JP7046994B2 - Image reader and image reading method - Google Patents
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Description
本発明は、イメージセンサからイメージデータを読み取るイメージ読み取り装置およびイメージ読み取り方法に関する。 The present invention relates to an image reading device and an image reading method for reading image data from an image sensor.
イメージセンサの各画素から読み出される出力値(以下、画素出力値)は、画素配置から構造上生じる配線長の違いにより、画素ごとにばらつきが生じる。従来は、イメージセンサの画素出力値に対して、イメージセンサの画素配置などの構造に合わせた移動平均やフィルタを用いることにより、イメージセンサの画素出力値の画素ごとのばらつきを補正していた(例えば、特許文献1参照)。 The output value (hereinafter referred to as pixel output value) read from each pixel of the image sensor varies from pixel to pixel due to the difference in wiring length structurally caused by the pixel arrangement. Conventionally, the pixel output value of the image sensor has been corrected for the variation of the pixel output value of the image sensor for each pixel by using a moving average or a filter according to the structure such as the pixel arrangement of the image sensor. For example, see Patent Document 1).
特許文献1には、ラインセンサの画素出力ばらつき成分と、照明光学系の配光むら成分とに分離し、ラインセンサの画素出力ばらつき成分からシェーディング補正係数を求め、照明光学系の配光むら成分から光学系配光補正係数を算出し、ラインセンサの読み取りデータを補正することが開示されている。
In
しかしながら、イメージセンサの画素出力値における画素ごとのばらつき(誤差)は、各画素への入力光量や各画素での電荷の蓄積時間により変動する。その発生原理は以下の通りである。 However, the variation (error) in the pixel output value of the image sensor for each pixel varies depending on the amount of input light to each pixel and the charge accumulation time in each pixel. The principle of its generation is as follows.
図1に示すように、一般に、イメージセンサ10は、光を電荷に変換するフォトダイオード13と、変換された電荷を蓄積するチャージアンプ14とで構成される画素12、複数の画素12から蓄積した電荷を読み出すシフトレジスタ15、およびシフトレジスタ読み出し回路16を備えている。図1のイメージセンサ10は、256個の画素121,122,・・・,12256を含んでいる。一般に、イメージセンサ10のチャージアンプ配列や画素数により、フォトダイオード13とチャージアンプ14との間の配線17は画素ごとに異なる。チャージアンプ配列として、例えば、図1に示すような奇数・偶数画素による千鳥配列、複数画素(例えば3段)による千鳥配列(図2参照)、これらの複合配列などがあり、フォトダイオード13とチャージアンプ14との間の配線長に差が生じる。配線17には電気抵抗(R)があるため電荷が流れると電荷の流れ(電流I)の二乗に比例した損失(loss=I2R)が生じるため、配線長差に応じて蓄積電荷量に差が生じる。
As shown in FIG. 1, in general, the
図2は、3段千鳥配列のイメージセンサ10Aの構成を示す図である。図2に示すように、フォトダイオード131,133,135・・・に接続されたチャージアンプ141,143,145・・・が、フォトダイオードアレイ11の一方の側(奇数側)に3段に配列され、フォトダイオード132,134,136・・・に接続されたチャージアンプ142,144,146・・・が、フォトダイオードアレイ11の他方の側(偶数側)に3段に配列されている。図2から分かるように、奇数側の3段目のチャージアンプ141とフォトダイオード131との間の配線長L1、2段目のチャージアンプ143とフォトダイオード133との間の配線長L3、1段目のチャージアンプ145とフォトダイオード135との間の配線長L5は、L1>L3>L5の関係にある。この場合、3段目のチャージアンプ141を有する画素121の蓄積電荷量(画素出力値)Q1、2段目のチャージアンプ143を有する画素123の蓄積電荷量Q3、3段目のチャージアンプ145を有する画素125の蓄積電荷量Q5は、Q1<Q3<Q5となる。偶数側も同様となる。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an
また、フォトダイオード13で発生する電荷はフォトダイオード13への入力光量に比例するため、入力光量が大きいほど損失も大きくなり、蓄積電荷量(画素出力値)の差が拡大する(図3参照)。図3は、イメージセンサが3段千鳥配列の場合に、入力光量による画素出力値のばらつきの変動を表す図である。このように、画素間での配線長差とフォトダイオードへの入力光量の2つの変動要因により、画素ごとの蓄積電荷量(画素出力値)にばらつきが発生する。
Further, since the charge generated by the
さらに、蓄積電荷量(画素出力値)は蓄積時間に比例するため、同じ蓄積電荷量(画素出力値)でも蓄積時間に応じて補正値を調整する必要がある(図4参照)。図4は、イメージセンサが3段千鳥配列の場合に、蓄積時間による画素出力値のばらつきの変動を表す図である。このように、画素間での配線長差と蓄積時間の2つの変動要因により、画素ごとの蓄積電荷量(画素出力値)にばらつきが発生する。 Further, since the accumulated charge amount (pixel output value) is proportional to the accumulation time, it is necessary to adjust the correction value according to the accumulation time even with the same accumulated charge amount (pixel output value) (see FIG. 4). FIG. 4 is a diagram showing the variation in the pixel output value due to the accumulation time when the image sensor has a three-stage staggered arrangement. As described above, the amount of accumulated charge (pixel output value) for each pixel varies due to the two fluctuation factors of the wiring length difference between the pixels and the accumulation time.
上述したように、イメージセンサの各画素の配線長差に起因した画素出力値のばらつきが、各画素への入力光量や各画素での電荷の蓄積時間によって変動するが、特許文献1に記載の読み取り装置にあっては、このような変動を考慮していなかった。
As described above, the variation in the pixel output value due to the difference in the wiring length of each pixel of the image sensor varies depending on the amount of input light to each pixel and the charge accumulation time in each pixel, which is described in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、入力光量や蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができるイメージ読み取り装置およびイメージ読み取り方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is an image reading device and an image capable of accurately correcting the variation of the pixel output value for each pixel even if the input light amount and the storage time fluctuate. The purpose is to provide a reading method.
