JP2797296B2 - 画像読取装置 - Google Patents

画像読取装置

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JP2797296B2
JP2797296B2 JP62126822A JP12682287A JP2797296B2 JP 2797296 B2 JP2797296 B2 JP 2797296B2 JP 62126822 A JP62126822 A JP 62126822A JP 12682287 A JP12682287 A JP 12682287A JP 2797296 B2 JP2797296 B2 JP 2797296B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、原画像を光電変換により複数の色信号に分
解して読み取り、シェーディング補正を行い、2値化す
る画像読取装置に関する。 (従来の技術) カラー画像入力装置においては、リニアCCDセンサな
どを用いて原稿の画像を複数の色(通常R(赤)、G
(緑)およびB(青))に分解して光電変換により色デ
ータに変換する。この色データは、2値化処理を行う前
に、シェーディング等の補正を行う必要がある。 シェーディング補正は、原稿1ラインを照射する光量
の不均一や、センサを構成する複数の画素の感度のばら
つきを補正するために行う。 シェーディング補正のため、一般、原稿走査域外に基
準白色パターンを配置する。原稿走査前にこの基準白色
パターンを読み取る。このときのCCD信号出力Y(最大
値Y0)がCCDセンサの各素子について得られる。一方、
このCCD信号出力(基準値)Yと原稿走査時のCCD信号出
力Xとから補正値Z(=X*Y0/Y)を索引する変換テー
ブルがROMに格納されている。原稿走査時には、CCD信号
出力Xとその素子の基準値YとからこのROMをアクセス
してCCD信号出力の補正値Zを得ることができる。 (発明が解決しようとする問題点) 一般に、原稿濃度RとCCD信号出力X(したがって補
正値Z)とは、リニアな関係にならない。出力Xは、大
よそ−logRに比例する。白黒原稿の濃度を色分解して読
み取っても、この関係は変わらない。従って、補正値Z
が原稿画像とリニアな関係になるようにガンマ補正を行
なう必要がある。 従来、これらのシェーディング補正とガンマ補正は、
個々独立して、すなわち、一方の補正を先に行い、続い
て、その補正されたデータに対して他方の補正を施して
いた。 本発明は、これらのシェーディング補正とガンマ補正
とを効率よく実現する画像読取装置を提供することであ
る。 (問題点を解決するための手段) 本発明に係る原画像で反射した光を光電変換素子によ
り受光して画像信号を出力する読取手段と、原画像の読
取領域外に設けられた白色の基準パターンと、上記白色
の基準パターンを原画像読み取り前に上記読取手段によ
って読み取る基準データ検出手段と、上記基準データ検
出手段により検出された基準データを格納する第1記憶
手段と、上記読取手段から出力される画像信号の値が原
画像濃度に対してリニアな特性を得るために画像濃度と
反射率との関係を補正する補正データを格納した第2記
憶手段と、上記読取手段から出力される原画像の画像信
号と、第1記憶手段に記憶された基準データとを、原画
像読取動作に同期させて上記第2記憶手段に与え、上記
第2記憶手段から、シェーディング補正と画像濃度と反
射率との関係を補正するガンマ補正とが同時になされた
画像データを出力させる補正手段と、上記補正手段から
画像信号を入力し、中間調画像を再現するための処理を
画像信号に施し出力する中間調処理手段とを備えたこと
を特徴とする。 (作 用) シェーディング補正する際、あらかじめ白色基準パタ
ーンより読み取ったデータを基準データとして第1記憶
手段に格納しておく。また、第2記憶手段に、読取手段
から出力される画像データの値が原画像濃度に対してリ
ニアな特性を得るための補正データを格納する。そし
て、原画像の画像データと、第1記憶手段に記憶された
基準データとを、原画像読取動作に同期させて第2記憶
手段に与えることにより、第2記憶手段から、シェーデ
