JPH02183667A - シェーデイング補正方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原稿を画素単位に読取る装置の読取り出力の補
正に係り、特に、読取り信号の明部の均一化補正を行、
うシェーディング補正方法に関する。

〔従来の技術〕

従来よりこの種の原稿読取り装置は、原稿読取り領堺−
外に白レベルの基準となる標準白色板を配し、この白色
板からの読取りデータを基準の白として、シェーディン
グ補正を行って来た。

この場合のシェーディング補正は、白色板からの読取り
値をメモリに蓄え、原稿走査時にこのメモリ読取り出力
が白色板の濃度に対応した所定の値になるように原稿読
取り値を補正して来た。

この場合の補正は光電変換素子の出力が入射光量に対し
てリニアな特性を有するという原理を用いており、白色
板読取り値ＳをＮに補正する補正量（Ｎ−５）も入射光
量に対してリニアに変化するというものである。すなわ
ち、原稿読取り値Ｘにおける補正量はＳにおける補正ｆ
ｆｉ　（Ｎ−３）をＳとＸの比で配分したもの−（Ｎ−
３）となる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕ところが、ＣＣ
Ｄ等の光電変換素子は入射光量の少ない小信号領域にお
いて電荷転送部の電荷転送残しの影響で、光量に対して
リニアな出力を発生しない。そのため、従来の光量に対
してリニアな出力を前提としたシェーディング補正手段
では入射光量の少ない小信号領域において補正エラーを
生じ、出力信号の均一性が保たれない。

また、この光電変換素子の非リニアな出力特性はデバイ
スに依存するもので、特性が一様でなく回路手段で補正
出来るものではない。

そのため、小信号領域でも電荷転送残しの少ない、出力
のリニアな光電変換素子を選別して使う必要があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、光電変換手
段により原稿を画素単位に読取る原稿読取り走査に先た
ち、均一な濃度を有する読取り面からの読取り信号をメ
モリに蓄え、原稿読取り走査時に光電変換素子の所定の
画素の読取り信号に同期して該画素に対応するメモリ出
力を読出し、該メモリ読出し出力値が基準濃度に対応し
た基準値になるように読取り信号を補正する構成とし、
更に、その補正量を原稿読取り信号が暗部読取り信号の
場合は、光量にリニアな補正量より少ない補正量とした
シェーディング補正方法を提供するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明による原稿読取り装置（以下、スキャナ
ーと呼ぶ）の概略図である。原稿カバー１００により押
えられ、原稿台ガラス１０１上に置かれた原稿１０２の
画像情報を読み取る為に、ＣＣＤ等の撮像素子１０３が
使用され、光源１０４からの照明光が原稿１０２面上で
反射されてミラー１０５．　１０６゜１０７を介してレ
ンズ１０８により撮像素子１０３上に結像される。光源
１０４、ミラー１０５からなる光学ユニット１１３とミ
ラー１０６，１０７からなる光学ユニット１１４は２：
１の相対速度で移動するようになっている。この光学ユ
ニットはＤＣサーボモータ１０９によってＰＬＬ制御を
かけながら一定速度で左から右へ移動する。この移動速
度は往路では倍率に応じて２２．５ｍｍ／ｓｅｃから３
６０ｍｍ／ｓｅｃ迄可変で、復路では常に８００　ｍ　
ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃである。

この光学ユニットの移動する副走査方向（以下Ｘ方向と
呼ぶ）に直交する主走査方向（以下Ｙ方向と呼ぶ）を撮
像素子により４００ｄｏｔｓ／インチの解像度で読取り
ながら光学ユニットを左端のホームポジションから右の
方へ所定の位置迄移動させた後、再びホームポジション
迄復動させて１回の走査を終える。遮光板１１１がフォ
トインクラブターからなるホームポジションセンサ１１
０を横切ることでホームポジションを検出する。標準濃
度板１１２はシェーディング補正、光源１０４の光量制
御の為に用いられ、ホームポジションセンサ１１０の検
出位置が、標準濃度板の読取り位置となる。

