JPH11215375A - 画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】画像読取装置に関し、画像の読取により閾値を
生成して画像信号の二値化を行う際に、安定した二値化
を実現する画像読取装置を提供することを目的とする。 【構成】読み取り媒体上の画像を光学的に読み取って電
気信号に変換する画像読み取り装置において、入力デー
タを一時的に保持する入力データ保持部と、入力データ
保持部の濃度ヒストグラム分布を生成する濃度ヒストグ
ラム分布生成部と、濃度ヒストグラム分布から２値化閾
値を生成する閾値生成部とを有する画像読取装置である
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の続する技術分野】本発明は、スキャナやファク
シミリ等の画像入力装置に関し、具体的には、読み取り
媒体上の画像を光学的に読み取ってアナログ電気信号に
変換し、このアナログ信号をデジタル信号に更に変換し
て出力する画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像読み取り回路（特許出願
番号：昭63-296557 号）として図１２に示す画像入力装
置がある。この画像読取装置によれば、入力原稿の１ラ
イン読み取りに基づく読み取り値のピーク値を保持する
ピーク保持回路を設け、このピーク値を２値化閾値生成
のためのの基準値としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術では
センサの感度ばらつきや光源のばらつきなどで発生する
読み取り値の変動が大きい場合、１ラインの白ピーク値
を保持し、この値を基準値にしても入力レベルの変動が
大きいことから、安定して閾値を生成することができ
ず、正しく画像の２値化処理が行われないという問題が
あった。

【０００４】そこで、本発明は、安定した２値化が行
え、ユーザ操作を簡略化できる画像入力装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】読み取り媒体上の画像を
光学的に読み取って電気信号に変換する画像読み取り装
置において、１ラインの入力データを一時的に保持する
入力データ保持部と、入力データ保持部の濃度ヒストグ
ラム分布を生成する濃度ヒストグラム分布生成部と、濃
度ヒストグラム分布から２値化閾値を生成する閾値生成
部と、を有する画像読み取り装置により、本発明の目的
は達成される。

【０００６】特に、入力データのシェーディング補正を
行う補正部を備え、補正された入力データを前記入力デ
ータ保持部に保持することを特徴とする。また、閾値生
成部は、濃度ヒストグラム分布生成部で生成された濃度
ヒストグラム分布から、用紙白部の白ピーク値（Ｗ
Ｐ）、文字黒部の黒ピーク値（ＢＰ）を求め、閾値をα
×（ＷＰ−ＢＰ）＋ＢＰ（０< α< １）の条件で閾値を
生成することを特徴とする。

【０００７】更に、入力データ保持部は、予め指定され
た1 ライン上の限定された場所の入力データのみを保持
することを特徴とする。更にまた、前記入力データ保持
部は、読み取りの前に予め対象用紙の１ライン読み取り
を行い入力データ保持部に保持することを特徴とする。
更に具体的には、入力データ保持部は、読み取り対象の
先頭で読み取りデータを入力データ保持部に保持する、
読み取り対象の最後の１ラインの読み取りデータを入力
データ保持部に保持する、あるいはライン読み取り時の
入力データを、読み取りのＮライン（Ｎ：１以上の整
数）に１ラインの割合で保持する。入力したデータの濃
度は、用紙の下地の濃度と文字部分（インク）の濃度の
間に分布する。一般に文字領域では文字間スペースを含
むため、用紙の下地の濃度は一定割合で分布する。ま
た、スキャナの光学解像度が高ければ、文字の線の分布
も一定割合でインクの濃度レベルを含む。従って、濃度
ヒストグラム分布から下地レベルと文字部の黒レベルを
検出できる。

【０００８】センサや照明などの影響による感度ばらつ
きが発生するセンサの入力データであっても、入力デー
タの濃度ヒストグラム分布から用紙の下地（白）の入力
レベルの白ピーク値（白ピーク：ＷＰ）、および文字部
の入力レベルの黒ピーク値（黒ピーク値：ＢＰ）を基準
値として保持する。この基準値から閾値を生成すること
で、決定される閾値が白、黒レベルを超えることはな
く、常に正しい2 値化が行える。

