JP2006339839A - 画像読取装置及び画像読取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱膨張が発生して、画像読取部を構成するレンズアレイとラインセンサの位置関係がずれたとしても、良好な画像を読み取ることのできる画像読取装置を提供すること。
【解決手段】 原稿を読み取る画像読取部１０４と、シェーディング補正データ作成部１０６と、画像データ処理部１０９と、前記画像読取部１０４を構成するレンズアレイに、あらかじめ原稿が搬送されない位置にマークを付加しておき、読み取ったデータからマーク位置を検出する基準位置検出部１０７とを有し、前記基準位置検出部１０７によって検出されるマーク位置が、あらかじめ検出しておいたマーク位置と異なる場合、その差分量とシェーディング補正データを基に、前記画像読取部１０４によって読み取った画像データを前記画像データ処理部１０９によって処理することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像読取装置及び画像読取方法に関し、特にラインセンサから成る画像読取手段の主走査方向におけるシェーディング補正等をして、好適な画像を取得できるようにする画像読取装置及び画像読取方法に関するものである。

従来、原稿上の画像情報をラインセンサ等で構成される読取部を用いて読み取るようにした画像読取装置においては、光源の照明ムラ、ラインセンサ素子間の感度のバラツキ、レンズの光量ムラ等から、たとえ真っ白な無地の原稿を読み取ったときでも読取部からの出力が均一にならなかった。

原稿からの反射光を、一旦レンズアレイで結像させて、ラインセンサに読み取らせるような読取部は、特に、レンズの光量ムラが著しく不均一になる。

レンズアレイは、小さなレンズが主走査方向に並べられているため、図３に示すように光量分布を持っている。

このため、例えば、レンズアレイへの入射光が均一であったとしても、レンズアレイを透過した透過光は、レンズアレイの光量分布にしたがって、不均一なもの、つまり光量ムラが発生してしまう。

例えば、光量分布のうち、光量が最高になる位置Ａ、中間の位置Ｂ、最小の位置Ｃにそれぞれ感度が等しいセンサを配置したとすると、たとえレンズアレイへの入射光が均一であったとしても、透過光が不均一なので、それぞれのセンサ出力は、当然、Ａ＞Ｂ＞Ｃになる。このように、レンズとセンサの位置関係によって、センサ出力が大きく左右されることになる。

この為、従来から、白板や真っ白な無地の原稿等を用いて読取部からの出力が均一になるようにシェーディング補正等の画像処理を行っている（例えば、特許文献１参照。）。

一般的なシェーディング補正の方法として、黒基準データと白基準データとの差分データを用いて１画素単位に全画素補正データ（シェーディング補正データ）を作成し、そのデータを用いて画像処理をしている。

この補正の一例を図２に示す。図２の黒基準データＶｂは、光源からの光の供給をやめてラインセンサで反射光を読み取ったときの出力信号である。白基準データＶｗは、光源から光を供給して、白板等の反射率が高い被写体からの反射光を読み取ったときのラインセンサの出力信号である。

センサ出力Ｖ０は、黒基準データＶｂから、原稿の反射率が上昇するにつれて直線的に上昇し、白板を用いたときに白基準データＶｗになる。

また、センサ出力Ｖｒは、補正後のセンサ出力であり、Ｖｒは、センサ出力をＡ／Ｄ変換した後の例えば８ビットのデジタル信号により、黒基準データＶｂを１６進数で００（Ｈ）、白基準データＶｗを１６進数でＦＦ（Ｈ）とする補正を行った後の出力信号である。

ここで、Ｖｒ＝ＦＦ×（Ｖ０−Ｖｂ）／（Ｖｗ−Ｖｂ）の関係がある。

この補正を、ラインセンサを構成する各画素に対して行うこと、つまりシェーディング補正データを各画素に対して１対１で持つことにより、ラインセンサからの出力信号が００（Ｈ）からＦＦ（Ｈ）までリニアに変化させることができ、読取手段からの出力が均一になるようにしている。
特開平５−１４７１４号公報

ところで、光源をもつ画像読取部は、光源が発熱するため、温度上昇が避けられない。画像読取部を構成する部品は、それぞれの熱膨張係数が異なるため、温度上昇による熱膨張が発生すると、ひずみが生じて、レンズアレイとラインセンサの位置関係が微妙にずれてしまう。

前述したように、レンズアレイとラインセンサの位置関係がずれると、センサ出力が大きく変化してしまうため、シェーディング補正したとしても、その補正は正しい補正ではなくなってしまう。

