JP2007097049A - 画像読取装置および画像読取方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め設定された読取条件とデフォーカス量との関係に応じて、イメージセンサに結像される原稿の反射光もしくは投影光をデフォーカスすることにより、前記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
このようなイメージセンサを用いた画像読取において、イメージセンサの受光素子数に対応する理論上可能な周波数(ナイキスト周波数)以上のサンプリング周波数(空間解像度)で画像を読み取る方法として、特許文献1に示されるように、読み取りを行なった後、所定量、イメージセンサを移動して、再度、読み取りを行なうことで、見かけ上の受光素子の数を増加する、いわゆる画素ズラシが知られている。
ところが、このように結像レンズのMTFを設計すると、画素ズラシを行なわない読取条件や、画素ズラシ回数の少ない読取条件では、結像レンズのMTFがイメージセンサのナイキスト周波数を超えてしまうため、モアレが生じ易くなってしまう。
ところが、この方法では、光学LPFや、光学LPFを光路に挿入/退避させるための手段が必要となるため、装置構成が複雑になり、かつ、装置コストも高くなってしまうという問題が有る。また、画素ズラシの条件が多数有る場合には、複数の光学LPFを装備する必要が有り、さらに装置構成の複雑化やコストの上昇を招く。
しかしながら、特許文献3に開示される方法では、画素ズラシの条件すなわちサンプリング周波数が、多数、設定されている場合には、各条件に好適に対応してモアレの発生を抑制することはできない。
また、出力画像にシャープネス処理を行なう機能を有し、前記デフォーカス量に応じて、シャープネス処理における赤、緑、および青の高周波成分の増幅比を変えるのが好ましく、あるいは、前記デフォーカス量に応じて、出力画像の輝度成分の高周波数成分量、および、出力画像の色差成分の高周波数成分量の少なくとも一方を調整するのが好ましい。
さらに、好ましい態様として、結像レンズ(結像光学系)を各色の最大軸上収差のデフォーカス量の範囲内となるような設計、デフォーカス量に応じた各色の画像データの高周波強調の増幅比の変更、デフォーカス量に応じた出力画像の輝度成分の高周波数成分量および/または色差成分の高周波数成分量の調整等を行なうことにより、デフォーカスによる結像レンズ特性の変動に起因する画質劣化も、好適に防止できる。
図1に示される本発明の画像読取装置であるスキャナ10は、(写真)フィルムFに撮影された画像を1コマずつ光電的に読み取り、読み取った画像(画像データ)に各種の画像処理を施して、プリンタによる画像記録に対応する出力画像(出力画像データ)や、ディスプレイ表示やCD−Rなどの記憶媒体に記録するための出力画像として出力するものである。
このようなスキャナ12は、基本的に、サイズ設定部12と、画素ズラシ手段14と、デフォーカス部16と、LED光源18と、拡散ボックス20と、(フィルム)キャリア22と、結像レンズユニット24と、エリアイメージセンサであるCCDセンサ26と、アンプ(増幅器)30と、A/D(アナログ/デジタル)変換器31と、CCD補正部32と、画像処理部34とを有して構成される。
画素ズラシ手段14は、サイズ設定部12から供給された読取条件に応じて、読取時にCCDセンサ26を移動する画素ズラシを行うものであり、他方、デフォーカス部16は、同読取条件に応じて、結像レンズユニット24のデフォーカス(焦点ズラシ)を行なうものである。これらに関しては、後に詳述する。
LED光源18には、光源ドライバ36が接続されており、この光源ドライバ36によって、各LEDアレイの点灯や光量(読取光の光量)が制御される。
読取光の拡散手段には特に限定はなく、公知の手段が各種利用可能である。図示例の拡散ボックス20は、一例として、内面が反射面となっているミラーボックスの上下面(開放面)を光拡散板で閉塞してなるものである。
このキャリア22は、フィルムの搬送手段、読取領域を規制するマスク、フィルムFに光学的に記録されるDXなどのバーコードの読取手段、各種のフォトプリンタに装着される公知のフィルムキャリアである。
結像レンズユニット24は、レンズを組み合わせてなる、ズーム機能および自動焦点合わせ機能を有する公知の結像光学系である。
また、図示例においては、結像レンズユニット24は、後述する最大の読取サイズ(最もサンプリング周波数が高い(高解像度)の読取サイズ)であるサイズ4に最適なように、MTF(解像度)が設計されている。さらに、図示例においては、好ましい態様として、結像レンズユニット24は、焦点合わせの基準色(例えばG)と、その他の色との最大軸上収差が、後述するデフォーカス量の範囲内となるように設計されている。この点に関しては、後に詳述する。
