JP4125003B2 - 局部ピンぼけ距離を決定する方法及びゼログラフィ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般にはディジタル像形成技術に関するものである。本発明は、局部ピンぼけ(defocus)距離を推定して、とじられた本の走査画像の幾何学的ディストーションを修正することに特有の用途を有する。ここでは、それについて詳細に説明するが、本発明は、さらに、いろいろな画像収集出力装置たとえばスキャナ、ゼログラフィー複写機およびプリンタにおける他の３次元物体の幾何学的ディストーションの修正にも用途を有することを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
文書スキャナ内の光学装置は被写界深度を有し、光学装置は被写界深度を通して解像度およびディストーションの仕様を満たす画像を生成する。従来は、本または他の製本された複数ページの書類をスキャナで走査すると、得られたディジタル画像は結合部に近い領域に幾何学的ディストーション(geometric distortion)とぼやけ(blurring)を含んでいる。言い替えると、一定の平坦でない原稿（オリジナルとなる対象物）たとえば本、しわのよったシート、または３次元物体の一部は、像形成装置の被写界深度の外側にあることがある。そのような原稿の場合、原稿とスキャナのプラテン面すなわち理想物体面との間の距離は場所ごとに異なっており、そのために、取得した画像に空間的に異なるぼやけが生じることがある。ぼやけのほかに、異なるピンぼけ距離が原因で、幾何学的ディストーションと照度減少が生じることが多い。
【０００３】
上記の幾何学的ディストーションの問題は、これまでいろいろなやり方で取り組まれてきた。或る従来の方法によれば、ディジタル細密解像度で、いろいろな像形成深度で、多数のスキャンが収集される。画像を処理する際に、最適の焦点で収集した標本だけを保有するため、画像値は副次標本が取られる。しかし、この方法は、より多くのスキャン、メモリに保存しなければならないより多くのデータ、および非常に複雑な計算を必要とする。
【０００４】
上記の問題に対する別の解決策は、本の結合部を隅位置に置いて、複写するページ面全体がプラテン表面と密着するように、プラテン面が傾斜エッジ部分を持つようにプラテンを改修することである。この方式は、傾斜した隅エッジの近くで被走査部品の移動に制約があるため、倍率範囲が限定される欠点がある。さらに、本の２つのページを再位置決めせずに走査する「スプリット走査」を行うことができないので、操作性と生産高が制限される。
【０００５】
幾何学的ディストーションの問題に対するもう１つの解決策は、赤外線距離センサを使用して物体のピンぼけ距離を決定する。この方法の場合、検出された複数の物体のピンボケ距離は、次のディジタル復元アルゴリズムにおいて使用される。さらに別の従来の技法は、１つまたはそれ以上の標準的基準目標を使用して、特定のスキャナ装置のピンぼけすなわち劣化の状態を決定する。走査された画像は、そのあと、固定または時間で変化する画像修復フィルタでフィルタ処理される。このフィルタは、ピンぼけすなわち劣化の状態について予め選択した修正係数を使用する。そのほかに、スキャナ装置の基準像面を使用して物体のピンぼけ距離を測定するために、輪郭検出器がスキャナ装置に組み込まれている。上に述べた従来の方法は、必要な追加構成部品の費用がかかることと、望ましくない画像処理の複雑なことが欠点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、追加のハードウェアを使用せずに、ピンぼけ距離を正確に推定する方法が求められている。本発明は、上述およびその他の問題を解決するため、従来の文書走査のやり方で収集した３次元物体の単一走査画像を使用して、ピンぼけ距離を決定し、したがって幾何学的ディストーションを修正する新規な改良された方法を考えている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一特徴に従って、平坦でない原稿の走査画像の局部ピンぼけ距離を決定する方法は、平坦でない原稿の少なくとも一部分を走査して走査画像データを生成するステップを含んでいる。走査画像データから得ることができる画像特徴と、画像特徴に対応する定量的計量(又は定量的距離：quantitative metric)が選択される。選択された画像特徴と平坦でない原稿のピンぼけ距離との間に校正関係が確立される。画像特徴データは走査画像データから抽出され、そして抽出された画像特徴データから複数のピンぼけ距離を計算するのに使用される。複数のピンぼけ距離はピンぼけ距離マップに編成される。
