JP3647992B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、読み取ったビットマップ形式の画像データの位置誤差を測定して画像データの画素の位置誤差を補正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）も知られている。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】
【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。
【０００５】
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 Ｔｒａｎｓｆｅｒ 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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
これらの問題を解決するために、本出願人は特願平７−２６０４３８号をすでに出願した。この中で、位置誤差を測定するための走査方向に対して一定の傾きを有する複数の線から形成されるパターンを画像読取装置に設置する際に生じるいくらかの位置ずれを検出して位置誤差を求めることができる技術を提案した。この技術では、斜線パターンを設置した際の位置ずれを補正するために、測定した位置誤差データから線形近似によって斜線パターンの傾きを求めて位置ずれを補正するようにしている。
【０００９】
しかし、スキャナの走査速度の平均速度が所定値でない場合にも位置誤差データは傾きを持つため、斜線パターンの位置ずれによる傾きかスキャナの走査速度の平均速度のずれによる傾きかを分離することまでは配慮されていなかった。
【００１０】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、斜線パターンの位置ずれとスキャナの走査速度の平均速度からのずれを分離し、修正することによって正しい位置誤差データを得ることができるとともに、前記位置誤差データに基づいて画素の位置誤差を補正して位置ずれのない画像読取装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて前記位置誤差データを修正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
第２の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて修正された位置誤差修正データを記憶する手段と、前記記憶する手段に記憶された位置誤差修正データに基づいて前記第１及び第２のパターンの一方の読み取りデータを使用して求められた位置誤差データを修正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記修正された位置誤差データに基づいて、読み取った画像データから正しい位置で読み取った場合の画像データを作成し、前記位置誤差を補正する手段をさらに備えていることを特徴としている。
【００１４】
第４の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値が所定値以上であるときにノイズがあったと判断して、前記ノイズを除去する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
【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。
【００１６】
１．画像読取装置の概略構成
まず、図１を参照して本実施例の読み取り装置の概略を説明する。コンタクトガラス１は筐体８により支持され、原稿は読み取り面を下にしてコンタクトガラス１上に載置される。コンタクトガラス１上の原稿は光源２により照明され、読み取り面の反射光が第１ミラー３、第２ミラー４、第３ミラー５により順次反射され、次いでレンズ６により光電変換装置７上のライン状の光電変換素子の受光面に結像されて電気信号に変換される。
【００１７】
光源２と第１ミラー３は不図示の第１キャリッジに取り付けられ、この第１キャリッジは原稿を線順次で読み取るために原稿面との距離を一定にしたまま不図示の駆動装置により副走査方向（図の左右方向）に移動する。また、第２ミラー４と第３ミラー５は不図示の第２キャリッジに取り付けられ、この第２キャリッジは第１キャリッジの１／２の速度で副走査方向に移動する。このような方法によりコンタクトガラス１上の所定の範囲を線順次で読み取ることができる。
【００１８】
また、図２に示すようにコンタクトガラス１の回りの筐体８には、シェーディング補正のために基準濃度を光電変換素子に読み取らせるための基準濃度板９が主走査方向に延びるように取り付けられると共に、第１キャリッジの副走査方向の走査位置または走査速度を検出するために図３に示すように白地上に一定幅、４５°および１３５°の角度の多数の黒の斜線Ｌの２種類の斜線パターン１０ａ，１０ｂが形成された測定用パターン１０が副走査方向に２段に等ピッチで形成されている。基準濃度板９は光電変換装置７により読み取られて、ライン状の光電変換素子毎の感度バラツキや、照明むら、レンズ６の周辺光量の低下等を補正するために用いられ、また、これらの第１および第２の斜線パターン１０ａ，１０ｂも同様に光電変換装置７により読み取られる。なお、斜線パターン１０ａ，１０ｂは画像データとともに光電変換装置７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１の原稿が置かれる面に設けられる。しかし、コンピュータなどに画像を取り込んで位置誤差を測定する場合には、原稿読取領域に斜線パターン１０ａ，１０ｂを設置するようにしてもよい。
【００１９】
なお、この図３は図２の第１および第２の斜線パターン１０ａ，１０ｂとコンタクトガラス１の要部拡大図である。斜線パターン１０ａ，１０ｂは、走査方向に一定の相対する傾きを持った複数の直線から構成される。本来、測定用パターン１０は走査方向に対して平行であることが望ましいが、測定用パターン１０の材質や組み付け時のばらつきなどによって位置がずれてしまう場合があり、図３はこのように位置がずれてしまったときの状態を示している。
【００２０】
２．システム構成
図４に本発明の実施形態に係る画像読取装置に組み込まれる位置誤差測定装置のシステム構成を示す。なお、この位置誤差測定装置は画像読取装置への付加機能として組み込まれ、リアルタイムで画素の位置誤差を測定するものである。
【００２１】
すなわち、位置画素測定装置は、光電変換部１０１と、Ａ／Ｄ変換部１０２と、シェーディング補正部１０３と、斜線判別部１０４と、位置誤差測定部１０５と、位置誤差補正部１０６と、制御部１０７と、記憶部１０８から構成されている。光電変換部１０１は、この実施形態ではラインＣＣＤからなり、読み取った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１０２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、光電変換部１０１の画素間の感度の違いなどをシェーディング補正部１０３で補正され、補正されたデータは斜線判別部１０４に入力される。斜線判別部１０４では、画像データの測定用パターン１０部分を判別し、その判別結果を制御部１０７に出力する。また、画像データは位置誤差測定部１０５に入力され、副走査方向の読み取りラインごとにライン間の位置誤差を測定し、測定結果の誤差信号を出力する。位置誤差測定部１０５では、走査方向に対して一定の傾きの複数の斜線からなる斜線パターン１０ａ，１０ｂに対する位置誤差を測定し、測定した２つの位置誤差データから正しい位置誤差データに修正し、修正された位置誤差の測定データを誤差信号として出力する。位置誤差補正部１０６では、画像データと位置誤差データである誤差信号から位置誤差を補正した画像データを生成し、ビデオ信号として出力する。なお、各部（１０１〜１０６）は制御部１０７によってそれぞれタイミングの制御、動作条件の設定などがなされ、相互に関連して動作するようになっている。また、符号１０８は後述の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を記憶する記憶部である。
【００２２】
３．測定原理
引き続き、位置誤差測定部における読取誤差の測定原理について説明する。
【００２３】
まず、位置誤差を測定する処理は以下のようになる。
図５の矢印で示す主走査方向は、光電変換装置（図４における光電変換部１０１に対応）としてラインＣＣＤ７が線順次で同時に読み取る１ラインの画素の並びと、この並列データを直列データに変換したときの時間軸上の順序を示している。また、矢印で示す副走査方向は、主走査方向の１ラインを読み取る範囲を順次移動させながら読み取る方向を示している。なお、移動手段としては図２に示すように原稿を固定して走査光学系を移動させる形式の他に、走査光学系を固定して原稿を移動させる形式がある。
【００２４】
図５において主走査方向と副走査方向の各平行な線により囲まれた４角形領域を画素とすると、この画素により構成される平面は、原稿の画像を電気信号に変換した場合に原稿画像の写像がそのまま並んでいるという形で捉えることができる。なお、これはビットマップということもある。このデータはラインＣＣＤ７からリアルタイムで出力される時には主走査方向、副走査方向が時間的な順序を有するが、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ができるので、主走査方向、副走査方向、時間の順序にとらわれないで扱うことができる。
【００２５】
図５はまた、主走査方向、副走査方向の画素サイズが等しい場合において、副走査方向の走査速度が変動しないときの４５°の斜線の読み取りデータａと、走査速度が変動するときの読み取りデータｂをビットマップに対応させて示している。すなわち、読み取りデータａは副走査方向の読み取り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を示し、ビットマップとしても４５°の斜線像である。
【００２６】
これに対し、読み取りデータｂは走査速度の変動に応じて傾きが異なる。副走査方向の区間Ａ−Ｂは走査速度が「０」のときを示し、この場合には副走査方向の読み取りタイミングを制御するクロックによりビットマップのアドレスが進んでも読み取り位置が変わらないので、副走査方向に平行な線となる。また、区間Ｂ−Ｃは走査速度が所定速度の１／２のときを示し、この場合には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み取るのでその読み取り画像の角度は約２６．５７°（tan θ＝０．５）である。区間Ｃ−Ｄは所定速度で走査しているときを示し、４５°の角度が得られる。Ｄ以降の区間は走査速度が所定速度の２倍の場合を示し、その角度は約６３．４°である。
【００２７】
