JPS62101180A - 画像読取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はイメージセンサを用いた撮像手段により画像を
読取る画像読取り装置に係り、特に画像信号の規格化手
段に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

原稿上の画像を読取ってプリンタ等に出力する場合、光
電変換素子を一列（１次元）に配列し光電変換素子から
の光電流をＣＯＤ等を用いて電気信号（画像信号）とし
て取出すラインイメージセンサが撮像手段として使用さ
れる。

このようなイメージセンサにより得られた画像信号は、
均一な反射率を持つ原稿面を読取った場合でも一定レベ
ルの信号とはならず、第６図に示すようにばらつきや、
うねりを生じる。この現象は一般にシェーディングと呼
ばれている。また、この現象は温度変動等によっても変
化する。シェーディングの要因は、大きくは撮像系の光
電変換素子毎のオフセットおよびゲインのばらつき、変
動でモデル化できる。

ラインイメージセンサを用いた撮像系においてシェーデ
ィングがあると、画像信号には副走査方向に関しては一
様な誤差が加わる。この画像信号から画像をそのまま再
生すると、主走査方向（光電変換素子の配列方向）に明
暗の分布が生ずる。

また、シェーディングに高い周波数成分があると、再生
された出力画像において副走査方向に平行な線状ノイズ
が発生し、視覚上はノイズの大きさ以上に画質を劣化さ
せる。特に、カラー画像読取り装置の場合には、画像信
号にモノクロの場合より高いＳ／Ｎが要求される関係か
ら、出力画像の画質劣化は著しい。

こうしたシェーディングの影響を除去し、光電変換素子
（画素）の位置によらず原稿面の反射率に比例した画像
信号を得るために、通常、画像信号に規格化（シェーデ
ィング補正ともいう）か施される。この規格化の原理を
説明すると、まず原稿上の画像を読取る前に反射率Ｏの
黒基準板と反射率１の白基章板を読取り、黒基準信号お
よび白基準信号を得る。ここで、黒基準信号は撮像系の
画素毎のオフセットを表わし、また白基準信号から黒基
準信号を減算したものが撮像系の光電変換素子毎のゲイ
ンを表わす。そこで、・これらの黒および白基準信号を
記憶しておき、実際の画像読取り時に得られた画像信号
から黒基準信号（オフセット補正信号）を減算し、さら
に白基準信号から黒基準信号を減算したゲイン補正信号
で除算することにより、画像信号は原稿上の画素が黒の
とき０、白のとき１となるように規格化され、シェーデ
ィングが除去される。

さらに、具体的には黒基準信号および白基準信号に含ま
れるノイズ成分の影響をなくすため、黒基準信号をＮラ
インにわたって読込み、画素毎に累積加算した後、読取
りライン数Ｎで除算することによって平均化したものが
オフセット補正信号として使用され、またゲイン補正信
号についても画素毎に平均化されたオフセット補正信号
を白基準信号から減算し、それを画素毎に累積加算した
ものが使用される。なお、この規格化回路は撮像系から
のアナログ画像信号を８ビット程度のディジタル画像信
号に変換するＡ／Ｄ変換器の後に設けられ、ディジタル
信号処理によって上記の規格化を行なう。

しかしながら、上述した従来の規格化回路では次のよう
な聞届がある。撮像系に通常使用されるラインイメージ
センサの出力オフセットのばらつきは比較的小さく、そ
の空間的変化、つまり光電変換素子の配列方向での変化
も緩やかであり、その変化量は８ビツトのＡ−／Ｄ変換
器の量子化ステップと同程度か、それ以下が普通である
。従って、第７図（ａ）に示すように黒基準信号のレベ
ルがＡ／Ｄ変換器の量子化閾値に十分近いと、微小なノ
イズによりＡ／Ｄ変換変換点基準信号は同図（ｂ）に示
すように１ビツト（Ｌ　Ｓ　Ｂ）の幅でランダムに変動
する。すなわち、ディジタル化された黒基準信号に１ビ
ツト幅のランダム・ノイズが加わる。このような１ビツ
ト幅のノイズは、黒基準信号について先に説明したＮラ
インにわたる平均化を行なってもほとんど除去すること
はできない。黒基準信号にこのようなランダム・ノイズ
か発生すると、前記オフセット補正信号にもノイズが加
わるため、出力画像に線状ノイズが生じる。