本発明のイメージ読み取り装置は、上記目的達成のため、複数の画素を有するイメージセンサ(10)と、前記各画素から得られる電気信号をアナログデジタル変換してデジタルの画素出力値を取得するアナログデジタル変換器(21)と、前記画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを取得する補正データ取得部(30)と、前記補正データ取得部による前記補正データの取得時に用いられる光を出力する白色光源(2)と、前記白色光源の出力光量を調整する光量設定部(42)と、前記補正データに基づき前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する補正部(23)と、を備え、前記補正データ取得部は、前記各画素への入力光量の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を前記補正データとして取得する光量特性取得部(38)を備え、前記光量特性取得部は、前記入力光量を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第1測定値として記憶する第1測定値記憶部(31)と、前記第1測定値記憶部に記憶された前記第1測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第1補正値を算出する第1補正値算出部(32)と、前記第1補正値と前記画素出力値との関係を表す近似関数を決定する第1近似関数決定部(33)と、を備え、前記第1補正値算出部は、前記画素出力値の最大値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the image reading device of the present invention has an image sensor (10) having a plurality of pixels and an analog digital that acquires a digital pixel output value by analog-digital conversion of an electric signal obtained from each of the pixels. The converter (21), the correction data acquisition unit (30) for acquiring the correction data used for correcting the interpixel variation of the pixel output value, and the light used when the correction data acquisition unit acquires the correction data. A white light source (2) for outputting the above, a light amount setting unit (42) for adjusting the output light amount of the white light source, and a correction unit (23) for correcting the interpixel variation of the pixel output value based on the correction data. , And the correction data acquisition unit acquires the light amount characteristic as the correction data, which defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the input light amount to each pixel (38). ), And the light amount characteristic acquisition unit includes a first measurement value storage unit (31) that stores the pixel output value of each pixel acquired each time the input light amount is changed as a first measurement value. The first correction value calculation unit (32) for calculating the first correction value for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the first measurement value stored in the first measurement value storage unit, and the first correction value calculation unit (32). A first approximation function determination unit (33) for determining an approximation function representing the relationship between one correction value and the pixel output value is provided, and the first correction value calculation unit includes the maximum value of the pixel output value and the said. It is characterized in that the difference between each pixel and the pixel output value is calculated as the first correction value .
この構成により、光量特性取得部が、各画素への入力光量の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を補正データとして取得し、補正部が、該補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、各画素への入力光量が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。 With this configuration, the light amount characteristic acquisition unit acquires the light amount characteristic as correction data, which defines the change in the variation between pixels of the pixel output value due to the change in the input light amount to each pixel, and the correction unit acquires the pixel based on the correction data. Since the variation in the output value between pixels is corrected, it is possible to accurately correct the variation in the pixel output value for each pixel even if the amount of input light to each pixel fluctuates.
この構成により、第1近似関数決定部が、第1補正値と入力光量に依存する画素出力値との関係を表す近似関数を決定し、補正部が、該近似関数に基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、第1測定値に関する測定データが少なくても、各画素への入力光量の変動を考慮して画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。With this configuration, the first approximation function determination unit determines an approximation function representing the relationship between the first correction value and the pixel output value depending on the input light amount, and the correction unit determines the pixel of the pixel output value based on the approximation function. Since the intervening variation is corrected, even if the measurement data related to the first measured value is small, the variation of the pixel output value for each pixel can be accurately corrected in consideration of the variation of the input light amount to each pixel.
この構成により、第1補正値を容易に算出することができ、入力光量や蓄積時間を考慮して画素出力値の画素間ばらつきの補正値を効率的に算出することができる。With this configuration, the first correction value can be easily calculated, and the correction value of the inter-pixel variation of the pixel output value can be efficiently calculated in consideration of the input light amount and the accumulation time.
本発明のイメージ読み取り装置において、前記各画素は、光を電荷に変換するフォトダイオードと、変換された電荷を蓄積するチャージアンプと、を有し、前記第1補正値算出部は、前記フォトダイオードと前記チャージアンプとの間の配線長が最短の配線長を有する画素群の前記画素出力値について近似関数を決定し、前記各画素に対応して前記近似関数により得られる最大画素出力値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出する構成であってもよい。In the image reading device of the present invention, each pixel has a photodiode that converts light into a charge and a charge amplifier that stores the converted charge, and the first correction value calculation unit is the photodiode. An approximation function is determined for the pixel output value of the pixel group having the shortest wiring length between the and the charge amplifier, and the maximum pixel output value obtained by the approximation function corresponding to each pixel and the said. The configuration may be such that the difference between the pixel output value of each pixel and the pixel output value is calculated as the first correction value.
この構成により、例えば複数段の千鳥配列など配線長によりグループ分けできる場合に特に、第1補正値を精度よく算出することができるので、入力光量や蓄積時間を考慮して画素出力値の画素間ばらつきの補正値を高精度に算出することができる。With this configuration, the first correction value can be calculated accurately, especially when the group can be grouped according to the wiring length such as in a multi-stage staggered arrangement. Therefore, the pixel output value between pixels can be calculated in consideration of the input light amount and the accumulation time. The correction value of the variation can be calculated with high accuracy.
本発明のイメージ読み取り装置において、前記第1近似関数決定部により決定される近似関数は、In the image reading device of the present invention, the approximation function determined by the first approximation function determination unit is
Corr=(Pmes2/Prefmes2)×CorrrefCorr = (Pmes2 / Prefmes2) × Corrref
で表され、ここで、Prefmesは基準画素出力値、Corrrefは基準補正値、Pmesは補正する画素出力値、Corrは補正する画素出力値の前記第1補正値である構成であってもよい。Here, Prefmes may be a reference pixel output value, Corrref may be a reference correction value, Pmes may be a pixel output value to be corrected, and Corr may be the first correction value of the pixel output value to be corrected.
この構成により、例えば最小二乗法などを用いることなく、近似関数を容易に算出することができる。With this configuration, the approximation function can be easily calculated without using, for example, the least squares method.
本発明のイメージ読み取り装置において、前記補正データ取得部は、前記各画素での電荷の蓄積時間の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を前記補正データとして取得する蓄積時間特性取得部(39)をさらに備える構成であってもよい。In the image reading device of the present invention, the correction data acquisition unit acquires, as the correction data, the accumulation time characteristic that defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the charge accumulation time in each pixel. It may be configured to further include an accumulation time characteristic acquisition unit (39).
この構成により、蓄積時間特性取得部が、各画素での電荷の蓄積時間の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を補正データとして取得し、補正部が、該補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、各画素での電荷の蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。With this configuration, the accumulation time characteristic acquisition unit acquires the accumulation time characteristic that defines the change in the variation between pixels of the pixel output value due to the change in the charge accumulation time in each pixel as correction data, and the correction unit obtains the correction. Since the variation between pixels of the pixel output value is corrected based on the data, it is possible to accurately correct the variation of the pixel output value for each pixel even if the charge accumulation time in each pixel fluctuates.
本発明のイメージ読み取り装置において、前記各画素での電荷の蓄積時間を設定する蓄積時間設定部(43)を更に備え、前記蓄積時間特性取得部は、前記蓄積時間を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第2測定値として記憶する第2測定値記憶部(34)と、前記第2測定値記憶部に記憶された前記第2測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第2補正値を算出する第2補正値算出部(35)と、特定の前記蓄積時間で得られた前記第2補正値に対する、前記各蓄積時間で得られた前記第2補正値の比を算出する補正値比算出部(36)と、前記第2補正値の前記比と前記蓄積時間との関係を表す近似関数を決定する第2近似関数決定部(37)を備える構成であってもよい。The image reading device of the present invention further includes a storage time setting unit (43) for setting the charge storage time in each pixel, and the storage time characteristic acquisition unit is acquired every time the storage time is changed. The pixel output value is based on a second measured value storage unit (34) that stores the pixel output value of each pixel as a second measured value and the second measured value stored in the second measured value storage unit. The second correction value calculation unit (35) for calculating the second correction value for correcting the variation between the pixels, and the second correction value obtained at the specific accumulation time were obtained at each accumulation time. A correction value ratio calculation unit (36) that calculates the ratio of the second correction value, and a second approximation function determination unit (37) that determines an approximation function that represents the relationship between the ratio of the second correction value and the accumulation time. ) May be provided.
