JP4340503B2 - 原稿読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、原稿読取装置に関し、特に、ＣＣＤイメージセンサを用いて原稿画像の読み取りを行う原稿読取装置に関する。

従来より、ＦｉｒｓｔとＬａｓｔ、あるいはＯｄｄ、ＥｖｅｎとＦｉｒｓｔ、Ｌａｓｔとの組み合わせなどによる複数の出力端子を１ラインごとに有するＣＣＤイメージセンサを用いた原稿読取装置がある。

こうした原稿読取装置について、本出願人により先に出願されている特許文献１のものでは、イメージセンサで読み取った画像データに対して、Ｏ（奇数）、Ｅ（偶数）のデータごとにガンマ補正をする。Ａ／Ｄ変換後、シェーディング補正後にＯ／Ｅのレベルをガンマ補正で合わせる。
すなわち、複数の出力端子における奇数、偶数（Ｏ／Ｅ）の出力差をＡ／Ｄ変換後にガンマ変換で合わせるものである。Ｏ、Ｅごとにガンマテーブルを持ち、各レベルでＯＥの出力を合わせるというものである。
特開平６−１４１８８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなデジタルデータに対するガンマ変換による補正では、整数単位の補正しかできない上に、非線形である場合の傾きが大きいところでは階調数を失う虞がある。
上述したＯ／Ｅの補正ではこの補正方法で問題にならない場合が多いが、先頭画素から順次前半分の画素を出力する端子（Ｆｉｒｓｔ）と、末尾画素から順次後半分の画素を出力する端子（Ｌａｓｔ）からなる最近のＣＣＤでは、画像の中央でＦｉｒｓｔとＬａｓｔとの境目があるので、出力差（Ｆ／Ｌ差）が１ＬＳＢでもあるとくっきりと目立って出てしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、光電変換素子列の各画素出力が複数の端子からの出力に振り分けられる構成であっても、出力される画像の中央における不要な境目を発生させることのないように、端子間における平均値の差に対して整数単位の補正だけでなく、小数が含まれる場合にはその小数も含めて補正することができる原稿読取装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の原稿読取装置は、原稿面を照射する光源と、該光源による原稿からの反射光を所定位置に導く光学系と、該光学系により導かれた光を光電変換する光電変換素子列と、光電変換素子列の各画素出力をアナログ／デジタル変換し整数のデジタル値として出力するＡ／Ｄ変換器とを備え、光電変換素子列の各画素出力が複数の端子からの出力に振り分けられ、上記Ａ／Ｄ変換器は上記複数の端子出力毎に変換を行う原稿読取装置であって、上記Ａ／Ｄ変換器から出力された各端子出力のデジタル値の複数画素分の平均値を検出する平均出力値検出手段と、上記平均値の各端子間での差に基づき上記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル値を補正する端子間差補正手段とを備え、上記端子間差補正手段は、下記式（１）に従って補正を行うことを特徴とする。
Ｄｏｕｔ＝ＲＯＵＮＤ（Ｄｉｎ−０．５＋ＲＡＮＤ＋ａ）・・・（１）
ただし、ＲＯＵＮＤ：小数点以下四捨五入処理
Ｄｉｎ：他の端子の各画素に対応するデジタル値
ＲＡＮＤ：０〜１の値をランダムに取る乱数値
ａ：一の端子と他の端子との平均値の差

また、上記した平均出力値検出手段は、白チャート、黒チャート、及び所定数種類のグレーチャートを読み取ったときの各チャート毎に上記平均値を検出するものであってもよい。

上記した光電変換素子列の各画素出力を振り分ける複数の端子の一部あるいは全部が、光電変換素子の先頭画素から順次前半分の画素を出力する端子と、末尾画素から順次後半分の画素を出力する端子とであることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、光電変換素子列の各画素出力が複数の端子からの出力に振り分けられる原稿読取装置についても、出力される画像の中央における不要な境目を発生させることのないように、端子間における平均値の差に対して整数単位の補正だけでなく、小数が含まれる場合にはその小数も含めて補正することができる。