【０００８】
本発明のより限定された特徴に従って、走査画像のテキストのエッジは画像特徴として選択され、そしてテキストのエッジの傾斜は対応する定量的計量として選択される。
【０００９】
また、本発明のより限定された特徴に従って、選択された画像特徴は走査画像のテキストのエッジを含んでおり、定量的計量は走査画像のテキストのエッジの傾斜を含んでいる。
【００１０】
本発明の別の特徴に従って、開いた本を走査してその画像表現を複製するゼログラフィ装置は、平坦な像形成プラテンと、開いた本を走査して走査画像データを生成する手段を備えている。走査画像データは、幾何学的ディストーション、ぼやけ欠陥、および本の結合部の近くの照度変化のうちの少なくとも１つを含んでいる。プロセッサは適当な手段で走査画像データから抽出した画像特徴データからピンぼけ距離マップを計算する。プロセッサはピンぼけ距離マップからディストーションマップを計算する。画像プロセッサは幾何学的ディストーション、ぼやけ欠陥、および照度変化のうちの少なくとも１つについて走査画像データを修正する。ゼログラフィ装置は感光体の上に画像電荷パターンを転写する手段を備えている。少なくとも１つの現像ステーションは電荷パターンを現像する。また少なくとも１つの定着ステーションは現像された画像を物理的媒体の上に定着させる。
【００１１】
本発明のより限定された特徴に従って、ゼログラフィ装置は走査した開いた本のテキストのエッジを検出するエッジ検出プロセッサを備えている。
【００１２】
本発明のより限定された特徴に従って、ピンぼけ距離マップを計算するプロセッサは、検出された各テキストのエッジに対応する傾斜を計算する手段と、計算した各傾斜から、本の結合部と平行な方向に沿って平均傾斜を計算する手段を含んでいる。上記プロセッサは、さらに、テキストのエッジの傾斜と対応するピンぼけ距離との間の所定の校正関係にアクセスする手段と、平均傾斜と所定の校正関係からピンぼけ距離を計算する手段を含んでいる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、走査した原稿１２の高さの不均一によって生じた「幾何学的ディストーション」と「ぼやけ」を修正するため、局部ピンぼけ距離を決定する像形成装置を示す。詳しく説明すると、原稿１２（たとえば、開いた本または結合部を有するとじられた他の資料）は、図１に示すように、平坦な走査プラテン１６の上に表を下にして置かれている。原稿１２は通常のやり方で走査され、得られた電気的画像データ２０は画像データメモリ２４に保存される。開いた本の走査について説明しているが、本発明は、幾何学的ディストーションを生じさせる高さの変化を有する他の３次元物体（たとえば、ピルボトル、コイン、宝石、および回路基板）の走査にも応用できることを理解されたい。
【００１４】
以下により完全に説明するように、画像特徴（たとえば、テキストのエッジ）が選択されて、走査画像に存在する局部ピンぼけ距離のマップを計算するために使用される。選択された画像特徴データは走査画像から抽出され、画像特徴データメモリ２８に保存される。画像特徴データはピンぼけマップ３０を計算するために使用される。ピンぼけマップ３０はディストーションマップ３２と照度減少マップ３４のうちの少なくとも１つを計算するために使用される。ディストーションマップ３２と照度減少マップ３４から、複数の修正パラメータ３６が計算される。好ましい実施例においては、修正パラメータは走査画像全体から抽出された画像特徴データに基づいて計算される。代わりに、修正パラメータ（幾何学的ディストーションと照度減少の２つ）は原稿の部分走査（たとえば一度に１本の走査線）からの画像特徴データに基づいて計算される。メモリ４０を含む画像プロセッサ３８は計算された修正パラメータを受け取り、それらを画像メモリ２４に保存された走査画像データ２０に適用する。修正パラメータは１画素づつ提供され、補償されたディジタル画像表現４２をレンダリングする。補償されたディジタル画像表現は複数の画像出力装置の１つ、たとえばゼログラフィプリンタ５０へ出力される。この実施例においては、補償されたディジタル画像表現４２は画像処理コントローラ５２へ転送される。コントローラ５２は、物理的な画像を感光面の上に転写する照明装置５４、少なくとも１つの現像ステーション５６、および定着ステーション５８を含む印刷装置の残りの部分へ、補償された画像データを送って、幾何学的ディストーションが修正された走査画像のハードコピー６０を生成する。代わりに、修正されたディジタル画像表現はコンピュータまたはネットワークへ出力される。
