JPS63246966A - カラ−画像入力装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はカラー画像を電舅信号として読取るカラー画
像入力装置に関する。

（従来の技術） 従来、二次元のカラー画像読取り装置に使用されるカラ
ー固体イメージセンサとして、１つのラインセンサ上に
色分解カラーフィルタ（以下、カラーフィルタ）を点順
次に配列した点順次配列センサと呼ばれるもの（特開昭
５８−１７８６５９号公報参照）が知られている。しか
し、点順次配列センサは、−画素上のＲＧＢ三色のカラ
ーフィルタが厳密には同じ点の情報を読みとっていない
ため、例えば像の輪郭部などのように一４ｆｌのＲＧＢ
カラーフィルタ内で結像された像に輝度変化かある場合
、３つのカラーフィルタの出力バランスか変化して色を
目かシフトする現象、いわゆるカラーノイズを生じると
いう問題があった。

また、３つのラインセンサを副走査方向に所定の間隔を
あけて平行に配置して、これらの３つのう・インセンサ
で各色を分解することもなされている。（画像電子学会
１３回全大、予稿集２１゜「フルカラー読取用３色一体
化ＣＣＤラインイメージセンサ」）。この方法によれば
、３つのカラーフィルタで同一の点の情報を読みとって
いるので、前述したカラーノイズの発生は防止できる。

しかしながら、このように３つのラインセンサを平行に
配置する場合、中央に配置されたラインセンサの配線や
周辺回路などの関係から実装密度を高めることかできす
、３つのラインセンサの間隔か大きくならざるを得ない
。そのため、副走査方向の読取りずれを補正するのに、
大量の補正用ラインメモリを必要とするという欠点があ
った。

そこで、これらの欠点を解消するために本発明者らは２
本の単位ラインセンサを平行に隣接させて配置し、人間
の視覚特性を考慮したカラーフィルタの配列（ある１つ
の色フィルタの読みとり密度を他の２つの色フィルタの
読みとり密度の２倍にしたフィルタ配列）をもつライン
イメージセンサを提案している。この方法は３本のライ
ンセンサを用いる方法に比へ、構成が簡単でかつ輝度信
号の解像度は同程度であり、効率の良い方法となってい
る。

このような２ラインの光電変換素子を用いる方式では色
分解信号により、読取り密度が異なるので、読取り密度
の低い信号については同じ信号を複数回繰返して出力し
たり、隣接画素間で補間を行うことにより、不足の画素
を生成している。しかし、このような方法ではカラーノ
イズを更に大きく低減することが望まれていた。

（発明が解決しようとする問題点） このように、２ラインの光電変換素子を用いる方式では
、カラーノイズを更に大きく低減することが望まれてい
た。

そこで、この発明は、従来の方法よりもさらにカラー、
ノイズを低減し、高品質の画像信号を出力することので
きるカラー画像入力装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するだめの手段） 本発明では画像読取り部に２本の単位ラインセンサを互
いに平行に配置し、光学的にまたは読取りのタイミング
をずらすことにより２本のラインセンサが原稿面の同一
ラインを読取り、かつ２つのラインセンサの対応する光
電変換素子が同一の点を読取るように配置する。これら
のラインセンサの各光電変換素子上には３色のカラーフ
ィルタを、次に示すように配置する。すなわち、第１の
（１１位ラインセンサのすべての光電変換素子上に第１
のカラーフィルタを配置し、第２のり１位ラインセンサ
上の光電変換素子については、第２及び第３のカラーフ
ィルタをそれぞれ１画素毎に交互に配置する。

そして、このようなラインセンサで読みとった信号から
、各画素ごとの色差信号（すなわち、第１のカラーフィ
ルタの出力から第２または第３のカラーフィルタの出力
を差し引いた信号）を計算し、信号の計算できない画素
については隣接する画素の色差信号を繰り返すまたは補
間することにより、すべての画素の色差信号を計算する
。