第２図は本発明における画像処理ブロックの一例である
。照明１０４は本実施例では蛍光灯を用いており、光源
光量制御部２０１により、サイリスタ等を用いた高周波
点灯時間制御方式により調光される。

読取面２０２は照明１０４からの光を反射し、ＣＣＤラ
インセンサ１０３により読取られる原稿濃度情報を有す
る面であり、光学ユニットの移動により、第１図の標準
濃度板１１２．原稿１０２が読取り面となる。

ＣＣＤ１０３によって読取られたライン毎の画信号は増
幅器２０３により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２０４に
より多値（本実施例では８ビツト）のデジタル画像信号
２１６となる。

本実施例では原稿の黒レベルを“０”として、また白レ
ベルを“２５５″として読むようになっている。Ａ／Ｄ
変換器の黒基準レベルと白基準レベルは固定値が与えら
れており、照明１０４を完全に消し、ＣＣＤ１０３に光
が入射しない状態でのＡ／Ｄ変換器出力が完全点である
０レベルとなるように増幅器２０３のオフセットは調整
されている。

ＣＣＤ駆動信号発生回路２０５はＣＣＤ１０３を駆動す
るのに必要なりロック信号φｌ、φ２、水平同期信号Ｓ
Ｈ等のＣＣＤ駆動信号２０６を発生するとともにＡ／Ｄ
変換器２０４へのクロック信号２０７の発生、ＣＯＤの
各ビットの識別のためのアドレス信号であるＣＣＤアド
レス２０８の発生を行う。本実施例ではＣＣＤ１０３に
５０００画素のラインセンサを行っているため、ＣＣＤ
アドレスは水平同期信号に同期して読み出される５００
０個の画素に対応してＯから４９９９までアップカウン
トする。

２０９はＡ／Ｄコンバータ２０４からのＣＣＤＩライン
分のデジタル画像信号全画素を記憶するシェーディング
データＲＡＭである。

アドレスセレクタ２１０はシェーディングデータＲＡＭ
２０９に与えるアドレス信号２１１のセレクタであり、
ＣＰＵ回路部２１２からのアドレス切換信号２１３によ
りＣＣＤアドレス２０８とＣＰＵ回路部のアドレスバス
２１４からのＣＰＵアドレスとを切り換える。

シェーディング補正テーブルＲＡＭ２Ｌ５は、照明系１
０４やレンズ１０８に含まれる配光ムラやＣＣＤ１０３
の各画素の感度ムラや、増幅器２０３の増幅度設定誤差
等に起因する読取り画像信号２１６の不均一を補正する
ためのテーブルであり、原稿読取り動作に先立ち、ＣＰ
Ｕ２１２により補正テーブルデータを書き込み、原稿読
取り時には、シェーディングデータＲＡＭ２０９からの
シェーディングデータ２１７と読取り画像信号２１６に
より補正テーブルＲＡＭ２１５をアドレッシングするこ
とにより読取り画像信号２１６の不均一さを補正した画
像信号２１８を得る。

アドレスセレクタ２１９はシェーディング補正テーブル
ＲＡＭ２１５に与えるアドレス２２０のセレクタで、Ｃ
ＰＵ２１２からのアドレス切換信号２２１によりＣＰＵ
アドレス２１４と読取り画像信号２１６とシェーディン
グデータ２１７とを合わせたアドレスを切換モータドラ
イバ２２３は光学系駆動モータ１０９の前進、後進制御
及び速度制御を行うもので、ＣＰＵ２１２のデータバス
２２２から前進、後進及び速度データを受け、ＤＣサー
ボモータ１０９からのエンコーダパルス信号２２４によ
りＰＬＬ制御を用いてモータ１０９の駆動制御を行う。

このエンコーダパルス信号２２４はＣＰＵ回路部２１２
に与えられ、ＣＰＵ２１２はこのエンコーダパルス信号
２２４をカウントすることにより光学系の走査位置を検
出する。

ホームポジションセンサ１１０はフォトインクラブター
からなるセンサであり、標準濃度板１１２の非読取り領
域に固定されており、照明系１０４に固定された遮光板
１１１がホームポジションセンサ１１２の場所にいるこ
とを検出した場合、読取り面１０４は標準濃度板となる
。

