JPH07274000A - 書類スキャナーにおける自動オフセット並びにゲイン制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原書類の光学的濃度を表す原信号に基づいて
作動する電子式高品質スキャナー装置に使用される自動
オフセットとゲイン制御方法は、原本の黒と白またはカ
ラーレベルの全範囲を表す補正された出力信号を生成す
る。 【構成】 本方法において先ず、特定の原書類に対応す
る最小濃度値を選定しなければならない。次に、校正さ
れた高濃度値および校正された低濃度値は順次走査さ
れ、また制御ユニットはピクセル関連オフセットとゲイ
ンを計算しかつ貯蔵する。原本の引き続く走査中に自動
オフセットとゲイン制御方法は、入力信号を連続的に補
正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気光学的走査の分野
に関するものであり、また原書類の暗さまたは明るさの
明度を示す入力信号の全ての好ましくないオフセット変
動および／またはゲイン変動を、個別のピクセルに基づ
いて補正する方法を提供する。

【０００２】

【従来の技術】オプトエレクトロニクス入力スキャナー
装置において、原書類は狭く焦点合わされた光ビームに
より線ずつ走査される。走査された書類から反射された
光は適切なフォトセンサーにより集められて、書類の暗
さまたは明るさの明度を表す電圧を有する対応するビデ
オ信号（以下「原信号」と呼ぶ）を生成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら原信号の
実際のオフセットおよび振幅は、照射する光ビームの強
度の変動、エイジングまたは温度変化によるフォトセン
サーのドリフト、電子回路におけるドリフトなどの要
因、および多くの他の要因に従って変動を受ける。

【０００４】原信号のオフセットおよび振幅の変動の補
正ができないと、記録された像におけるバックグラウン
ドとコントラストとの再生精度が減少する。

【０００５】従来技術において校正走査は行われ、そこ
においてユニットは、走査ビームによる黒−白走査用帯
の照射に応答してフォトセンサーが生成した原信号の黒
と白のサンプルを得る。

【０００６】黒と白は、「目標」とも呼ばれる「校正
帯」から得られた反射率信号により指定され、また像走
査部位に最も隣接して位置決めされる。フィードスルー
・スキャナー（feedthrough scanner ）の場合、校正帯
は同様に校正シートの形状のスループットにできるか、
または装置の光学的走査経路において一時的にターンす
ることができる（例えばIBM Technical Disclosure Bul
letin, vol. ２１, no.４, p.１４１０、１９７８年９
月においてHanna およびMelamud により発表されたよう
に）点に注目されたい。

【０００７】帯の前半は、黒にインプリントできるし、
または欠如にできるが、例えばレンズ開口を閉じること
により照射ビームをターンオフする制御信号により置き
換えることができる。帯の後半は、黒にインプリントで
きるし、または透明開放ゲートで開口にして書類の公称
的には白のバックグラウンドを露光することができる。
あるいは、校正された白の基準濃度に対応する濃度を有
するフィルタである所謂「Dmin」フィルタは、走査装置
の光学的経路に導入できる。

【０００８】信号変動に関する上述の問題に対する一つ
の特定の解決方法は、米国特許第３９５２１４４号に記
載されるように、既知の黒の部位と既知の白の部位が順
次走査される予備的校正走査を行い、その間に伝達器に
おける所謂「自動バックグラウンドとコントラスト制御
ユニット」は、既知の黒の部位が走査されている時に未
補正ビデオ入力信号のサンプルを貯蔵し、また既知の白
の部位が走査されている時に未補正ビデオ入力信号の第
２のサンプルを貯蔵することである。したがって原書類
の順次走査中に制御ユニットは、貯蔵された黒と白のサ
ンプルを表す電圧を生成し、それらの電圧を組み合わせ
て原書類の走査中に受けたビデオ入力信号を補正する。

【０００９】しかしながら実際の濃度の両極端が校正帯
により物理的に組み込まれる範囲を含んでいる時は、前
記補正方法は、原本において利用できる灰色の全ての明
るさの正確かつ確実な再生を保証しない。