（作用） 計算される色差信号は同一点での色信号の差であるから
、明るさの勾配の急な部分でもカラーノイズが生じず、
正しい色差信号が得られる。したがってこれらの色差信
号を繰返し、または補間した信号にもカラーノイズは生
じない。

（発明の実施例） 以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

第２図は本発明を用いたカラー画１象入力装置の構成を
示す。光源２０１により原稿さ　２０２に光を照射し、
原稿面上の細長い帯状領域を例えば分布屈折率型円筒レ
ンズアレイ２０５によりラインセンサ対２０６上に等倍
正立結１象させる。ラインセンサ対２０６は２本のライ
ンセンサよりなっており、これらのラインセンサの出力
を順次読み出す（主走査）ことにより１ライン上の画像
情報を読込むことができる。そして、光源２０１、レン
ズ２０５、ラインセンサ対２０６をキャリッジに一体化
してラインセンサの主走査方向に対して垂直方向に走査
（゛副走査）することにより原稿画像全体の情報を読込
むことができる。

つぎに第３図を用いてラインセンサ対２０６の構造につ
いて詳しく説明する。ラインセンサ対２０６は２本のラ
インセンサ３０１，３０２を微小な間隔りで平行に配置
したもので、前記正立等倍結像系により原稿面上の帯状
領域がこれらのラインセンサの受光面上に結像する。こ
れらのラインセンサは互いに同数、同サイズの光電変換
素子を並べたもので各ラインセンサの一方の端から同数
個目の素子同士が対応した組をなしている。そしてこれ
らの対応した素子同士が主走査方向について同位置にな
るように、配置されている。各受光素子の受光面上には
色分解のための色フィルタが下記のような配置されてい
る。すなわち、ラインセンサ３０１にはすべて緑（Ｇ）
の色フィルタが配置されおり、一方、ラインセンサ３０
２には赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の色フィルタが１素子毎に
交互に配置されている。ここで、原稿上の主走査方向に
ついて１番目の画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分をそれぞ
れＲｉ、Ｇｉ、ＢＬとすると、上記のようなラインセン
サの構成により１＝２ｎ　（偶数）番目の画素について
はＲ信号とＧ信号、１＝２ｎ＋１　（奇数）番目の画素
についてはＧ信号とＢ信号が得られる。これらの信号を
今後Ｒ１゜Ｇｉ、Ｂｉと表す。

ラインセンサを２本用いることによりセンサの構成は複
雑になるが、一方、次のような利点がある、すなわち、
原稿面の同一点に対して２種類の色信号が得られること
、及び同一密度の色信号を１ラインのセンサで読みとる
のに比べ、光電変換素子の面積を２倍にすることかでき
る。前者は、像のエツジで生ずるカラーノイズを低減し
、後者は光電変換ゲインを上げることによりＳ／Ｎの向
上をもたらす。

また、このような色フィルタの構成ではＧ信号は各画素
毎に得られるが、Ｒ信号及びＢ信号はそれぞれ１画素お
きにしかえられない。しかし、人間の視覚特性によると
輝度成分の方が色差成分に比べて空間分解能が高いこと
が知られている。したがって、本実施例のように、特定
の色信号だけ高密度で読みとるのは効率の良い方法であ
る。

ラインセンサ上の光電変換素子で電気信号に変換された
色信号はＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄ
ｅｖｉｃｅ）などにより順次読みだされ、時系列信号と
して出力される。ここで２本のラインセンサの位置のず
れを補正するためには、２本のラインセンサのうち副走
査方向について前方にあるラインセンサ３０１の出力を
数ライン分だけ遅延させる。すなわち、２本のラインセ
ンサは間隔りだけ離れているので、厳密には同時に同じ
点の情報を読みとっていない。副走査方向の読みとりピ
ッチをＤ′とすればＤ／Ｄ’のライン数だけラインセン
サ３０１の出力信号を遅延させることにより、ラインセ
ンサ３０１及びラインセンサ３０２の出力信号２５１ａ
、２５１ｂは同じ点の情報を表す。本実施例ではライン
センサ上のＣＣＤを拡張して、ここで遅延を行っている
。しかし、例えば独立にアナログの遅延回路を設けても
良いし、Ａ／Ｄ変換回路の後でディジタル・メモリを用
いて行っても良い。また、２つの結像光学系を用いて２
つのラインセンサに原稿上の同じ点の像を結像すること
により遅延回路をなくすことも可能である。

