JPH03500953A - 入力走査器 - 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】 註■ この発明は入力走査器（スキャナ）に、更に詳しくは、そのような走査器におけ る信号の処理に関係している。

フィルム、例えば放射線写真フィルムを走査してディジタル記録を構成するため のに線形ＣＣＤイメージ中を使用することは技術上既知である。フィルムは走査 場所で線源によって照明され、そして大きい縮小率ではるかに小さいイメージヤ 上へ投影される。フィルムは走査場所を通過してゆっくりと移動されながら線ご とに（ラインバイライン）走査される。放射線写真フィルムにおける並外れの細 部描写の臨床的重要性のために、アーティファクトに対しては非常にわずかな許 容範囲しか存在することができない、それゆえ、アーティファクトを除去して画 像の解像度を増大させる方法が探しめられてきた。一つの方策は複数のイメージ ヤを使用して単一のイメージヤが処理し得るよりも高い画素データレートを与え ることであった。

イメージヤによって発生されたデータの信号対雑音比はＣＣＤイメージヤからの アナログ信号における雑音のレベルに主として依存する。画像システムにおける 雑音レベルを低減し且つダイナミックレンジを改善するために幾つかの形式のデ ィジタル信号平均化が使用されてきた。最も普通の技法の一つは画像の線（ライ ン）を数回捕えて対応する画素に対するディジタル結果を加え合わせることを含 んでいる。これはダイナミックレンジを改善する簡単且つ便利な方法であるが、 利得は標本の数の平方根に比例しており、又多数の標本をとることは過程を相当 に遅らせる。より一般的ではない方法は線自体における画素のディジタル値を加 え合わせることである。しかし、これはより良い画像を得るための比較的高価な 方法である。

従来技術における諸問題を克服し、そして改善された信号対雑音比及び改善され たダイナミックレンジを持った入力走査器を提供することがこの発明の目的であ る。

この発明の一態様に従って、画像のディジタル表現を形成するための入力走査器 が提供されているが、この入力走査器は、画像の個個の画素から光エネルギーを 示す一連の画像信号を発生するための装置、この信号を処理するだめの装置を備 えており、且つ、この処理装置が信号のレベルを監視するだめの装置及び信号を 加え合わせるための装置を備えていて、この加え合わせ装置が、信号のレベルが 所定のレベルより上にあるときにディジタル方式で信号を加え合わせるための装 置及び信号のレベルが所定のレベルより下にあるときにアナログ方式で信号を加 え合わせるための装置からなっていることによって特徴づけられている。

この発明の一実施例においては、入力走査器は感光素子の四つの線形配列及びこ れらの配列においてフィルムの画像を形成するための光学的装置を備えている。

配列における多数のホトサイトがフィルム上の各画素に対して準備されている。

隣接したホトサイトからの信号のアナログ及びディジタル加え合わせの組合わせ が信号を処理するために使用される。

この発明の主要な利点は、ダイナミックレンジ及び信号対雑音比の両方において 既知の走査器に比べて改善があることである。この改善はＣＣＤイメージヤにお ける隣接したホトサイトからの信号のディジタル及びアナログ加え合わせの組合 せを使用することによって達成される。従来技術のシステムにおける出力増幅器 によって与えられた雑音の多くはアナログ加え合せの使用によって除去される。

更なる利点は、走査器がこれのどの光学的素子の変更をも伴うことなく種種の解 像度で動作し得ること、及び走査器がこれに使用された光学的配置のために一層 小形にされ得ることである。

この発明の実施例が今度は例のつもりで添付の諸図面に関して説明されるが、こ の諸図面中、 図１はこの発明の走査器の透明図であり、図２は線形配列の一つの概略図であり 、図３及び４はそれぞれディジタル方式及びアナログ方式において発生された波 形の表現であり、 図５はディジタル方式で加え合わせるか又はアナログ方式で加え合わせるかを決 定する際に必要とされる諸段階の流れ図であり、又 図６は走査器の電子的素子の構成図である。

ここで使用されたように、「ダイナミックレンジ」の用語は許容可能な測定が行 われ得るフィルムにおける光学的濃度の範囲を指している。［信号対雑音比Ｊ　 （ＳＮＲ）の用語は特定のフィルム濃度での測定値における雑音を示すために使 用されている。

改善されたダイナミックレンジと言うのは測定され得る濃度範囲における増大の ことであり、又改善されたＳＮＲと言うのは放射線写真フィルムにおいて通常遭 遇する濃度におけるより高いＳＮＲのことである。

