JP2020010306A - 画像読取装置、画像形成装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】白フレア現象および黒フレア現象に対する補正を行い、より高精度に原稿の画像濃度を読み取る。【解決手段】撮影対象の原稿に対して照明光を照射して撮像素子で撮影する画像読取装置において、撮影画像の注目画像領域に対する周辺画像の濃度の影響を、当該周辺画像の読取値と第１の関数との累積演算値を係数とし、前記周辺画像の読取値と第２の関数の累積演算値とを加算値として、前記注目画像領域の読取画像信号を補正する。【選択図】図１２

Description

本発明は、画像読取装置、画像形成装置およびプログラムに関する。

一般に、スキャナと呼ばれる画像読取装置においては、原稿画像を正確に量子化して階調値にデータ化することが求められる。一方で、画像読取装置において、フレア現象と呼ばれる読取階調値誤差が生じることが知られている。読取階調値誤差は、周辺画像濃度の違いによって、撮影画像の注目画像領域における読取階調値に発生する誤差である。

従来、このような読取階調値誤差を画像処理的に補正する技術がある。特許文献１には、画像読取装置の原稿面付近でフレア状態を検出し、その検出したフレア状態（関数）を用いて、フレア現象による誤差を補正する技術が開示されている。

従来の技術によれば、原稿画像の白画像に影響される白フレア現象をソフトウェアで補正する手段として有効である。しかしながら、従来の技術によれば、補正に必要なフレア分布の取得に手間がかかり、さらに読取画像の濃度が高い時に影響される黒フレア現象の補正ができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、白フレア現象および黒フレア現象に対する補正を行い、より高精度に原稿の画像濃度を読み取ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、撮影対象の原稿に対して照明光を照射して撮像素子で撮影する画像読取装置において、撮影画像の注目画像領域に対する周辺画像の濃度の影響を、当該周辺画像の読取値と第１の関数との累積演算値を係数とし、前記周辺画像の読取値と第２の関数の累積演算値とを加算値として、前記注目画像領域の読取画像信号を補正する、ことを特徴とする。

本発明によれば、白フレア現象および黒フレア現象に対する補正を行い、より高精度に原稿の画像濃度を読み取ることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる画像形成装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、画像読取装置の構成を概略的に示す図である。 図３は、画像読取装置における黒フレア現象を示す説明図である。 図４は、フレア現象が発生している読取画像を例示的に示す図である。 図５は、画像読取装置の制御部の構成を示すブロック図である。 図６は、画像読取装置における基本的な用語について解説する図である。 図７は、白フレア補正のためのデータを示すグラフである。 図８は、黒フレア補正のためのデータを示すグラフである。 図９は、黒フレア補正データ取得、および、白フレア補正データ取得に用いる基準チャート例を示す図である。 図１０は、評価領域読取値分布を示すグラフである。 図１１は、黒フレア補正データ取得、および、白フレア補正データ取得に用いる基準チャート例を示す図である。 図１２は、補正計算の概要を示す図である。

以下に添付図面を参照して、画像読取装置、画像形成装置およびプログラムの実施の形態を詳細に説明する。

図１は、実施の形態にかかる画像形成装置１の構成を概略的に示す図である。図１において、画像形成装置１は、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する一般に複合機（ＭＦＰ：Multifunction Peripheral/Printer/Product）と称されるものである。

図１に示すように、画像形成装置１は、本体２と原稿自動送り装置（以下、ＡＤＦという）３とを有する。本体２は、原稿の画像を読み取る画像読取装置５と、書込ユニット６とエンジン部７及び給紙ユニット８とからなる画像形成部９を有する。ＡＤＦ３は読み取る原稿を画像読取装置５に送り、画像読取装置５で読み取った原稿を回収する。画像形成部９は、画像読取装置５で読み取った撮影画像の画像形成を行う。

