JP2008020262A - 記録媒体判別装置及びその方法並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｗａｖｅｌｅｔ変換を用いることで得られる撮像結果の局所的な周波数分布から記録媒体の表面の特徴を抽出し、様々な種類の記録媒体を精度良く自動判別するとともに、適切な条件において画像形成を行うこと。
【解決手段】ＣＭＯＳエリアセンサ２１１又はラインセンサとレンズ３０３からなる撮像センサと、発光源３０１とからなる映像読取センサ１２３を用いる。静止時における記録媒体３０４の表面の撮像結果を、Ｗａｖｅｌｅｔ変換の多重解像度解析によって複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に分解する。各Ｗａｖｅｌｅｔ成分において閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出することにより、記録媒体３０４の表面の微少な特徴を的確に抽出し、記録媒体３０４の種類をより高い精度で判別する。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録媒体判別装置及びその方法並びに画像形成装置に関する。より詳細には、記録媒体の表面からの反射光量を検出してその種類を判別する記録媒体判別装置及びその方法並びにこの記録媒体判別装置を用いて画像条件を制御する複写機、レーザープリンタなどの画像形成装置に関する。

複写機、レーザープリンタなどの画像形成装置は、感光体上に現像された映像を記録媒体に転写し、映像を転写した記録媒体を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより映像を定着させる定着装置を備えている。

従来、このような画像形成装置においては、給紙・搬送された記録媒体の表面の画像をＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのラインセンサやエリアセンサを有する映像読み取り手段によって読み取っている。そして、その結果からインクジェット用のＯＨＴかレーザビーム用のＯＨＴかを判定する手段を備えている。インクジェット用ＯＨＴと判定した場合は、定着装置への記録媒体搬送を停止すると共に画像形成装置の画像形成動作を停止する手段を備えている。また、定着装置への記録媒体搬送を停止せずに、定着装置の温度制御を停止するか、もしくは通常の温度よりも低い温度に設定する制御手段を備えている。それによって、万が一ユーザが誤って規定用紙外であるインクジェット用ＯＨＴを通紙した場合に生じる定着ローラへのＯＨＴ巻き付きや記録媒体上の画像劣化などの不都合な問題を解決する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＯＨＴに限らず、記録媒体の表面画像を読み取った読取結果から、記録媒体の表面の凹凸の深さや凹凸間隔を演算してグロス紙、普通紙、ラフ紙、ＯＨＴといった記録媒体の種類を判別することが知られている。そして、印字濃度、転写バイアスの設定、定着温度、プロセス速度などの画像形成条件を最適に設定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

これらの場合に用いるＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのラインセンサやエリアセンサの撮像素子とレンズを用いた構成が知られている。この構成において、撮影対象物より反射する光を、結像レンズなどを介してセンサなどの撮像素子に入射させ、撮像素子から出力される信号をＡ／Ｄ変換することで、撮影対象物の画像データを得る映像読取装置が知られている。このような映像読取装置においては、光源やレンズに起因する光量ばらつきによる撮影画像の劣化がある場合が多い。また、撮像素子の各光電変換セルにおける感度ばらつきも存在する。更に、前記画像データの処理方法如何に依っては、記録媒体の判別精度に大きな差異が生じる。

特開２００３−２２８２５６号公報 特開２００３−３０２２０８号公報

しかしながら、上述した従来の記録媒体判別装置及び画像形成装置では、以下のような課題がある。つまり、近年では、記録媒体の種類が多様になっているにも拘らず、印字品質に対する要求はより高くなっており、多種多様な記録媒体を正確に判別することが要求されている。しかし、予め準備されている設定モードだけでは全紙種を判別することができなくなってきており、その結果、画像形成条件の設定が最適化されない場合があるといった課題があった。

上述した従来の記録媒体判別装置は、読取手段より撮像した映像情報から、特定画素領域における画素の映像情報を２値化している。この２値化画像のエッジの数をカウントし、その結果から記録媒体の表面の凹凸間隔を定量的に判断する演算手段を備えた記録媒体判別装置がある。この記録媒体判別装置においては、予め搬送中の記録媒体の画像を搬送及び停止を繰り返しながら複数回撮像し、その平均画像を閾値とすることで静止時における記録媒体の表面の映像情報を２値化している。それにより、光源やレンズに起因する光量ばらつきによる撮影画像の劣化を避ける方法が採られている。

