JPH06326835A

JPH06326835A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPH06326835A
Application number: JP5111276A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Sawada; 正俊澤田; Ryoichi Kawakami; 領一川上; Akiharu Hiuga; 昭陽日向; Mitsuhide Sato; 光英佐藤; Ikuo Harada; 育生原田
Original assignee: Hitachi Computer Peripherals Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】高精細画像を高速に入力でき、かつ安価なス
タンド式画像入力法を実現する画像入力技術を提供す
る。【構成】エンコーダ７付きのモータ６によって駆動さ
れるミラー２およびズームレンズ４を含み、被写体１の
画像を取り込む光学系３と、ミラー２の回動動作によっ
て被写体１の画像が走査される積分型センサ５と、ミラ
ー２による走査と積分型センサ５の動作とを同期させる
制御部９と、信号処理部１０と、被写体１を照明する光
源８からなる。ミラー２により取り込まれた被写体１の
画像は、ズームレンズ４により積分型センサ５上に結像
され、積分型センサ５の動作に同期してミラー２を回転
させ、被写体１の画像を積分型センサ５に走査投影する
ことにより、静止している原稿などの被写体１の画像を
積分型センサ５で高感度で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像入力技術に関し、
特に、図形、文字等が記録された文書および立体物の２
次元画像の入力に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、書籍または立体物体のイメージ
を入力する画像入力装置の構成は、支柱等の支持手段に
よって、被写体の上方に、ＣＣＤカメラ等の画像入力部
を固定し、その画像を上方から下方に向けて入力する方
法（以下、スタンド式画像入力法と記す）が広く用いら
れている。

【０００３】スタンド式画像入力法の特長は、通常のコ
ピー機等（フラットベッドスキャン方式）とは異なり、
撮像面を上向きにしたままで入力走査が可能であるた
め、たとえば、書籍等の複数のページについての読取り
を行う場合であっても、１ページ読み取る毎に持ち上げ
てページを繰る必要がなく、容易に、かつ効率的に作業
を行うことができることである。また、平面画像に限ら
ず、立体物の読取りも容易に行うことができる。

【０００４】この方法による画像入力部の読取り素子に
は、２次元ＣＣＤセンサ（以下、エリアセンサと記す）
または、１次元ＣＣＤセンサ（以下、ラインセンサと記
す）が一般的に用いられている。次にその例について説
明する。

【０００５】図６は第１の従来例で、読取り素子にエリ
アセンサを用いた場合のスタンド式画像入力法の画像入
力部の説明図である。この方法は、被写体４１の画像を
レンズ２６によりエリアセンサ２７上に結像し被写体画
像を入力する。信号処理部４０は画像信号の処理を行
い、制御部４９は各部の制御を行うものであり、光源４
８は被写体４１を照明するものである。高精細画像を得
るには、エリアセンサ２７の解像度を十分高くすれば良
い。

【０００６】図７は第２の従来例（特開平４−１０８５
７号公報）で、エリアセンサに十分な解像度が得られな
い場合の画像入力部の説明図である。この方法では、エ
リアセンサ２７は、Ｍ×Ｎ個（例えば図中において２×
２）が配置されて構成される。エリアセンサ２７は、各
々独立したレンズ２６を介して結像した所定の領域の被
写体画像の入力をする。各々のエリアセンサ２７が入力
する画像は全被写体画像の一部であるが、各々のエリア
センサが入力した画像を画像メモリ２９に記憶し、画像
処理部２８において画像を接続することにより全被写体
像を１枚の画面として合成する。制御部４９は各部の制
御を行うものであり、光源４８は被写体４１を照明する
ものである。

【０００７】図８は第３の従来例で、読取り素子にライ
ンセンサを用いた場合の画像入力部の説明図である。こ
の方法では被写体４１の画像を走査するミラー４２を設
け、レンズ２６によりラインセンサ３０上に被写体画像
を結像させ画像を入力する。ミラー４２を回転しなが
ら、画像倍率が変化しないよう光路長を一定に保つよう
に光路長調整用ミラー４３の位置を移動することによ
り、全被写体像の画像を入力することが可能である。信
号処理部４０は画像信号の処理を行い、制御部４９は各
部の制御を行うものであり、光源４８は被写体４１を照
明するものである。

