JP3355937B2 - 画像読取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、書籍や雑誌などの
製本された原稿の読取りに好適な画像読取り装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ブックスキャナと呼称される画像読取り
装置が商品化されている。この装置では、原稿台の上方
に撮像系が配置され、原稿台と撮像系との間に高さ数十
ｃｍの開放空間が存在する。書籍や雑誌などの製本形態
の原稿（これを「ブック原稿」と呼称する）の読取りに
際して、ユーザーは原稿台上にブック原稿を見開いた状
態で上向きにセットする。スタートキーのオンに呼応し
て原稿面（読取り対象面）の走査が開始され、走査と並
行して読み取られた画像が逐次に外部装置へ出力され
る。外部装置がプリンタであれば、リアルタイムで複写
画像が形成される。ブックスキャナを用いると、原稿台
上でページをめくることができるので、多数ページの読
取り作業の能率を高めることができる。また、書籍を見
開いてうつ伏せ（下向き）にセットする場合に比べて、
書籍の受けるダメージを格段に低減することができる。
なお、ブック原稿にはファイリングされた書類も含まれ
る。

【０００３】単票のシート原稿と違ってブック原稿の原
稿面（読取り対象面）は湾曲している。このため、読取
り画像（撮影像）に湾曲状態に応じた歪みが生じる。外
部装置へはこの歪みを補正した読取り画像、すなわちシ
ート原稿を読み取った場合と同様の画質の読取り画像が
出力される。原稿面の湾曲状態の測定方法としては、書
籍における「天（head）」と呼称される部分を撮影して
画像解析を行う方法（特開平５−１６１００２号）、３
次元計測で用いられているスリット光投影法（特開平５
−２１９３２３号）がある。

【０００４】従来において、読取り画像の歪みの補正
は、図９に示すように、原稿面Ｓ１の見開き方向Ｍ２の
高さ変化（傾き）に応じて、読取り画像Ｇ１０の各ライ
ンＬ（見開き方向と直交する方向に並ぶ画素群）を重複
させるデータ処理によって行われていた。つまり、従来
の補正方法は、読取り画像Ｇ１０を見開き方向Ｍ２に所
定ライン分ずつ（図では４ライン分）等間隔に区画し、
各区画領域毎に画像の縮みの度合いに応じて読取り画像
Ｇ１０を変倍するものであった。例えば、原稿面Ｓ１の
傾き角θが約５３度で縮みの度合い（ｃｏｓθ）が０．
６７の場合には、変倍率は１．５であって２ラインにつ
き１ラインの割合でラインの重複が行われていた。歪み
補正により、読取り画像Ｇ１の見開き方向Ｍ２の長さｘ
は、原稿面Ｓ１が平坦面であると仮定したときの長さ
ｘ’に伸長される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の補正方法では、
原稿面Ｓ１のうちの傾き角度θが大きい部分において、
ラインＬの重複数（画像データの繰り返し回数）が多く
なり、実質的に出力解像度が低下してしまう。つまり、
補正後の読取り画像Ｇ１０’に部分的なピントボケが生
じるという問題があった。

【０００６】なお、出力解像度を一定に保ちつつ歪みの
ない画像を得る方法として、撮像デバイスの１ライン分
の受光時間を原稿面Ｓ１の湾曲に合わせて変化させる方
法、及び見開き方向Ｍ２の走査速度を原稿面Ｓ１の湾曲
に合わせて変化させる方法が知られている。しかし、前
者では、撮像デバイスの出力レベルが変化することか
ら、出力画像の濃度ムラが生じる。後者では、速度を精
密に制御するのが困難であり、速度ムラに因る画像歪み
が避けられない。

【０００７】本発明は、原稿面の湾曲に因る歪みが補正
され且つ解像度の一様な読取り画像を出力する画像読取
り装置の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】歪みを補正するため、読
取り画像の一部の画素を重複させるのではなく、全ての
画素を原稿面の傾きに応じて仮想的に変倍する。得られ
た仮想の変倍画像においては画素（変倍画素）の大きさ
が一定ではない。したがって、変倍画像を改めて一定の
大きさの出力画素の集合に細分化して出力する。そのと
き、出力画素のデータ値として、当該出力画素に対応す
る１つ又は複数の変倍画素のデータ値を対応関係に応じ
た比率で加算した値とする。

