JP4360749B2 - 撮像素子及び画像入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の長さの直線状光電変換素子列を複数備えた撮像素子であるリニアセンサに関し、特にその光電変換素子列の構造とそのリニアセンサにより取り込んだ画像データの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアセンサは、例えば特開平５−２２７３６４号公報（以下、公知例とする）に開示されたカラーリニアセンサのように、センサ部は各色毎に複数の受光素子を一方向に単列で配列した構成となっていた。
【０００３】
図９は、この公知例に開示されたカラーリニアセンサの模式的な平面図である。このカラーリニアセンサ９００は、青色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｂを一方向に配列した青色センサ部（即ち青色センサ列）９０３Ｂと、赤色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｒを一方向に配列した赤色センサ部（即ち赤色センサ列）９０３Ｒと、緑色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｇを一方向に配列した緑色センサ部（即ち緑色センサ列）９０３Ｇとが互に平行に配され、各センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの一側にそれぞれＣＣＤ構造の青色用、赤色用及び緑色用の電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ及び９０４Ｇが配される。更に、各電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ及び９０４Ｇの終段にそれぞれ信号電荷を電圧に変換するためのフローティングディフージョン部９０５Ｂ，９０５Ｒ，９０５Ｇを介して出力回路９０６Ｂ，９０６Ｒ，９０６Ｇが接続されている。尚、各色センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの面積は同一になっている。
【０００４】
このカラーリニアセンサ１は、各センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの受光素子９０２Ｂ，９０２Ｒ，９０２Ｇに受光量に応じた信号電荷が蓄積され、各受光素子９０２Ｂ，９０２Ｒ，９０２Ｇの信号電荷がそれぞれ対応する電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ，９０４Ｇに転送された後、各電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ，９０４Ｇ内を転送され、各フローティングディフージョン部９０５Ｂ，９０５Ｒ，９０５Ｇで電荷−電圧変換されてそれぞれの出力回路９０６Ｂ，９０６Ｒ，９０６Ｇを通して出力される。
【０００５】
図９のカラーリニアセンサの例にも示される通り、従来のリニアセンサは各色毎に単一の光電変換素子列を備え、各光電変換素子列を構成する受光素子の配置ピッチが一定で、少なくともリニアセンサが直接読み取る主走査方向の解像度は通常一定である。
【０００６】
リニアセンサを使った代表的な装置である走査式撮像装置（通称スキャナ）は、撮像対象である写真等の原稿や現像済みフィルムの表面を光学的に走査することにより２次元的な画像情報としてパソコン等の電子装置へ取り込む機能を持つ。従って、センサ部である所定の長さの直線状光電変換素子列をより小さな光電変換素子をより多く配列して構成する、即ち単位長当たりの画素数をより多くして解像度を高くすることにより、撮像対象により近い精細な画像を得ることができる。しかし、高解像度化を単位長当たりの画素数の増加のみで実現しようとすると、画素数の増加はデータ量として直接反映されるため精細な画像ほどデータ量が巨大となると共にリニアセンサも高価なものとなる。そうなると、その情報をパソコン等で取り込み加工して利用しようとした場合、逆にそのデータ量の巨大さがそれを取り扱う上での障害となるため、利用目的に応じて適切な解像度を選択し、データ量を随時適正化することが行われている。
【０００７】
上述した従来のリニアセンサを用いた撮像装置では、取り込んだ画像情報に所定の演算処理を施して解像度変換を行うことで、所望のレベルの解像度の画像情報を擬似的に作り出している。この解像度変換の方法としては、例えば特開２００００−１４９００４号公報に開示されているような、解像度変換後の画素が存在する位置を、変換前解像度の画素位置を基準として求め、隣接する変換前解像度の画素との距離に基づいて重み付け演算を行うことで、解像度変換後の画素値を求める方法がある。
【０００８】
具体的には、例えば変換前解像度ｄｐｉ値をｍ、変換後解像度ｄｐｉ値をｎとし（但し、ｍ，ｎは、いずれも２以上の整数とする）、変換前解像度のｈ番目の画素データをＰ（ｈ）（但し、ｈは１≦ｈ≦ｍを満たす任意の整数）、変換後解像度のｊ番目の画素データをＱ（ｊ）（但し、ｊは２≦ｊ≦ｎ−１を満たす任意の整数）、（（ｍ−１）／（ｎ−１））＝αとして、α×ｊを超えない最大の整数をｋ（ｊ）、即ちｋ（ｊ）≦α×ｊ＜（ｋ（ｊ）＋１）を満たす整数としたとき、解像度変換後の画素値Ｑ（ｊ）（但し、２≦ｊ≦ｎ−１）を、次のように算出する。
【０００９】
また、ｊ＝１，ｊ＝ｎについては、それぞれ
Ｑ（１）＝Ｐ（１），Ｑ（ｎ）＝Ｐ（ｍ）とする。
【００１０】
或いは、解像度変換後の画素に対応する変換前解像度の全ての画素の画素値を平均化処理する方法もある。この場合は、１≦ｊ≦ｎに対して、やはり（ｍ／ｎ）×ｊを超えない最大の整数をｋ（ｊ）、即ちｋ（ｊ）≦（ｍ／ｎ）×ｊ＜（ｋ（ｊ）＋１）を満たす整数とすると、次式のようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来のリニアセンサでは、いずれも一つのリニアセンサ内での画素ピッチ、即ち光電変換素子列の素子配置ピッチは一定で（通常、当該センサに求められる最高解像度に対応するピッチ）、光電変換素子列で定まる基本解像度以外の解像度（通常は基本解像度よりも低解像度）データを生成するには、上述のように基本解像度データの間引き或いは平均化処理のような演算処理により生成していた。そのため、変換後解像度が、光電変換素子列で定まる基本解像度である変換前解像度の整数分の１倍、即ち（ｍ／ｎ）が整数となるような変換の場合は、基本解像度データの単純な間引き或いは、（ｍ／ｎ）個の画素値の平均化処理で変換できるため、（ｍ／ｎ）が整数とならない場合の変換より、画質の劣化は比較的緩和されるが、（ｍ／ｎ）が大きいほど演算処理に伴う誤差が大きくなるという問題がある。
【００１２】
また、高解像度化を単にリニアセンサの単位長当たりの画素数を増やすことのみで対応しようとすると、リニアセンサが高価なものになるという問題もある。
【００１３】
本発明の主な目的の一つは、リニアセンサが有する基本解像度で取り込んだ画像データから、演算処理により他の解像度の変換画像データを生成する際に、変換画像の画質の劣化を抑制できるリニアセンサを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、このリニアセンサを用いて予め取り込んだ複数の解像度の画像データとそれらの明度情報により、部分画像毎に明度に応じた最適解像度データによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる画像処理方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、リニアセンサが有する基本解像度よりも高解像度の画像データを、演算処理による変換画像の画質劣化を抑制しながら、擬似的に得ることができる画像入力装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そのため、本発明による撮像素子は、所定の色フィルタと、この色フィルタに対応して設けられた所定の数の光電変換素子を直線状に配列した光電変換素子列と、この光電変換素子列に沿って設けられ前記光電変換素子列の信号電荷を並列に読み出して直列に転送するＣＣＤシフトレジスタと、このＣＣＤシフトレジスタの電荷転送方向の先端部に設けられた電荷／電圧変換を行う出力回路とを含むセンササブブロックを複数備え、更に前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子列の長さは全て等しく且つ前記光電変換素子の数が互いに異なっているセンサ部を同一チップ上に複数有し、且つ一つの前記センサ部内の前記色フィルタは全て同じ色であり、異なる前記センサ部の色フィルタの色は互いに異なっているように構成することを特徴としている。