【００１５】
次に図１および図２を参照して、走査画像内の基準特徴を使用して局部ピンぼけ距離を決定する方法について説明する。ステップ２１０において、原文書たとえば開いた本または他のとじられた資料を表を上にして走査する。原画像全体を走査して完全な一組の走査画像データを生成することが好ましい。しかし、個々の走査線を収集して、１走査線づつ局部ピンぼけ距離を決定してもよいことを理解されたい。
【００１６】
ステップ２００において、走査画像から、少なくとも１つの画像特徴を選択する。画像特徴は走査画像データから容易に得ることができる。ステップ２００においては、そのほかに、定量的計量（すなわち、選択した画像特徴に対応する属性）を選択する。好ましいことに、本の複写を扱う場合は、走査画像内のテキストのエッジが有用な画像特徴として役に立つ。本の複写の場合、本の結合部が原因のピンぼけは、文書スキャナの高速走査方向または低速走査方向に沿って一定の向きに生じる傾向がある。したがって、ぼやけと幾何学的ディストーション効果は，本の結合部の周囲とその近くに生じる。詳しく述べると、画像特徴の選択は、画像コンテンツ、雑音の性質、処理の複雑さ、および速度によって決まる。しかし、画像特徴とその対応する定量的計量を選択するステップ２００において最も重要な考察事項は、ぼやけ欠陥に対する感受性と、ピンぼけ距離についての単調な関数関係の存在である。たとえば、テキスト画像のように十分な数のエッジを含んでいる画像の場合は、選択した画像特徴としてエッジを使用することが好ましい。選択した画像特徴としてテキストのエッジを扱う場合には、多数の異なる定量的計量を使用してエッジを記述することができる。そのような定量的計量には、エッジの傾斜、エッジの幅、および形状が含まれる。好ましい実施例では、定量的計量としてテキストのエッジの傾斜を使用している。この分野の専門家は、ピンぼけ距離が増すと、ぼやけ効果が増大し、そしてテキストのエッジの傾斜が減少することを理解されるであろう。
【００１７】
画像特徴と対応する定量的計量を選択した後、ステップ２２０において、定量的尺度（たとえば、画像特徴（たとえば、テキストのエッジ）の傾斜）とピンぼけ距離との間に、一対一の校正関係を確立する。ピンぼけ距離と選択した画像特徴との間の関係を確立するため、いろいろな技法を使用することができる。一実施例においては、スキャナ製造工程の間に、鋭いエッジをもつオブジェクトを含んでいるテスト目標を複数のピンぼけ距離において走査することができる。ピンぼけ距離の範囲は、実際に起きることがあるすべての考えられるピンぼけ距離を含むほど大きいことが好ましい。しかし、ピンぼけ距離の範囲内のすべての単一ピンぼけ距離において測定を行う必要は無いことを理解されたい。詳しく述べると、測定しなければならない点の数を含む選択は、スキャナに特有なぼやけ特性によって決まる。たとえば、もし特定のスキャナに付随するぼやけ効果がピンぼけ距離の高度に微分可能な関数であれば、ほんのわずかな点を測定するだけでよい。この例においては、それらの間に入る他の点は数学的に相互に関係づけられる。
【００１８】
校正処理間、特定のピンぼけ距離において、テキストエッジの傾斜が計算され、校正関係を表す対応するピンぼけ距離と一緒にスキャナのメモリに保存される。別の実施例においては、もし各ピンぼけ距離におけるぼやけ特性が解析的にわかっていれば、各ピンぼけ距離における対応する傾斜は、測定しないで、数学的に計算される。いったん画像特徴の定量的計量とピンぼけ距離との間の関係が確立されさえすれば、この関係は、画像内のテキストのエッジの傾斜の量に従って走査画像を横断してピンぼけ距離を決定するために使用される。図３は、テキストのエッジの傾斜と局部ピンぼけ距離とを関係づける校正関係を示す典型的なグラフ３００である。傾斜の量はピンぼけ距離と高度に微分可能な単調な関数関係を有していることを理解されたい。一実施例においては、この校正関係はテキストのエッジの傾斜をピンぼけ距離へ転換するルックアップテーブルの形で保存される。
【００１９】
ステップ２３０において、走査画像データから、走査画像面を横断して多数の点で、選択した画像特徴と対応する定量的計量に関する画像特徴データを抽出する。好ましい実施例においては、いろいろな従来のエッジ検出アルゴリズムの１つを使用して、テキストエッジが検出され、そしてテキストエッジデータが抽出される。検出された誤りエッジの数を減らすために、雑音に強いエッジ検出アルゴリズムを使用することが好ましい。一実施例においては、２次元ラプラスフィルタを使用してテキストのエッジを検出している。各テキストのエッジの周囲の領域において、傾斜または他の選択した定量的計量が計算される。
