２０ｂの設計時において、入力される出力アナログ画像信号Ｓｏを想定して変換範囲、変換段数、デジタル減算値Ｎｄを設定することにより、ＣＣＤラインセンサ２３から得られた画像データの対ノイズ性を向上させ、画像データを正確に伝達できる信号処理装置を実現することができる。

図９に、本実施の形態１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９に示すように、本実施の形態１のデジタル信号処理部６００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５２０ｂのデジタル減算部５２２ｂから出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Ｄｉｐを検出するハイライトピークレベル検出手段６１１と、デジタル減算部５２２ｂから出力された入力デジタル画像信号Ｄｉの黒レベルＤｉｂ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、黒レベルの目標値としての目標黒レベル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５２０ｂから入力された入力デジタル画像信号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、デジタル減算部５２２ｂから出力された入力デジタル画像信号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（２）より算出される。

Ｄｐｘ＝（Ｄｐｒ−Ｄｂｒ）／（Ｄｉｐ−Ｄｉｂ） ・・・・式（２）

減算値Ｄｂｘは、式（２）から算出された乗算値Ｄｐｘ、黒レベルＤｉｂ、目標黒レベルＤｂｒに基づいて、下記の式（３）より算出される。

Ｄｂｘ＝Ｄｉｂ×Ｄｐｘ−Ｄｂｒ ・・・・式（３）

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、式（２）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（３）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デジタル減算部５２２ｂ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５２０ｂ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（２）及び式（３）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１０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１０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９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。

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、ＣＣＤラインセンサ２３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１１に、補正値設定制御部６１０ａの制御ブロック図を示す。
図１１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、ＲＯＭ６１２ａ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（２）、減算値Ｄｂｘを算出するための式（３）、プログラムやデータ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（２）及び式（３）、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ＣＣＤラインセンサ２３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１の動作を説明する。
図１２に、本実施の形態１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１３から図１５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１２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）。

ＣＣＤラインセンサ２３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に出力される（ステップＳ１４）。信号処理部５１０ｂに入力された入力アナログ画像信号Ｓｉは、画像信号レベルがサンプルホールドされ出力アナログ画像信号ＳｏとしてＡ／Ｄ変換部５２０ｂに出力される（ステップＳ１５）。

Ａ／Ｄ変換部５２０ｂに入力された出力アナログ画像信号Ｓｏは、予め設定されている変換段数に基づいてデジタル化された後画素毎の画像信号レベルの振幅値が算出され、入力デジタル画像信号Ｄｉとしてデジタル信号処理部６００ａに出力される（ステップＳ１６）。

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Ｓ１７）。

ランプが消灯された後（ステップＳ１８）、画像データ記憶領域６１４１ａに記憶された画像データは、ライン毎にピークホールド処理が行われる（ステップＳ１９）。

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Ｓ２０）。

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Ｓ２１）。

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、ＣＣＤラインセンサ２３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Ｓ２２）。

読み取られた画像データは、入力アナログ画像信号Ｓｉとして信号処理部５１０ｂに出力される（ステップＳ２３）。信号処理部５１０ｂに入力された入力アナログ画像信号Ｓｉは、画像信号レベルがサンプルホールドされ出力アナログ画像信号ＳｏとしてＡ／Ｄ変換部５２０ｂに出力される（ステップＳ２４）。

Ａ／Ｄ変換部５２０ｂに入力された出力アナログ画像信号Ｓｏは、予め設定されている変換段数に基づいてデジタル化された後画素毎の画像信号レベルの振幅値が算出され、入力デジタル画像信号Ｄｉとしてデジタル信号処理部６００ａに出力される（ステップＳ２５）。

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Ｓ２６）。

画像データ記憶領域６１４１ａに記憶された画像データは、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Ｓ２７）。

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Ｓ２８）。

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Ｓ２９）。

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Ｓ３０）。

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Ｓ３１）。

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（２）とにより、乗算値Ｄｐｘが算出される（ステップＳ３２）。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Ｓ３３）。

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Ｓ３４）。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Ｓ３５）。

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Ｓ３６）、メインフローに戻る（図１２のステップＳ３に戻る）。

なお、本実施の形態１では、乗算値Ｄｐｘ及び減算値Ｄｂｘ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、読取動作の開始直前又は操作部等の指示に基づいて行われてもよく、読取動作時に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１６に、図１０に示すデジタル信号処理部６００ａの他の構成例を示す。
図１６に示すデジタル信号処理部６００ｂは、図１０に示すデジタル信号処理部６００ａの一部をディスクリート素子で構成した例である。図１６に示すデジタル信号処理部６００ｂの構成において、図９に示すデジタル信号処理の概念を実現する部位には、図９の番号にｂの符号を付加して示し、詳細な説明は省略する。

図１６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Ｄｐｒ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Ｄｂｒ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１７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１８に、図１７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１７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１３のステップＳ１９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。

