JP2021057635A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的低コストで、スペクトラム拡散に起因するノイズを抑制する画像処理装置を得る。【解決手段】 アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１は、イメージセンサー１１の出力信号をサンプルホールドする。タイミング信号生成回路２８は、ＡＦＥ２１のサンプリングタイミングを指定するサンプリングクロックを生成する。コントローラー２９ａは、サンプリングクロックの位相を調整する調整処理を実行し、調整処理において、（ａ）イメージセンサー１１に基準板を読み取らせ、（ｂ）所定の複数の位相を順番にタイミング信号生成回路２８にセットし、（ｃ）その複数の位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、その平均値の変動幅を示す指標の値を計算し、（ｄ）その指標の値が最小となる位相を上述のサンプリングクロックの位相とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、画像処理装置に関するものである。

イメージセンサーを使用して画像を読み取る場合、サンプルホールドタイミングで、イメージセンサーの出力信号がサンプルホールドされ、アナログ画像信号が生成される。

ある画像処理装置は、不要輻射を抑制するために、スペクトラム拡散クロックジェネレーター（ＳＳＣＧ）を使用しており、スペクトラム拡散に起因するライン画像データにノイズが発生し画質が低下するため、そのノイズ成分を抽出し、そのノイズ成分の値に基づいて、ノイズ成分が抑制されるように画素データの補正を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８−８８５６８号公報

しかしながら、上述の画像処理装置では、ノイズ成分の導出および画素データの補正のための回路が必要になり、コストが高くなる可能性がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、比較的低コストで、スペクトラム拡散に起因する画質低下を抑制する画像処理装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像処理装置は、イメージセンサーと、前記イメージセンサーの出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド部と、前記サンプルホールド部のサンプリングタイミングを指定するサンプリングクロックを生成するタイミング信号生成回路と、前記サンプリングクロックの位相を前記タイミング信号生成回路にセットするコントローラーとを備える。そして、前記コントローラーは、前記サンプリングクロックの位相を調整する調整処理を実行し、前記調整処理において、（ａ）前記イメージセンサーに基準板を読み取らせ、（ｂ）所定の複数の位相を順番に前記タイミング信号生成回路にセットし、（ｃ）前記複数の位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、前記平均値の変動幅を示す指標の値を計算し、（ｄ）前記指標の値が最小となる位相を前記サンプリングクロックの位相とする。

本発明によれば、比較的低コストで、スペクトラム拡散に起因する画質低下を抑制する画像処理装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１における画像読取部１の内部構成を示す側面図である。 図３は、図１に示す画像処理装置におけるサンプリングクロックを説明するタイミングチャートである。 図４は、図１に示す画像処理装置において測定される指標について説明するタイミングチャートである。 図５は、図１に示す画像処理装置の動作について説明するフローチャートである。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態では、図１に示す画像処理装置は、スキャナー、複合機などの画像読取装置であり、画像読取部１と信号処理部２とを備える。

画像読取部１は、イメージセンサー１１を備える。イメージセンサー１１は、クランプ信号ＣＰ、リセット信号ＲＳ、クロックＣＣＤＣＬＫ、シフトパルスＳＨなどの駆動信号に従って駆動回路１１ａで駆動され、原稿画像を受光し、原稿画像に対応する電気信号を出力する。

図２は、図１における画像読取部１の内部構成を示す側面図である。図２に示すように、画像読取部１は、イメージセンサー１１の他、コンタクトガラス１２、キャリッジ１３，１４、結像レンズ１５、基準板１６ａ，１６ｂ、および原稿カバー１７を備える。コンタクトガラス１２は、当該画像読取部１の本体の上面に設置され、原稿を載置される。キャリッジ１３は、図示せぬ駆動源によって副走査方向に移動可能に設置されている。キャリッジ１３は、光源１３ａ（照明）とミラー１３ｂとを有する。光源１３ａは、例えば、主走査方向に沿って配置された複数の発光ダイオードである。光源１３ａから出射された光は、キャリッジ１３の位置に応じて、基準板１６ａ，１６ｂ、コンタクトガラス１２上に載置された原稿などで反射する。ミラー１３ｂは、基準板１６ａ，１６ｂ、原稿などからの反射光を反射し、キャリッジ１４に向けて所定の方向へ出射する光学系である。キャリッジ１４は、ミラー１４ａ，１４ｂで、ミラー１３ｂからの光を反射して結像レンズ１５へ出射する。結像レンズ１５は、キャリッジ１４からの光をイメージセンサー１１に結像させる。

