JP3680427B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の色情報を読み取るためのカラーリニアイメージセンサを備えた画像読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
原稿の画像情報を読み取る画像読取装置には、1チップ上にR(赤)、G(緑)、B(青)の3色の読取画素列を持つ3ラインカラーリニアイメージセンサが広く用いられている。
【0003】
3ラインカラーリニアイメージセンサでは、原稿情報を縮小光学系を構成する結像レンズによりセンサ面上に縮小投影し、1ライン分の主走査画像情報の読み取りを行い、走査ミラー等の光学系移動手段によって機械的に結像画像とセンサとの位置関係を変化させることで副走査方向の読み取りを順次行っている。
【0004】
図14は3ラインカラーリニアイメージセンサの画素列間隔を説明する模式図である。RGB3色の各画素列近傍のレイアウト(素子配列)は各色に対応した感光画素列と、奇数番目の画素からの信号を転送する転送電極と偶数番目の画素からの信号を転送する転送電極との上下2つの水平方向転送電極とから構成されている。すなわち、Rに対応した画素列20RはR用感光画素列21Rと2つの水平方向転送電極22Rとともに構成され、Gに対応した画素列20GはG用感光画素列21Gと2つの水平方向転送電極22Gとともに構成され、Bに対応した画素列20BはB用感光画素列21Bと2つの水平方向転送電極22Bとともに構成されている。
【0005】
また、3ラインカラーリニアイメージセンサの各感光画素列の副走査方向(図面縦方向)に沿った並びの間隔は、通常、主走査方向の画素ピッチに対応する1ライン分の整数倍、例えば12ライン分だけ開けて配置されている。
【0006】
このため、RGBの各読取画素列から同時に出力される画像信号は、原稿上では副走査方向に沿った異なる位置の読み取りラインのものとなる。そこで、機械的な副走査方向の移動により原稿面上を順次時系列に読み出し、時系列に出力される読み出し信号に対して整列用画像バッファメモリを用いて各色の読取ラインの間隔に応じたライン単位の遅延操作を加え、これによって3色の読取ラインの副走査方向に沿ったずれを補正して原稿面上で同一ラインの画像データとなるようにしている。
【0007】
また、デジタルカラー複写機から成る画像読取装置では、読み取った原稿上の画像がカラー画像であるか、モノクロ画像であるかを判別して画像出力部での処理の切り替えを行っている。
【0008】
図15は従来のデジタルカラー複写機から成る画像読取装置を説明する構成図である。この画像読取装置では、画像読取部1’から出力される反射率比例のRGB信号を、反射率→明度変換を行う入力階調補正部2およびマトリクス演算を行う第1色信号変換部3によってL* a* b* 信号に変換する。
【0009】
このL* a* b* 信号の流れは、色相回転等の編集処理へ向かうメインルートのビデオ信号と、色黒識別を行うa* b* の信号とに分けられる。メインルートのビデオ信号は、画像編集部4から第2色信号変換部5へ渡されてYMC信号に変換され、墨生成処理部6、画像切換部7、出力階調補正部8、画像出力部9を介してYMCKのフルカラー画像として出力される。
【0010】
画像切換部7では、色/黒識別部11’からの信号に基づいてフルカラーYMCKを選択するか、L* 信号のみを選択するかを決定する。すなわち、カラー原稿の場合には色/黒識別部11’から画像切換部7に原稿がカラーである旨の信号が渡され、フルカラーYMCK信号を選択する。一方、モノクロ原稿の場合には色/黒識別部11’から画像切換部7に原稿がモノクロである旨の信号が渡され、L* 信号を選択する。
【0011】
色/黒識別部11’による色黒判別は、先ず原稿読み取り時にカラーリニアイメージセンサから出力されるRGB信号をL* a* b* 信号に変換し、このうちの色度情報を示すa* b* データより次式を用いて彩度C* の値を求め、この彩度C* の値と予め設定した閾値とを比較して、その閾値よりも大きいか否かを判定することにより、原稿上の画像がカラー画像であるかモノクロ画像であるかを識別している。
【0012】
C* ={(a* )2 +(b* )2 }1/2
【0013】