【００１８】
このとき、複数の前記センサ部は、色フィルタを除く構成要素が全て同一構成となっているのが望ましい。また、前記所定の色フィルタが、赤色フィルタである第１のセンサ部と、緑色フィルタである第２のセンサ部と、青色フィルタである第３のセンサ部を有するようにしてもよい。
【００１９】
また、上述の撮像素子は、いずれも複数の前記センササブブロックのそれぞれの前記出力回路からの全ての出力信号を、互いに独立に外部出力できる出力端を更に備えることができる。また、複数の前記センササブブロックを、それぞれに含まれる前記光電変換素子列が互いに並行になるように配置するのが好ましい。また、一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子の数は、前記光電変換素子の数が最も少ない第１センササブブロックの前記光電変換素子の数の整数倍となっているのが望ましい。また、一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの中の前記第１センササブブロック以外の任意のセンササブブロックを第２センササブブロックとし、前記第１センササブブロックと前記第２センササブブロックの各々が含む前記光電変換素子の数をそれぞれＮ１，Ｎ２、各々が含む前記光電変換素子１個当たりの面積をそれぞれＳ１，Ｓ２としたとき、
（Ｎ２／Ｎ１）2 ＝Ｓ１／Ｓ２
とすることもできる。
【００２０】
また、本発明の画像入力装置は、撮像対象からの信号光を分岐する光分岐手段と、分岐された各光路上の所定位置にそれぞれ配置された撮像素子と、少なくとも一つの前記撮像素子を前記所定位置から移動させる移動手段と、この移動手段を制御する画素位置制御手段とを少なくとも含み構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明のリニアセンサの一実施形態の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）はリニアセンサの全体平面図であり、（ｂ）は（ａ）の中の一つのセンサ部の詳細平面図である。図２は、本発明のリニアセンサの動作を説明するための図で、撮像対象となる原稿の模式的な平面図である。図３は、本発明のリニアセンサを用いた画像入力装置の要部回路構成の概略を示すブロック図である。
【００２４】
図１を参照すると、本実施形態のリニアセンサ１０は、少なくとも表面に赤色，緑色，青色（以下、それぞれＲ色，Ｇ色，Ｂ色とする）の各カラーフィルタが設けられたＲ色センサ部１００、Ｇ色センサ部２００、Ｂ色センサ部３００を、例えばシリコン基板からなる同一チップ基板（図示せず）上に含み、各センサ部１００，２００，３００は、それぞれ異なる解像度に対応した複数のセンササブブロックを備えている。具体的にはＲ色センサ部１００を例にとると、それぞれ異なる第１，第２，第３解像度に対応するセンササブブロック１１０，１２０，１３０を備えている。第１解像度に対応するセンササブブロック１１０は、１６個の光電変換素子１１１からなる光電変換素子列１１２と、光電変換素子列１１２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１１３と、このＣＣＤシフトレジスタ１１３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１１５と、出力回路１１５の出力を外部に接続するための出力端１１７と、を含み構成されている。同様に、第２解像度に対応するセンササブロック１２０は、８個の光電変換素子１２１からなる光電変換素子列１２２と、光電変換素子列１２２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１２３と、このＣＣＤシフトレジスタ１２３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１２５と、出力回路１２５の出力を外部に接続するための出力端１２７と、を含み構成されている。また、第３解像度に対応するセンササブロック１３０は、４個の光電変換素子１３１からなる光電変換素子列１３２と、光電変換素子列１３２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１３３と、このＣＣＤシフトレジスタ１３３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１３５と、出力回路１３５の出力を外部に接続するための出力端１３７と、を含み構成されている。各ＣＣＤシフトレジスタ１１３，１２３，１３３は、それぞれ光電変換素子列１１２，１２２，１３２で生成した信号電荷を並列に読み出して直列に転送し、電荷転送方向の先端部にそれぞれ設けられた出力回路１１５，１２５，１３５で電荷／電圧変換を行って各出力端１１７，１２７，１３７より外部に出力する。尚、各光電変換素子列１１２，１２２，１３２の長さは全て等しくなっている。また、本実施形態では、光電変換素子１１１，１２１，１３１の受光面形状を正方形とし、それぞれの１辺の長さをＳ１，Ｓ２，Ｓ３とすると、Ｓ３＝２×Ｓ２＝４×Ｓ１となるようにしてある。従って、センササブブロック１１０による第１解像度は、センササブブロック１２０による第２解像度の２倍であり、センササブブロック１２０による第２解像度は、センササブブロック１３０による第３解像度の２倍である。
【００２５】
尚、Ｇ色センサ部２００，Ｂ色センサ部３００も、表面に設けられたカラーフィルタが異なるだけで、その他はＲ色センサ部１００と全く同じ構成であり、図示、説明は省略する。
【００２６】
次に、このリニアセンサ１０を、例えば図３のような画像入力装置１で用いたときのリニアセンサ１０の動作について、図２，３も参照しながら説明する。尚、以下では、各光電変換素子列１１２，１２２，１３２の長手方向（図中、Ｘ方向）、即ち光電変換素子１１１，１２１，１３１の配列方向を主走査方向とし、主走査方向に直角な方向（図中、Ｙ方向）を副走査方向として説明する。
【００２７】
画像入力装置１は、例えば撮像対象を照射する図示されていない光源と、撮像対象からの画像情報を取り込むリニアセンサ１０と、リニアセンサ１０を駆動する駆動回路１２と、リニアセンサ１０で取り込んだ画像データを処理する信号処理回路２０と、処理された画像データをメモリ制御回路２１を介して記憶する記憶手段２３と、画像メモリブロック２５と、画像表示部３０と、装置全体の同期信号を生成し制御する同期制御回路２７を備えている。尚、記憶手段２３としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部３０としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。また、画像メモリブロック２５は、信号処理回路２０からの画像データ或いは記憶手段２３に記憶されている画像データを画像表示部３０に適したフォーマットに変換して画像表示部３０に供給する。
【００２８】
上記の画像入力装置１のリニアセンサ１０上を、図２に示すような撮像対象となる例えばカラー写真等の原稿５００を、所定の光を照射しながら所定のピッチｄ、時間間隔ｔ（通常は、最高解像度に対応するピッチ、時間間隔）で副走査方向に相対的に移動させる。このとき、センササブブロック１１０では、原稿の移動に合わせて、このピッチｄ、時間間隔ｔで順次画像データを取り込むとすると、センササブブロック１２０では、ピッチ２ｄ、時間間隔２ｔで画像データを取り込み、センササブブロック１３０では、ピッチ４ｄ、時間間隔４ｔで画像データを取り込むようにしてある。これにより、一つの原稿を１回走査するだけで、３段階の解像度の画像データを取り込むことができる。しかも、それぞれの光電変換素子１１１，１２１，１３１の受光面を、それぞれの１辺の長さＳ１，Ｓ２，Ｓ３が、Ｓ３＝２×Ｓ２＝４×Ｓ１となる関係を満足する正方形に形成している。従って、各センササブブロック１１０，１２０，１３０により取り込まれる原稿５００上の画素は、それぞれ画素５１０，５２０，５３０となるので、解像度が異なっていても原稿５００の情報の欠落は生じない。
【００２９】
上記のようにして、リニアセンサ１０により取り込まれた各色、各解像度のデータは、例えば信号処理回路２０で信号処理され、メモリ制御回路２１を介して記憶手段２３に記憶される。このとき、記憶手段２３中の画像データを、例えば図４のように、各色単位で第１，第２，第３解像度の画像データをまとめたファイル構成となるようにしておくのが望ましい。
【００３０】