【００１０】したがって本発明の目的は、たとえ一つの
濃度極端が校正帯の濃度を越えて延びても、原本に存在
する灰色またはカラーの全ての明るさを正確にかつ確実
に再生するために、自動オフセットとゲイン制御の方法
を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、メッセージとバック
グラウンドが鮮鋭に対比していない文書の操作を改良す
ることにある。その他の目的と利点は、以下の説明から
明らかになるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】我々は、上述の目的は、
光ビームにより走査され、反射または伝達された光が少
なくとも一つのセンサー素子により集められた、原書類
の濃度を表す変わりやすいデータ信号を処理する方法を
提供することにより達成できることがここに判明した。
前記の方法は、 ａ）走査される原書類において生じる可能性のある最低
の濃度値を表す、最小値V_minを規定し、 ｂ）高いレベルと低いレベルの濃度を有する校正基準か
ら前記濃度値がその高いレベルにある時にデータ信号の
サンプルV_b1 を読み取り、この値を「校正メモリ」に オフセット＝Ｖ_b1 であるオフセットとして貯蔵し、 ｃ）校正基準から前記濃度値がその低いレベルにある時
にデータ信号のサンプルV_wを読み取り、 ｄ）（Ｖ_min −Ｖ_b1) を（Ｖ_w −Ｖ_b1）で割り、その答
えを前記メモリにおいて、 であるゲイン係数として恒久的に貯蔵し、 ｅ）原書類を走査することにより信号値を読み取り、即
座にオフセットのために引き算（Ｖ_in−Ｖ_b1）により補
正され、そしてオフセット補正された入力値を予め計算
されたゲイン係数（校正メモリから得られる）で掛け算
する Ｖ_corr＝（Ｖ_in−Ｖ_b1）・Ｇ ことにより連続的に組み合わせる、という以上のピクセ
ル関連段階からなる。

【００１３】このようにして装置は、たとえ原信号の最
低濃度値が最終的に、例えばＶ_min≦Ｖ_in＜Ｖ_w のよう
に低校正レベルより低い極めて低い値に達したとして
も、原本内の灰色の明るさにおける反射階調の正確な代
表値Ｖ_corrとして変わりやすい入力信号Ｖ_inを処理する
ことになる。

【００１４】

【実施例】図面を参照して、本発明の特定の態様および
好ましい実施例を以下に説明する。図１は、本発明の方
法を適用できるシステムを一般的に示す。図１の走査と
デジタイジングの装置は、主な副装置として、スクリー
ンすなわちワークステーション１、マイクロプロセッサ
ー２、スキャナー３および多分プリンターすなわちレコ
ーダー（図示されない）からなる。これらの副装置は適
切な電子インタフェースを通して相互に接続される。

【００１５】そのようなスキャナー３から読み取りがで
きる情報には、反射するまたは透明な書類、写真、フィ
ルムシート、地図、表、文字、記号などからの情報が含
まれる。さらに平坦な対象物のパターン認識も含まれ
る。これらの情報担体は原書類とも呼ばれる。

【００１６】通常、上述した種類の走査装置は、走査さ
れる像を伝えるプラテン、前記影像を照射する光源、Ｃ
ＣＤセンサーなどの像に従って変調された光をオプトエ
レクトロニクセンサー上に送る手段、および信号デジタ
イジング装置から本質的になる。

【００１７】具体的には、一体となった固定される文書
支持板、およびその板と一体となって平行に移動するよ
うに取り付けられる走査ユニットからなる書類スキャナ
ーが知られている。使用に当たり、文書を横断する線の
光の像は、そのユニット内で光学的走査手段に焦点が合
わされて、文書はユニットの走査移動中に線ずつ走査さ
れる。走査ユニットが固定され、かつ文書支持板が前記
ユニットと相対移動するように取り付けられる点で上述
したものと異なる書類スキャナーも知られている。原書
類が十分に規制された環境下に（光学的経路、移動速度
などに関して）走査ステーションを通過するフィードス
ルー・スキャナーも知られている。

