JPH069368B2 - 画信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はイメージセンサにより読み取られた画信号か
ら、リセットノイズを取り除くべくサンプルホールドを
する画信号処理装置に関する。

従来技術 従来、デジタル式の画像読取システムにあっては、スキ
ャナにより原稿面を光走査することにより得られた光画
情報をＣＣＤなどのイメージセンサにより画素単位で読
み取った画信号を１段のサンプルホールドによって処理
することにより、イメージセンサのオン、オフに起因し
て画信号中に派生する同期化されたリセットノイズを除
去するようにしている。

しかしこのようなイメージセンサから出力される画信号
を１段のサンプルホールドによって処理するのでは、イ
メージセンサ内での各クロックラインとの静電結合によ
るノイズが画信号に重畳してうねりのある画信号波形と
して出力される場合、画信号のサンプル期間にそのうね
り成分が出力されてしまい、それが後処理として行なわ
れるスキャナにおける照度ムラの影響などを排除するた
めのシェーディング補正にニセのデータを与えることに
なって再生される画像の劣化をきたしてしまうという問
題がある。その際、サンプル期間を短くすればよいが、
サンプルホールド回路の高速処理性が要求されており、
また原理的に０にはできないものとなっている。

目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、イメージ
センサにより読み取られた画信号から、リセットノイズ
を取り除くべくサンプルホールドをする画信号処理装置
において、画信号に含まれるリセットノイズおよびうね
り成分の除去を同時に行わせるとともに、確実にＤＣ基
準を作ることを目的とする。

構成 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

第４図は原稿画像を読み取るスキャナの一構成例を示す
もので、コンタクトガラス１上にのせられた原稿２をそ
れと平行に副走査方向に速度ｖでガイド３に沿って移動
する第１走行体４に取り付けられた光源５によって下側
から主走査方向に順次照明し、その原稿面からの反射光
を同じく第１走行体４に取り付けられた第１ミラー６、
速度ｖ／２でガイド３に沿って副走査方向に移動する第
２走行体７に取り付けられた光路長補正用の第２ミラー
８および固定側に設けられた結像レンズ９を介して画素
単位によるＣＣＤなどの固体撮像素子が主走査方向に１
ライン分配設されたイメージセンサ１０に送って原稿画
像を順次読み取るように構成されている。なおここでは
副走査送りの線速ｖが１８０mm/Secで、読取密度が主走
査、副走査方向ともに４００画素／インチとなるように
している。したがって、１画素当りの走査時間は約７０
nSec（１４．３ＭHz）となる。またイメージセンサ１０
は画素数５０００で、その出力が奇数画素列と偶数画素
列との２チャンネルに分かれたものを使用し、その奇
数、偶数の各画素列による出力データをそれぞれ並列的
に処理し、１画素当りの処理時間をみかけ上１４０nSec
となるようにしている。

第５図に、画像読取システムにおける制御系およびデー
タ処理系の構成例を示している。ここでプリンタなどと
のインタフェース１５としては、システムの構成などに
よて種々に変化するが、ここでは基本的なものをあげて
いる。コマンドＣＳとしては、画像読取システムのスタ
ート、ストップあるいは異常状態時などの制御に関する
ものと、データ処理方法の選択などの制御に関するもの
とに分かれている。そのコマンド入力は、そのほとんど
が操作パネルなどを介してオペレータによって入力され
ることになる。コマンドＣＳはいったんコントローラ５
２に与えられ、コントローラ５２においてシステムの状
態をチェックしたうえでそれぞれ必要なところに送られ
ることになる。データ処理に関するコマンドとしては、
原稿サイズ、変倍率の指定、地肌ノイズ除去、ＭＴＦ補
正のオン、オフ指定および文書モード／写真モード、濃
度ポジションの選択指定などがある。

第５図の構成にあって、コントローラ５２がスキャナス
タートのコマンドを受け取ると、サーボモータＭを駆動
して光学系をスタートさせて原稿画像の読取りを開始さ
せる。その際サーボモータＭはエンコーダを用いて位置
および速度のフィードバック制御がなされて、線速１８
０mm/Secに対して±２％以内の精度に保持されるように
なっている。また、そのとき原稿サイズ、変倍率のコマ
ンドに応じて光学系のリターン位置、線速が制御され
る。またその際、クロック発生器５３は、イメージセン
サ１０、ビデオ信号処理回路５４および画像処理装置５
５に制御クロックＣＬＫを与える。イメージセンサ１０
は主走査方向における１ラインごとの原稿の画情報を読
み取る。その際、スキャナの読取密度が４００画素／イ
ンチ、線速が１８０mm/Secにより、１ライン当りの読取
時間は３５３μSecとなる。