【００２０】
ステップ２４０において、画像特徴の定量的計量とピンぼけ距離との間の所定の校正関係を使用して、走査画像のいろいろな点における局部ピンぼけ距離を計算する。計算した種々の傾斜値を本の結合部の方向に沿って平均し、結合部に直角な方向に、その画素の向きについて平均傾斜値を得ることが好ましい。本の結合部に直角な各画素の向きでの平均傾斜値から、校正関係に基づいて、対応するピンぼけ値が計算される。
【００２１】
ステップ２５０において、走査画像を横断する種々の点における種々の局部ピンぼけ距離から、推定ピンぼけ距離マップを生成することができる。画像の強度はピンぼけマップ内の対応する点におけるピンぼけ距離を表す。本を複写する実施例においては、本の結合部の向きからの情報を使用して、ピンぼけ距離マップを精緻にすることができる。詳しく述べると、本の結合部が原因であるピンぼけの向きを決定するため、ピンぼけ距離マップが検査される。いったんその向きが確立されさえすれば、ピンぼけ距離マップは結合部の方向に沿って平滑化される、すなわち典型的な結合部の近似形状に合わせられる。図４は、そのような平滑化操作を示す。図４において、ダッシュ線４１０は本の結合部の方向に沿って平均された推定ピンぼけ距離を示し、点線４２０はダッシュ線４１０を２次関数で合わせられることを示す。画像内のエッジ情報を利用できる場合には、実線４３０で示すように、距離は模擬ピンぼけ距離と適当にうまく一致することを理解されたい。
【００２２】
再び図１および図２に戻って説明する。図２に示した方法は、従来のやり方で走査した画像から局部ピンぼけパラメータの正確な推定値を提供する。ピンぼけパラメータは、本の結合部に近い画像欠陥（たとえば、幾何学的ディストーション、ぼやけ、および照度減少）の修正に使用することができる。一実施例においては、ディストーションプロセッサ３２は、ピンぼけマップ３０の中に含まれているデータからディストーションマップを計算する。詳しく述べると、幾何学的ディストーションは図４に示したピンぼけ距離推定値の変化率すなわち一次微係数から計算される。幾何学的ディストーションは局部的な倍率の誤りであることを理解されたい。図５は、図４のピンぼけマップから計算された典型的な幾何学的ディストーションマップを示す。本を走査する場合には、倍率の誤りは１つの次元すなわち本の結合部に対し直角な次元において生じる。
【００２３】
そのほかに、ピンぼけマップ３０内のピンぼけ距離とピンぼけ距離の傾斜は，照度減少マップ３４を計算するために使用される。一実施例においては、照度減少の計算は、所定の照度対ピンぼけ距離校正曲線すなわちルックアップテーブルに基づいて行われる。
【００２４】
ピンぼけ校正データは、そのほかに、適応鮮明化フィルタ、たとえばWindowed Wiener Filterと協力して、画像データ内のぼやけを修正するため使用することができる。鮮明化フィルタは１画素づつ適用することが好ましい。詳しく述べると、いろいろなエッジの傾斜を正規化するエッジ強調処理によってぼやけが減るので、得られた画像は鮮明化される。一実施例においては、鮮明化フィルタは再設計され、フィルタの選択は所定の集合の中から起きる。別の実施例においては、フィルタは計算ピンぼけ値に基づいて実時間で適応して設計される。
【００２５】
一実施例においては、複数の修正パラメータはディストーションマップ３２と照度減少マップ３４から計算される。それらの修正パラメータは、通常の撓曲技法を１画素づつ適用するディジタル修復処理によって走査画像データを修正するため画像プロセッサ３８へ送られる。代わりに、計算ピンぼけ距離を適応光学式再焦点合せ装置システムに適用することができ、そこでぼやけ欠陥が除去される。そのあと、ディストーションと明度変化は上述のディジタル修復処理を使用して修正される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を実施するのに適した像形成装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明に従ってピンぼけ距離を決定する方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】本発明に従って、テキストのエッジの傾斜とピンぼけ距離との関数関係を示す典型的な校正関係のグラフである。