【０００８】ここで、スタンド式画像入力法とは別に、
第４の従来例として時間遅延積分型ＣＣＤセンサ（以
下、積分型センサと記す）による画像入力について説明
する。従来、積分型センサは、高速移動物体の画像読取
り用に使用されていた。図９は、高速移動物体を積分型
センサにより読み取る場合の画像入力部の構成を示す説
明図である。読取り範囲内の画像を、レンズ２６により
積分型センサ４５上に結像させる。読取り範囲内を被写
体４１が通過すると、その画像を積分型センサ４５で読
み取り、モニタ３１に表示する。

【０００９】次に積分型センサの動作原理について説明
する。図１０（ａ）〜（ｃ）は積分型センサの動作原理
の説明図であり、積分型センサの受光面と、積分型セン
サ受光面上に結像した画像を示す。積分型センサ受光面
３２は、ラインセンサを副走査方向に複数段接続したも
のと等価的に構成され、同図では３段の感光部を有する
場合を示す。この３段の感光部は、ＣＣＤシフトレジス
タにより、蓄積された信号電荷３５を副走査方向へ移動
する構造を有する。各々の段内の信号電荷３５（画像デ
ータ）は並列的に移動するため、画像データは変化しな
い。また、信号電荷３５の移動タイミングは積分型セン
サのドライブクロックパルスのタイミングを制御するこ
とにより行う。結像画像３３は図９のレンズ２６により
積分型センサ受光面３２上に結像した画像で、積分型セ
ンサ受光面３２により読み取られる。

【００１０】図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように結像画
像３３内を、被写体画像３４が積分型センサ受光面３２
の副走査方向と平行に移動する場合、図１０（ａ）の積
分型センサ受光面３２に蓄積された信号電荷３５を副走
査方向に、被写体画像３４の移動速度と同じ速度で移動
すると、図１０（ｂ）のようになる。この時、積分型セ
ンサ受光面３２の２段目の感光部には、移動前と同じ被
写体画像３４が結像するため、２段目で生成された信号
電荷が、１段目からの信号電荷３５に加算される。この
動作が感光部の段数だけ繰り返されるため、図１０
（ｃ）において、積分型センサ受光面３２の３段目の感
光部に蓄積される信号電荷３５は、３段の感光部で蓄積
された電荷の和となる。感光部の段数をｎとすると、１
段で蓄積された信号電荷をｎ回積分することになる。積
分された信号電荷３５は電圧に変換され、出力される。

【００１１】以上のように積分型センサは高感度な画像
読取りが可能であり、一定速度で移動する物体の画像読
取りは容易に実現できる。しかし、被写体を移動する機
構が必要なため装置が大型化、複雑化することから、生
産ラインにおける移動物体の画像読取り等に用途が限定
されていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述した第１〜３の従
来例では、各例において次のような問題点があった。

【００１３】第１の従来例である、図６の読取り素子に
１台のエリアセンサを用いる方法においては、高精細画
像を得るにはエリアセンサ２７に十分な解像度が必要で
ある。例えば、Ａ４サイズの原稿を被写体とし、２００
ＤＰＩ（Dot Per Inch）の解像度で画像を入力する場
合、エリアセンサ２７の画素数は、約４００万画素必要
となる。通常のビデオカメラ等に使用されるエリアセン
サの画素数は４０万画素程度であり、通常のＴＶ受像機
で再生するには十分な画素数であるが十分な解像度は得
られない。一般に４００万画素以上の画素数を有するエ
リアセンサは、半導体製造技術上の問題および民生用ニ
ーズが低いなどの理由から、４０万画素程度のエリアセ
ンサに比べ、価格は３桁以上も高くなっている。