ＣＰＵ回路部２１２は、本実施例のシーケンス制御。

画像データ補正処理、照明系光量制御、操作部の制御を
行う。

操作部２２５の詳細な構成を第３図に示す。本操作部は
ＣＰＵ２１２の制御によりキー人力取り込み及び表示動
作を行う。３０１は調光値測定モードを開始させるキー
であり、３０２は調光値測定モードを実行中であること
を表示するＬＥＤである。３０３は原稿台１０１上に載
置された原稿１０２の読取り動作モードを開始させるキ
ーであり、３０４は原稿読取りモードを実行中であるこ
とを表示するＬＥＤである。

３０５は測定した調光値をさらに明るめに設定するため
のキーであり、このキーを押すことにより３０７の調光
値加減表示が増加する。３０６は測定した調光値をさら
に暗めに設定するためのキーであり、このキーを押すこ
とにより３０７の調光値加減表示が減少する。３０７の
調光値加減表示の表示単位はＡ／Ｄコンバータ２０４の
ＩＬｓＢであり、ここに表示された値は装置の電源を切
られても、ＣＰＵ回路部２１２に含まれる図示しないバ
ッテリーバックアップメモリに保存され、再度電源が投
入された際に再表示される。

上記構成によって、本実施例では２つの動作モードを有
する。１つは反射濃度が管理された原稿からの読取り画
像信号２１６が一定値になるように照明１０４を調光し
て、その光量での標準濃度板１１２からの読取り画像信
号値２１６を測定する調光値測定モードである。もう１
つは標準濃度板１１２からの読取り画像信号値が、調光
値測定モードで測定した値となるように照明１０４を調
光した後、原稿台１０１上の原稿１０２を読取り走査し
、シェーディング補正された画像信号２１８を出力する
原稿読取りモードである。

（調光値測定モード） 調光値測定モードのための前準備として第４図のセット
アツプを必要とする。本実施例では反射濃度の管理され
た原稿４０１として開封直後のＡ３サイズ、キャノン指
定のＳＫ紙を１０枚重ねたものを用いる。このＳＫ紙か
らの反射濃度は約０．０７であり、標準の白として考え
られる。

このセットアツプの後、オペレータが第３図の調光値測
定５Ｗ３０１を入力することにより、ＣＰＵ２１２は調
光値測定中表示３０２を点灯させて、第５図の調光値測
定モードを実行する。フロー５０１において、原稿読取
り面２０２をＳＫ紙にすべ（、光学ユニット１１３をホ
ームポジションセンサ１１０の位置から１０ｃｍ原稿側
に進める。この際、ＣＰＵ２１２は光学系駆動モータ１
０９からの１パルス当り０．０５ｍｍのエンコーダパル
スを２０００カウントして、光学系の停止位置を決定し
ている。

次にフロー５０２において照明１０４を点灯させてＡ／
Ｄコンバータ出力２１６が２４０になるように照明１０
４を調光する（基準調光）。標準白をＡ／Ｄコンバータ
のフルレンジ出力２５５にしないのは、０．０７以下の
反射濃度を有する原稿も読取るためであり、さらには調
光時の調光振れ幅を明るい方に１６レベル持たすことに
よりＡ／Ｄコンバータの出力飽和状態を用いることを避
けて、正確な基準調光を行うためである。

このＡ／Ｄコンバータ出力２１６を読取るためシェーデ
ィングデータＲＡＭ２０９を用いる。

まず、アドレスセレクタ２１０のＡ入力、すなわちＣＣ
Ｄアドレス２０８を選択してシェーディングデータＲＡ
Ｍ２０９のアドレスとする。そして、ある光量における
基準白原稿からのＣＣＤＩライン分の光量データをＲＡ
Ｍ２０９に書き込む。

次にアドレスセレクタ２１０のＢ入力、すなわちＣＰＵ
のアドレスバス２１４をＲＡＭ２０９のアドレスとして
、ＲＡＭ２０９に書かれたデータをデータバス２２２に
より読み取ることにより、ＣＰＵ２１２は光量データを
測定する。