また、スキャナ10は、1コマに対して、出力画像を得るためのファインスキャンと、ファインスキャンの読取条件や画像処理条件を決定するために、ファインスキャンに先立って行われるプレスキャンの、2種の画像読取が行われる。すなわち、1コマにつき、少なくとも6回([R,G,B]×2の読み取りが行われる。この点に関しては、通常のフィルムスキャナと同様である。
この千鳥格子状に受光素子が配列されたCCDセンサ26は、正方格子状に受光素子が配列された通常のCCDセンサに比して、少ない画素ズラシ回数で、画像読取の解像度を向上させることができる。従って、フォトプリンタ等において、高画質モードや大判のプリント出力のために、画素ズラシを行って読み取りを行う際にも、高い生産性を確保することができる。
画素ズラシ手段14は、図4に示すように、公知の手段でx方向およびy方向に移動可能な基盤40と、基盤40(CCDセンサ26)をx方向に動かすピエゾ素子42aおよび同y方向に動かすピエゾ素子42bの、2つのピエゾ素子42と、ピエゾ素子42を駆動するピエゾ駆動部44とを有する。
画素ズラシ手段14は、サイズ設定部12から供給された読取条件に応じて、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aおよびピエゾ素子42bを駆動して、基盤40すなわちCCDセンサ26を移動して、画素ズラシを行なう。後述するが、スキャナ10においては、4つの読取サイズが設定されており、各サイズに応じて読取条件(画素ズラシの回数)が設定されている。この点に関しては、後に詳述する。
さらに、このデジタル画像信号は、CCD補正部32によって、DCオフセット補正、暗時補正、シェーディング補正等の所定のデータ補正が施される。
画像処理部34で行なう画像処理には、特に限定はなく、公知の画像処理が各種例示さる。一例として、画像の拡大/縮小(電子変倍処理)、階調補正、色/濃度補正、彩度補正、覆い焼き処理(中間階調を維持した画像ダイナミックレンジの伸縮)、シャープネス処理などの周波数処理、画像の色空間の変換等が例示される。これらの画像処理は、いずれも公知の方法で行なえばよい。
また、画像処理部34では、読取サイズに応じて、画像の補間演算を行なう。なお、補間演算は、log変換の前に行なっても、log変換後で画像処理前に行なってもよい。
スキャナ10では、CCDセンサの画素ズラシおよび/または補間演算によって、出力画素を正方格子状にし、あるいはさらに読取サイズを大きくする(サンプリング周波数を高くする)。具体的には、図示例のスキャナ10には前述のように、サイズ1〜サイズ4の4つの読取サイズが設定されており、サイズ1では、画像処理部34において補間演算を行なって出力画素を正方格子状にし、サイズ2およびサイズ4では、CCDセンサ26の画素ズラシを行なうことにより読取サイズを大きくすると共に出力画素を正方格子状にし、サイズ3では、画素ズラシと補間演算とを行なって読取サイズを大きくすると共に出力画素を正方格子状にする。
前述のように、CCDセンサ26は、図3(A)に示すような、千鳥格子状の受光素子(以下、素子とする)の配列を有する。読み取りを行なったら、例えば、素子aであれば、図中、最も近隣する素子bおよびdについて、素子aおよびbの画像信号の平均([a+b/2])を算出して出力画像信号とし、両素子の重心(図中×で示す)の中間位置a/bを出力画素位置(・で示す)として、算出した出力画像信号を割り付ける。さらに、同様にして素子aおよびdの画像信号の平均値を算出して、両素子の重心の中間位置a/dに出力画像信号として割り付ける。
以下、同様にして、素子bおよびcの画像信号の平均値を算出して、両素子の中間位置b/cに割り付け、素子cおよびdの画像信号の平均値を算出して、両素子の中間位置c/dに割り付け……と、互いに最も近隣する素子の画像信号の平均値を算出して出力画像信号とし、これを両素子の中間の出力画素位置に割り付け、原信号を出力せずに、この中間位置のみを出力画素位置として、出力画素を正方格子状とする。
図3(B)に、サイズ2の画像読取を模式的に示す。サイズ2では、まず、サイズ1での読み取りと同様の、図中太線で示す画素ズラシを行わない位置(以下、この位置を基準位置とする)で1面目の読み取りを行う。
次いで、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42bを駆動してCCDセンサ26(基盤40)を図中下方に移動して画素ズラシを行い、素子を図中細線で示す位置とした後、再度、画像読取を行う。すなわち、y方向に隣合わせる素子との重心間の距離をy方向素子間、同x方向の距離をx方向素子間とすると、CCDセンサ26を、1面目の読取位置から、図中下方(y方向)にy方向素子間の1/2移動した位置で、2面目の読み取りを行う。
