JP4987449B2 - カラー入力スキャナ校正システム - Google Patents

Description

本発明は、ラスタ入力スキャナ内で用いられる画像センサアレイに関する。特に、本発明は、カラースキャナを校正するためのシステムに関する。

カラー画像を記録するスキャナにおいて、普通、光センサの多数の線形アレイが備えられている。各アレイは、その線形アレイが、人間の目の構造に対応するように、赤色、青色、及び緑色等の実質的に１つの原色に対して感応性が高くなっている、半透過性フィルタを含んでいる。各々のフィルタ処理された線形アレイからの信号は、次いでフルカラー画像を組み合わせるのに記録される。そこには「白色」すなわち、事実上フィルタ処理されていないアレイも存在する。カラー入力スキャナにおいては、互いに対する線形アレイ出力を随時校正する必要性があり、これを行うためには、アレイは典型的には、既知の特性の試験目標から白色光に露光され、それらの出力が比較され、一般に、信号出力のルックアップテーブルなどにより正規化される。校正動作においては、ルックアップテーブルは、典型的には、現状に応じて変更され、その結果、画像が記録される時に、正規化された出力をもたらす。

米国特許第６２６６４３８号明細書 米国特許第５３７３３７４号明細書

本発明は、カラー入力スキャナ等の感光性装置において、光センサ間のカラーのクロストークを補正するように、光センサのカラーの校正を行う。

本発明の１つの側面によれば、第１の色に感応する第１の光センサと、第２の色に感応する第２の光センサとを含む感光性装置を動作させる方法が提供される。第１の光センサ及び第２の光センサは、実質的に第１の色に露光されて、第１の光センサ及び第２の光センサから試験信号を導出する。第１の光センサ及び第２の光センサは、実質的に第２の色に露光されて、第１の光センサ及び第２の光センサから試験信号を導出する。クロスカラー補正ファクターが試験信号から導出される。クロスカラー補正ファクターは、画像が記録されている時に、第１の光センサ及び第２の光センサから出力された信号を処理する際に用いられる。

図１は、例えば、デジタルコピー機などに見られる、画像入力スキャナの関連部分の略図である。光透過性プラテン５０が設けられ、その上には、記録される画像を有するシートＳを支持することができる。（図示されていないが、文書ハンドラを設けてもよい）プラテン５０の下には可動のキャリッジ５２があり、その上にはランプ５４と、以下に詳細に述べられる、少なくとも１つのチップ１００を含む感光デバイスとが配置されている。キャリッジ５２が（図示されていない手段により）プラテン５０の下で移動する時、ランプ５４がシートＳ上の画像を照射し、画像から反射される光が、反射される光の強さを画像信号に変換するチップ１００上の光センサによって記録される。本実施形態において、プラテン５０の一端には、以下に説明されるように、感光デバイスの校正ステップに用いることができる一組の試験領域６０がある。

図２は、チップ上の光センサアレイの略図である。こうしたチップ１００（チップは１個でも複数個でもよい）は、例えば、デジタルコピー機又はファクシミリなどにおいて、ハードコピー画像を記録するための装置内で用いられる。このような装置においては、記録される画像を有するシートは、チップに対して移動され、チップ上の光センサは、ある期間にわたり、シートＳ上の一連のピクセルサイズ領域を「見て」、各々の小領域に対する画像信号を出力する。画像信号は、処理され、蓄積されて、記録された画像全体を記述する画像データを取得する。

本実施形態においては、各々のチップ１００は、光センサの４列のアレイすなわち線形アレイを含む。各々の線形アレイは、（以下で示される）半透過性フィルタと関連して、線形アレイが１つ（又は複数）の原色に対して感応するようにする。線形アレイは、このように、１０２Ｒ（赤色）、１０２Ｇ（緑色）、１０２Ｂ（青色）及び１０２Ｗ（白色、すなわち可視光に関してフィルタ処理されていない）として示される。上述のように、シートＳ上の画像のあらゆる小領域は、キャリッジ５０がそこを通って移動する時に、各々の原色の１つの光センサによって「視認され」、各々の色列に対して記録された信号は、フルカラー画像データを取得するのに用いられる。