しかしながら、上述した従来の記録媒体判別装置においては、普通紙に近い表面性を有するラフ紙と、ラフ紙に近い表面性を有する普通紙の区別がつきにくく、必ずしも常に充分な判別精度を得られるわけではなかった。また、光量ムラやレンズ表面の傷の影響を避けるために記録媒体の搬送及び停止を繰り返しながら閾値画像を複数回撮影する必要があるため、長い処理時間が必要であった。更には、紙表面に存在する傷の影響は除去できず、判別率の低下は避けられないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｗａｖｅｌｅｔ変換を用いることで得られる撮像結果の局所的な周波数分布から記録媒体の表面の特徴を抽出する。これにより、様々な種類の記録媒体を精度良く自動判別するとともに、適切な条件において画像形成を行う記録媒体判別装置及びその方法並びに画像形成装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の記憶媒体判別装置は、記録媒体（３０４）の表面上に光を照射する光照射手段（３０１）と、該光照射手段（３０１）によって照射される前記記録媒体（３０４）の光照射領域内を映像として読み取って出力する画像読取手段（２１１）とを備え、静止時における前記記録媒体（３０４）の表面の映像情報をもとに該記録媒体（３０４）の種類を判別する記録媒体判別装置において、前記画像読取手段（２１１）により得られた前記記録媒体（３０４）の映像情報に対してＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析を行う変換手段（７１０）と、該変換手段（７１０）によって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に所定の演算を行なう演算手段（７０５）と、該演算手段（７０５）による演算結果によって前記記録媒体（３０４）の種類を判別する判別手段（２１０）とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の記録媒体判別方法は、記録媒体の表面上に光を照射する光照射手段と、該光照射手段によって照射される前記記録媒体の光照射領域内を映像として読み取って出力する画像読取手段とを備え、静止時における前記記録媒体の表面の映像情報をもとに該記録媒体の種類を判別する記録媒体判別装置における記録媒体判別方法において、前記記録媒体の映像情報に対してＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析を行う変換ステップと、該変換ステップによって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に所定の演算を行なう演算ステップと、該演算ステップによる演算結果によって前記記録媒体の種類を判別する判別ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、光源やレンズに起因する光量ばらつきによる撮影画像の劣化及び歪みなどの低周波ノイズや、量子化誤差などの微細な高周波ノイズの影響を除去することが可能となる。更に、記録媒体の搬送及び停止を繰り返しながら閾値画像を複数回撮影する必要がないため、様々な種類の記録媒体を短時間で精度良く自動判別することを実現する。

また、本発明によれば、普通紙に近い表面性を有するラフ紙と、ラフ紙に近い表面性を有する普通紙の微妙な表面性の差を検出することが可能となり、様々な種類の記録媒体を精度良く自動判別することを実現する。

また、本発明によれば、記録媒体の表面の傷等の影響を受けることなく様々な種類の記録媒体を精度良く自動判別することを実現する。

また、本発明によれば、画像読み取り手段と変換手段との通信速度の制限などにより全画素の情報を受け取り終えるまで待機してから処理を開始する必要がなくなり、記録媒体の種類を短時間に自動判別することを実現する。

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。

図１は、本発明に係る画像形成装置の実施例１を説明するための概略構成図である。本発明の記録媒体判別装置及びその方法は、図１に示すような画像形成装置１０１で用いられる。

この画像形成装置１０１は、記録紙を収納する用紙カセット１０２と、この用紙カセット１０２から記録紙を送り出す給紙ローラ１０３とを備えている。また、この給紙ローラ１０３によって送り出された記録紙を各感光ドラム１０６〜１０９に供給する転写ベルト駆動ローラ１０４と、この転写ベルト駆動ローラ１０４によって駆動する転写ベルト１０５とを備えている。また、転写ベルト１０５と密接する、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム１０６〜１０９と、この各感光ドラム１０６〜１０９に対向して配置された各色用の転写ローラ１１０〜１１３とを備えている。また、各感光ドラム１０６〜１０９上に設けられた、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ１１４〜１１７を備えている。また、この各カートリッジ１１４〜１１７に近接して設けられた、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット１１８〜１２１を備えている。さらに、ブラックのカートリッジ１１７の下流に設けられた定着ユニット１２２を備えている。

また、画像形成装置１０１は、一般に電子写真プロセスを用い記録媒体上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラを含む定着ユニット１２２によって転写されたトナー画像を温度制御することにより熱定着させる。また、各色の光学ユニット１１８〜１２１は、各感光ドラム１０６〜１０９の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成されている。これら一連の画像形成動作は、搬送される記録媒体上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期がとられている。

さらに、画像形成装置１０１は、後述するように、記録媒体であるところの記録紙を給紙、搬送する給紙モータ２１６を備え、給紙された記録紙は、転写ベルト１０５と定着ユニット１２２へと搬送されながらその表面上に所望の像を形成する。

画像読取センサ１２３は、記録紙が転写ベルト１０５まで搬送される前に配置され、搬送されてきた記録媒体の表面に光を照射させて、その反射光を集光して結像させ、記録媒体の表面の特定エリアの画像を読み出す。

図２は、本発明の実施例１による制御ＣＰＵが制御する各ユニットの構成を示す図で、制御ＣＰＵ２１０が制御する各ユニットの構成を示す図である。以下に、本発明の記録媒体判別装置及びその方法を用いる画像形成装置の実施例１における制御ＣＰＵ２１０の動作について説明する。

制御ＣＰＵ２１０は、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１、ならびに各色用の光学ユニットに含まれるポリゴンミラー、モータ及びレーザ２１２〜２１５にＡＳＩＣ２２３を介して接続されている。また、感光ドラム面上にレーザを走査し、所望の潜像を描くための光学ユニットの制御を行う。