【図４】本発明に従って計算された典型的なピンぼけ距離マップの一部を示すグラフである。
【図５】図４に示したピンぼけ距離マップから計算された典型的なディストーションマップの一部を示すグラフである。
【符号の説明】
１２ 原稿（開いた本）
１４ 本の結合部
１６ 平坦な走査プラテン
２０ 走査画像データ
２４ 画像データメモリ
２８ 画像特徴データメモリ
３０ ピンぼけマップ
３２ ディストーションマップ
３４ 照度減少マップ
３６ 修正パラメータ
３８ 画像プロセッサ
４０ メモリ
４２ 補償されたディジタル画像表現
５０ ゼログラフィ式プリンタ
５２ コントローラ
５４ 照明装置
５６ 現像ステーション
５８ 定着ステーション
６０ 幾何学的ディストーションが修正されたハードコピー

Claims (5)

1. 平坦でない原稿の走査画像において局部ピンぼけ距離を決定する方法であって、
   平坦でない原稿の少なくとも一部分を走査して走査画像のデータを生成するステップ、
   (i)前記走査画像データから得ることができる、画像特徴としての前記走査画像内のテキストのエッジを選択し、(ii)該選択した画像特徴に対応する定量的計量としての前記テキストのエッジの傾斜を選択するステップ、
   前記選択した画像特徴と前記平坦でない原稿のピンぼけ距離との間で校正する関係を確立するステップ、
   前記走査画像データから画像特徴データを抽出するステップ、
   前記抽出した画像特徴データから複数のピンぼけ距離を計算するステップ、および
   前記複数のピンぼけ距離をピンぼけ距離マップに編成するステップ、
   から成ることを特徴とする方法。
2. 前記校正する関係を確立するステップは、（ｉ）テキストのエッジについて、既知のピンぼけ距離と既知の傾斜値とに基づくルックアップテーブルを生成すること、及び、 (ii) 既知のピンぼけ距離と既知の傾斜値との間の単調な関数関係を生成することの、少なくとも１つを行うことから成り、
   前記ピンぼけ距離は、検出されたテキストのエッジについて傾斜値を計算すること、前記計算された傾斜値を第１の方向に沿って平均化して平均傾斜値を生成すること、及び前記平均化傾斜値と前記校正する関係とからピンぼけ距離を算出することから得られる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記画像特徴を抽出するステップは、エッジ検出アルゴリズムを使用してテキストの前記エッジを検出するステップを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 開いた本を走査してその画像表現を複製するゼログラフィ装置であって、
   平坦な像形成プラテン、プラテンの上に置かれた開いた本を走査して、本の結合部の近くに幾何学的ディストーション、ぼやけ欠陥、および照度変化（照度むら）の少なくとも１つを含む走査画像データを生成する手段、
   前記走査画像データから画像特徴データを抽出する抽出手段であって、前記走査した開いた本の中のテキストのエッジを検出するエッジ検出プロセッサを含んでいる、前記抽出手段、
   前記抽出した画像特徴データからピンぼけ距離マップを計算するプロセッサであって、検出されたテキストのエッジに対応する傾斜値を計算する手段を含む、前記プロセッサ、
   前記ピンぼけ距離マップから幾何学的ディストーションマップを計算するプロセッサ、
   前記幾何学的ディストーション、ぼやけ欠陥、および照度変化の少なくとも１つについて、前記幾何学的ディストーションマップに従って、前記走査画像データを修正する画像プロセッサ、
   画像電荷パターンを感光体の上に転写する手段、
   前記電荷パターンを現像する少なくとも１つの現像ステーション、および
   前記現像された画像を媒体の上に定着する少なくとも１つの定着ステーション、
   を備えていることを特徴とするゼログラフィ装置。
5. 前記ピンぼけ距離マップを計算するプロセッサは、
   複数の前記計算された傾斜値の各々から、本の結合部に平行な方向に沿って平均傾斜値を計算する手段、
   テキストの前記エッジの傾斜と対応するピンぼけ距離との間の所定の校正関係にアクセスする手段、および
   前記平均傾斜値と前記所定の校正関係からピンぼけ距離を計算する手段、
   を含んでいることを特徴とする請求項４に記載のゼログラフィ装置。

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