【００１８】図２は、像平面に向けて走査光を投射する
光源１および前記像平面において像を付けたシート３を
支持するワークサポート２からなるカラースキャナーを
示す。前記光源１および前記サポート２は、本図では示
されない適切な駆動機構の手段により相対的に移動され
る。光源１からカラー成分へ照射される白色光を分離す
るフィルタホイール４が設けられ、またスキャナー照射
を像平面に送る伝達ファイバー５が設けられる。スキャ
ナーは、さらに像に従って変調された光をオプトエレク
トロニクセンサー１６、例えばＣＣＤセンサーへ送る適
切な光学素子（１１〜１５）、および像に従って照射を
デジタル化された信号へ変換する手段（図示されない）
からなる。

【００１９】時には、メッセージとバックグラウンドが
鮮鋭に対比していない文書を送るのが望ましい。例えば
文書は、薄緑地上に青インキで印刷できる。

【００２０】そのような原本に存在することがある灰色
の明るさを正確かつ確実に再生するために、変わりやす
い入力信号と基準レベルとの間に少なくとも最小の間隔
を設けなければならない。

【００２１】本発明において我々は、光ビームにより走
査され、反射または伝達された光が少なくとも一つの、
好ましくは一連のＣＣＤセンサー素子により集められ
た、原書類の濃度を表す変わりやすいデータ信号を処理
する方法をもたらす。

【００２２】一般に校正処理と呼ばれる前記方法は、実
質的に各文書走査の前に実施される幾つかの段階からな
り、また下記のパラグラフで（図３、図４および図５を
参照して）引き続いて説明される。

【００２３】原信号が作動する範囲を規定するために、
走査装置により管理される必要がある最大白色度用の白
レベル基準を先ず設定しなければならない。したがって
第１の段階Ｓ１（図４と図５を参照）において我々は、
走査される原書類において生じる可能性のある最も白
い、すなわち最低の濃度値を表す、最小基準濃度値（図
３も参照）を規定する。

【００２４】図４と図５においてＳ２として示される第
２の段階において装置は、校正帯の黒の部位による最小
反射に相当する高濃度レベルでの校正信号を走査する。
前記濃度値がその最高レベルにある時に前記校正信号の
サンプルＶ_b1を読み取り後に、この値は、校正メモリに
おいてオフセット値として貯蔵される。より詳細には、
このオフセット値は、センサーセルが文書走査中に受け
るであろう照射の最低レベルであり、また本方法によ
り、暗電流の全ての変動は校正中に補正される。

【００２５】第３の段階Ｓ３において装置は、帯の白い
部分を走査することにより明度の変動を補正するために
校正信号の低濃度レベルＶ_w を走査する。

【００２６】第４の段階Ｓ４において増幅器は、通常の
電子比較器により制御されるように、前記増幅器の最小
出力が基準レベルＶ_min に丁度等しい点に適応される。
（Ｖ _min −Ｖ_b1）を（Ｖ_w −Ｖ_b1) で割った後に、その
計算された答えを校正メモリにおいて、 であるゲイン係数として恒久的に貯蔵する。

【００２７】以後は装置は、基準の反射率レベルと比較
して、変わりやすい入力信号Ｖ_inの出力強さを求めるこ
とにより最終走査プロセスを開始できる。

【００２８】このようにして装置は、たとえ原信号の最
低濃度値が最終的に、例えばＶ_min≦Ｖ_in＜Ｖ_w のよう
に最高校正レベルより低い極めて低い値に達したとして
も、原本内の灰色の明度における反射階調の正確な代表
値Ｖ_corrとして変わりやすい入力信号Ｖ_inを処理するこ
とになる。

【００２９】これは、実際には、従来の校正帯の通常の
白色濃度よりも最も白い濃度が低い、すなわちより白い
ゾーンを有する文書を正確に走査することができるし、
一方従来技術においてＶ_w とＶ_min との間にある全ての
濃度は圧縮されるであろうということを意味する。した
がって高品質の画像用または医療用スキャナー用の電子
装置においては明らかに許容できない図式情報の損失
は、本発明においては発生しない。