同様に、記録媒体を搬送するための給紙モータ２１６と、記録媒体を給紙するための給紙ローラの駆動開始に使用する給紙ソレノイド２１７と、記録媒体が所定位置にセットされているか否かを検知する紙有無センサ２１８とを制御する。また、電子写真プロセスに必要な１次帯電、現像、転写バイアスを制御する高圧電源２１９と、感光ドラム及び転写ローラを駆動するドラム駆動モータ２２０とを制御する。さらに、転写ベルト１０５及び定着ユニット１２２のローラを駆動するためのベルト駆動モータ２２１と、定着ユニット１２２及び低圧電源ユニット２２２とを制御する。

さらに、制御ＣＰＵ２１０によってサーミスタ（図示せず）により温度をモニタし、定着温度を一定に保つ制御がなされる。

また、制御ＣＰＵ２１０は、バス等（図示せず）によりメモリ２２４に接続されている。このメモリ２２４には、以上の制御及び本明細書に記載される各実施形態において制御ＣＰＵ２１０が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラム及びデータが格納される。すなわち、制御ＣＰＵ２１０は、メモリ２２４に格納されたプログラム及びデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

ＡＳＩＣ２２３は、制御ＣＰＵ２１０の指示に基づき、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１及び光学ユニット２１２〜２１５の内部のモータ速度制御と、給紙モータ２１６の速度制御とを行う。モータの速度制御は、モータ（図示せず）からのタック信号を検出して、タック信号の間隔が所定の時間となるようモータに対して加速または減速信号を出力して速度制御を行う。このため、制御回路は、ＡＳＩＣ２２３のハードウエアによる回路で構成したほうが、制御ＣＰＵ２１０の制御負荷低減が図れるメリットがある。

制御ＣＰＵ２１０は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示のプリントコマンドを受信すると、紙有無センサ２１８によって記録媒体の有無を判断する。紙有りの場合は、給紙モータ２１６と、ドラム駆動モータ２２０と、ベルト駆動モータ２２１とを駆動するとともに、給紙ソレノイド２１７を駆動して記録媒体を所定位置まで搬送する。

記録媒体がＣＭＯＳエリアセンサ２１１の位置まで搬送されると、制御ＣＰＵ２１０は、ＡＳＩＣ２２３に対してＣＭＯＳエリアセンサ２１１撮像指示を行い、このＣＭＯＳエリアセンサ２１１は、記録媒体の表面画像を撮像する。このときＡＳＩＣ２２３は、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのＳＹＳＣＬＫを出力させて、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１からＳｌ＿ｏｕｔを経由して出力される撮像データを取り込む。

一方、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１のゲイン設定は、あらかじめ制御ＣＰＵ２１０が取り決めた値をＡＳＩＣ２２３内部のレジスタにセットする。これによって、ＡＳＩＣ２２３がＳｌ＿ｓｅｌｅｃｔをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのＳＹＳＣＬＫを出力させて、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１に対し、Ｓｌ＿ｉｎを経由してゲインを設定する。

ＡＳＩＣ２２３は、以下に説明する本発明の記録媒体判別装置及びその方法を実現するため、後述するＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析及びその結果である各Ｗａｖｅｌｅｔ成分に対して所定の演算を行う演算回路を備えている。それぞれの演算結果は、ＡＳＩＣ２２３内部のレジスタに格納される。そして、制御ＣＰＵ２１０は、ＡＳＩＣ２２３内部のレジスタを読み込み、給紙された記録媒体の種類を判別し、その結果に応じて高圧電源２１９の現像バイアス条件を変更するよう制御する。

例えば、記録媒体の表面繊維が粗い、いわゆるラフ紙の場合は、普通紙よりも現像バイアスを下げ、記録媒体の表面に付着するトナー量を抑えてトナーの飛び散りを防止する制御を行う。これは、特にラフ紙の場合、記録媒体の表面に付着するトナー量が多いために、紙繊維によるトナーが飛び散って画質が悪化する問題を解消するためである。

また、制御ＣＰＵ２１０は、給紙された記録媒体の種類を判別し、その結果に応じて定着ユニット１２２の温度条件を変更するよう制御する。例えば、ラフ紙の場合は、表面繊維が粗いことからトナーの融着性が悪く、定着温度などを変えて適正化を図る。また、ＯＨＴの場合、記録媒体の表面に付着するトナーの定着性が悪いとＯＨＴの透過性が悪化するといった問題に対して効果がある。

さらに、制御ＣＰＵ２１０は、給紙された記録媒体の種類を判別し、その結果に応じて記録媒体の搬送速度を変更するように制御する。この搬送速度の制御は、速度を実際に制御しているＡＳＩＣ２２３の速度制御レジスタ値を制御ＣＰＵ２１０によって設定しなおすことによって実現する。坪量が異なる記録媒体に対して定着温度条件を変え、例えば、比較的厚みのある記録媒体では、熱容量が大きいので定着温度を高めに制御し、一方、比較的厚みが少ない、つまり熱容量が小さい記録媒体は、定着温度を低めにして定着する。または、記録媒体の坪量によって記録媒体搬送速度を変えて制御することもできる。