次に、本発明に係る原稿読取装置を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての原稿読取装置の構成を示す図である。本原稿読取装置の装置本体２は、光源ランプ３と第１ミラー４とを備える第１キャリッジ５と、第２ミラー６と第３ミラー７とを備える第２キャリッジ８と、レンズ９とによる光学系を備えると共に、光学撮像を光電変換するためのＣＣＤ１０を備え、コンタクトガラス１上の原稿を読み取ることができるようになっている。
第１キャリッジ５および第２キャリッジ８は、図示していないモータで図１における右方向へ移動されることによって、原稿面の全面を読み取ることができるようになっている。

図２に、本原稿読取装置に用いられるＣＣＤ１０であるＦ／Ｌ型ＣＣＤの内部の構成図を示す。
ＣＣＤ転送の周波数を上げるため、先頭画素から順次前半分の画素を転送出力する端子（Ｆｉｒｓｔ、以下Ｆ）と、末尾画素から順次後半分の画素を転送出力する端子（Ｌａｓｔ、以下Ｌ）とのそれぞれに奇数（Ｏ）と偶数（Ｅ）との端子を持つ。すなわち、全部で４つの出力（ＯＳ１からＯＳ４）を有する。

図３に、従来のＦ／Ｌ型ＣＣＤを使用した場合の原稿読取装置の回路のブロック回路図を示す。ＣＣＤ１０で読み取られた画像信号は、ＦのＯとＥ、ＬのＯとＥに分かれて出力されている。

アナログ信号処理回路ではＦのＯおよびＥ、ＬのＯおよびＥに対して、それぞれ１つのアナログ処理ＬＳＩ１１で受けて、ゲイン調整とＯおよびＥの出力を合成するなどして適正なアナログ信号を生成している。
生成されたアナログ信号の入力を受けるＡ／Ｄ変換器１２は、画像信号をアナログ／デジタル変換する。さらに、変換されたそれぞれの８ビットのデジタルデータの入力を受けてＦとＬの並び替えをするＦＬ並び替えＬＳＩ１３が、１ラインの画像データにする。その後、メモリと演算素子からなるシェーディング補正回路１４が、照度分布や画素の感度差を補正し、補正後のデータが原稿読取装置から出力される。

図４に、上述した図３に示す従来の回路構成に対する本発明の回路構成を示す。この本発明による回路構成は、図３に示す従来の回路構成に対して、各端子の平均出力値検出回路と、ランダム値発生機能付き加減算回路を付加したものである。
以下にＦのＯを基準として他の３つの端子からの出力を補正する場合の動作について説明するが、他を基準とする場合も同様の動作となる。また、Ｏ、Ｅは検出せず、ＦとＬについてのみの補正という方法を用いてもよい。

まず、各端子の平均出力値検出回路１５（１５１，１５２，１５３，１５４）では、ＦＯ／ＦＥ／ＬＯ／ＬＥそれぞれの複数画素の平均出力値を検出して保持する。各画素の出力値はデジタルデータであるので整数であるが、複数画素の平均値は当然小数を含む場合もある。

次のランダム値発生機能付き加減算回路１６（１６１，１６２，１６３）では、ＦＯの平均値に対して他の端子の平均値が大体一致するように、他の端子の出力値を加減算する。すなわち、ランダム値発生機能付き加減算回路１６（１６１，１６２，１６３）は、ＦＥ／ＬＯ／ＬＥそれぞれの複数画素の平均出力値を、ＦＯの平均出力値と比較した結果（差を検出した結果）の出力を受け、上述した出力値の加減算を行う。

ここで、ランダム値発生機能付き加減算回路１６の「ランダム値発生機能付き」というのが重要である。たとえばＦＯに対してＬＯがデジタルデータで１．５だけ小さい場合、ＬＯの全データを一様に１．５加算すればよいわけだがデータは整数なので１．５という値は選択できない。そこで、このランダム値発生機能付き加減算回路１６は、ランダムで０〜１の任意の値を発生させる機能をもち、次の式によりＬＯの全画素を演算すれば目的を達成することができる。
Ｄｏｕｔ＝ＲＯＵＮＤ（Ｄｉｎ−０．５＋ＲＡＮＤ＋ａ）