ここで、カラー画像であるかモノクロ画像であるかを判定する閾値による境界ラインは、図16で示すように、a* b* 色度平面図上の原点を中心とする半径CTHの円であり、彩度C* が円の内側になればモノクロ画像と判定し、円の外側となればカラー画像と判定する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像読取装置には次のような問題がある。すなわち、機械的な副走査において振動等の影響による走査速度ムラが存在すると、副走査方向の読取ラインの位置精度が劣化し、ライン単位の遅延操作による位置ずれ補正が不完全となり、結果として得られる画像データに色ずれ(以下、色度エラーという。)が発生してしまう。
【0015】
この走査速度ムラは周期的であり、その周波数はモーターの回転を走査系に伝達するベルトと歯車の歯数等に起因しており、歯数の変更による周波数調整は可能であるが、周波数を低くすると振幅が大きくなる傾向が有り、反対に周波数を高くすると走査ミラーの固有振動数に重なって共振を起こす危険性があり、調整は非常に困難である。
【0016】
また、原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかの判定を行う場合、副走査時の振動や速度ムラにより読取画像データに色ずれが発生し、読み取り後のデータでは彩度C* 成分が大きくなって、この値が予め設定した閾値を越えてしまい、モノクロ画像の原稿をカラー画像であると誤判定してしまうという問題がある。
【0017】
3ラインカラーリニアイメージセンサでは、各感光画素列の副走査方向に沿った並びの間隔を縮めることで副走査時の振動や速度ムラに起因する色度エラーを改善することができるが、上記説明した数1によって求めた彩度C* の値からカラー画像かモノクロ画像かを判定する場合の誤判定を改善するには至らない。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された画像読取装置である。すなわち、本発明の画像読取装置は、原稿に光を照射して走査して得られた反射光を画像情報として読み取るカラーリニアイメージセンサと、カラーリニアイメージセンサにてモノクロ画像情報を読み取った際に得られる画像データの均等色空間中の色度図上の分布を記憶する記憶手段と、カラーリニアイメージセンサから出力されるカラー信号の非均等色空間を均等色空間の画像データに変換する変換手段と、変換手段によって変換された画像データがカラーであるかモノクロであるかを記憶手段に記憶された画像データの均等色空間中の色度図上の分布に基づいて判別する判別手段とを備え、記憶手段に記憶された分布が均等色空間上で方向性を有しているものである。
【0019】
また、原稿に対する主走査方向に沿って複数の光電変換素子が1ライン分並ぶ光電変換素子列を、主走査方向と直角な副走査方向に沿って各々異なる色情報を読み取るために所定のライン数分の間隔で複数配置したカラーリニアイメージセンサと、原稿からの反射光を集光し副走査方向に走査する光学系結像走査機構とを備えている画像読取装置においては、カラーリニアイメージセンサの各光電変換画素列のライン数分の間隔を、光学系結像走査機構で光学系を副走査方向に走査する際の光学系の固有振動の一周期で読み取るライン数の1/3より小さくするとともに、複数の光電変換素子列のうち、色情報として緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心として配置するものでもある。
【0020】
本発明の画像読取装置では、カラーリニアイメージセンサにてモノクロ画像情報を読み取った際に得られる画像データの均等色空間中の色度図上の分布を記憶手段に記憶しており、この分布に基づいて画像データがカラーであるかモノクロであるかを判別している。つまり、記憶手段に記憶された分布は、画像読取装置に固有の読取画像データの色ずれを考慮したものであるため、その色ずれを見越した正確な色黒判定を行うことができるようになる。
【0021】
また、光電変換画素列の副走査方向の間隔を光学系の固有振動の一周期の期間で読み取る画像長さの1/3より小さくし、緑の色情報を読み取るための光電変換素子列を中心に配置することで、光学系の走査機構の振動等に起因する読取画像データの色ズレ量を低減でき、原稿情報を忠実に読み取ることができるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像読取装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本実施形態を説明する図であり、(a)は信号処理系のブロック図、(b)は走査系の概略図である。