また、ＯＨＴあるいはグロス紙などの場合において、これらを判別して記録媒体の表面に付着するトナーの定着性を上げ、グロスを高めて画質の向上を図ることもできる。

本実施例１では、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって撮像した記録媒体３０４の表面画像からＡＳＩＣ２２３によるハード回路によって、後述するＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析及びその結果である各Ｗａｖｅｌｅｔ成分に対して所定の演算を行う。その結果から制御ＣＰＵ２１０は、高圧電源２１９の現像条件、あるいは定着ユニット１２２の制御温度条件、あるいは記録媒体の搬送速度を変更するように制御することができる。

次に、本発明の記録媒体判別装置について以下に説明する。
図３は、記録媒体の表面平滑性を行うための記録媒体判別装置の概略構成図である。映像読取センサ１２３は、照射手段である反射用ＬＥＤ３０１と、画像読取手段であるＣＭＯＳエリアセンサ２１１と、結像レンズ３０３とを備えている。ここでＣＭＯＳエリアセンサ２１１は、ＣＣＤセンサとすることもできる。

反射用ＬＥＤ３０１を光源とする光は、記録媒体３０４の表面に向けて照射される。本実施例では、光源をＬＥＤとしたが、例えば、キセノン管やハロゲンランプなどを用いることもできる。記録媒体３０４からの反射光は、レンズ３０３を介して集光されてＣＭＯＳエリアセンサ２１１に結像する。これによって記録媒体３０４の表面の映像を読み取ることができる。

本実施例では、ＬＥＤ３０１は、ＬＥＤ光が記録媒体３０４表面に対し、所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。

図４（ａ）乃至（ｃ）は、映像読取センサによって読み取られる記録媒体の表面の画像を示す図である。映像読取センサ１２３のＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって読み取られた記録媒体３０４の表面画像を、８ビットのピクセルデータにアナログ／ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換という）した結果を示す図である。

図４（ａ）に示す映像４０の記録媒体Ａは、表面の紙の繊維が比較的がさついている所謂ラフ紙である。図４（ｂ）に示す映像４１の記録媒体Ｂは、一般に使用される所謂普通紙である。図４（ｃ）に示す映像４２の記録媒体Ｃは、紙の繊維の圧縮が十分になされているグロス紙である。それぞれの表面拡大映像を示している。ＣＭＯＳセンサ２１１に読み込まれたこれらの映像４０〜４２は、記録媒体の種類によって異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。

これらのＣＭＯＳエリアセンサ２１１で記録媒体の表面を読み込んだ結果の映像に、後述するＷａｖｅｌｅｔ変換を施したデータにより、記録媒体の紙繊維の表面状態を識別することができ、記録媒体の判別が可能となる。

以上の動作を行うためのＣＭＯＳエリアセンサ２１１の制御回路について、図５を用いて説明する。
図５は、本発明の実施例１におけるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。制御回路７０２は、記録媒体の映像情報に対して後述するＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析を行う変換回路７１０を備え、記録媒体の種類を判別する判別手段である制御ＣＰＵ２１０と、画像読取手段であるＣＭＯＳエリアセンサ２１１とに接続されている。

また、制御回路７０２は、インターフェース制御回路７０４と、変換回路７１０によって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に所定の演算を行なう演算手段である演算回路７０５とを備えている。さらに、記録媒体の表面のあるレベルのＷａｖｅｌｅｔ成分の演算結果が格納されるレジスタＡ７０６と、レジスタＡと異なるレベルのＷａｖｅｌｅｔ成分の演算結果が格納されるレジスタＢ７０７と、制御レジスタ７０８とを備えている。演算回路７０５による演算結果によって記録媒体の種類を制御ＣＰＵ２１０により判別する。

次に、制御回路７０２の動作について説明する。
制御ＣＰＵ２１０は、制御レジスタ７０８に対して、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１の動作指示を与えると、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって記録媒体の表面画像の撮像が開始される。つまり、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１に電荷の蓄積が開始される。インターフェース制御回路７０４から、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔによってＣＭＯＳエリアセンサ２１１を選択する。所定のタイミングにてＳＹＳＣＬＫを生成すると、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１からＳｌ＿ｏｕｔ信号を経由して、撮像されたディジタル画像データが送信される。

インターフェース制御回路７０４を経由して受信した撮像データは、変換回路７１０に入力されて後述するＷａｖｅｌｅｔ変換されて複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に分解される。予め定められた複数のあるレベルのＷａｖｅｌｅｔ成分に後述する方法に基づいた演算を行った結果がレジスタＡ７０６及びレジスタＢ７０７に格納される。制御ＣＰＵ２１０は、上述した２つのレジスタの値から、記録媒体の表面平滑性を判定する。なお、本実施例では、レジスタの数をＡ、Ｂの２つとしているが、必要に応じて増減されても構わない。

次に、図６を用いてＣＭＯＳエリアセンサの回路ブロック図について説明する。
図６は、本発明の実施例１におけるＣＭＯＳエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。ＣＭＯＳエリアセンサ２１１は、ＣＭＯＳエリアセンサ部８０１を備え、例えば、６４×６４画素分のセンサがエリア状に配置されている。ＣＭＯＳエリアセンサ２１１は、さらに垂直方向シフトレジスタ８０２及び８０３と、出力バッファ８０４と、水平方向シフトレジスタ８０５と、システムクロック８０６と、タイミングジェネレータ８０７とを備えている。

