JP3534920B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光電変換装置で
読み取ったビットマップ形式の画像データの位置誤差、
あるいは原稿を走査する速度を測定する画像読取装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像読取装置として例えば日本
機械学会第７１期通常総会講演会講演論文集（ＩＶ）で
発表された「高精細画像入力装置の開発」（従来例１）
が知られている。ここでは、副走査方向に並べて配置さ
れた等ピッチラインのテストチャートを読み取った画
像、すなわち、副走査方向のライン間隔で離散化された
画像データに対して補間演算を行い、演算された結果か
ら、等ピッチラインの黒線、白線の中心位置を求め、テ
ストチャートの基準ピッチとの差を読み取ることで、装
置の振動などに起因する画像データの読み取り位置誤差
を検出するようになっている。

【０００３】他の従来例として特開平６−２９７７５８
号公報「走査線ピッチ計測方法」（従来例２）がある。
この公知例は、等ピッチパターンのデータを書き込んだ
ハードコピーのパターンを読み取ってハードコピー装置
の書き込みの走査線のピッチむらを計測するようになっ
ている。

【０００４】光学的リニアスケールとして、例えばオー
ム社から出版された「サーボセンサの基礎と応用」（大
島康次郎、秋山勇治共著）〔昭和６３年２月２０日発
行〕（従来例３）が知られている。この刊行物に記載さ
れた技術を図１４ないし図１６を参照して説明する。

【０００５】こではリニアスケールの一例としてポジシ
ョンスケールを例に挙げている。例に挙げられたリニア
スケールは、図１４に示すように全く等しいピッチの明
暗の格子をもった２枚１組のメインスケール８１とイン
デックススケール８２とからなるガラススケール８３
と、そのスケール８３を照明するＬＥＤからなる光源８
４と、スケール８３を透過した光を検知するフォトダイ
オード８５から構成される。通常はインデックスケール
８２が固定され、メインスケール８１が移動するが、そ
の移動に連れてフォトダイオード８５の出力が変化す
る。

【０００６】図１５に示すように２枚のガラスの透過部
が一致したとき、出力は最大となり、透過部とクロム蒸
着された不透明部８６が重なったときには、出力は理想
状態では０となる。したがって、その出力波形は理想的
には図１５（ｂ）に示したような光量変化となるが、実
際には明暗の格子ピッチが８μｍと小さいため、光の回
折の影響やクロム烝着面での反射の影響があり、図１５
（ｃ）に示すような出力波形のように近似正弦波の形で
出力される。この出力波形の山の間隔がスケールのピッ
チに相当するので、山の数を数えることにより移動量を
知ることができる。これがポジションスケールの基本原
理であるが、実際には図１４のフォトダイオードＡ，
Ｂ，／Ａ，／Ｂ（なお、「／」は反転を示す。）の４個
を用いて各種の処理が行われている。

【０００７】Ａ，Ｂ，／Ａ，／Ｂのおのおのに対応する
インデックススケール８２の格子は、０°、９０°、１
８０°、２７０°の位相関係になっている。これをＡと
／Ａ、Ｂと／Ｂを組み合わせて差動方式で検出し、スケ
ール８２の汚れや光量変化に対して強くなるように設定
し、信頼性を高めている。このようにして得られた信号
をおのおの改めてＡ、Ｂとし、さらに電気的に反転され
た信号をそれぞれ／Ａ、／Ｂとする。そして、これらの
信号を用いてさらに細かい寸法まで読み取るための処理
が実行されている。

【０００８】スケール８３の移動方向は図１６に示すよ
うにＡ信号とＢ信号のどちらの信号の位相が進んでいる
かを知ることで判定できる。スケール８３のピッチより
も細かく読む手法としては、Ａ信号だけ用いると基準レ
ベルを下からよぎるときと上からよぎるときの両方をと
らえて４μｍ単位で読める。さらにＢ信号を用いると２
μｍまで読める。これ以上細かく読むためには、ＡとＢ
の信号を用いて４５°位相差の信号、Ｂと／Ａの信号か
ら１３５°位相差の信号を作る必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
１では、等ピッチラインのパターンのエッジと読み取り
のサンプリングのタイミングとの位置関係との相違によ
り同じ形状のパターンを読み取って得られるデータがそ
れぞれ異なってしまうモアレという現象がある。読み取
ったデータはこのモアレによって必ずしもパターンのエ
ッジの位置と対応しないので、位置誤差の測定精度を劣
化させる。モアレの影響は、等ピッチラインパターンを
精細にして読み取り装置の分解能に近づけると非常に顕
著になり、条件によっては位置誤差の測定ができなくな
るほどになる。したがってこの方式では、読み取り装置
の分解能に近い、あるいはそれ以下の位置誤差を高精度
で測定することはできない。

【００１０】また、等ピッチラインのパターンを使うの
で、モアレの影響を無視しても、高い周波数成分の位置
誤差を測定するためにパターンのピッチを精細にする
と、結像光学系のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒ
ａｎｓｆｅｒ Ｒａｔｉｏ）の限界によって得られた画
像の濃淡の信号の差が小さくなり、測定精度が劣化せざ
るを得ない。