【００１４】第２の従来例である、図７の複数のエリア
センサを用いる方法においては、各々のエリアセンサか
ら出力された画像を、正確に連続性を保って合成するた
めの手段が必要になる。この画像合成手段のため、装置
が複雑化し価格が高くなる。また画像合成のための処理
時間は、画像入力時間の高速化を図る際の問題点となっ
ていた。

【００１５】第３の従来例である、図８のラインセンサ
を用いる方法においても次のような問題点があった。す
なわち、前記図６および図７に例示したエリアセンサ
は、読取り範囲の２次元画像を感光部で信号電荷に変換
し、入力した全ての２次元画像データを１度に連続して
出力する。しかし、画像データの出力と、感光部におけ
る信号電荷の蓄積は同時に行えるため、一般に画素数の
多いエリアセンサは、画像データ出力時間内に十分な信
号電荷の蓄積が行える。

【００１６】それに対し、図８のようなラインセンサに
よる読取りは図１１に示すように、読取り範囲３６を１
ライン単位に主走査方向へ行い、１ライン分の画像デー
タを出力したら、副走査方向に移動し、次のラインを読
み取る。ラインセンサの場合、１ライン分の１次元画像
データを出力する時間は、画像データ数が少ないことか
ら、エリアセンサより短くなり、信号電荷を蓄積する時
間も短くなる。十分な信号電荷を蓄積するには、信号電
荷を蓄積する時間の不足分を補うため、信号電荷の蓄積
動作のみを行う時間が必要になる。この時間のため、ラ
インセンサによる読取り時間は、エリアセンサに比べ長
くなる。

【００１７】また、信号電荷を蓄積する時間を短縮する
ために、被写体に光を当てる光源の光量を増加する手段
もあるが、多大な光量が必要であり、光源の光が作業者
の目に入るスタンド式画像入力法では、実用的ではな
い。

【００１８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、高精細画像を高速に入力でき、かつ安価なスタ
ンド式画像入力法を実現することが可能な画像入力技術
を提供することを目的とする。

【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００２１】すなわち、本発明の画像入力装置は、撮像
面を上向きして被写体が載置される原稿台と、被写体を
照明する光源と、原稿台の上方に配置され、被写体の画
像を読み取る画像入力部とからなり、画像入力部は、時
間遅延積分型ＣＣＤセンサと、時間遅延積分型ＣＣＤセ
ンサの動作に同期して当該時間遅延積分型ＣＣＤセンサ
に被写体の画像を走査投影する光学系とからなるもので
ある。

【００２２】

【作用】上記した本発明の画像入力装置によれば、画像
入力部は、時間遅延積分型ＣＣＤセンサと、時間遅延積
分型ＣＣＤセンサの動作に同期して当該時間遅延積分型
ＣＣＤセンサに被写体の画像を走査投影する光学系とで
構成されているので、たとえば必要以上に高密度の画素
数を有する高価な撮像素子を用いることなく、低照度の
照明下で高感度の画像入力が可能となり、画像入力時間
の高速化、および解像度の高精細化を達成することがで
きる。また、多数の画素数を有する高価なエリアセンサ
等を使用する必要がないので、装置の製造原価を安価に
することができる。

【００２３】この結果、たとえば、安価で高精細画像を
高速に入力できるスタンド式画像入力法を実現すること
が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００２５】図１は本発明の一実施例である画像入力装
置の構成の一例を示す概念図であり、図２は、その外観
斜視図である。また、図３および図４は、その作用の一
例を示す概念図であり、図５は、その作用の一例を示す
線図である。

【００２６】本実施例の画像入力装置１４は、被写体１
を置く原稿台１５と、原稿台１５の上方に配置され、被
写体１の画像を入力する画像入力部１６と、原稿台１５
上の被写体１を照明する光源８からなる照明部１７とを
備えており、原稿台１５の上に載せる被写体１の位置を
目視により確認しながら画像を入力することで、不定形
サイズの原稿や、書籍等の被写体の画像を容易に効率良
く入力することが可能となっている。