これはランダム・ノイズであり、高い周波数成分を持つ
ため、画質を大きく劣化させる。

このように従来の規格化回路では、シェーディングその
ものに起因する問題は解決されるが、Ａ／Ｄ変換に伴な
う黒基準信号のランダム・ノイズによって出力画像の画
質が劣化し、特に高いＳ／Ｎか要求されるカラー画像の
読取りに際して大きな問題となる。

また、この問題はＡ／Ｄ変換器の量子化ビット数を多く
することで改善されるが、所要の階調数を得る上では８
ビット程度で十分であるにも拘らず、量子化ビット数を
それ以上に増加することはＡ／Ｄ変換器自体は勿論、そ
の後の規格化回路およびマトリックス回路等を含めた信
号処理系の回路規模を著しく増大させる。従って、コス
ト面および装置の小型化等の観点から得策でない。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、撮像系からＡ／Ｄ変換器を通して得られるディジタ
ル画像信号に対して規格化を行なう場合に用いられる黒
基準信号に含まれるランダム・ノイズを低減し、出力画
像に線状ノイズの発生しない画像読取り装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はこの目的を達成するため、規格化回路において
Ａ／Ｄ変換器を介して入力された黒！！準信号に対して
、撮像系のラインイメージセンサにおける光電変換素子
の配列方向、すなわち主走査方向に関して平均化を行な
い、この平均化処理された黒基準信号を規格化に用いる
ことを特徴とする。

ここで、規格化回路における平均化処理は、移動平均を
計算する処理でもよいが、場合によってはイメージセン
サにおける全ての光電変換素子に対応した黒基僧信号の
平均値を計算する処理であってもよい。さらに、撮像手
段がイメージセンサを光電変換素子の配列方向に複数個
並べてｆＭ成されたいわゆるマルチチャネル型の場合は
、平均化処理をこれら複数個のイメージセンサ毎に行な
うことが望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ａ／Ｄ変換器での量子化誤差に起因す
る黒基準信号のランダム・ノイズか、黒基準信号の主走
査方向についての空間的な平均化処理により大幅に低減
される。これによって出力画像」二の線状ノイズが少な
くなり、特にカラー画ｆ′ｔｌ＋Ｕ写装置に適用した場
合、色むらのない極めて高品質の画像を再現することが
できる。

また、本発明によればＡ／Ｄ変換器の出力に現イっれる
黒基準信号のランダム・ノイズを抑圧するためにＡ／Ｄ
変換器の量子化ビット数を必要以上に多くする必要がな
く、また平均化処理自体も比較的簡単に実現できるので
、回路規模を増大させることなく所期の目的を達成する
ことが可能である。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の一実施例に係る画像読取り装置の構成図であ
る。

第１図において、光源１は透明ガラス板２を通して原稿
３表面を照明する。照明された原稿３上の画像は屈折率
分布型ロッドレンズアレイ４によりラインイメージセン
サ５上に結像される。ラインイメージセンサ５は複数の
光電変換素子を一列に配列して構成され、この光電変換
索子アレイからの光電流を例えばＣＣＤによりシリアル
な電気信号として取出し、アナログ画像信号を出力する
ものである。このラインイメージセンサ５からのアナロ
グ画像信号は増幅器６により適宜増幅された後、Ａ／Ｄ
変換器７により例えば８ビット程度のディジタル画像信
号に変換される。