この構成により、第2近似関数決定部が、第2補正値の比と蓄積時間との関係を表す近似関数を決定し、補正部が、該近似関数に基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、第2測定値に関する測定データが少なくても、各画素での電荷の蓄積時間の変動を考慮して画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。With this configuration, the second approximation function determination unit determines an approximation function representing the relationship between the ratio of the second correction value and the accumulation time, and the correction unit corrects the interpixel variation of the pixel output value based on the approximation function. Therefore, even if the measurement data regarding the second measured value is small, it is possible to accurately correct the variation in the pixel output value for each pixel in consideration of the variation in the charge accumulation time in each pixel.
本発明のイメージ読み取り装置は、前記イメージセンサの前段に分光部(5)をさらに備える構成であってもよい。The image reading device of the present invention may be configured to further include a spectroscopic unit (5) in front of the image sensor.
この構成により、入力光量や蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正するとともに、被測定物から送られた光が分光部により分光されてイメージセンサに入射するので、高精度の分光測定が可能となる。With this configuration, even if the amount of input light and the accumulation time fluctuate, the variation of the pixel output value for each pixel is accurately corrected, and the light transmitted from the object to be measured is separated by the spectroscope and incident on the image sensor. , High-precision spectroscopic measurement is possible.
本発明のイメージ読み取り方法は、複数の画素を有するイメージセンサ(10)からイメージデータを読み取るイメージ読み取り方法であって、前記各画素から得られる電気信号をアナログデジタル変換器(21)によりアナログデジタル変換してデジタルの画素出力値を取得するアナログデジタル変換ステップと、前記画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを取得する補正データ取得ステップと、前記補正データ取得ステップによる前記補正データの取得時に用いられる光を白色光源より出力する光出力ステップと、前記白色光源の出力光量を調整する光量設定ステップと、前記補正データに基づき前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する補正ステップと、を含み、前記補正データ取得ステップは、前記各画素への入力光量の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を前記補正データとして取得する光量特性取得ステップと、前記各画素での電荷の蓄積時間の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を前記補正データとして取得する蓄積時間特性取得ステップと、を含み、前記光量特性取得ステップは、前記入力光量を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第1測定値として記憶する第1測定値記憶ステップと、前記第1測定値記憶ステップで記憶した前記第1測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第1補正値を算出する第1補正値算出ステップと、前記第1補正値と前記画素出力値との関係を表す近似関数を決定する第1近似関数決定ステップと、を含み、前記第1補正値算出ステップは、前記画素出力値の最大値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出することを特徴とする。 The image reading method of the present invention is an image reading method for reading image data from an image sensor (10) having a plurality of pixels, and an electric signal obtained from each of the pixels is analog-digitally converted by an analog-digital converter (21). The analog digital conversion step for acquiring the digital pixel output value, the correction data acquisition step for acquiring the correction data used for correcting the interpixel variation of the pixel output value, and the correction data by the correction data acquisition step. A light output step for outputting the light used at the time of acquisition from the white light source, a light amount setting step for adjusting the output light amount of the white light source, and a correction step for correcting the interpixel variation of the pixel output value based on the correction data. Including The light quantity characteristic includes a storage time characteristic acquisition step of acquiring the storage time characteristic as the correction data, which defines the change in the variation of the pixel output value between the pixels due to the change in the charge accumulation time in each pixel. The acquisition step is stored in the first measured value storage step for storing the pixel output value of each pixel acquired each time the input light amount is changed as the first measured value, and the first measured value storage step . The relationship between the first correction value calculation step for calculating the first correction value for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the first measurement value, and the first correction value and the pixel output value is shown. The first correction value calculation step includes a first approximation function determination step for determining an approximation function, and the first correction value calculation step sets the difference between the maximum value of the pixel output value and the pixel output value of each pixel as the first correction value. It is characterized by calculating as.
この構成により、光量特性取得ステップにおいて、各画素への入力光量の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を補正データとして取得し、蓄積時間特性取得ステップにおいて、各画素での電荷の蓄積時間の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を補正データとして取得し、補正部が、これら補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、各画素への入力光量や各画素での電荷の蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。With this configuration, in the light amount characteristic acquisition step, the light amount characteristic that defines the change in the variation between pixels of the pixel output value due to the change in the input light amount to each pixel is acquired as correction data, and in the accumulation time characteristic acquisition step, each pixel The accumulation time characteristic that defines the change in the pixel output value between pixels due to the change in the charge accumulation time is acquired as correction data, and the correction unit corrects the pixel output value between pixel variations based on these correction data. Even if the amount of input light to each pixel and the accumulation time of the charge in each pixel fluctuate, the variation in the pixel output value for each pixel can be corrected with high accuracy.
この構成により、第1近似関数決定ステップが、第1補正値と入力光量に依存する画素出力値との関係を表す近似関数を決定し、補正ステップが、該近似関数に基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、第1測定値に関する測定データが少なくても、各画素への入力光量の変動を考慮して画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。With this configuration, the first approximation function determination step determines an approximation function representing the relationship between the first correction value and the pixel output value depending on the amount of input light, and the correction step determines the pixel of the pixel output value based on the approximation function. Since the intervening variation is corrected, even if the measurement data related to the first measured value is small, the variation of the pixel output value for each pixel can be accurately corrected in consideration of the variation of the input light amount to each pixel.
この構成により、第1補正値を容易に算出することができ、入力光量や蓄積時間を考慮して画素出力値の画素間ばらつきの補正値を効率的に算出することができる。With this configuration, the first correction value can be easily calculated, and the correction value of the inter-pixel variation of the pixel output value can be efficiently calculated in consideration of the input light amount and the accumulation time.