次に、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１の動作について説明する。
Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号８１３をアクディブとすると、ＣＭＯＳセンサ部８０１は、受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック８０６を与えると、タイミングジェネレータ８０７によって、垂直方向シフトレジスタ８０２及び８０３は読みだす画素の列を順次選択され、出力バッファ８０４にデータを順次格納される。

出力バッファ８０４に格納されたデータは、水平方向シフトレジスタ８０５によって、Ａ／Ｄコンバータ８０８ヘと転送される。Ａ／Ｄコンバータ８０８で８ビットのピクセルデータにディジタル変換された画素データは、出力インターフェース回路８０９によって所定のタイミングで制御され、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号８１３がアクティブの期間、Ｓｌ＿ｏｕｔ 信号８１０に出力される。

一方、制御回路８１１によって、Ｓｌ＿ｉｎ信号８１２よりＡ／Ｄ変換ゲインを変更するよう制御することができる。例えば、撮像した画像のコントラストが得られない場合は、ＣＰＵはゲインを変更して常に最良なコントラストで撮像することができる。

次に、Ｗａｖｅｌｅｔ変換による記録媒体の表面の多重解像度解析、及び解析結果である複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に施す演算内容について説明する。

まず、Ｗａｖｅｌｅｔ変換について簡単に説明する。関数

のマザー・ウェーヴレット

によるＷａｖｅｌｅｔ変換は次式で定義される。

これは、

の近傍で信号

が

に相似であるかに応じて、信号平面上に波立ちが現れることを示している。これによって任意の信号は時間（本発明では位置）と周波数からなる信号平面上の分布として表現でき、この平面上の点

に位置が

で周波数が

であるような信号が対応する。但し、不確定性により最小の単位として信号平面上に面積２の領域を占める。逆に、式１のＷａｖｅｌｅｔ変換から元の信号

を復元する逆Ｗａｖｅｌｅｔ変換も次式で定義される。

実際の信号処理への応用においては、離散データを扱う方が都合が良く、座標

を

と離散化し、次式で表される離散Ｗａｖｅｌｅｔ変換が用いられる。

逆変換は

となる。この右辺２重和の一方を

と書き、

と書く。整数ｊをレベルと呼ぶ。

ここで、エリアセンサによって静止時における記録媒体表面を撮像した結果を１ラインに並べたものを

とし、この補間関数

をＷａｖｅｌｅｔ変換すると

と表すことができる。これは

をＷａｖｅｌｅｔ成分

（ｊ＝−１，−２，−３，…）に分解したことに対応し、多重解像度解析と言う。これにより、離散Ｗａｖｅｌｅｔ変換の信号平面上の表示は、図７に示すようになる。

図７は、本発明の実施例１におけるＷａｖｅｌｅｔ成分の構成する信号平面について説明するための図である。レベルｊを１つずつ下げていくと解像度は半分になり、例えば、

の位置分解能は元の撮像データ

のサンプリング間隔の１／２である。記録媒体の表面の凹凸に応じて、図７に示すセル毎に、紙面に対して垂直手前方向を正として振幅が現れることで、位置、周波数、振幅の情報を一度に扱うことができる。

マザー・ウェーヴレット

は、与えられた数列

に対してトゥー・スケール関係

を満たすスケーリング関数

を使って

と定義される。本実施例においては、スケーリング関数

として４階のカーディナルＢスプライン

を用いた。ここで、

は切断ベキ関数である。４階のカーディナルＢスプラインから求まるスプライン・ウェーヴレット（Ｓｐｌｉｎｅ ｍ＝４）は、周波数分解能がよいのが特徴である。

図８（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１におけるスケーリング関数φ（ｘ）及びマザー・ウェーヴレットψ（ｘ）をプロットした図である。図８（ａ）に４階のカーディナルＢスプライン、図８（ｂ）にスプライン・ウェーヴレット（Ｓｐｌｉｎｅ ｍ＝４）を示す。

なお、Ｗａｖｅｌｅｔ変換の詳細な理論、即ち

からの補間関数

の導出、数列

及び

並びにマザー・ウェーヴレット

の導出、式５に示す分解アルゴリズムの実際などについては省略し、Ｗａｖｅｌｅｔ変換の定義を述べるにとどめる。

図９（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１における紙Ａ及び紙Ｂの撮像データとＷａｖｅｌｅｔ成分との関係を示す概略図である。本実施例における紙種判別の概念図であり、エリアセンサによって撮像した紙Ａ及び紙Ｂの元波形がＷａｖｅｌｅｔ変換によってレベルｊ＝−２まで分解された様子を、簡単化して示している。図中、二重点線を前述の予め定めた閾値とする。

以下、本発明のＷａｖｅｌｅｔ変換を用いて分解された各Ｗａｖｅｌｅｔ成分において閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出する方法について説明する。また、記録媒体の種類を判別する従来の方式として元波形において閾値以上の振幅を持つ画素数を計数する方法について説明する。さらに、周波数変換をする手法の比較としてフーリエ変換を用いて記録媒体表面の周波数分布を用いる方法について順に概念的に説明する。