次に、画像読取装置５について説明する。

図２は、画像読取装置５の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、画像読取装置５は、フラットベット方式の画像読取装置を適用したものである。図２に示すように、画像読取装置５は、第１の走行体１５と、第２の走行体１７と、レンズ２０と、ラインセンサ２１とを備えている。

第１の走行体１５は、コンタクトガラス１０に載置された原稿１１に読取用の光を照射する光源１２とリフレクタ１３及び第１ミラー１４を有する。

第２の走行体１７は、第２ミラー１６ａ、第３ミラー１６ｂを有する。読取レンズ２０は、第２の走行体１７の第３ミラー１６ｂからの光を集光する。ラインセンサ２１は、読取レンズ２０で集光した光を入射する。ラインセンサ２１には、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）が撮像素子として用いられる。

第１の走行体１５と第２の走行体１７とは、駆動モータの回転によりコンタクトガラス１０と平行に移動する。

フラットベット方式の画像読取装置５には、大別すると２つの読み取り方式がある。第１の方式は、読取対象である原稿１１をＡＤＦ３が１方向に移動させながらラインセンサ２１が原稿画像を２次元に読み取る方式である。第２の方式は、原稿１１がコンタクトガラス１０に載置され、１方向にラインセンサ２１を含む読取系が移動することによって原稿画像を２次元読み取る方式である。さらに、光学系には縮小光学系と、等倍光学系の２種類が知られている。これらの何れの方式の画像読取装置においても、原稿面を照明する光源１２を内蔵している。本実施の形態は、これらいずれの方式を含む画像読取装置も対象とする。

画像読取装置においては、原稿画像を正確に量子化して階調値にデータ化することが求められる。一方で、画像読取装置において、フレア現象と呼ばれる読取階調値誤差が生じることが知られている。読取階調値誤差は、周辺画像濃度の違いによって、撮影画像の注目画像領域における読取階調値に発生する誤差である。本現象は以下の２つの物理現象によって生じている。
（１）原稿面での照明光の照り返しによる注目画像領域の照明光量の変動
（２）撮像素子内部での撮影光の拡散による撮影光の変動

（１）の物理現象は、図２に示すように、原稿１１を照明している光（１次照明光）が、原稿１１の反射率に応じて反射した光（２次照明光）によって再度原稿１１を照明する再照明現象により発生する。注目画像領域の反射率が高いほどこの照明光量変動の影響が大きい。本現象に対する補正方法については、特許文献１（特許第４１５９８６７号公報）などに示されるソフトウェアによる補正が提案されている。

以下に、図２の説明と共に、白フレアの物理現象を解説する。

光源１２から原稿１１に１次照明光として直接またはリフレクタ１３を経由して照射され、読取領域の反射光の一部が読取光軸に従って、第１ミラー１４、第２ミラー１６ａ、第３ミラー１６ｂを経由して読取レンズ２０により、ラインセンサ２１の撮像素子面に結像する。原稿１１の表面を反射した１次照明光の一部が画像読取装置５の構成要素で反射して再度読取領域を照明する光を、２次照明光と呼ぶ。この２次照明光の強度は原稿１１の表面での反射率（画像濃度）によって大きく変化することになる。つまり、本現象では、注目画像領域の周辺画像濃度によって、その照明光量が変化し、さらに注目画像領域の反射率が高いほど（濃度が低いほど）影響されることになる。このような現象は、原稿１１の白画像に強く影響されることから、白フレア現象と呼ばれる。

次に、（２）の物理現象である黒フレア現象について説明する。図３は、画像読取装置５における黒フレア現象を示す説明図である。

（２）の物理現象は、図３に示すように、原稿１１の画像から読取レンズ２０によって生じた結像光がラインセンサ２１の撮像素子２１ｂにまで到達して、ラインセンサ２１のガラス２１ａでその一部が反射し、乱反射光として再度ラインセンサ２１の撮像素子２１ｂに到達することにより生じる。