【０００９】請求項１の発明の装置は、原稿画像を電気
信号に変換する撮像手段と、前記電気信号を量子化する
信号処理系とを有し、原稿面の湾曲状態を測定して湾曲
に因る読取り画像の歪みをデータ処理によって補正し、
補正後の読取り画像を外部装置へ出力する画像読取り装
置であって、前記歪みを補正するデータ処理として、読
取り画像を構成する全ての画素を、原稿面における当該
各画素に対応した位置での傾きに応じて変倍するととも
に、変倍後の画素の集合である変倍画像を変倍前より画
素数が少なくなるように等間隔に細分化して出力すると
いう内容の処理を行うものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はブックスキャナ１の外観を
示す斜視図、図２はブックスキャナ１の使用状態を示す
図、図３はブックスキャナ１による読取りの模式図であ
る。

【００１１】ブックスキャナ１は、ブック原稿（見開き
原稿）の読取りに好適な画像読取り装置であって、電源
回路などを収納する本体ハウジング１０、原稿を支持す
る暗色の原稿台２０、原稿画像を電気信号に変換する撮
像ユニット３０、及び原稿の照明を担うランプユニット
４０を備えている。原稿台２０は本体ハウジング１０の
前面側に配置されている。撮像ユニット３０は、原稿台
２０の上方に配置され、本体ハウジング１０の上面から
上方に延びた支柱１２によって片持ち形式で支持されて
いる。ランプユニット４０は、支柱１２における撮像ユ
ニット３０の下面側の位置に固定されている。原稿台２
０と撮像ユニット３０との間の空間８０は装置外の自由
空間に対して開放されており、ブック原稿のセッティン
グに十分な広さを有している。原稿台２０と撮像ユニッ
ト３０の下面との距離は３０ｃｍ以上である。

【００１２】本体ハウジング１０の前面の上端側に液晶
ディスプレイを含む操作パネルＯＰが設けられており、
下端側に原稿面の高さを検出するための投影板１８が固
定されている。投影板１８の前面は光沢面であり、原稿
台２０の上面に対する４５°の傾斜面となっている。こ
の投影板１８にブック原稿における左右方向と直交する
方向の端面である天の像が写り、その状態の投影板１８
が原稿画像とともに撮影される。投影板１８の下端縁と
原稿台２０との間には暗色に着色された一定幅の平坦面
１７が存在する。

【００１３】本体ハウジング１０における操作パネルＯ
Ｐに向かって右側の側面には、メインスイッチ５１が設
けられている。原稿台２０の左右方向の両側には、ユー
ザーが読取りの開始を指示するためのスタートキー５
２，５３が１つずつ設けられており、前面側にはアーム
レスト２５が設けられている。

【００１４】図１において、撮像ユニット３０は、ＣＣ
Ｄアレイからなるラインセンサ３１、結像レンズ３２、
及びミラー３３を有している。ミラー３３と結像レンズ
３２とによって、原稿画像がラインセンサ３１の受光面
に投影される。結像レンズ３２は、前後方向に移動可能
に設けられており、図示しないＡＦ機構によって位置決
めされる。ラインセンサ３１は、図示しない走査機構の
可動体に取付けられており、ＣＣＤ素子の配列方向を上
下方向に保った状態で左右方向（副走査方向）Ｍ２に沿
って平行移動をする。この平行移動によって２次元の原
稿画像の撮像が行われる。つまり、ブックスキャナ１に
おいては、ラインセンサ３１の移動によって２次元の撮
像面が形成されることになる。ラインセンサ３１に代え
てエリアセンサを用いた場合にはその受光面が撮像面に
なる。原稿画像の主走査方向は、原稿台２０上では前後
方向であり、撮像面上では上下方向である。