ここでＣＰＵ２１２は、光量データを取り込む画素とし
て５０００画素のＣＣＤラインセンサ１０３のデータの
中で中央部の８画素、すなわち２４９７画素目から２５
０４画素までの連続する８画素のデータを平均して光量
データとする。

そして、この光量データが２４０になるように光量制御
部２０１に対する照明発光量データを増減しながらＲＡ
Ｍ２０９へのデータ書き込み、データ読出しを繰り返す
。

この結果、光量データが２４０になる照明発光量が決定
したところで、そのままの照明発光状態を保ったままで
フロー５０３にて光学ユニット１０４をホームポジショ
ンセンサ位置に移動させ、フロー５０４にて標準濃度板
１１２からの光量データをＲＡＭ２０９より読取る。以
上のフロー５０１からフロー５０４までの一連の動作を
フロー５０５において６回繰り返し、６回分の標準濃度
板１１２からの光１データを測定する。

次にフロー５０６にて、この６回分の光量データの最大
値と最小値を取り除いた４個の光量データの平均値を求
めることにより標準濃度板１１２における調光目標値を
決定する。

実際の原稿読取り時に標準濃度板からの反射光量データ
をこの調光目標値にすることにより、原稿の反射濃度０
．０７の箇所はＡ／Ｄ変換出力２１６においていつも２
４０という値で読まれることになる。

この調光目標値をフロー５０７においてバッテリーバッ
クアップされた不揮発メモリの所定アドレスに記憶させ
、記憶を完了したことを示すコードを書き込む。フロー
５０８において調光値測定中表示３０２を消灯させて調
光値測定モードを終了する。

なお、この調光目標値は標準濃度板１１２と基準白４０
１との反射光量の割合いを意味するので標準濃度板を取
り換えたり、経時変化により標準濃度板の濃度が変化し
た時に、この調光値測定モードを実行する必要がある。

（画像読取りモード） 画像読取りモードにおける動作フローを第６図に示す。

ＣＰＵ２１２は操作部２１６の画像読取りＳＷからの入
力があったことを検出して画像読取り中表示３０４をＯ
Ｎする。次にフロー６０１により調光値測定モードによ
る調光目標値が設定されているか否かを、フロー５０７
で書き込んだ記憶が完了したことを示すコードを調べる
。その結果、調光目標値が設定されていない場合には、
フロー６０２において、画像読取り中表示を点滅させる
とともに調光目標値として、あらかじめプログラムされ
た固定値を用いる。この固定値としては標準濃度板の製
造上の最頻出濃度に相当した値にする。

このように調光目標値として、調光値測定モードによる
調光目標値もしくは固定値を採用した上で、フロー６０
３においてシェーディング補正テーブルＲＡＭ２１５の
書き込みを行う。

本実施例では標準濃度板１１２からの反射光量データを
調光目標値にすることにより原稿の基準白を保障すると
いう考えから、シェーディング補正はＣＣＤラインセン
サの各画素の標準濃度板出力が調光目標値になるように
光量データ補正を行う。

ところで、このシェーディング補正であるが、光電変換
素子の出力特性は、第１１図１１０１のように、小光量
領域では光量に対してリニアな出力を示さない。これは
第１２図に示すようにＣＣＤ１０３の内部構造に一因が
ある。

受光セル１２０１の各画素出力は比較的小光量領域まで
光量に対してリニアな出力を発生するが、−走査周期毎
にシフトゲート１２０２を通してＣＣＤＣＤ駆動信号Ｓ
上り、受光セル１２０１の電荷をＣＣＤ転送部１２０３
に転送する際に電荷の転送は完全には行われない。また
、ＣＣＤ転送部１２０３において、２相の転送フロック
φ１．φ２に・よって１画素ずつの電荷転送を行う際に
も電荷の転送は完全には行われない。

このように、電荷の転送において発生する電荷のつみ残
しの影響は小信号領域において特に影響が大きく、光量
に対して非リニアな出力特性を示す。そしてこの特性は
、シフトゲートの転送バラツキで各画素毎に異なる。

