JPH05176233A - 画像入力方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、主としてＣＣＤなどの固体撮像素子
を用いた画像入力方法及び装置に関し、画像の濃淡差が
大きい場合であっても、撮像素子の出力信号が飽和しな
いようまたＳＮ比が低下しないよう、広いダイナミック
レンジを得ることを目的とする。 【構成】画素毎に入射する光の強度及び時間に応じて蓄
積された電荷量に基づいて電気信号を出力する撮像素子
を用い、この撮像素子により画像を読み取って画像情報
を入力するための画像入力方法であって、前記撮像素子
によって、同一の画像に対し、蓄積時間を異ならせて複
数回の読み取りを行い、読み取られた複数の画像情報の
うち、より長い蓄積時間で読み取った画像情報を画像の
より暗い部分に、より短い蓄積時間で読み取った画像情
報を画像のより明るい部分に、それぞれ対応するように
画像情報を合成して入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてＣＣＤなどの
固体撮像素子を用いた画像入力方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においては、原稿の画像を読み取っ
て電気信号（出力信号）に変換するために、ＣＣＤなど
の固体撮像素子が多く用いられている。

【０００３】図７はＣＣＤの入射光強度と出力信号レベ
ルとの関係を示す図である。ＣＣＤの出力信号レベル
は、蓄積時間が一定である場合には入射光強度にほぼ比
例するが、その上方と下方に限界がある。

【０００４】つまり、ＣＣＤにより画像の読み取りを行
うに当たって、入射光の強度が過大である場合（明る過
ぎる場合）には、その出力信号が飽和し、過少である場
合（暗すぎる場合）には、ＣＣＤの暗電流の存在によっ
てＳＮ比が低下し又は出力信号が保証されない。そのた
め、入射光の強度として、それらの中間である直線特性
を有する部分（入射光強度の許容範囲）ＩＬ〜ＩＨが用
いられる。

【０００５】したがって、例えば原稿画像の入力に当た
っては、原稿画像の平均濃度を検出し、それに応じて照
明光源の輝度（光量）を制御して入射光の平均強度がＣ
ＣＤの直線特性の中央付近となるようにし、これによっ
てＳＮ比を改善する方法がよく用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような方
法を用いた場合でも、原稿画像の濃淡差（コントラス
ト）が大きな場合には、許容範囲をはみ出してしまい、
その結果、淡い部分（明るい部分）の画像が不明瞭にな
り、濃い部分（暗い部分）のＳＮ比が低下するという問
題がある。

【０００７】また、光源の劣化などにより輝度（光量）
が低下した場合においても、許容範囲をはみ出してしま
い、同様な問題を生じることがある。このような問題に
対して、特開昭６０ー１８０２７９号に記載の装置で
は、光源の輝度レベルを検出し、その検出値に基づい
て、原稿画像の１ライン毎に蓄積時間を変化させるよう
にしている。蓄積時間を変えることによって、光源の輝
度に対する許容範囲を変えることができるので、輝度が
低下した場合においても明瞭な画像を得ることが可能に
なる。

【０００８】しかし、この方法では、１ライン内におけ
る画像の濃淡差が大きい場合には、やはり許容範囲をは
み出して同様な問題が生じてしまう。本発明は、上述の
問題に鑑み、画像の濃淡差が大きい場合であっても、撮
像素子の出力信号が飽和しないようまたＳＮ比が低下し
ないよう、広いダイナミックレンジを得ることを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る方
法は、上述の課題を解決するため、画素毎に入射する光
の強度及び時間に応じて蓄積された電荷量に基づいて電
気信号を出力する撮像素子を用い、この撮像素子により
画像を読み取って画像情報を入力するための画像入力方
法であって、前記撮像素子によって、同一の画像に対
し、蓄積時間を異ならせて複数回の読み取りを行い、読
み取られた複数の画像情報のうち、より長い蓄積時間で
読み取った画像情報を画像のより暗い部分に、より短い
蓄積時間で読み取った画像情報を画像のより明るい部分
に、それぞれ対応するように画像情報を合成して入力す
る。