図１に言及すると、この発明に従って構成された入力走査器１０が示されている 。走査器１０は、ガラス又は透き通ったプラスチックのような透明な材料で形成 されたプラテン１２、光源１４、丙つの光学的素子１６、四つの線形配列１８、 及び放射線写真フィルム２２のような原始画像（オリジナル）を走査するために 配列１８に対してプラテン１２を移動させるだめの駆動機構２０を備えている。

光源１４は任意の線形光源、例えば、タングステンランプによって照明される光 フアイバ束点−線変換器（図示されていない）でよい。駆動機構２０はステップ モータ２３及び送りローラ２４からなっている。他の駆動機構、例えば、ねじ駆 動機構を使用することもできる。

図１における例示的構成に示されたように、フィルム２２はプラテン１２上に支 持されており、駆動機構２０によって配列１８を通過して移動されるときに線ご とに（ラインバイライン）走査される。以下において更に詳細に説明されるよう に、走査器１０によって生成される画素は出力装置、例えばプリンタ８０（図６ ）に供給されることができる。走査配列１８は全走査線２６を受け持つために、 図１に示されたように光学的に組み合わされる。

走査配列１８はＣＣ［］形式のものでよく、例示的配列１８が図２に示されてい る。図２に示されたように、配列１８はシリコンチップ３３の中心部分における 一連の感光素子３１からなっている。素子３１は両側面が転送ゲート３８の行３ ５．３６と接している。レジスタ４０．４１は、並列入力直列出力アナログレジ スタからなっていて、転送デート３８の行３５．３６の両側に配置されている。

転送ゲート３８は個個の感光素子３１の出力をシフトレジスタ４０．４１の位相 ゲート４２へ切り換える。シフトレジスタ４０．４１における位相ゲート４２の キ、ｅ数は各配列を構成している感光素子３１の数に等しく、その結果として、 一つおきのシフトレジスタ位相ゲートだけが感光素子３１に結合されている。各 行３５．３６に使用された転送ゲート３８の数は素子３１の総数の２分の１に等 しく、一つおきの、例えば奇数番号の素子３１が行３６のゲート３８を通してシ フトレジスタ４０に結合され且つ偶数番号の素子３１が行３６の転送ゲート３８ を通してシフトレジスタ４１に結合されている。

配列１８はフィルム２２上の図形画像を一連の電子的画像信号に変換するように 機能する。事前設定の時間間隔（積分期間と呼ばれる）にわたる感光素子３１の 照明フィルム２２への露光時に、フィルム２２を透過した光エネルギーに比例し た電荷が発生される。積分に続いて、感光素子３１における電荷は転送信号θ− Ａによって転送ゲート３５．３Ｇが可能化されるとシフトレジスタ４０．４１の 位相ゲート４２へ集団で転送される。

電荷結合セルからレジスタ４０．４１の一つおきのゲートへの電荷の転送に続い て、結果として生じた画像信号はクロック駆動パルスθ−１及びθ−２によって レジスタ４０．４１に沿って（すなわち、図２において左から右へ）出力ゲート ４６へ直列にシフトされる。

トランジスタＱ８からのリセットパルスφＲの除去に応答して、トランジスタＱ 、ｌはオフにされ、そして電荷が出力ゲート４６から電荷蓄積ダイオード４８へ 転送される。ダイオード４８は二段式ソースホロツ出力増幅器４９の第１段にお けるトランジスタＱＤ、のゲート電極に接続されている。第１段においては、ト ランジスタＱＤ、及びトランジスタＱＬ、が飽和方式で連続的に動作する。トラ ンジスタＱＤ、及びＱＬ、の電気的接続点において、ダイオード４８における電 圧レベルに従う電圧が発生され、この電圧はトランジスタＱＤ２のゲート電極に 入力として加えられる。トランジスタ［１０２のドレーンは電位源ｖＤＤに接続 されており、この電位源は又トランジスタＱＤ、のドレーンに結合されている。

配列１８の出力５５はトランジスタＱＤ２のソース電極から取り出されて、図６ に示されたようにアナログ−ディジタル変換器５４に供給される。

リセットパルスφＲが加えられると、トランジスタＱ、はオンにされ、そしてダ イオード４８における電位はＶＩＩＤによって基準レベルに戻される。後続の論 述から明らかになるように、リセットパルスφＲの印加はアナログ加え合せが蓄 積ダイオード４８において行われるか否かに従って時機を設定される。