ィング補正とガンマ補正とが同時になされた画像データ
が出力される。こうして、シェーディング補正とガンマ
補正を同時におこなう。これにより、信号出力を原画像
の濃度にリニアな関係になるようにする。 (実施例) 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。 (a) CCDセンサと画像入力装置 第2図に示すように、本発明に実施例であるカラー画
像入力装置においては、原稿1の表面上を赤(R)、緑
(G)、青(B)の3波長の分光分布を備えた光源(け
い光灯)2によって照射し、その反射光をロッドレンズ
アレイ3によってCCDセンサ4の受光面に対し、ライン
状に等倍結像させる。ロッドレンズアレイ3、光源2、
CCDセンサ4を含めた光学系は、矢印5の方向にライン
走査され、原稿1の光情報をCCDセンサ4によって光電
変換を行う。CCDセンサ4は、カラー原稿をR,G,Bの3原
色に色分解して光電変換を行うメモリ内蔵型の密着型ラ
インCCDセンサである。 第3図(a)は、CCDセンサ4の概略図であり、第3
図(b)は、第3図(a)の部分拡大図である。CCDセ
ンサ4は、それぞれ3072ドットの有効読取画素を備えた
5個のCCDセンサチップ11〜15を千鳥状に主走査方向6
に配列しており、A3原稿を16本/mmの解像度で読取るこ
とが可能である。センサチップは印字出力画素の1ドッ
トを主走査方向6に対し、3分割しており、各画素はそ
れぞれR,G,Bの3原色のフィルタが蒸着されている。 千鳥状に配列されたチップ11〜15は、副走査方向5に
交互に4ドット分の画素ピッチ(4A)をもって一列に結
合されている。高速読取りのため、CCDセンサ・チップ
の各信号出力OS1〜OS5をパラレルに出力している。 第5図は、各センサチップ11〜15のブロック図を示
す。CCDセンサ4は、一列に配置した3072個の有効画素
(S1〜S3072)21を備え、この一列の両側にダミー画素
(D13〜D72)と(D73〜D78)を配する。このCCDセンサ
4は、メモリ内蔵型であり、7個のラインシフトゲート
22〜28にそれぞれ1ラインのデータが記憶される。ライ
ンシフトゲート22〜28に印加するパルス幅φV1〜φV7
タイミングによって、CCDチップ12,14の信号出力OS2,OS
4を4ライン分遅延させることによって同一位置ライン
の原稿情報を得ている(第6図参照)。 第6図は、パルスφV1〜φV7のタイミングを示す図で
ある。CCDチップ11,13,15とCCDチップ12,14とでφV1
φV7のタイミングをずらすことで、CCDチップ12,14の信
号出力を4ライン分遅延させ、同一位置ラインのデータ
を得る。 第7図は、各センサチップの駆動タイミングを示す。
CCDセンサ4は、各CCDチップ11〜15にφV1〜φV7、SH、
φ1A、φ2A、φ2B、RSの計12種類のパルスを入力する必
要がある。各チップはパラレルに信号出力させるため、
φV1〜φV7のパルスを除けばまったく同タイミングのパ
ルスを入力する。信号の出力は、シフトパルスSHにより
開始させる。信号φ1A、φ2A、φ2B、RSを印加すると、
信号RSに同期して信号出力OSが得られる。 第8図は、カラー画像入力装置のブロック図を示す。
この入力装置は、原稿面上をライン走査を3回繰り返
し、各走査ごとに読取った際に色分解したR,G,Bの色情
報を印字色シアン、マゼンタ、イエローに応じた印字デ
ータC,M,Yに順次変換し、出力装置に対し送出する。す
なわちCCDセンサ4は、原稿1ラインのR,GまたはBの光
情報を電気信号に変換し、画素ごとに順次出力する。こ
の電気信号は、アナログ信号処理部31によりディジタル
値に変換され、シェーディング補正部32でシェーディン
グ補正を施され、いったんラインメモリ33に格納され
る。ラインメモリ33に格納されたデータは、所定の変倍
率に対応して電気変倍部35で電気的に変倍され、マスキ
ング処理部36でマスキング処理を施されたのち、中間処
理部37において所定の方式で2値化される。そして、出
力ラインバッファ38を介して、プリンタ等の出力装置に
送られる。 CCDセンサ4は、駆動部39により発生される信号SH,φ