【００１１】さらに、パターンの精細化では、測定の周
波数帯域を高い方向に広げ、精度を上げることができな
いのでサンプリングしたデータを補間する処理を行って
いる。より良い補間を行うには、より多くの周辺データ
を使ったり、複雑な演算処理が必要になり、処理時間が
長くなる。さらに補間はあくまでも補間であり、真のデ
ータとのずれが生じることは避けられず、測定精度を劣
化させる要因になる。また、光電変換装置の中の特定の
１つの受光素子が副走査方向に走査することによって得
られる画像データを使用しているので、受光素子そのも
のが持つノイズが測定そのものの精度に影響を与えて、
精度を劣化させる。

【００１２】従来例２では、計測時には光電変換装置で
パターンを読み込んだデータを使うので、計測に当たっ
てはハードコピーの読み取り時の走査むらはないという
条件で読み取ってハードコピーのピッチむらを計測して
いる。その他、特に説明しないが、前述の従来例１と同
様のモアレの問題を有する。

【００１３】従来例３では、上述のようなリニアスケー
ルにおいては、光源（ＬＥＤ）８４の発する光をコリメ
ートレンズ８７で平行光線にしてメインスケール８１と
インデックススケール８２の重なりを通過してくる光を
受光素子で検出するようにしているので、微細かつ高精
度のメインスケール、インデックススケール、および精
密なコリメートが必要になる。その結果、当然コストも
高くなっていた。

【００１４】また、前記従来例では、例えば測定のサン
プリング間隔によって制限される測定帯域の理論的限界
を考慮したノイズの除去、あるいは読み取り走査系の機
械的な運動特性から予想される測定結果の周波数帯域を
考慮したノイズ除去などは全く考慮されておらず、ノイ
ズの影響を無視することはできなかった。

【００１５】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、画像をビットマップ
形式で読み取る画像読取装置で読み取った画素の位置の
誤差あるいは画像を走査する速度を高精度で測定するこ
とができるようにすることにある。

【００１６】他の目的は、測定のノイズを低減して精度
の良い測定を可能にすることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、走査方向に対して傾きを有する線を
等ピッチで平行に並べて形成されるパターンと、当該パ
ターンを読み取る光電変換手段と、当該光電変換手段に
よって得られた前記パターンの画像データに順次ウイン
ドウを設定して重心を計算する手段とを有する画像読取
装置において、前記重心を計算する手段によって順次得
られるデータを画素の位置誤差データまたは原稿の走査
速度データに変換する手段と、前記画素の位置誤差デー
タまたは原稿の走査速度データをフィルタ処理する手段
とを備え、前記フィルタ処理する手段は、前記線の繰り
返しパターンを読み取った画像の副走査方向の画素サイ
ズの空間周波数の１／２以下の空間周波数の減衰極を有
する低域通過フィルタであることを特徴とする。

【００１８】

【００１９】第２の手段は、第１の手段に前記減衰極ま
たは減衰特性を指定する手段と、当該指定する手段の指
定に基づいて前記フィルタのパラメータを設定する手段
とをさらに備えていることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。なお、以下の各実施形態に
おいて、同等と見なせる各部には同一の参照符号を付
し、重複する説明は適宜省略する。

【００２１】１．第１の実施形態 １．１ 測定原理 図１は、本出願の測定原理を典型的な場合を前提にして
説明するための図である。図の主走査と書いた矢印１０
１は線順次で画像を読み取る装置が同時に読み取る１ラ
インの画像の画素の並びと、この並列のデータを直線の
データに変換したときの時間軸上の順序を示す。図の副
走査と書いた矢印１０２は主走査の１列が読み取る範囲
を順次移動させながら読み取って行く方向を示してい
る。移動する手段としては、原稿の画像を光電変換素子
に投影するミラー、照明ランプなどを機械的に移動させ
るもの、原稿を移動させるもの、光電変換素子とその結
像光学系を一体にして移動させるものなどがある。ここ
ではこの主走査方向と副走査方向に平行な線で囲まれた
それぞれの４角形を画素ということにする。画素によっ
て構成される平面は、原稿の画像を電気信号に変換され
たデータが原稿の画像の写像がそのまま並んでいるとい
うイメージでとらえることができ、ビットマップという
こともある。読み取り装置からリアルタイムで出力され
るときには、主走査、副走査の方向が時間的な順序を示
すが、出力されたデータをメモリに取り込んだ状態で
は、それぞれの画素を任意にアクセスすることも可能で
あり、主走査、副走査、時間の順序にとらわれない扱い
も可能になる。

【００２２】図１は主走査と副走査の画素サイズが等し
い場合で、副走査方向の走査速度が変動するときと、一
定速度で４５°の斜線を読み取るときに光電変換装置に
投影されるが、像を全く劣化のないかたちでビットマッ
プに対応させて示したものである。すなわち、ａは副走
査方向の読み取りのタイミングを制御するクロックに対
応する所定の一定速度で走査したときで、ビットマップ
にも４５°の像ができる。ｂは速度が変動するときの像
で、速度に応じて傾きが異なってくる。

【００２３】つまり、Ａ−Ｂは副走査方向の走査速度が
０のときで、副走査方向の読み取りのタイミングを制御
するクロックにより副走査方向のビットマップのアドレ
スが進んでも原稿を読み取っている位置が変わらないた
め、副走査方向に平行な線になってしまう。