上述の通り、本発明のリニアセンサ１０を画像入力装置のリニアセンサとして用いることにより、撮像対象を１回走査するだけで、異なる解像度間での撮像対象情報の欠落なしに複数の解像度の画像データを取り込むことができる。従って、複数の解像度を適切に選択（使用頻度の高い解像度を選択）するようにしておけば、選択された解像度については、従来のように高解像度データからの演算処理による解像度変換処理が不要となり、且つ撮像対象の情報欠落のない画像データが得られるので、画像品質が向上する。また、複数の解像度に含まれない解像度への変換に際しても、直近の上位解像度の画像データから変換するようにすることで、画像データ補間時の誤差が大幅に低減され、変換画像の画質の劣化が抑制される。
【００３１】
次に、本発明の画像入力装置について説明する。
【００３２】
図５は、本発明の画像入力装置の一実施形態を説明するための模式的なブロック図である。図５を参照すると、本実施形態の画像入力装置５０は、図示されていない撮像対象からの信号光８０を例えば３路に分岐する光分岐手段であるダイクロイック・プリズム（以下、単にプリズムとする）５１と、このプリズム５１が分岐した信号光の光路上に配置したいずれも同一解像度の撮像素子であるリニアセンサ５３，５４，５５と、リニアセンサ５４，５５の位置を調整する移動手段である微動装置５７，５８と、微動装置５７，５８を制御する画素位置制御手段である画素位置コントロール回路６１と、リニアセンサ５３〜５５を駆動する駆動回路６２と、リニアセンサ５３〜５５で取り込んだ画像データを処理する信号処理回路６４と、処理された画像データをメモリ制御回路６６を介して記憶する記憶手段６８と、画像メモリブロック７０と、画像表示部７２と、装置全体の同期信号を生成し制御する同期制御回路７４を備えている。リニアセンサ５３〜５５は、全て同一解像度のリニアセンサで構成している。記憶手段６８としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部７２としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。画像メモリブロック７０は、信号処理回路６４からの画像データ或いは記憶手段６８に記憶されている画像データを画像表示部７２に適したフォーマットに変換して画像表示部７２に供給する。尚、記憶手段６８としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部７２としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。また、画像メモリブロック７０は、信号処理回路６４からの画像データ或いは記憶手段６８に記憶されている画像データを画像表示部７２に適したフォーマットに変換して画像表示部７２に供給する。
【００３３】
この画像入力装置５０は、信号光８０をプリズム５１で分岐し、リニアセンサ５３〜５５に信号光８０を分岐した同一の信号光８０ａ，８０ｂ，８０ｃをそれぞれ入力するようにし、リニアセンサ５４，５５をそれぞれ微動装置５７，５８に搭載して、プリズム５１の当該リニアセンサに対する信号光の出射面と並行に移動させることができるようにし、取込画像の画素位置を調整できるようにしてある。リニアセンサ５３の位置は、可変にしてもよいが、リニアセンサ５３〜５５それぞれが取り込む画像の相対的な画素位置のみが重要であるので、ここでは固定位置としてある。図６はこの画像入力装置５０により擬似的に解像度を向上させる方法を説明するための図で、同一画像信号に対するリニアセンサ５３，５４，５５の光電変換素子１５０の位置を模式的に示す図である。また、図７はリニアセンサで取り込まれる画像情報の撮像対象６００上での対応位置を模式的に示す図で，（ａ），（ｂ）及び（ｃ）がそれぞれリニアセンサ５３，５４，５５で取り込む位置を示している。図６及び７を参照すると、例えば画素ピッチをｄとすると、リニアセンサ５４の取込情報は、リニアセンサ５３の取込情報に対してｄ／３ずれており、リニアセンサ５５の取込情報は、リニアセンサ５４の取込情報に対してｄ／３，リニアセンサ５３の取込情報に対しては２ｄ／３ずれるように、微動装置５７，５８を画素位置コントロール回路６１で制御して、リニアセンサ５４，５５の位置を調整してある。即ち、リニアセンサ５３〜５５が、例えば撮像対象６００から取り込む画像情報は、それぞれ図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の位置の画像情報を取り込むように調整される。従って、このように構成された画像入力装置５１で取り込んだ画像情報を、例えばリニアセンサ５３〜５５で取り込んでものをそれぞれＥ１−１，Ｅ１−２，…Ｅ１−ｋ，…、Ｅ２−１，Ｅ２−２，…Ｅ２−ｋ，…及びＥ３−１，Ｅ３−２，…Ｅ３−ｋ，…としたとき（但し、図７では“Ｅ”の表記は省略してある）、これらの画像情報をＥ１−１，Ｅ２−１，Ｅ３−１，Ｅ１−２，Ｅ２−２，Ｅ３−２，…Ｅ１−ｋ，Ｅ２−ｋ，Ｅ３−ｋ，…、のように並べて表示することで、演算処理を行うことなく擬似的に各リニアセンサ５３〜５５の解像度のほぼ３倍の解像度の画像にすることができる。
【００３４】
尚、リニアセンサ５３〜５５に、上述した本発明のリニアセンサを用いれば、それぞれの基本解像度のほぼ３倍の解像度の画像データを一度に生成することもできる。
【００３５】
次に、本発明の画像データの処理方法の一実施形態について説明する。
【００３６】
本実施形態の画像データ処理方法は、
撮像対象からｐ種類（但し、ｐは２以上の整数）の解像度の画像データを取り込むと共に、ｑ番目（但しｑは、１≦ｑ≦ｐ−１を満たす整数）の解像度のｄｐｉ値をＮ（ｑ）で表したとき、Ｎ（ｑ）＜Ｎ（ｑ＋１）となるように各解像度の画像データを順序づけておく第１ステップと、
所望の画質の画像を得るために必要な解像度を明度に応じて示す明度・解像度相関グラフを準備し、ｑ番目の解像度で必要な画質の画像を得ることが出来る明度領域を第１明度領域Ｂ（ｑ）と表したとき、ｐ種類の解像度の各々の第１明度領域Ｂ（１）〜Ｂ（ｐ）を予め区分する第２ステップと、
ｑ番目の画像データの各第１画素から第１明度情報を抽出すると共に（ｑ＋１）番目の画像データの各第２画素から第２明度情報を抽出し、第１明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれている第１グループと、第１明度領域Ｂ（ｑ）の外にある第２グループとに第１画素を分類するする第３ステップと、
第１グループに属する第１画素の各々について、当該第１画素に対応する撮像対象上の第１画素領域に対応する（ｑ＋１）番目の画像データの複数の第２画素の各第２明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれているか判定し、一つの第１画素領域に対応する全ての第２画素の第２明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれているときは、第１画素のデータを当該第１画素領域の画素データとして保持し、一つの第１画素領域に対応する第２画素の第２明度が一つでも第１明度領域Ｂ（ｑ）外にある場合は、当該第１画素領域の画素データを当該第１画素領域に対応する第２画素のデータに置換する第４ステップと、
第２グループに属する第１画素については、それぞれの第１画素のデータを当該第１画素領域に対応する第２画素のデータに置換する第５ステップと、
を含み、第３ステップから第５ステップまでをｑ＝１からｑ＝（ｐ−１）まで順番に実行するようにして構成される。
【００３７】
次に、図８を参照して具体的な動作について説明する。
【００３８】
図８は、本実施形態の画像データ処理方法の動作を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、所望の画質の画像を得るために必要な解像度を明度に応じて示す明度・解像度相関グラフと、本処理方法により処理された結果の画像データの撮像対象上に模式的に並列した例を示す配置図である。尚、ここでは分かり易くするため高解像度の第１解像度が一段階下の第２解像度の４倍になっている例で説明する。
【００３９】
図８（ａ）から分かるように、画像の明度が中間の領域ｂが最も高解像度を必要とし、明度の低い領域ａ或いは高い領域ｃにおいては、必要解像度は例えば一段階低い第２解像度以下となっている。従って、まず第１ステップで、撮像対象７００から第１解像度の画像データＡ１，Ａ２，…と、第２解像度の画像データａ１，ａ２，…，ｂ１，ｂ２，…，ｃ１，ｃ２，…，ｄ１，ｄ２，…を取り込み、第２解像度の画像データを１番目とし、第１解像度の画像データを２番目とする。
【００４０】
次に第２ステップで、図８（ａ）のグラフから１番目の解像度である第２解像度で必要な画質の画像を得ることが出来る第１明度領域Ｂ（１）として、領域Ａ，Ｃが得られる。
【００４１】