上記の式で、ＲＯＵＮＤは少数点以下四捨五入の関数であり、ＲＡＮＤは０〜１の乱数で画素ごと更新される。また、ａは平均値の差であり、上述した例の場合は１．５である。
すなわち、ＤｏｕｔはＤｉｎに対してランダムで１だけ加算する画素と２だけ加算する画素とが５０％ずつとなる。１つ１つの画像データの加算は１か２かのどちらかであるが、全体の画像の見え方は量子論でいうようになるものである。
こうして、ＬＯは見かけ上１．５だけ加算したのと同等の画像になる。

このように、ランダム値発生機能付き加減算回路１６は、平均出力値検出回路１５により検出された平均値の端子間における差が小数を含んだ場合はその小数も含めて補正する端子間差補正手段として機能する。

同様に、例えばＬＯの平均値が１．３５だけ小さい場合は、上記の式におけるａを１．３５にすればよい。こうすれば１だけ加算する画素がランダムで６５％、２だけ加算が３５％となるので、全体は１．３５加算したのと同等にすることができる。

次に、本発明の他の応用例について説明する。
反射率が大きい白チャートから反射率が小さい黒チャートまで何種類かのグレーチャートをあらかじめ読み取り、そのそれぞれについてＦＯ、ＦＥ、ＬＯ、ＬＥの平均値を保持する。あとは上記の式により同様に補正すればよいが、ａの値はチャートの濃度により異なる値となる。また、チャート間の中間のレベル（ＣＣＤの素子に対する入射光量のレベル）については補完するものとし、後述するＦ／Ｌ差補正テーブルを作成する。

さらに本発明の別の応用例について説明する。
Ｆ／Ｌ差（Ｏ／Ｅ差も同様であるが）は、中間調のレベルが大きく、反射率が大きくても小さくても小さくなるという傾向がある。
図５は、出力値に対するＦ／Ｌ差の一例を示すグラフである。中間調のレベルで最大になるのがよく分かる。ただし、最大値については、端子間ごと、あるいは機械ごとに異なる。すなわち差が最大となる中間のレベルの端子間差を把握することで、全体のレベルのＦ／Ｌ差を予測することができる。

図６に、Ｆ／Ｌ差の最大値が中間レベル１２８／２５５（８ビットのフルスケール２５５に対してその半分）のときに１．４となった場合、その０から２５５の全レベルについてのＦ／Ｌ差を予想したテーブルを示す。
このテーブルによれば、０から２５５までの画像データに対してリアルタイムで画像データに対応する（上記の式）ａの値を参照して処理することができる。

このように、本実施形態としての原稿読取装置は、原稿面を照射する光源と、原稿からの反射光を処定位置に導く光学系と、処定位置に置かれた光電変換素子列と、各画素出力をアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換器とを有する原稿読取装置であって、光電変換素子列の各画素出力が複数の出力端子に振り分けられるものにおいて、各端子のデジタル出力の平均値を検出する構成と、その差を合わせる補正機能を有するとともに、平均値の端子間の差が小数を含んだ場合はその小数までも補正する機能とを有する。
このことにより、各端子のデジタル出力の平均値を検出して、その差について整数部分を補正するとともに、平均値の端子間の差が小数を含んだ場合はその小数までも補正できるため、端子間のレベル差を極めて小さくすることができ、出力される画像の中央における不要な境目を発生させることなく、画像品質の向上が可能となる。

また、入射光量が大きい場合から小さい場合までその各々について、１つの基準となる端子の平均出力値と、他の端子間の平均出力値の差を検出する構成と、各々のレベル差について小数までも補正する機能とを有する。
このことにより、入射光量が大きい場合から小さい場合までその各々について、基準となる端子の平均出力値と、他の端子間の平均出力値の差を検出して、各々のレベル差について小数までも補正することができ、出力される画像の中央における不要な境目を発生させることなく、さらなる画像品質の向上が可能となる。

また、入射光量が略中間のレベルについて、１つの基準となる端子の平均出力値と、他の端子間の平均出力値の差を検出する構成と、光量が中間ときの平均出力値の差をもとにして、入射光量が大きい場合から小さい場合までの各々の出力差を算出する機能と、各々のレベル差について小数までも補正する機能とを有する。
このことにより、入射光量が略中間のレベルについて、基準となる端子の平均出力値と、他の端子間の平均出力値の差を検出して、光量が中間のときの平均出力値の差をもとにして、入射光量が大きい場合から小さい場合までの各々の出力差を算出して、各々のレベル差について小数までも補正することができ、出力される画像の中央における不要な境目を発生させることなく、さらなる画像品質の向上が可能となる。