【００２７】また、画像入力部１６には、例えば図３に
例示される格子パターン１８を原稿上に投影する投影機
（図示せず）が設けられており、画像入力部１６の読取
り範囲を操作者に明示する。文字列２０が斜めに複写さ
れた原稿１９の画像を入力する場合には、図３に示すよ
うに格子パターン１８と文字列２０の並びが平行になる
ように原稿１９を配置すれば、文字列２０の傾きを補正
した画像を容易に入力することができる。なお、前述の
投影機は、画像入力を開始するときには、投影する格子
パターン１８を自動的に消し、画像入力終了後自動的に
格子パターン１８を投影するよう画像入力装置の動きと
連動する。

【００２８】画像入力部１６は、被写体１の画像を走査
するミラー２，ミラー２を動作させるモータ６，ミラー
２による画像の走査位置を検出するエンコーダ７，被写
体１の画像を結像するズームレンズ４などからなる光学
系３と、画像の読取りを行う積分型センサ５と、画像信
号の処理を行う信号処理部１０などで構成され、これら
は装置の各部を制御する制御部９の配下で動作するとと
もに、制御部９は、制御データのやり取りを行うコント
ロールインタフェース１１および画像データの転送を行
う画像データインタフェース１２を介して上位のホスト
コンピュータ１３に接続されている。

【００２９】この場合、積分型センサ５は、図４に例示
されるように、ｍ画素の感光部５ａをｎ段有する構成の
受光面を備えている。すなわち、主走査方向に画素ピッ
チ２２ (ｌ₁)でｍ画素分の感光セル５ｂを配列してなる
感光部５ａを、副走査方向に画素ピッチ２３ (ｌ₂)でｎ
段だけ反復して配置した構成となっている。そして、感
光部５ａの個々の感光セル５ｂは、当該感光セル５ｂに
蓄積された信号電荷を、隣接した感光部５ａにおいて主
走査方向に等しい位置にある感光セル５ｂに、副走査方
向に順次転送する動作を行うことが可能になっている。

【００３０】次に本実施例の画像入力装置の作用の一例
について説明する。

【００３１】まずホストコンピュータ１３の指示により
制御部９は、光源８を点灯する。次に制御部９は、モー
タ６を動作することによりミラー２を回転し、さらに光
路長の変化により画像倍率が変化しないよう、画像倍率
を一定に保つようにズームレンズ４の焦点距離を調整し
ながら、被写体１の画像の走査を開始する。

【００３２】このとき、制御部９は、ミラー２による画
像の走査位置を検出するエンコーダ７から出力されるパ
ルス信号を基に、ミラー２による画像の副走査方向にお
ける走査位置と、積分型センサ５の感光部５ａを構成す
る感光セル５ｂに蓄積した信号電荷の副走査方向におけ
る移動を、同期させるように制御する。

【００３３】すなわち、積分型センサ５の受光面２１上
に結像した画像を、ミラー２の回動動作により副走査方
向へ移動させ、制御部９はエンコーダ７から出力される
パルス信号から、画像の移動寸法が図４の副走査方向の
画素ピッチ２３ (ｌ₂)と等しくなったことを検出した
時、全ての段の感光部５ａにおいて、蓄積された信号電
荷を、１段ずつ次の段の感光部５ａへ同時に移動する。
図４の例では、１段目に蓄積された電荷を２段目に移
動、２段目に蓄積された信号電荷を３段目に移動・・・・・
・ｎ−１段に蓄積された信号電荷をｎ段目に移動、とい
う動作を同時に行う。よって各段の感光部５ａの個々感
光セル５ｂでは、前段から移動した信号電荷に、前段の
位置から移動した画像により蓄積される信号電荷が加算
される。