図3(B)に示すように、サイズ2では、この1回の画素ズラシによる2回の画像読取によって、素子が正方格子状に配列されたのと同じ状態にでき、読取サイズをCCDセンサの2倍にすると共に、正方格子状の出力画素が得られる。
図5(A)に、サイズ3の画像読取を模式的に示す。サイズ3では、例えば、まず、図中太線で示される基準位置で、1面目の読み取りを行う。次いで、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aを駆動して1回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、1面目の読取位置から図中右方向(x方向)にx方向素子間の1/2移動し、素子を図中に細線で示される位置にして、2面目の読み取りを行う。次いで、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aおよび42bを駆動して2回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、2面目の読取位置から図中右方向にx方向素子間の1/4、同下方向にy方向素子間の1/4、それぞれ移動し、素子を、図中に一点鎖線で示される位置にして、3面目の読み取りを行う。さらに、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aを駆動して3回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、3面目の読取位置から図中左方向にx方向素子間の1/2移動し、素子を、図中に点線で示される位置にして、4面目の読み取りを行い、画素ズラシ3回での4面読み取りを終了する。
画像処理部34では、この読取結果から、前述のサイズ1で行った方法と同様に、互いに最も近隣する素子の画像信号を補間して出力画像信号とし、両素子の中間位置を出力画素位置(・で示す(例えば、画素eとfを補間したe/f))として正方格子状の画素配列とし、正方格子状の出力画素とできる。また、図5(A)に示すように、サイズ3では、この3回の画素ズラシによる4回の画像読取、および補間演算によって、読取サイズをCCDセンサの4倍にできる。
図5(B)に、サイズ4による画像読取を模式的に示す。サイズ4でも、例えば、まず、図中太線で示す基準位置で1面目の読み取りを行う。次いで、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aを駆動して、1回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、1面目の読取位置から図中右方向にx方向素子間の1/4移動し、素子を、太い破線で示される位置として、2面目の読み取りを行う。以下、同様に、ピエゾ素子42aを駆動して、CCDセンサ26を、図中右方向にx方向素子間の1/4移動して、読み取りを行うことを繰り返し、2回目の画素ズラシ後に太い一点鎖線で示される位置で3面目の読み取りを、3回目の画素ズラシ後に太い点線で示される位置で4面目の読み取りを、それぞれ行う。
次いで、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42bを駆動して、4回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、4面目の読取位置から図中下方向にy方向素子間の1/4移動し、素子を、細い点線で示される位置として、5面目の読み取りを行う。さらに、ピエゾ駆動部44がピエゾ素子42aを駆動して、5回目の画素ズラシを行い、CCDセンサ26を、5面目の読取位置から図中左方向にx方向素子間の1/4移動させ、素子を、細い一点鎖線で示される位置として、6面目の読み取りを行う。以下、同様に、ピエゾ素子42aを駆動して、CCDセンサ26を、図5(A)中左方向にx方向素子間の1/4移動して、読み取りを行うことを繰り返し、6回目の画素ズラシ後に細い破線で示される位置で7面目の読み取りを、7回目の画素ズラシ後に細線で示される位置で8面目の読み取りを、それぞれ行い、7回画素ズラシの8面読み取りを終了する。
図5(B)に示すように、サイズ4では、この7回の画素ズラシによる8回の画像読取によって、素子が正方格子状に配列されたのと同じ状態にでき、読取サイズをCCDセンサ26の8倍にすると共に、正方格子状の出力画素が得られる。
画素ズラシ手段14は、供給された読取条件に応じて、前述のようにピエゾ素子42aおよび/またはピエゾ素子42bを駆動して、画素ズラシを行なう。
他方、デフォーカス部16には、読取条件に応じて、予め結像レンズユニット24によるCCDセンサ26への投影光の結像のデフォーカス量(このデフォーカス量に応じた結像レンズユニット24の移動量)が設定されており、これに応じて、結像レンズユニット24を光軸方向に移動して、デフォーカスを行なう。