この現象の場合、乱反射光が入射した部位への結像光の入射光量には無関係に、乱反射光が生じた部位への入射光量だけで決定される。また、本現象により生じる読取値変動は、白フレア現象によるものに対しては相対的に小さいことが知られている。また、注目画像領域の濃度に関係なく周囲原稿濃度の違いにより生じている。

画像読取装置５に搭載するラインセンサ２１の撮像素子２１ｂは基本的に入射した光量に比例して信号値を出力するのに対して、人の認識は濃度や明度などの指標があるとおり、光量の対数や１／３乗と比例すると言われている。そのため特に人の眼は暗い側の画像（高濃度）に感度が高く、光量リニアな画像読取値のわずかな値の差で、濃度値換算すると大きな違いが生じてしまう。つまり、本現象では、読取画像が黒いとき（濃度が高いとき）大きく影響することから、黒フレア現象と呼ばれている。

上述したような２つのフレア現象に共通しているのは、読取対象の画像に対してその周辺濃度で読取値が変動してしまうということであり、特に正確に画像読取が必要な画像検査装置などでは、大きな撮影誤差となってしまうことが、分かっている。

図４は、フレア現象が発生している読取画像を例示的に示す図である。

図４に示すように、原稿画像に対して、白フレアの発生部位は中央が黒ずみ、黒フレアの発生部位はやや白みがかる。周辺が黒く中央部が黒ずんでしまう白フレア現象は、全面が白の基準画像を対象に画像読取装置５がシェーディング処理を行っているためである。このシェーディング状態は白フレアが最大限に発生する。この状態を基準とするため、両側が黒い原稿の中央部は２次照明光がほとんど無いことによる暗さとなり、黒ずんでしまうことになる。逆に下段黒パッチ部には黒フレア現象が発生し、周辺の白部の照明光がラインセンサ２１の撮像素子内部で多重反射して、黒パッチをやや白く読み取っている。

次に、画像読取装置５が備える制御系について説明する。

図５は、画像読取装置５の制御部４１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、画像読取装置５の制御部４１は、中央制御部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３と、シェーディング補正部４４、画像信号生成部４５と、演算処理部４６と、プログラム記憶部４７と、データ記憶部４８と、補正データ記憶部４９と、画像処理部５０と、外部出力部５１と、外部記憶媒体制御部５２と、を有する。

中央制御部４２は、画像読取装置５全体の動作を制御するＣＰＵを有し、原稿１１の画像を読み取り印刷するときに操作表示部５３から入力する各種印刷条件で装置全体の動作を管理する。

Ａ／Ｄ変換部４３は、ラインセンサ２１から送られた信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をシェーディング補正部４４に送る。

シェーディング補正部４４は、Ａ／Ｄ変換部４３で変換したデジタル信号についてシェーディング補正を実行する。

画像信号生成部４５は、画像データをデータ記憶部４８に格納する。

演算処理部４６は、データ記憶部４８に格納した画像データに対して所定の演算処理を実行する。

プログラム記憶部４７は、例えば、フレア補正データの計測とフレア補正の処理プログラムを記憶する。

本実施の形態の画像形成装置１で実行されるフレア補正データの計測とフレア補正の処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施の形態の画像形成装置１で実行されるフレア補正データの計測とフレア補正の処理プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態の画像形成装置１で実行されるフレア補正データの計測とフレア補正の処理プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施の形態の画像形成装置１で実行されるフレア補正データの計測とフレア補正の処理プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