以上のように、熱膨張が発生すると、レンズアレイとラインセンサの位置関係がずれるために、正しいシェーディング補正データで画像処理されず、読み取った画像は、スジが入ったりした汚い画像になるという問題が発生する。

この問題を解決するために、画像読取部を構成するすべての部品を、同じ熱膨張係数のものを用いて、ラインセンサがずれないようにすることが考えられるが、部品が限定されてしまうためなかなか現実的ではない。

また、温度上昇しないように、冷却用の部品を装備したり、形状を大きくしたりして、熱を逃げやすくするなども考えられるが、高価で大型化になってしまうため、あまりよろしくない。

また、スキャンするたびに、シェーディング補正データを取り直す方法が考えられる。しかし、この場合、毎回シェーディング補正データを作成するなど、スキャン以外の動作をする必要がでてきて、スキャンするまでの所要時間が長くなってしまう等の問題が残る。

そこで、本発明では、たとえ、熱膨張が発生して、画像読取部を構成するラインセンサの各画素の位置がずれたとしても、良好な画像を読み取ることのできる画像読取装置及び画像読取方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成により、上記課題を解決できる。

（１）被写体像を読み取る読取センサと、前記読取センサに前記被写体像を結像させ、前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するための加工が所定位置に施されたレンズアレイと、前記読取センサにより前記被写体像を読み取る際に、前記画像データから前記所定位置に対応する画素位置を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記所定位置に対応する画素位置があらかじめ記憶されている画素位置からずれている場合、そのずれ量に基づいて前記画像データにシェーディング補正処理を施すシェーディング補正手段と、を有することを特徴とする画像読取装置。

（２）被写体像を読み取る読取センサと、前記読取センサに前記被写体像を結像させ、前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するための加工が所定位置に施されたレンズアレイとを備えた画像読取装置を用いた画像読取方法であって、前記読取センサにより前記被写体像を読み取る際に、前記画像データから前記所定位置に対応する画素位置を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された前記所定位置に対応する画素位置があらかじめ記憶されている画素位置からずれている場合、そのずれ量に基づいて前記画像データにシェーディング補正処理を施すシェーディング補正ステップと、を有することを特徴とする画像読取方法。

本発明によれば、例えば熱膨張などにより読取センサやレンズアレイが位置ずれを起こしても、好適な画像を取得することができる。

以下、本発明を一実施例に基づいて説明する。

初めに本発明の画像読取装置および画像読取システムを構成するブロック図を、図１に示して、各動作を説明する。

ＲＯＭ１０３は、プログラムや固定データを格納する。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に格納されたプログラムに従って、画像読取装置全体を制御する。

ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１の作業領域やデータの一時記憶領域として使用される。

画像読取部１０４は、白色光の光源とレンズアレイとラインセンサ（読取センサ）で構成され、光源の白色光を原稿に照射して、その反射光を一旦レンズアレイで結像したのち、ラインセンサで受光して、電圧に変換出力することで、被写体である原稿を画像データとして読み取っている。

画像記憶部１０５は、画像読取部１０４で読み取った画像データを記憶する。

シェーディング補正データ作成部１０６は、ラインセンサの出力を均一にするための補正データを作成する。作成方法については前述した通りである。

黒基準データＶｂは、図４（ａ）に示すように、光源から光を照射しないときのセンサ出力値で、白基準データＶｗは、図４（ｂ）に示すように、光源から光をシェーディング補正用白板に照射して、その反射光を受光したときのセンサの出力値である。

黒基準データＶｂと白基準データＶｗを、シェーディング補正データとして保存しておく。ここで、白基準データＶｗが、レンズアレイの光量分布に大きく左右される値になる。

例えば、ラインセンサＳの１番左に位置する画素をＳ_１とすると、Ｓ_１に対するシェーディング補正データは、Ｗ_１、Ｂ_１になる。同様に、画素Ｓ_２のシェーディング補正データは、Ｗ_２、Ｂ_２、画素Ｓ_３のシェーディング補正データは、Ｗ_３、Ｂ_３のようになる。これを図４（ｄ）に示す。

例えば、図４（ｃ）に示すように、光源から原稿に光を照射して、その反射光を受光した画素Ｓ_１のセンサ出力がＶ０であった場合、補正後のデータＶｒは１６進数として、
Ｖｒ＝ＦＦ×（Ｖ０−Ｂ_１）／（Ｗ_１−Ｂ_１）
で求まる。