【００２４】Ｂ−Ｃは副走査方向の走査速度が所定の速
度の１／２のときで、ビットマップのアドレスが進んで
も、その半分しか進まない位置の画像を読んでいること
になり、画像の副走査方向の線との角度はｔａｎθ＝
０．５から、約２６．５７°である。

【００２５】Ｃ−Ｄは所定の速度で走査しているとき
で、傾きは４５°である。同様にＤ−以降は走査速度が
１．５倍の場合で、その角度は約５６．３１°である。
つまり、走査速度によって像の傾きが異なること、言い
換えれば斜線の主走査方向への移動量が、副走査方向の
移動速度に対応することを測定原理として副走査方向の
移動速度のムラ、ミラー、レンズ、光電変換装置の振動
などに起因するビットマップ画像の画素の位置誤差を計
測する。

【００２６】以上、正方形の画素を持ち、４５°の線を
使用した場合で説明したが、画素が正方形でなく、例え
ば、主走査の分解能４００ｄｐｉ、副走査の分解能６０
０ｄｐｉといった読み取り装置の画像データに適用する
こともでき、４５°以外の斜線を用いても同様に、斜線
の画像の主走査方向への移動量が副走査方向の読み取り
方向の速度に依存するという関係は成立するので、画素
の位置誤差を計測することができる。

【００２７】１．２ システム構成 図２は、本実施形態に係る位置誤差測定装置のシステム
構成の一例を示すブロック図で、画像読取装置への付加
機能として組み込み、リアルタイムでその位置誤差を測
定するものである。このシステムは光電変換部１、Ａ／
Ｄ変換部２、シェーディング補正部３、位置誤差測定部
４、後処理部５、制御部６および処理条件の設定部７と
から基本的に構成され、制御部６にはライン同期信号８
が入力される。

【００２８】光電変換装置１は、例えばラインＣＣＤ
で、画像が電気信号に変換される。電気信号に変換され
た画像はＡ／Ｄ変換部２でデジタルの多値の画像データ
に変換される。変換されたデータは、照明の不均一さ、
レンズの周辺光量の低下、光電変換装置の画素間の感度
の違いなどをシェーディング補正部３によってシェーデ
ィング補正する。シェーディング補正された画像データ
は、位置誤差測定部４に入力され、測定結果に応じた誤
差信号（あるいは速度信号）を出力する。測定結果とし
て出力された誤差信号（あるいは速度信号）は後処理部
５に入力され、ノイズ低減処理が施された後、誤差信号
（あるいは速度信号）９として出力される。それぞれの
機能ブロックは、制御部６によってタイミングの制御、
動作条件の設定などがなされ、相互に関連して動作す
る。勿論、シェーディング補正されたデータをコンピュ
ータなどの別の処理計に取り込み、別途に処理すること
もできる。しかし、単なる測定の場合にはこのように構
成したほうが便利な場合が多い。

【００２９】処理条件の設定部７は、後処理の内容があ
らかじめ設定した条件を変更する必要がない場合には不
要であるが、後処理の条件を変更する必要がある場合に
使用される。例えば読取装置の動作条件の変更に合わせ
て低域通過フィルタのカットオフ周波数を変更した方が
より精度の高い測定が可能になる場合などに使用する
と、効果を発揮する。すなわち、この処理条件７の設定
部は、後述の後処理部４における処理内容を設定した
り、減衰極の空間周波数を設定したり、減衰特性を必要
に応じて設定する。これにより、測定の目的に適した後
処理を行うことができ、その結果、精度の高い測定が可
能となる。

【００３０】前記後処理部５における処理は、具体的に
は以下のようになる。すなわち、斜線の繰り返しパター
ンを読み取った画像データによって画素の位置誤差ある
いは原稿を走査する速度を測定する方式では、通常、後
述のように画像データの副走査方向のラインごとにウイ
ンドウを順次設定して重心を計算して測定するので、副
走査方向のライン間隔が測定系のサンプリング間隔とみ
なすことができる。サンプリリング定理の示すところで
はサンプリングされたデータにより再生可能な帯域は高
々サンプリング周波数の１／２である。従って、副走査
方向のラインの間隔に相当する空間周波数を１とすれ
ば、再生可能な空間周波数は高々１／２ということにな
る。そこで、この空間周波数１／２に減衰極を有するロ
ーパスフィルタで処理を行うことによって本来測定結果
に含まれないはずのノイズを除去することができる。そ
して、このようにしてノイズを除去することで、測定に
伴うノイズを低減することが可能になり、測定精度を改
善することができる。

【００３１】読取装置の画素の位置誤差または原稿の走
査速度のムラの主な原因が、例えば第１キャリッジの速
度ムラであるとあらかじめ分かっている場合がある。こ
のようなとき、第１キャリッジの質量とキャリッジに駆
動力を伝達する伝達系のバネ定数などから、第１キャリ
ッジの運動特性をあらかじめ知ることができ、少なくと
も速度ムラが持つと考えられる上限の周波数帯域や測定
の目的に応じた必要な上限周波数が設定可能な場合があ
る。通常の読取装置では、このような上限周波数は上述
のサンプリング定理により規定される上限周波数よりも
はるかに低い周波数である。したがって、キャリッジの
運動特性などから求められる周波数に減衰極を有する低
域通過フィルタによって後処理することで、測定ノイズ
を低減することでき、さらに高精度の測定が可能にな
る。