データ記憶部４８は、画像データなどを記憶する。補正データ記憶部４９は、例えばフレア補正データを記憶する。

画像処理部５０は、画像認識部５４と変倍部５５とフィルタ部５６とγ補正部５７及び階調処理部５８を有する。

外部記憶媒体制御部５２は、フレキシブルディスクや光ディスク等の外部記憶媒体５９からの入出力を制御する。

次に、上述した白フレアおよび黒フレアを補正するための処理を説明する。

演算処理部４６は、プログラム記憶部４７に格納されたフレア補正データの計測の処理プログラムに従って動作することにより、白フレアおよび黒フレアを補正するためのフレア補正データをあらかじめ計測し、補正データ記憶部４９に格納する。また、演算処理部４６は、プログラム記憶部４７に格納されたフレア補正の処理プログラムに従って動作することにより、補正データ記憶部４９に格納されたフレア補正データに基づいて白フレアおよび黒フレアを補正する。

まず、白フレアおよび黒フレアに対する基本的な補正に対する考え方を以下に示す。図６は、画像読取装置５における基本的な用語について解説する図である。画像読取装置５の画像読取領域は、ライン読取する「主走査」と、ライン読取動作が走査する「副走査」の２つの方向が定義される。画像読取装置５に内蔵される光源１２は、ライン読取領域のみ照明し、これが走査されるとともに移動して、その位置関係を維持する。

次に、白フレアの補正方法について説明する。図７は、白フレア補正のためのデータを示すグラフである。図７（ａ）は白フレア関数範囲の分布を示し、図７（ｂ）は白フレア関数強度値の分布を示すものである。図７において、Ｈｗは主走査方向のフレア範囲を示す。Ａは副走査方向における後側フレア範囲、Ｂは副走査方向における前側フレア範囲を示す。

図７（ａ）に示すグラフの横軸は副走査方向、縦軸は主走査方向を示している。図７（ａ）におけるひし形中央を注目読取位置とする。図７（ａ）に示すグラフは、その注目読取位置に対するフレアの影響度（％）を階調で示しているフレア分布グラフとなる（黒ほど影響度が高い）。

フレアの影響度とは、読取位置に対する照明光量変動量を示しており、中央の注目読取位置に対して、ひし形内部の各ポイントでの原稿読取値が、その影響度に応じて読取値に影響するということになる。このひし形形状は、一般的に主走査方向は対称だが、図７（ａ）のＡ，Ｂのように副走査方向はフレアに影響する光学系が対象ではないため異なるものとなっている。

さらに、図７（ｂ）に示すグラフに示される総体積（Ｗｍａｘ）が白フレアの影響度の総量となる。

次に、黒フレアの補正方法について説明する。図８は、黒フレア補正のためのデータを示すグラフである。図８（ａ）は黒フレア関数範囲の分布を示し、図８（ｂ）は黒フレア関数強度値の分布を示すものである。図８において、Ｈｂは主走査方向のフレア範囲を示す。Ｃは副走査方向における前側フレア範囲、Ｄは副走査方向における後側フレア範囲を示す。

図８（ａ）に示すグラフの横軸は副走査方向、縦軸は主走査方向を示している。図８（ａ）におけるひし形中央を注目読取位置とする。その注目読取位置に対するフレアの影響度（％）を階調で示しているフレア分布グラフとなる（黒ほど影響度が高い）。

フレアの影響度とは、読取位置に対する周辺からの入射光量を示しており、中央の注目読取位置に対して、ひし形内部の各ポイントでの原稿読取値が、その影響度に応じて読取値に影響するということになる。このひし形形状は、一般的に主走査方向は対称だが、図８（ａ）のＣ，Ｄのように副走査方向はフレアに影響する光学系が対象ではないため異なるものとなっている。

さらに、図８（ｂ）に示すグラフに示される総体積（Ｂｍａｘ）が黒フレアの影響度の総量となる。

この両者のフレア現象は、前述の通り白フレア現象は“掛け算”であり、黒フレア現象は“足し算”であることから、統一した処理はできない。この現象を元にした簡易的な読み取り画像信号値の計算モデル式を以下に示す。
読取画像信号＝（白フレア影響度＋１．０）×真の読取画像信号＋黒フレア影響値
真の読取画像信号＝（読取画像信号−黒フレア影響値）／（白フレア影響度＋１．０）