次に、第３ステップで、１番目の画像データの各画素Ａ１，Ａ２，…から第１明度情報を抽出すると共に２番目の画像データの各画素ａ１，ａ２，…，ｂ１，ｂ２，…，ｃ１，ｃ２，…，ｄ１，ｄ２，…から第２明度情報を抽出し、第１明度が第１明度領域Ｂ（１）内に含まれている第１グループと、第１明度領域Ｂ（１）の外にある第２グループとに画素Ａ１，Ａ２，…を分類する。ここでは、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ６，Ａ７は第１グループに属し、Ａ４，Ａ５は第２グループに属しているものとする。
【００４２】
次に、第４ステップの処理を行う。まず、第１グループに属する例えば画素Ａ１に対応する撮像対象上の第１画素領域Ａ１（以下、画素と対応する画素領域は同じ参照符号を用いることとする）に対応する２番目の画像データの図示されていない画素ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１の各明度が第１明度領域Ｂ（１）内に含まれているか判定し、ここでは、全て含まれているものとすると、画素Ａ１のデータを第１画素領域Ａ１の画素データとして保持する。画素Ａ２についても同様の処理を行い、第１画素領域Ａ２に対応する２番目の画像データの図示されていない画素ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２の各明度がやはり第１明度領域Ｂ（１）内に全て含まれているので、第１画素Ａ２のデータを第１画素領域Ａ２の画素データとして保持する。画素Ａ３については、第１画素領域Ａ３に対応する２番目の画像データの画素ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３の明度の中で、例えば画素ｃ３の明度が、第１明度領域Ｂ（１）外の図８（ａ）の領域ｂにあるとすると、第１画素領域Ａ３の画素データをこの第１画素領域Ａ３に対応する２番目の画像データの画素ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３のデータに置換する。以下、全ての第１グループに属する画素Ａｘについて同様の処理を施す。
【００４３】
次に第５ステップで、第２グループに属する例えば画素Ａ４，Ａ５についてはそれぞれの画素データを第１画素領域Ａ４，Ａ５に対応す２番目の画像データの画素ａ４，ｂ４，ｃ４，ｄ４と、画素ａ５，ｂ５，ｃ５，ｄ５のデータにそれぞれ置換する。以下、全ての第１グループに属する画素Ａｙについて同様の処理を施す。
【００４４】
以上説明したとおり本実施形態の画像データ処理方法によれば、明度が領域ｂの範囲にあるときは、解像度の高い第１解像度のデータを用いるが、明度が領域ａ或いは領域ｃの範囲にあるときは、一段階低い第２解像度のデータを用いるようにして、部分画像毎に明度に応じた最適解像度データによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる。尚、このときの画像データは、図４に示すように各解像度のデータと共に合成解像度データもまとめたファイル構成にしておくのが好ましい。
【００４５】
又、上記した本発明のリニアセンサを用いて画像データを取り込むようにすれば、複数の解像度の画像データを一度に取り込むことができるので、この画像データ処理方法に適した画像データを容易に取り込むことが出来る。
【００４６】
尚、解像度の種類が３種類以上ある場合でも、低解像度側から上記手順を繰り返していけば、同様にして明度に応じた最適解像度のデータによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる。
【００４７】
尚、本発明は、上記実施形態の説明に限定されるものでなく、その趣旨の範囲内で種々変更できることは言うまでもない。例えば、リニアセンサに含まれる光電変換素子の形状を正方形の例で説明したが、同一光電変換素子列内では同一形状且つ同一サイズであり、異なる分解能の光電変換素子列に属する光電変換素子の形状とは所定の比率の相似形になるようにしておけば、矩形、円形及び楕円形を含む任意の形状であってよい。
【００４８】
また、画像入力装置のリニアセンサの数も３個の例で説明したが、リニアセンサの解像度と目標とする解像度の差に応じて必要数を適宜定めればよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像素子は、異なる解像度の画像情報を一度に取り込むことができ、撮像素子が備える基本解像度と異なる変換解像度の画像情報を生成する際に、最も近い基本解像度の画像情報を用いることができ、変換画像の画質劣化を抑制できるという効果が得られる。
【００５０】
また、画像の明度情報に基づき、画像の位置毎に最適解像度の画像情報を組み合わせることで、画質の劣化を抑制しながら画像情報のデータ量を低減できるという効果も得られる。
【００５１】
また、本発明の画像入力装置は、取込画像の位置が所定量だけずれた複数のリニアセンサを備えることで、高価な高解像度のリニアセンサを用いなくても、擬似的にではあるが当該リニアセンサの解像度よりも高解像度の画像データを演算処理を施すことなく、従って変換画像の画質の劣化を抑制しながら、得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアセンサの一実施形態の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）はリニアセンサの全体平面図であり、（ｂ）は（ａ）の中の一つのセンサ部の詳細平面図である。
【図２】本発明のリニアセンサの動作を説明するための図で、撮像対象となる原稿の模式的な平面図である。
【図３】本発明のリニアセンサを用いた画像入力装置の要部回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】本発明のリニアセンサを用い画像入力装置における画像データのファイル構成例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の画像入力装置の一実施形態を説明するための模式的なブロック図である。
【図６】図５の画像入力装置により擬似的に解像度を向上させる方法を説明するための図で、同一画像信号に対する複数のリニアセンサの光電変換素子の相対的な位置を模式的に示す図である。
【図７】リニアセンサで取り込まれる画像情報の撮像対象上での対応位置を模式的に示す図で，（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、３個のリニアセンサそれぞれが取り込む撮像対象上の位置を示す。
【図８】本発明の画像データ処理方法の一実施形態の動作を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、明度・解像度相関グラフと、本処理方法により処理された結果の画像データの撮像対象上に模式的に並列した例を示す配置図である。
【図９】特開平５−２２７３６４号公報に開示されたカラーリニアセンサの模式的な平面図である。
【符号の説明】
１，５０ 画像入力装置
１０，５３，５４，５５ リニアセンサ
１２，６２ 駆動回路
２０，６４ 信号処理回路
２１，６６ メモリ制御回路
２３，６８ 記憶手段
２５，７０ 画像メモリブロック
２７，７４ 同期制御回路
３０，７２ 画像表示部
５１ プリズム
５７，５８ 微動装置
６１ 画素位置コントロール回路
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ 信号光
１００ Ｒ色センサ部
１１０，１２０，１３０ センササブブロック
１１１，１２１，１３１，１５０ 光電変換素子
１１２，１２２，１３２ 光電変換素子列
１１３，１２３，１３３ ＣＣＤシフトレジスタ
１１５，１２５，１３５ 出力回路
１１７，１２７，１３７ 出力端
２００ Ｇ色センサ部
３００ Ｂ色センサ部
５００ 原稿
５１０，５２０，５３０ 画素
６００，７００ 撮像対象
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の長さの直線状光電変換素子列を複数備えた撮像素子であるリニアセンサに関し、特にその光電変換素子列の構造とそのリニアセンサにより取り込んだ画像データの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアセンサは、例えば特開平５−２２７３６４号公報（以下、公知例とする）に開示されたカラーリニアセンサのように、センサ部は各色毎に複数の受光素子を一方向に単列で配列した構成となっていた。
【０００３】