【００３２】なお、測定結果の位置誤差のデータに対し
て超低周波領域を除去する処理を実行すると、測定結果
に含まれる直流成分を取り除くことが可能になり、結果
として斜線のパターンの傾きを補正することができる。
これも広い意味で測定の精度を向上させていることと等
価でる。勿論、この低周波除去を低域通過フィルタとと
もに両方で処理することも可能であり、この場合は、帯
域通過フィルタで処理していることと等価である。

【００３３】１．３ 装置の概略構成 図３は、この実施形態に係る画像読取装置の概略構成を
説明するための断面図である。同図において、筐体２８
の上面に、読み取るための原稿を載せるコンタクトガラ
ス２１が設けられ、当該コンタクトガラス２１は筐体２
８に支えられた状態になっている。コンタクトガラス２
１の上面に画像を下にして置かれた原稿は、照明光源２
２によって照明され、原稿の反射光は第１ミラー２３、
第２ミラー２４、第３ミラー２５および結像レンズ２６
によって光電変換装置２７上の光電変換素子の受光面に
投影され、原稿の画像は電気信号に変換される。電気信
号に変換されたデータは所定の処理をした後、出力され
る。

【００３４】照明光源２２と第１ミラー２３は、図示し
ない第１キャリッジに取り付けられており、同じく図示
しない駆動装置によって原稿を線順次に読み取るため、
原稿面との距離を一定に保った状態で移動する。第２ミ
ラー２４と第３ミラー２５は、図示しない第２キャリッ
ジに取り付けられ、第１キャリッジの１／２の速度で第
１キャリッジと同様に移動する。このような構成で原稿
を走査することによってコンタクトガラス２１上の所定
の範囲の画像を線順次で読み取る。

【００３５】図４は、図８に示した画像読取装置の平面
図で、コンタクトガラス２１、筐体２８、シェーディン
グ補正の基準データを光電変換部に与えるための基準濃
度板２９、および読み取った画像データの画素の位置誤
差を測定するために設けられた測定用パターン３０の配
置の状態を示していている。ここで、基準濃度板２９お
よび測定用パターン３０が鎖線で示してあるのは、光電
変換装置で読み取れるように読取装置の外面には出てい
ないことを示すためである。特に測定用パターン３０は
画像データとともに光電変換装置で読み込むので原稿と
同様に光電変換素子の受光面に結像する必要があり、コ
ンタクトガラス２１の原稿が置かれる面に設けられてい
る。

【００３６】図５は図６において２点鎖線の円ＣＬで囲
んだ部分の詳細を示す図である。基準濃度板２９は測定
用パターン３０を読み取る光電変換素子の画素に対して
もシェーディング補正が行えるようにするため、測定用
パターン３０が配置されている領域まで延ばしてある。

【００３７】図６は測定用のパターン３０の一部を拡大
した平面図であり、このパターン３０は黒の斜線Ｌと背
景の白で構成している。このパターン３０については、
第１の実施形態で説明したものと同様なので、ここでの
説明は省略する。なお、この実施形態では、測定用のパ
ターン３０を画像外の図５に示す位置に設置し、画像と
同時に読み取って測定するという点のみが異なる。

【００３８】１．４ 位置誤差測定処理 図７は図１と同様のビットマップに斜線の画像データａ
があるときの位置誤差の測定を行うときの処理を説明す
るためのものである。Ｗ₁ は画像データの位置を求める
ための演算を行う１１×３のウインドウである。ウイン
ドウ内のデータの位置を求めるため、主走査方向におけ
る重心を演算する。この演算では、順次ウインドウの位
置をＷ₂,Ｗ₃ ・・・と移動させながら重心を求める。重
心の主走査方向の位置は４５°の線の場合、画素の位置
がなんらかの誤差要因で移動することがなければ、ウイ
ンドウを図のように移動させた場合、主走査方向に１画
素分ずつ移動するはずである。画素の移動量が１画素分
と異なる場合は、何らかの原因で画素の位置が変動した
ことになり、位置誤差を求めることができる。位置誤差
の主要な要因が副走査方向の走査速度のムラによること
が分かっている場合には、位置誤差のデータか速度ムラ
にデータを変換することは容易である。

【００３９】重心を求めるのに周辺の画素のデータを含
む多数の画素データを使っているので、ＣＣＤ固有のノ
イズを始めとしてさまざまなノイズが画像データに含ま
れるが、重心を求める過程でノイズの影響が軽減され、
Ｓ／Ｎの高い測定が可能になっている。通常、ウインド
ウの画素の数が多いほどＳ／Ｎは高くなる。

【００４０】ウインドウの形状は主走査方向の重心を求
めることから、主走査側に大きいことが望ましい。副走
査方向は１としても測定可能である。

【００４１】図８は斜線の数が複数あって複数の斜線ａ
₁ ，ａ₂ ，ａ₃ を使用して位置誤差を測定する場合のウ
インドウの移動とそれに伴う処理を説明するものであ
る。図３の例と同様にウインドウを順次移動させ、あら
かじめ設定したおいたＷ_n に達したとき、その次のウイ
ンドウとしてＷ_n+1 に移動させる。移動する前後の斜線
のパターンａ₁ とａ₂ の間隔は測定用チャートを作成す
る段階で決めておき、その間隔の値を主走査方向の重心
の移動を計算するときに補正する。Ｗ_n+1 、Ｗ_n+2 、Ｗ
_n+3 ・・・と移動させる。パターン間の間隔を画素サイ
ズの整数倍に設定しておくと、ウインドウをジャンプさ
せたときの補正が簡単であり、測定に先立って測定装置
にこの補正量を入力するときにも便利である。