1A,φ2A,φ2B,RS,φV1〜φV7などで駆動される。また、
CPU40は、駆動部39に駆動のタイミングを与え、アナロ
グ信号処理部31にカラーバランスを設定するための信号
を与え、電気変倍部35に操作パネル41で設定された変倍
率のデータを与える。 (b) 画像信号出力のディジタル化処理とカラーバラ
ンス補正 各CCDセンサチップ11〜15の信号出力OS1〜OS5は、第
9図と第12図に示すアナログ信号処理部31により、それ
ぞれ独立に3色に分解される。信号OS1〜OS5をそのまま
増幅しないのは、次に説明するようにオフセット電圧が
大きいからである。 第10図に示すように、信号出力OS1〜OS5は1ライン出
力期間にそれぞれパルスRS1〜RS5に同期して出力される
(第7図参照)。信号出力OS1〜OS5のうち、有効画素信
号は、図に示すように、入射光の強度に応じて負の方向
に振幅するが、リセットノイズと約5〜6Vのオフセット
ノイズを含んでいる。光出力の飽和電圧(最大振幅電
圧)は約1Vである。一方、各センサチップの黒レベル電
圧を示す光シールド画素信号は、有効画素信号の前に出
力される(第7図参照)。 このようにオフセット電圧が大きいため、CCDセンサ
チップ11〜15の信号電圧OS1〜OS5を直接ディジタル化す
ることは困難である。そこで、第9図に示すアナログ信
号処理回路を用いる。図には信号出力OS1のアナログ信
号処理回路のみを示したが、他の信号出力OS2〜OS5も同
様の回路でそれぞれ別に処理される。まず、信号出力OS
1のリセットノイズを除去するために、サンプル−ホー
ルド回路61によって信号出力OS1の波形整形を行う(第1
0図の下側の波形参照)。信号出力OS1はR,G,Bの順にシ
リアルにアナログ信号が伝送されているが、サンプル−
ボールド回路62R,62G,62Bによってこれをパラレルな信
号ラインに変換している。第11図に示すように、各サン
プル−ホールド回路62R,62G,62Bに入力するクロックS
−CK1,2,3の“H"レベル信号で入力アナログ信号を順次
サンプリングし、“L"レベル信号でホールドする。一
方、サンプル−ホールド回路63は1ラインごとに前述の
光シールド画素信号(黒レベル電圧)を保持している。
増幅回路64R,64G,64Bは、それぞれサンプル−ホールド
回路62R,62G,62Bの出力信号すなわちR,G,Bの各読取信号
とサンプル−ホールド回路63の出力する黒レベル信号と
の差動増幅を行う。すなわち、オフセット電圧を除去
し、信号の振幅を正の方向に約3倍に増幅し、増幅され
た画像信号R−OS1,G−OS1,B−OS1を得る。 この増幅画像信号R−OS1,G−OS1,B−OS1は、第12図
に示すようにA/Dコンバータ71R,71G,71Bによってクロッ
クS−CK3,S−CK1,S−CK2のタイミングに応じて8ビッ
トのディジタルデータRA07,GA07,BA0に変換さ
れる。この際、後に説明するように、カラーバランスの
補正が行なわれる。 各A/Dコンバータ71R,71G,71BのディジタルデータRA0
7,GA07,BA0は、1/3周期ずつ位相がずれて出力
される。そこで、ディジタルデータRA07,GA07,BA0
を、それぞれ、クロックS−CK2,S−CK3,S−CK1の
タイミングでラッチ回路72R,72G,72Bにラッチし、さら
に、ラッチ回路72R,72Gの出力データを、S−CK1のタイ
ミングでラッチ回路73R,73Gにラッチする。これによ
り、ラッチ回路73R,73G,73Bは、それぞれ、ディジタル
データRB07,GB07,BB0を位相のずれをなくして
出力する。 A/Dコンバータ71R〜71Bのカラーバランス補正は、基
準レファレンス電圧の上限値の設定により行う(不限値
は、GND電圧に固定されている。)。 カラーバランス補正が必要なのは、CCDセンサ4が白
色の濃度の均一な原稿を読取っても、第13図に示すよう
に、R,G,Bに色分解された画像信号は同一な出力となら
ないからである。さらに、第14図に示すように、光源2
であるけい光灯の分光分布特性がR,G,Bで同一でないか
らである。 カラーバランスの設定は次のような手順で行なわれ