図９は、この公知例に開示されたカラーリニアセンサの模式的な平面図である。このカラーリニアセンサ９００は、青色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｂを一方向に配列した青色センサ部（即ち青色センサ列）９０３Ｂと、赤色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｒを一方向に配列した赤色センサ部（即ち赤色センサ列）９０３Ｒと、緑色フィルタを上面に有して複数の受光素子９０２Ｇを一方向に配列した緑色センサ部（即ち緑色センサ列）９０３Ｇとが互に平行に配され、各センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの一側にそれぞれＣＣＤ構造の青色用、赤色用及び緑色用の電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ及び９０４Ｇが配される。更に、各電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ及び９０４Ｇの終段にそれぞれ信号電荷を電圧に変換するためのフローティングディフージョン部９０５Ｂ，９０５Ｒ，９０５Ｇを介して出力回路９０６Ｂ，９０６Ｒ，９０６Ｇが接続されている。尚、各色センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの面積は同一になっている。
【０００４】
このカラーリニアセンサ１は、各センサ列９０３Ｂ，９０３Ｒ，９０３Ｇの受光素子９０２Ｂ，９０２Ｒ，９０２Ｇに受光量に応じた信号電荷が蓄積され、各受光素子９０２Ｂ，９０２Ｒ，９０２Ｇの信号電荷がそれぞれ対応する電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ，９０４Ｇに転送された後、各電荷転送レジスタ部９０４Ｂ，９０４Ｒ，９０４Ｇ内を転送され、各フローティングディフージョン部９０５Ｂ，９０５Ｒ，９０５Ｇで電荷−電圧変換されてそれぞれの出力回路９０６Ｂ，９０６Ｒ，９０６Ｇを通して出力される。
【０００５】
図９のカラーリニアセンサの例にも示される通り、従来のリニアセンサは各色毎に単一の光電変換素子列を備え、各光電変換素子列を構成する受光素子の配置ピッチが一定で、少なくともリニアセンサが直接読み取る主走査方向の解像度は通常一定である。
【０００６】
リニアセンサを使った代表的な装置である走査式撮像装置（通称スキャナ）は、撮像対象である写真等の原稿や現像済みフィルムの表面を光学的に走査することにより２次元的な画像情報としてパソコン等の電子装置へ取り込む機能を持つ。従って、センサ部である所定の長さの直線状光電変換素子列をより小さな光電変換素子をより多く配列して構成する、即ち単位長当たりの画素数をより多くして解像度を高くすることにより、撮像対象により近い精細な画像を得ることができる。しかし、高解像度化を単位長当たりの画素数の増加のみで実現しようとすると、画素数の増加はデータ量として直接反映されるため精細な画像ほどデータ量が巨大となると共にリニアセンサも高価なものとなる。そうなると、その情報をパソコン等で取り込み加工して利用しようとした場合、逆にそのデータ量の巨大さがそれを取り扱う上での障害となるため、利用目的に応じて適切な解像度を選択し、データ量を随時適正化することが行われている。
【０００７】
上述した従来のリニアセンサを用いた撮像装置では、取り込んだ画像情報に所定の演算処理を施して解像度変換を行うことで、所望のレベルの解像度の画像情報を擬似的に作り出している。この解像度変換の方法としては、例えば特開２００００−１４９００４号公報に開示されているような、解像度変換後の画素が存在する位置を、変換前解像度の画素位置を基準として求め、隣接する変換前解像度の画素との距離に基づいて重み付け演算を行うことで、解像度変換後の画素値を求める方法がある。
【０００８】
具体的には、例えば変換前解像度ｄｐｉ値をｍ、変換後解像度ｄｐｉ値をｎとし（但し、ｍ，ｎは、いずれも２以上の整数とする）、変換前解像度のｈ番目の画素データをＰ（ｈ）（但し、ｈは１≦ｈ≦ｍを満たす任意の整数）、変換後解像度のｊ番目の画素データをＱ（ｊ）（但し、ｊは２≦ｊ≦ｎ−１を満たす任意の整数）、（（ｍ−１）／（ｎ−１））＝αとして、α×ｊを超えない最大の整数をｋ（ｊ）、即ちｋ（ｊ）≦α×ｊ＜（ｋ（ｊ）＋１）を満たす整数としたとき、解像度変換後の画素値Ｑ（ｊ）（但し、２≦ｊ≦ｎ−１）を、次のように算出する。
また、ｊ＝１，ｊ＝ｎについては、それぞれ
Ｑ（１）＝Ｐ（１），Ｑ（ｎ）＝Ｐ（ｍ）とする。
【００１０】
或いは、解像度変換後の画素に対応する変換前解像度の全ての画素の画素値を平均化処理する方法もある。この場合は、１≦ｊ≦ｎに対して、やはり（ｍ／ｎ）×ｊを超えない最大の整数をｋ（ｊ）、即ちｋ（ｊ）≦（ｍ／ｎ）×ｊ＜（ｋ（ｊ）＋１）を満たす整数とすると、次式のようになる。
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来のリニアセンサでは、いずれも一つのリニアセンサ内での画素ピッチ、即ち光電変換素子列の素子配置ピッチは一定で（通常、当該センサに求められる最高解像度に対応するピッチ）、光電変換素子列で定まる基本解像度以外の解像度（通常は基本解像度よりも低解像度）データを生成するには、上述のように基本解像度データの間引き或いは平均化処理のような演算処理により生成していた。そのため、変換後解像度が、光電変換素子列で定まる基本解像度である変換前解像度の整数分の１倍、即ち（ｍ／ｎ）が整数となるような変換の場合は、基本解像度データの単純な間引き或いは、（ｍ／ｎ）個の画素値の平均化処理で変換できるため、（ｍ／ｎ）が整数とならない場合の変換より、画質の劣化は比較的緩和されるが、（ｍ／ｎ）が大きいほど演算処理に伴う誤差が大きくなるという問題がある。
【００１２】
また、高解像度化を単にリニアセンサの単位長当たりの画素数を増やすことのみで対応しようとすると、リニアセンサが高価なものになるという問題もある。
【００１３】
本発明の主な目的の一つは、リニアセンサが有する基本解像度で取り込んだ画像データから、演算処理により他の解像度の変換画像データを生成する際に、変換画像の画質の劣化を抑制できるリニアセンサを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、このリニアセンサを用いて予め取り込んだ複数の解像度の画像データとそれらの明度情報により、部分画像毎に明度に応じた最適解像度データによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる画像処理方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、リニアセンサが有する基本解像度よりも高解像度の画像データを、演算処理による変換画像の画質劣化を抑制しながら、擬似的に得ることができる画像入力装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そのため、本発明による撮像素子は、所定の色フィルタと、この色フィルタに対応して設けられた所定の数の光電変換素子を直線状に配列した光電変換素子列と、この光電変換素子列に沿って設けられ前記光電変換素子列の信号電荷を並列に読み出して直列に転送するＣＣＤシフトレジスタと、このＣＣＤシフトレジスタの電荷転送方向の先端部に設けられた電荷／電圧変換を行う出力回路とを含むセンササブブロックを複数備え、更に前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子列の長さは全て等しく且つ前記光電変換素子の数が互いに異なっているセンサ部を同一チップ上に複数有し、且つ一つの前記センサ部内の前記色フィルタは全て同じ色であり、異なる前記センサ部の色フィルタの色は互いに異なっているように構成することを特徴としている。
【００１８】
このとき、複数の前記センサ部は、色フィルタを除く構成要素が全て同一構成となっているのが望ましい。また、前記所定の色フィルタが、赤色フィルタである第１のセンサ部と、緑色フィルタである第２のセンサ部と、青色フィルタである第３のセンサ部を有するようにしてもよい。
【００１９】
また、上述の撮像素子は、いずれも複数の前記センササブブロックのそれぞれの前記出力回路からの全ての出力信号を、互いに独立に外部出力できる出力端を更に備えることができる。また、複数の前記センササブブロックを、それぞれに含まれる前記光電変換素子列が互いに並行になるように配置するのが好ましい。また、一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子の数は、前記光電変換素子の数が最も少ない第１センササブブロックの前記光電変換素子の数の整数倍となっているのが望ましい。また、一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの中の前記第１センササブブロック以外の任意のセンササブブロックを第２センササブブロックとし、前記第１センササブブロックと前記第２センササブブロックの各々が含む前記光電変換素子の数をそれぞれＮ１，Ｎ２、各々が含む前記光電変換素子１個当たりの面積をそれぞれＳ１，Ｓ２としたとき、