【００１０】請求項２の発明に係る装置は、画素毎に入
射する光の強度及び時間に応じて蓄積された電荷量に基
づいて電気信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子に
おける蓄積時間を可変設定するための蓄積時間設定手段
と、前記撮像素子によって読み取られた画像情報の少な
くとも一部を記憶するためのメモリと、入射する光の特
定の強度を基準として前記画像情報を選択するための選
択信号を出力する選択信号出力手段と、前記選択信号に
基づいて、前記撮像素子により互いに異なる蓄積時間で
読み取られた複数の画像情報を画素毎に選択して出力す
る選択手段と、蓄積時間の相違によるレベルの相違を解
消するよう前記画像情報に対する補正を行う補正手段と
を有して構成される。

【００１１】

【作用】本発明に係る入力方法の原理を、標準の蓄積時
間と標準の２倍の蓄積時間とにより２回の読み取りを行
って合成する場合について、本発明の原理を示す図１を
参照して説明する。

【００１２】図１において、横軸は入射光強度（原稿画
像の明るさ）を、縦軸はＣＣＤ１１の出力信号の大きさ
をそれぞれ表している。曲線ＣＬ１は標準の蓄積時間ｔ
ａとしたとき、曲線ＣＬ２は標準の２倍の蓄積時間２ｔ
ａとしたときをそれぞれ表している。

【００１３】曲線ＣＬ１では入射光強度がＩＬ１〜ＩＨ
１の範囲で直線特性を有し、そのときの出力信号レベル
はＶＬ〜ＶＨとなる。また、曲線ＣＬ２では入射光強度
がＩＬ２〜ＩＨ２の範囲で直線特性を有し、そのときの
出力信号レベルはＶＬ〜ＶＨとなる。

【００１４】図１で明らかなように、ＩＬ２＜ＩＬ１、
ＩＨ２＜ＩＨ１である。つまり、入射光強度が高い部分
（ＩＨ２〜ＩＨ１の部分）は曲線ＣＬ１を用い、入射光
強度が低い部分（ＩＬ２〜ＩＨ２の部分）は曲線ＣＬ２
を用いることによって、入射光強度のダイナミックレン
ジが広がる。

【００１５】したがって、ＩＨ２〜ＩＨ１の部分につい
ては、標準の蓄積時間ｔａによって読み取るとともに、
その出力信号が基準電圧Ｖｒｅｆを越えるものについて
のみ２倍して用い、ＩＬ２〜ＩＨ２の部分については、
標準の２倍の蓄積時間２ｔａによって読み取り、これら
を合成することによって、入射光強度がＩＬ２〜ＩＨ１
に対して出力信号レベルがＶＬ〜２・ＶＨとなる広い範
囲にわたって直線性を有する特性の曲線ＣＬＳ１を得る
ことができる。

【００１６】なお、合成に当たり、標準の蓄積時間ｔａ
によって読み取った部分を２倍したが、標準の蓄積時間
ｔａによって読み取った部分をそのままにし、標準の２
倍の蓄積時間２ｔａによって読み取った部分を２分の１
倍してもよい。

【００１７】また、標準の蓄積時間ｔａ、標準の２倍の
蓄積時間２ｔａ、及び標準の４倍の蓄積時間４ｔａによ
って３回の読み取りを行って合成する場合が図２に示さ
れている。

【００１８】すなわち、ＩＨ２〜ＩＨ１の部分について
は、標準の蓄積時間ｔａにより読み取って４倍して用
い、ＩＨ３〜ＩＨ２の部分については、標準の２倍の蓄
積時間２ｔａにより読み取って２倍して用い、ＩＬ３〜
ＩＨ３の部分については、標準の４倍の蓄積時間により
読み取ったものを用い、これらを合成することによっ
て、入射光強度がＩＬ３〜ＩＨ１に対して出力信号レベ
ルがＶＬ〜４・ＶＨとなるさらに広い範囲にわたって直
線性を有する特性の曲線ＣＬＳ２を得ることができる。

【００１９】

【実施例】図３は本発明に係る画像入力装置１の回路を
示すブロック図、図４はセレクタ１５の接続状態を示す
図、図５は画像入力装置１の各部の信号の状態を示すタ
イミングチャートである。

【００２０】画像入力装置１は、ＣＣＤ１１、ＡＤ変換
器１２、ＦＩＦＯメモリ１３、比較器１４、セレクタ１
５、クロック発振器１６、及びタイミング信号発生器１
７から構成されている。