イメージセンサー１１は、光源１３ａから出射した光の反射光を所定の光学系（ここではミラー１３ｂ，１４ａ，１４ｂおよび結像レンズ１５）を介して受光する。イメージセンサー１１は、ラインごとに、複数の画素についての受光量に対応する電気信号を出力する。この実施の形態では、イメージセンサー１１として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）が使用される。

基準板１６ａ，１６ｂは、装置内部の天面に主走査方向に沿って配置され、白色および黒色の基準データを取得するために使用される板状の部材である。

図１に戻り、信号処理部２は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１、チャンネル合成回路２２、補正回路２３、白基準用メモリー２４、黒基準用メモリー２５、画像処理部２６、ＳＳＣＧ回路２７、タイミング信号生成回路２８、およびプロセッサー２９を備える。

アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１は、サンプルホールド、ＡＧＣ（自動ゲイン制御）、およびＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換を実行する回路である。

ＡＦＥ２１は、サンプリングクロックで指定されたタイミングで、イメージセンサー１１の出力信号をサンプリングしてホールドする。

この実施の形態では、ＡＦＥ２１は、イメージセンサー１１の出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド部として動作し、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）方式でサンプルホールドを行う。具体的には、ＡＦＥ２１は、リセットサンプリングクロックＳＨＲおよびデータサンプリングクロックＳＨＤに従って２つの値をサンプリングして、その２つの値の差分を出力する。

チャンネル合成回路２２は、ＡＦＥ２１の出力データの順番を変更して、走査順に沿ってＲＧＢデータとしての画像データを出力する。

補正回路２３は、白基準用メモリー２４に記憶されている白基準値および黒基準用メモリー２５に記憶されている黒基準値に基づいて、上述の画像データに対するシェーディング補正を行う。なお、白基準値は、白色の基準板１６ａを読み取ったときのＲＧＢデータ値であり、黒基準値は、光源１３ａを消灯して黒色の基準板１６ｂを読み取ったときのＲＧＢデータ値であり、これらは、予め測定される。

画像処理部２６は、必要に応じて、所定の画像処理を、シェーディング補正後の画像データに対して実行する。

ＳＳＣＧ回路２７は、固定周期の基準クロックを発振し、その基準クロックをスペクトラム拡散で変調したクロック（ＳＳクロック）を生成する。例えば、ＳＳＣＧ回路２７は、４０ＭＨｚの基準クロックを、２０００クロック周期の変調周期およびセンタースプレッド±１％の変調レートで変調して、ＳＳクロックを生成する。

タイミング信号生成回路２８は、ＳＳクロックに基づいて、駆動回路１１ａに供給する駆動信号およびＡＦＥ２１に供給するクロック信号（サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤ、Ａ／Ｄ変換のタイミングを指定するクロックＡＤＣＬＫなど）を生成する。

例えば、タイミング信号生成回路２８は、所定倍数（例えば２０倍）でＳＳクロックで分周して上述の駆動信号やクロック信号を生成する。その場合、基準クロックが４０ＭＨｚであれば、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの周波数は２０ＭＨｚとなる。また、タイミング信号生成回路２８は、所定倍数（例えば１０倍）でＳＳクロックを逓倍して位相調整用クロックを生成し、その位相調整用クロックにおけるいずれかのパルスタイミング（位相）に同期するように、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤにおけるパルスの位置（位相）を設定する。