本発明によれば、入力光量や蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができるイメージ読み取り装置およびイメージ読み取り方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an image reading device and an image reading method that can accurately correct the variation of the pixel output value for each pixel even if the input light amount and the storage time fluctuate.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図5は、本発明の第1の実施形態に係るイメージ読み取り装置1の概略構成を示す図である。図5に示すように、イメージ読み取り装置1は、イメージセンサ10から被測定物4のイメージデータを読み出す装置であり、補正データ取得時に用いられる白色光源2と、測定時に用いられる光源3と、イメージセンサ10と、測定データ取得部20と、補正データ取得部30と、装置制御部40とを備えている。光源3として白色光源2を使用してもよい。
(First Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an
(イメージセンサ)
図1に示すように、一般にイメージセンサ10は、光を電荷に変換するフォトダイオード13と、変換された電荷を蓄積するチャージアンプ14とで構成される画素12、複数の画素12から蓄積した電荷を読み出すシフトレジスタ15、およびシフトレジスタ読み出し回路16を備えている。イメージセンサ10は、上述したように、奇数・偶数画素による千鳥配列、複数画素(例えば3段)による千鳥配列、これらの複合配列など種々の構成をとり得るが、以下では例として図2に示すような3段千鳥構成のイメージセンサ10Aを想定する。
(Image sensor)
As shown in FIG. 1, in general, the
(測定データ取得部)
測定データ取得部20は、イメージセンサ10のシフトレジスタ読み出し回路16から出力される各画素12の蓄積電荷量に対応するアナログ電圧信号を読み出すものであり、ADC(アナログデジタル変換器)21と、切替スイッチ22と、補正部23と、補正データ記憶部24とを備えている。
(Measurement data acquisition unit)
The measurement
ADC21は、各画素12から得られる電気信号をアナログデジタル変換してデジタルの画素出力値を取得するようになっている。切替スイッチ22は、装置制御部40の制御下でADC21の出力先を補正部23と補正データ取得部30との間で切り替えるようになっている。具体的には、補正データ取得時には、ADC21の出力先が切替スイッチ22により補正データ取得部30に設定され、被測定物4のイメージ測定時には、ADC21の出力先が切替スイッチ22により補正部23に設定される。
The
補正データ記憶部24は、補正部23が画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを記憶するようになっている。補正部23は、補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するようになっている。
The correction
(補正データ取得部)
補正データ取得部30は、画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを取得するようになっており、光量特性取得部38と蓄積時間特性取得部39とを備えている。
(Correction data acquisition unit)
The correction
光量特性取得部38は、各画素12への入力光量の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を補正データとして取得するようになっており、第1測定値記憶部31と第1補正値算出部32と第1近似関数決定部33とを備えている。
The light amount
第1測定値記憶部31は、入力光量を変化させるごとに取得された各画素12の画素出力値を第1測定値として記憶するようになっている。以下では、第1測定値を単に測定値と称することもある。
The first measured
第1補正値算出部32は、第1測定値記憶部31に記憶された第1測定値を基に画素出力値の画素間ばらつきを補正する第1補正値を算出するようになっている。以下では、第1補正値を単に補正値と称することもある。
The first correction
第1近似関数決定部33は、第1補正値と入力光量に依存する画素出力値との関係を表す近似関数(近似曲線)を決定するようになっている。
The first approximation
蓄積時間特性取得部39は、各画素12での電荷の蓄積時間の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を補正データとして取得するようになっており、第2測定値記憶部34と第2補正値算出部35と補正値比算出部36と第2近似関数決定部37とを備えている。
The accumulation time characteristic acquisition unit 39 acquires, as correction data, the accumulation time characteristic that defines the change in the variation between pixels of the pixel output value due to the change in the charge accumulation time in each
第2測定値記憶部34は、蓄積時間を変化させるごとに取得された各画素12の画素出力値を第2測定値として記憶するようになっている。以下では、第2測定値を単に測定値と称することもある。
The second measured
第2補正値算出部35は、第2測定値記憶部34に記憶された第2測定値を基に画素出力値の画素間ばらつきを補正する第2補正値を算出するようになっている。以下では、第2補正値を単に補正値と称することもある。
The second correction
補正値比算出部36は、特定の蓄積時間で得られた第2補正値に対する、各蓄積時間で得られた第2補正値の比を算出するようになっている。
The correction value
第2近似関数決定部37は、補正値比算出部36により算出された第2補正値の比と蓄積時間との関係を表す近似関数(近似曲線)を決定するようになっている。
The second approximate
イメージ読み取り装置1は、光量特性取得部38と蓄積時間特性取得部39のいずれか一方のみ備える構成であってもよい。イメージ読み取り装置1が蓄積時間特性取得部39のみを備える場合には、蓄積時間特性取得部39は、補正値比算出部36を備えなくてもよく、第2近似関数決定部37は、第2補正値と蓄積時間との関係を表す近似関数(近似曲線)を決定するようにしてもよい。
The
(装置制御部)
装置制御部40は、イメージ読み取り装置1を制御するものであり、制御部41と光量設定部42と蓄積時間設定部43とを備えている。
(Device control unit)
The
制御部41は、切替スイッチ22の切り替えを制御するとともに、各画素12に入力される光量、および各画素12での電荷の蓄積時間を調整するようになっている。
The
光量設定部42は、補正データ取得時に白色光源2の出力光量を調整することにより各画素12への入力光量を設定(調整)するものである。蓄積時間設定部43は、イメージセンサ10のシフトレジスタ読み出し回路16の読み出しタイミングを調整することにより、各画素12での電荷の蓄積時間を設定(調整)するものである。
The light
なお、測定データ取得部20、補正データ取得部30、装置制御部40の一部または全部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力インタフェース、ハードディスク等の記憶装置等を有するコンピュータを用いて構成されてもよく、その機能の一部または全部は、ROMや記憶装置に記憶された各種処理プログラムをRAMに読み出してCPUで実行することにより実現することができる。
A part or all of the measurement
次に、本実施形態に係るイメージ読み取り装置1の動作を説明する。
図12~図14は本実施形態に係るイメージ読み取り方法の概略を示すフローチャートである。以下では、まず、補正データ取得時の動作について説明し、その後で測定時の動作について説明する。
Next, the operation of the
12 to 14 are flowcharts showing an outline of the image reading method according to the present embodiment. In the following, first, the operation at the time of acquiring the correction data will be described, and then the operation at the time of measurement will be described.