【0023】
図1(b)に示すように、本実施形態における画像読取装置は、原稿台ガラスP上に載置された原稿(図示せず)へ光源Kから光を照射し、その反射光をミラーM1〜M3で反射してレンズLで集光し、これを3ラインカラーイメージセンサを備えた画像読取部1にて受けるものである。
【0024】
また、図1(a)に示すように、画像読取部1にて読み取った信号を処理するため、RGB出力信号を明度に比例した信号に変換する入力階調補正部2と、この信号をL* a* b* 信号に変換する乗加算器から成る第1色信号変換部3と、画像編集部4と、L* a* b* 信号からYMC信号を生成する第2色信号変換部5と、K信号を生成する墨生成処理部6と、画像切換部7と、出力階調補正部8と、画像出力部9とを備えている。
【0025】
さらに、本実施形態の画像読取装置は、第1色信号変換部3から出力されるL* a* b* のうちのa* b* に基づき後述するα’β’を算出する第3色信号変換部10と、このα’β’と所定の閾値との比較によって原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかの判定を行う色/黒識別部11と、システムCPU12とを備えている。
【0026】
ここで、変換係数を使用したa* b* データへの変換を行い、彩度C* データに変換して色黒判定を行う処理の結果が3ラインカラーイメージセンサを使った画像読取部の読取走査速度変動によってどのように変わるかを、3ラインカラーイメージセンサの3色の画素列の並び順の違いとともに説明する。
【0027】
図2は走査速度ムラによる読取信号レベルの変化を示す図で、無彩色のモジュレーション画像データを読取走査する場合を示している。この読取画素位置の3色間のずれは、読取走査速度が一定であれば位置のずれを時間のずれに置き換えてセンサからの出力信号に遅延を与えることで補正できるが、読取走査速度に変動がある場合には読取位置のずれが発生してしまう。
【0028】
この3色の位置ずれにより、ラダーチャートなどのモジュレーション情報を読み取った際の3色のレベルの差を図2上図に示す。原稿がカラー画像であるかモノクロ画像であるかを判定する場合には、RGBの各色の読取レベル(反射率)をL* a* b* 信号に変換した結果に基づいて行う。このL* a* b* 信号の値のうち、L* が明るさ情報を示し、a* b* が色相彩度情報を示す。
【0029】
このa* b* 座標の原点が無彩色(白〜グレー〜黒)を表し、原点から外れるほど彩色に近づくことを示す。無彩色のモジュレーションデータを読み取った結果がa* b* 座標の原点から外れることは、情報の読取エラーを示している。これが色度エラーとなる。
【0030】
原稿の画像情報を読み取った際のRGBの各色の読取レベルは、読取走査振動の位相と、読取信号のモジュレーションの位相とによって変化し、この変化によって色判定データであるa* b* の値も変化する。このように、読取走査振動の位相と読取信号のモジュレーションの位相とを各々振って、3ラインカラーイメージセンサのライン間隔と各画素列の読み取り色の配列が変化した場合に、色度エラーがどのように変化するかをプロットした図を図3〜図8に示す。この時の条件は、走査系の振動周波数を画像長さに換算したものが36ラインの場合で、実際の装置に基づいたものである。
【0031】
図3はG用画素列を中心として、8ライン間隔で各画素列を配置した場合、図4はB用画素列を中心として、8ライン間隔で各画素列を配置した場合、図5はR用画素列を中心として、8ライン間隔で各画素列を配置した場合、図6はG用画素列を中心として、12ライン間隔で各画素列を配置した場合、図7はB用画素列を中心として、6ライン間隔で各画素列を配置した場合、図8はG用画素列を中心として、4ライン間隔で各画素列を配置した場合である。
【0032】
これらの図より、3色のうちRやBの画素列を中心に配置した場合、振動モジュレーションの位相による無彩色からのa* b* のずれの変化が大きくなり、最悪値も大きくなる。一方、G用画素列を中心として配置すると分布の歪みが小さくなり、最悪値も小さくできることが分かる。また、画素列間隔を小さくすればするほどこの傾向が大きくなる。
【0033】