光ｔｉ、１　、　　ロッドレンズアレイ４．ラインイメ
ージセンサ５．増幅器６およびＡ／Ｄ変換器７からなる
破線で囲まれた部分（撮像系）がスキャナキャリッジ上
に固定される。このスキャナキャリッジを矢印方向に移
動させて副走査を行ないながら、ラインイメージセンサ
５により紙面と直角方向に主走査を行なうことにより、
原稿３全面についての画像信号を得る。なお、ラインイ
メージセンサ５を＋、走査方向に複数個配列してもよい
。ＣＯＤの素子数は現状では限界があるが、こうするこ
とにより例えばＡ４版というようなサイズの原稿でもロ
ッドレンズアレイによる等倍結像系を用いて読取りを行
なうことができる。また、カラー画像読取り装置の場合
は、ラインイメージセンサ５の受光面上に、例えばＲ（
赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフィルタを主走査方
向に周期的に配列したカラーフィルタアレイを配置すれ
ばよい。

Ａ／Ｄ変換器７の出力に得られたディジタル画像信号は
、本発明に基づく規格化回路１０に人力される。規格化
回路１０はガラス板２上の端部に配置された反射率０の
黒基準板８および反射率１の白紙とほぼ等しい白基準板
９を読取ることにより得られた黒基準信号および白基準
信号を用いて、規格化を行なうものである。すなわち、
原稿３上の画像を読取る前に、まずスキャナキャリッジ
を黒基準板８および白基準板９の位置に順次移動させ、
それぞれ複数（Ｎ）ラインの信号を撮像系を通して取出
す。黒基準板８を読取る場合は、光源１を消灯すること
が望ましいが、ラインイメージセンサ５に入射光量が実
質的に零となるような条件を満たせば必ずしもその必要
はなく、また黒基僧板８についても必ずしも使用しなく
ともよい。

規格化に当たり最初に得られるＮ９４２分の黒基準信号
は、Ａ／Ｄ変換器７から規格化回路１０に読込まれた後
、加算器１３および第１のラインメモリ１４により同−
画素毎に、つまりラインイメージセンサ５における同一
の光電変換素子から得られた信号毎に累積加算され、第
２のラインメモリ１５に記憶される。なお、この黒基準
信号の読込み中はスイッチ１２により減算器１１の減算
入力をＯにしておき、減算器１１の機能を働かせなくし
ておく。

次に、従来の規格化回路では引続き白基準信号の読込み
を行なうが、本実施例ではその前に第２のラインメモリ
１５の内容に対して主走査方向（ラインイメージセンサ
５における光電変換素子の配列方向）に関して平均化処
理を施す。すなわち、第２のラインメモリ１５に書込ま
れた黒基準信号をＢｒＬとすると、ＣＰＵ１６により次
式のごと＜Ｂｎの移動平均ＢｒＬ′を計算する。

ここで、Ｋは移動平均の幅を表わし、その値は黒ＩＡ　
Ｍ信号のばらつき、Ｓ／Ｎおよび１画素のサイズ（光電
変換素子の主走査方向の寸法）によるか、−例としてＫ
　−１００以上が適当である。そして、第２のラインメ
モリ１５の内容をこの移動平均ＢｒＬ′に書替え、これ
をオフセット補正信号とする。

このようにして黒基準信号の平均化処理を行なった後、
従来の規格化回路と同様に白基準信号の読込みを行なう
。すなわち、Ａ／Ｄ変換器７より規格化回路１０に読込
まれた白基準信号は減算器１１に入力され、第２のライ
ンメモリ１５から得られたオフセット補正信号が減算さ
れる。ここで、第２のラインメモリ１５からのオフセッ
ト補正信号の読出しは白基桑信号の読込みに同期して行
なわれ、従って減算器１１での減算は対応する画素どう
しで行なわれる。この減算器１１で白基準信号からオフ
セット補正信号を減算して得られた演算結果は、黒基準
信号の場合と同様に加算器１３および第１のラインメモ
リ１４により同−画素毎に累積加算され、そのままライ
ンメモリ１４にゲイン補正信号として記憶される。