【００１５】ブックスキャナ１の使用に際して、ユーザ
ーは、図２のように原稿台２０の上にブック原稿ＢＤを
見開いた状態で上向きに置く。そのとき、左右のページ
の境界を原稿台２０の左右方向の中心と合わせるととも
に、平坦面１７の前端縁にブック原稿ＢＤを押し当てて
前後方向の位置決めを行う。平坦面１７と原稿台２０と
の境界が原稿のセッティングの基準線となっている。な
お、原稿台２０は原稿の重量に応じて下方に移動するよ
うにバネ機構によって支持されている。これにより、ブ
ック原稿ＢＤの厚さに係わらず原稿面Ｓ１とミラー３３
との距離が一定範囲内の値となる。

【００１６】ブックスキャナ１は、同一の原稿に対して
予備スキャンニングと本スキャンニングとを行う。ブッ
ク原稿ＢＤでは、シート原稿と違って原稿面Ｓ１が湾曲
しているので、湾曲状態に応じて撮像のピント調整を行
う必要がある。副走査方向に縮んだ歪みの修正や輝度の
差異を補う処理も必要である。このため、予備スキャン
ニングで湾曲状態が測定される。また、予備スキャンニ
ングにおいて、原稿サイズ及び原稿面Ｓ１の下地輝度の
測定も行われる。これらの測定の結果に基づいて本スキ
ャンニングの動作条件が設定される。外部装置への画像
出力は本スキャンニング時に行われる。読取りモードに
は、左右の両ページを一括して読み取るモード（シート
原稿モード）と、左右の各ページを別々に読み取るモー
ド（ブック分割モード）とがある。どちらのモードにお
いても、各ページに対して予備スキャンニングと本スキ
ャンニングとが実施される。

【００１７】図４は原稿面の湾曲状態の測定方法を説明
するための図である。図４（Ｂ）中の破線は注目したラ
インの位置を示している。読取り画像Ｇ０は、ブック原
稿ＢＤの撮影像Ｇ１、原稿台２０の撮影像Ｇ２０、平坦
面１７の撮影像Ｇ１７、及び投影板１８の撮影像Ｇ１８
から構成されている。撮影像Ｇ１８のうちの像Ｇ１８
１，１８２は、セッティングされたブック原稿ＢＤにお
ける上端面（書籍における「天」と呼称される部分）の
左右の各形状を示している。また、撮影像Ｇ１８のうち
の像Ｇ１８１，１８２以外の部分は、投影板１８に映っ
た背景像である。

【００１８】上述したとおり原稿台２０及び平坦面１７
は暗色に着色されているので、これらに対応した撮影像
Ｇ２０，Ｇ１７は他の像と比べて暗い像になる。したが
って、読取り画像Ｇ０の輝度の判別によって、撮影像Ｇ
１及び像Ｇ１８１，１８２を抽出することができる。具
体的には、１ライン毎に主走査方向の先頭画素から順に
輝度（画素値）を調べ、輝度が第１の閾値ｔｈ１を越え
る範囲の先頭側及び後端側の画素位置（画素番号）ｎ
１，ｎ２、輝度が第２の閾値ｔｈ２（ｔｈ２＞ｔｈ１）
を越える範囲の先頭側及び後端側の画素位置ｎ３，ｎ４
を検出する。画素位置ｎ１と投影板１８の前縁に対応し
た既知の画素位置ｎ５との間の画素数が、当該ラインに
おける原稿面Ｓ１の高さに対応し、画素位置ｎ３と画素
位置ｎ４との間の画素数が主走査方向の原稿サイズに対
応する。画素数を撮像解像度で割る演算により実際の寸
法が求まる。原稿面Ｓ１の湾曲状態は、全てのラインの
それぞれにおける原稿面Ｓ１の高さを示すデータの集合
によって特定される。また、画素位置ｎ３，ｎ４が検出
された最初のライン及び最後のラインのそれぞれの位置
が副走査方向における原稿の両端位置に対応する。