したがって、走査速度が変動すると像の傾きが異なることを測定原理として、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に移動速度に対応することを測定原理として、原稿固定方式での読み取りの場合は、キャリッジの副走査方向の走査速度のむらと、自動原稿搬送方式での読み取りの場合は、原稿の搬送速度のむらと、ミラー３〜５、レンズ６、光電変換部（ＣＣＤ）７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測定することができる。
【００２８】
なお、図５では正方形の画素を示したが、画素が正方形ではなく、例えば主走査方向の分解能が４００ｄｐｉ、副走査方向の分解能が６００ｄｐｉのような画素にも適用することができる。また、４５°以外の斜線を用いても同様に、斜線画像の主走査方向への移動量が副走査方向の読み取り速度に依存するという関係が成立するので、画素の位置誤差を計測することができる。
【００２９】
４．斜線パターン判別処理
次に、斜線判別部における斜線パターン判別処理について説明する。図６は図５と同様にビットマップに斜線がある場合を示し、図７はその場合の８ビット（０〜２５５）の読み取り値を示している。なお、０＝白、２５５＝黒であり、主走査方向の座標をＸｎ、副走査方向の座標をＹｍとしている。また、図８は主走査方向３画素×副走査方向３画素の斜線パターン検知用ウィンドウを示し、図８（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ主走査方向に１画素づつシフトしたウィンドウを示している。
【００３０】
ここで、図８（ａ）に示すウィンドウ（Ｘ２〜Ｘ４、Ｙ１〜３）内の中心画素の挟む対角方向、すなわち中心画素を含む左上斜め方向の３つの画素値の和Ｐａと右下斜め方向の３つの画素値の和Ｑａを計算すると、
となる。
【００３１】
同様に、図８（ｂ）〜（ｅ）について求めると、
となる。
【００３２】
次に、中心画素と右下斜め方向の３画素（中心画素を含む）の差Ｒを求めると、
Ｒａ＝１５−５＝１０
Ｒｂ＝２２２−７＝２１５
Ｒｃ＝６６７−９＝６５８
Ｒｄ＝７５０−３３＝７１７
Ｒｅ＝７５１−４５４＝２９７
となる。
【００３３】
この差Ｒの値が大きい場合に３×３画素のウィンドウ内に斜線パターンが有ることを示す。したがって、例えばＲの値が５００以上の場合に斜線パターンが有ると判断すれば図８（ｃ），（ｄ）に示すウィンドウ内に斜線パターンが有ると判断することができる。
【００３４】
次に、図９を参照して他の斜線パターン判別処理を説明する。図９（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図８（ａ）〜（ｅ）に示すウィンドウ内の各値を閾値＝１２８で２値化した場合を示し、同様に各ウィンドウ内の中心画素を含む左上斜め方向の３つの画素値の和Ｐａ〜Ｐｅと右下斜め方向の３つの画素値の和Ｑａ〜Ｑｅを計算すると、
となる。
【００３５】
次に、中心画素と右下斜め方向３画素（中心画素を含む）の差Ｒａ〜Ｒｅを求めると、
Ｒａ＝０−０＝０
Ｒｂ＝１−０＝１
Ｒｃ＝３−０＝３
Ｒｄ＝３−０＝３
Ｒｅ＝３−２＝１
となる。
【００３６】
したがって、この場合にも同様にこの差Ｒの値が大きい場合に３×３画素のウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ることを示し、例えばＲａ〜Ｒｅの値が２以上の場合に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ると判断すれば図９（ｃ）, （ｄ）に示すウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ると判断することができる。また、このように画素値を２値化することにより、加算演算を簡単にすることができる。
【００３７】
図１０（ａ）〜（ｄ）は斜線パターン検出用のマッチングパターンを示し、図中の白領域は「０」、黒領域は「１」を表している。先ず、画像データを図９に示すように２値化し、その２値化データと図１０（ａ）〜（ｄ）に示すマッチングパターンを比較し、合致した場合に斜線パターン１０ａ，１０ｂがあると判断する。この例では、図９（ｃ）と図１０（ｂ）、及び図９（ｄ）と図１０（ａ）が合致しており、このウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂがあると判断される。
【００３８】
なお、上記実施形態では、ウィンドウの大きさを３×３としたが、もちろんウィンドウサイズが異なる場合にも同様な判断方法により斜線パターン１０ａ，１０ｂを検知することができる。但し、一般にウィンドウサイズが大きい程、判別精度は上がるが、その分処理時間が長くなり、また回路規模も大きくなる。
【００３９】
５．位置誤差の測定処理
次に、位置誤差測定部における位置誤差の測定処理について説明する。図１１は図５に示すビットマップにおける斜線パターン１０ａ，１０ｂの複数個の斜線（図では６本の斜線Ｋa1〜Ｋa3、Ｋb1〜Ｋb3）を示し、また、この複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウＷを示している。
【００４０】
まず、左側の斜線パターン１０ａの斜線Ｋa2から位置誤差を求める場合について説明する。最初にウィンドウＷ内のデータ位置を求めるために主走査方向の重心を演算する。ウィンドウはＷa1→Ｗa2→Ｗa3 のようにウィンドウＷを斜め左下４５°の方向に順次シフトする。このとき常にウィンドウ内に斜線Ｋa2が収まるように制御される。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合には、ウィンドウＷanに到達すると、ウィンドウＷを主走査方向のみに移動させて次の斜線Ｋa3のウィンドウＷan+1に移動させる。ウィンドウは同様にしてＷan+1→Ｗan+2→Ｗan+3と移動する。
【００４１】
右側の斜線パターンＫb2についても同様に、ウィンドウはＷb1→Ｗb2→Ｗb3のようにウィンドウＷを斜め右下４５°の方向に順次シフトする。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合には、ウィンドウＷbnに到達すると、ウィンドウＷを主走査方向のみに移動させて次の斜線Ｋb3のウィンドウＷbn+1に移動させる。ウィンドウは同様にしてＷbn+1→Ｗbn+2→Ｗbn+3と移動する。このとき、次の斜線に移動する場合、すなわち、Ｗan→Ｗan+1、Ｗbn→Ｗbn+1と移動させる場合に左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂについて同一の副走査方向ラインで移動させれば、制御が簡単になる。また、リアルタイムで位置誤差を測定する場合には、ウィンドウをＷa1→Ｗb1→Ｗa2→Ｗb2→Ｗa3 →Ｗb3のように移動させることによって副走査方向のラインクロック内で左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂのウィンドウの内の重心を測定することができ、最小限のラインメモリで測定が可能となる。
【００４２】
ここで、重心の主走査方向の位置は、４５°の斜線の場合、画素の位置が何らかの誤差要因により移動することがなければ、図のようにウィンドウＷをシフトさせると主走査方向に１画素づつ移動する筈である。また、画素の移動量が１画素分でない場合には、何らかの原因により画素の位置が変動したことになって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むら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ら速度むらにデータを変換することは容易である。
【００４３】
また、ＣＣＤ固有のノイズを始めとして様々なノイズが画像データに含まれているが、重心を求めるために周辺の画素のデータを含む多数の画素のデータを用いているので、重心を求める過程でノイズの影響を軽減してＳ／Ｎ比が高い測定が可能となる。この場合、通常、ウィンドウの画素の数が多い程、Ｓ／Ｎ比が高くなる。ウィンドウの形状は、主走査方向の重心を求めるので主走査方向に大きいほうが望ましく、副走査方向のサイズは１ラインでも測定可能である。
【００４４】
６．重心の測定処理
次に、重心の測定処理は、図１２のフローチャートに示す手順で行われる。この処理は、原稿の走査開始と同時にスタートし、先ず、主走査方向、副走査方向の各座標値Ｘ、Ｙがイニシャライズ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）される（ステップＳ１）。この座標値Ｘ、Ｙは斜線判別用の例えば３×３のウィンドウ内のある画素位置例えば中心画素の座標となる。次に、１本の斜線に対する測定回数を示す変数ｉがイニシャライズ（ｉ＝０）される（ステップＳ２）。
【００４５】
次に位置誤差測定部１０５により斜線判別用の３×３のウィンドウ内に斜線パターンが存在するか否かが判断され（ステップＳ３）、無い場合にはその３×３のウィンドウを主走査方向に１画素分シフト（Ｘ＝Ｘ＋１）する（ステップＳ４）。なお、このシフト量はウィンドウの大きさ、斜線の太さに応じて決められ、１画素以上でもよい。ステップＳ３において斜線パターンが存在する場合には、重心測定用の例えば１０×３のウィンドウＷ1 を設定し、そのウィンドウＷ1 内の重心を求める（ステップＳ５）。このとき、ウィンドウＷ1 の大きさ、斜線の太さに応じて、斜線と判別された画素の位置から主走査方向に整数画素分だけシフトし、斜線の部分がウィンドウＷ1 の中心付近になるようにウィンドウＷ1 を設定してもよい。
【００４６】
重心の測定を終了すると、重心のズレを計算し（ステップＳ６）、次いで主走査方向に−１画素分、副走査方向に＋１画素分シフトしたウィンドウＷ2 を設定し、また、測定回数用のカウント値ｉを１つインクリメントする（ステップＳ７）。なお、この実施形態では、ウィンドウＷを１画素づ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には、２画素以上づつ移動させてもよく、この方法により測定に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
次いで、予め設定された同一ラインの測定回数ｎに対してｉ＝ｎとならない場合にはステップＳ８からステップＳ５に戻り、他方、ｉ＝ｎとなった場合すなわちウィンドウＷn に達した場合には次の斜線のウィンドウＷn+1 に移動させる（ステップＳ８→Ｓ９）。その方法としては、斜線の主走査方向の間隔に相当する画素分より整数画素ｍだけ、ウィンドウ座標を主走査方向にシフトした後、測定カウント値ｉをクリアし（ステップＳ２）、斜線判別処理（ステップＳ３）に戻る。以下同様に、１本の斜線に対してウィンドウＷn+1 、Ｗn+2 、Ｗn+3 〜のように移動させて位置誤差を測定する。
【００４８】
このように複数の斜線を用いて位置誤差を測定することにより、読取装置の読み取り範囲が縦長であっても、副走査領域の全域に渡って位置誤差を測定することができる。更に、主走査方向の狭い幅だけ測定するので、主走査方向の中央部、手前、奥側のように分けて測定することもできる。また、高い分解能で位置誤差を測定する場合にも、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の制約を受けずに幅が広いパターンを用いることができる。