プロセッサー２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ＲＯＭや図示せぬ記憶装置からＲＡＭにプログラムをロードしてＣＰＵで実行することで、各種処理部として動作する。ここでは、プロセッサー２９は、コントローラー２９ａとして動作する。

コントローラー２９ａは、上述のサンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの位相をタイミング信号生成回路２８にセットする。

図３は、図１に示す画像処理装置におけるサンプリングクロックを説明するタイミングチャートである。図３に示すように、タイミング信号生成回路２８は、セットされた位相に対応するタイミングＴＲ，ＴＤにクロックパルスが位置するように上述のサンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤを生成する。つまり、コントローラー２９ａによって、
サンプリングタイミングが調整される。

図４は、図１に示す画像処理装置において測定される指標について説明するタイミングチャートである。

具体的には、コントローラー２９ａは、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの位相を調整する調整処理を実行し、調整処理において、（ａ）イメージセンサー１１に基準板（基準板１６ａまたは基準板１６ｂ）を連続的に読み取らせ、（ｂ）所定の複数の位相を順番にタイミング信号生成回路２８にセットし、（ｃ）例えば図４に示すように、その複数の位相に対応して得られる画像データ（例えば、ＲＧＢデータの各色データ）の平均値を計算し、その平均値の変動幅を示す指標の値を計算し、（ｄ）指標の値が最小となる位相を、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの位相とする。

この実施の形態では、この平均値は、例えば８画素の平均値とされ、この指標は、所定区間での平均値の最大値と最小値との差分とされる。また、この所定区間は、例えば図４に示すように、ＳＳＣＧ回路２７のＳＳクロックの変動周期と同一時間長の区間またはそれより長い区間（例えばＳＳＣＧ回路２７の変調周期が２０００画素である場合、２０００画素以上の区間）とされる。

そして、このように平均値に基づいて、スペクトル拡散に起因する比較的低周波な画素値変化が抽出され、それ以外の比較的高周波なノイズ成分が除去される。

なお、この実施の形態では、イメージセンサー１１がＣＣＤセンサーであって、照明消灯時でも、スペクトラム拡散に起因する画像データ値の変動が発生するので、調整処理において、コントローラー２９ａは、光源１３ａを消灯し、キャリッジ１３を黒色の基準板１６ｂに対応する位置に移動させ、イメージセンサー１１に黒色の基準板１６ｂを読み取らせる。

また、この実施の形態では、コントローラー２９ａは、（ａ）所定のタイミング（当該画像処理装置の起動時、スリープから通常モードへの復帰時など）において、所定の標準位相をタイミング信号生成回路２８にセットし、標準位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、上述の指標の値が所定閾値を超えているか否かを判定し、（ｂ１）上述の指標の値が所定閾値を超えている場合、ただちに調整処理を実行し、（ｂ２）上述の指標の値がその所定閾値を超えていない場合、当該タイミングでは調整処理を実行しない。

なお、上述の標準位相は、例えば、画像データ値の安定性、ＳＳＣＧの変調周波数成分の振幅、光源１３ａの光量変化などに基づいて予め特定され、コントローラー２９ａに予めセットされる。

また、上述の所定閾値は、スペクトル拡散に起因する画像データ値の変動が読取画像上で視認可能となる限界値に基づいて設定される。例えば、８ビット画像データにおいて、限界値が±０．２５であり、測定時のデータ値のばらつきが±１である場合、２．５（＝（１＋０．２５）×２）が所定閾値とされる。

また、コントローラー２９ａは、調整処理などで上述の位相をセットする場合、位相ごとに、ＡＦＥ２１のオフセットおよびゲインを既知の方法で調整する。

次に、上記画像処理装置の動作について説明する。図５は、図１に示す画像処理装置の動作について説明するフローチャートである。

コントローラー２９ａは、上述の所定のタイミングで、以下の処理を実行する。

まず、コントローラー２９ａは、所定の標準位相をタイミング信号生成回路２８にセットし（ステップＳ１）、標準位相に対応してＡＦＥ２１のオフセットおよびゲインを調整し（ステップＳ２）、画像読取部１を制御して、光源１３ａを消灯させて基準板１６ｂをイメージセンサー１１に読み取らせる（ステップＳ３）。