したがって、式（２）及び式（３）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ができ、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。

[実施の形態２]
実施の形態２では、ＣＣＤラインセンサ２３に替えて、撮像素子として画素が縦横に配列されたＣＣＤエリアセンサを適用した場合を説明する。
実施の形態１に示す撮像素子としてのＣＣＤラインセンサ２３のオプティカルブラック画素及び有効画素から出力されるアナログ画像信号の例と、サンプルホールド回路５１４ａのサンプリングホールドの動作と、Ａ／Ｄ変換部５２０ｂのＡ／Ｄ変換の概念とが異なる以外は実施の形態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。

図１９に、ＣＣＤエリアセンサの画素から出力されるアナログ画像信号の例を示す。
画素から出力されるアナログ画像信号は、リセット期間ｔｒと、フィールドスルー期間ｔｆと、画像信号期間ｔｓとを有する。リセット期間ｔｒは、画素を識別するためのリセットパルスが入力された後リセットノイズＶ_RNが生じている信号期間である。フィールドスルー期間ｔｆは、リセットノイズが減衰し確定している信号期間である。画像信号期間ｔｓは、画素の画像信号レベルＶ_SLが出力される期間である。
画素毎にフィールドスルー期間ｔｆのフィールドスルーレベルＶ_FLと、画像信号期間ｔｓの画像信号レベルＶ_SLとをサンプリングすることにより、画像信号が検出される。

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の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドし、ＶＡＣ回路５１５ａへ出力する。ＣＣＤエリアセンサの場合、黒レベルとして、画素毎に出力されるフィールドスルー期間ｔｆのフィールドスルーレベルＶ_FLをサンプルホールドする。

図２０に、本実施の形態２のＡ／Ｄ変換部５２０ｃのＡ／Ｄ変換の概念図を示す。
図２０に示すように、本実施の形態２のＡ／Ｄ変換部５２０ｃは、Ａ／Ｄ変換手段としての変換部５２１ｃとデジタル減算手段としてのデジタル減算部５２２ｃとから構成される。

変換部５２１ｃの変換範囲は、入力アナログ画像信号Ｓｉの黒レベルと画像信号レベルがサンプルホールドされた黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分より大きな変換範囲である。この変換範囲は、Ａ／Ｄ変換部５２０ｃの設計時において試験的に白基準板を撮像して得られる「直流成分を含んだフィールドスルーレベルＶ_FL」から「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」まで許容可能な範囲に設定される。

「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」は、原稿が載置されるコンタクトガラスとは異なる分光特性が可視光内で均一の通常の原稿より反射率の高い白色の白基準板を撮像した際に得られる画像データの最大値であり、白基準板を撮像して得られた一走査内の画素の画像信号レベルＶ_SL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「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」とする。

「直流成分を含んだフィールドスルーレベルＶ_FL」は、複数の画素のフィールドスルーレベルＶ_FLの平均値である。

Ａ／Ｄ変換部５２０ｃの変換範囲の設定は、回路の設計時において試験的に白基準板を撮像して得られる「直流成分を含んだフィールドスルーレベルＶ_FL」から「直流成分を含んだハイライトピークレベルＶ_PL」までの範囲とそのバラツキ等を含む変換範囲を超えない十分広い範囲に設定される。

変換部５２１ｃの変換段数Ｎａは、後段のデジタル信号処理部６００で求められる信号段数Ｎｔと、Ａ／Ｄ変換部５２０ｃの設計時に設定された変換範囲Ｒと、設計時に得られたハイライトピークレベルＶ_PLとフィールドスルーレベルＶ_FLとを差分して算出される出力アナログ画像信号Ｓｏの最大振幅値Ｒ_max2とに基づいて、下記の式（４）より算出される。

Ｎａ≧Ｎｔ×（Ｒ／Ｒ_max2） ・・・・式（４）

例えば、信号段数Ｎｔが２５６段（８ｂｉｔ）、変換範囲Ｒが５Ｖ、最大振幅値Ｒ_max2が３Ｖの場合、式（４）より変換段数Ｎａは、２５６段（８ｂｉｔ）の約１．７倍以上の段数が必要とされると算出されるため、変換段数Ｎａとして４３６段以上、Ａ／Ｄ変換のｂｉｔ数として９ｂｉｔが設定される。

変換段数が式（４）に基づいて算出され設定されることにより、ＣＣＤエリアセンサから出力される入力アナログ画像信号Ｓｉの信号振幅が小さい場合においても、信号段数を低下させることなく求められる精度のデジタルデータが得られる。

デジタル減算部５２２ｃは、変換部５２１ｂから出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と、画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算し、出力アナログ画像信号Ｓｏの信号振幅を算出する。
デジタル減算部５２２ｃは、原稿の読取動作時において、画素毎に変換部５２１ｃで変換されたフィールドスルーレベルＶ_FLのデジタル値と画像信号レベルＶ_SLのデジタル値とが減算され、画素毎の信号振幅値が算出される。算出された信号振幅値は、入力デジタル画像信号Ｄｉとしてデジタル信号処理部６００へ出力される。