【００３４】上記動作を繰り返し行うことにより、最終
段の感光部５ａの出力は、ｎ段分の感光部５ａにより蓄
積された信号電荷を加算して電圧に変換したものとな
り、副走査方向に信号電荷を移動するごとに１段分のｍ
画素の画像データを、当該最終段の感光部５ａから出力
する。

【００３５】以上のタイミングチャートを図５に示す。
このように積分型センサ５は１段の感光部５ａで蓄積さ
れた信号電荷のｎ倍の出力が得られることから高感度で
あり、電荷を蓄積する時間を短縮できるため、高速に画
像を入力することが可能である。

【００３６】さらに、高感度であることから少量の光量
でも画像を入力できるため図１のズームレンズ４の有効
口径を絞ることができ、Ｆナンバーを大きくして焦点深
度を深くとることが可能になり、立体物体の２次元画像
も鮮明に入力することができる。また、被写体１の画像
を拡大するようにズームレンズ４の倍率を、スイッチ操
作等により任意に上げる機能を設け、画像の一部を拡大
して入力することも可能である。

【００３７】そして、図１の積分型センサ５から出力さ
れる画像データ信号を、信号処理部１０により処理し、
画像データインタフェース１２により、２値または多値
の画像データとしてホストコンピュータ１３へ転送す
る。画像データインタフェース１２により２値画像デー
タを転送する場合には、信号処理部１０において、積分
型センサ５から出力されるアナログ画像データ信号をデ
ジタル変換し、シェーディング補正を行った後に２値化
処理を行う。シェーディング補正は装置周辺からの外乱
光の影響や、光源の光量分布不均一、およびレンズ周辺
部の光量分布不均一などの原因で生ずる被写体の広領域
にわたる階調の不均一性を除く処理で、次のような手段
により行う。

【００３８】まず、被写体１の画像を入力する前の準備
動作として光源８を点灯して基準原稿の画像を入力す
る。基準原稿は白色基準となる白紙原稿で、被写体１を
載せる図２の原稿台１５を利用しても良い。基準原稿の
画像を入力することにより得られるｐ×ｑ画素で構成さ
れる白基準画像データを１画素ずつ画像メモリに格納す
る。例えばＡ４サイズの読み取り範囲を２００ＤＰＩの
精細度で画像を入力する場合、ｐ＝１６６４、ｑ＝２３
５２となり、１画面は約４００万画素で構成され、１画
素のデータ長を１バイト（２５６階調）で処理すると４
Ｍバイトの画像メモリへ、１画素ごとの白基準画像デー
タＷ（ｘ・ｙ）を１画面分格納する。シェーディング補
正画像データｆ（ｘ・ｙ）は、被写体画像データＤ（ｘ
・ｙ）と前述画像メモリに格納された白基準原稿画像デ
ータＷ（ｘ・ｙ）と白レベル値Ｗ₀を演算することによ
り求める。

【００３９】ｆ（ｘ・ｙ）＝｛Ｄ（ｘ・ｙ）／Ｗ（ｘ・ｙ）｝・Ｗ₀ ……（１）被写体画像データＤ（ｘ・ｙ）は、被写体の画像を入力
する毎に得られる積分型センサ５から出力された１画素
ごとの画像データであり、白レベル値Ｗ₀は白レベルピ
ーク値を決定する値である。例えば１画素のデータ長を
１バイトで処理する場合にはＷ₀＝２５６となる。この
ようにして求められた１画面分のシェーディング補正画
像データｆ（ｘ・ｙ）を２値化処理する。

【００４０】また、画像データインタフェース１２によ
り多値画像データを出力する場合には、前述のシェーデ
ィング補正を省略し、図１の積分型センサ５から出力さ
れるアナログ画像データをデジタル変換しホストコンピ
ュータ１３ヘ転送すれば良い。