第７図にシェーディング補正の方式を示す。

この図では標準濃度板出力がＳのＣＣＤのある画素に対
してシェーディング補正を行って、補正出力として調光
目標値Ｎを得る。横軸は補正前のＡ／Ｄ変換出力であり
、縦軸はシェーディング補正された値である。

シェーディング補正をしない場合は、入力と出力の値が
等しくなる傾き４５°の直線であるので、標準濃度板出
力Ｓの画素は標準濃度板からの読取り（Ｎ−３）の補正
量を加えることになる。

すなわち、ＣＣ，Ｄラインセンサの出力１０３が光量に
対してリニアなデバイスとすれば７０２のようにＸとい
う値で読取られた原稿画像に対する補正量は、−（Ｎ　
−Ｓ　）となる。

したがって、補正出力ｘ’　１は次式となる。

ｘ’ｌ＝ｘ＋　　　　（Ｎ　　Ｓ） ところが、前述のようにＣＣＤの出力は小光信号領域に
おいて光量に対してリニアな特性を示さないので、この
７０２の補正を加えると画素毎の非リニアな特性が強調
されて、均一な画像を読取っても画素毎に補正出力は異
なる。

この画素毎の非リニアな特性は、ＣＯＤデバイスに依存
するもので、回路的には修正不可能である。

そこで、本実施例では白信号（大信号）に対するシェー
ディング補正効果を保ちながら黒信号（小信号）の補正
効果を減するために、光量に対して非線形なシェーディ
ング補正を行う。この補正の様子を７０３に示す。ここ
では補正１１（Ｎ−３）をＸとＳの２次比例配分によっ
てＸに対する補正量としている。すなわち、 ｘ’　２　＝　ｘ　＋　−（Ｎ−３） この補正演算結果ｘ’２を出力するシェーディング補正
テーブルＲＡＭ２１５は第９図のように構成され、上位
アドレスから標準濃度板のシェーディングデータＳを入
力し、下位アドレスからそのシェーディング状態で読み
取った被補正原稿読取り信号が入力される。したがって
、ＣＰＵ２１２はフロー６０３において、アドレスセレ
クタ２１９のＳ入力を選択してフロー６０１，６０２で
決定した調光目標値Ｎを用いて、全てのシェーディング
データＳと原稿読取り信号Ｘの組み合わせにおける補正
出力ｙをシェーディング補正テーブルＲＡＭ２１５に書
き込む。そしてその後、アドレスセレクタ２１９のＡ入
力を選択する。

次にＣＰＵは照明１０４の光量を調光目標値に調光する
とともに、標準濃度板１１２からのシェーディングデー
タＳを読取るために、光学ユニット１１３をホームポジ
ションセンサ１１０の位置に移動させる。

次にフロー６０５にて照明を点灯させ、標準濃度板の１
ラインの読取り信号の最大値が調光目標値Ｎとなるよう
に調光を行う。

そのために、まず適当な照明発光量データにて標準濃度
板】１２からの読取り光量データをＣＣＤアドレス２０
８を用いてシェーディングデータＲＡＭ２０９に書き込
む。次にＣＰＵ２１２はアドレスセレクタ２１０のＳ入
力によりアドレス２１４をシェーディングデータＲＡＭ
に与えて、ＣＯＤ全ビットに相当するアドレスでのデー
タがＡ／Ｄコンバータ２０４の飽和レベル２５５に達し
ていないか調べる。ここで、２５５に達しているビット
があった場合は、光量制御部２０１に与える照明発光量
データを減じて、再度標準濃度板１１２からの読取り光
量データをシェーディングデータＲＡＭ２０９に書き込
み、飽和レベルに達していないかを調べる。このように
して全てのビットが飽和レベルに達していないことを確
認した上で、その中での最大レベルを示すビット（調光
点）をさがす。

以上の操作を調光点サーチと呼ぶ。

次に同様のデータサンプル操作及び照明発光量データ操
作により、調光点をほぼ中央に含む連続する８画素の平
均値が調光目標値Ｎとなるように調光を行う。

次にフロー６０６において、その照明状態での標準濃度
板１１２のシェーディングデータＳをシェーディングデ
ータＲＡＭ２０９に書き込む。

次にフロー６０７で、シェーディングデータＲＡＭ２０
９からＣＣＤＣＤラビット期して読出されたシェーディ
ングデータ２１７と原稿読取り画像２１６の各々をシェ
ーディング補正テーブルＲＡＭ２１５のＳ入力とＸ入力
としてシェーディング補正出力２１８を出力しつつ、光
学ユニット１１３をＸ方向に所定の速度で副走査するこ
とにより、原稿読取り走査を行う。