る。 画像入力装置が走査を開始する際、CPU40はD/Aコン
バータ76R,76G,76Bに対し、最大値すなわち3F(HEX)の
データを出力し、A/Dコンバータ71R,71G,71BのVREF(+)
端子には、基準電圧発生回路77の出力する基準電圧VREF
がそのまま入力されている。この状態で濃度が均一な白
色パターンを読取り、R,G,Bの各ディジタルデータを1
ライン分ラインメモリ33に格納する。 CPU40は、R,G,Bの各ラインメモリよりデータを読出
し、色分解された各ディジタルデータの最大値を検出す
る。 CPU40は、検出した最大値より、RA07,GA07,BA0
がオーバーフローしない範囲でR−REF05,G−REF
05,B−REF0の6ビットのデータを新たに設定し、
各D/Aコンバータ76R,76G,76Bに送る。 D/Aコンバータ76R,76G,76Bは なる演算を行い(xは、R−REF05,G−REF05,B−RE
F0の各データを10進数に変換した値)、A/Dコンバ
ータ71R,71G,71Bに対し、それぞれR−VREF,G−VREF,B
−VREFを出力する。 (c) CCDセンサのシリアル出力 アナログ信号処理部31は、さらに密着型センサ4を高
速読取するために、各チップ11〜15の信号出力OS1〜OS5
をパラレルに出力させるように駆動している。このた
め、信号出力OS1〜OS5の有効画素出力を1ラインごとに
OS1よりOS5までシリアルに画像データを出力する必要が
ある。そこで、A/D変換され、同期をとった各チップ11
〜15の画像データRB07,GB07,BB0(第12図)
は、いったんメモリに格納され、CCDチップ11〜15の順
にクロックCK−Aに同期して読出される。 第15図は、各チップ11〜15のRの信号出力RB0
(各チップ11〜15に対応してRB1017,RB2027,…と
名付ける。)をパラレル−シリアル変換する回路を示
す。また、第16図は、1つのチップの出力信号について
パラレル−シリアル変換の回路をより詳細に示す。さら
に、第17図にタイミングチャートを示す。 第15図に示すように、CCDセンサチップ11の出力信号
(たとえばRB1017)は、バスドライバ111,141を介し
てメモリ121,151のアドレスAC09,AD0に書き込ま
れる。そして、メモリ111,141のアドレスAC09,AD0
のデータはそれぞれ、バスドライバ131,161を介して
読み出される。後に説明するように、一対のメモリ121
と151は一方がデータを書き込んでいるときは、他方は
前ラインのデータを読み出されている。他のチップ12〜
15の信号出力RB2027,RB3037,…,RB5057について
も、同様に、バスドライバ112〜115,142〜145を介して
メモリ122〜125,152〜155に書き込まれ、また、バスド
ライバ132〜135,162〜165を介して読み出される。各メ
モリは、R,G,Bの色分解されたCCDセンサチップ1個分の
信号を格納できる1キロバイトの容量を有する。 第17図に示すように、1対のメモリ(たとえば121と1
51)への書き込みに際しては、バスドライバ111,141
は、▲▼端子にそれぞれ入力される信号▲▼1
0,▲▼20が1ラインごとに交互に与えられるのに対
応して、データRB1017を交互にメモリ121,151に通
す。この信号▲▼10,▲▼20が“L"になったと
き、メモリ121,151は、信号R/1,R/2により1ライ
ンごとに交互に書き込み可能になり(CS=“L")、クロ
ックWCKのタイミングに対応して画像データRB1017
メモリ121,151のアドレスAC09,AD0に格納され
る。このアドレスAC09,AD0は▲▼10,▲
▼20が“L"のときアドレスセレクタ181,191(図示しな
い)により選択されたアドレスAA0である。 メモリ121〜125,151,155からの読み出しは、一連のシ
リアルなデータRC0になるように行う。読み出し
は、信号▲▼10,▲▼20が“H"のときにデコー
ダ182,192(図示しない)を介してバスドライバ131〜13
5,161〜165を順次セレクトする信号▲▼11〜▲