【００４９】
更に、幅が広いパターンを用いた場合、幅に応じてウィンドウも大きくなるので結果として測定精度を向上させることができる。したがって、斜線の幅は処理速度、リアルタイム処理を行う場合に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を考慮して設定すればよい。また、幅が広いパターンを用いてその片側のエッジを検出することにより位置誤差を測定することができる。更に、例えば副走査方向の読み取りタイミングに関係なく白黒パターンを副走査方向に配列するとモアレの発生が問題となるが、本実施形態では副走査方向の読み取りタイミングと斜線の関係は常に同じであるのでモアレの発生が問題とならず、その結果、高精度で位置誤差を測定することができる。
【００５０】
７．ウィンドウデータと重心の計算
次に、ウィンドウのデータと重心の計算について詳細に説明する。
図１３はウィンドウデータと斜線パターンの各画素の読み取り値の関係を示し、読み取り値は８ビットであって１０進（０〜２５５）で示されている。主走査方向の重心を求めるには、副走査方向の各列（３ライン分）の和を求め、図に示すようにこれを左側からＸ０、Ｘ１〜Ｘ９として、それぞれ１８、５０、２０２、４２７、５９０、５６２、３４５、１５０、３７、１４を求める。そして、各画素の主走査方向の中心座標を左から順に０〜９とし、主走査方向の重心位置をＲｍとすると、重心位置Ｒｍの回りのモーメントは０になるので、
Ｘ０（Ｒｍ−０）＋Ｘ１（Ｒｍ−１）・・・＋Ｘ９（Ｒｍ−９）＝０
が成り立ち、数値を代入して計算するとＲｍ＝４．３６２が得られる。
【００５１】
重心を求める理由は、補間などの前処理を必要とせず、演算を簡素化、高速化することができるからである。また、画像位置を求める場合、各列毎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が存在する位置を求める方法を用いることができる。
【００５２】
８．チャートの重心の計算
次に、複数本の斜線から成るチャートの重心を計算する場合について説明する。図１１に示すように複数本から成る斜線の重心を計算する場合、同一線上の線では問題とならないが、違う線にウィンドウが移動したときには移動前と移動後では斜線の主走査方向の間隔が丁度、整数画素数でない限り重心の値が異なるので、補正しなければならない。一例として図１１に示す斜線Ｋa2のウィンドウＷanの重心の値Ｒanが４．６５となり、次の斜線Ｋa3に移動した場合のウィンドウＷan+1の重心の値Ｒan+1が４．３８、ウィンドウＷan+2の重心の値Ｒan+2が４．４０、ウィンドウＷan+3の重心の値Ｒan+3が４．４１となった場合、ウィンドウが移動したラインにおける重心の差ΔＲa を計算すると、
ΔＲa ＝Ｒan−Ｒan+1＝４．６５−４．３８＝０．２７
となる。
【００５３】
この値ΔＲa を斜線Ｋa3の重心の値に加算し、この加算結果を重心の値として位置誤差を求める。この場合、ウィンドウＷan+2の重心の値Ｒan+2、ウィンドウＷan+3の重心の値Ｒan+3は、
Ｒan+2＝Ｒan+2＋ΔＲa ＝４．４０＋０．２７＝４．６７
Ｒan+3＝Ｒan+3＋ΔＲa ＝４．４１＋０．２７＝４．６８
となる。したがって、このように複数本の斜線からなるチャートを使用しても、連続して高精度で位置誤差を測定することができる。ただし、斜線Ｋa2のウィンドウＷanから斜線Ｋa3のウィンドウＷan+1に移動する場合、斜線Ｋa2、Ｋa3は主走査方向に同時に存在しなければならない。
【００５４】
図１４は斜線の配置関係を示し、長さＬ1 の複数の斜線が主走査方向に対して角度θで配置され、主走査方向の斜線の始点と終点の位置が同一の場合、主走査方向の斜線間隔をＬ2 とすると、
Ｌ2 ＜Ｌ1 ×cos θ ・・・（１）
の関係が成り立つように斜線を配置すれば、斜線は主走査方向には重なるので、ウィンドウを主走査方向に移動して次の斜線の重心を連続して測定することができる。ここで、斜線の長さＬ1 と斜線の始点、終点の主走査方向の位置は式（１）の大小関係が大きいほど精度を必要としなくなる。
【００５５】
９．位置誤差の修正方法
９．１ 第１の方法
図１５、図１６、図１７は、コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなる斜線パターン１０ａ，１０ｂの一部拡大図である。図１５は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して平行に位置ずれなく設置されて平均速度も所定の場合を示す。この場合には、前述のビットマップパターンにも４５°の斜線パターンが形成される。この場合の位置誤差の測定結果は図１８のようになる。この図は、副走査方向の位置に対して本来あるべき位置から実際の読取位置の副走査方向の距離を位置誤差として示している。なお、単位はドットである。平均速度が等倍時における所定値の場合は、図１８に示すように「０」を中心として位置誤差が測定される。このとき、左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂでの差は見られない。
【００５６】
図１６は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して平行に位置ずれなく設置されて平均速度が所定値より少し速い場合を示す。この場合には、ビットマップパターンには４５°より少し大きい角度、すなわち左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂが開く方向で形成される。このときの位置誤差の測定結果を図１９に示す。この図から分かるように平均速度が所定の値と異なる場合には、位置誤差の測定結果に傾きが生じてくる。所定値よりも速い場合には、傾きが増す。このときの左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂでの差は見られない。
【００５７】
図１７は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して少し傾いて設置され、平均速度が所定値よりも速い場合を示す。この場合には、図１７に示すように斜線パターン１０ａ，１０ｂが傾くと、左側の斜線パターン１０ｂは走査方向に対して角度が小さくなる方向に傾きに、右側の斜線パターン１０ａは走査方向に対して角度が大きくなる方向に傾く。この場合の位置誤差の測定結果を図２０に示す。図２０において、左側の斜線パターン１０ｂは実際の平均速度よりも斜線が傾いた分だけ速度が速い方向に検知され、傾きが増す方向で測定される。右側の斜線パターン１０ａは逆に、平均速度よりも斜線が傾いた分だけ速度が遅い方向に検知され、傾きが減る方向で測定される。このように検知されるので、左側の斜線パターン１０ｂから求めた位置誤差測定データと右側の斜線パターン１０ａから求めた位置誤差測定データとの平均をとると、両者の斜線パターン１０ａ，１０ｂ全体の傾きを相殺することになり、測定用パターン１０の傾きにかかわらず、真の位置誤差データを得ることができる。
【００５８】
このように走査方向に対して相異なる角度の斜線パターン１０ａ，１０ｂを用いてそれぞれの位置誤差を測定することによって測定用パターン１０の位置ずれと平均速度の所定値からのずれを分離することができ、また、右、左それぞれの斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差データの平均を取ることによって測定用パターン１０に位置ずれがあっても位置誤差を正確に測定することができる。
【００５９】
図２１は図２０の測定結果の右側の斜線パターン１０ａを用いて測定した位置誤差データから左側の斜線パターン１０ｂを用いて測定した位置誤差データの差を取ってプロットした結果である。この線は測定用パターン１０の傾きを示している。このように走査方向に対して相異なる２つの斜線パターン１０ａ，１０ｂから求めた位置誤差のデータの差によって測定用パターン１０の位置ずれ量を検知することができる。
【００６０】
９．２ 第２の方法
上記の第１の方法のような制御により斜線パターンを位置ずれを検知することができるが、この位置ずれ量は通常変化することはない。したがって、図２１に示した斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を前記記憶部１０８に記憶しておき、通常の読み取り時には、左右いずれかの斜線パターン１０ａ，１０ｂを使用して位置誤差を測定し、随時記憶部１０８から前記いずれかの斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を読み出して測定した位置誤差データを修正することによって斜線パターンの位置ずれ量を検知することができる。
【００６１】
１０．ウィンドウの設定の方法
走査方向に対して相対した４５度の複数の斜線からなるパターンが図２２のように形成されるときに位置誤差測定部１０５におけるウィンドウの設定方法は、以下のようになる。
【００６２】
図２２は図３におけるビットマップにおける複数個の斜線を示し、また、この複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウを示している。まず、左側の斜線パターン１０ａの斜線Kc1から位置誤差を求める場合について説明する。ウィンドウＷ内のデータ位置を求めるために主走査方向の重心を演算する。ウィンドウはＷ1 →Ｗ2 →Ｗ3 のようにウィンドウを斜め下４５度の方向に順次シフトする。このとき常にウィンドウ内に斜線パターンが収まるように制御される。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この図の場合には、ウィンドウＷn に到達すると、ウィンドウを主走査方向のみに移動させて、もう一方の右側の斜線パターン１０ｂの斜線Ｋd2に移動させる。ウィンドウは前述と同様にしてＷn+1 →Ｗn+2 →Ｗn+3 と移動する。
【００６３】
右側の斜線パターン１０ｂの斜線Ｋd2においても同様にウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合、ウィンドウＷ2nに達すると、ウィンドウを主走査方向にみに移動させて左側の斜線パターン１０ａの斜線Ｋc2にウィンドウを移動させ、同様にしてウィンドウはＷ2n+1→Ｗ2n+2→Ｗ2n+3と移動する。このように左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂを交互に測定することによって図１１の斜線パターン１０ａ，１０ｂの場合の制御に比べて演算処理が簡単になり、演算時間を短くして位置誤差を求めることができる。
【００６４】
このようにして求められた位置誤差の修正は、次のようにして行われる。
【００６５】