これと同じ処理を、ラインセンサを構成する全画素に対して行うことで、レンズアレイの光量分布による光量ムラ等を補正できる。

基準点検出部１０７は、画像読取部１０４を構成するラインセンサに付加したマーク位置を検出する。検出方法については後述する。

シェーディング補正データ記憶部１０８は、シェーディング補正データ作成部１０６で作成したデータを記憶する。

画像データ処理部１０９は、基準点検出部１０７によって検出された基準位置と、シェーディング補正データとを基に、画像データを処理する。処理方法については後述する。

データ転送部１１０は、画像記憶部１０５に記憶された画像データを外部に送信するか、または、外部装置からのデータを受信する。

ここで、基準点検出部１０７の検出方法について、図５を例にあげて説明する。

図５（ａ）に示すように、レンズアレイ６０１には、原稿が搬送されない位置に、光を吸収するような黒いマーク６０２、６０３が設けられている。

前記マークが設けられたレンズアレイ６０１に、光源から光を照射すると、読取センサから出力される画像データのレベルはマーク位置で小さくなるため、前記マーク位置以外の位置でセンサから出力される画像データと区別することができる。

ここで、閾値Ｖｔよりも出力が小さくなるときの左からの画素位置（Ｓａ_１）と、再び、センサ出力が閾値Ｖｔを超える直前の画素位置（Ｓａ_２）を記憶する。そして、Ｓａ_１とＳａ_２の中間に位置する画素Ｓａを式６０５のようにして求め、これを左基準位置にする。

同様にして、閾値Ｖｔよりも出力が小さくなるときの左からの画素位置（Ｓｂ_１）と、再び、センサ出力が閾値Ｖｔを超える直前の画素位置（Ｓｂ_２）を記憶する。そして、Ｓｂ_１とＳｂ_２の中間に位置する画素Ｓｂを式６０６のようにして求め、これを右基準位置にする。

ただし、左からの画素位置ＳｌからＳｒまでの範囲は、原稿が搬送される可能性のある位置なので、この間の画素については、その出力を無視する。ここでＳｌおよびＳｒはあらかじめ決められている固定値である。

以上の流れを図５（ｂ）に示すブロック図で説明する。

比較器Ａ６１０は、図５（ａ）の閾値Ｖｔと、各センサ出力Ｖｏと、左からの画素位置を示すＣＮＴを入力して、センサ出力Ｖｏが閾値Ｖｔより小さければ、１を出力する。

データＡ６１１は、比較器Ａ６１０の結果と、前回の結果を保持する。

比較器Ｂ６１２は、データＡ６１１に保持されている前回の結果と、今回の結果が入力され、両者を比較して、前回の結果が１で今回が０のとき、つまりセンサ出力Ｖｏが閾値Ｖｔを下回る直後の画素位置をデータＢ６１３に記憶する。

また、前回の結果が０で今回の結果が１のとき、つまりセンサ出力Ｖｏが閾値Ｖｔを上回る直後の画素位置をデータＣ６１４に記憶する。

データＢ６１３、データＣ６１４のデータ更新は、比較器Ｂ６１２からの出力Ｏ_３が１のときに行う。比較器Ｂ６１２の出力Ｏ_３は、前回の比較結果と今回の比較結果が異なる場合に１になる。

計算器６１５は、図示しない加算器と図示しない除算器で構成され、データＢ６１３と、データＣ６１４に記憶されている画素位置を入力して、両者を加算器で加算後、除算器により２で割って中間位置を計算する。

以上のように、レンズアレイに付加したマークの位置を、画素単位で検出する。

ここで、画像データ処理部１０９の処理方法について、図６を例にあげて説明する。

図６（ａ）は、レンズアレイの光量分布７０１とラインセンサ７０２の通常時の位置関係を示している。また、熱膨張によって両者の位置関係がずれたことを示しているのが、ラインセンサ７０３である。

図６（ａ）の１は通常時の光量で、１’は位置ズレ発生時の光量である。位置ズレが発生するとレンズアレイの光量分布に従って光量が変わってしまうことがわかる。

この状態において、通常時と位置ズレ発生時の各々に対して、同じシェーディング補正データで補正すると、図６（ｂ）７１０に示すように、通常時補正後データは光量分布が均一になる。それに対して、図６（ｂ）７１１に示すように、位置ズレ発生時の補正後データは、光量分布が不均一になってしまう。

そこで、あらかじめ取得していたシェーディング補正データと、基準位置検出部によって位置ズレ量を検出して、その位置ズレ差分量とを考慮して、あらたな補正データを作成する。