[補正データ取得時]
(光量特性の取得)
まず、イメージセンサ10Aの全画素12で入力光量が同一となるように、白色光源2を設置する(ステップS1)。
[At the time of correction data acquisition]
(Acquisition of light intensity characteristics)
First, the
光量設定部42は、制御部41の制御下で、白色光源2の出力光量を所定の光量に設定する(ステップS2)。白色光源2の出力光量の設定は手動で行ってもよい。
The light
蓄積時間設定部43は、制御部41の制御下で、イメージセンサ10Aの各画素12での電荷の蓄積時間を所定の値に設定する(ステップS3)。具体的には、蓄積時間設定部43は、イメージセンサ10Aのシフトレジスタ読み出し回路16の読み出し周期を調整することにより、蓄積時間を例えば1msに設定する。
Under the control of the
切替スイッチ22は、制御部41の制御下でADC21の出力先を補正データ取得部30に切り替える(ステップS4)。
The
ADC21は、シフトレジスタ読み出し回路16により読み出された各画素121,122,・・・,12256の出力電圧を、アナログデジタル変換してデジタルの画素出力値P1,P2,・・・,P256を取得する(ステップS5)。
The
第1測定値記憶部31は、ADC21により取得された各画素121,122,・・・,12256の画素出力値P1,P2,・・・,P256を第1測定値として記憶する(ステップS6)(下記表1の測定値の欄参照)。
The first measured
次いで、制御部41は、予め設定されたすべての入力光量について各画素12の画素出力値が取得されたか否かを判断する(ステップS7)。
Next, the
ステップS7でNOの場合、光量設定部42は、制御部41の制御下で白色光源2を調整し、各画素12への入力光量を変更し(ステップS8)、ステップS5に戻る。各画素12の画素出力値Pは各画素12への入力光量に比例するので、光量設定部42は、画素出力値Pの最大値を指標として入力光量を設定するようにしてもよい。表1では、奇数側の最大画素出力値Pmaxが1000、500、250となるように入力光量が設定された3ケースについて、各画素12の画素出力値Pが第1測定値として取得されている。
If NO in step S7, the light
ステップS7でYESの場合、第1補正値算出部32は、第1測定値記憶部31に記憶された画素出力値Pを基に、配線長差に起因して生じる画素出力値Pにおける画素間ばらつきを補正する第1補正値C1を算出する(ステップS9)。具体的には、第1補正値算出部32は、図6に示すように、画素出力値Pの最大画素出力値Pmaxからの差分(Pmax-P)を第1補正値C1として算出する(表1の補正値(測定値)の欄参照)。図7は、3段千鳥構成のイメージセンサにおいて、入力光量を変化させたときの配線長補正を示す図であり、入力光量が大きくなるほど最大画素出力値Pmaxからの差分(Pmax-P)としての第1補正値C1が大きくなる様子を示している。
If YES in step S7, the first correction
次いで、第1近似関数決定部33は、画素12ごとに、第1補正値算出部32により算出された第1補正値C1と入力光量に依存する画素出力値Pとの関係を規定する近似関数を決定する(ステップS10)。具体的には、第1近似関数決定部33は、P-C1平面上の2点以上のデータから、内挿または外挿により、最小二乗法などを用いてN次関数(1次関数、2次関数、3次関数・・・)やスプライン関数などで表される近似関数を決定する。例えば、図8に示すように、2次関数(y=ax2+bx+c)により近似する場合には、画素ごとに最小二乗法により係数a,b,cを求める(表1の補正係数a,b,cの欄参照)。第1近似関数決定部33は、補正用の係数a,b,cを補正データ記憶部24に送る。
Next, the first approximation
補正データ記憶部24は、画素12ごとに第1近似関数決定部33により決定された近似関数を示す係数a,b,cの値を、補正時に用いる補正データとして第1近似関数決定部33から受け取り、格納する(ステップS11)。偶数側も同様とする。
The correction
(蓄積時間特性の取得)
次に、光量設定部42は、制御部41の制御下で、白色光源2の出力光量を調整することにより各画素12への入力光量を所定の光量に設定する(ステップS21)。表2に示す例では、光量設定部42は、最大画素出力値Pmaxが1000となるように白色光源2の出力光量を調整する。白色光源2の出力光量の設定は手動で行ってもよい。
(Acquisition of accumulation time characteristics)
Next, the light
蓄積時間設定部43は、制御部41の制御下で、イメージセンサ10Aの各画素12での電荷の蓄積時間を所定の値に設定する(ステップS22)。表2に示す例では、蓄積時間設定部43は、蓄積時間が1ms、2ms、4msのいずれかになるように、シフトレジスタ読み出し回路16の読み出し周期を調整する。
Under the control of the
ADC21は、シフトレジスタ読み出し回路16により読み出された各画素121,122,・・・,12256の出力電圧を、アナログデジタル変換してデジタルの画素出力値P1,P2,・・・,P256を取得する(ステップS23)。
The
第2測定値記憶部34は、ADC21により取得された各画素121,122,・・・,12256の画素出力値P1,P2,・・・,P256を第2測定値として記憶する(ステップS24)(下記表2の測定値の欄参照)。
The second measured
次いで、制御部41は、予め設定されたすべての蓄積時間(例えば、1ms、2ms、4ms)について各画素の画素出力値が取得されたか否かを判断する(ステップS25)。
Next, the
ステップS25でNOの場合、蓄積時間設定部43は、制御部41の制御下でシフトレジスタ読み出し回路16を調整し、各画素12での電荷の蓄積時間を変更する(ステップS26)。そして、光量設定部42は、蓄積時間の変更に依らず、最大画素出力値Pmaxが一定となるように入力光量を調整し(ステップS28)、ステップS23に戻る。
If NO in step S25, the storage
ステップS25でYESの場合、第2補正値算出部35は、第2測定値記憶部34に記憶された画素出力値Pを基に、配線長差に起因して生じる画素出力値Pにおける画素間ばらつきを補正する第2補正値C2を算出する(ステップS27)。具体的には、第2補正値算出部35は、画素出力値Pの最大画素出力値Pmaxからの差分(Pmax-P)を第2補正値C2として算出する(表2の補正値(測定値)の欄参照)。
If YES in step S25, the second correction
補正値比算出部36は、各画素12について、基準の蓄積時間(本例では1ms)で得られた第2補正値に対する各蓄積時間で得られた第2補正値の補正値比Rを算出する(ステップS29)(表2の補正値比(測定値)の欄参照)。
The correction value
次いで、第2近似関数決定部37は、画素12ごとに、補正値比算出部36により算出された補正値比Rと蓄積時間Tとの関係を表す近似関数を決定する(ステップS30)。具体的には、第2近似関数決定部37は、T-R平面上の2点以上のデータから、内挿または外挿により、最小二乗法などを用いてN次関数(1次関数、2次関数、3次関数・・・)やスプライン関数などで表される近似関数を決定する。例えば、図9に示すように、y=a'(1/x)2により近似する場合には、画素ごとに最小二乗法により係数a'を求める。第2近似関数決定部37は、補正用の係数a'の値を補正データ記憶部24に送る。
Next, the second approximation
補正データ記憶部24は、画素12ごとに第2近似関数決定部37により決定された近似関数を示す係数a'の値を、補正時に用いる補正データとして第2近似関数決定部37から受け取り、格納する(ステップS31)。奇数側、偶数側の両方を実行する。
The correction
[測定時]
次に測定時のイメージ読み取り装置1の動作を説明する。
まず、光源3を所定の位置に設定し(ステップS41)、被測定物4を所定の位置に設定する(ステップS42)。
[At the time of measurement]
Next, the operation of the
First, the
蓄積時間設定部43は、制御部41の制御下でシフトレジスタ読み出し回路16の読み出し周期を調整することにより蓄積時間を設定する(ステップS43)。
The storage
切替スイッチ22は、制御部41の制御下でADC21の出力先を補正部23に切り替える(ステップS44)。
The
ADC21は、シフトレジスタ読み出し回路16により読み出された各画素121,122,・・・,12256の出力電圧を、アナログデジタル変換してデジタルの画素出力値P1,P2,・・・,P256を取得する(ステップS45)。
The
次いで、補正部23は、各画素12について画素出力値Pと最大画素出力値Pmaxとの差分(=Pmax-P)である第1補正値C1に対して光量特性に基づく補正を行って光量補正済みの補正値C3を取得する(ステップS46)。具体的には、各画素12の近似関数に基づいて画素出力値Pに対応する補正値C3を算出する。例えば、近似関数がy=ax2+bx+cで表されるとき、画素出力値Pに対する光量補正済みの補正値C3は、C3=a×P2+b×P+cにより算出できる。光量特性のみを考慮する場合には、補正部23は、P+C3の値を各画素12の補正された画素出力値Pcとして出力してもよい。
Next, the
次に、補正部23は、光量補正済みの補正値C3に対して蓄積時間特性に基づく補正を行って蓄積時間補正済みの補正値C4を取得する(ステップS47)。具体的には、各画素12の近似関数に基づいて蓄積時間Tに対応する補正値比Rを算出する。例えば、近似関数がy=a'(1/x)2で表されるとき、蓄積時間Tに対する補正値比Rは、R=a'(1/T)2により算出できる。蓄積時間補正済みの補正値C4は、C4=C3×Rにより算出される。
Next, the
そして、補正部23は、各画素12の画素出力値Pに対して、各画素12の蓄積時間補正済みの補正値C4を加えることにより、補正された画素出力値Pc(=P+C4)を取得し、測定データとして出力する。
Then, the
次に、本実施形態の作用効果を説明する。 Next, the action and effect of this embodiment will be described.