（Ｎ２／Ｎ１）2 ＝Ｓ１／Ｓ２
とすることもできる。
【００２０】
また、本発明の画像入力装置は、撮像対象からの信号光を分岐する光分岐手段と、分岐された各光路上の所定位置にそれぞれ配置された撮像素子と、少なくとも一つの前記撮像素子を前記所定位置から移動させる移動手段と、この移動手段を制御する画素位置制御手段とを少なくとも含み構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明のリニアセンサの一実施形態の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）はリニアセンサの全体平面図であり、（ｂ）は（ａ）の中の一つのセンサ部の詳細平面図である。図２は、本発明のリニアセンサの動作を説明するための図で、撮像対象となる原稿の模式的な平面図である。図３は、本発明のリニアセンサを用いた画像入力装置の要部回路構成の概略を示すブロック図である。
【００２４】
図１を参照すると、本実施形態のリニアセンサ１０は、少なくとも表面に赤色，緑色，青色（以下、それぞれＲ色，Ｇ色，Ｂ色とする）の各カラーフィルタが設けられたＲ色センサ部１００、Ｇ色センサ部２００、Ｂ色センサ部３００を、例えばシリコン基板からなる同一チップ基板（図示せず）上に含み、各センサ部１００，２００，３００は、それぞれ異なる解像度に対応した複数のセンササブブロックを備えている。具体的にはＲ色センサ部１００を例にとると、それぞれ異なる第１，第２，第３解像度に対応するセンササブブロック１１０，１２０，１３０を備えている。第１解像度に対応するセンササブブロック１１０は、１６個の光電変換素子１１１からなる光電変換素子列１１２と、光電変換素子列１１２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１１３と、このＣＣＤシフトレジスタ１１３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１１５と、出力回路１１５の出力を外部に接続するための出力端１１７と、を含み構成されている。同様に、第２解像度に対応するセンササブロック１２０は、８個の光電変換素子１２１からなる光電変換素子列１２２と、光電変換素子列１２２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１２３と、このＣＣＤシフトレジスタ１２３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１２５と、出力回路１２５の出力を外部に接続するための出力端１２７と、を含み構成されている。また、第３解像度に対応するセンササブロック１３０は、４個の光電変換素子１３１からなる光電変換素子列１３２と、光電変換素子列１３２に沿って並行に設けられたＣＣＤシフトレジスタ１３３と、このＣＣＤシフトレジスタ１３３の電荷転送方向の先端部に設けられた出力回路１３５と、出力回路１３５の出力を外部に接続するための出力端１３７と、を含み構成されている。各ＣＣＤシフトレジスタ１１３，１２３，１３３は、それぞれ光電変換素子列１１２，１２２，１３２で生成した信号電荷を並列に読み出して直列に転送し、電荷転送方向の先端部にそれぞれ設けられた出力回路１１５，１２５，１３５で電荷／電圧変換を行って各出力端１１７，１２７，１３７より外部に出力する。尚、各光電変換素子列１１２，１２２，１３２の長さは全て等しくなっている。また、本実施形態では、光電変換素子１１１，１２１，１３１の受光面形状を正方形とし、それぞれの１辺の長さをＳ１，Ｓ２，Ｓ３とすると、Ｓ３＝２×Ｓ２＝４×Ｓ１となるようにしてある。従って、センササブブロック１１０による第１解像度は、センササブブロック１２０による第２解像度の２倍であり、センササブブロック１２０による第２解像度は、センササブブロック１３０による第３解像度の２倍である。
【００２５】
尚、Ｇ色センサ部２００，Ｂ色センサ部３００も、表面に設けられたカラーフィルタが異なるだけで、その他はＲ色センサ部１００と全く同じ構成であり、図示、説明は省略する。
【００２６】
次に、このリニアセンサ１０を、例えば図３のような画像入力装置１で用いたときのリニアセンサ１０の動作について、図２，３も参照しながら説明する。尚、以下では、各光電変換素子列１１２，１２２，１３２の長手方向（図中、Ｘ方向）、即ち光電変換素子１１１，１２１，１３１の配列方向を主走査方向とし、主走査方向に直角な方向（図中、Ｙ方向）を副走査方向として説明する。
【００２７】
画像入力装置１は、例えば撮像対象を照射する図示されていない光源と、撮像対象からの画像情報を取り込むリニアセンサ１０と、リニアセンサ１０を駆動する駆動回路１２と、リニアセンサ１０で取り込んだ画像データを処理する信号処理回路２０と、処理された画像データをメモリ制御回路２１を介して記憶する記憶手段２３と、画像メモリブロック２５と、画像表示部３０と、装置全体の同期信号を生成し制御する同期制御回路２７を備えている。尚、記憶手段２３としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部３０としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。また、画像メモリブロック２５は、信号処理回路２０からの画像データ或いは記憶手段２３に記憶されている画像データを画像表示部３０に適したフォーマットに変換して画像表示部３０に供給する。
【００２８】
上記の画像入力装置１のリニアセンサ１０上を、図２に示すような撮像対象となる例えばカラー写真等の原稿５００を、所定の光を照射しながら所定のピッチｄ、時間間隔ｔ（通常は、最高解像度に対応するピッチ、時間間隔）で副走査方向に相対的に移動させる。このとき、センササブブロック１１０では、原稿の移動に合わせて、このピッチｄ、時間間隔ｔで順次画像データを取り込むとすると、センササブブロック１２０では、ピッチ２ｄ、時間間隔２ｔで画像データを取り込み、センササブブロック１３０では、ピッチ４ｄ、時間間隔４ｔで画像データを取り込むようにしてある。これにより、一つの原稿を１回走査するだけで、３段階の解像度の画像データを取り込むことができる。しかも、それぞれの光電変換素子１１１，１２１，１３１の受光面を、それぞれの１辺の長さＳ１，Ｓ２，Ｓ３が、Ｓ３＝２×Ｓ２＝４×Ｓ１となる関係を満足する正方形に形成している。従って、各センササブブロック１１０，１２０，１３０により取り込まれる原稿５００上の画素は、それぞれ画素５１０，５２０，５３０となるので、解像度が異なっていても原稿５００の情報の欠落は生じない。
【００２９】
上記のようにして、リニアセンサ１０により取り込まれた各色、各解像度のデータは、例えば信号処理回路２０で信号処理され、メモリ制御回路２１を介して記憶手段２３に記憶される。このとき、記憶手段２３中の画像データを、例えば図４のように、各色単位で第１，第２，第３解像度の画像データをまとめたファイル構成となるようにしておくのが望ましい。
【００３０】
上述の通り、本発明のリニアセンサ１０を画像入力装置のリニアセンサとして用いることにより、撮像対象を１回走査するだけで、異なる解像度間での撮像対象情報の欠落なしに複数の解像度の画像データを取り込むことができる。従って、複数の解像度を適切に選択（使用頻度の高い解像度を選択）するようにしておけば、選択された解像度については、従来のように高解像度データからの演算処理による解像度変換処理が不要となり、且つ撮像対象の情報欠落のない画像データが得られるので、画像品質が向上する。また、複数の解像度に含まれない解像度への変換に際しても、直近の上位解像度の画像データから変換するようにすることで、画像データ補間時の誤差が大幅に低減され、変換画像の画質の劣化が抑制される。
【００３１】
次に、本発明の画像入力装置について説明する。
【００３２】