この時のシェーディング補正の様子を第８図に示す。す
なわち、標準濃度板からのシェーディングデータＳの最
大値は調光目標値Ｎとなるように調光されているので、
シェーディング補正によって、ＣＣＤの全ビットの標準
濃度板出力は均一にＮとなり、原稿読取り信号Ｘはシェ
ーディングを含まないｙ信号になる。

以上の本実施例は黒レベルを常に所定値Ｏとしているが
、この値が０以外の場合は黒レベルを０となるようにオ
フセット値を減じてシェーディング補正を行い、その後
オフセット値を加算すれば良い。

また、本実施例ではシェーディングデータ値Ｓより明る
い入力データに対しても多次比例配分によるシェーディ
ング補正を行っているが、この場合補正過剰となり、白
レベルの補正信号が大きくなりすぎる。このために、シ
エーデイングデータ値Ｓより明るい入力データに対して
は従来の光量リニアな補正を行っても良い。

また、本実施例では２次の比例配分を用いているが、こ
れは３次、４次の高次の比例配分による補〔発明の効果
〕 以上説明したように本発明によれば黒信号に対するシェ
ーディング補正量を光量リニアによる補正量より少な（
することで、従来と同等の白レベルに対する補正効果が
得られるとともに、小信号である黒レベルの補正エラー
も減することが可能となった。

そしてこれより小信号時において、電荷転送残りによる
非リニアな出力特性を有する光電変換素子も読取り素子
として使うことが可能となり、デバイスコストの低減、
装置コストの低減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像読取り装置の断面図、 第２図は電気信号処理ブロック図、 第３図はＣＰＵ２１２により制御される操作部の図、第
４図は基準調光のセットアツプを示す図、第５図は調光
値測定モードのフローチャート図、第６図は原稿読取り
モードのフローチャート図、第７図、第８図及び第１０
図はシェーディング補正の概略図、 第９図はシェーディング補正テーブルＲＡＭの入出力図
、 第１１図は光電変換素子の入射光ｆｌ／出力特性、第１
２図は光電変換素子の１例を示す図であり、１０３はＣ
ＣＤラインセンサ、１０４は光源、ｉｏｓはレンズ、２
０９はシェーディングデータＲＡＭ。 ２１５はシェーディング補正テーブルＲＡＭである。 こ乙１）６謝１１ で１１０ ＼ｌ（イ２　〔ン〕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換手段により原稿を画素単位に読取る原稿
   読取り走査に先立ち、均一な濃度を有する読取面からの
   読取り信号をメモリに蓄え、原稿読取り走査時に光電変
   換素子の所定の画素の読取り信号に同期して該画素に対
   応するメモリ出力を読出し、該メモリ読出し出力値が基
   準濃度に対応した基準値になるように読取り信号を補正
   する構成とし、更に、その補正量を原稿読取り信号が暗
   部読取り信号の場合は、光量にリニアな補正量より少な
   い補正量としたことを特徴とするシェーディング補正方
   法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において補正量は基準補正
   値とメモリ読出し値の差を原稿読取り信号とメモリ読出
   し出力値との多次比例配分により得ることを特徴とする
   シェーディング補正方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項において原稿読取り信号は
   、ｘ＋（ｘ＾２／Ｓ＾２）（Ｎ−Ｓ）（但し、ｘは原稿
   読取り信号、Ｓはメモリ読出し出力値、Ｎは基準値）と
   ２次比例配分により補正されることを特徴とするシェー
   ディング補正方法。
4. （４）特許請求の範囲第２項及び第３項において原稿読
   取り信号値がメモリ読出し出力値より大きい場合は、光
   量リニアな補正量により補正することを特徴とするシェ
   ーディング補正方法。