白フレア影響度（白フレア関数：第１の関数）は、原稿読取位置周辺で反射したフレア照明光比である。すなわち、白フレア影響度（白フレア関数：第１の関数）は、周辺画像濃度による照明光量の増加分を表す関数である。

黒フレア影響値（黒フレア関数：第２の関数）は、読取撮像素子周辺で反射したフレア光による加算値である。すなわち、黒フレア影響値（黒フレア関数：第２の関数）は、注目画像領域に相当する撮像素子に対する、周辺画像濃度による読取光量分を表す関数である。

上記の白フレア影響度と黒フレア影響値は、周辺データの総和である。この周辺範囲は、白フレア現象と、黒フレア現象とで、範囲（主走査方向の画像範囲）は異なることから、これらを統合した各フレアを補正する計算式（１）は、以下の通りとなる。

次に、白フレアおよび黒フレアについての各フレア補正データの取得方法について、以下に説明する。

図９は、黒フレア補正データ取得、および、白フレア補正データ取得に用いる基準チャート例を示す図である。なお、図９には寸法が記載されているが、Ａ３画像を例にとった一例である。

図９に示すように、白フレア補正データ取得には、主走査フレア分布用の基準チャートＸ１と、副走査フレア分布用の基準チャートＹとが用いられる。主走査フレア分布用の基準チャートＸ１は、副走査方向に開いていく白三角形パターンである。副走査フレア分布用の基準チャートＹは、副走査方向に対して交互に表れる白黒帯パターンである。

一方、図９に示すように、黒フレア補正データ取得には、主走査フレア分布用の基準チャートＸ２と、副走査フレア分布用の基準チャートＹとが用いられる。主走査フレア分布用の基準チャートＸ２は、副走査方向に開いていく黒三角形パターンである。副走査フレア分布用の基準チャートＹは、白フレアで用いるものと同じである。

演算処理部４６は、これらのチャートＸ１，Ｙ，Ｘ２を読み取った画像データを用いて、図７（ａ）に示すＨｗ／Ａ／Ｂ、及び、図８（ａ）に示すＨｂ／Ｃ／Ｄの値を算出する。

作業者は、フレア分布を取得したい画像読取装置５に上記チャートＸ１，Ｙ，Ｘ２を読み取らせる。演算処理部４６は、その読取画像データから、評価領域Ｏのデータを取り出し、評価領域読取値を算出する。

ここで、図１０は評価領域読取値分布を示すグラフである。演算処理部４６は、図１０中に示す範囲で、白フレア関係の特性値Ｈｗ／Ａ／Ｂ及び、黒フレア関係の特性値Ｈｂ／Ｃ／Ｄ値を導出する。

具体的には、白フレアの主走査フレア範囲（Ｈｗ）は、図１０に示す評価領域読取値分布の傾斜部分（副走査方向の白フレア影響範囲）の幅に該当する主走査サイズである。また、白フレアの副走査フレア範囲（Ａ，Ｂ）は、図１０に示す評価領域読取値分布の画像信号が高い部分の傾斜部分（主走査方向の白フレア影響範囲）の幅に該当する副走査サイズである。

黒フレアの主走査フレア範囲（Ｈｂ）は、図１０に示す評価領域読取値分布の傾斜部分（副走査方向の黒フレア影響範囲）の幅に該当する主走査サイズである。また、黒フレアの副走査フレア範囲（Ｃ，Ｄ）は、図１０に示す評価領域読取値分布の画像信号が低い部分の傾斜部分（主走査方向の白フレア影響範囲）の幅に該当する副走査サイズである。