【００４２】この例ではウインドウを１画素ずつ移動さ
せているが、画素の位置誤差を起こす原因となる振動な
どの周波数帯域が低い場合は、ウインドウを２画素以上
ずつ移動させても良い。こうすることによって測定に要
する時間短くすることができる。

【００４３】また、複数の斜線を使って位置誤差を測定
するようにすれば、読み取り装置の読み取り範囲が縦長
であっても副走査方向の全域にわたっての測定が可能に
なる。さらに、主走査方向の狭い幅のなかだけで測定す
るようにすれば、主走査方向における中央部とか、手前
とか、奥側とかに分けて位置誤差を測定することも可能
になる。

【００４４】これらの図からも明らかなように、本願で
は高い分解能で位置誤差を測定する場合でも、それに応
じて斜線のパターンを細くする必要は全くなく、システ
ムのＭＴＦの制約の影響を受けない幅の広いパターンを
使うことができるという特徴がある。幅の広いパターン
を使えば、それに応じてウインドウも大きくなり、結果
として測定の精度を上げることができる。なお、処理速
度、リアルタイム処理を行う場合は、バッファのサイ
ズ、回路規模の経済性などとのバランスでパターンの幅
を設定すればよい。

【００４５】なお、他の例として、幅の広い線のパター
ンを用い、どちらか片側のエッジのデータによっても同
様に位置誤差を測定することが可能である。

【００４６】また、副走査の読み取りタイミングと斜線
との関係は常に同じであるから、前述の公知例のように
副走査方向に並べられた等間隔の白黒のパターンでは避
けることのできないモアレの問題を回避することがで
き、高精度な位置誤差の測定を可能にしている。

【００４７】１．５ ウインドウのデータと重心の計算 図９はウインドウのデータと、斜線のパターンの関係を
示すものである。ウインドウの各画素には斜線のパター
ンを読み取って得られる画像データの値が記入されてい
る。画像データの値は８ビットのデジタルデータで、１
０進法で表すと０〜２５５の値を取ることができる。図
の値は画像のデータを１０進法で表記した値である。

【００４８】主走査方向の重心を計算するには、各列ご
とにデータの和を求める。これを右側からｈ₀,ｈ₁,・・
・ｈ₁₀とすると、それぞれ１４、３７、１５０、３４
５、５６２、５９０、４２７、２０２、５０、１８、１
３である。各画素の主走査方向の中心の座標を右から順
に０〜１０とし、重心の主走査方向の位置をｍとする
と、ｍの周りのモーメントは０となるので、 ｈ₀ （ｍ−０）＋ｈ₁ （ｍ−１）＋・・・ｈ₁₀（ｍ−１
０）＝０ が成り立ち、数値を入れて計算すると、 ｍ＝４．６６７ が得られる。

【００４９】重心を求めるのは、補間などの前処理を必
要とせず、演算の簡素化、高速化に有用である。画像の
位置を求めるのは、各列ごとのデータの和の並びから、
補間により所定の分解能のデータ列を得て、そのデータ
からピーク値の存在する位置を求める方法を使うことも
できる。

【００５０】１．６ 斜線の幅 重心を計算するに当たり、斜線の幅はデータをきちんと
読み取れるものであれば問題ないが、画素が正方形で、
斜線の角度が４５°であり、画像の走査速度を所定の目
標速度からのわずかなズレをより高精度で測定する場
合、斜線の主走査方向の幅を画素の整数倍にしておく
と、ウインドウを斜め方向に移動しても、斜線と画素の
関係は斜線の両側で同じになり、画像データの誤差要因
もバランスし、画像の位置を計算する精度を高めること
ができる。

【００５１】１．７ 主走査方向の斜線の画像の移動量
と副走査方向の画素の位置誤差の関係 この実施形態では、副走査方向の画素の位置誤差を測定
するために、斜線を読み取った画像の主走査方向へ画像
の位置の移動を見ている。正方形の画素で４５°の斜線
を使って測定する場合には、これまでの説明で明らかな
ように、主走査方向の移動量のウインドウ間における偏
差がそのまま、副走査方向の位置誤差になる。画素が正
方形でない場合、斜線の角度が４５°でない場合には、
換算をして副走査方向の位置誤差を得る必要がある。

【００５２】１．８ 測定の処理手順 図１０は、測定の処理手順を示すフローチャートであ
る。この処理手順では、まず、計算するウインドウの位
置を示すＷ．Ｐ．（ウインドウポインタ）をセットし
（ステップＳ７０１）、次に、Ｗ．Ｐ．で指示されるウ
インドウのデータを取り込み（ステップＳ７０２）、取
り込んだデータの総和Ｖを計算する（ステップＳ７０
３）。そして、データの総和Ｖがあらかじめ設定したａ
とｂとの間の値を持っているかどうかをチェックする
（ステップＳ７０４）。このチェックでａとｂとの間に
入っていれば、重心の計算を行い（ステップＳ７０
５）、さらに、重心のずれを計算した（ステップＳ７０
６）後、次のＷ．Ｐ．をセットする（ステップＳ７０
７）。その後、ステップＳ７０２に戻ってデータフェッ
チ以降の処理を繰り返す。