図６（ｃ）に、マークを設けたレンズアレイ７２０と、通常時のラインセンサ出力７２１と、位置ズレ発生時のラインセンサの出力７２２を示す。

例えば、通常時のラインセンサ７２１における左基準位置をＳａ、右基準位置をＳｂだとすると、左右基準位置間の画素数Ｗは、Ｗ＝Ｓｂ−Ｓａになる。

一方、例えば、位置ズレ発生時のラインセンサの出力７２２における左基準位置をＳａ’、右基準位置をＳｂ’だとすると、左右基準位置間の画素数Ｗ’は、Ｗ’＝Ｓｂ’−Ｓａ’になる。

また、左基準位置ＳａとＳａ’の位置ズレΔｄは、Δｄ＝Ｓａ’−Ｓａになる。

以上のことから、通常時のラインセンサ７２１における任意の画素Ｎと、位置ズレ発生時のラインセンサ７２２におけるＮ’との関係は次式であらわすことができる。

Ｎ’＝Ｎ×Ｗ’／Ｗ−Δｄ
つまり、任意の画素Ｎに対して使用するシェーディング補正データは、Ｎ’の画素位置にあるデータを使用することになる。

例えば、通常時の左右基準位置間の画素数Ｗが１００、位置ズレ発生時の同画素数Ｗ’が１２０、通常時と位置ズレ発生時における左基準位置の画素数の差Δｄが３であるとする。

この場合、任意の画素Ｎに対して、Ｎ’＝１２０／１００×Ｎ−３となり、画素Ｎに対しては、Ｎ’番目に位置する画素用のシェーディング補正データを使用すればよいことになる。

ただし、Ｎ’は整数値で得られるとは限らず、ほとんどの場合が少数点以下をもつものになる。この場合は、以下のように重み付けを行うことによって、あらたな補正データを作成する。

例えば、Ｎ’＝２０．３が得られたとする。この場合、Ｎ’は、左からの画素位置が２０番目と２１番目の間に位置することになる。さらに、７：３の割合で、２０番目の画素位置に近いことになる（図６（ｄ）参照）。

以上から、２０番目のシェーディング補正データＷ_２０と２１番目のシェーディング補正データＷ_２１を使用して、
Ｖｗ＝Ｗ_２０×０．７＋Ｗ_２１×０．３
で、あらたな補正データを作成する。

この補正データを使用して、以下のような画像データ処理を行う。

Ｖｒ＝ＦＦ×（Ｖ０−Ｖｂ）／（Ｖｗ−Ｖｂ）
以上、述べてきたように、左右の基準位置の位置ズレ差分量と、シェーディング補正データをもとに、新たな補正データを作成するようにしている。

実施例の実際の流れを、図７のフローチャートにしたがって説明する。以下、外部制御装置をＰＣと呼ぶ。

図示しないＰＣは、図示しないＲＯＭあるいは図示しない記憶手段に格納されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することにより、画像読取装置を制御する。

ユーザが画像読取装置の図示しないスタートボタンを押下すると、画像読取装置は原稿の搬送を開始する（Ｓｔｅｐ１）。

ここで、あらかじめ、シェーディング補正データ作成部１０６によって作成しておいたシェーディング補正データをシェーディング補正データ記憶部１０８から読み出す（Ｓｔｅｐ２）。

また、同時に、基準位置検出部１０７によって検出しておいた基準位置を図示しない基準位置記憶部から読み出す（Ｓｔｅｐ３）。例えば、この左右基準位置をＰｌ、Ｐｒ番目の画素だと仮定する。

画像読取装置のＣＰＵ１０１は、スタートボタンが押下されると、図示しない搬送部によって所定の位置まで原稿を搬送する（Ｓｔｅｐ４）。

そして、図示しない紙センサによって、原稿が画像読取部１０４に到達したことを検知したら、画像読取部１０４によって画像データを１ラインごとに取得する（Ｓｔｅｐ５）。

このとき、基準位置検出部１０７によって左右の基準位置を取得する。（Ｓｔｅｐ６）。例えば、これをＤｌ、Ｄｒ番目の画素だとする。

もし、今回検出した基準位置Ｄｌ、Ｄｒが、あらかじめ検出していた基準位置Ｐｌ、Ｐｒと一致した場合、ラインセンサは位置ずれが発生していない。

この場合、ＣＰＵ１０１は、画素に対応しているシェーディング補正データを用いて、画像データ処理部１０９によって、画像データをシェーディング補正する。

また、今回検出した基準位置Ｄｌ、Ｄｒが、あらかじめ検出していた基準位置Ｐｌ、Ｐｒにくらべ、Ｎ画素分左にシフトしていただけだとする。このときは、レンズアレイとラインセンサの位置関係は、位置ズレだけが発生している。