図9は3ラインカラーイメージセンサの読取位置と走査振動の位相との関係が同じとなる場合を示す図である。このように、走査ムラの発生する周期が、3ラインカラーイメージセンサの画素列間隔の3倍となると、RGB3色の画素列の並びとは無関係となる。
【0034】
図10は画素列間隔と色度エラー最大値との関係を、3ラインカラーイメージセンサの3列の画素列の配列(RGBどの色の画素列を中心とするか)をパラメータとして示した図である。
【0035】
このように、画素列間隔が12ラインの場合、走査系の振動周波数の1/3となってRGB3色の画素列の並び順と色度エラー最大値とは無関係であることが分かるが、色度エラーを小さくするため、画素列間隔を小さくしていくと、RGB3色の画素列の並び順が色度エラーの特性差となって現れてしまう。
【0036】
以上のことから、画素列間隔を12ライン(走査ムラの発生する周期で読み取るライン数の1/3)より小さくして色度エラーを小さくする場合には、単に画素列間隔を狭くするだけでなく、RGB3色の画素列の中心にG用画素列を配置するようにする。
【0037】
一方、画素列間隔を上記のように小さくした場合には、RGB3色の画素列の並び順によって色度エラーの傾向が変わってしまう。これは、RGB信号からL* a* b* 信号へ変換する際に使用するマトリクスの係数に起因している。
【0038】
図1(a)に示す第1色信号変換部3で使用するマトリクス係数は、RGBデータに入力階調補正処理を施した値LR 、LG 、LB に対して、
a* =−0.24×LB +1.11×LG −0.87×LR
b* =1.08×LB −0.81×LG −0.27×LR
という係数をかけてa* b* (厳密には、a* b* 値を8ビットデータに割り振るためにスケール変換をしたもの)に変換している。この係数は3色のグレイバランスを崩さないように考慮されたものであり、LR =LG =LB の場合、a* =b* =0となるようになっている。
【0039】
この係数のうち、a* についてのLB の係数、b* についてのLR の係数の大きさが他の係数よりも小さくなっている。この性質により、3色のデータのグレイからのばらつきによるa* b* の量のばらつきは、図11に示すようになり、何色を中心とするかでばらつきに差が生じる。
【0040】
このことは、元々のa* b* の値の定義が図12に示す分光感度特性x(xバー)・y(yバー)・z(zバー)を持つ測定器での読取値X・Y・Zを
a* =500・(X1/3 −Y1/3 )
b* =200・(X1/3 −Z1/3 )
のように変換したもので、Y1/3 がほぼLG に、Z1/3 がほぼLB に、X1/3 がほぼLR に対応しているためである。
【0041】
このため、a* についてのLB の係数、b* についてのLR の係数の大きさが他の係数よりも小さくなっている。L* a* b* 表色系は、元々人間の目の視感的特性を近似するために作られたものであるから、上記a* b* のマトリクス係数の意味はすなわち人間の目の性質に起因したものとなる。
【0042】
こうした人間の目の性質に起因するマトリクス係数を用いることから、3ラインカラーリニアイメージセンサを使用した読み取ったカラー信号出力をL* a* b* 等の表色系に変換して、このうち色彩情報を持つ2つのa* b* 値を使用して色黒判定を行うには、以下の性質がある。
▲1▼3ラインカラーリニアイメージセンサの3色の画素列の配置として、G用画素列を3ラインの中心とした場合、走査系の読取振動に起因する色度エラーの量が小さくなる。
▲2▼走査振動に起因する色度エラーの発生はa* b* 座標上で方向性がある。
【0043】
この▲1▼の性質については、前述したように、画素列間隔を走査ムラの発生する周期で読み取るライン数の1/3より小さくした場合に現れる。
【0044】
また、▲2▼の性質も、走査系の振動周波数に対して、「読取周波数×(画素列間隔のライン数)」が十分に小さい場合に現れる。すなわち、図6に示す12ライン間隔の場合(「読取周波数×(画素列間隔のライン数)」が振動周波数の1/3の場合)は、色度エラーの分布が比較的円に近い領域で現れているが、図3〜図5に示す8ライン間隔となると、色の並び順により色度エラーに固有の方向性が現れている。
【0045】
以上のことから、3ラインカラーイメージセンサを使用する場合には、画素列間隔の小さいもののうちでも、G用画素列が中心となっているものを使用するとともに、色黒判定の領域を、色度エラーの発生しやすい方向に拡大した楕円領域とする。