２つのラインセンサの出力信号２５１　ａ。

２５１ｂは次に増幅器２０９ａ、２０９ｂで、増幅され
たあと、アナログ・スイッチ２１０で交互に切替えるこ
とにより、１つの時系列信号２５３に多重される。これ
により第４図に示すように１画素につき２つの色信号の
組が隣合った信号が得られる。

この時系列信号２５３は次にＡ／Ｄ変換回路２１１でデ
ィジタル信号２５４に変換され、さらにシェーディング
補正回路２１２で規格化される。

シェーディング補正回路は光源による原稿の照度むら、
ラインセンサの各素子の感度むら、オフセットむらなど
を補正するものである。原稿読取り前に予め、原稿面２
０２の端部にある黒基準板２０３及び白基準板２０４を
読取り、得られる信号を画素毎に記憶しておき、原稿読
取り時にはこの記憶値を用いて補正を行う。

シェーディング補正回路の具体的な構成については例え
ば特願昭５９−１９２６６３号に詳しく述べられている
。シェーディング補正をうけた信号２５５は画素毎の感
度ばらつきか除がれ、原稿が白の場合１、黒の場合Ｏに
なるように規格化され、自動的に白バランス、黒バラン
スも補正される。

以上の処理により規格化されたディジタルの色信号がＧ
信号については各画素ごとに、Ｒ信号。

Ｂ信号についてはそれぞれ交互に一画素おきに得られる
。ところで、通常のカラー画像を扱う装置においては各
画素につき３色の色信号を必要とする。したがって、後
段の装置との整合上、各画素について３色の色信号をそ
ろえるために補間などの手法により不足な信号を補う必
要がある。また、装置によってはＲＧＢ以外の色信号を
必要とするものもあり、このような装置に対しては色信
号を変換する必要がある。

本実施例では信号変換回路２１２によりＲＧＢ信号の輝
度色差信号への変換と補間による信号数の整合を行って
いる。輝度色差信号１．ＣＩ。

Ｃ２はＮＴＳＣ方式のＹ、Ｉ、Ｑ信号に類似した信号で
ＲＧＢ信号との関係は下式（式１）により与えられる。

輝度信号Ｉは画素の明るさを表し、色差信号Ｃ１，Ｃ２
は画素の色相を表す。特に無彩色の場合は色差信号ＣＩ
、Ｃ２はともにＯとなる。

　　−Ｇ Ｃ１−Ｒ−Ｇ Ｃ２−Ｂ−Ｇ　　　　　　　　　　　（式１）信号変換
回路２１２が本発明のポイントである。

本回路では補間をＲＧＢ信号で行わず、輝度°色差信号
に変換してから補間を行っている。具体的には第１図に
示す手順で処理を行う。まずＧ信号はそのまま輝度信号
■とする。そして、偶数画素目のＲ信号およびＧ信号か
らその画素の色差信号Ｃ１を、奇数画素目のＢ信号およ
びＧ信号からその画素の色差信号Ｃ２を計算する。すな
わち下式（式２）の演算を行う。

１（２ｎ）　　＝Ｇ（２ｎ） １　（２ｎ＋１）＝Ｇ（２ｎ＋１） Ｃ１（２ｎ）　＝Ｒ（２ｎ）−Ｇ（２ｎ）Ｃ２（２ｎ＋
１）−８（２ｎ＋Ｌ）−Ｇ（２ｎ＋１）　　　　　（式
２）つぎに、第１図にＸ印で示す、求まっていない奇数
画素目の色差信号Ｃ１（２ｎ＋１）、偶数画素目の色差
信号Ｃ２（２ｎ）を補間により下式（式３）のように計
算する。