また、光電変換素子列の各画素出力を振り分ける複数の出力端子の一部あるいは全部が、光電変換素子の先頭画素から順次前半分の画素を出力する端子と、末尾画素から順次後半分の画素を出力する端子とになっている。
このことにより、特に先頭画素から順次前半分の画素を出力する端子と、末尾画素から順次後半分の画素を出力する端子とであるＣＣＤに対して、Ｆ／Ｌの出力値の差を補正することができ、特にＦ／Ｌ型ＣＣＤの画質向上が可能となる。

なお、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述したランダム値発生機能付き加減算回路１６のランダムで０〜１の任意の値を発生させる機能は、ＣＰＵで演算する方式であっても、ハードウエアで発生させる方式であってもよい。

本本発明の一実施形態としての原稿読取装置の構成を示す図である。 該原稿読取装置に用いられるＣＣＤであるＦ／Ｌ型ＣＣＤの内部構成を示す図である。 従来のＦ／Ｌ型ＣＣＤを使用した場合の原稿読取装置の回路を示すブロック回路図である。 本発明に係る原稿読取装置の回路を示すブロック回路図である。 出力値に対するＦ／Ｌ差の一例を示すグラフである。 原稿画像のデータに対するＦ／Ｌ差のレベルの予想テーブル例を示す図である。

符号の説明

１ コンタクトガラス
２ 装置本体
３ 光源ランプ
４ 第１ミラー
５ 第１キャリッジ
６ 第２ミラー
７ 第３ミラー
８ 第２キャリッジ
９ レンズ
１０ ＣＣＤ
１１ アナログ処理ＬＳＩ
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ ＦＬ並び替えＬＳＩ
１４ シェーディング補正回路
１５１ ＦＯ平均出力値検出回路
１５２ ＦＥ平均出力値検出回路
１５３ ＬＯ平均出力値検出回路
１５４ ＬＥ平均出力値検出回路
１６１ ＦＥランダム値発生機能付き加減算回路
１６２ ＬＯランダム値発生機能付き加減算回路
１６３ ＬＥランダム値発生機能付き加減算回路

Claims (3)

1. 原稿面を照射する光源と、該光源による原稿からの反射光を所定位置に導く光学系と、該光学系により導かれた光を光電変換する光電変換素子列と、前記光電変換素子列の各画素出力をアナログ／デジタル変換し整数のデジタル値として出力するＡ／Ｄ変換器とを備え、前記光電変換素子列の各画素出力が複数の端子からの出力に振り分けられ、前記Ａ／Ｄ変換器は前記複数の端子出力毎に変換を行う原稿読取装置であって、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力された各端子出力のデジタル値の複数画素分の平均値を検出する平均出力値検出手段と、
   前記平均値の各端子間での差に基づき前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル値を補正する端子間差補正手段とを備え、
   前記端子間差補正手段は、下記式（１）に従って補正を行うことを特徴とする原稿読取装置。
   Ｄｏｕｔ＝ＲＯＵＮＤ（Ｄｉｎ−０．５＋ＲＡＮＤ＋ａ）・・・（１）
   ただし、ＲＯＵＮＤ：小数点以下四捨五入処理
   Ｄｉｎ：他の端子の各画素に対応するデジタル値
   ＲＡＮＤ：０〜１の値をランダムに取る乱数値
   ａ：一の端子と他の端子との平均値の差
2. 前記平均出力値検出手段は、白チャート、黒チャート、及び所定数種類のグレーチャートを読み取ったときの各チャート毎に前記平均値を検出することを特徴とする請求項１記載の原稿読取装置。
3. 前記光電変換素子列の各画素出力を振り分ける複数の端子の一部あるいは全部が、光電変換素子の先頭画素から順次前半分の画素を出力する端子と、末尾画素から順次後半分の画素を出力する端子とであることを特徴とする請求項１または２に記載の原稿読取装置。

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