【００１９】なお、読取り画像Ｇ０において、撮影像Ｇ
１の上端縁及び下端縁が湾曲しているのは、原稿面Ｓ１
の高さが一定ではないからである。つまり、撮像面に近
い被写体は遠くの被写体よりも大きく撮像される。本ス
キャンニング時には、後述の副走査方向の歪み補正と合
わせて、この主走査方向の歪みに対する補正も行われ
る。具体的には、原稿台２０の上方の一定距離（例えば
５ｃｍ）の位置の平面を基準面とし、副走査方向の各位
置における基準面と原稿面Ｓ１との高低差に応じて撮影
像Ｇ１を主走査方向に変倍する。

【００２０】図５は副走査方向の歪みの補正方法を説明
するための図である。ブックスキャナ１における画像走
査の解像度（読取り解像度）Ｒ１は、出力画像に要求さ
れる解像度（出力解像度）Ｒ２より大きい値に選定され
ている。ここでは、出力解像度Ｒ２が４００ｄｐｉであ
って読取り解像度Ｒ１が８００ｄｐｉであるものとす
る。

【００２１】ブックスキャナ１は、副走査方向の歪みを
以下の内容のデータ処理によって補正する。読取り画像
Ｇ１の各ラインＬ（主走査方向に並ぶ画素列）の幅を、
その副走査方向Ｍ２における位置での原稿面Ｓ１の傾き
角度θ（−60°≦θ≦60°）に応じた倍率ｋで変倍す
る。倍率ｋは次式で表される。

【００２２】ｋ＝１／（ｒ・｜ｃｏｓθ｜） ｒ：解像度比率（ｒ＝Ｒ１／Ｒ２） そして、変倍後の読取り画像（変倍画像）Ｇ１’を等間
隔に細分化し、所定数（原稿サイズと出力解像度Ｒ２と
で定まる）のラインＬ２からなる出力画像Ｇ２を補正画
像として生成する。その際、各ラインＬ２のデータ値、
すなわちラインＬ２を構成する各画素の値Ｂ_m （添字ｍ
はライン番号）を、変倍画像Ｇ１’のうちの当該ライン
Ｌ２に対応した部分のデータ値Ａ_m を用いて算出する。
算出の演算内容は、対応する１つ又は複数のデータ値Ａ
_m にその対応長さの割合に応じた係数を乗じ、得られた
積を合計するものである。図５の例における読取り画像
Ｇ１のライン番号１〜５の各ラインＬに対応した傾き角
度θ及び倍率ｋの値は、表１のとおりである。

【００２３】

【表１】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ライン番号ｉ １ ２ ３ ４ ５ ─────────────────────────────── 傾き角度θ 60° 45° 30° 15° ０° 倍率ｋ 1.00 0.71 0.58 0.52 0.50 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 本実施形態のブックスキャナ１では、原稿面Ｓ１の傾き
の最大値、つまり出力解像度Ｒ２の歪み補正を保証する
傾き範囲の上限が６０°とされている。通常の書籍で
は、綴じ代の近辺が空白領域であるので、見開いたとき
に中央部の傾きが６０°を越えたとしても実用の上で支
障はない。６０°を越える原稿面Ｓ１の傾きは６０°の
傾きとみなされる。したがって、解像度比率の値が
「２」であるので、倍率ｋは０．５〜１の範囲内の値を
とる。出力画像Ｇ２の第ｍ番目のラインＬ２のデータ値
Ｂ_m は、第１番目から第ｍ番目までの各ラインＬの倍率
ｋの総和が（１）式を満たす場合において、（２）式又
は（３）式で表される。

【００２４】

【数１】

【００２５】なお、傾き角度θは、原稿面Ｓ１の高さの
サンプリング間隔と各サンプリング位置間の高低差との
比によって特定される。実際には、サンプリング間隔は
約４ｍｍ（８００ｄｐｉの１２８ライン分）とされ、隣
接するサンプリング位置間の複数のラインＬの変倍に際
して同じ値の傾き角度θが適用される。ただし、ライン
Ｌ毎に傾き角度θを求めることも可能である。