【００２１】ＣＣＤ１１は、画素毎に入射する光の強度
及び時間に応じて蓄積された電荷量に基づいて、アナロ
グ信号である出力信号ＡＤ１を出力する。つまり、出力
信号ＡＤ１は、原稿の画像を読み取ったときに、それぞ
れの画素に対応する部分の明るさ及び蓄積時間ｔａに応
じた大きさの電圧値を有する信号である。出力信号ＡＤ
１は、タイミング信号発生器１７から出力されるクロッ
ク信号ＣＬＫに同期して画素毎に出力される。

【００２２】ＣＣＤ１１の蓄積時間ｔａは、タイミング
信号発生器１７から出力されるタイミング信号Ｓ１の間
隔によって決まる。なお、原稿画像の各ラインについて
２回の読み取りを行い、１回目は標準の２倍の蓄積時間
２ｔａにより読み取り、２回目は標準の蓄積時間ｔａに
より読み取る。

【００２３】ＡＤ変換器１２は、ＣＣＤ１１からの出力
信号ＡＤ１を量子化してデジタル信号である画像データ
ＤＤ１に変換する。ＦＩＦＯメモリ１３は、タイミング
信号発生器１７から出力されるクロック信号Ｓ２に同期
して、１ライン分の画像データＤＤ１を記憶するもので
あり、各ラインについて１回目に読み取った画像データ
ＤＤ１を順次書き込み、同じラインの２回目の読み取り
のときには、先に書き込んだ画像データＤＤ１を順次読
み出して画像データＤＤ２として出力する。

【００２４】比較器１４は、本発明における選択信号出
力手段であり、ＡＤ変換器１２の出力する画像データＤ
Ｄ１を、画素毎に基準データＤｒｅｆと比較し、基準デ
ータＤｒｅｆよりも画像データＤＤ１の方が大きい場合
に選択信号Ｓ４を出力する。

【００２５】基準データＤｒｅｆは、ＣＣＤ１１に入射
する光の特定の強度に対応する画像データＤＤ１の値で
あり、本実施例では、標準の２倍の蓄積時間２ｔａで読
み取る場合における入射光強度の上限ＩＨ２に対応する
基準電圧Ｖｒｅｆのデジタル値である。

【００２６】セレクタ１５は、本発明における選択手段
であり、ＡＤ変換器１２の出力する画像データＤＤ１と
ＦＩＦＯメモリ１３から読み出された画像データＤＤ２
とのうちのいずれか一方のデータを、選択信号Ｓ４に基
づいて画素毎に選択して画像データＤＤ３として出力す
る。

【００２７】つまり、選択信号Ｓ４がオンのときには画
像データＤＤ１を、オフのときには画像データＤＤ２
を、それぞれ選択して出力する。このとき、セレクタ１
５は、画像データＤＤ１を選択した場合には、画像デー
タＤＤ１の値を２倍にして出力する。つまり、図４に示
すように、ＡＤ変換器１２からの画像データＤＤ１の各
ビットは、セレクタ１５の入力ビットＢ１〜Ｂｎに接続
されており、最下位の入力ビットＢ０は常に「０」とな
るようにハード的に接続されているので、画像データＤ
Ｄ１を２倍した値が画像データＤＤ３となって出力され
る。したがって、セレクタ１５は、本発明における補正
手段でもある。

【００２８】これによって、標準の蓄積時間ｔａにより
読み取られた画像データＤＤ１と、標準の２倍の蓄積時
間２ｔａにより読み取られた画像データＤＤ２とのレベ
ル合わせ（補正）が行われる。

【００２９】クロック発振器１６は、全体のタイミング
を制御するための元となるクロック信号を発生し、タイ
ミング信号発生器１７は、そのクロック信号に基づい
て、上述したようなタイミング信号Ｓ１，Ｓ２、選択信
号Ｓ４、及び、画像データＤＤ３を外部機器で取り込む
際の同期用のクロック信号Ｓ３を作成して出力する。タ
イミング信号発生器１７は、本発明における蓄積時間設
定手段である。

【００３０】したがって、画像入力装置１によると、図
１の入射光強度ＩＨ２を境界として、それより小さい部
分は曲線ＣＬ２が、それより大きい部分は曲線ＣＬ１が
用いられることとなり、曲線ＣＬ１が用いられたときの
出力信号ＡＤ１は２倍され、結局、曲線ＣＬＳ１が用い
られたこととなる。

【００３１】これによって、画像の濃淡差が大きく入射
光強度の幅が広い場合であっても、画像データとして用
いられるＣＣＤ１１の出力信号ＡＤ１が飽和しないよ
う、またＳＮ比が低下しないよう、広いダイナミックレ
ンジを得ることができる。