【００４１】本実施例において、鮮明な画質を得るため
には、積分型センサ５上に結像する画面を、高精度に位
置決めする必要がある。主走査方向においては、隣の画
素への影響を最小限に抑えるため、図２の積分型センサ
５上に結像する画像が副走査方向へ１段目からｎ段目ま
での感光部に移動する間の軌跡２４の、主走査方向に振
動する成分の振幅２５（Δｌ）を画素ピッチ２２ (ｌ₁)
の１／２以下になるよう、副走査方向（複数の感光部５
ａの各段の配列方向）における画像の移動動作を行うミ
ラー２と積分型センサ５の平行度などを調整する。

【００４２】また、副走査方向においても、積分型セン
サ上に結像する画像の移動と、積分型センサ感光部の電
荷移動が正確に同期していなければならず、この位置ず
れ寸法は画素ピッチ２３ (ｌ₂)の１／２以下とし、かつ
移動方向を積分型センサ５の受光面２１の副走査方向の
画素の並びと平行になるよう、ミラー２の回動方向にお
ける角速度のばらつき等を所定の精度に調整する。

【００４３】なお、ミラー２による積分型センサ５上の
副走査方向への画像の移動が、図４の副走査方向の画素
ピッチ２３ (ｌ₂)の寸法と等しいピッチで正確に行える
場合（たとえば、モータ６として閉ループ制御のサーボ
モータ等を用いる場合）には、エンコーダ７を省略して
も良い。その場合には、制御部９からモータ６へ所定の
移動量を直接的に指示することにより、ミラー２を動作
させる。

【００４４】このように、本実施例の画像入力装置によ
れば、安価な積分型センサ５と、当該積分型センサ５に
同期して当該積分型センサ５に被写体１の画像を走査投
影する光学系３とを組み合わせた構成であるため、高精
細画像を高速に入力できるとともに、必要以上に画素数
の多い高価なエリアセンサ等を用いる必要がなく、装置
価格を安価にすることができる、という効果が得られ
る。

【００４５】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４７】すなわち、本発明の画像入力装置によれ
ば、高精細画像を高速に入力でき、かつ安価なスタンド
式画像入力法を実現できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である画像入力装置の構成の
一例を示す概念図である。

【図２】その外観斜視図である。

【図３】その作用の一例を示す概念図である。

【図４】その作用の一例を示す概念図である。

【図５】その作用の一例を示す線図である。

【図６】従来技術の一例を示す説明図である。

【図７】従来技術の一例を示す説明図である。

【図８】従来技術の一例を示す説明図である。

【図９】従来技術の一例を示す説明図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は積分型センサの動作原理の
説明図である。

【図１１】従来技術の作用の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１被写体２ミラー３光学系４ズームレンズ５積分型センサ（時間遅延積分型ＣＣＤセンサ）５ａ感光部５ｂ感光セル６モータ７エンコーダ８光源９制御部１０信号処理部１１コントロールインタフェース１２画像データインタフェース１３ホストコンピュータ１４画像入力装置１５原稿台１６画像入力部１７照明部１８格子パターン１９原稿２０文字列２１受光面２２画素ピッチ２３画素ピッチ２４軌跡２５振幅２６レンズ２７エリアセンサ２８画像処理部２９画像メモリ３０ラインセンサ３１モニタ３２積分型センサ受光面３３結像画像３４被写体画像３５信号電荷３６読取り範囲４０信号処理部４１被写体４２ミラー４３光路長調整用ミラー４５積分型センサ４８光源４９制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日向昭陽神奈川県小田原市国府津2880番地日立コンピュータ機器株式会社内 (72)発明者佐藤光英神奈川県小田原市国府津2880番地日立コンピュータ機器株式会社内 (72)発明者原田育生神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像面を上向きして被写体が載置される
原稿台と、前記被写体を照明する光源と、前記原稿台の
上方に配置され、前記被写体の画像を読み取る画像入力
部とからなり、前記画像入力部は、時間遅延積分型ＣＣ
Ｄセンサと、前記時間遅延積分型ＣＣＤセンサの動作に
同期して当該時間遅延積分型ＣＣＤセンサに前記被写体
の画像を走査投影する光学系とからなることを特徴とす
る画像入力装置。