▼15,▲▼21〜▲▼25を送る。これにより、メ
モリ121〜125,151〜155のアドレスAC09,AD0に格
納されたデータがクロックCLK1のタイミングで読み出さ
れ、シリアルに変換された画像データRC0が出力さ
れる。このアドレスAC09,AD0は、アドレスセレク
タ181,191によりセレクタされアドレスAB0である。
アドレスAB012の上位3ビットは、デコーダ182,192に
よるバスドライバ131〜135,161〜165のシリアルなセレ
クトに用いられる。 G,Bの読取データも、同様に、シリアルな画像データG
C07,BC0に出力される。 なお、信号R/1,R/2,▲▼10〜15,▲▼20
〜25,クロックWCK,S−CK2,CLK1,アドレスAA09,AB0
12は、CPU40により与えられる。 (d) シェーディング補正 続いて、画像データのシェーディング歪を除去するた
めに、補正を行う。第18図は、シェーディング補正回路
のブロック図を示す。また、第19図は、シェーディング
補正のタイミングチャートである。 補正は、次のように行う。まず、画像入力装置が走査
開始前に、均一な白色の濃度をもつ基準パターン7(第
2図参照)を読取り、その1ライン分のデータをRAM(F
IFOメモリ)201内に格納する。FIFO201に格納する基準
値としては、1ライン分のデータRC07,GC07,BC0
の平均値の上位6ビットを用いる。このため、データ
RC07,GC07,BC0は、それぞれ、いったんラッチ
回路202R、202G、202Bに記録し、加算器203で加算して
上位6ビットをとる。そしてこの平均値をバスドライバ
204を介してRAM201に格納する。平均値を用いるのは、
各色分解した信号ごとに基準データをRAM内に格納すれ
ば、サンプルホールドデータの数が3倍になり、RAM容
量が大きくなるためである。 次に走査開始に合わせて、1ラインごとにRAM201内の
基準データ(SH−DATA0)を読出し(SHWR=1)、
バスドライバ211を介して、R,G,Bのシェーディング補正
用変換ROM212R,212G,212Bのアドレス端子に入力する。
一方R,G,Bの画像データRC07,GC07,BC0は、それ
ぞれ、ラッチ回路213R,213G,213Bにラッチし、さらに基
準データ(SH−DATA0)と同期をとるため、ラッチ
回路214R,214G,214Bにラッチされ、次に変換ROM212R,21
2G,212Bのデータ端子に入力する。 変換ROM212R,212G,212Bには、予めシェーディング補
正用のテーブルが格納されている。このテーブルは、色
分解された各画素データとその画素の基準データの値と
に対応して後述のシェーディング補正された値を与え
る。 変換ROM212R,212G,212Bのデータ出力は、それぞれ、
クロックCLKでラッチ回路215R,215G,215Bにラッチさ
れ、補正データRD07,GD07,BD0として出力され
る。 このシェーディング補正回路においては、基準データ
を格納するRAM201は、FIFO(ファースト・イン・ファー
スト・アウト)メモリを使用している。FIFOメモリは、
デュアル・ポートのメモリであり、アドレス入力を必要
とせず、入出力のデータは、RCK、WCKに同期して出力さ
れ、必ず書き込んだ順に読出しデータは出力される。こ
のメモリを使用したことで、アドレスが不要となり、ア
ドレスを発生するカウンタ及び、読出し、書き込みアド
レスを切換るアドレス・セレクタを省略できるため、商
品コスト、基板面積に対するメリットが生まれる。ま
た、書き込んでいるときでも読み出せるので制御が容易
である。 変換ROM212R,212G,212Bに格納される補正用データ
は、次に説明する値である。一般に原稿(モノクロ)を
読取った際、CCD出力xのディジタル化処理したR,G,Bの
各データODは なる関係をもつ(第1図の破線参照)。これは、原稿濃
度(OD)と反射率RがOD=−logRという関係から導き出
される。ここに、DBは、黒色の反射率であり、DWは白色
の反射率である。また、xは量子化(ディジタル化)さ
れたCCD出力である。しかし、このように補正した値を