まず、Ｗａｖｅｌｅｔ変換を用いた本実施例の方法について説明する。
紙Ａ、紙Ｂともレベルｊ＝−２に見られる長周期の凹凸の中に、レベルｊ＝−１に存在する細かい凹凸が合わさった表面性を有していることがわかる。両者を特徴づけているのはレベルｊ＝−１の細かい凹凸の振幅と個数（発生頻度）である。そこに着目すると、紙Ａでは１目盛の振幅の凹凸が４個、紙Ｂでは２目盛の振幅の凹凸が２個存在する。図中の二重点線で示すように閾値を引けば、両者における発生頻度をそれぞれ４，２と正しく検出でき、両者を判別することができる。

次に、従来の方式として元波形において閾値以上の振幅を持つ画素数を計数する方法について説明する。
小さな凹凸を検出するため先程と同様に図中の二重点線で示す閾値を引くと、紙Ｂについては所定の画素数を２と検出するものの、紙Ａについては、長周期の凹凸の影響を受けて３と誤検出してしまう。この場合は、紙ＡとＢで同じ値にはならないものの、両者の差がＷａｖｅｌｅｔ変換を用いた場合よりも小さくなっており、実際の系では判別率が低下することを示している。

最後にフーリエ変換を用いて記録媒体の表面の周波数分布を用いる方法について説明する。
紙Ａ、紙Ｂの元波形をフーリエ変換（実際の系では処理速度の都合上ＦＦＴが用いられる）すると、どちらもＷａｖｅｌｅｔ変換で言うレベルｊ＝−１と−２に相当する周波数帯にスペクトルが存在する結果が得られる。レベルｊ＝−２相当のスペクトルは両者とも明らかに同じ強度を示す。しかしながら、Ｗａｖｅｌｅｔ変換では差異の見られたレベルｊ＝−１相当のスペクトルについて本例での強度を概念的に計算すると、紙Ａでは振幅１目盛の凹凸が４個で強度は１×４＝４、紙Ｂでは振幅２目盛の凹凸が２個で２×２＝４と同じ値になってしまう。差異が出ないため、両者を判別することができない。

実際の系においては、普通紙に近い表面性を有するラフ紙と、ラフ紙に近い表面性を有する普通紙が上記概念例に近い関係にある。

図１０は、本発明の実施例１における紙種判別の実例を示す図で、このような紙２種（ラフ紙Ｐ、普通紙Ｑ）を本実施例のＷａｖｅｌｅｔ変換を用いた方法によって判別する様子を示す。複数枚データの平均値を曲線で繋ぎ、レベル毎に最大最小バラツキを記している。レベルｊ＝−４〜−６に顕著な差が見られ、二重線で示すように閾値を設定すれば、両者を判別できることがわかる。実装段階においては、処理速度を優先してレベルｊ＝−４までで処理を中止して判別しても良いし、レベルｊ＝−６まで演算を行い、複数のレベル（この場合は４〜６の３レベル）で判別を行うことで判別精度の向上を優先しても良い。これは、目的に合わせて柔軟に設計をすることができる。

ところで、概念例では紙表面の特徴がレベルｊ＝−１にあるとした。しかしながら、記録媒体の種類によって、特徴を示す即ち判別に用いるレベルｊは異なる。実際は、必要なレベルｊのＷａｖｅｌｅｔ成分において、それぞれ予め定めた閾値以上の振幅を持つ画素の数を計数して発生頻度を算出する。ここで、発生頻度の算出については、上記画素数の計数のみでもよいし、所定の閾値以下の振幅を持つ画素数に対する割合でもよい。また、実例においては、レベルｊ＝−１はＡ／Ｄ変換器の量子化誤差や回路上の雑音など高周波ノイズ成分であることが多い。上述した実施例においても紙の特徴を示しているのはレベルｊ＝−４〜−６であった。また、極めて低いレベルには、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１の幅いっぱいの長い周期を持つ光量ムラなどの低周波ノイズ成分が存在する。本発明においては、紙の特徴をよく表しているレベルのＷａｖｅｌｅｔ成分を選択的に用いることで、上記高周波及び低周波ノイズの影響を除去することができる。これにより、従来例で見られるように、記録媒体の搬送中の校正用画像を搬送・停止を繰り返しながら複数回撮影する必要がなく、記録媒体の判別に必要な処理時間を短縮することができ、ユーザビリティの向上に繋がる。

なお、記録媒体を撮像した画像及び各Ｗａｖｅｌｅｔ成分は、ＡＳＩＣ２２３に包含されるメモリ（図示せず）にその内容を保持されて演算に用いられる。また、メモリはＡＳＩＣ２２３に包含されるものでなくともよく、特に限定されるものではない。例えば、制御ＣＰＵ２１０に内在する、或いは外部に存在し、図示しないバス等で接続されたメモリでも構わない。