【００５３】一方、ステップＳ７０４で、データの総和
Ｖがａとｂとの間に入っていなければ、ループから抜け
出し、処理を終了する。

【００５４】なお、ステップＳ７０４で処理の総和をチ
ェックするのは、スタートのときにＷ．Ｐ．を誤ってセ
ットしたため、ウインドウ内に斜線のデータがないよう
な場合に、正しい測定がされていないのに測定結果が出
力されるのを防止するという理由からである。また、測
定に使う斜線の長さを短くしておけば、斜線が途切れた
位置で打ち切ることができ、必要以上の測定を無駄を省
くことができる。

【００５５】１．９ 測定に使用する標準チャート 図１１に測定に使用するチャートの例を示す。図１１
（ａ）に示したのは、縦長の読み取り範囲の先端から後
端までの測定を可能にするためのチャートである。鎖線
Ｌ_H は２本の斜線Ｌ₁ ，Ｌ₂ が主走査のラインで見たと
きに重なりを持っていることを可能にすることを説明す
るための補助線である。重なりはウインドウを別の斜線
のデータを使うためにジャンプさせたとき、ウインドウ
内のデータが斜線の端部の影響を受けないことを保証す
るためのものである。

【００５６】図１１（ｂ）は、チャートの全面に斜線Ｌ
を持ち、折り返しを使えば画面全体のどの位置でも画素
の位置誤差を計測できるようにするためのチャートであ
る。この場合も、特定の１本の斜線Ｌに注目して図１１
（ａ）のような計測にも使用することができる。しか
し、このチャートの場合には、他のパターンを入れて１
枚の画像データで何種類もの項目の画像評価をすること
には対応することはできない。

【００５７】図１１（ｃ）は中央を、図１１（ｄ）は中
央と左右の画素の位置誤差を測定するためのチャートで
ある。同図（ｃ）の斜線のパターンがある部分だけと切
りとったストリップ状のチャートを従来からあるテスト
チャートの所定の位置に張り付ける形で、画素の位置誤
差を測定するチャートを作ることもできる。あるいは、
このストリップ状のチャートをそのまま測定用のチャー
トとすることもできる。

【００５８】２．第２の実施の形態 次に、第２の実施形態について説明する。この実施形態
は、第１の実施形態においてシェーディング補正処理と
位置誤差測定処理の間でノイズ低減処理を行うようにし
た例で、図１２に示すようにシェーディング補正部３と
位置誤差測定部４の間にノイズ低減処理部１０を設けた
ものである。その他の構成は前述の第１の実施形態と同
様なので、異なる点についてのみ説明する。

【００５９】すなわち、位置誤差の測定に先立って斜線
の繰り返しパターンを読み取った画像データに対してノ
イズ低減処理を実施した後、重心の計算を行って画素の
位置誤差あるいは原稿を走査する速度を得た後、後処理
を行う。この場合、ノイズ低減処理の内容が前処理と後
処理では異なっているので、それぞれの効果を得ること
ができ、結果として更に高精度の測定を可能にしてい
る。

【００６０】ノイズ低減処理部１０では、斜線の繰り返
しパターンは十分に暗い線があるという構成であるか
ら、それを読み取った画像データは、非常に単純な構造
を持つことになる。すなわち、入力データに相当するパ
ターンは所定の線幅を持つ２値であるから、それを読み
取った画像でーたから主走査ラインの一つを取り出し、
横軸に主走査ラインアドレス、縦軸に８ビットで表現さ
れる読み取ったデータの値をプロットすれば、システム
のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｇｆｅｒ
Ｒａｔｉｏ）特性により高周波成分が取り除かれた図
１３に示すような矩形になる。斜線全体の画像としては
主走査方向にこのような断面を持つデータが副走査方向
に斜線に沿って滑らかに繋がることになる。ノイズ低減
処理部１０はこのような形状を持つという特徴を生かし
て画像データのノイズを低減している。

【００６１】斜線を読み取った画像データの主走査ライ
ンのデータは前述の図１３に示すように斜線の一方のエ
ッジに対応する領域では単調に増加し、他方（反対側）
のエッジに対応する領域では単調に減少する。この特性
を使ってノイズ低減処理部１０では斜線の中央に対応す
る位置を求め、その位置から所定の距離以上に離れた位
置の画素データを０にする。斜線の繰り返しのパターン
を構成する斜線の幅と、読み取りシステムのＭＴＦ特性
からあらかじめこの距離を求めることができる。

【００６２】このように処理するようにすると、シェー
ディング補正がきちんと機能し、パターンに汚れなどの
異常がなく、しかもシステムのノイズが十分に小さけれ
ば０になるはずの位置にある０以外のデータを除くこと
になり、画像データのノイズを減少させることになる。
特に、前述のように重心に対するモーメントの和が０で
あるという条件を使うことによって重心を計算するの
で、重心から離れた位置にあるノイズほど重心の計算結
果に対して大きな誤差の要因になるが、このようにして
ノイズを除去することは測定のノイズの軽減に大きく寄
与することになる。