上記のような制御によって左右の斜線パターンそれぞれについて位置誤差を求めると、図２３に示すような結果となる。このとき、左側と右側の斜線パターンにおいてウィンドウが移動したときの位置誤差の差を求める。すなわち、ａ，ｂ，ｃ・・・ｍの位置で左側と右側の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差の差を求める。その差から直線近似した結果を図２４に示す。この傾きが斜線チャート（測定用パターン１０）の位置ずれを示している。これにより、修正された真の位置誤差データを得ることが可能になる。
【００６６】
１１．ノイズの除去方法
コンタクトガラス１や測定用パターン１０上にごみや傷があった場合に、位置誤差を測定しようとするとノイズとなって表われる。そこで、測定用パターン１０の左側の斜線パターン１０ａにごみ２５０が付着した場合について図２５を参照して説明する。この図２５に示すようなごみ２５０が付着したときの左側の斜線パターン１０ａと右側の斜線パターン１０ｂの位置誤差の測定結果は図２６のようになり、この測定結果の差をとると図２７に示すようになる。
【００６７】
この図２７から分かるように、左側と右側の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差の差をとると、ノイズがある場合にはノイズのある箇所にピークが現出するので、これによってごみが付着している位置とノイズ量を求めることができる。例えば、図２７において、他のデータからある値以上離れている場合をノイズとして判断し、このノイズ部分を除去することによってＳ／Ｎのよい位置誤差測定が可能となる。
【００６８】
１２．位置誤差補正処理
位置誤差補正部における読み取りデータの補正は次のようにして行われる。
【００６９】
すなわち、この実施形態では３次関数コンボリューションを利用して補正を行う。図２８に３次関数コンボリューションを利用した補正のモデル図を、図２９に補正の処理手順を示すフローチャートを示す。図から分かるように速度ムラがない場合の副走査方向の画素位置は、画素列Ｐで示すように等間隔となる。しかし、速度ムラがある場合には、画素列Ｑで示すようにその間隔はバラツキ、正しい位置から外れてくる。図は本来Ｐn の位置になければならない画素が実際には画素Ｑn の位置にあることを示している。
【００７０】
ここで、ｎライン目のある走査方向のデータＰn の画像データ（濃度データ）を画素列Ｑの画像データと位置データとから重み関数である３次関数コンボリューションを使用して作成する例について説明する。
【００７１】
３次関数コンボリューションを利用する場合、理想的なｎライン目（Ｐn ）の位置から２画素分以内（ｒ0 ）のデータを位置誤差データから検出する（ステップ１７１，１７２）。この場合は、Ｑn 、Ｑn+1 、Ｑn+2 、Ｑn+3 、Ｑn+4 のデータが対象となる。ここで２画素分以内としているのは、ｒ0 以上のデータは補正係数を０として取り扱うのでそれ以上のデータは必要がないためである。そして、各データのＰn からの距離ｒによって各データＱにおける補間関数ｈ（r ）を求める。これが補正係数となる（ステップ１７３）。ここで、補間関数ｈ（r ）はｓｉｎｘ／ｘの区分的３次多項式近似で中心からの距離ｒによって以下の式、すなわち、
ｈ（r ）＝１−２｜ｒ｜2 ＋｜ｒ｜3 ・・・（２）
ただし、０≦｜ｒ｜＜１
ｈ（r ）＝４−８｜ｒ｜＋５｜ｒ｜2 −｜ｒ｜3 ・・・（３）
ただし、１≦｜ｒ｜＜２
ｈ（r ）＝０ ・・・（４）
ただし、２≦｜ｒ｜
で表わされる。そして、この補間関数ｈ（r ）のもとで、補正係数を対応するＱのデータに掛けて、Ｐn を求める。また、濃度ムラを補正するために各補正係数の合計が１になるように分母に補正係数の合計をとる。すなわち、
となる（ステップ１７４）。
【００７２】
この制御をｎライン目の各主走査方向のデータにおいて終了したら、ｎ＋１ライン目へのラインをシフトしていき、最終ラインまで繰り返し行う（ステップ１７５）。このとき式（５）において補間係数ｈ（r ）と分母の補間係数の和の計算とその逆数の計算は、対応する主走査方向の画像データの補正の前に１回実行すればよい。このように制御することによって前述のようにして測定した位置誤差データに基づいて、読み取った画像データから正しい位置で読み取った場合の画像データを作成することができ、これによって位置誤差を補正することが可能になる。
【００７３】
このようにして補正した前後の状態を図３０に示す。通常の読取装置はキャリッジが走査を開始してから一定速度になった後に画像の読み取りを開始するが、図３０（ａ）では位置誤差を大きく見せるためにキャリッジが走査を開始した直後から画像の読み取りを始めたものを図示している。このとき、４５度の斜線も同時に読み込んでおり、この斜線パターン部分の画像から前述の方式で位置誤差を求め、その位置誤差データと読み取った画像データとから位置誤差を補正した画像が図３０（ｂ）に示すものである。このようにして補正することによってたとえ位置誤差を非常に大きく読み取ってしまったとしても、原稿に忠実な画像を再現できることがわかる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、斜線パターンの位置ずれとスキャナの走査速度の平均速度からのずれを分離し、修正することによって正しい位置誤差データを得ることができるとともに、前記位置誤差データに基づいて画素の位置誤差を補正して位置ずれのない画像読取装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像読取装置の断面図である。
【図２】図１の画像読取装置の平面図である。
【図３】画像読取装置に付設される測定用パターンとコンタクトガラスの要部拡大図である。
【図４】図１の画像読取装置に付設される位置誤差測定装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】走査速度の変動に応じた斜線パターンの読み取りデータの説明図である。
【図６】斜線パターンを拡大して示す説明図である。
【図７】図６の斜線パターンの読み取り値を示す説明図である。
【図８】斜線判定用ウィンドウを示す説明図である。
【図９】他の斜線判定用ウィンドウを示す説明図である。
【図１０】斜線判定用マッチングパターンを示す説明図である。
【図１１】重心測定用ウィンドウを示す説明図である。
【図１２】画像読取装置における重心の測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】重心測定用ウィンドウにおける読み取り値及び重心測定方法を示す説明図である。
【図１４】パターンの長さ及び角度を示す説明図である。
【図１５】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンの一例を示す一部拡大図である。
【図１６】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンの他の例を示す一部拡大図である。
【図１７】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンのさらに他の例を示す一部拡大図である。
【図１８】図１５のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図１９】図１６のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図２０】図１７のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図２１】図２０の測定結果の左側の斜線パターンを用いて測定した位置誤差データから右側の斜線パターンを用いて測定した位置誤差データの差を取ってプロットした図である。
【図２２】ビットマップにおける複数個の斜線パターンの他の例と、複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウを示す説明図である。
【図２３】左右の斜線パターンそれぞれについて求めた位置誤差を示す図である。
【図２４】左右の斜線パターンにおいてウィンドウが移動したときの位置誤差の差から直線近似した結果を示す図である。
【図２５】左側の斜線パターンにごみが付着した状態を示す説明図である。
【図２６】図２５に示すごみの付着した左側の斜線パターンと右側の斜線パターンの位置誤差の測定結果を示す図である。
【図２７】図２６の測定結果の差をとったときの状態を示す図である。
【図２８】３次関数コンボリューションを利用した補正のモデル図である。
【図２９】補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図３０】補正した前後の状態を示す図である。
【符号の説明】
１ コンタクトガラス
２ 光源
３，４，５ ミラー
６ レンズ
７ 光電変換素子（ラインＣＣＤ）
８ 筐体
１０ 測定用パターン
１０ａ，１０ｂ 斜線パターン
１０１ 光電変換部
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ シェーディング補正部
１０４ 斜線判別部
１０５ 位置誤差測定部
１０６ 位置誤差補正部
１０７ 制御部
１０８ 記憶部
【発明の属する技術分野】
本発明は、読み取ったビットマップ形式の画像データの位置誤差を測定して画像データの画素の位置誤差を補正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）も知られている。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】
【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。
【０００５】
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 Ｔｒａｎｓｆｅｒ 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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
これらの問題を解決するために、本出願人は特願平７−２６０４３８号をすでに出願した。この中で、位置誤差を測定するための走査方向に対して一定の傾きを有する複数の線から形成されるパターンを画像読取装置に設置する際に生じるいくらかの位置ずれを検出して位置誤差を求めることができる技術を提案した。この技術では、斜線パターンを設置した際の位置ずれを補正するために、測定した位置誤差データから線形近似によって斜線パターンの傾きを求めて位置ずれを補正するようにしている。
【０００９】
しかし、スキャナの走査速度の平均速度が所定値でない場合にも位置誤差データは傾きを持つため、斜線パターンの位置ずれによる傾きかスキャナの走査速度の平均速度のずれによる傾きかを分離することまでは配慮されていなかった。