ＣＩ　（２ｎ＋１）＝ａＣ１（２ｎ）＋（１−ａ）Ｃ１
（２ｎ＋２）Ｃ２（２ｎ）　　＝ａＣ２（２ｎ−１＞＋
（１−ａ）Ｃ２（２ｎ＋１）　（式３）ここで、ａは０
≦ａ≦１なる定数で、本実施例ではａ　ｍ　０．５とし
ている。これは通常の補間方法である。しかしａ−１ま
たは０をとることにより計算を若干簡易にすることもで
きた、例えばａとして上記以外の値をとっても大きな支
障にはならない。

つぎに、この回路の具体的な構成、機能について詳しく
説明する。第５図ａにこの回路の構成を示す。色信号は
アナログスィッチ２１０以降第５図すに示すように、Ｇ
ＲＧＢφ・の順となっており、Ｇ信号を前とする隣接す
る２つの信号の組がＧ、ＲまたはＧ、Ｂが一つの画素の
色信号となっている。本回路に入力した色信号１０１は
レジスタ１１１及び減算器１２１に入る。レジスタ１１
１は画素同期信号１３１の立上がりによって入力信号を
ラッチする。ここで画素同期信号１３１は画素に同期し
た信号で第５図すに示すようにＧ信号のでている時に立
ち上がり、Ｒ信号、Ｂ信号のでている時に立ち下がる。

したがちてレジスタ１１１にはＧ信号がラッチされる。

一方、Ｒ信号。

Ｂ信号は減算器１２１によりその直前にラッチされたＧ
信号、すなわち同じ画素のＧ信号を減算される。これに
より、各画素毎にＲ−ＧまたはＢ−Ｇすなわち色差信号
Ｃ１，Ｃ２が交互に計算される。この信号は画素同期信
号１３１を反転した信号１３２によりレジスタ１１５に
とりこまれる。

このレジスタ１１５の出力信号はさらにレジスタ１１６
．１１７により２画素分遅延され、加算器１２２と１／
２倍器１２３によりレジスタ１１５の出力信号との加算
平均が計算される。すなわち１画素おいた２つの色差信
号から間の画素の補間信号を計算したことになる。この
補間した色差信号はレジスタ１１８により１画素分遅延
される。

またレジスタ１１１の出力であるＧ信号すなわち輝度信
号もレジスタ１１２−１１４により３画素分遅延される
。これらは３つの信号の時間のずれを合せるためで、こ
れによりレジスタ１１４゜１１７．１１８の出力信号１
０２，１０３，１０４は同じ画素の輝度信号、色差信号
、補間した色差信号となっている。ここで、信号１０３
及び１０４はそれぞれ色差信号ＣＩ、Ｃ２が１画素毎に
交互になっているのでスイッチ１２４により１画素毎に
信号の交換するか否かを切替えている。

このスイッチの切替え出力を１０５，１０６とすると、
各画素毎に輝度信号１０２および色差信号１０５．１０
６が並列にえられ、これが本装置の最終的な出力信号と
なる。

このような補間演算の方式は、色信号を補間してから色
差信号を計算する一般の方式に比べ、カラーノイズを低
減することができる。すなわち、ＲＧＢ信号はそれぞれ
明るさ成分をもっており、一方色差信号は色相を表す信
号であり、明るさ成分との相関は小さい。また、補間演
算は信号の変化の小さい場合に効果がある。前述したよ
うに、人間の視覚特性は輝度すなわち、明るさ成分の方
が色相成分に比べ分解能が高く、また、これに関係して
一般のカラー原稿は輝度成分の変化より色相成分の変化
の方がゆるやかな場合が多い。したがって、明るさ成分
をもつＲＧＢ信号で捕間を行うより、明るさ成分との相
関の小さい色差信号で補間を行う方が実際上も、視覚上
も画質の劣化が小さい。