以上、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって静止時における記録媒体の表面を撮像した結果にＷａｖｅｌｅｔ変換を用いて分解された各Ｗａｖｅｌｅｔ成分において閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出する。これにより、１回の撮影でノイズや光量ムラの影響を受けず記録媒体の表面の微少な特徴を的確に抽出することができ、記録媒体の紙種を短時間でより高い確度で判別することが可能となる。

本実施例２において、異常画素検出アルゴリズム以外の基本的な構成は、上述した実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１１は、本発明の実施例２における異常画素検出アルゴリズムを示す概略図で、異常画素検出アルゴリズムについて模式的に示したものである。本実施例２では、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって静止時における記録媒体の表面を撮像した結果にＷａｖｅｌｅｔ変換を用いて分解された各Ｗａｖｅｌｅｔ成分について行なう。記録媒体の判別に用いる周波数帯（レベル）よりも高い周波数帯のＷａｖｅｌｅｔ成分において、予め定めた異常検出用閾値以上の振幅値を示す画素を傷や汚れなどの異常画素として認識する（図中の１）。そして、認識された画素近傍について、予め定めた範囲内（例えば、±５画素以内）のデータを全てのＷａｖｅｌｅｔ成分で破棄する（図中の２）。

続いて、破棄されたデータを差し引き、正常な画素のみが残ったＷａｖｅｌｅｔ成分について、実施例１で示した通り判別に用いる周波数帯において所定の閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出する。このとき、データの一部が破棄されているため、単純に閾値以上の画素数を計数するのみでは、傷、即ち破棄されるデータの有無によって最終的な発生頻度が異なってしまう。そこで、以下の式
閾値以上の画素の発生頻度
＝閾値以上の画素の計数結果／（全画素数−破棄した画素数）
に示す通り、閾値以上の画素数の計数結果を、集計に用いた画素数即ち正常なデータの総数で除して正規化する。これにより、破棄されるデータの有無に依らない発生頻度が得られるため、安定して判別を行うことができる。

以上、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１によって静止時における記録媒体の表面を撮像した結果にＷａｖｅｌｅｔ変換を用いて分解された各Ｗａｖｅｌｅｔ成分について行なう。記録媒体の判別に用いる周波数帯（レベル）よりも高い周波数帯のＷａｖｅｌｅｔ成分において、予め定めた異常検出用閾値以上の振幅値を示す画素から一定範囲内の領域のデータを破棄する。そして、残りの正常なデータのみを用いて記録媒体の表面の凹凸を計数して正規化する。これにより、複数回の撮影を行うことなく記録媒体の表面やレンズカバーの傷の影響を排除して安定的に発生頻度を算出でき、記録媒体の紙種を短時間でより高い確度で判別することが可能となる。

本実施例３において、Ｗａｖｅｌｅｔ変換処理開始タイミング以外の基本的な構成は、上述した実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１２は、本発明の実施例３におけるフーリエ変換（ＦＦＴ）とＷａｖｅｌｅｔ変換による判別処理時間の比較を示す概略図で、判別処理タイミングについての概念図である。時間軸ｔの上段に比較対象であるフーリエ変換（ＦＦＴ）を用いた場合の記録媒体判別タイミングチャート、下段にＷａｖｅｌｅｔ変換を用いた場合について示している。

ＦＦＴでは、撮像結果全体を一括して周波数変換する。そのため、ＣＭＯＳエリアセンサ２１１が撮像を行い、演算手段を備えるＡＳＩＣ２２３にデータを転送し、全画素の情報を転送し終えてからＦＦＴを演算、という一連の動作を順に行うため、全体の処理時間はそれぞれにかかる時間の単純和となる。

これに対し、Ｗａｖｅｌｅｔ変換では、局所的に周波数変換を行うため、変換を行うのに必要最低限の画素数分の情報さえ演算手段が受け取れば変換処理を開始できる。図１２に示すように、通信が完了せずとも変換処理を開始し、以後通信と変換処理を平行して行えるため、記録媒体の判別に要する時間を短縮できる。また、この処理時間の差は、画素数が多い場合、通信に要する時間もそれに比例して増えるため、更に顕著となる。

以上、Ｗａｖｅｌｅｔ変換を開始するのに必要最低限な画素数分の情報を画像読取手段より受け取り次第、変換処理を逐次開始する。これにより、画像読取手段と変換手段との通信速度の制限などにより全画素の情報を受け取り終えるまで待機してから処理を開始する必要がなくなり、記録媒体の種類を短時間で自動判別することによるユーザビリティの向上を実現する。

本発明に係る画像形成装置の実施例１を説明するための概略構成図である。 本発明の実施例１による制御ＣＰＵが制御する各ユニットの構成を示す図である。 記録媒体の表面平滑性を行うための記録媒体判別装置の概略構成図である。 映像読取センサによって読み取られる記録媒体の表面の画像を示す図である。 本発明の実施例１におけるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。 本発明の実施例１におけるＣＭＯＳエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。 本発明の実施例１におけるＷａｖｅｌｅｔ成分の構成する信号平面について説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１におけるスケーリング関数φ（ｘ）及びマザー・ウェーヴレットψ（ｘ）をプロットした図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１における紙Ａ及び紙Ｂの撮像データとＷａｖｅｌｅｔ成分との関係を示す概略図である。 本発明の実施例１における紙種判別の実例を示す図である。 本発明の実施例２における異常画素検出アルゴリズムを示す概略図である。 本発明の実施例３におけるフーリエ変換（ＦＦＴ）とＷａｖｅｌｅｔ変換による判別処理時間の比較を示す概略図である。