そして、実際に原稿３上の画像を読取るときには、上記
のようにして第１および第２のラインメモリ１４．１５
にそれぞれ記憶されたゲイン補正信号およびオフセット
補正信号を用いて規格化を行なう。原稿３上の画像を撮
像系で読取りＡ／Ｄ変換器７の出力より得られたディジ
タル画像信号は、規格化回路１０においてまず減算器１
１に入力され、第２のラインメモリ１５からのオフセッ
ト補正信号が減算され、オフセット分が除去される。こ
のオフセット分が除去された画像信号はさらに乗算器１
８に入力され、逆数テーブル１７により第１のラインメ
モリ１４からのゲイン補正信号の逆数をとったものと乗
算される。この乗算により画像信号は撮像系のゲインに
より除算されることになる。これらの場合、第１および
第２のラインメモリ１４．１５からの信号の読出しは、
規格化回路１０へのディジタル画像信号の読込みに同期
して行なわれ、従って減算器１１および乗算器１８の演
算は対応する画素同士について行なわれることになる。

撮像系のオフセンｔ・、ゲインの変動の時定数は、原稿
一画面の読取り時間に比べて十分に長いと考えられるの
で、以上の規格化により撮像系のオフセット、ゲインの
ばらつきや変動によらず原稿面の反射率に対応した画像
信号を得ることができる。

次に、第２のラインメモリ１５の記憶されたオフセット
補正信号を主走査方向に関して平均化することによる効
果を第２図を用いて説明する。第２図（ａ）に示すよう
に、ラインイメージセンサ５の出力に得られた黒基準信
号（アナログ信号）の空間的変化、つまり主走査方向（
ラインイメージセンサ５における光電変換素子の配列方
向）におけるレベル変化か緩やかであると、前述したよ
うにＡ／Ｄ変換器７によってディジタル化された黒基準
信号は、同図（ｂ）に示すようにＡ／Ｄ変換器７の量子
化誤差により局部的に１ビット幅のランダム・ノイズか
加わることがある。

これに対し、第２図（ｂ）のディジタル化黒基僧信号を
−［二記のように平均化処理すると、同図（Ｃ）に示す
ようにランダム・ノイズは大きく減少する。従って、こ
のようなランダム・ノイズにより出力画像」−に線状の
ノイズか現われることがなくなり、良好な画質が得られ
る。

なお、上記実施例では平均化処理として移動平均を計算
したが、ラインイメージセンサ５における全ての光電変
換素子に対応した、つまり主走査方向全画素の黒基準信
号の平均値を計算してもよい。すなわち、各画素の黒基
準信号のレベルをＢｌとし、画素数をＭとすると、ＣＰ
Ｕ１６によ第２のラインメモリ１５の内容を埋めるので
ある。

このような平均化処理が施された黒基準信号を用いて規
格化を行なえば、先に説明した移動平均による黒基準信
号を用いた場合には必ずしも完全に除去できなかった線
状ノイズをより完全に除去することができる。但し、こ
の方法は黒基堂信号のばらつきが大きい場合、画素の位
置によってはオフセン！・補正信号の誤差が大きくなり
、特にカラー画（象読取りの場合に正しい色再現が行な
われない可能性かあるので、黒基準信号のばらつきが比
較的小さい場合のみ有効である。

なお、以上説明した主走査方向に関しての移動平均を求
める方法と、主走査方向全画素についての平均を求める
方法の２つは、規格化回路１０のハードウェアとしては
共通でよく、平均化処理のアルゴリズムが異なるたけな
ので、撮像系等の状況に応じて両者を適宜切換えて使用
することも可能である。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、スキャナキ
ャリッジの移動方向を第１図の場合と９０°異ならせ紙
面と直角方向にするとともに、ラインイメージセンサを
主走査方向に複数個（この例では４個）配列して、マル
チチャネル処理を行なっている点が第１図の実施例と異
なっている。