【００１０】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、斜線パターンの位置ずれとスキャナの走査速度の平均速度からのずれを分離し、修正することによって正しい位置誤差データを得ることができるとともに、前記位置誤差データに基づいて画素の位置誤差を補正して位置ずれのない画像読取装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて前記位置誤差データを修正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
第２の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて修正された位置誤差修正データを記憶する手段と、前記記憶する手段に記憶された位置誤差修正データに基づいて前記第１及び第２のパターンの一方の読み取りデータを使用して求められた位置誤差データを修正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記修正された位置誤差データに基づいて、読み取った画像データから正しい位置で読み取った場合の画像データを作成し、前記位置誤差を補正する手段をさらに備えていることを特徴としている。
【００１４】
第４の手段は、画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値が所定値以上であるときにノイズがあったと判断して、前記ノイズを除去する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
【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。
【００１６】
１．画像読取装置の概略構成
まず、図１を参照して本実施例の読み取り装置の概略を説明する。コンタクトガラス１は筐体８により支持され、原稿は読み取り面を下にしてコンタクトガラス１上に載置される。コンタクトガラス１上の原稿は光源２により照明され、読み取り面の反射光が第１ミラー３、第２ミラー４、第３ミラー５により順次反射され、次いでレンズ６により光電変換装置７上のライン状の光電変換素子の受光面に結像されて電気信号に変換される。
【００１７】
光源２と第１ミラー３は不図示の第１キャリッジに取り付けられ、この第１キャリッジは原稿を線順次で読み取るために原稿面との距離を一定にしたまま不図示の駆動装置により副走査方向（図の左右方向）に移動する。また、第２ミラー４と第３ミラー５は不図示の第２キャリッジに取り付けられ、この第２キャリッジは第１キャリッジの１／２の速度で副走査方向に移動する。このような方法によりコンタクトガラス１上の所定の範囲を線順次で読み取ることができる。
【００１８】
また、図２に示すようにコンタクトガラス１の回りの筐体８には、シェーディング補正のために基準濃度を光電変換素子に読み取らせるための基準濃度板９が主走査方向に延びるように取り付けられると共に、第１キャリッジの副走査方向の走査位置または走査速度を検出するために図３に示すように白地上に一定幅、４５°および１３５°の角度の多数の黒の斜線Ｌの２種類の斜線パターン１０ａ，１０ｂが形成された測定用パターン１０が副走査方向に２段に等ピッチで形成されている。基準濃度板９は光電変換装置７により読み取られて、ライン状の光電変換素子毎の感度バラツキや、照明むら、レンズ６の周辺光量の低下等を補正するために用いられ、また、これらの第１および第２の斜線パターン１０ａ，１０ｂも同様に光電変換装置７により読み取られる。なお、斜線パターン１０ａ，１０ｂは画像データとともに光電変換装置７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１の原稿が置かれる面に設けられる。しかし、コンピュータなどに画像を取り込んで位置誤差を測定する場合には、原稿読取領域に斜線パターン１０ａ，１０ｂを設置するようにしてもよい。
【００１９】
なお、この図３は図２の第１および第２の斜線パターン１０ａ，１０ｂとコンタクトガラス１の要部拡大図である。斜線パターン１０ａ，１０ｂは、走査方向に一定の相対する傾きを持った複数の直線から構成される。本来、測定用パターン１０は走査方向に対して平行であることが望ましいが、測定用パターン１０の材質や組み付け時のばらつきなどによって位置がずれてしまう場合があり、図３はこのように位置がずれてしまったときの状態を示している。
【００２０】
２．システム構成
図４に本発明の実施形態に係る画像読取装置に組み込まれる位置誤差測定装置のシステム構成を示す。なお、この位置誤差測定装置は画像読取装置への付加機能として組み込まれ、リアルタイムで画素の位置誤差を測定するものである。
【００２１】
すなわち、位置画素測定装置は、光電変換部１０１と、Ａ／Ｄ変換部１０２と、シェーディング補正部１０３と、斜線判別部１０４と、位置誤差測定部１０５と、位置誤差補正部１０６と、制御部１０７と、記憶部１０８から構成されている。光電変換部１０１は、この実施形態ではラインＣＣＤからなり、読み取った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１０２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、光電変換部１０１の画素間の感度の違いなどをシェーディング補正部１０３で補正され、補正されたデータは斜線判別部１０４に入力される。斜線判別部１０４では、画像データの測定用パターン１０部分を判別し、その判別結果を制御部１０７に出力する。また、画像データは位置誤差測定部１０５に入力され、副走査方向の読み取りラインごとにライン間の位置誤差を測定し、測定結果の誤差信号を出力する。位置誤差測定部１０５では、走査方向に対して一定の傾きの複数の斜線からなる斜線パターン１０ａ，１０ｂに対する位置誤差を測定し、測定した２つの位置誤差データから正しい位置誤差データに修正し、修正された位置誤差の測定データを誤差信号として出力する。位置誤差補正部１０６では、画像データと位置誤差データである誤差信号から位置誤差を補正した画像データを生成し、ビデオ信号として出力する。なお、各部（１０１〜１０６）は制御部１０７によってそれぞれタイミングの制御、動作条件の設定などがなされ、相互に関連して動作するようになっている。また、符号１０８は後述の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を記憶する記憶部である。
【００２２】
３．測定原理
引き続き、位置誤差測定部における読取誤差の測定原理について説明する。
【００２３】
まず、位置誤差を測定する処理は以下のようになる。
図５の矢印で示す主走査方向は、光電変換装置（図４における光電変換部１０１に対応）としてラインＣＣＤ７が線順次で同時に読み取る１ラインの画素の並びと、この並列データを直列データに変換したときの時間軸上の順序を示している。また、矢印で示す副走査方向は、主走査方向の１ラインを読み取る範囲を順次移動させながら読み取る方向を示している。なお、移動手段としては図２に示すように原稿を固定して走査光学系を移動させる形式の他に、走査光学系を固定して原稿を移動させる形式がある。
【００２４】
図５において主走査方向と副走査方向の各平行な線により囲まれた４角形領域を画素とすると、この画素により構成される平面は、原稿の画像を電気信号に変換した場合に原稿画像の写像がそのまま並んでいるという形で捉えることができる。なお、これはビットマップということもある。このデータはラインＣＣＤ７からリアルタイムで出力される時には主走査方向、副走査方向が時間的な順序を有するが、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ができるので、主走査方向、副走査方向、時間の順序にとらわれないで扱うことができる。
【００２５】
図５はまた、主走査方向、副走査方向の画素サイズが等しい場合において、副走査方向の走査速度が変動しないときの４５°の斜線の読み取りデータａと、走査速度が変動するときの読み取りデータｂをビットマップに対応させて示している。すなわち、読み取りデータａは副走査方向の読み取り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を示し、ビットマップとしても４５°の斜線像である。
【００２６】
これに対し、読み取りデータｂは走査速度の変動に応じて傾きが異なる。副走査方向の区間Ａ−Ｂは走査速度が「０」のときを示し、この場合には副走査方向の読み取りタイミングを制御するクロックによりビットマップのアドレスが進んでも読み取り位置が変わらないので、副走査方向に平行な線となる。また、区間Ｂ−Ｃは走査速度が所定速度の１／２のときを示し、この場合には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み取るのでその読み取り画像の角度は約２６．５７°（tan θ＝０．５）である。区間Ｃ−Ｄは所定速度で走査しているときを示し、４５°の角度が得られる。Ｄ以降の区間は走査速度が所定速度の２倍の場合を示し、その角度は約６３．４°である。
【００２７】
したがって、走査速度が変動すると像の傾きが異なることを測定原理として、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に移動速度に対応することを測定原理として、原稿固定方式での読み取りの場合は、キャリッジの副走査方向の走査速度のむらと、自動原稿搬送方式での読み取りの場合は、原稿の搬送速度のむらと、ミラー３〜５、レンズ６、光電変換部（ＣＣＤ）７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測定することができる。
【００２８】
なお、図５では正方形の画素を示したが、画素が正方形ではなく、例えば主走査方向の分解能が４００ｄｐｉ、副走査方向の分解能が６００ｄｐｉのような画素にも適用することができる。また、４５°以外の斜線を用いても同様に、斜線画像の主走査方向への移動量が副走査方向の読み取り速度に依存するという関係が成立するので、画素の位置誤差を計測することができる。
【００２９】
４．斜線パターン判別処理
次に、斜線判別部における斜線パターン判別処理について説明する。図６は図５と同様にビットマップに斜線がある場合を示し、図７はその場合の８ビット（０〜２５５）の読み取り値を示している。なお、０＝白、２５５＝黒であり、主走査方向の座標をＸｎ、副走査方向の座標をＹｍとしている。また、図８は主走査方向３画素×副走査方向３画素の斜線パターン検知用ウィンドウを示し、図８（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ主走査方向に１画素づつシフトしたウィンドウを示している。
【００３０】
ここで、図８（ａ）に示すウィンドウ（Ｘ２〜Ｘ４、Ｙ１〜３）内の中心画素の挟む対角方向、すなわち中心画素を含む左上斜め方向の３つの画素値の和Ｐａと右下斜め方向の３つの画素値の和Ｑａを計算すると、
【００３１】
同様に、図８（ｂ）〜（ｅ）について求めると、
【００３２】
次に、中心画素と右下斜め方向の３画素（中心画素を含む）の差Ｒを求めると、
Ｒａ＝１５−５＝１０
Ｒｂ＝２２２−７＝２１５
Ｒｃ＝６６７−９＝６５８
Ｒｄ＝７５０−３３＝７１７
Ｒｅ＝７５１−４５４＝２９７
となる。
【００３３】