図３は、図２の線２−２の断面図であり、各々が異なる原色に対して感応性をもつ隣接する光センサにおいて、チップ１００全体が、白色光（すなわち、種々の原色成分を含む光）に露光された時の、チップ１００のシリコンにおいて誘起される電荷の振る舞いを示す。１０２Ｗと１０２Ｒ等の光センサの隣接する縁の間の典型的な距離は、１０〜２０ミクロンである。概略的に言えば、光が、１０４Ｒ（赤色）、１０４Ｇ（緑色）又は１０４Ｂ（青色）等の光透過性原色フィルタを通過する時、又は、フィルタがないことを意味する「白色」のフィルタを通過する時、電荷は、シリコンの表面より下方の幾分離れた距離において、シリコン内で誘起され、最終的に、その光の強さに関連する大きさを有する電圧として外に送られる。しかし、異なる色に対して感応性をもつ光センサが互いに近接している場合には、各々の原色と関連するシリコン内の区域間で幾らかのクロストークが起きる。Ｒ、Ｇ、Ｂと（実線、破線、二重線で）マークされた矢印によって示すように、白色光センサ１０２Ｗ内で誘起された電荷（もちろん、可視スペクトルにわたる光によってもたらされた赤色光、青色光、及び緑色光によって生成された電荷）は、光センサ１０４Ｒ内の赤色光に関連する区域に移動できることを意味し、逆に、光センサ１０２Ｒ内で生成された幾らかの赤色関連の電荷は、白色光センサ１０２Ｗに移動して、白色光と関連するはずの信号に影響を及ぼす。同様なカラークロストーク、すなわち、１つの色を記録することが意図される光センサと偶然に関連された別の色の光により生成された信号が、赤色と緑色の光センサ間、及び緑色と青色の光センサ間に存在する。

カラースキャナ又は他の感光性装置の実際の適用例においては、他のカラークロストークの原因がある。各々の原色に関連する１０４Ｒ、１０４Ｇ及び１０４Ｂのような半透過性フィルタは「完璧」でないことがあり、他の原色フィルタの可視スペクトルと重なる可視スペクトルの一部を通すことがあり、このことは「カラー・フィルタ・テイル・ミキシング」として知られている。クロストークの他の原因として、単一チップの異なる部分におけるシリコンの電荷生成動作の変化、チップの両面すなわち装置内の異なるフィルタ１０４Ｒ、１０４Ｇ及び１０４Ｂの厚さすなわち透過率の変化、照明ランプ５４の両端における強さ及び／又は色の変化、ランプ５４又は他の部品の劣化による色の変化、又は、中間色でない、塵あるいは漂っているトナー粒子のような、物質による汚染が挙げられる。

上記のカラー間のクロストークを考慮し、したがって、画像から原色を記録する際のチップ１００の全体的な精度及び正確さを高めるために、各々の原色感度をもつ光センサが特定の原色の光により校正される、ある種の校正が提案され、このようにして導出された信号に基づいて、様々な種類のいずれであってもよいクロストーク補正ファクターが取得される。このクロストーク補正ファクターは、次いで、画像が記録される時に、チップからの後続の信号に適用される。

図１に戻ると、プラテン５０に隣接する、それぞれの色に対してＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂと表示が付された、一組の校正目標領域６０を見ることができる。それらの領域が、ランプ５４によって照射され、従って、所定の特性をもつ光がチップ１００により受け取られるようにする。校正目標領域組６０における領域は光センサより大きいのが好ましく、キャリッジ５２は、各々の原色領域を順に通って移動する。顕著な考慮事項は、制御された時間において、１つの所定の色の光が、チップ１００の、原色感度をもつ光センサの各々の組に向けられることである。（様々な色の選択可能なＬＥＤを用いることなどにより、等価な効果を有する他の装置を採用してもよい。このような場合、異なる色のＬＥＤを共に用いて、走査中に、文書の照明体として作用するようにすることができる。）各々の原色に関連する光センサを別個に校正することによって、カラーのクロストークの補正ファクターが計算される。

実際の適用例においては、画像信号を取り扱うために、制御システムの設計段階において、特定の動作が取られ、次いで、起動時等の時などの、図１における装置が校正される時に、別の動作が取られる。設計段階において、校正のための走査が、幾つかの異なるスキャナにおけるセンサから取られ、一組の係数（３×３カラー補正マトリックス又は他の補正方程式又は表のような係数）が、全てのスキャナに対する平均カラーエラーを最小にするように計算される。装置が動作中である時、各々の「ピクセル」（図３に示す隣接カラー光センサの組であって、記録されている画像の同じ小さな領域）に関して、クロスカラーの応答と原色の応答の量は、原色の校正画像のキャプチャの間に定められる。隣接するカラー光センサの各々の組の、原色応答成分とクロスカラー応答成分とが、設計段階において定められた応答成分と比較される。この差異は、３×３マトリックスのようなフルカラー補正式を調整するために使用され、あるいは、補正前の単一カラー出力を調整するために使用される。