すなわち、原稿３上の画像は４個のラインイメーンセン
サ５ａ〜５ｄ上に結像され、それぞれから出力されるア
ナログ画像信号か増幅器６ａ〜６ｄで増幅され、Ａ／Ｄ
変換器７ａ〜７ｄによりディジタル化された後、コント
ロール回路３１の制御て切換わるマルチプレクサ３２に
より１ラインのディジタル画像信号となって、規格化回
路１０に入力される。規格化回路１０は、第１図の場合
と同様の構成でよい。

このようなマルチチャネル処理においては、各チャネル
で得られる黒基準信号は増幅器６ａ〜６ｄのオフセット
のドリフト等により第４図（ａ）に示すようにレベルが
大きく異なっているので、Ａ／Ｄ変換’ＸＡ　７　ａ〜
７ｄでディジタル化され、さらにマルチプレクサ３１に
より１ライン分連結された後の黒基準信号は、同図（ｂ
）に示すようにＡ／Ｄ変換器７ａ〜７ｄの量子化誤差に
よるランダム・ノイズと、さらにチャネル間での不連続
が生じている。

このような黒ＬＣｆｉ信号に（１）式に示したような平
均化処理を単純に行なうと、第４図（ｃ）に示すように
チャネル間の境界付近での不連続性か緩（目されてしま
う。このような信号をそのままオフセット補正信号とし
て使用すると、本来チャネル間で不連続な信号に対して
連続性のあるオフセット補正信号で規格化を行なうこと
になるので、かえってノイズか増加してしまう。

このため、本実施例では黒基準信号の平均化処理として
同一チャネル内、つまりラインイメージセンサ５ａ〜５
ｄの各々毎に平均化を行なう。これには例えば撮像系の
チャネルの切換わる位置を予めプログラム上に記憶して
おき、その位置を跨いては移動平均が行なわれないよう
なアルゴリズムとすればよい。このようなアルゴリズム
を用いることにより、第４図（ｂ）に示した黒基準信号
は同図（ｄ）に示すようになり、チャネル間の不連続は
保存されたまま、チャネル内でのランダム・ノイズが除
去される。従って、この黒基準信号を用いればオフセッ
ト補正による規格化画像信号の誤差はなくなる。

なお、第４図（ｄ）はチャネル内で移動平均を行なった
場合であるが、チャネル内での全画素の黒括塾信号の平
均値を計算し、その平均値を同一チャネル内の全画素の
黒基準信号とする方法も釘効である。

第５図は本発明のさらに別の実施例として、第３図と同
様のマルチチャネル処理のカラー画像読取り装置におい
て、黒基準信号の平均化処理を７１−ドウエアにより実
時間で行なう場合の規格化回路の構成を示したものであ
る。

第５図において、Ａ／Ｄ変換器から入力される黒基準信
号は加算器５１とレジスタ５２により画素間にわたって
累積加算される。この累積加算か同一チャネル間で行な
われ、チャネル内の最終測索に達すると、そのときの累
積値がチャネル数と等しいワード数よりなるオフセット
メモリ５３の対応するアドレスに書込まれた後、レジス
タ５２がクリアされ、次のチャネルについて同様に累積
加算が行なわれる。この操作が１ライン分、つまり４チ
ャネル分だけ行なわれることにより、オフセットメモリ
５３に各チャネルのオフセット分の累積値が記憶される
。

次に、白基準信号がチャネル毎に読込まれ、そのチャネ
ルに対応するオフセットメモリ５３の出力を除算器５４
により１チヤネル当たりの画素数Ｐで除算して得たオフ
セット補正信号が減算され□る。このオフセット信号は
各チャネル毎のオフセントの平均値となっている。

次に、原稿を実際に読取って得られた画像信号が人力さ
れ、」二記した白基準信号のオフセット補正と同様にし
てオフセット補正が行なわれ、またゲイン補正に関して
は先の実施例と同様にして行なわれる。