この差Ｒの値が大きい場合に３×３画素のウィンドウ内に斜線パターンが有ることを示す。したがって、例えばＲの値が５００以上の場合に斜線パターンが有ると判断すれば図８（ｃ），（ｄ）に示すウィンドウ内に斜線パターンが有ると判断することができる。
【００３４】
次に、図９を参照して他の斜線パターン判別処理を説明する。図９（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図８（ａ）〜（ｅ）に示すウィンドウ内の各値を閾値＝１２８で２値化した場合を示し、同様に各ウィンドウ内の中心画素を含む左上斜め方向の３つの画素値の和Ｐａ〜Ｐｅと右下斜め方向の３つの画素値の和Ｑａ〜Ｑｅを計算すると、
【００３５】
次に、中心画素と右下斜め方向３画素（中心画素を含む）の差Ｒａ〜Ｒｅを求めると、
Ｒａ＝０−０＝０
Ｒｂ＝１−０＝１
Ｒｃ＝３−０＝３
Ｒｄ＝３−０＝３
Ｒｅ＝３−２＝１
となる。
【００３６】
したがって、この場合にも同様にこの差Ｒの値が大きい場合に３×３画素のウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ることを示し、例えばＲａ〜Ｒｅの値が２以上の場合に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ると判断すれば図９（ｃ）, （ｄ）に示すウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂが有ると判断することができる。また、このように画素値を２値化することにより、加算演算を簡単にすることができる。
【００３７】
図１０（ａ）〜（ｄ）は斜線パターン検出用のマッチングパターンを示し、図中の白領域は「０」、黒領域は「１」を表している。先ず、画像データを図９に示すように２値化し、その２値化データと図１０（ａ）〜（ｄ）に示すマッチングパターンを比較し、合致した場合に斜線パターン１０ａ，１０ｂがあると判断する。この例では、図９（ｃ）と図１０（ｂ）、及び図９（ｄ）と図１０（ａ）が合致しており、このウィンドウ内に斜線パターン１０ａ，１０ｂがあると判断される。
【００３８】
なお、上記実施形態では、ウィンドウの大きさを３×３としたが、もちろんウィンドウサイズが異なる場合にも同様な判断方法により斜線パターン１０ａ，１０ｂを検知することができる。但し、一般にウィンドウサイズが大きい程、判別精度は上がるが、その分処理時間が長くなり、また回路規模も大きくなる。
【００３９】
５．位置誤差の測定処理
次に、位置誤差測定部における位置誤差の測定処理について説明する。図１１は図５に示すビットマップにおける斜線パターン１０ａ，１０ｂの複数個の斜線（図では６本の斜線Ｋa1〜Ｋa3、Ｋb1〜Ｋb3）を示し、また、この複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウＷを示している。
【００４０】
まず、左側の斜線パターン１０ａの斜線Ｋa2から位置誤差を求める場合について説明する。最初にウィンドウＷ内のデータ位置を求めるために主走査方向の重心を演算する。ウィンドウはＷa1→Ｗa2→Ｗa3 のようにウィンドウＷを斜め左下４５°の方向に順次シフトする。このとき常にウィンドウ内に斜線Ｋa2が収まるように制御される。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合には、ウィンドウＷanに到達すると、ウィンドウＷを主走査方向のみに移動させて次の斜線Ｋa3のウィンドウＷan+1に移動させる。ウィンドウは同様にしてＷan+1→Ｗan+2→Ｗan+3と移動する。
【００４１】
右側の斜線パターンＫb2についても同様に、ウィンドウはＷb1→Ｗb2→Ｗb3のようにウィンドウＷを斜め右下４５°の方向に順次シフトする。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合には、ウィンドウＷbnに到達すると、ウィンドウＷを主走査方向のみに移動させて次の斜線Ｋb3のウィンドウＷbn+1に移動させる。ウィンドウは同様にしてＷbn+1→Ｗbn+2→Ｗbn+3と移動する。このとき、次の斜線に移動する場合、すなわち、Ｗan→Ｗan+1、Ｗbn→Ｗbn+1と移動させる場合に左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂについて同一の副走査方向ラインで移動させれば、制御が簡単になる。また、リアルタイムで位置誤差を測定する場合には、ウィンドウをＷa1→Ｗb1→Ｗa2→Ｗb2→Ｗa3 →Ｗb3のように移動させることによって副走査方向のラインクロック内で左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂのウィンドウの内の重心を測定することができ、最小限のラインメモリで測定が可能となる。
【００４２】
ここで、重心の主走査方向の位置は、４５°の斜線の場合、画素の位置が何らかの誤差要因により移動することがなければ、図のようにウィンドウＷをシフトさせると主走査方向に１画素づつ移動する筈である。また、画素の移動量が１画素分でない場合には、何らかの原因により画素の位置が変動したことになって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むら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ら速度むらにデータを変換することは容易である。
【００４３】
また、ＣＣＤ固有のノイズを始めとして様々なノイズが画像データに含まれているが、重心を求めるために周辺の画素のデータを含む多数の画素のデータを用いているので、重心を求める過程でノイズの影響を軽減してＳ／Ｎ比が高い測定が可能となる。この場合、通常、ウィンドウの画素の数が多い程、Ｓ／Ｎ比が高くなる。ウィンドウの形状は、主走査方向の重心を求めるので主走査方向に大きいほうが望ましく、副走査方向のサイズは１ラインでも測定可能である。
【００４４】
６．重心の測定処理
次に、重心の測定処理は、図１２のフローチャートに示す手順で行われる。この処理は、原稿の走査開始と同時にスタートし、先ず、主走査方向、副走査方向の各座標値Ｘ、Ｙがイニシャライズ（Ｘ＝０，Ｙ＝０）される（ステップＳ１）。この座標値Ｘ、Ｙは斜線判別用の例えば３×３のウィンドウ内のある画素位置例えば中心画素の座標となる。次に、１本の斜線に対する測定回数を示す変数ｉがイニシャライズ（ｉ＝０）される（ステップＳ２）。
【００４５】
次に位置誤差測定部１０５により斜線判別用の３×３のウィンドウ内に斜線パターンが存在するか否かが判断され（ステップＳ３）、無い場合にはその３×３のウィンドウを主走査方向に１画素分シフト（Ｘ＝Ｘ＋１）する（ステップＳ４）。なお、このシフト量はウィンドウの大きさ、斜線の太さに応じて決められ、１画素以上でもよい。ステップＳ３において斜線パターンが存在する場合には、重心測定用の例えば１０×３のウィンドウＷ1 を設定し、そのウィンドウＷ1 内の重心を求める（ステップＳ５）。このとき、ウィンドウＷ1 の大きさ、斜線の太さに応じて、斜線と判別された画素の位置から主走査方向に整数画素分だけシフトし、斜線の部分がウィンドウＷ1 の中心付近になるようにウィンドウＷ1 を設定してもよい。
【００４６】
重心の測定を終了すると、重心のズレを計算し（ステップＳ６）、次いで主走査方向に−１画素分、副走査方向に＋１画素分シフトしたウィンドウＷ2 を設定し、また、測定回数用のカウント値ｉを１つインクリメントする（ステップＳ７）。なお、この実施形態では、ウィンドウＷを１画素づ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には、２画素以上づつ移動させてもよく、この方法により測定に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
次いで、予め設定された同一ラインの測定回数ｎに対してｉ＝ｎとならない場合にはステップＳ８からステップＳ５に戻り、他方、ｉ＝ｎとなった場合すなわちウィンドウＷn に達した場合には次の斜線のウィンドウＷn+1 に移動させる（ステップＳ８→Ｓ９）。その方法としては、斜線の主走査方向の間隔に相当する画素分より整数画素ｍだけ、ウィンドウ座標を主走査方向にシフトした後、測定カウント値ｉをクリアし（ステップＳ２）、斜線判別処理（ステップＳ３）に戻る。以下同様に、１本の斜線に対してウィンドウＷn+1 、Ｗn+2 、Ｗn+3 〜のように移動させて位置誤差を測定する。
【００４８】
このように複数の斜線を用いて位置誤差を測定することにより、読取装置の読み取り範囲が縦長であっても、副走査領域の全域に渡って位置誤差を測定することができる。更に、主走査方向の狭い幅だけ測定するので、主走査方向の中央部、手前、奥側のように分けて測定することもできる。また、高い分解能で位置誤差を測定する場合にも、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の制約を受けずに幅が広いパターンを用いることができる。
【００４９】
更に、幅が広いパターンを用いた場合、幅に応じてウィンドウも大きくなるので結果として測定精度を向上させることができる。したがって、斜線の幅は処理速度、リアルタイム処理を行う場合に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を考慮して設定すればよい。また、幅が広いパターンを用いてその片側のエッジを検出することにより位置誤差を測定することができる。更に、例えば副走査方向の読み取りタイミングに関係なく白黒パターンを副走査方向に配列するとモアレの発生が問題となるが、本実施形態では副走査方向の読み取りタイミングと斜線の関係は常に同じであるのでモアレの発生が問題とならず、その結果、高精度で位置誤差を測定することができる。
【００５０】
７．ウィンドウデータと重心の計算
次に、ウィンドウのデータと重心の計算について詳細に説明する。
図１３はウィンドウデータと斜線パターンの各画素の読み取り値の関係を示し、読み取り値は８ビットであって１０進（０〜２５５）で示されている。主走査方向の重心を求めるには、副走査方向の各列（３ライン分）の和を求め、図に示すようにこれを左側からＸ０、Ｘ１〜Ｘ９として、それぞれ１８、５０、２０２、４２７、５９０、５６２、３４５、１５０、３７、１４を求める。そして、各画素の主走査方向の中心座標を左から順に０〜９とし、主走査方向の重心位置をＲｍとすると、重心位置Ｒｍの回りのモーメントは０になるので、
Ｘ０（Ｒｍ−０）＋Ｘ１（Ｒｍ−１）・・・＋Ｘ９（Ｒｍ−９）＝０
が成り立ち、数値を代入して計算するとＲｍ＝４．３６２が得られる。
【００５１】
重心を求める理由は、補間などの前処理を必要とせず、演算を簡素化、高速化することができるからである。また、画像位置を求める場合、各列毎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が存在する位置を求める方法を用いることができる。
【００５２】
８．チャートの重心の計算