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０２ 用紙カセット
１０３ 給紙ローラ
１０４ 転写ベルト駆動ローラ
１０５ 転写ベルト
１０６〜１０９ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム
１１０〜１１３ 各色用の転写ローラ
１１４〜１１７ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ
１１８〜１２１ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット
１２２ 定着ユニット
１２３ 画像読取センサ
２１０ 制御ＣＰＵ
２１１ ＣＭＯＳエリアセンサ
２１２〜２１５ ポリゴンミラー、モータ及びレーザ
２１６ 給紙モータ
２１７ 給紙ソレノイド
２１８ 紙有無センサ
２１９ 高圧電源
２２０ ドラム駆動モータ
２２１ ベルト駆動モータ
２２２ 低圧電源
２２３ ＡＳＩＣ
２２４ メモリ
３０１ 反射用ＬＥＤ
３０３ レンズ
３０４ 記録媒体
７０２ 制御回路
７０４ インターフェース制御回路
７０５ 演算回路
７０６ レジスタＡ
７０７ レジスタＢ
７０８ 制御レジスタ
７１０ 変換回路
８０１ ＣＭＯＳエリアセンサ部
８０２、８０３ 垂直方向シフトレジスタ
８０４ 出力バッファ
８０５ 水平方向シフトレジスタ
８０６ システムクロック
８０７ タイミングジェネレータ
８０８ Ａ／Ｄコンバータ
８０９ 出力インターフェース回路
８１０ Ｓｌ＿ｏｕｔ 信号
８１１ 制御回路
８１２ Ｓｌ＿ｉｎ信号
８１３ Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号

Claims (7)

1. 記録媒体の表面上に光を照射する光照射手段と、該光照射手段によって照射される前記記録媒体の光照射領域内を映像として読み取って出力する画像読取手段とを備え、静止時における前記記録媒体の表面の映像情報をもとに該記録媒体の種類を判別する記録媒体判別装置において、
   前記画像読取手段により得られた前記記録媒体の映像情報に対してＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析を行う変換手段と、該変換手段によって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に所定の演算を行なう演算手段と、該演算手段による演算結果によって前記記録媒体の種類を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする記録媒体判別装置。
2. 前記演算手段は、前記記録媒体の映像情報から前記変換手段によって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分について、該Ｗａｖｅｌｅｔ成分毎に予め定めた閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出し、前記判別手段は、算出された前記発生頻度に基づいて前記記録媒体の種類を判別することを特徴とする請求項１に記載の記録媒体判別装置。
3. 前記記録媒体の判別に用いる周波数帯よりも高い周波数帯における前記Ｗａｖｅｌｅｔ成分において所定の値以上の振幅値を示す画素を検出した場合に、全てのＷａｖｅｌｅｔ成分において当該画素近傍のデータを破棄し、残りのデータのみを用いて前記記録媒体の種類を判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の記録媒体判別装置。
4. 前記変換手段は、前記Ｗａｖｅｌｅｔ変換を開始するのに必要最低限な画素数分の情報を前記画像読取手段より受け取り次第、前記Ｗａｖｅｌｅｔ変換を開始することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の記録媒体判別装置。
5. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を露光走査して潜像を形成する露光手段と、前記潜像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像手段と、所定方向に搬送される記録媒体に前記現像手段による前記現像剤像を転写する転写手段と、該転写手段によって前記現像剤像を転写された前記記録媒体を所定の定着処理条件において加熱及び加圧することにより前記現像剤像を記録媒体に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の記録媒体判別装置を備え、該記録媒体判別装置により判別された記録媒体の種類に対応して、画像を形成する画像処理手段と前記露光手段と前記現像手段と前記転写手段と前記定着手段における印字条件を可変制御する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 記録媒体の表面上に光を照射する光照射手段と、該光照射手段によって照射される前記記録媒体の光照射領域内を映像として読み取って出力する画像読取手段とを備え、静止時における前記記録媒体の表面の映像情報をもとに該記録媒体の種類を判別する記録媒体判別装置における記録媒体判別方法において、
   前記記録媒体の映像情報に対してＷａｖｅｌｅｔ変換による多重解像度解析を行う変換ステップと、該変換ステップによって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分に所定の演算を行なう演算ステップと、該演算ステップによる演算結果によって前記記録媒体の種類を判別する判別ステップとを有することを特徴とする記録媒体判別方法。
7. 前記演算ステップは、前記記録媒体の映像情報から前記変換手段によって生成される複数のＷａｖｅｌｅｔ成分について、該Ｗａｖｅｌｅｔ成分毎に予め定めた閾値以上の振幅を持つ画素の発生頻度を算出するステップを含み、前記判別ステップは、算出された前記発生頻度に基づいて前記記録媒体の種類を判別するステップであることを特徴とする請求項６に記載の記録媒体判別方法。

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