図５は、本発明の画像入力装置の一実施形態を説明するための模式的なブロック図である。図５を参照すると、本実施形態の画像入力装置５０は、図示されていない撮像対象からの信号光８０を例えば３路に分岐する光分岐手段であるダイクロイック・プリズム（以下、単にプリズムとする）５１と、このプリズム５１が分岐した信号光の光路上に配置したいずれも同一解像度の撮像素子であるリニアセンサ５３，５４，５５と、リニアセンサ５４，５５の位置を調整する移動手段である微動装置５７，５８と、微動装置５７，５８を制御する画素位置制御手段である画素位置コントロール回路６１と、リニアセンサ５３〜５５を駆動する駆動回路６２と、リニアセンサ５３〜５５で取り込んだ画像データを処理する信号処理回路６４と、処理された画像データをメモリ制御回路６６を介して記憶する記憶手段６８と、画像メモリブロック７０と、画像表示部７２と、装置全体の同期信号を生成し制御する同期制御回路７４を備えている。リニアセンサ５３〜５５は、全て同一解像度のリニアセンサで構成している。記憶手段６８としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部７２としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。画像メモリブロック７０は、信号処理回路６４からの画像データ或いは記憶手段６８に記憶されている画像データを画像表示部７２に適したフォーマットに変換して画像表示部７２に供給する。尚、記憶手段６８としては、半導体メモリ或いはハードディスク等を用いることができ、画像表示部７２としては、ディスプレイ或いはプリンタ等の印画装置を用いることができる。また、画像メモリブロック７０は、信号処理回路６４からの画像データ或いは記憶手段６８に記憶されている画像データを画像表示部７２に適したフォーマットに変換して画像表示部７２に供給する。
【００３３】
この画像入力装置５０は、信号光８０をプリズム５１で分岐し、リニアセンサ５３〜５５に信号光８０を分岐した同一の信号光８０ａ，８０ｂ，８０ｃをそれぞれ入力するようにし、リニアセンサ５４，５５をそれぞれ微動装置５７，５８に搭載して、プリズム５１の当該リニアセンサに対する信号光の出射面と並行に移動させることができるようにし、取込画像の画素位置を調整できるようにしてある。リニアセンサ５３の位置は、可変にしてもよいが、リニアセンサ５３〜５５それぞれが取り込む画像の相対的な画素位置のみが重要であるので、ここでは固定位置としてある。図６はこの画像入力装置５０により擬似的に解像度を向上させる方法を説明するための図で、同一画像信号に対するリニアセンサ５３，５４，５５の光電変換素子１５０の位置を模式的に示す図である。また、図７はリニアセンサで取り込まれる画像情報の撮像対象６００上での対応位置を模式的に示す図で，（ａ），（ｂ）及び（ｃ）がそれぞれリニアセンサ５３，５４，５５で取り込む位置を示している。図６及び７を参照すると、例えば画素ピッチをｄとすると、リニアセンサ５４の取込情報は、リニアセンサ５３の取込情報に対してｄ／３ずれており、リニアセンサ５５の取込情報は、リニアセンサ５４の取込情報に対してｄ／３，リニアセンサ５３の取込情報に対しては２ｄ／３ずれるように、微動装置５７，５８を画素位置コントロール回路６１で制御して、リニアセンサ５４，５５の位置を調整してある。即ち、リニアセンサ５３〜５５が、例えば撮像対象６００から取り込む画像情報は、それぞれ図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の位置の画像情報を取り込むように調整される。従って、このように構成された画像入力装置５１で取り込んだ画像情報を、例えばリニアセンサ５３〜５５で取り込んでものをそれぞれＥ１−１，Ｅ１−２，…Ｅ１−ｋ，…、Ｅ２−１，Ｅ２−２，…Ｅ２−ｋ，…及びＥ３−１，Ｅ３−２，…Ｅ３−ｋ，…としたとき（但し、図７では“Ｅ”の表記は省略してある）、これらの画像情報をＥ１−１，Ｅ２−１，Ｅ３−１，Ｅ１−２，Ｅ２−２，Ｅ３−２，…Ｅ１−ｋ，Ｅ２−ｋ，Ｅ３−ｋ，…、のように並べて表示することで、演算処理を行うことなく擬似的に各リニアセンサ５３〜５５の解像度のほぼ３倍の解像度の画像にすることができる。
【００３４】
尚、リニアセンサ５３〜５５に、上述した本発明のリニアセンサを用いれば、それぞれの基本解像度のほぼ３倍の解像度の画像データを一度に生成することもできる。
【００３５】
次に、本発明の画像データの処理方法の一実施形態について説明する。
【００３６】
本実施形態の画像データ処理方法は、
撮像対象からｐ種類（但し、ｐは２以上の整数）の解像度の画像データを取り込むと共に、ｑ番目（但しｑは、１≦ｑ≦ｐ−１を満たす整数）の解像度のｄｐｉ値をＮ（ｑ）で表したとき、Ｎ（ｑ）＜Ｎ（ｑ＋１）となるように各解像度の画像データを順序づけておく第１ステップと、
所望の画質の画像を得るために必要な解像度を明度に応じて示す明度・解像度相関グラフを準備し、ｑ番目の解像度で必要な画質の画像を得ることが出来る明度領域を第１明度領域Ｂ（ｑ）と表したとき、ｐ種類の解像度の各々の第１明度領域Ｂ（１）〜Ｂ（ｐ）を予め区分する第２ステップと、
ｑ番目の画像データの各第１画素から第１明度情報を抽出すると共に（ｑ＋１）番目の画像データの各第２画素から第２明度情報を抽出し、第１明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれている第１グループと、第１明度領域Ｂ（ｑ）の外にある第２グループとに第１画素を分類するする第３ステップと、
第１グループに属する第１画素の各々について、当該第１画素に対応する撮像対象上の第１画素領域に対応する（ｑ＋１）番目の画像データの複数の第２画素の各第２明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれているか判定し、一つの第１画素領域に対応する全ての第２画素の第２明度が第１明度領域Ｂ（ｑ）内に含まれているときは、第１画素のデータを当該第１画素領域の画素データとして保持し、一つの第１画素領域に対応する第２画素の第２明度が一つでも第１明度領域Ｂ（ｑ）外にある場合は、当該第１画素領域の画素データを当該第１画素領域に対応する第２画素のデータに置換する第４ステップと、
第２グループに属する第１画素については、それぞれの第１画素のデータを当該第１画素領域に対応する第２画素のデータに置換する第５ステップと、
を含み、第３ステップから第５ステップまでをｑ＝１からｑ＝（ｐ−１）まで順番に実行するようにして構成される。
【００３７】
次に、図８を参照して具体的な動作について説明する。
【００３８】
図８は、本実施形態の画像データ処理方法の動作を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、所望の画質の画像を得るために必要な解像度を明度に応じて示す明度・解像度相関グラフと、本処理方法により処理された結果の画像データの撮像対象上に模式的に並列した例を示す配置図である。尚、ここでは分かり易くするため高解像度の第１解像度が一段階下の第２解像度の４倍になっている例で説明する。
【００３９】
図８（ａ）から分かるように、画像の明度が中間の領域ｂが最も高解像度を必要とし、明度の低い領域ａ或いは高い領域ｃにおいては、必要解像度は例えば一段階低い第２解像度以下となっている。従って、まず第１ステップで、撮像対象７００から第１解像度の画像データＡ１，Ａ２，…と、第２解像度の画像データａ１，ａ２，…，ｂ１，ｂ２，…，ｃ１，ｃ２，…，ｄ１，ｄ２，…を取り込み、第２解像度の画像データを１番目とし、第１解像度の画像データを２番目とする。
【００４０】
次に第２ステップで、図８（ａ）のグラフから１番目の解像度である第２解像度で必要な画質の画像を得ることが出来る第１明度領域Ｂ（１）として、領域Ａ，Ｃが得られる。
【００４１】
次に、第３ステップで、１番目の画像データの各画素Ａ１，Ａ２，…から第１明度情報を抽出すると共に２番目の画像データの各画素ａ１，ａ２，…，ｂ１，ｂ２，…，ｃ１，ｃ２，…，ｄ１，ｄ２，…から第２明度情報を抽出し、第１明度が第１明度領域Ｂ（１）内に含まれている第１グループと、第１明度領域Ｂ（１）の外にある第２グループとに画素Ａ１，Ａ２，…を分類する。ここでは、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ６，Ａ７は第１グループに属し、Ａ４，Ａ５は第２グループに属しているものとする。
【００４２】
次に、第４ステップの処理を行う。まず、第１グループに属する例えば画素Ａ１に対応する撮像対象上の第１画素領域Ａ１（以下、画素と対応する画素領域は同じ参照符号を用いることとする）に対応する２番目の画像データの図示されていない画素ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１の各明度が第１明度領域Ｂ（１）内に含まれているか判定し、ここでは、全て含まれているものとすると、画素Ａ１のデータを第１画素領域Ａ１の画素データとして保持する。画素Ａ２についても同様の処理を行い、第１画素領域Ａ２に対応する２番目の画像データの図示されていない画素ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２の各明度がやはり第１明度領域Ｂ（１）内に全て含まれているので、第１画素Ａ２のデータを第１画素領域Ａ２の画素データとして保持する。画素Ａ３については、第１画素領域Ａ３に対応する２番目の画像データの画素ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３の明度の中で、例えば画素ｃ３の明度が、第１明度領域Ｂ（１）外の図８（ａ）の領域ｂにあるとすると、第１画素領域Ａ３の画素データをこの第１画素領域Ａ３に対応する２番目の画像データの画素ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３のデータに置換する。以下、全ての第１グループに属する画素Ａｘについて同様の処理を施す。