次に、複数本の斜線から成るチャートの重心を計算する場合について説明する。図１１に示すように複数本から成る斜線の重心を計算する場合、同一線上の線では問題とならないが、違う線にウィンドウが移動したときには移動前と移動後では斜線の主走査方向の間隔が丁度、整数画素数でない限り重心の値が異なるので、補正しなければならない。一例として図１１に示す斜線Ｋa2のウィンドウＷanの重心の値Ｒanが４．６５となり、次の斜線Ｋa3に移動した場合のウィンドウＷan+1の重心の値Ｒan+1が４．３８、ウィンドウＷan+2の重心の値Ｒan+2が４．４０、ウィンドウＷan+3の重心の値Ｒan+3が４．４１となった場合、ウィンドウが移動したラインにおける重心の差ΔＲa を計算すると、
ΔＲa ＝Ｒan−Ｒan+1＝４．６５−４．３８＝０．２７
となる。
【００５３】
この値ΔＲa を斜線Ｋa3の重心の値に加算し、この加算結果を重心の値として位置誤差を求める。この場合、ウィンドウＷan+2の重心の値Ｒan+2、ウィンドウＷan+3の重心の値Ｒan+3は、
Ｒan+2＝Ｒan+2＋ΔＲa ＝４．４０＋０．２７＝４．６７
Ｒan+3＝Ｒan+3＋ΔＲa ＝４．４１＋０．２７＝４．６８
となる。したがって、このように複数本の斜線からなるチャートを使用しても、連続して高精度で位置誤差を測定することができる。ただし、斜線Ｋa2のウィンドウＷanから斜線Ｋa3のウィンドウＷan+1に移動する場合、斜線Ｋa2、Ｋa3は主走査方向に同時に存在しなければならない。
【００５４】
図１４は斜線の配置関係を示し、長さＬ1 の複数の斜線が主走査方向に対して角度θで配置され、主走査方向の斜線の始点と終点の位置が同一の場合、主走査方向の斜線間隔をＬ2 とすると、
Ｌ2 ＜Ｌ1 ×cos θ ・・・（１）
の関係が成り立つように斜線を配置すれば、斜線は主走査方向には重なるので、ウィンドウを主走査方向に移動して次の斜線の重心を連続して測定することができる。ここで、斜線の長さＬ1 と斜線の始点、終点の主走査方向の位置は式（１）の大小関係が大きいほど精度を必要としなくなる。
【００５５】
９．位置誤差の修正方法
９．１ 第１の方法
図１５、図１６、図１７は、コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなる斜線パターン１０ａ，１０ｂの一部拡大図である。図１５は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して平行に位置ずれなく設置されて平均速度も所定の場合を示す。この場合には、前述のビットマップパターンにも４５°の斜線パターンが形成される。この場合の位置誤差の測定結果は図１８のようになる。この図は、副走査方向の位置に対して本来あるべき位置から実際の読取位置の副走査方向の距離を位置誤差として示している。なお、単位はドットである。平均速度が等倍時における所定値の場合は、図１８に示すように「０」を中心として位置誤差が測定される。このとき、左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂでの差は見られない。
【００５６】
図１６は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して平行に位置ずれなく設置されて平均速度が所定値より少し速い場合を示す。この場合には、ビットマップパターンには４５°より少し大きい角度、すなわち左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂが開く方向で形成される。このときの位置誤差の測定結果を図１９に示す。この図から分かるように平均速度が所定の値と異なる場合には、位置誤差の測定結果に傾きが生じてくる。所定値よりも速い場合には、傾きが増す。このときの左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂでの差は見られない。
【００５７】
図１７は測定用パターン１０がコンタクトガラス１に対して少し傾いて設置され、平均速度が所定値よりも速い場合を示す。この場合には、図１７に示すように斜線パターン１０ａ，１０ｂが傾くと、左側の斜線パターン１０ｂは走査方向に対して角度が小さくなる方向に傾きに、右側の斜線パターン１０ａは走査方向に対して角度が大きくなる方向に傾く。この場合の位置誤差の測定結果を図２０に示す。図２０において、左側の斜線パターン１０ｂは実際の平均速度よりも斜線が傾いた分だけ速度が速い方向に検知され、傾きが増す方向で測定される。右側の斜線パターン１０ａは逆に、平均速度よりも斜線が傾いた分だけ速度が遅い方向に検知され、傾きが減る方向で測定される。このように検知されるので、左側の斜線パターン１０ｂから求めた位置誤差測定データと右側の斜線パターン１０ａから求めた位置誤差測定データとの平均をとると、両者の斜線パターン１０ａ，１０ｂ全体の傾きを相殺することになり、測定用パターン１０の傾きにかかわらず、真の位置誤差データを得ることができる。
【００５８】
このように走査方向に対して相異なる角度の斜線パターン１０ａ，１０ｂを用いてそれぞれの位置誤差を測定することによって測定用パターン１０の位置ずれと平均速度の所定値からのずれを分離することができ、また、右、左それぞれの斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差データの平均を取ることによって測定用パターン１０に位置ずれがあっても位置誤差を正確に測定することができる。
【００５９】
図２１は図２０の測定結果の右側の斜線パターン１０ａを用いて測定した位置誤差データから左側の斜線パターン１０ｂを用いて測定した位置誤差データの差を取ってプロットした結果である。この線は測定用パターン１０の傾きを示している。このように走査方向に対して相異なる２つの斜線パターン１０ａ，１０ｂから求めた位置誤差のデータの差によって測定用パターン１０の位置ずれ量を検知することができる。
【００６０】
９．２ 第２の方法
上記の第１の方法のような制御により斜線パターンを位置ずれを検知することができるが、この位置ずれ量は通常変化することはない。したがって、図２１に示した斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を前記記憶部１０８に記憶しておき、通常の読み取り時には、左右いずれかの斜線パターン１０ａ，１０ｂを使用して位置誤差を測定し、随時記憶部１０８から前記いずれかの斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置ずれ量を読み出して測定した位置誤差データを修正することによって斜線パターンの位置ずれ量を検知することができる。
【００６１】
１０．ウィンドウの設定の方法
走査方向に対して相対した４５度の複数の斜線からなるパターンが図２２のように形成されるときに位置誤差測定部１０５におけるウィンドウの設定方法は、以下のようになる。
【００６２】
図２２は図３におけるビットマップにおける複数個の斜線を示し、また、この複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウを示している。まず、左側の斜線パターン１０ａの斜線Kc1から位置誤差を求める場合について説明する。ウィンドウＷ内のデータ位置を求めるために主走査方向の重心を演算する。ウィンドウはＷ1 →Ｗ2 →Ｗ3 のようにウィンドウを斜め下４５度の方向に順次シフトする。このとき常にウィンドウ内に斜線パターンが収まるように制御される。そして、ウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この図の場合には、ウィンドウＷn に到達すると、ウィンドウを主走査方向のみに移動させて、もう一方の右側の斜線パターン１０ｂの斜線Ｋd2に移動させる。ウィンドウは前述と同様にしてＷn+1 →Ｗn+2 →Ｗn+3 と移動する。
【００６３】
右側の斜線パターン１０ｂの斜線Ｋd2においても同様にウィンドウが所定の主走査方向のアドレスに達したとき、この場合、ウィンドウＷ2nに達すると、ウィンドウを主走査方向にみに移動させて左側の斜線パターン１０ａの斜線Ｋc2にウィンドウを移動させ、同様にしてウィンドウはＷ2n+1→Ｗ2n+2→Ｗ2n+3と移動する。このように左右の斜線パターン１０ａ，１０ｂを交互に測定することによって図１１の斜線パターン１０ａ，１０ｂの場合の制御に比べて演算処理が簡単になり、演算時間を短くして位置誤差を求めることができる。
【００６４】
このようにして求められた位置誤差の修正は、次のようにして行われる。
【００６５】
上記のような制御によって左右の斜線パターンそれぞれについて位置誤差を求めると、図２３に示すような結果となる。このとき、左側と右側の斜線パターンにおいてウィンドウが移動したときの位置誤差の差を求める。すなわち、ａ，ｂ，ｃ・・・ｍの位置で左側と右側の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差の差を求める。その差から直線近似した結果を図２４に示す。この傾きが斜線チャート（測定用パターン１０）の位置ずれを示している。これにより、修正された真の位置誤差データを得ることが可能になる。
【００６６】
１１．ノイズの除去方法
コンタクトガラス１や測定用パターン１０上にごみや傷があった場合に、位置誤差を測定しようとするとノイズとなって表われる。そこで、測定用パターン１０の左側の斜線パターン１０ａにごみ２５０が付着した場合について図２５を参照して説明する。この図２５に示すようなごみ２５０が付着したときの左側の斜線パターン１０ａと右側の斜線パターン１０ｂの位置誤差の測定結果は図２６のようになり、この測定結果の差をとると図２７に示すようになる。
【００６７】
この図２７から分かるように、左側と右側の斜線パターン１０ａ，１０ｂの位置誤差の差をとると、ノイズがある場合にはノイズのある箇所にピークが現出するので、これによってごみが付着している位置とノイズ量を求めることができる。例えば、図２７において、他のデータからある値以上離れている場合をノイズとして判断し、このノイズ部分を除去することによってＳ／Ｎのよい位置誤差測定が可能となる。
【００６８】
１２．位置誤差補正処理
位置誤差補正部における読み取りデータの補正は次のようにして行われる。
【００６９】
すなわち、この実施形態では３次関数コンボリューションを利用して補正を行う。図２８に３次関数コンボリューションを利用した補正のモデル図を、図２９に補正の処理手順を示すフローチャートを示す。図から分かるように速度ムラがない場合の副走査方向の画素位置は、画素列Ｐで示すように等間隔となる。しかし、速度ムラがある場合には、画素列Ｑで示すようにその間隔はバラツキ、正しい位置から外れてくる。図は本来Ｐn の位置になければならない画素が実際には画素Ｑn の位置にあることを示している。
【００７０】
ここで、ｎライン目のある走査方向のデータＰn の画像データ（濃度データ）を画素列Ｑの画像データと位置データとから重み関数である３次関数コンボリューションを使用して作成する例について説明する。
【００７１】