イメージセンサ１０からクロックＣＬＫにより時系列的
に読み出された奇数画素列ｏｄｄと偶数画素列ｅｖｅｎ
との各データがビデオ信号処理回路５４に送られ、そこ
で第１図に示す回路構成にあって、まずカレントバッフ
ァＣＢ１を介してビデオ増幅器ＡＭＰによりデータ増幅
がなされる。その際、イメージセンサ１０の出力信号の
大きさは最大（白レベル）で１２０〜２００ｍＶとなる
ために、それを１Ｖ近くに増幅する。

次に、イメージセンサ１０から出力される画信号すなわ
ちビデオ増幅されてカレントバッファＣＢ２を通してと
り出された画信号中には、第２図中のＣＢ２出力波形に
示すように、前述した周期的に発生するリセットノイズ
と画信号のうねりとが存在するため（図中ｔ１はリセッ
トノイズ期間を、ｔ２は画信号期間をそれぞれ示してい
る）、ＭＯＳ ＦＥＴ１およびカレントバッファＣＢ３
を介して設けられた次段のＭＯＳ ＦＥＴ２を用いて逐
次サンプルホールドさせることにより、そのリセットノ
イズと画信号のうねりとをそれぞれ除去させる。

すなわち、まずカレントバッファＣＢ２から出力される
画信号が前段のＭＯＳ ＦＥＴ１のサンプルホールドス
イッチに与えられ、そこで第２図中に示すＭＯＳ ＦＥ
Ｔ１のドライブ信号Ｄ１のタイミングでスイッチングを
なし、画信号期間ｔ２に画信号をサンプリングし、リセ
ットノイズの期間ｔ１をホールドすることによってリセ
ットノイズを除去させる。第２図中、リセットノイズが
除去された画信号をＣＢ３出力波形として示している。

次に後段のＭＯＳ ＦＥＴ２において、第２図中に示す
ＭＯＳ ＦＥＴ２のドライブ信号Ｄ１のタイミング、す
なわち前段のＭＯＳ ＦＥＴ１がホールドしているとき
に後段のＭＯＳ ＦＥＴ２がサンプリングするようなタ
イミングでスイッチングを行なわせることにより、画信
号中のうねり成分を除去させる。第２図中に、うねり成
分が除去された画信号をカレントバッファＣＢ４の出力
波形として示している。

なお、ＭＯＳ ＦＥＴ１とＭＯＳ ＦＥＴ２との各スイ
ッチングのタイミングとしては、前段のＭＯＳ ＦＥＴ
１をオフするタイミングが画信号期間ｔ２内で、かつ後
段のＭＯＳ ＦＥＴ２とオン時間が重ならないようにす
る必要がある。また実際に使用するサンプルホールド回
路の性能によっては、互いに全く逆相となるサンプル信
号を用いるようにしてもよい。

またこのような２段のサンプルホールド手段をとれば、
サンプル期間を画信号の周期に比して特に速くする必要
がなくなり、２段目のサンプルモードの時定数を制限し
て画信号間のつなぎをなめらかにすることができるよう
になる。

第３図はイメージセンサ１０から出力される画信号のビ
デオ増幅およびサンプルホールド処理するための具体的
な構成例を示すもので、ここではイメージセンサ１０か
ら出力される画信号をエミッタホロア回路３１を通した
うえで２段に設けられた高速用のサンプルホールド回路
３２，３３においてサンプリング信号ＳＰＬに応じて逐
次リセットノイズおよびうねり成分除去のための処理を
行なわせ、その処理された画信号をビデオ増幅器３４に
より必要なレベルに増幅してＤＣ基準を作るためのゼロ
クランプ回路３５に与えるようにしている。ゼロクラン
プ回路３５は、イメージセンサ１０がダミーセンサ出力
を生じている間にゼロクランプ信号ＺＣＬによりクラン
プスイッチＳＷがオンされて０Ｖにクランプさせるよう
になっている。このゼロクランプ回路３５はサンプルホ
ールド回路３２の前に設けることも可能であるが、その
場合にはクランプスイッチＳＷのオンを画信号期間にし
なければならないとともに、以後の回路をＤＣ結合にさ
せる必要がある。図中、ＣＢはカレントバッファであ
る。

さらにビデオ信号処理回路５４において、以上のように
してサンプルホールド処理によってリセットノイズおよ
びうねり成分が除去されてきれいなボックスカー波形に
整形され、かつビデオ増幅された画信号にもとづき、ス
キャナにおける光源の照度ムラなどによるシェーディン
グの補正および原稿の地肌除去を行ない、最終的にＡＤ
変換により画信号を６ビットのデジタル信号に変換して
画像処理装置５５に送る。なお、地肌除去はコマンドＣ
Ｓによって適宜オン、オフされる。