これにより、基準板１６ｂについての出力信号が、イメージセンサー１１からＡＦＥ２１に供給され、ＡＦＥ２で、標準位相をセットされたサンプリングクロックでサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換された画像データが生成される。

コントローラー２９ａは、ＡＦＥ２１からその画像データを取得し、その画像データの平均値を計算し、上述の指標の値を導出し（ステップＳ４）、その指標の値が所定閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。

そして、上述の指標の値が所定閾値を超えている場合、コントローラー２９ａは、ただちに調整処理（ステップＳ６〜Ｓ１１）を実行し、そうではない場合、当該タイミングでは調整処理を実行しない。

調整処理では、コントローラー２９ａは、所定の複数の位相（イメージセンサー１１の出力信号の画素周期における位相であって、例えば１０度間隔の３６個の位相）から、未選択の位相を１つ選択し、その位相をタイミング信号生成回路２８にセットし（ステップＳ６）、その位相に対応してＡＦＥ２１のオフセットおよびゲインを調整し（ステップＳ７）、画像読取部１を制御して、光源１３ａを消灯させて基準板１６ｂをイメージセンサー１１に読み取らせる（ステップＳ８）。

これにより、基準板１６ｂについての出力信号が、イメージセンサー１１からＡＦＥ２１に供給され、ＡＦＥ２１で、現在選択されている位相のサンプリングクロックでサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換された画像データが生成される。

コントローラー２９ａは、ＡＦＥ２１からその画像データを取得し、その画像データの平均値を計算し、上述の指標の値を導出する（ステップＳ９）。

そして、コントローラー２９ａは、上述の複数の位相のすべてについて指標値の測定が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、測定が完了していない場合（つまり、未選択の位相がある場合）、ステップＳ６に戻り、次の未選択の位相を選択し、以降の処理を同様に実行する。

一方、測定が完了した場合、コントローラー２９ａは、上述の複数の位相に対応する指標のうち、最小値の指標に対応する（つまり、平均値の変動が最小である）位相を特定し、特定した位相を、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの位相として、タイミング信号生成回路２８にセットし、さらに、その位相に対応して、ＡＦＥ２１のオフセットおよびゲインを調整する（ステップＳ１１）。なお、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤのパルス間隔が固定とされたまま、１つの位相で、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤの両方のパルス位置（位相）が指定される。例えば、上述の位相で、サンプリングクロックＳＨＲのパルス位置が指定され、そのパルス位置から所定時間（パルス間隔）だけシフトさせた位置に、サンプリングクロックＳＨＤのパルスが配置される。ここでは、サンプリングクロックＳＨＲ，ＳＨＤのパルス間隔を固定としているが、予め定めた位相設定の範囲内で調整するようにしてもよい。

つまり、コントローラー２９ａは、図３に示すサンプリングクロックのパルスの位相（タイミング）をシフトさせていき、平均値の変動が最小となる位相を選択することで、スペクトル拡散に起因する画像データ値の変動を抑制している。

例えば図３に示すようなイメージセンサー１１の出力信号の値が変化しない区間でサンプリングが実行される場合には、スペクトル拡散によってサンプリングタイミングが変動しても、サンプリングされる値が変動しないが、イメージセンサー１１の出力信号の値が変化する区間でサンプリングが実行される場合には、スペクトル拡散によってサンプリングタイミングが変動すると、サンプリングされる値が変動してしまう。したがって、位相をシフトさせていき上述の変動幅が小さくなる位相を選択することで、イメージセンサー１１の出力信号の値が変化しない区間でサンプリングが実行されやすくなり、スペクトル拡散に起因する画像データ値の変動が抑制される。特に、実際のイメージセンサー１１の出力信号の波形（図３における実線）は、伝送路のインダクター成分やキャパシター成分によって理想値の波形（図３における破線）に比べ鈍るため、スペクトル拡散によってサンプリング値が変動しやすい。