【００６３】なお、この実施形態では、データを０に変
換しているが、重心と計算する際、あらかじめ設定した
距離よりも遠くにあるデータを無視して計算することに
よっても同様の効果を奏することができる。

【００６４】また、前記ノイズ低減処理部１０の処理内
容に以下の処理を付加するようにすることもできる。

【００６５】すなわち、ノイズ低減処理部１０は４５度
の斜線を読み取ったデータであることを生かして斜線の
傾き方向の対角線上の画素のデータの平均を取ることで
スムージングを行う。以下に示す式（１）が対角線上の
３画素の平均を取るマトリクスである。

【００６６】

【数１】

【００６７】このマトリクスの対角線上の画素の数とし
ては２以上の任意の数を取ることができるが、あまり大
きな数をとると測定の帯域が狭くなるので、画素の数は
画像データに含まれるノイズの性質と、測定の目的に従
って選択することができる。斜線が４５度ではなく、１
３５度の場合には、その方向の対角に１が配列されたマ
トリクスにする。

【００６８】なお、スムージングするための手段とし
て、ローパスフィルタを使用してもよい。すなわち、斜
線を読み取った画像データは、読取装置のＭＴＦ特性に
より画像データに含まれる周波数成分は制限される。こ
の特徴を利用して本来含まれるはずのない高い周波数成
分はノイズであると考えることができるので、スムージ
ング手段としてローパスフィルタを使用することができ
る。

【００６９】また、前記ノイズ処理部１０の処理とし
て、以下の内容の処理を付加することもできる。

【００７０】斜線を読み取った画像データの主走査ライ
ンのデータは前述の図１３に示すように斜線の一方のエ
ッジに対応する領域では単調に増加し、他方（反対側）
のエッジに対応する領域では単調に減少する。これは前
述した通りである。画像データを主走査の線の断面で見
たとき、この単調に増加し、単調に減少する山の幅は、
斜線の繰り返しパターンを形成する線の幅に依存してい
て所定の幅を持っている。そこで、この実施形態におけ
るノイズ低減処理部１０では、この所定の幅より小さい
増加から減少へ変化する領域、あるいは減少から増加へ
変化する領域を検出し、その領域のデータをその領域の
前後の画素の値の平均の値に変換することで小さな山や
谷を形成する孤立点を除くように処理している。

【００７１】このような処理を行うことで、斜線の黒い
部分に付着した白色の小さな異物、斜線のエッジの近傍
に付着した黒色の小さな異物などが斜線の画像の肩の部
分のデータに影響し、それが測定に及ぼす悪影響を軽減
することができる。勿論斜線から離れた位置に孤立して
存在する画像データに対しても前述の実施の形と同様の
効果を得ることができる。

【００７２】また、異物がパターンに付着していない場
合に、読取装置のノイズにより本来単調増加すべき領域
であるにもかかわらず、単調増加にならないケースがあ
る。例えば８ビットで画像の階調を表現する読取装置
で、ノイズレベルが８ビットで表現できる分解能を越え
ている場合には、ノイズの影響で階調が逆転する場合が
ある。このような場合、ノイズがなければ本来単調増加
であるべき領域であるにもかかわらず、単調増加ではな
い場合が生じる。しかし、このような場合前述のように
処理することによって、このような階調の逆転を生じる
部分を検出してノイズを軽減させることができ、これに
よって測定の精度の向上を図ることができる。

【００７３】また、前記ノイズ処理部１０の処理とし
て、以下の内容の処理を付加することもできる。

【００７４】すなわち、斜線の繰り返しのパターンの背
景の濃度が高く、もしくは斜線の濃度が低く、読み取っ
た画像データのコントラストが十分に得られない場合、
あるいは読取装置が斜線の繰り返しパターンを読み取る
ときの感度調整の設定が不適切で、十分な画像データの
コントラスト振幅が得られない場合に、ノイズ低減処理
部では、コントラストの拡大処理を行う。すなわち、十
分なコントラストが得られない場合にはＳ／Ｎが低下す
るので測定精度に悪影響を与えるのでコントラストの拡
大処理を行ってＳ／Ｎの低下を防止する。

【００７５】コントラストの拡大処理は、読み取った斜
線のパターンの裾の斜線から十分に離れた位置のデータ
の値ＤL 、斜線に対応する部分の山の一番高い部分のデ
ータの値ＤH を求め、画像データの各ピクセルの値をＤ
として以下に示す（２）式の演算処理を行う。

【００７６】 ２５５（Ｄ−Ｄ_L ）／（Ｄ_H −Ｄ_L ・・・（２） ここで２５５は８ビットで表現できる最大値であり、コ
ントラストが小さいデータを最小値が０、最大値が２５
５になるように変換する。

【００７７】この処理の内容を決定するＤ_L 、Ｄ_H の取
得は、測定を開始する先端部分だけで行い、その後の処
理にはこの値を継続して使用する。途中で処理内容が変
わることによる誤差を防止するためである。なお、この
実施形態では、コントラストを０から２５５までの最大
値としているば、先端だけで補正のデータを得ているの
で、データが０または２５５側でクリップするのを防止
するためにクリップに対して余裕がとれるように係数を
設定してもよい。重心を計算するに際し、データの少々
のクリップは余り大きな影響を与えないので最大のコン
トラストになるようにしてもあまり問題にはならない。