しかして本発明によれば、サンプルホールド処理によっ
てリセットノイズおよびうねり成分が除去されてきれい
なボックスカー波形に整形された画信号を得ることがで
きるので、ＡＤ変換時に画信号の安定期間が長いために
アクイジションタイムを長くとることができるようにな
る。また、ＡＧＣをかけるためのピークホールド回路に
対して正確な画信号を与えることができるようになる。
したがって、原稿画像の読取精度の高い正確な画信号を
得ることができる。

また画像処理装置５５にあっては、第６図に示すよう
に、ビデオ信号処理されたデジタル画信号ＢＳ（ここで
は奇数画素列の画信号ＢＳ１と偶数画素列の画信号Ｂ２
との２チャンネルに分離されている）を入力とし、文字
などのパターン画像用の最適２値化処理を行なわせるＭ
ＴＦ補正回路６１および２値化回路６２からなる第１の
処理系統と、同じく入力画信号ＢＳの写真などの濃淡画
像用の最適２値化処理を行なわせる中間調処理回路６３
からなる第２の処理系統とが並列的に設けられており、
各処理系統により第５図のコントローラ５２から出され
るコマンドＣＳに応じて選択的に処理されたデータを一
時蓄積させて順次出力させる出力バッファ回路６４（こ
こでは奇数画素列の処理データ蓄積用のＲＡＭと偶数画
素列の処理データ蓄積用のＲＡＭとからなっている）と
によって構成されている。

ＭＴＥ補正回路６１は、イメージセンサ１０における画
信号の転送むら、スキャナにおける光学系でのＭＴＦ劣
化および副走査送り時の振動などにより高周波数域で生
じた画像のぼやけをラプラシアンフィルタを用いて補正
するもので、例えば第７図（ａ）に示す３×３の係数マ
トリクスからなるフィルタと同じく第７図（ｂ）に示す
３×３の画素領域における各画素データＡ〜Ｄとのコン
ボリューション積分を行なわせることにより、処理対象
となる３×３の画素領域の中心にある注目画素の処理デ
ータＡ′が求められる。

Ａ′＝K1・Ａ−K2（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）…（１） ここで、係数Ｋ１およびＫ２はＫ１＝３、Ｋ＝１／２で
ある。

なお係数フィルタのＤＣゲインが定数ｎになるようにす
ると、 Ｋ１＝４Ｋ２＋ｎ（Ｋ２≧０）…（２） の関係が成立し、係数Ｋ１，Ｋ２を変えることによっ
て、第８図に示すように空間周波数特性を変化させるこ
とができるようになる。

第９図はＭＴＦ補正回路６１の具体的な構成例を示すも
ので、ここでは２つの各１ライン分のシフトレジスタＳ
Ｒおよび４つのフリップフロップＦＦの組合せにより画
信号ＢＳ中から３×３の画素領域におけるＡ〜Ｅの画素
データを順次抽出させ、その各抽出された画素データＢ
〜Ｅの全加算を加算器９１〜９３により行なわせ、その
全加算されたデータに乗算器９４により係数Ｋ２を乗
じ、また抽出された画素データＡに乗算器９５により係
数Ｋ１を乗じ、引算器９６において乗算器９４の出力デ
ータから乗算器９５の出力データを減ずることにより目
的とする処理データＡ′を得るようにしている。Ｋ１，
Ｋ２の各係数信号は、コマンド解釈するＭＰＵで（２）
式にしたがって計算された値を与える。

また第１０図は他の構成例を示すもので、この場合は第
９図における乗算器９４，９５の代わりに予め計算結果
が書き込まれたＲＯＭ９７，９８を用いたルックアップ
テーブル式とし、そのＲＯＭ９７，９８からそれぞれ読
み出されたデータを加算器９９により加算して処理デー
タＡ′を得るようにしている。ここで、ＲＯＭ９７，９
８および加算器９９を１つのＲＯＭに書き換えることも
可能であるが、その場合にはアドレスラインが７＋３＋
６＝１６本となり、そのためＲＯＭ容量が６５５３６バ
イト以上必要となり、第１０図の構成ではＲＯＭ９７が
１０２４バイト、ＲＯＭ９８が５１２バイトとなり、そ
れに比較してＲＯＭ容量が大きくなりすぎて実用的でな
くなる。テーブルセレクト信号ＴＳはコマンドによって
発生させるが、ＲＯＭ９７，９８をそれぞれＲＡＭに換
えてＭＰＵによってテーブル変換可能な形をとるように
してもよい。またテーブルは、乗算器で不可能な非線形
データをも可能にしている。