この場合、ＣＰＵ１０１は、画素に対応しているシェーディング補正データを用いる代わりに、Ｎ画素分左にシフトした位置のシェーディング補正データを用いて、画像データ処理部１０９によって、画像データをシェーディング補正する。

また、今回検出した基準位置Ｄｌ、Ｄｒが、シフトしただけではない場合、所定の処理を行って、位置ズレ差分量とシェーディング補正データから、画素ごとにあらたな補正データを作成して、画像データをその補正データで補正処理する（Ｓｔｅｐ７）。

このあと、画像記憶部に画像処理したデータを記憶する（Ｓｔｅｐ８）。

原稿１ページ分の画像データを読み終えたか否かを確認する（Ｓｔｅｐ９）。否なら、Ｓｔｅｐ５からＳｔｅｐ８を繰り返す。

そうでなければ、次原稿があるか否かを確認する（Ｓｔｅｐ１０）。次原稿があれば、Ｓｔｅｐ４からＳｔｅｐ９を繰り返す。次原稿がなくなったらスキャン動作を終了する。

以上説明したように、たとえ、光源の発熱等による温度上昇が原因で、熱膨張が発生して、ラインセンサの位置ズレが生じても、そのずれ量を考慮するようにしたので、正しいシェーディング補正データによって画像データを補正することができる。

上記実施例ではレンズアレイの両端付近にマークを付加しているが、簡易的に片端付近だけマークを設けてレンズアレイの平行移動だけ監視するようにしてもよい。また、このようなレンズアレイをマークに設けるものだけでなく、基準位置と他の位置を区別することができるように、レンズアレイの結像状態や光透過状態を異ならせるように加工してもよい。

通常時の左右基準位置やシェーディング補正データの取得は電源投入時や工場出荷時などに行うことができ、また一定時間おきに取得してもよい。

本発明の実施例の画像読取システムの構成を示すブロック図である。 シェーディング補正の１例を示す図である。 レンズアレイの光量分布により光量ムラを示す図である。 シェーディング補正データ作成を示す図である。 基準位置検出を示す図である。 画像処理を示す図である。 画像処理を示す図である。 画像処理を示す図である。 画像処理を示す図である。 本発明の実施例のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＡＭ
１０３ ＲＯＭ
１０４ 画像読取部
１０５ 画像記憶部
１０６ シェーディング補正データ作成部
１０７ 基準位置検出部
１０８ シェーディング補正データ記憶部
１０９ 画像データ処理部
１１０ データ転送部
６０１、７２０ レンズアレイ
７０２、７０３、７２１、７２２ ラインセンサ
６０２ マーク
６０３ マーク
６０４ 原稿
６１０ 比較器Ａ
６１１ データＡ
６１３ データＢ
６１４ データＣ
６１６ データＤ
６１２ 比較器Ｂ
６１５ 計算器
７０１ レンズアレイの光量分布
７１０ 通常時の補正後の光量分布
７１１ 位置ずれ発生時の補正後の光量分布

Claims (4)

1. 被写体像を読み取る読取センサと、
   前記読取センサに前記被写体像を結像させ、前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するための加工が所定位置に施されたレンズアレイと、
   前記読取センサにより前記被写体像を読み取る際に、前記画像データから前記所定位置に対応する画素位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された前記所定位置に対応する画素位置があらかじめ記憶されている画素位置からずれている場合、そのずれ量に基づいて前記画像データにシェーディング補正処理を施すシェーディング補正手段と、
   を有することを特徴とする画像読取装置。
2. 前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するために前記レンズアレイの所定位置にマークを設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 被写体像を読み取る読取センサと、前記読取センサに前記被写体像を結像させ、前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するための加工が所定位置に施されたレンズアレイとを備えた画像読取装置を用いた画像読取方法であって、
   前記読取センサにより前記被写体像を読み取る際に、前記画像データから前記所定位置に対応する画素位置を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによって検出された前記所定位置に対応する画素位置があらかじめ記憶されている画素位置からずれている場合、そのずれ量に基づいて前記画像データにシェーディング補正処理を施すシェーディング補正ステップと、
   を有することを特徴とする画像読取方法。
4. 前記読取センサから出力される画像データにおいて他の位置と区別するために前記レンズアレイの所定位置にマークを設けたことを特徴とする請求項３に記載の画像読取方法。

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