本方式の効果を像のエツジ部に生ずるカラーノイズを例
に第６図により具体的に説明する。原稿画像に黒白のエ
ツジ部があると仮定すると、結像系のレスポンスにより
ラインセンサ上の像はエツジがなまって第６図ａに示す
ようになる。ラインセンサ上の色フィルタの配列を第６
図すに示すとおりとすると、読取ったＲ信号、Ｇ信号は
それぞれ第６図Ｃに示すようになる。ここで不足のＲ信
号を補間すると第６図ｄのようになる。したがって色差
信号Ｃ１−Ｒ−Ｇは第６図ｅのようになり、本来無彩色
であるにもかかわらず、色差信号は０にならず、エツジ
部に色がつくことになる。すなわちカラーノイズが生じ
る。一方、本実施例によれば、得られているＲ信号、Ｇ
信号から、まず色差信号Ｃ１を計算する。これは第６図
ｆに示すように常に０になる。したがって、この色差信
号を補間した信号も第６図ｇに示すように常にＯとなり
、カラーノイズは生じない。

このようなカラーノイズは像のエツジ部だけでなく、網
点などのように細かく濃淡の変動している部分でも生じ
る。この場合モアレ状のカラーノイズとなり、画質を大
きく劣化させる。また、カラーノイズは信号処理により
画像の拡大を行う場合や、色相を同定して領域分割など
の論理処理を行う場合に特に大きな問題となるが、本発
明を適用することにより解決することができる。

（他の実施例） つぎに本発明を用いた第２の実施例について説明する。

本実施例では前記実施例の信号変換回路を一部変更する
ことにより、ＲＧＢ信号を出力信号としている。すなわ
ち、本実施例では前記実施例の信号変換回路の後に第７
図に示すような輝度色差信号からＲＧＢ信号への変換回
路を追加している。この回路は前記のＲＧＢ信号から輝
度色差信号の変換の逆変換を行うもので、その変換方式
は下式（式４）であられされる。

Ｒ鱈　１＋ＣＩ Ｂ　　−１＋Ｃ２（式４） この回路の付加により出力信号はＲＧＢ信号となり、Ｒ
ＧＢ信号を入力とする装置に適合する。

一方、色差信号で捕間を行っているので、前記実施例と
同様にカラーノイズを低減することができる。

つぎに本発明を用いた第３の実施例について説明する。

本実施例は前記第２の実施例と同様に色差信号で補間処
理を行い、ＲＧＢ信号を出力するものであるが、信号変
換回路の構成がことなっている。前記第２の実施例では
色差信号を陽に計算し補間演算を行ってからＲＧＢ信号
にもどしているが、本実施例ではこの一連の処理と等価
な演算を行っている。すなわち、前記ＲＧＢ信号から輝
度色差信号へ変換してさらに捕間を行う式（式２゜式３
）、輝度色差信号からＲＧＢ信号への逆変換式（式４）
を組合わせた式（式５）を一度に計算するものである。

この結果書られるＲＧＢ信号Ｒ’　、Ｇ’　、Ｂ’　は
前記第２の実施例でえられるＲＧＢ信号とまったく同じ
であり、同様にカラーノイズを低減することができる。

Ｇ’（２ｎ）　　−Ｇ（２ｎ） Ｇ’（２ｎ＋１）−Ｇ（２ｎ＋１） Ｒ’（２ｎ）　　−Ｒ（２ｎ） Ｂ’＜２ｎ＋１）＝８（２ｎ＋１） Ｒ’　（２ｎ＋１　）−ａ　（Ｒ（２ｎ）−Ｇ　（２ｎ
））　”　（１−ａ）　（Ｒ（２ｎ＋２）−Ｇ（２ｎ＋
２））＋Ｇ（２ｎ＋１） Ｂ’（２ｎ）　　−ａ（Ｂ（２ｎ−１）−Ｇ（２ｎ−１
＞）＋（１−ａ）（１３（２ｎ＋１）−Ｇ（２ｎ＋１）
＋Ｇ（２ｎ）　　　　　（式５）以上の実施例では色フ
ィルタとしてＲ，Ｇ、Ｂの組合わせを用いているが、本
発明はこれに限るものでなく、例えばシアン（Ｃ）、緑
（Ｇ）、黄（Ｙ）などの組合わせでもさしつがえない。