【００７８】なお、一旦メモリに斜線の繰り返しパター
ンを保持していからこのような処理を行う場合には、対
象とする画像データ全体を調べてＤ_L およびＤ_H を得て
コントラストの改善を行うようにすることもできる。ま
た、この処理を行った後、他の実施形態で説明した処理
を行うことによって高精度の測定を行うようにすること
もできる。

【００７９】また、前記ノイズ処理部１０の処理とし
て、以下の内容の処理を付加することもできる。

【００８０】すなわち、この実施形態では、レベル低減
処理部４は、８ビットの分解能で読み取った斜線の画像
データのＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
Ｂｉｔ）に値０の１ビットを増して９ビットで画像デ
ータを表現するようにする。これによって分解能は２倍
になる。これによって画像データを整数で表現する場合
には８ビットでは０〜２５５であったのに対し、９ビッ
トでは０〜５１１になる。そして、分解能を高めたデー
タに対して更に前述のスムージング処理を実行する。

【００８１】また、前記ノイズ処理部１０の処理とし
て、以下の内容の処理を付加することもできる。

【００８２】すなわち、ノイズ低減処理部１０は画像デ
ータの空間の分解能４００ｄｐｉを倍の８００ｄｐｉと
し、第３の実施形態と同様にして空間の画像データに並
びに対してスムージング処理を行う。このようにするこ
とによって、斜線の空間の光学的な投影画像により近い
画像データが得られるので、４００ｄｐｉで表現する際
にさけることのできない量子化ノイズをはじめ光電変換
素子のノイズ、その他の読み取りに伴うノイズを低減す
ることができ、測定の精度を高めることが可能になる。

【００８３】さらに、前記ノイズ処理部１０の処理とし
て、前述の画像データの階調数の増加と空間の分解能の
増加の両者を実行してスムージング処理を行うようにし
てもよい。

【００８４】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、前述
のように構成された本発明によれば、以下のような効果
を奏する。

【００８５】

【００８６】本発明によれば、本来測定結果に含まれる
ことのない、あるいは測定に不要な帯域のデータを除去
することができるので、ノイズが低減され、精度の高い
測定が可能になる。

【００８７】また、本発明によれば、測定の目的に即し
たノイズ除去が可能になり、これによってより精度の高
い測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における測定原理を示
す説明図である。

【図２】第１の実施形態におけるシステム構成を示すブ
ロック図である。

【図３】第１の実施形態における画像読取装置の概略構
成を示す断面図である。

【図４】第１の実施形態における画像読取装置の平面図
である。

【図５】図５において２点鎖線の円で囲んだ部分の拡大
図である。

【図６】図５における測定用パターンの部分を拡大した
拡大図である。

【図７】第１の実施形態におけるビットマップに斜線の
画像データがあるときの位置誤差測定を行うときの処理
を示す説明図である。

【図８】第１の実施形態におけるビットマップで複数の
斜線を使って位置誤差を測定する場合のウインドウの移
動とそれに伴う処理を示す説明図である。

【図９】第１の実施形態におけるウインドウのデータと
斜線のパターンの関係を示す図である。

【図１０】第１の実施形態における測定の処理手順を示
すフローチャートである。

【図１１】第１の実施形態において測定に使用するチャ
ートの例を示す図である。

【図１２】第２の実施形態におけるシステム構成を示す
ブロック図である。

【図１３】画像を読み取ったときの特性を示す図であ
る。

【図１４】従来例に係るリニアスケールの概略構成を示
す斜視図である。

【図１５】従来例に係るリニアスケールの検出原理を示
す説明図である。

【図１６】従来例に係るリニアスケールの移動方向の判
別方法を示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ 光電変換部 ２ Ａ／Ｄ変換部 ３ シェーディング補正部 ４ 位置誤差測定部 ５ 後処理部 ６ 制御部 ８ ライン同期信号 ７ 処理条件の設定部 ９ 誤差信号 １０ ノイズ低減処理部 ３０ 測定用パターン Ｌ 線分（斜線）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/40 Ｈ０４Ｎ 1/40 １０１Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/00 - 1/00 108 H04N 1/04 - 1/207

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査方向に対して傾きを有する線を等ピ
   ッチで平行に並べて形成されるパターンと、当該パター
   ンを読み取る光電変換手段と、当該光電変換手段によっ
   て得られた前記パターンの画像データに順次ウインドウ
   を設定して重心を計算する手段とを有する画像読取装置
   において、 前記重心を計算する手段によって順次得られるデータを
   画素の位置誤差データまたは原稿の走査速度データに変
   換する手段と、 前記画素の位置誤差データまたは原稿の走査速度データ
   をフィルタ処理する手段と、 を備え、前記フィルタ処理する手段は、前記線の繰り返
   しパターンを読み取った画像の副走査方向の画素サイズ
   の空間周波数の１／２以下の空間周波数の減衰極を有す
   る低域通過フィルタであることを特徴とする画像読取装
   置。
2. 【請求項２】 前記減衰極または減衰特性を指定する手
   段と、当該指定する手段の指定に基づいて前記フィルタ
   のパラメータを設定する手段とを更に備えていることを
   特徴とする請求項１記載の画像読取装置。