続いて、Ｗｍａｘ及びＢｍａｘの算出手法について説明する。

図１１は、黒フレア補正データ取得、および、白フレア補正データ取得に用いる基準チャート例を示す図である。

図１１に示すように、Ｗｍａｘ及びＢｍａｘのデータ取得には、基準チャートＺが用いられる。基準チャートＺは、副走査方向（搬送方向）において白エリアＺ１と黒エリアＺ２とが別々に形成されたパターンである。図１１に示すように、白エリアＺ１である黒フレア評価領域には、黒地の小エリアＪが設けられている。なお、エリアＨは、白エリアＺ１の所定の領域である。また、図１１に示すように、黒エリアＺ２である白フレア評価領域には、白地の小エリアＩが設けられている。なお、エリアＫは、黒エリアＺ２の所定の領域である。

作業者は、フレア分布を取得したい画像読取装置５に上記チャートＺを読み取らせる。Ｗｍａｘ及びＢｍａｘは最大フレア量と考えれば良いことから、演算処理部４６は、基準チャートＺにおけるＨ，Ｉ，Ｊ，Ｋのポイントの読取値を用いて、以下の計算式でＷｍａｘ及びＢｍａｘを求める。
Ｗｍａｘ＝Ｈ／Ｉ
Ｂｍａｘ＝Ｊ−Ｋ

以上の処理によって、白フレア及び黒フレアのフレア補正データを算出する。

なお、本算出処理は、生産する画像読取装置（スキャナ）の１台ごとに実施しても良いが、画像読取装置の品質が安定していれば、特に１台ごとに実施する必要は無く、代表の数台の平均値で十分である。

また、本補正関数は、補正対象の画像読取装置がＲＧＢ読取のカラー画像読取装置である場合、ＲＧＢ画像ごとに補正関数を持つことになる。

実際の補正計算の概要を図１２に示す。図１２は、補正計算の概要を示す図である。図１２に示すように、真の読取画像信号は下記式により表すことができる。
Ｖ´＝（Ｖ−Ｂ）／（Ｗ＋１．０）
Ｖ´：真の読取画像信号
Ｖ ：読取画像信号
Ｂ ：黒フレア影響値
Ｗ ：白フレア影響度

なお、注目画素が端の場合、関数範囲内に画像データが無い場合、画像データがグレー値（６０／２５５など）で補完する。本来、撮影範囲外は照明が当たらず、さらに金属フレーム等であることが多いため、この程度で対応が可能である。

このように本実施の形態によれば、画像濃度の低いところと、高いところに対するフレアの影響を同時に補正できることで、画像の全階調を補正できるようになり、さらに異なる関数を用いることで、原因の異なる条件でも適用が可能になる。これにより、原稿面付近でのフレア現象の補正とともに、撮像素子内で発生するフレア現象に対する補正を、異なる２つの関数を用いて１つの式で行い、より高精度に原稿の画像濃度を読み取ることができる。

なお、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置１を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に適用した例を挙げて説明するが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

１ 画像形成装置
５ 画像読取装置
９ 画像形成部

特許第４１５９８６７号公報

Claims (5)

1. 撮影対象の原稿に対して照明光を照射して撮像素子で撮影する画像読取装置において、
   撮影画像の注目画像領域に対する周辺画像の濃度の影響を、当該周辺画像の読取値と第１の関数との累積演算値を係数とし、前記周辺画像の読取値と第２の関数の累積演算値とを加算値として、前記注目画像領域の読取画像信号を補正する、
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記第１の関数は、
   前記注目画像領域に対する前記周辺画像の濃度による照明光量の増加分を表す関数である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記第２の関数は、
   前記注目画像領域に相当する前記撮像素子に対する前記周辺画像の濃度による読取光量分を表す関数である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置で読み取った撮影画像の画像形成を行う画像形成部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 撮影対象の原稿に対して照明光を照射して撮像素子で撮影する画像読取装置を制御するコンピュータを、
   撮影画像の注目画像領域に対する周辺画像の濃度の影響を、当該周辺画像の読取値と第１の関数との累積演算値を係数とし、前記周辺画像の読取値と第２の関数の累積演算値とを加算値として、前記注目画像領域の読取画像信号を補正する手段として機能させるためのプログラム。

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