ここで、このような読取光学系では、読取サイズの小さい(すなわち、画素ズラシ回数の少ない)画像読取では、結像レンズユニット24の解像度がナイキスト周波数を超えてしまい、モアレを生じやすくなってしまう。
デフォーカス部16は、画像読取時に、供給された読取条件に応じて、このテーブルを用いて結像レンズユニット24の移動量を決定し、この移動量だけ結像レンズユニット24を光軸方向に移動して、デフォーカスを行なう。
例えば、図示例のスキャナ10のようなフィルムスキャナでは、通常、フィルムFは、画像面(色材層)を下(読取光源側)にして読み取りに供される(キャリア22にセットされる)。このような場合には、焦点を下方に移動するようにデフォーカスを行なう分には、問題が生じないが、逆に焦点を上方に移動するようにデフォーカスを行なうと、ベースフィルムの傷や、フィルムの滑り止め防止のためのマット処理等の悪影響を受けてしまい、画質が劣化してしまう可能性がある。従って、このような場合には、焦点位置を下方に移動するように、デフォーカスを行なうのが好ましい。
一例としてピエゾ素子等のアクチュエータを用いる方法や、カムによる移動やネジ伝動による移動等の機械的な移動方法が例示される。
例えば、結像レンズユニット24の移動に変えて、CCDセンサ26を光軸方向に移動してデフォーカスを行なってもよく、両者を併用してもよい。
さらに、このような光学素子の移動によるデフォーカスのみでは、ボカシ量が足りない場合には、光路中に光学LPFを挿入してもよい。
例えば、結像レンズユニット24の光学特性は、光学倍率によって変わり、モアレの発生状態も変わるので、この光学倍率に応じて、デフォーカス量を設定してもよい。あるいは、リスフィルム(いわゆるリス板)のような網点原稿はモアレが生じ易いので、読取対象とする原稿の中に、このよなモアレを生じやすい原稿が存在する場合には、原稿種に応じてデフォーカス量を設定してもよい。
前述のように、必要に応じて光路中に光学LPFを挿入する場合には、この光学LPFの挿入の有無や光学LPFの種類に応じて、デフォーカス量を設定してもよい。また、結像レンズユニット24(結像レンズ種)が複数装着されて、交換可能となっている装置であれば、結像レンズユニット24毎に、デフォーカス量を設定してもよい。
さらに、スキャナ10において、複数のモアレ抑制レベルを設定して選択可能にしておき、それぞれのモアレ抑制レベルに応じて、デフォーカス量を設定してもよい。
本発明においては、画素ズラシ回数や、これらの各種のパラメータの1以上を読取条件として、デフォーカス量を設定すればよいが、好ましくは、少なくとも画素ズラシの回数は、読取条件とするのが好ましい(少なくとも画素ズラシの回数は、デフォーカス量の設定パラメータとするのが好ましい)。
具体的には、レンズには、通常、軸上収差が存在し、R、GおよびBの各色で、光軸上の結像位置が異なり、通常は、中心波長であるGが最も適正な焦点位置となるように、レンズが設計される(この際には、焦点合わせの基準色はG)。すなわち、最も適正に結像している色と、若干、焦点がズレている色とが有り、色毎に周波数特性が異なる。
ところが、デフォーカスを行なうと、この軸上収差の特性が変化する。その結果、例えば、デフォーカスによって、Rが最も適正に結像して周波数特性が上がり、Gが適正な焦点位置からズレて、すなわちボケてしまい周波数特性が低下する等、色間で周波数特性が変化して、画質が劣化してしまう可能性が有る。
すなわち、軸上収差を重点的に設計して結像レンズユニット24を上記構成とすることにより、デフォーカスによる色間の周波数特性の変化を押さえて、周波数特性の変化に起因する画質劣化を防止している。
シャープネス処理は、一例として、R、GおよびBの各色の画像から、低周波数成分、中周波数成分、および、高周波数成分を取り出して、中周波数成分および高周波数成分に、シャープネスゲイン(係数)を乗算して強調した後、低周波数成分、強調した中周波数成分および高周波数成分を加算することで、出力画像の鮮鋭度を強調する。
この高周波数成分のシャープネスゲインを、デフォーカスによる周波数特性の変動に応じて、設定する。例えば、デフォーカスよって周波数特性が向上する色は、シャープネスゲインを小さくし、逆に、デフォーカスよって周波数特性が低下する色は、シャープネスゲインを大きくする。このような各色毎の高周波数成分のシャープネスゲインの設定を、それぞれの読取条件(各デフォーカス量)に応じて行なうことにより(すなわち、デフォーカス量に応じて各色の高周波数成分のシャープネスゲイン比を変化させることにより)、デフォーカスによる色間の周波数特性の変動に起因する画質劣化を防止する。