【００３０】図４および図５は、それぞれ原理ブロック
図およびフローチャートにおいて本校正本発明を要約し
たものである。自動オフセットおよびゲイン制御は、各
文書走査の開始時に動的な仕方で適用される点に注目さ
れたい。文書を読み取る前に校正走査は、通常校正帯と
呼ばれる黒と白の基準板を読み取って大部分が発生する
基準信号に基づいて、ピクセル関連増幅器それぞれにつ
いてオフセットおよびゲインを求めることにより実施さ
れる。この求められたオフセットおよびゲインは、適切
な校正メモリに貯蔵される。

【００３１】このようにして二つの校正値は恒久的に貯
蔵される。すなわち、 オフセット＝Ｖ_b1 および、

【００３２】本質的な走査は、原書類を走査することに
より信号値Ｖ_inを読み取り、即座にオフセットのために
引き算（Ｖ_in＝Ｖ_b1）により補正され、そしてオフセッ
ト補正された入力値を校正メモリから得られる予め計算
されたゲイン係数Ｇで掛け算する Ｖ_corr＝（Ｖ_in−Ｖ_b1）・Ｇ ことにより連続的に組み合わせるという段階からなる
が、結果として得られた像信号は、光学システムにおけ
る変動には影響されないであろう。

【００３３】図６は、本発明の好ましい実施例の原理略
図である。ある（例えばゲート）回路は、平明にするた
めに本図には示されない。ここにセンサー部位１は、そ
れに限定することなく、多数、例えば５０００個の光電
式変換素子のラインを有する線形ＣＣＤであり、文書上
でインチ当たり４００ピクセルを区別でき、またそれに
より光学的入力は、本文において「原信号」と呼ばれる
電気信号に変換される。

【００３４】ＣＣＤラインセンサー１のそれぞれに、調
整可能なオフセットとゲイン２を有する増幅器３が設け
られる。これは本発明の他の利点、すなわちセンサー配
列の個別のセル間にある感度不均一性を補償する固有の
利点を具体的に示している。前記校正が本発明に合致
し、かつ校正結果が将来の検索のために所謂校正メモリ
に貯蔵されてから、有効な文書走査が始まり、また原本
の露光が開始される。センサー配列のアナログ電気信号
の内容は、ピクセルずつおよび行ずつ周期的に読み出さ
れる。ＣＣＤ１からの出力は、得られたオフセットとゲ
インにより補正され（図６の２参照）、その結果、増幅
器３の出力部における信号４は走査された原本の反射率
に正確に対応して変化する。例えば、ゼロ電圧すなわち
最小電圧は白の部分に対応し、最大電圧は黒の部位に対
応し、また中間電圧は灰色の種々の明るさに対応するで
あろう（図３を参照）。

【００３５】図７は、本発明の別の好ましい実施例を示
す。ここでアナログ回路の一部は、センサー１の出力を
Ａ／Ｄ変換器５を通してデジタル信号に変換させ、つい
で調整可能なオフセットとゲインを有する増幅器を校正
し、このデジタル化した校正信号をデジタルメモリ６、
例えばランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭに貯蔵さ
せる手段に置き換えられている。文書のピクセルが読み
取られると、各ピクセル素子１から受けたアナログ信号
はデジタル変換器５のアナログ入力部へ印加される。各
原本のピクセル毎に、このようにして発生した変換信号
は、多ビットデジタル信号とすることができるので、各
ピクセル内の黒色度の種々のレベルを検地できる。

【００３６】本発明の幾つかの他の実施例は、本発明の
必須の特性から逸脱することなく開発することができ
る。そのような変形は、本発明の精神と範囲から本質的
に逸脱しない。

【００３７】技術的進歩および最新の電子工学の高度の
安定性を考慮すると、基準すなわち校正帯を、製造中に
スキャナーに内蔵した予め決められた値で置き換えるこ
とができる。最小と最大の濃度が、黒と白の物理的目標
により設定されるか、または黒と白のソフトウエアでプ
ログラム化された基準により設定されるかは、着想上の
相違とはならない。