本実施形態のイメージ読み取り装置1は、光量特性取得部38が、各画素12への入力光量の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を補正データとして取得し、補正部23が、補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、各画素12のへの入力光量が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。
In the
本実施形態のイメージ読み取り装置1は、蓄積時間特性取得部39が、各画素12での電荷の蓄積時間の変化による画素出力値の画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を補正データとして取得し、補正部23が、該補正データに基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、各画素12での電荷の蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。
In the
本実施形態のイメージ読み取り装置1は、第1近似関数決定部33が、第1補正値と入力光量に依存する画素出力値との関係を表す近似関数を決定し、補正部23が、該近似関数に基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、第1測定値に関する測定データが少なくても、各画素への入力光量の変動を考慮して画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。
In the
本実施形態のイメージ読み取り装置1は、第2近似関数決定部37が、第2補正値の比と蓄積時間との関係を表す近似関数を決定し、補正部23が、該近似関数に基づき画素出力値の画素間ばらつきを補正するので、第2測定値に関する測定データが少なくても、各画素での電荷の蓄積時間の変動を考慮して画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができる。
In the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るイメージ読み取り装置1Aについて図面を参照して説明する。
(Second embodiment)
Next, the
第2の実施形態は、イメージセンサ10Aの前段で、白色光源2の後段または光源3と被測定物4の後段に、分光部5が設けられている点で、第1の実施形態と異なり、その他の構成は両者で同一である。第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
図10は、本発明の第2の実施形態に係るイメージ読み取り装置1Aの概略構成を示す図である。図10に示すように、イメージ読み取り装置1Aは、イメージセンサ10Aから被測定物4のイメージデータを読み出す装置であり、補正データ取得時に用いられる白色光源2と、測定時に用いられる光源3と、分光部5と、イメージセンサ10と、測定データ取得部20と、補正データ取得部30と、装置制御部40とを備えている。光源3として白色光源2を使用してもよい。本実施形態に係るイメージ読み取り装置1Aは分光分析に好適に用いることができる。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an
補正データ取得時に、白色光源2から出た光は分光部5を通ってイメージセンサ10Aに入射し、ADC21が、シフトレジスタ読み出し回路16により読み出された各画素121,122,・・・,12256の出力電圧を、アナログデジタル変換してデジタルの画素出力値P1,P2,・・・,P256を取得する。よって、画素出力値には、白色光源2の波長特性とイメージセンサ10Aの画素ごとのばらつきが含まれる。
At the time of acquisition of the correction data, the light emitted from the
第2の実施形態に係るイメージ読み取り装置1Aの動作は、第1の実施形態に係るイメージ読み取り装置1の動作と同じであってもよく、イメージ読み取り装置1Aを用いたイメージ読み取り方法は、上記で説明した第1の実施形態のイメージ読み取り方法と同じであってもよい。
The operation of the
本実施形態に係るイメージ読み取り装置1Aは、イメージセンサ10Aの前段に分光部5をさらに備える構成により、入力光量や蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正するとともに、被測定物4から反射した光あるいは被測定物4を透過した光が分光部5により分光されてイメージセンサ10Aに入射するので、高精度の分光測定が可能となる。
The
<変形例1>
次に、第1および第2の実施形態の変形例1を説明する。
<
Next,
第1補正値算出部32は、最短の配線長を有する画素群の画素出力値について近似関数を決定し、各画素に対応して該近似関数により得られる最大画素出力値と各画素の画素出力値との差を第1補正値として算出する構成であってもよい。
The first correction
具体的には、図11に示すように、画素12がイメージセンサ10Aの構造に合わせて配線長7を基にグループ分けされる。例えば、図2に示すように3段千鳥構造の場合、奇数側で画素番号1,7,13,19・・・を配線長が長い(すなわち画素出力値が小さい)グループに、画素番号3,9,15,21・・・を配線長が中間の(すなわち画素出力値が中間の)グループに、画素番号5,11,17,23・・・を配線長が短い(すなわち画素出力値が大きい)グループに分類される。偶数側も同様に行う。
Specifically, as shown in FIG. 11, the
そして、第1補正値算出部32は、まず、奇数側の最短の配線長を有する画素群5,11,17,23・・・の画素出力値について、画素番号と画素出力値により規定される平面上で近似関数fを決定する。具体的には、第1補正値算出部32は、該平面上の2点以上のデータから、内挿または外挿により、最小二乗法などを用いてN次関数(1次関数、2次関数、3次関数・・・)やスプライン関数などで表される近似関数fを決定する。そして、第1補正値算出部32は、各画素12に対応して該近似関数fにより得られる最大画素出力値(補間値)と各画素の画素出力値との差を第1補正値として算出する。偶数側も同様に行う。
Then, the first correction
この構成により、例えば複数段の千鳥配列など配線長によりグループ分けできる場合に特に、第1補正値を精度よく算出することができるので、入力光量や蓄積時間を考慮して画素出力値の画素間ばらつきの補正値を高精度に算出することができる。 With this configuration, the first correction value can be calculated accurately, especially when the group can be grouped according to the wiring length such as in a multi-stage staggered arrangement. Therefore, the pixel output value between pixels can be calculated in consideration of the input light amount and the accumulation time. The correction value of the variation can be calculated with high accuracy.
<変形例2>
次に、第1および第2の実施形態の変形例2を説明する。
<
Next, the second modification of the first and second embodiments will be described.