【００３２】図６は本発明に係る他の実施例の画像入力
装置１ａの回路を示すブロック図である。図６におい
て、図３の画像入力装置１と同一の機能を有する部分に
は同一の符号を付して説明を省略し又は簡略化する。

【００３３】画像入力装置１ａは、ＣＣＤ１１、ＡＤ変
換器１２、リミッタ２１、ＦＩＦＯメモリ２２、ＦＩＦ
Ｏメモリ２３、比較器２４、スイッチ２５、セレクタ２
６、乗算器２７、クロック発振器１６、及びタイミング
信号発生器１７から構成されている。

【００３４】リミッタ２１は、出力信号レベルの上限Ｖ
Ｈを越える画像データＤＤ１の値を「０」とする。但
し、タイミング信号発生器１７から蓄積時間ｔａが標準
であることを示す信号Ｓ５が入力されたときは、画像デ
ータＤＤ１をそのままスルーで通過させる。

【００３５】ＦＩＦＯメモリ２２は、１ライン分の画像
データＤＤ７を記憶するものであり、ＦＩＦＯメモリ２
３は、ＦＩＦＯメモリ２２に記憶される画像データＤＤ
７について、蓄積時間に応じた補正用の倍率ＳＤ７を記
憶するものである。

【００３６】比較器２４は、リミッタ２１の出力する画
像データＤＤ５と、ＦＩＦＯメモリ２２から読み出され
た画像データＤＤ６とを比較し、画像データＤＤ５の方
が大きい場合（有効桁数が大きい場合）に選択信号Ｓ４
を出力する。

【００３７】スイッチ２５は、通常は、入力される選択
信号Ｓ４をそのまま選択信号Ｓ６として出力するが、上
述の信号Ｓ５が入力された場合には、選択信号Ｓ４の状
態に関係なくオン状態の選択信号Ｓ６を出力する。

【００３８】セレクタ２６は、リミッタ２１からの画像
データＤＤ５とＦＩＦＯメモリ２２から読み出された画
像データＤＤ６とのうちのいずれか一方のデータを、選
択信号Ｓ６に基づいて画素毎に選択して画像データＤＤ
７として出力する。つまり、選択信号Ｓ６がオンのとき
には画像データＤＤ５を、オフのときには画像データＤ
Ｄ６を、それぞれ選択して出力する。その結果、画像デ
ータＤＤ５と画像データＤＤ６とのうちの大きい方が画
像データＤＤ７として出力される。

【００３９】また、これと付随して、タイミング信号発
生器１７から出力される補正用の倍率ＳＤ５又はＦＩＦ
Ｏメモリ２３から読み出される補正用の倍率ＳＤ６のい
ずれかがセレクタ２６により選択され、倍率ＳＤ７とし
て出力される。

【００４０】乗算器２７は、セレクタ２６から出力され
る画像データＤＤ７に補正用の倍率ＳＤ７を乗じたもの
を画像データＤＤ８として出力する。次に、図２及び図
６を参照して画像入力装置１ａの動作を説明する。

【００４１】１回目の原稿画像の１ライン分の読み取り
は、標準の４倍の蓄積時間４ｔａによって行われる。Ｃ
ＣＤ１１からの出力信号ＡＤ１はＡＤ変換器１２により
デジタル信号に変換された後、リミッタ２１及びセレク
タ２６を経て、画像データＤＤ６としてＦＩＦＯメモリ
２２に記憶される。このとき、ＦＩＦＯメモリ２３に
は、タイミング信号発生器１７からの倍率「１」が全部
の画素について記憶される。

【００４２】２回目の原稿画像の読み取りは、標準の２
倍の蓄積時間２ｔａによって行われる。リミッタ２１か
らの画像データＤＤ５は、比較器１４によって、ＦＩＦ
Ｏメモリ２２から読み出された画像データＤＤ６と比較
され、大きい方の画像データが画像データＤＤ６として
出力され、それがＦＩＦＯメモリ２２に記憶される。こ
れにより、図２の入射光強度ＩＨ３を境界として、それ
より小さい部分は曲線ＣＬ３が、それより大きい部分は
曲線ＣＬ２が用いられることとなる。また、ＦＩＦＯメ
モリ２３には、ＦＩＦＯメモリ２２に記憶された画像デ
ータＤＤ６に対応する倍率ＳＤ６が記憶される。なお、
このときのタイミング信号発生器１７からの倍率ＳＤ５
は「２」である。