このように、標準位相で画像データの平均値の変動が大きい場合、調整処理が実行される。つまり、経時変化で、標準位相での画像データの平均値の変動が大きくなった場合に、調整処理が実行され、スペクトル拡散に起因する画像データ値の変動が適切に抑制される。

以上のように、上記実施の形態によれば、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１は、イメージセンサー１１の出力信号をサンプルホールドする。タイミング信号生成回路２８は、ＡＦＥ２１のサンプリングタイミングを指定するサンプリングクロックを生成する。コントローラー２９ａは、サンプリングクロックの位相を調整する調整処理を実行し、調整処理において、（ａ）イメージセンサー１１に基準板を読み取らせ、（ｂ）所定の複数の位相を順番にタイミング信号生成回路２８にセットし、（ｃ）その複数の位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、その平均値の変動幅を示す指標の値を計算し、（ｄ）その指標の値が最小となる位相を上述のサンプリングクロックの位相とする。

これにより、画像データ値の補正などでスペクトラム拡散に起因する画像データ値の変動を除去せずにサンプリングタイミングの調整でスペクトラム拡散に起因する画像データ値の変動を抑制するため、画像データ値を補正するためのハードウェアを用いる必要がなく比較的低コストで、スペクトラム拡散に起因する画質低下が抑制される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態において、イメージセンサー１１をＣＩＳ（CMOS Image Sensor）としてもよい。その場合、照明消灯状態では、スペクトラム拡散に起因する画像データ値の変動が発生しないため、コントローラー２９ａは、調整処理において、光源１３ａを点灯させ、照明点灯状態でイメージセンサー１１に基準板１６ａを読み取らせ、シェーディング補正後の画像データから上述の平均値を計算する。

本発明は、例えば、スキャナー、複合機などに適用可能である。

１１ イメージセンサー
１６ａ，１６ｂ 基準板
２１ アナログフロントエンド（サンプルホールド部の一例）
２８ タイミング信号生成回路
２９ａ コントローラー

Claims (6)

1. イメージセンサーと、
   前記イメージセンサーの出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド部と、
   前記サンプルホールド部のサンプリングタイミングを指定するサンプリングクロックを生成するタイミング信号生成回路と、
   前記サンプリングクロックの位相を前記タイミング信号生成回路にセットするコントローラーとを備え、
   前記コントローラーは、前記サンプリングクロックの位相を調整する調整処理を実行し、前記調整処理において、（ａ）前記イメージセンサーに基準板を読み取らせ、（ｂ）所定の複数の位相を順番に前記タイミング信号生成回路にセットし、（ｃ）前記複数の位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、前記平均値の変動幅を示す指標の値を計算し、（ｄ）前記指標の値が最小となる位相を前記サンプリングクロックの位相とすること、
   を特徴とする画像処理装置。
2. 前記コントローラーは、（ａ）所定のタイミングにおいて、所定の標準位相を前記タイミング信号生成回路にセットし、前記標準位相に対応して得られる画像データの平均値を計算し、前記指標の値が所定閾値を超えているか否かを判定し、（ｂ１）前記指標の値が所定閾値を超えている場合、ただちに前記調整処理を実行し、（ｂ２）前記指標の値が所定閾値を超えていない場合、当該タイミングでは前記調整処理を実行しないことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記サンプルホールド部は、アナログフロントエンドであって、
   前記コントローラーは、前記位相ごとに、前記アナログフロントエンドのオフセットおよびゲインを調整すること、
   を請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記イメージセンサーは、ＣＣＤセンサーであり、
   前記コントローラーは、前記調整処理において、照明消灯状態で前記イメージセンサーに基準板を読み取らせること、
   を特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記イメージセンサーは、ＣＩＳであり、
   前記コントローラーは、前記調整処理において、照明点灯状態で前記イメージセンサーに基準板を読み取らせ、シェーディング補正後の前記画像データから前記平均値を計算すること、
   を特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記指標は、所定区間での前記平均値の最大値と最小値との差分であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。

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