また読取り密度の高い色フィルタもＧに限らず、Ｃ１Ｒ
などにしてもよい。その場合、その色信号を輝度信号に
し、他の読取り密度の低い信号とその信号の差を色差信
号にとれば本実施例と同様の回路を用いることができる
。

［効果］ 本発明により、２ラインのカラーセンサを用いてカラー
画像信号の読取りを行い、がっ色差信号で捕間処理を行
うことにより、像のエツジなど明るさの変化の大きい部
分に生ずるカラーノイズを低減し、正しい色情報を読取
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例における信号変換回路での信号の
処理を説明するための図、第２図は本実施例における画
像信号読取り部の構成を示す図、第３図は本実施例にお
けるラインセンサの構成を示す図、第４図は本実施例に
おけるアナログスイッチ部の動作を示す図、第５図は本
実施例における信号変換回路を説明するための図で、同
図（ａ）は、その構成を示す図、同図すは同図ａの信号
のタイミングを示す図、第６図は本実施例によるカラー
ノイズ低減の効果を説明するための図、第７図は第２の
実施例における信号変換回路の構成を説明するための図
である。 １０１・・・色信号、１０２・・・輝度信号、１０３・
・・色差信号、１０４・・・捕間した色差信号、１１１
〜１１８・・・レジスタ、１２１・・・減算器、１２２
・・・加算器、１２３・・・１／２倍器、１２４・・・
切替え回路、１３１・・・画素同期信号、２０１・・・
光源、２０２・・・原稿、２０３・・・黒基準板、２０
４・・・白基準板、２０５・・・円筒レンズアレイ、 ２０６・・・ラインセンサ対、２０９・・・増幅器、２
１０・・・アナログスイッチ、 ２１１・・・Ａ／Ｄ変換器、 ２１２・・・シェーディング補正回路、２１３・・・信
号変換回路、 ３０１・・・第１のラインセンサ、 ３０２・・・第２のラインセンサ、 ３０３・・・遅延回路、７０１，７０２・・・加算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光電変換素子を直線上に配置してなる第１
   及び第２のラインセンサを両者の対応する光電変換素子
   が主走査方向の位置を同じくするように互いに平行に配
   置し、いずれの主走査方向位置を見ても前記第１及び第
   ２ライン・センサのいずれか一方の光電変換素子上に第
   １のカラーフィルタが配置され、この第１のカラーフィ
   ルタの配置されていない前記光電変換素子上に第２のカ
   ラーフィルタと第３のカラーフィルタとが主走査方向に
   一素子おきに交互に配置されているカラーイメージセン
   サを用いたカラー画像読取装置において、 前記第１のカラーフィルタの読取り信号Ｓ１と前記第２
   、第３のカラーフィルタの読取り信号Ｓ２、Ｓ３から１
   画素おきに交互に求められる色差信号Ｃ１（＝Ｓ２−Ｓ
   １）、Ｃ２（＝Ｓ３−Ｓ１）に補間処理を施して、前記
   各画素で直接求められない色差信号Ｃ１、Ｃ２を求める
   ことを特徴とするカラー画像入力装置。
2. （２）補間処理により求められた色差信号Ｃ１またはＣ
   ２及び第１のカラーフィルタの読取り信号Ｓ１から、前
   記各画素で直接求められない読取り信号Ｓ２またはＳ３
   を求める処理、またはこの一連の演算と等価な処理を行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラー
   画像入力装置。