【００４３】３回目の原稿画像の読み取りは、標準の蓄
積時間ｔａによって行われる。２回目と同様に、リミッ
タ２１からの画像データＤＤ５とＦＩＦＯメモリ２２か
ら読み出された画像データＤＤ６のうちの大きい方の画
像データがセレクタ２６から出力される。これにより、
図２の入射光強度ＩＨ２を境界として、それより大きい
部分は曲線ＣＬ１が用いられることとなる。なお、この
ときのタイミング信号発生器１７からの倍率ＳＤ５は
「４」である。

【００４４】セレクタ２６から出力された画像データＤ
Ｄ６は、乗算器２７によってそれぞれの画素毎に所定の
倍率に乗算され、画像データＤＤ８としてクロック信号
Ｓ３とともに出力される。

【００４５】上述の実施例によると、画像の濃淡差が大
きいためＣＣＤ１１への入射光強度が広い範囲にわたる
場合であっても、それに対応した広いダイナミックレン
ジを得ることができ、画像データとして用いられるＣＣ
Ｄ１１の出力信号が飽和することなく、また、暗い部分
のＳＮ比の低下を防止して高い分解能を得ることができ
る。したがって、例えばカラー画像を読み取った場合に
は、その色再現性を高めることができる。

【００４６】上述の実施例においては、明るい部分の画
像データを２倍又は４倍しており、このようにすると、
暗い部分の有効桁数が多くなるのに対して明るい部分の
有効桁数は多くならないが、明るい部分の分解能は低く
ても実用上の問題は生じない。

【００４７】上述の実施例において、画像入力装置１，
１ａの構成は上述した以外の種々のものとすることがで
きる。ＣＣＤ１１として１次元又は２次元に配列された
ものに適用することができ、またＣＣＤ以外の撮像素子
にも適用することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明によると、画像の濃淡差が大きい
場合であっても、撮像素子の出力信号が飽和しないよ
う、またＳＮ比が低下しないよう、広いダイナミックレ
ンジを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】本発明の原理を示す図である。

【図３】本発明に係る画像入力装置の回路を示すブロッ
ク図である。

【図４】セレクタの接続状態を示す図である。

【図５】画像入力装置の各部の信号の状態を示すタイミ
ングチャートである。

【図６】本発明に係る他の実施例の画像入力装置の回路
を示すブロック図である。

【図７】ＣＣＤの入射光強度と出力信号レベルとの関係
を示す図である。

【符号の説明】

１ 画像入力装置 １１ ＣＣＤ（撮像素子） １３，２２ ＦＩＦＯメモリ（メモリ） １４，２４ 比較器（選択信号出力手段） １５ セレクタ（選択手段、補正手段） １７ タイミング信号発生器（蓄積時間設定手段） ２６ セレクタ（選択手段） ２７ 乗算器（補正手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素毎に入射する光の強度及び時間に応じ
   て蓄積された電荷量に基づいて電気信号を出力する撮像
   素子を用い、この撮像素子により画像を読み取って画像
   情報を入力するための画像入力方法であって、 前記撮像素子によって、同一の画像に対し、蓄積時間を
   異ならせて複数回の読み取りを行い、 読み取られた複数の画像情報のうち、より長い蓄積時間
   で読み取った画像情報を画像のより暗い部分に、より短
   い蓄積時間で読み取った画像情報を画像のより明るい部
   分に、それぞれ対応するように画像情報を合成して入力
   することを特徴とする画像入力方法。
2. 【請求項２】画素毎に入射する光の強度及び時間に応じ
   て蓄積された電荷量に基づいて電気信号を出力する撮像
   素子と、 前記撮像素子における蓄積時間を可変設定するための蓄
   積時間設定手段と、 前記撮像素子によって読み取られた画像情報の少なくと
   も一部を記憶するためのメモリと、 入射する光の特定の強度を基準として前記画像情報を選
   択するための選択信号を出力する選択信号出力手段と、 前記選択信号に基づいて、前記撮像素子により互いに異
   なる蓄積時間で読み取られた複数の画像情報を画素毎に
   選択して出力する選択手段と、 蓄積時間の相違によるレベルの相違を解消するよう前記
   画像情報に対する補正を行う補正手段とを有してなるこ
   とを特徴とする画像入力装置。