第1および第2の実施形態では、第1近似関数決定部33は、最小二乗法などを用いて「画素出力値」と「第1補正値」との関係を表す近似関数を決定したが、以下に述べるように二乗比例の関係を利用して近似関数を決定することができる。
In the first and second embodiments, the first approximation
第1補正値はフォトダイオード13で発生する電流の二乗に比例することから、基準となる光量における画素出力値(基準測定値)Prefmesおよびその第1補正値(基準補正値)Corrrefを基に、次式で示す二乗比例式を用いて各画素出力値(補正する測定値)Pmesの第1補正値Corrを算出することができる。
Since the first correction value is proportional to the square of the current generated by the
二乗比例式:
Prefmes
2:Corrref=Pmes
2:Corr ・・・(1)
ここで、Prefmesは基準測定値、Corrrefは基準補正値、Pmesは補正する測定値、Corrは補正する画素出力値の第1補正値である。
Square proportional formula:
Pref mes 2 : Corr ref = P mes 2 : Corr ... (1)
Here, Pref mes is a reference measurement value, Corr ref is a reference correction value, P mes is a measurement value to be corrected, and Corr is a first correction value of a pixel output value to be corrected.
上記(1)式より、次式が導ける。
Corr=(Pmes
2/Prefmes
2)×Corrref ・・・(2)
From the above equation (1), the following equation can be derived.
Corr = (P mes 2 / Pref mes 2 ) × Corr ref ... (2)
すなわち、第1近似関数決定部33は、上記(2)式で表される近似関数を決定し、その近似関数の情報を補正データ記憶部24に送る。補正部23は、補正データ記憶部24に格納された近似関数の情報に基づいて、各画素12の画素出力値の補正値を求める。
That is, the first approximate
例えば、表3より、画素の最大画素出力値が1000となる光量設定において、画素番号1の画素出力の測定値(「基準測定値」とする)は968であり、画素の最大画素出力値が500となる光量設定において、画素番号1の画素出力の測定値(「補正する測定値」とする)は492である。画素の最大画素出力値が1000となる光量設定において、画素番号1の画素出力の第1補正値(「基準補正値」とする)は1000-968=32である。
For example, from Table 3, in the light amount setting in which the maximum pixel output value of a pixel is 1000, the measured value of the pixel output of pixel number 1 (referred to as “reference measurement value”) is 968, and the maximum pixel output value of the pixel is 968. In the light amount setting of 500, the measured value (referred to as “corrected measured value”) of the pixel output of
すなわち、
基準測定値Prefmes=968
基準補正値Corrref=32
補正する測定値Pmes=492
となり、この場合の第1補正値Corrは、(2)式より、
Corr=(4922/9682)×32=8.266648
となる(下記表2の補正値(計算値)の欄参照)。
That is,
Reference measured value Pref mes = 968
Reference correction value Corr ref = 32
Measured value to be corrected P mes = 492
In this case, the first correction value Corr is calculated from Eq. (2).
Corr = (492 2/968 2 ) x 32 = 8.266648
(Refer to the column of correction value (calculated value) in Table 2 below).
同様に、画素の最大画素出力値が250となる光量設定において、画素番号1の画素出力の測定値(「補正する測定値」とする)は248である。この場合の第1補正値Corrは、(2)式より、
Corr=(2482/9682)×32=2.100403
となる(下記表2の補正値(計算値)の欄参照)。
Similarly, in the light amount setting in which the maximum pixel output value of the pixel is 250, the measured value of the pixel output of pixel number 1 (referred to as “corrected measured value”) is 248. The first correction value Corr in this case is calculated from the equation (2).
Corr = (248 2/968 2 ) x 32 = 2.100403
(Refer to the column of correction value (calculated value) in Table 2 below).
画素番号2~256についても、上記と同様の計算を行うことにより、画素出力値の補正値を求めることができる。
For the
上述のように、第1近似関数決定部33が上記(2)式で表される近似関数を決定する構成により、例えば最小二乗法などを用いることなく、近似関数を容易に算出することができる。
As described above, the approximation function can be easily calculated without using, for example, the least squares method, by the configuration in which the first approximation
上記第1および第2の実施形態の説明では、イメージセンサ10、10Aは、フォトダイオード13が直線状に配置された1次元のラインセンサであるが、これに限定されず、1次元エリアセンサ、2次元エリアセンサであってもよい。また、本発明は、イメージセンサを使用する機器全般に適用可能であり、例えば、画像測定装置(イメージスキャナ、CCDカメラなど)、分光測定装置(分光器、スペクトロカメラなど)に適用することができる。
In the description of the first and second embodiments, the
また、被測定物4とイメージセンサ10、10Aは、両方とも固定した状態で測定してもよいし、どちらか一方を移動させつつ測定してもよい。
Further, the
以上述べたように、本発明は、入力光量や蓄積時間が変動しても画素出力値の画素ごとのばらつきを精度よく補正することができるという効果を有し、イメージ読み取り装置およびイメージ読み取り方法の全般に有用である。 As described above, the present invention has the effect of being able to accurately correct the variation of the pixel output value for each pixel even if the input light amount and the storage time fluctuate, and is used in the image reading device and the image reading method. It is useful in general.
1、1A イメージ読み取り装置
2 白色光源
3 光源
4 被測定物
5 分光部
10、10A イメージセンサ
11 フォトダイオードアレイ
12 画素
13 フォトダイオード
14 チャージアンプ
15 シフトレジスタ
16 シフトレジスタ読み出し回路
17 配線
20 測定データ取得部
21 ADC(アナログデジタル変換器)
22 切替スイッチ
23 補正部
30 補正データ取得部
31 第1測定値記憶部
32 第1補正値算出部
33 第1近似関数決定部
34 第2測定値記憶部
35 第2補正値算出部
36 補正値比算出部
37 第2近似関数決定部
38 光量特性取得部
39 蓄積時間特性取得部
40 装置制御部
41 制御部
42 光量設定部
43 蓄積時間設定部
1,
22
Claims (7)
前記各画素から得られる電気信号をアナログデジタル変換してデジタルの画素出力値を取得するアナログデジタル変換器(21)と、
前記画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを取得する補正データ取得部(30)と、
前記補正データ取得部による前記補正データの取得時に用いられる光を出力する白色光源(2)と、
前記白色光源の出力光量を調整する光量設定部(42)と、
前記補正データに基づき前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する補正部(23)と、を備え、
前記補正データ取得部は、前記各画素への入力光量の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を前記補正データとして取得する光量特性取得部(38)を備え、
前記光量特性取得部は、
前記入力光量を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第1測定値として記憶する第1測定値記憶部(31)と、
前記第1測定値記憶部に記憶された前記第1測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第1補正値を算出する第1補正値算出部(32)と、
前記第1補正値と前記画素出力値との関係を表す近似関数を決定する第1近似関数決定部(33)と、
を備え、
前記第1補正値算出部は、前記画素出力値の最大値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出する、イメージ読み取り装置。 An image sensor (10) having a plurality of pixels and
An analog-to-digital converter (21) that acquires a digital pixel output value by analog-digital conversion of an electric signal obtained from each of the pixels.
A correction data acquisition unit (30) for acquiring correction data used for correcting variations in pixel output values between pixels, and a correction data acquisition unit (30).