ＭＴＦ補正された画信号は最終的に２値化回路６２にお
いて単純２値化処理される。そのしきい値レベルは濃度
ポジションコマンドによって数段に選定可能となってい
る。第１１図は２値化回路６２の具体的な構成例を示す
もので、濃度ポジション信号Ｐに応じて所定のしきい値
のデータが読み出されるＲＯＭ１１１と、画信号ＢＳを
その読み出されたしきい値と比較して２値化する比較器
１１２とからなっている。ここで画信号ＢＳは原稿面の
光反射率Ｒに比例したデータであり、画像濃度Ｄとの関
係はＲ＝１０^−Ｄすなわち対数関係となる。いま画信号
ＢＳのデータＮとして反射率１のとき０、反射率０のと
き２５５とすると、Ｎ＝２５５−２５５×Ｒより、Ｎ＝
２５５−２５５×１０^−Ｄとなり、その特性は第１２図
に示すようになる。人間の視覚は濃度に対してリニアに
なるため、濃度ポジションの選択は濃度に比例したしき
い値を発生させなければならない。したがってＲＯＭ１
１１には、第１２図の特性を満足するような各濃度ポジ
ションＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…に対する画信号ＢＳのデー
タＮの変換テーブルが格納されている。実際にはＲＯＭ
１１１に変換テーブルを複数群もたせ、原稿の種類およ
び編集の動作モードに応じて変換テーブルを使い分ける
ようにしている。またＲＯＭ１１１内に非線形データに
よるテーブルも格納されている。このＲＯＭ１１１と同
じ役割りをＭＰＵにやらせても実現可能である。

また中間調処理回路６３は、ディザ法と濃度パターン法
との各長所を組み合せた部分マトリクス法によるしきい
値マトリクスと部分平均値化によって階調性を考慮した
画信号ＢＳの２値化処理を実現させている。

効果 以上、本発明による画信号処理イメージセンサからの画
信号を入力として、画信号期間にサンプリングさせ、リ
セットノイズの期間ホールドさせる第１のドライブ信号
により、サンプルホールドをする第１のサンプルホール
ド回路と、第１のサンプルホールド回路からの画信号を
入力として、第１のサンプルホールド回路がホールドし
ているときにサンプリングさせる第２のドライブ信号に
より、サンプルホールドをする第２のサンプルホールド
回路と、第２のサンプルホールド回路からの画信号が入
力され、イメージセンサがダミーセンサ出力を生じてい
るときには、ＤＣ基準を作るべく、ゼロクランプ信号に
よりクランプスイッチをゼロクランプするゼロクランプ
回路とを備えたので、画信号に含まれるリセットノイズ
およびうねり成分の除去を同時に行わせるとともに、確
実にＤＣ基準を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画信号処理方式を具体的に実施す
るための基本的な回路構成を示すブロック図、第２図は
第１図の回路構成における各部信号のタイムチャート、
第３図は本発明による画信号処理方式を実施したときの
実際の回路構成を示す電気的結線図、第４図はスキャナ
の一構成例を示す簡略図、第５図は画像読取システムに
おける制御系およびデータ処理系の構成例を示すブロッ
ク図、第６図はその画像処理装置の構成例を示すブロッ
ク図、第７図（ａ）はＭＴＦ補正用のラプラシアンフィ
ルタ構成を示す図、同図（ｂ）はＭＴＦ補正対象となる
一定の画素領域におけるデータ構成を示す図、第８図は
空間周波数特性を示す図、第９図および第１０図はＭＴ
Ｆ補正回路の具体的な構成例をそれぞれ示すブロック
図、第１１図は２値化回路の具体的な構成例を示すブロ
ック図、第１２図は画像濃度に対する画信号のデータ特
性を示す図である。 １０……イメージセンサ、５１……インタフェース、５
２……コントローラ、５３……クロック発生器、５４…
…ビデオ信号処理回路、５５……画像処理装置、６１…
…ＭＴＦ補正回路、６２……２値化回路、６３……中間
調処理回路、６４……出力バッファ回路、３２，３３…
…サンプルホールド回路、ＡＭＰ……ビデオ増幅器、Ｃ
Ｂ，ＣＢ１〜ＣＢ４……カレントバッファ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イメージセンサにより読み取られた画信号
   から、リセットノイズを取り除くべくサンプルホールド
   をする画信号処理装置において、前記イメージセンサか
   らの画信号を入力として、前記画信号期間にサンプリン
   グさせ、前記リセットノイズの期間ホールドさせる第１
   のドライブ信号により、サンプルホールドをする第１の
   サンプルホールド回路と、該第１のサンプルホールド回
   路からの画信号を入力として、該第１のサンプルホール
   ド回路がホールドしているときにサンプリングさせる第
   ２のドライブ信号により、サンプルホールドをする第２
   のサンプルホールド回路と、該第２のサンプルホールド
   回路からの画信号が入力され、前記イメージセンサがダ
   ミーセンサ出力を生じているときには、ＤＣ基準を作る
   べく、ゼロクランプ信号によりクランプスイッチをゼロ
   にクランプするゼロクランプ回路とを備えたことを特徴
   とする画信号処理装置。