【0046】
これによって色黒判定の精度を向上させることが可能となる。ここで、色黒判定の領域を図13に示すような楕円にするためには、以下の数2のように変数変換を行えばよい。
【0047】
【数1】
【0048】
この数2を行うには数3のようなマトリクス変換を行えばよい。
【0049】
【数2】
【0050】
このようなマトリクス変換は、図1(a)に示す第3色信号変換部10にて行う。この第3色信号変換部10では、a* b* をα’β’に変換し、色/黒識別部11では、このα’β’が半径mの内円に有るか否かによってカラー画像かモノクロ画像かの判定を行う。
【0051】
これにより、特に3ラインカラーイメージセンサの画素列間隔を小さくする場合に色黒判定を正確に行うことが可能となる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像読取装置によれば次のような効果がある。すなわち、画像読取装置に固有の読取画像データの色ずれを考慮した上で、画像データがカラーであるかモノクロであるかを判別することから、判別精度を向上させることが可能となる。
【0053】
また、光学系の走査機構の振動等に起因する読取画像データの色ずれ量を低減することができるため、より原稿情報に忠実な読取画像情報を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態を説明する図である。
【図2】 走査速度ムラによる読取信号レベルの変化を示す図である。
【図3】 色度エラー量の変化を示す図(その1)である。
【図4】 色度エラー量の変化を示す図(その2)である。
【図5】 色度エラー量の変化を示す図(その3)である。
【図6】 色度エラー量の変化を示す図(その4)である。
【図7】 色度エラー量の変化を示す図(その5)である。
【図8】 色度エラー量の変化を示す図(その6)である。
【図9】 読取位置変化と走査振動との関係を示す図である。
【図10】 画素列間隔と色度エラー最大値との関係を示す図である。
【図11】 LR LG LB の値の変動に対するC* 値の変化を示す図である。
【図12】 測色器の分光感度特性を示す図である。
【図13】 本実施形態の色黒判定領域を示す図である。
【図14】 画素列間隔を説明する模式図である。
【図15】 従来例を説明する構成図である。
【図16】 従来の色黒判定領域を示す図である。
【符号の説明】
1 画像読取部 2 入力階調補正部
3 第1色信号変換部 4 画像編集部
5 第2色信号変換部 6 墨生成処理部
7 画像切換部 8 出力階調補正部
9 画像出力部 10 第3色信号変換部
11 色/黒識別部 12 システムCPU
Claims (3)
- 原稿に光を照射して走査して得られた反射光を画像情報として読み取るカラーリニアイメージセンサと、
前記カラーリニアイメージセンサにてモノクロ画像情報を読み取った際に得られる画像データの均等色空間中の色度図上の分布を記憶する記憶手段と、
前記カラーリニアイメージセンサから出力されるカラー信号の非均等色空間を均等色空間の画像データに変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された画像データがカラーであるかモノクロであるかを前記記憶手段に記憶された画像データの均等色空間中の色度図上の分布に基づいて判別する判別手段とを備え、
前記記憶手段に記憶された分布は均等色空間上で方向性を有している
ことを特徴とする画像読取装置。 - 前記カラーリニアイメージセンサは、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の読取画素列を有し、かつ、G色を読み取る画素列がR色およびB色を読み取る画素列の間に配置されているものから成る
ことを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。 - 前記変換手段は、前記カラーリニアイメージセンサによって出力されるR(赤)、G(緑)、B(青)のそれぞれのデータに対して入力階調処理を施した3つのデータが等しいとき、色相および彩度が0となるよう変換を施す
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。
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