A white light source (2) that outputs light used when the correction data is acquired by the correction data acquisition unit, and a white light source (2).
A light amount setting unit (42) for adjusting the output light amount of the white light source, and
A correction unit (23) for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the correction data is provided.
The correction data acquisition unit includes a light amount characteristic acquisition unit (38) that acquires the light amount characteristic as the correction data, which defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the input light amount to each pixel.
The light quantity characteristic acquisition unit is
A first measured value storage unit (31) that stores the pixel output value of each pixel acquired each time the input light amount is changed as the first measured value.
The first correction value calculation unit (32) for calculating the first correction value for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the first measurement value stored in the first measurement value storage unit.
A first approximation function determination unit (33) for determining an approximation function representing the relationship between the first correction value and the pixel output value, and
Equipped with
The first correction value calculation unit is an image reading device that calculates the difference between the maximum value of the pixel output value and the pixel output value of each pixel as the first correction value.
前記第1補正値算出部は、前記フォトダイオードと前記チャージアンプとの間の配線長が最短の配線長を有する画素群の前記画素出力値について近似関数を決定し、前記各画素に対応して前記近似関数により得られる最大画素出力値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出する、請求項1に記載のイメージ読み取り装置。 Each pixel has a photodiode that converts light into an electric charge and a charge amplifier that stores the converted electric charge.
The first correction value calculation unit determines an approximate function for the pixel output value of the pixel group having the shortest wiring length between the photodiode and the charge amplifier, and corresponds to each pixel. The image reading device according to claim 1, wherein the difference between the maximum pixel output value obtained by the approximation function and the pixel output value of each pixel is calculated as the first correction value.
Corr=(Pmes2/Prefmes2)×Corrref
で表され、ここで、Prefmesは基準画素出力値、Corrrefは基準補正値、Pmesは補正する画素出力値、Corrは補正する画素出力値の前記第1補正値である、請求項1または請求項2に記載のイメージ読み取り装置。 The approximate function determined by the first approximate function determination unit is
Corr = (Pmes2 / Prefmes2) × Corrref
Here, Prefmes is a reference pixel output value, Corrref is a reference correction value, Pmes is a pixel output value to be corrected, and Corr is the first correction value of the pixel output value to be corrected, claim 1 or claim. 2. The image reading device according to 2.
前記各画素での電荷の蓄積時間の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を前記補正データとして取得する蓄積時間特性取得部(39)
をさらに備える、請求項1-3のいずれか1項に記載のイメージ読み取り装置。 The correction data acquisition unit
Accumulation time characteristic acquisition unit (39) that acquires the accumulation time characteristic that defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the charge accumulation time in each pixel as the correction data.
The image reading device according to any one of claims 1-3, further comprising.
前記蓄積時間特性取得部は、
前記蓄積時間を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第2測定値として記憶する第2測定値記憶部(34)と、
前記第2測定値記憶部に記憶された前記第2測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第2補正値を算出する第2補正値算出部(35)と、
特定の前記蓄積時間で得られた前記第2補正値に対する、前記各蓄積時間で得られた前記第2補正値の比を算出する補正値比算出部(36)と、
前記第2補正値の前記比と前記蓄積時間との関係を表す近似関数を決定する第2近似関数決定部(37)を備える、請求項4に記載のイメージ読み取り装置。 A storage time setting unit (43) for setting the charge storage time in each pixel is further provided.
The accumulation time characteristic acquisition unit is
A second measured value storage unit (34) that stores the pixel output value of each pixel acquired each time the accumulation time is changed as a second measured value.
A second correction value calculation unit (35) that calculates a second correction value for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the second measurement value stored in the second measurement value storage unit.
A correction value ratio calculation unit (36) that calculates the ratio of the second correction value obtained at each storage time to the second correction value obtained at the specific storage time.
The image reading device according to claim 4, further comprising a second approximate function determination unit (37) for determining an approximate function representing the relationship between the ratio of the second correction value and the accumulation time.
前記各画素から得られる電気信号をアナログデジタル変換器(21)によりアナログデジタル変換してデジタルの画素出力値を取得するアナログデジタル変換ステップと、
前記画素出力値の画素間ばらつきを補正する際に用いる補正データを取得する補正データ取得ステップと、
前記補正データ取得ステップによる前記補正データの取得時に用いられる光を白色光源より出力する光出力ステップと、
前記白色光源の出力光量を調整する光量設定ステップと、
前記補正データに基づき前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する補正ステップと、を含み、
前記補正データ取得ステップは、
前記各画素への入力光量の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する光量特性を前記補正データとして取得する光量特性取得ステップと、
前記各画素での電荷の蓄積時間の変化による前記画素出力値の前記画素間ばらつきの変化を規定する蓄積時間特性を前記補正データとして取得する蓄積時間特性取得ステップと、
を含み、
前記光量特性取得ステップは、
前記入力光量を変化させるごとに取得された前記各画素の前記画素出力値を第1測定値として記憶する第1測定値記憶ステップと、
前記第1測定値記憶ステップで記憶した前記第1測定値を基に前記画素出力値の前記画素間ばらつきを補正する第1補正値を算出する第1補正値算出ステップと、
前記第1補正値と前記画素出力値との関係を表す近似関数を決定する第1近似関数決定ステップと、
を含み、
前記第1補正値算出ステップは、前記画素出力値の最大値と前記各画素の前記画素出力値との差を前記第1補正値として算出する、イメージ読み取り方法。 An image reading method for reading image data from an image sensor (10) having a plurality of pixels.
An analog-to-digital conversion step of acquiring a digital pixel output value by analog-digital conversion of an electric signal obtained from each of the pixels by an analog-to-digital converter (21).
The correction data acquisition step of acquiring the correction data used when correcting the inter-pixel variation of the pixel output value, and the correction data acquisition step.
An optical output step that outputs light used when acquiring the correction data by the correction data acquisition step from a white light source, and
The light amount setting step for adjusting the output light amount of the white light source, and
A correction step for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the correction data is included.
The correction data acquisition step is
A light quantity characteristic acquisition step of acquiring the light quantity characteristic that defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the input light quantity to each pixel as the correction data.
The accumulation time characteristic acquisition step of acquiring the accumulation time characteristic as the correction data, which defines the change in the variation between the pixels of the pixel output value due to the change in the charge accumulation time in each pixel, and the step of acquiring the accumulation time characteristic.
Including
The light quantity characteristic acquisition step is
A first measured value storage step of storing the pixel output value of each pixel acquired each time the input light amount is changed as a first measured value, and
The first correction value calculation step for calculating the first correction value for correcting the inter-pixel variation of the pixel output value based on the first measurement value stored in the first measurement value storage step .
A first approximation function determination step for determining an approximation function representing the relationship between the first correction value and the pixel output value, and
Including
The first correction value calculation step is an image reading method in which the difference between the maximum value of the pixel output value and the pixel output value of each pixel is calculated as the first correction value.
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