例えば、読取動作時において、変換範囲Ｒが５Ｖ、変換段数Ｎａが５１２段（９ｂｉｔ）の場合、フィールドスルーレベルＶ_FLが１．０Ｖ、画像信号レベルＶ_SLが２．２Ｖの出力アナログ画像信号Ｓｏは、変換部５２１ｃにおいてフィールドスルーレベルＶ_FLが１０２のデジタル値に、画像信号レベルＶ_SLが２２５のデジタル値に変換される。そして、デジタル減算部５２２ｃにおいて減算され、画素の信号振幅値として１２３が算出される。算出された信号振幅値（１２３）は、入力デジタル画像信号Ｄｉとして出力される。

即ち、Ａ／Ｄ変換部５２０ｃの設計時において、入力される出力アナログ画像信号Ｓｏを想定して変換範囲、変換段数を設定することにより、ＣＣＤエリアセンサから得られた画像データの対ノイズ性を向上させ、画像データを正確に伝達できる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１における画像読取装置１の概要構成である。 ＣＣＤラインセンサ２３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。 ＣＣＤラインセンサ２３のオプティカルブラック画素及び有効画素から出力されるアナログ画像信号の例である。 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。 従来のＡ／Ｄ変換部５２０ａのＡ／Ｄ変換の概念図である。 本実施の形態１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。 本実施の形態１のＡ／Ｄ変換部５２０ｂのＡ／Ｄ変換の概念図である。 本実施の形態１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の制御ブロック図を示す。 本実施の形態１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１３の続き）。 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１４の続き）。 図１０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１７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。 ＣＣＤエリアセンサの画素から出力されるアナログ画像信号の例である。 本実施の形態２のＡ／Ｄ変換部５２０ｃのＡ／Ｄ変換の概念図である。

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ラインセンサ
２４ ＣＣＤエリアセンサ
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、５２０ｂ、５２０ｃ Ａ／Ｄ変換部
５２１ｂ、５２１ｃ 変換部
５２２ｂ、５２２ｃ デジタル減算部
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 乗算部
６２２、６２２ｂ 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
ＬＳＢ 最下位ビット
ＭＳＢ 最上位ビット
Ｎｄ デジタル減算値
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 入力アナログ画像信号
Ｓ_n 第１ラッチの出力信号
Ｓ_n-1 第２ラッチの出力信号
Ｓｏ 出力アナログ画像信号
Ｓｐ ハイライトピークレベル検出開始信号
ｔｆ フィールドスルー期間
ｔｒ リセット期間
ｔｓ、ｔｓ１、ｔｓ２ 画像信号期間
Ｖ_BL 黒レベル
Ｖ_FL フィールドスルーレベル
Ｖ_PL ハイライトピークレベル
Ｖ_RN リセットレベル
Ｖ_SL 画像信号レベル

Claims (8)

1. 撮像素子から入力されたアナログ画像信号の黒レベル及び画像信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
   前記サンプルホールド手段によりサンプルホールドされた前記アナログ画像信号の黒レベルサンプルホールド値と画像信号レベルサンプルホールド値との差分値よりも大きな変換範囲で、且つ、所定の変換段数に予め設定されたＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段から出力された黒レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号と、画像信号レベルサンプルホールド値のデジタル画像信号とを減算するデジタル減算手段と、
   を備えた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Ａ／Ｄ変換手段の変換段数Ｎａは、
   デジタル信号処理手段で求められる信号段数Ｎｔと、
   予め設定されている変換範囲Ｒと、
   入力されるアナログ画像信号の最大振幅値Ｒｍａｘとにより
   Ｎａ≧Ｎｔ×（Ｒ／Ｒｍａｘ）
   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。
3. 請求項１又は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と有効画素とを有するラインセンサであり、
   前記サンプリング手段は、
   前記黒レベルとして、前記オプティカルブラック画素の画像信号レベルをサンプルホールドすること、
   を特徴とする信号処理装置。
4. 請求項１又は２に記載の信号処理装置において、
   前記撮像素子は、縦横に配列された複数の画素を有するエリアセンサであり、
   前記サンプリング手段は、
   前記黒レベルとして、前記画素毎に出力されるアナログ画像信号のフィールドスルー期間のフィールドスルーレベルをサンプルホールドすること、
   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、
   前記デジタル減算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、
   前記デジタル減算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、
   前記デジタル減算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、
   前記デジタル減算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により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、前記デジタル減算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、前記デジタル減算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。
6. 請求項５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た補正値は、
   前記デジタル減算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。
7. 請求項６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。
8. 請求項６又は７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。

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