３次関数コンボリューションを利用する場合、理想的なｎライン目（Ｐn ）の位置から２画素分以内（ｒ0 ）のデータを位置誤差データから検出する（ステップ１７１，１７２）。この場合は、Ｑn 、Ｑn+1 、Ｑn+2 、Ｑn+3 、Ｑn+4 のデータが対象となる。ここで２画素分以内としているのは、ｒ0 以上のデータは補正係数を０として取り扱うのでそれ以上のデータは必要がないためである。そして、各データのＰn からの距離ｒによって各データＱにおける補間関数ｈ（r ）を求める。これが補正係数となる（ステップ１７３）。ここで、補間関数ｈ（r ）はｓｉｎｘ／ｘの区分的３次多項式近似で中心からの距離ｒによって以下の式、すなわち、
ｈ（r ）＝１−２｜ｒ｜2 ＋｜ｒ｜3 ・・・（２）
ただし、０≦｜ｒ｜＜１
ｈ（r ）＝４−８｜ｒ｜＋５｜ｒ｜2 −｜ｒ｜3 ・・・（３）
ただし、１≦｜ｒ｜＜２
ｈ（r ）＝０ ・・・（４）
ただし、２≦｜ｒ｜
で表わされる。そして、この補間関数ｈ（r ）のもとで、補正係数を対応するＱのデータに掛けて、Ｐn を求める。また、濃度ムラを補正するために各補正係数の合計が１になるように分母に補正係数の合計をとる。すなわち、
【００７２】
この制御をｎライン目の各主走査方向のデータにおいて終了したら、ｎ＋１ライン目へのラインをシフトしていき、最終ラインまで繰り返し行う（ステップ１７５）。このとき式（５）において補間係数ｈ（r ）と分母の補間係数の和の計算とその逆数の計算は、対応する主走査方向の画像データの補正の前に１回実行すればよい。このように制御することによって前述のようにして測定した位置誤差データに基づいて、読み取った画像データから正しい位置で読み取った場合の画像データを作成することができ、これによって位置誤差を補正することが可能になる。
【００７３】
このようにして補正した前後の状態を図３０に示す。通常の読取装置はキャリッジが走査を開始してから一定速度になった後に画像の読み取りを開始するが、図３０（ａ）では位置誤差を大きく見せるためにキャリッジが走査を開始した直後から画像の読み取りを始めたものを図示している。このとき、４５度の斜線も同時に読み込んでおり、この斜線パターン部分の画像から前述の方式で位置誤差を求め、その位置誤差データと読み取った画像データとから位置誤差を補正した画像が図３０（ｂ）に示すものである。このようにして補正することによってたとえ位置誤差を非常に大きく読み取ってしまったとしても、原稿に忠実な画像を再現できることがわかる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、斜線パターンの位置ずれとスキャナの走査速度の平均速度からのずれを分離し、修正することによって正しい位置誤差データを得ることができるとともに、前記位置誤差データに基づいて画素の位置誤差を補正して位置ずれのない画像読取装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像読取装置の断面図である。
【図２】図１の画像読取装置の平面図である。
【図３】画像読取装置に付設される測定用パターンとコンタクトガラスの要部拡大図である。
【図４】図１の画像読取装置に付設される位置誤差測定装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】走査速度の変動に応じた斜線パターンの読み取りデータの説明図である。
【図６】斜線パターンを拡大して示す説明図である。
【図７】図６の斜線パターンの読み取り値を示す説明図である。
【図８】斜線判定用ウィンドウを示す説明図である。
【図９】他の斜線判定用ウィンドウを示す説明図である。
【図１０】斜線判定用マッチングパターンを示す説明図である。
【図１１】重心測定用ウィンドウを示す説明図である。
【図１２】画像読取装置における重心の測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】重心測定用ウィンドウにおける読み取り値及び重心測定方法を示す説明図である。
【図１４】パターンの長さ及び角度を示す説明図である。
【図１５】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンの一例を示す一部拡大図である。
【図１６】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンの他の例を示す一部拡大図である。
【図１７】コンタクトガラス１と走査方向に対して相対した４５°の複数の斜線からなるパターンのさらに他の例を示す一部拡大図である。
【図１８】図１５のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図１９】図１６のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図２０】図１７のパターンの位置誤差測定結果を示す図である。
【図２１】図２０の測定結果の左側の斜線パターンを用いて測定した位置誤差データから右側の斜線パターンを用いて測定した位置誤差データの差を取ってプロットした図である。
【図２２】ビットマップにおける複数個の斜線パターンの他の例と、複数個の斜線を用いて位置誤差を測定するための１０×３のサイズのウィンドウを示す説明図である。
【図２３】左右の斜線パターンそれぞれについて求めた位置誤差を示す図である。
【図２４】左右の斜線パターンにおいてウィンドウが移動したときの位置誤差の差から直線近似した結果を示す図である。
【図２５】左側の斜線パターンにごみが付着した状態を示す説明図である。
【図２６】図２５に示すごみの付着した左側の斜線パターンと右側の斜線パターンの位置誤差の測定結果を示す図である。
【図２７】図２６の測定結果の差をとったときの状態を示す図である。
【図２８】３次関数コンボリューションを利用した補正のモデル図である。
【図２９】補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図３０】補正した前後の状態を示す図である。
【符号の説明】
１ コンタクトガラス
２ 光源
３，４，５ ミラー
６ レンズ
７ 光電変換素子（ラインＣＣＤ）
８ 筐体
１０ 測定用パターン
１０ａ，１０ｂ 斜線パターン
１０１ 光電変換部
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ シェーディング補正部
１０４ 斜線判別部
１０５ 位置誤差測定部
１０６ 位置誤差補正部
１０７ 制御部
１０８ 記憶部
Claims (4)
- 画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、
原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、
前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、
前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて前記位置誤差データを修正する手段と、
を備えていることを特徴とする画像読取装置。 - 画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、
原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、
前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、
前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値に基づいて修正された位置誤差修正データを記憶する手段と、
前記記憶する手段に記憶された位置誤差修正データに基づいて前記第１及び第２のパターンの一方の読み取りデータを使用して求められた位置誤差データを修正する手段と、
を備えていることを特徴とする画像読取装置。 - 前記修正された位置誤差データに基づいて、読み取った画像データから正しい位置で読み取った場合の画像データを作成し、前記位置誤差を補正する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２記載の画像読取装置。
- 画像を一定の時間間隔で線順次に走査して読み取る画像読取装置において、
原稿の走査領域外に設けられ、走査方向に対して一定の傾きを有する複数本の線からなる第１のパターンおよび前記第１のパターンと逆方向に一定の傾きを有する複数本の線からなる第２のパターンと、
前記パターンを読み取ったビットマップ画像に対してｍ×ｎ画素のウィンドウを設定し、当該ウインドウ内に位置する前記各パターンを含む画素の濃度分布の重心となる位置を検出し、前記ウィンドウを予め設定された整数画素分主走査方向及び副走査方向に移動させ、前記ウィンドウが設定されるごとに、当該設定された領域における前記パターンの前記重心位置を演算し、前記ウィンドウの移動前後における前記パターンの前記重心位置の変化を演算することによって画素の位置誤差データを求める手段と、
前記第１及び第２のパターンのそれぞれに対して前記画素の位置誤差データを求め、両パターンから求められた位置誤差データの差の値が所定値以上であるときにノイズがあったと判断して、前記ノイズを除去する手段と、
を備えていることを特徴とする画像読取装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP27097496A JP3647992B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | 画像読取装置 |
| US08/948,084 US5949922A (en) | 1996-10-14 | 1997-10-09 | Image reading apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27097496A JP3647992B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | 画像読取装置 |
Publications (2)
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Family
ID=17493633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27097496A Expired - Fee Related JP3647992B2 (ja) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | 画像読取装置 |
Country Status (1)
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-
1996
- 1996-10-14 JP JP27097496A patent/JP3647992B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH10126584A (ja) | 1998-05-15 |
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