図６に言及すると、単一のアナログ−ディジタル変換器５４が各ＣＣＤ配列１８ の出力に接続されている。Ａ／Ｄ変換器５４のそれぞれは１２ビツトデイジタイ サ（４０９５グレーレベル）である。この発明の実施の際には、画像データの信 号対雑音比及びダイナミックレンジはＣＣＤ配列１８における隣接した感光素子 ３１（ホトサイト）からの信号のアナログ及びディジタル加え合せの組合せによ って改善される。信号処理袋Ｗ５０は、マイクロプロセッサ５７の制御の下で、 Ａ／Ｄ変換器５４からの信号を受けてこの信号を処理し、加え合せ方式を決定す る。信号処理装置５０は周知の技法に従って加え合せ及び論理機能を行うために 演算装置、例えば、ロジック・デバイシス（Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）から 得られるモデルＬ４Ｃ３８１を備えている。マイクロプロセッサ５７は、例えば 、モトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）６８０２０マイクロプロセツサでよい。要求 された最低解像度に対して必要であるよりも多くの感光素子３１が像面に準備さ れている。フィルムの光学的濃度が高い画像の点においては、隣接した素子３１ 、例えば四つの接続素子３１が配列１８においてアナログ方式で加え合わされ、 そしてディジタル化される。この結果はただ一つのフィルム画素からの信号とし て識別される。光学的濃度が低い画像の点においては、隣接したホトサイトから の電荷が個別にディジタル化され、そしてディジタル数として加え合わされる。

この結果も又ただ一つ、のフィルム画素からの信号として識別される。

高い縮小率においてただ一つのホトサイト上に与えられ得るのと同じ量の光が低 い縮小率においては数個のホトサイト上に与えられ得る。それゆえ、ただ一つの ホトサイトからの基本的アナログ信号及び雑音はこの二つの場合において同じで ある。

雑音はアナログ加え合せに対しては一つの方法で又ディジタル加え合せに対して は別の方法で信号の関数として変化する。アナログ加え合せは基準状態と同じ雑 音及びＭ（ホトサイト又は標本の数）倍の信号を与える。それゆえ、最大信号Ｓ 及び暗所における雑音Ｎに対しては、Ｈのそのような標本の和はＭＸＳの最大信 号及びＮに等しい暗所における雑音を生じることになる。

ディジタル加え合せにおいては、最大信号Ｓ及び暗所における雑音Ｎで始まった 場合、とのそのような標本の和はＭＸＳの最大信号及び、／’−ＭＸＮに等しい 暗所における雑音を生じることになる。

可能なときには常にアナログ加え合せが使用されるべきであることは明らかであ る。各画素が読み出されるときにこの画素に対して使用されるべき加え合せの形 式に関して決定が行われなければならない。ＣＣＤイメージヤの特徴の一つは、 雑音の多くが出力増幅器によって与えられることであり、この特徴のために、数 個の画素からの電荷パケットが増幅器に達する前にこれらの電荷パケットを加え 合わせることが望ましい。

ディジタル加え合せ及びアナログ加え合せを生じることになる波形の図式表現が それぞれ図３及び４に示されている。図３に示されたように、各期間Ｔは、リセ ットパルスφＲ中の区間９０、これに続く、ビデオ信号が存在せず且フ出力が基 準レベルに安定する区間９１、これに続く、ビデオ信号が存在している区間９３ からなっている。ディジタル方式においては、四つのそのような期間Ｔが加え合 わされる。図４に言及すると、四つの期間Ｔからのビデオ信号が加え合わされる 、アナログ方式で生成された波形が示されている。四つの信号は配列１８におけ る蓄積ダイオード４８で蓄積されて、次に増幅器４９に送られる。

アナログ又はディジタル方式のいずれで加え合わせるかについての決定は配列１ ８の出力の電子式監視によって画素ごとの方式で行われる。配列出力の監視は記 憶装置に記憶されたプログラムに従ってマイクロプロセッサ５７のＡＬＵ（図示 されていない）において行われる。プログラムにおいて行われる諸段階の流れ図 が図５に示されている。最初の段階において、四つの素子の加え合せ読みが得ら れて記憶される。次に加え合せ読みは、配列１８において保持され得る電荷の量 に比例したｒｘ　Ｊと呼ばれた記憶された所定値と比較される。加え合せ読みが Ｘより太きければ、次の四つの素子がディジタル方式で加え合わされ、又加え合 せ読みがＸより小さければ、次の四つの素子が配列１８においてアナログ方式で 加え合わされる。特定の画素のための加え合せ決定は実際上先行する画素の加え 合せ値に基づいており、そして大抵の応用に対してこれは優れた結果を生ずる。

しかしながら、技術に通じた者には明らかなことであろうが、ＣＣＤにおける電 荷を監視し且つある画業に対する加え合せ決定をその画素における電荷の量に基 づかせることは適当な回路構成により可能であろう。