図４は、校正中に、図１のようなスキャナの動作を示す流れ図である。全体として、校正処理中、（図１に示すような）キャリッジ５２が、カラー校正試験の目標領域の組６０に対して移動する。ランプ５４は、順々に、各々個々の原色試験目標領域を照射して、相対的に「純粋な」色の各々、赤色、緑色、青色の光が、直ちに、異なる原色線形アレイの全てに向けられるようにする（実施形態に応じて「白色」アレイを含んでもよいし、含まなくてもよい）。所定の色の光が原色線形アレイの全てに向けられと、各々の線形アレイ（又は個々のピクセル、すなわち、図３のような、画像内の事実上同じ領域を「見る」個々の原色光センサ）の応答は、カラークロストークの範囲を定めることに関連する。例えば、図３を見ると、純粋な緑色光が全ての光センサに向けられた場合には、もちろん相対的に大きな信号が緑色光センサ１０２Ｇによって生成されるが、上述の様々な理由から、緑色光は、さらに、小さい電荷とその結果の信号が、隣接の光センサ１０２Ｒ及び１０２Ｂに生じさせる。また、幾つかの実施において、白色光センサ１０２Ｗに入る緑色光は、その光センサ内に信号を生じさせるだけでなく、電荷を加え、信号を１０２Ｒにも生じさせる。ピクセル内の全ての光センサ上の一連の所定の色の各々からもたらされる電荷を測定することによって、そのピクセルに対するカラー補正ファクターが取得される。

図４の流れ図に関して、３つの光センサモデル（この場合、白色光センサを無視する）を取り上げると、各々の光センサは、異なる原色に露光され、その原色入力に関する信号が、４００として示されるステップに示すように、各々の光センサに関して測定される。別個の原色露光の結果は、一時的に、全体として「試験データ」として保持され、該試験データは、典型的にはマトリックス形態で、ステップ４０２に示すように、クロスカラー補正ファクターを導出するために使用される。クロスカラー補正ファクターは、続いて、ステップ４０４に示すように、主ルックアップテーブルを修正するように用いられ、又は該ルックアップテーブルと併せて用いられ、これにより、装置からの出力信号が、画像が記録される時に使用可能な色空間に変換される。

種々の可能な実施形態において、クロスカラー補正ファクターを生成するために用いられるデータは、例えば、起動時に又は周期的に、スキャナ全体の動作中の様々な時に生じる校正ステップ（上述の４００で示す）において取得される。一方、ステップ４０４で用いられる主ルックアップテーブルは、典型的には、ステップ４００で用いられる別個の原色光とは対照的に、全ての原色光センサに関して白色光により、別個の動作において導出されることが普通である。主ルックアップテーブルを生成するための校正ステップは、クロスカラー補正のために実行される校正ステップとは別に実行され、スキャナの設計又は製造段階で生じることができる。さらに、ステップ４００の前には一般的な校正動作があり、その校正動作は、ピクセル間の黒色部分の不均一性や応答の不均一性をなくし、さらに、色間の応答を均衡化するために、オフセット及びゲインに対して行われる校正動作であり、この校正は、さらに、白色光キャプチャ及び暗部分キャプチャにより行うことができ、通常、少なくとも、ステップ４００のクロスカラー補正キャプチャと同じくらい頻繁に、周期的に行われる。

１つの実施形態においては、クロスカラー補正ファクターの導出は、光センサアレイに沿ったあらゆるピクセル（カラー光センサの組）により行われる。このことは、クロスカラー補正ファクターが有益であるレベルの精度においては、アレイにわたる光センサに関する信号の精度もまた、有益であることが普通であるため、望ましいことである。それでもなお、特定の実施によっては、クロスカラー補正ファクターの校正はアレイにわたるピクセルの小組により生じることができ、又は、クロスカラーファクターはアレイにわたる連続的なピクセルブロックと関連させることができる。アレイ１００が複数の当接する光センサチップを含む場合には、各々のチップについてクロスカラー補正ファクターを取得することが望ましいとすることができる。

詳細に実例を取り上げると、
ピクセルに対して
Ｒ_R＝Ａ_RＩ_R＋Ｂ_RＩ_G＋Ｃ_RＩ_B＋・・・・Ｄ_RＩ_X
Ｒ_G＝Ａ_GＩ_R＋Ｂ_GＩ_G＋Ｃ_GＩ_B＋・・・・Ｄ_GＩ_X
Ｒ_B＝Ａ_BＩ_R＋Ｂ_BＩ_G＋Ｃ_BＩ_B＋・・・・Ｄ_BＩ_X
Ｒ_X＝Ａ_XＩ_R＋Ｂ_XＩ_G＋Ｃ_XＩ_B＋・・・・Ｄ_XＩ_X
ここで、Ｒ_XはＸ列（赤色、青色、又は緑色）における光センサの応答であり、Ｉ_Xは全ての光センサ上のＸ照射帯域幅の量であり、Ａ_X、Ｂ_X、Ｃ_X、Ｄ_XはＸ列における各々の光センサの係数であり、Ａ_X0、Ｂ_X0、Ｃ_X0、Ｄ_X0は、全てのスキャナに関するＸ列における全ての光センサの平均係数である。