【００２６】図６はブックスキャナ１の信号処理系１０
０のブロック図である。信号処理系１００は、ＣＰＵ１
０１、ＡＤ変換部１０２、画像処理回路１０３、ＲＡＭ
１０５、比較器１１１、及びカウンタ１１２を有してい
る。

【００２７】予備スキャンニング時において、ラインセ
ンサ３１から出力された光電変換信号は、画素配列順に
比較器１１１に入力される。比較器１１１は、入力され
た画像データと閾値ｔｈ１，ｔｈ２とを比較し、比較結
果をＣＰＵ１０１及びカウンタ１１２に通知する。カウ
ンタ１１２は閾値ｔｈ１を越える画素の数をカウントす
る。つまり、原稿面Ｓ１の高さを測定する。ＣＰＵ１０
１は、カウンタ１１２のカウント値を取り込み、原稿面
Ｓ１の湾曲状態を示す原稿高さデータＤＨを生成する。
また、比較器１１１によって検出された画素位置ｎ３，
ｎ４を取り込み、原稿の平面視サイズを示すサイズデー
タＤＳを生成する。加えて、比較器１１１に入力された
画像データを取り込み、濃度調整などの処理に必要な下
地輝度を求める。原稿高さデータＤＨ、サイズデータＤ
Ｓ、及び下地輝度はＲＡＭ１０５に一旦格納される。予
備スキャンニングの終了後、ＣＰＵ１０１は、原稿高さ
データＤＨ及びサイズデータＤＳに基づいて、本スキャ
ンニングの準備として画像歪み補正及び照度むら補正の
ためのデータを生成する。そして、１ページ分の原稿面
Ｓ１の副走査方向の長さ（ページ長）を求め、出力画像
範囲（有効読取り範囲）を設定する。また、自動用紙選
択（ＡＰＳ）又は自動倍率選択（ＡＭＳ）を行う場合に
は、ページ長に適した用紙サイズ又は読取り倍率を設定
する。

【００２８】本スキャンニング時において、ラインセン
サ３１の出力は、ＡＤ変換部１０２によって例えば８ビ
ットの画像データに変換されて画像処理回路１０３に入
力される。画像処理回路１０３は、原稿面Ｓ１の照度む
らを補正する処理、画質改善のためのＭＴＦ補正、原稿
面Ｓ１の湾曲に起因する画像歪みの補正処理、濃度補
正、及び出力画像範囲の外側を空白とするマスキングな
どの処理を担う。上述の副走査方向の歪みの補正は、歪
み補正部３００によって行われる。所定の画像処理を受
けた画像データは外部装置（例えばディジタル複写機）
に出力される。

【００２９】なお、ＣＰＵ１０１は、スキャナ駆動部１
３０、撮像制御回路１３１、レンズ駆動部１３２、及び
ランプ制御部１４０を含む駆動系の制御をも担う。ＣＰ
Ｕ１０１には、操作パネルＯＰ及び各種スイッチが接続
されている。ＲＡＭ１０５は、制御に係わる種々のデー
タの一時記憶に用いられる。

【００３０】図７は歪み補正部３００のブロック図であ
る。歪み補正部３００は、遅延メモリ３０１、３つの乗
算器３０２〜３０４、加算器３０５、係数発生部３０
６、バッファメモリ３０７、及びメモリ制御部３０８を
有している。

【００３１】上述したとおり歪み補正における倍率ｋの
最小値は０．５であるので、出力画像Ｇ２の１つのライ
ンＬ２には、最大で３つのラインＬ（読取り画像Ｇ１の
ライン）が対応する。遅延メモリ３０１は、３つのライ
ンＬのデータ値Ａ_m ，Ａ_m+1，Ａ_m+2 に対して同時に演
算を行うために設けられており、前段からライン順に入
力された画像データ（読取り画像Ｇ１）に対して２ライ
ン分の遅延を行う。係数発生部３０６は、ＣＰＵ１０１
からの指示に従って、上述の（２）式又は（３）式の演
算において各データ値Ａ_m ，Ａ_m+1 ，Ａ_m+2 に乗じる係
数ｃ１，ｃ２，ｃ３を算出し、それらの係数ｃ１〜３を
乗算器３０２〜３０４に与える。乗算器３０２〜３０４
及び加算器３０５によって、出力画像Ｇ２のデータ値Ｂ
_m が算出される。