この方法では、輝度成分の調整および色差成分の調整の何れを行なってもよいが、より好適な画質劣化の効果が得られる等の点で、少なくとも色差成分の調整は行なうのが好ましい。
オペレータがフィルムFをキャリアの所定位置に装填し、プリントサイズなどの出力画像サイズの指示や読み取るコマの指示等、必要な指示を入力し、読取開始を指示する。
本例においては、一例として、サイズ2に対応する出力画像サイズが指示されたとして、サイズ設定部12は、読取サイズをサイズ2と決定し、読取条件として画素ズラシ1回(2面読取)である旨を、ピエゾ駆動部44およびデフォーカス部14に指示する。
プレスキャンでは、画素ズラシは行なわず、LED光源18のLEDアレイ18r、LEDアレイ18g、およびLEDアレイ18bを、順次、点灯して、フィルムFを透過して結像レンズユニット24で結像された投影光を、基準位置のCCDセンサ26で、順次、読み取り、R、GおよびBの各プレスキャン画像を読み取る。なお、プレスキャンでは、CCDセンサ26は、出力画素が所定の読取サイズの正方格子状となるように、間引いて読み取りを行なう。
CCDセンサの出力信号は、アンプ30で増幅され、CCD補正部32で処理されて、画像処理部34に送られ、画像解析されて、ファインスキャンの読取条件(CCDセンサの蓄積時間等)や各種の画像処理の画像処理条件が設定される。
次いで、ファインスキャンが開始され、まず、LED光源18のLEDアレイ18rを点灯して、フィルムFを透過して結像レンズユニット24で結像された投影光を、基準位置のCCDセンサ26で読み取って、R画像の1面目の読み取りを行う。次いで、ピエゾ駆動部44が、ピエゾ素子42bを駆動してCCDセンサ26(基盤40)を1/2移動して、同様にR画像の2面目の読み取りを行ない、画素ズラシ1回でのR画像の2面読取を行なう。
以下、同様にして、LEDアレイ18gを点灯して、1回の画素ズラシによるG画像の2面読み取りを行い、次いで、LEDアレイ18bを点灯して、画素ズラシ1回に対応する量のデフォーカスを行なった状態で、1回の画素ズラシによるB画像の2面読み取りを行う。
この出力画像は、読取条件に応じたデフォーカス量でデフォーカスされた読取画像から生成された、モアレの無い、高画質な画像である。
例えば、図示例のスキャナ10は、フィルムFの画像を読み取るものであるが、本発明は、これに限定はされず、反射原稿に読取光を入射して、反射原稿の反射光を光電的に読み取るものであってもよい。あるいは、被写体を原稿と見なして、デジタルカメラ等の撮像装置に本発明を利用してもよい。
12 サイズ設定部
14 画素ズラシ手段
16 デフォーカス部
18 LED光源
20 拡散ボックス
22 キャリア
24 結像レンズユニット
26 CCDセンサ
30 アンプ
31 A/D変換器
32 CCD補正部
34 補間演算部
36 光源ドライバ
40 基盤
42(42a,42b) ピエゾ素子
44 ピエゾドライバ
Claims (6)
- 受光素子が二次元的に配列されたイメージセンサと、原稿の反射光もしくは投影光を前記イメージセンサに結像させる結像光学系と、予め設定された読取条件とデフォーカス量との関係に応じて、前記イメージセンサに結像される原稿の反射光もしくは投影光をデフォーカスするデフォーカス手段とを有することを特徴とする画像読取装置。
- 前記読取条件が、前記イメージセンサの画素ズラシ回数、前記結像光学系の光学倍率、前記原稿の種類、原稿からイメージセンサまでの光路中に挿入される光学ローパスフィルタの有無あるいはさらに光学ローパスフィルタの種類、結像光学系の種類、モアレ抑制レベルの少なくとも1つである請求項1に記載の画像読取装置。
- 前記結像光学系は、焦点合わせの基準色と、その他の色との最大軸上収差が、前記デフォーカス量の範囲内となるように設計されたものである請求項1または2に記載の画像読取装置。
- 出力画像にシャープネス処理を行なう機能を有し、前記デフォーカス量に応じて、シャープネス処理における赤、緑、および青の高周波成分の増幅比を変える請求項1〜3のいずれかに記載の画像読取装置。
- 前記デフォーカス量に応じて、出力画像の輝度成分の高周波数成分量、および、出力画像の色差成分の高周波数成分量の少なくとも一方を調整する請求項1〜3のいずれかに記載の画像読取装置。
- 原稿の反射光もしくは透過光を受光素子が二次元的に配列されたイメージセンサに結像して、前記原稿を光電的に読み取るに際し、
必要に応じて、モアレを抑制するために前記反射光もしくは透過光のイメージセンサへの結像をデフォーカスすると共に、予め、読取条件と前記デフォーカスの量との関係を設定しておき、この関係に応じて、前記デフォーカスの量を調整することを特徴とする画像読取方法。
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