各々のピクセルについて、係数における差異を求め、その光センサのＲ_X応答を補正する。
Ａ_X・（１）＝Ａ_X0−Ａ_X（１）であり、
Ｂ_X・（１）、Ｃ_X・（１）、Ｄ_X・（１）などに関しても同様である。

全体的なカラー補正の前に、ピクセルごとのデルタ補正を適用する。
Ｒ_R・（１）＝Ａ_X・（１）Ｉ_R＋Ｂ_X・（１）Ｉ_G＋Ｃ_X・（１）Ｉ_B＋・・・・
Ｄ_X・（１）Ｉ_Xであり、
Ｒ_G・（１）、Ｒ_B・（１）、Ｒ_X・（１）などに関しても同様である。

全体的なカラー補正が、次いで、全てのピクセルに適用される。
代替的手法として、カラー補正は、同様の方法で、おそらく幾らかの重み係数を用いて、各々のピクセルの全体的な補正係数（３×３のような）を個別化するのに用いられる。

さらに、係数の方程式は、より高い次項、及び１つより多いクロスカラー照射に依存するクロスカラー成分の追加により、長さを増加させることができる。また、幾つかの項を外すこともできる。例えば、
Ｒ_R＝Ａ_RＩ_R＋Ｂ_RＩ_G＋Ｃ_RＩ_B＋Ｄ_RＩ_G ²＋Ｅ_RＩ_B ²＋Ｆ_RＩ_BＩ_G、
又はあらゆるその他の組み合わせ。

次数Ｂ、Ｇ、Ｒの３つの列センサの実際の場合においては、シリコンにおける物理的ミキシング及びカラー・フィルタ・テイル・ミキシングは隣接する列の間にしかないため、ピクセルごとの補正は、これらの一次方程式において行われる。
Ｒ_B＝Ｂ_BＩ_G＋Ｃ_BＩ_B
Ｒ_G＝Ａ_GＩ_R＋Ｂ_GＩ_G＋Ｃ_GＩ_B
Ｒ_R＝Ａ_RＩ_R＋Ｂ_RＩ_G

次数Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｗの４つの列センサの実際の場合においては（一次領域の外には第２のフィルタ透過ハンプをもたない）、ピクセルごとの補正はこれらの一次方程式において行うことができ、
Ｒ_B＝Ｂ_BＩ_G＋Ｃ_BＩ_B
Ｒ_G＝Ａ_GＩ_R＋Ｂ_GＩ_G＋Ｃ_GＩ_B
Ｒ_R＝Ａ_RＩ_R＋Ｂ_RＩ_G＋Ｂ_RＩ_W
Ｒ_W＝Ａ_WＩ_R＋Ｂ_WＩ_W
ここで、三色照射システムに対するＩ_Wは、Ｉ_R＋Ｉ_G＋Ｉ_Bの合計であるか、又は合計でありうる。

述べられた実施形態は、可視スペクトルにおける原色に関するものであるが、本教示は他の範囲の波長の光、例えばＸ線、紫外線、及び／又は赤外線を記録するための校正にも適用することができる。述べられた実施形態は、オフィス機器の広範囲な内容における光センサの線形アレイに関するものであるが、本教示はデジタルスチルカメラ又はビデオカメラのような二次元の画像形成装置にも適用することができる。本教示は、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、又は他の光記録技術に適用することができる。

例えば、デジタルコピー機などに見られるような、画像入力スキャナの関連する部分の簡略図である。 チップ上の光センサアレイの簡略平面図である。 隣接する光センサにおけるチップのシリコン内で誘起された電荷の反応を示す、図２の線３−３に沿った断面図である。 校正中の、図１におけるようなスキャナの動作を示す流れ図である。

符号の説明

５０：プラテン
５２：キャリッジ
５４：ランプ
１００：チップ
１０２、１０４：光センサ

Claims (2)

1. 第１の色に感応する第１の光センサと、第２の色に感応する第２の光センサとを含む感光性装置を動作させる方法であって、
   前記第１の光センサ及び前記第２の光センサを、実質的に前記第１の色に露光して、該第１の光センサ及び第２の光センサから第１の試験信号を導出し、
   前記第１の光センサ及び前記第２の光センサを、実質的に前記第２の色に露光して、該第１の光センサ及び第２の光センサから第２の試験信号を導出し、
   前記第１及び第２の試験信号からクロスカラー補正ファクターを導出し、
   画像が記録されている時に、前記クロスカラー補正ファクターを用いて前記第１の光センサ及び前記第２の光センサから出力された信号を処理すること、
   から成ることを特徴とする方法。
2. 前記感光性装置内に、実質的に第１の所定の色の光を前記第１の光センサ及び前記第２の光センサに反射する第１の試験領域と、実質的に第２の所定の色の光を前記第１の光センサ及び前記第２の光センサに反射する第２の試験領域とを設ける、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

Images