【００３２】バッファメモリ３０７は、歪み補正と画像
出力とのタイミング調整のために設けられており、所定
ライン数分の出力画像Ｇ２を一時的に記憶する。メモリ
制御部３０８は、加算器３０５の出力を逐次にバッファ
メモリ３０７に格納するとともに、格納と並行してライ
ン順に出力画像Ｇ２をバッファメモリ３０７から読み出
して後段に送る。

【００３３】図８はＣＰＵ１０１が実行する処理のメイ
ンフローチャートである。一対のスタートキー５２，５
３の一方がオンされると、ＣＰＵ１０１は、ランプ制御
部１４０に対して原稿照明ランプの点灯を指示し、スキ
ャンニング駆動部１３２及び撮像制御回路１３１に対し
て予備スキャンニングの開始を指示する（＃１〜３）。
予備スキャンニング中においては、上述したように比較
器１１及びカウンタ１１２によって原稿高さ及び原稿サ
イズを測定する（＃４）。

【００３４】予備スキャンニングが終了すると（＃
５）、スキャンニング準備として、各種補正のための制
御データを生成し、モードに応じた動作設定を行う（＃
６）。そして、スキャンニング駆動部１３２及び撮像制
御回路１３１に対して本スキャンニングの開始を指示す
る（＃７）。本スキャンニング中は、ライン順次の読取
りとタイミングを合わせて、画像処理回路１０３に対し
て原稿高さデータＤＨに応じた補正指示を与える（＃
８）。本スキャンニングが終了すると、原稿照明ランプ
の消灯を指示して処理を終える（＃９、１０）。

【００３５】以上の実施形態において、読取り解像度Ｒ
１の値は、出力解像度Ｒ２を保証する傾き角度θの上限
設定に依存する。例えば、原稿画像が１／３に縮む角度
（約７８°）まで保証する場合には、読取り解像度Ｒ１
を出力解像度Ｒ２の３倍とする。解像度比率ｒを任意数
とした場合、出力画像Ｇ２のデータ値Ｂ_m は、（４）式
を満たすｐ，ｑを用いて（５）式で表される。

【００３６】

【数２】

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、原稿面の湾曲
に因る歪みが補正され且つ解像度の一様な読取り画像を
出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブックスキャナの外観を示す斜視図である。

【図２】ブックスキャナの使用状態を示す図である。

【図３】ブックスキャナによる読取りの模式図である。

【図４】原稿面の湾曲状態の測定方法を説明するための
図である。

【図５】副走査方向の歪みの補正方法を説明するための
図である。

【図６】ブックスキャナの信号処理系のブロック図であ
る。

【図７】歪み補正部のブロック図である。

【図８】ＣＰＵが実行する処理のメインフローチャート
である。

【図９】従来の歪み補正の模式図である。

【符号の説明】

１ ブックスキャナ（画像読取り装置） ３１ ラインセンサ（撮像手段） １００ 信号処理系 １０１ ＣＰＵ ３００ 歪み補正部 Ｇ１ 読取り画像 Ｇ１’ 変倍画像 Ｇ２ 出力画像 Ｓ１ 原稿面

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿画像を電気信号に変換する撮像手段
   と、前記電気信号を量子化する信号処理系とを有し、原
   稿面の湾曲状態を測定して湾曲に因る読取り画像の歪み
   をデータ処理によって補正し、補正後の読取り画像を外
   部装置へ出力する画像読取り装置であって、 前記歪みを補正するデータ処理として、読取り画像を構
   成する全ての画素を、原稿面における当該各画素に対応
   した位置での傾きに応じて変倍するとともに、変倍後の
   画素の集合である変倍画像を変倍前より画素数が少なく
   なるように等間隔に細分化して出力するという内容の処
   理を行うことを特徴とする画像読取り装置。