用いて、次にディザ処理で2値化を行うと、ディザマト
リクス内の闘値の間隔はリニアにとれず、低濃度域ほど
細かくなってしまう。したがって高濃度域での画像の質
が低下する。そこで、変換ROM212R,212G,212B内の補正
用データとしては、第1図の実線に示すように という関係に変換する補正用データを格納しておく。 これにより、補正データに変換することによりシェー
ディング補正の他にいわゆるガンマ補正も同時に行える
ことになる。 したがって、中間調処理部37でのディザ法による2値
化が精度よく行える。 また、出力時に、R,G,Bの2値信号出力をシアン・マ
ゼンタ、イエローの3色に変換するときにも、そのまま
変換すればよい。 なお、変換用の信号SHWR,CLKは、CPUにより与えられ
る。 (発明の効果) シェーディング補正をする際、原稿濃度とCCD出力の
関係をリニアに補正すること同時に行うので、画像読取
装置の構成を簡素化できる。 原稿濃度とCCD出力の色信号との関係をリニアに補正
するため、精度の高い中間調表現を実現できる。 出力装置(プリンタ)は、各画素入力装置の特性を考
慮して調整する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、シェーディング補正データのグラフである。 第2図は、カラー画像入力装置の部分斜視図である。 第3図(a)は、CCDセンサの概略図であり、第3図
(b)は、第3図(a)の部分拡大図である。 第4図は、CCDセンサの瞬時出力電圧の温度特性のグラ
フである。 第5図は、CCDセンサのセンサチップのブロック図であ
る。 第6図は、パルスφV1〜φV7のタイミングチャートであ
る。 第7図は、センサチップの駆動タイミングのチャートで
ある。 第8図は、カラー画像入力装置のブロック図である。 第9図は、CCDセンサチップの信号を3色に分解する回
路の図である。 第10図は、光出力の図である。 第11図は、信号出力R−OS,G−OS,B−OSの図である。 第12図は、CCDセンサチップの信号出力のディジタル化
回路の図である。 第13図は、CCDセンサの白色光の分光感度のグラフであ
る。 第14図は、光源の分光分布特性のグラフである。 第15図は、画像信号をパラレルからシリアルに変換する
回路の図である。 第16図は、パラレル・シリアル変換の回路の一部の図で
ある。 第17図は、パラレル・シリアル変換のタイミングチャー
トである。 第18図は、シェーディング補正部のブロック図である。 第19図は、シェーディング補正のタイミングチャートで
ある。 4……CCDセンサ、7……白色基準パターン、 11〜15……CCDセンサチップ、 121……FIFOメモリ、 203……加算器(平均回路)、 212R,212G,212B……変換ROM。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.原画像で反射した光を光電変換素子により受光して
    画像信号を出力する読取手段と、 原画像の読取領域外に設けられた白色の基準パターン
    と、 上記白色の基準パターンを原画像読み取り前に上記読取
    手段によって読み取る基準データ検出手段と、 上記基準データ検出手段により検出された基準データを
    格納する第1記憶手段と、 上記読取手段から出力される画像信号の値が原画像濃度
    に対してリニアな特性を得るために画像濃度と反射率と
    の関係を補正する補正データを格納した第2記憶手段
    と、 上記読取手段から出力される原画像の画像信号と、第1
    記憶手段に記憶された基準データとを、原画像読取動作
    に同期させて上記第2記憶手段に与え、上記第2記憶手
    段から、シェーディング補正と画像濃度と反射率との関
    係を補正するガンマ補正とが同時になされた画像データ
    を出力させる補正手段と、 上記補正手段から画像信号を入力し、中間調画像を再現
    するための処理を画像信号に施し出力する中間調処理手
    段と を備えたことを特徴とする画像読取装置。
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