【００３８】スキャナー装置の種類に関して、本発明は
広く普遍的であり、例えば原本を伝える移動プラテンを
有するスキャナーに、プラテンが固定するが光学素子が
移動するスキャナーに、およびフィードスルー・スキャ
ナーに適用できる。

【００３９】本発明の前述の実施例は、反射原本に関し
て説明してきたが、同一の着想は、走査される原書類に
おいて生じる可能性のある最も明るい「最も透明な」ゾ
ーンを通してＶ_min を規定することにより、透明な文書
に適応できる。

【００４０】加えて本発明は、暗い紙すなわち担体値に
明るい文字を示す所謂「逆に印字すなわち映された」原
本の走査にも適用できる。

【００４１】さらにカラースキャナーの場合に本発明に
従う方法は、カラー選択に応じて反復できる。対応する
予備的走査中に同一の前記校正帯は、スペクトル伝達と
吸収に関する適切な特性を有するカラー特有のフィルタ
手段を通して連続して走査される。

【００４２】技術に有能な者にとり知られているように
他の像処理手法は、出力信号、例えばダイザーリング、
鮮鋭でないマスキングなどに適用できるかもしれない。

【００４３】上述した本発明は、図形走査システムに使
用されるのに適した、好ましくないオフセットおよび／
またはゲイン変動を補正する方法に関するものである
が、文書管理用途に、もしくは医療用または産業用、例
えば非破壊検査、診断用途に適した走査システムにも利
用できる。

【００４４】最近開発したものは、コンピュータ化した
診断、可刺激性蛍光板上の記憶、熱昇華または抵抗リボ
ンの手段によるハードコピーの複写などに適用される。
これらの用途における用語「原書類の濃度」は、「原本
により反射される光または原本を通して伝達される光」
と解釈する必要があり、しかも依然本発明の同一の範囲
と保護の下にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】スキャナーシステムの全体図である。

【図２】カラースキャナーの機能略図である。

【図３】校正および原信号レベルの原理線図である。

【図４】校正の原理ブロック線図である。

【図５】本校正の原理フローチャートである。

【図６】本発明の好ましい実施例である。

【図７】本発明の別の実施例である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームにより走査され、反射または伝
   達された光が少なくとも一つのセンサー素子により集め
   られた、原書類の濃度を表す変わりやすいデータ信号を
   処理する方法において、 ａ）走査される原書類において生じる可能性のある最低
   の濃度値を表す、最小値Ｖ_min を規定し、 ｂ）高いレベルと低いレベルの濃度を有する校正基準か
   ら前記濃度値がその高いレベルにある時にデータ信号の
   サンプルＶ_b1を読み取り、この値を校正メモリに オフセット＝Ｖ_b1 であるオフセットとして貯蔵し、 ｃ）校正基準から前記濃度値がその低いレベルにある時
   にデータ信号のサンプルＶ_w を読み取り、 ｄ）（Ｖ_min −Ｖ_b1) を（Ｖ_w −Ｖ_b1）で割り、その答
   えを前記メモリにおいて、 であるゲイン係数として恒久的に貯蔵し、 ｅ）原書類を走査することにより信号値を読み取り、即
   座にオフセットのために引き算（Ｖ_in−Ｖ_b1）により補
   正され、そしてオフセット補正された入力値を予め計算
   されたゲイン係数（校正メモリから得られる）で掛け算
   する Ｖ_corr＝（Ｖ_in−Ｖ_b1）・Ｇ ことにより連続的に組み合わせる、という以上のピクセ
   ル関連段階からなることを特徴とする処理方法。
2. 【請求項２】 前記校正基準は、予め決められた黒の部
   位と予め決められた白の部位からなる校正帯である請求
   項１に従う方法。
3. 【請求項３】 前記黒および白の部位は、走査される書
   類の部位の外側に位置決めされる校正帯の面上に形成さ
   れる請求項２に従う方法。
4. 【請求項４】 前記校正基準は１セットの予めプログラ
   ムされた校正値である請求項１に従う方法。
5. 【請求項５】 センサー素子はＣＣＤ素子であることを
   特徴とする請求項１に従う方法。