この実施例によれば、黒基準信号の主走査方向に関する
平均化処理をハードウェアで行なうことにより、黒基準
信号読込みから画像読取り動作に移行するまでの時間を
短縮でき、従ってよりドリフト変動に強い規格化が可能
となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば実施例ではＡ／Ｄ変換された黒基準信号を主走査
方向に関して平均化することにより、Ａ／Ｄ変換器で生
じる１ビット幅のランダム・ノイズを軽減させたが、Ａ
／Ｄ変換器にヒステリシスを持たせることにより同様の
効果を得るともできる。すなわち、Ａ／Ｄ変換器の量子
化ステップ毎に高低２つの閾値を持たせ、アナログ画像
信号が低レベル側から高レベル側へと変化するときは、
高レベル側の閾値レベルを用いて量子化を行ない、逆に
アナログ画像信号が高レベル側から低レベル側へと変化
するときは低レベル側の閾値を用いて量子化を行なう。

このようにすれば、高低２つの閾値の差をＡ／Ｄ変換器
に入力されるアナログ画像信号のノイズレベルより十分
に大きくしておくことにより、Ａ／Ｄ変換器の出力に得
られるディジタル画像信号のランダム・ノイズを除去す
ることができる。

また、最初の実施例において黒基準信号を複数ライン分
読込み、副走査方向に関して平均化した後の丸め処理に
おいて、同様にヒステリシスを利用した丸め処理を行な
うことも可能である。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る画像読取り装置の構成
図、第２図は同実施例における黒基準信号の平均化処理
を説明するための図、第３図は本発明の他の実施例に係
る画像読取り装置の構成図、第４図は同実施例における
黒基準信号の平均化処理を説明するための図、第５図は
本発明のさらに別の実施例における規格化回路の構成図
、第６図は画像読取り装置におけるシェーディング現象
を説明するための図、第７図は従来の規格化回路におけ
る問題点を説明するための図である。 １・・・光源、２・・・透明ガラス板、３・・・原稿、
４・・・屈折率分布型ロッドレンズアレイ、５，５ａ〜
５ｄ・・・ラインイメージセンサ、６．６ａ〜６ｄ・・
・増幅器、７．７ａ〜７ｄ・・・Ａ／Ｄ変換器、８・・
・黒基準板、９・・・白基準板、１０・・・規格化回路
、１１・・・減算器、１２・・・スイッチ、１３・・・
加算器、１４・・・第１のラインメモリ、１５・・・第
２のラインメモリ、１６・・・ＣＰＵ、１７・・・逆数
テーブル、１８・・・乗算器、３１・・・コントロール
回路、３２・・・マルチプレクサ、５１・・・加算器、
５２・・・レジスタ、５３・・・オフセットメモリ、５
４・・・除算器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光電変換素子を一列に配列して構成された
   イメージセンサにより画像を電気信号に変換してアナロ
   グ画像信号を得る撮像手段と、このアナログ画像信号を
   ディジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このデ
   ィジタル画像信号を前記イメージセンサおよびＡ／Ｄ変
   換器を介して得た黒基準信号および白基準信号を用いて
   規格化する規格化回路とを備えた画像読取り装置におい
   て、前記規格化回路は前記Ａ／Ｄ変換器の出力より得ら
   れた前記黒基準信号を前記イメージセンサにおける光電
   変換素子の配列方向に関して平均化処理し、この平均化
   処理した黒基準信号を前記ディジタル画像信号の規格化
   に用いることを特徴とする画像読取り装置。
2. （２）前記規格化回路における前記平均化処理は移動平
   均を計算する処理であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の画像読取り装置。
3. （３）前記前記規格化回路における前記平均化処理は前
   記イメージセンサにおける全ての光電変換素子に対応し
   た黒基準信号の平均値を計算する処理であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の画像読取り装置。
4. （４）前記撮像手段は前記イメージセンサを前記光電変
   換素子の配列方向に複数個並べて構成されたものであり
   、前記規格化回路は前記平均化処理をこれら複数個のイ
   メージセンサ毎に行なうものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の画像読
   取り装置。