マイクロプロセッサ５７は制御信号を制御器５１とタイミング発生器５６とに供 給する。タイミング発生器５６はタイミング信号を配列１８及びＡ／Ｄ変換器５ ４に供給する。連続した画素のディジタル値は、オンライン測定から得られて図 ６において箱形記号５５により表された暗所・均−他記憶チツブに記憶された校 正値に従って暗所レベル及び利得（「平たん」）変化に対して補正論理回路５３ によって補正される。連続した画素の補正されたディジタル値は次にフレーム記 憶装置６０に記憶される。

フレーム記憶装置６０に記憶された画像を再生することが望まれるときには、記 憶画素値がディジタル画像処理袋Ｗ７０に供給される。ディジタル画像処理装置 ７０はこの値をプリンタ８０に又は別の出力装置（図示されていない）に供給す る。処理装置７０は画像向上アルゴリズム、例えば、鋭くないマスキング及び特 徴抽出に向けられたアルゴリズム、に従って機能することができる。

この発明の別の特徴は、光学的構成部品の物理的配置を変更することなく数レベ ルの空間解像度を電子的に選択することができることである。それゆえ、例えば 、四つのホトサイトからの信号を加え合わせる代わりに、二つのホトサイトから の信号を加え合わせて２倍もの画素を生成して解像度を実質的に増大させること ができるであろう。すべての場合に、フィルム２２が走査場所通過して移動され る速度は注意深く制御されており、平均化及び標本化条件に合うように変えられ なければならない。

解像度が増大されるときには、フィルムの速度は付加的な処理時間を補償するの に十分な量だけ減小される。

図３ １ＩＩｌｅｍａｌｌｓｌＩｊｌ＾ｌｕ１Ｍｅｌ１ｍＭＮ壷ＰＣ丁／ＵＳεｋＢ１ ０３８０７国際調査報告　ＰＣＴ／ＵＳ　ＩＬＬ８１０３８０７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一連の画像の個個の画素から受けた光エネルギーを示す一連の画像信号を生 成するための装置、前記の信号を処理するための装置を備えた、画像のディジタ ル表現を形成するための入力走査器であって、前記の信号を処理するための前記 の装置が前記の信号のレベルを監視するための装置（５７）及び前記の信号を加 え合わせるための装置を備えており、且つ前記の加え合せ装置が、前記の信号の レベルが所定のレベルより上にあるときにディジタル方式で前記の信号を加え合 わせるための装置（５０、５７）、及び前記の信号のレベルが所定のレベルより 下にあるときにアナログ方式で前記の信号を加え合わせるための装置（４８、４ ９）を備えていることによって特徴づけられている前記の入力走査器。 ２．一連の画像信号を生成するための前記の装置が感光素子（３１）の配列（１ ８）からなっていることによって特徴づけられている、請求項１に記載の入力走 査器。 ３．アナログ方式で前記の信号を加え合わせるための前記の装置が前記の配列に おける電荷記憶装置（４８）を備えていることによって特徴づけられている、請 求項１に記載の入力走査器。 ４．感光素子（３１）の線形配列（１８）、走査されるべき原始画像（２２）を 支持するための装置（１２）、前記の原始画像（２２）と前記の配列（１８）と の間の相対的移動を行うための装置（２０）、前記の原始画像（２２）へ光ビー ムを導くための光源（１４）、前記の原始画像から前記の配列への光を集速させ るための光学的装置（１６）、及び前記の配列（１８）からの信号を処理して前 記の原始画像における画像のディジタル表現を生成するための処理装置、を備え た入力走査器であって、前記の処理装置が、前記の画像の個個の画素からの信号 のレベルを検出するための装置（５７）、及び前記の信号が所定のレベルより低 い場合にアナログ形式で前記の信号を加え合わせるための且つ又前記の信号が前 記のレベルより高い場合にディジタル形式で前記の信号を加え合わせるための装 置（４８、４９、５０、５７）を備えていることによって特徴づけられている前 記の入力走査器。 ５．前記の走査器が直線に沿って配置された複数の配列（１８）を備えているこ とによって特徴づけられている、請求項４に記載の入力走査器。 ６．前記の配列（１８）のそれぞれがこれと関連した光学的装置（１６）を持っ ていることによって特徴づけられている、請求項５に記載の入力走査器。 ７．前記の支持装置が前記の原始画像（２２）を支持するための透明なプラテン （１２）を備えており、且つ前記の光源（１４）が前記のプラテンの下に配置さ れていることによって特徴づけられている、請求項６に記載の入力走査器。 ８．前記の配列（１８）のそれぞれがＣＣＤ配列であることによって特徴づけら れている、請求項７に記載の入力走査器。