【００４３】
次に第５ステップで、第２グループに属する例えば画素Ａ４，Ａ５についてはそれぞれの画素データを第１画素領域Ａ４，Ａ５に対応す２番目の画像データの画素ａ４，ｂ４，ｃ４，ｄ４と、画素ａ５，ｂ５，ｃ５，ｄ５のデータにそれぞれ置換する。以下、全ての第１グループに属する画素Ａｙについて同様の処理を施す。
【００４４】
以上説明したとおり本実施形態の画像データ処理方法によれば、明度が領域ｂの範囲にあるときは、解像度の高い第１解像度のデータを用いるが、明度が領域ａ或いは領域ｃの範囲にあるときは、一段階低い第２解像度のデータを用いるようにして、部分画像毎に明度に応じた最適解像度データによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる。尚、このときの画像データは、図４に示すように各解像度のデータと共に合成解像度データもまとめたファイル構成にしておくのが好ましい。
【００４５】
又、上記した本発明のリニアセンサを用いて画像データを取り込むようにすれば、複数の解像度の画像データを一度に取り込むことができるので、この画像データ処理方法に適した画像データを容易に取り込むことが出来る。
【００４６】
尚、解像度の種類が３種類以上ある場合でも、低解像度側から上記手順を繰り返していけば、同様にして明度に応じた最適解像度のデータによる合成解像度画像を生成し、画質劣化を抑制しながら情報量を低減できる。
【００４７】
尚、本発明は、上記実施形態の説明に限定されるものでなく、その趣旨の範囲内で種々変更できることは言うまでもない。例えば、リニアセンサに含まれる光電変換素子の形状を正方形の例で説明したが、同一光電変換素子列内では同一形状且つ同一サイズであり、異なる分解能の光電変換素子列に属する光電変換素子の形状とは所定の比率の相似形になるようにしておけば、矩形、円形及び楕円形を含む任意の形状であってよい。
【００４８】
また、画像入力装置のリニアセンサの数も３個の例で説明したが、リニアセンサの解像度と目標とする解像度の差に応じて必要数を適宜定めればよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像素子は、異なる解像度の画像情報を一度に取り込むことができ、撮像素子が備える基本解像度と異なる変換解像度の画像情報を生成する際に、最も近い基本解像度の画像情報を用いることができ、変換画像の画質劣化を抑制できるという効果が得られる。
【００５０】
また、画像の明度情報に基づき、画像の位置毎に最適解像度の画像情報を組み合わせることで、画質の劣化を抑制しながら画像情報のデータ量を低減できるという効果も得られる。
【００５１】
また、本発明の画像入力装置は、取込画像の位置が所定量だけずれた複数のリニアセンサを備えることで、高価な高解像度のリニアセンサを用いなくても、擬似的にではあるが当該リニアセンサの解像度よりも高解像度の画像データを演算処理を施すことなく、従って変換画像の画質の劣化を抑制しながら、得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアセンサの一実施形態の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）はリニアセンサの全体平面図であり、（ｂ）は（ａ）の中の一つのセンサ部の詳細平面図である。
【図２】本発明のリニアセンサの動作を説明するための図で、撮像対象となる原稿の模式的な平面図である。
【図３】本発明のリニアセンサを用いた画像入力装置の要部回路構成の概略を示すブロック図である。
【図４】本発明のリニアセンサを用い画像入力装置における画像データのファイル構成例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の画像入力装置の一実施形態を説明するための模式的なブロック図である。
【図６】図５の画像入力装置により擬似的に解像度を向上させる方法を説明するための図で、同一画像信号に対する複数のリニアセンサの光電変換素子の相対的な位置を模式的に示す図である。
【図７】リニアセンサで取り込まれる画像情報の撮像対象上での対応位置を模式的に示す図で，（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、３個のリニアセンサそれぞれが取り込む撮像対象上の位置を示す。
【図８】本発明の画像データ処理方法の一実施形態の動作を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ、明度・解像度相関グラフと、本処理方法により処理された結果の画像データの撮像対象上に模式的に並列した例を示す配置図である。
【図９】特開平５−２２７３６４号公報に開示されたカラーリニアセンサの模式的な平面図である。
【符号の説明】
１，５０ 画像入力装置
１０，５３，５４，５５ リニアセンサ
１２，６２ 駆動回路
２０，６４ 信号処理回路
２１，６６ メモリ制御回路
２３，６８ 記憶手段
２５，７０ 画像メモリブロック
２７，７４ 同期制御回路
３０，７２ 画像表示部
５１ プリズム
５７，５８ 微動装置
６１ 画素位置コントロール回路
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ 信号光
１００ Ｒ色センサ部
１１０，１２０，１３０ センササブブロック
１１１，１２１，１３１，１５０ 光電変換素子
１１２，１２２，１３２ 光電変換素子列
１１３，１２３，１３３ ＣＣＤシフトレジスタ
１１５，１２５，１３５ 出力回路
１１７，１２７，１３７ 出力端
２００ Ｇ色センサ部
３００ Ｂ色センサ部
５００ 原稿
５１０，５２０，５３０ 画素
６００，７００ 撮像対象
Claims (8)
- 所定の色フィルタと、この色フィルタに対応して設けられた所定の数の光電変換素子を直線状に配列した光電変換素子列と、この光電変換素子列に沿って設けられ前記光電変換素子列の信号電荷を並列に読み出して直列に転送するＣＣＤシフトレジスタと、このＣＣＤシフトレジスタの電荷転送方向の先端部に設けられた電荷／電圧変換を行う出力回路とを含むセンササブブロックを複数備え、更に前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子列の長さは全て等しく且つ前記光電変換素子の数が互いに異なっているセンサ部を同一チップ上に複数有し、且つ一つの前記センサ部内の前記色フィルタは全て同じ色であり、異なる前記センサ部の色フィルタの色は互いに異なっていることを特徴とする撮像素子。
- 複数の前記センサ部は、色フィルタを除く構成要素が全て同一構成となっている請求項１記載の撮像素子。
- 前記所定の色フィルタが、赤色フィルタである第１のセンサ部と、緑色フィルタである第２のセンサ部と、青色フィルタである第３のセンサ部を少なくとも有する請求項１または２に記載の撮像素子。
- 複数の前記センササブブロックのそれぞれの前記出力回路からの全ての出力信号を、互いに独立に外部出力できる出力端を更に有する請求項１乃至３いずれか１項に記載の撮像素子。
- 複数の前記センササブブロックを、それぞれに含まれる前記光電変換素子列が互いに並行になるように配置した請求項１乃至４いずれか１項に記載の撮像素子。
- 一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの各々が有する前記光電変換素子の数は、前記光電変換素子の数が最も少ない第１センササブブロックの前記光電変換素子の数の整数倍となっている請求項１乃至５いずれか１項に記載の撮像素子。
- 一つの前記センサ部が備える複数の前記センササブブロックの中の前記第１センササブブロック以外の任意のセンササブブロックを第２センササブブロックとし、前記第１センササブブロックと前記第２センササブブロックの各々が含む前記光電変換素子の数をそれぞれＮ１，Ｎ２とし、各々が含む前記光電変換素子１個当たりの面積をそれぞれＳ１，Ｓ２としたとき、
（Ｎ２／Ｎ１）２＝Ｓ１／Ｓ２
である請求項６記載の撮像素子。 - 撮像対象からの信号光を分岐する光分岐手段と、分岐された各光路上の所定位置にそれぞれ配置された撮像手段と、少なくとも一つの前記撮像手段を前記所定位置から移動させる移動手段と、この移動手段を制御する画素位置制御手段とを少なくとも含み、前記撮像手段が、請求項１乃至７いずれか１項に記載の撮像素子である画像入力装置。
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