【０００９】センサや照明などの静的な感度ばらつきを
補正する方法として、予め読み込んである白黒入力レベ
ルで補正するシェーディング補正処理もある。シェーデ
ィング補正処理を行うことで、センサ全領域にわたり入
力のダイナミックレンジを拡大する効果がある。まず、
シェーディング補正処理後の入力データを保持する。こ
の入力データから、閾値生成のための基準値を求め、閾
値を生成する。この方法では、ダイナミックレンジが拡
大されディザを用いた（ある面積で複数の２値化データ
を組み合わせて定義したもの）擬似中間調入力について
も常に正しい閾値で処理が行える。

【００１０】閾値生成部で生成される閾値は、 閾値＝α×（白ピーク値−黒ピーク値）＋黒ピーク値
（０＜α＜１） により生成することにより、白、黒レベルを超えない最
適な閾値を生成することができる。特に、α＝0.5 の場
合が白、黒レベルに対して最大のマージンを設定した場
合に相当する。

【００１１】読み込み対象の用紙が画像読み取り部のセ
ンサ長より短い場合（例えば、Ａ６サイズのスキャナで
名刺を読む場合）には、濃度ヒストグラム分布は対象の
用紙以外を含めて白ピーク値や黒ピーク値を求めてしま
う。予め指定された１ライン上の限定された場所（例え
ば、名刺サイズ）の入力データの濃度ヒストグラム分布
から白ピーク値と黒ピーク値を使用して閾値を生成する
ことで、読み取り対象の濃度レンジ以外の背景も同時に
入力した場合でも２値化閾値を生成することができる。

【００１２】入力データから濃度ヒストグラムを生成
し、白黒ピーク値を求める処理をソフトウェアで行う場
合には多くの処理時間がかかる。そこで、これら一連の
処理を実際の読み込み処理とは別処理とする。本来の読
み取り操作とは別に用紙の１ラインの読み取りを1 度だ
け行い、最適な１値化閾値を生成を決定する。以降の同
じ種類の用紙では、同じ２値化閾値を使用することで、
読み取り処理の遅延を発生させることなく２値化処理を
行うことができる。

【００１３】入力データから濃度ヒストグラムを生成
し、白黒ピーク値を求める処理を読み取り時（領域の）
の先頭で行う。これから読み取る領域に最適な2 値化処
理を行うことができる。用紙の読み取りは同種類の用紙
を連続して行うことが多い。特に、読み取り領域が文書
サイズに比べて小さい場合、読み取りの最後では下地と
文字の両方を含むことが期待できる。そこで、読み込み
時の終了時に入力データを読み取る。次の読み取りに
は、保持した入力データから濃度ヒストグラムを生成
し、白黒ピーク値を求める処理を行うことで最適な2 値
化処理を行うことができる。

【００１４】用紙の下地は局所的に白色の性質が異なる
場合がある。入力データから濃度ヒストグラム分布を生
成し、白黒ピーク値を求める処理をデータの読み取りと
同時に逐次的に行うことで常に最適な2 値化処理を行う
ことができる。

【００１５】

【実施の形態】図１に、本発明の一実施形態による画像
読取装置の構成を示す図面を図示する。本実施形態によ
る画像読取装置は、読み取られるべき画像が記録された
媒体上の画像を光学的に読み取り、電気信号に変換する
画像読取部と、画像読取部から出力される画像信号を二
値化する画像信号処理部（二値化部）と、ライン読取時
の画像読取部からの入力データを一時的に保持する入力
データ保持部と、入力データから濃度ヒストグラム分布
を生成する濃度ヒストグラム分布生成部と、濃度ヒスト
グラム分布の下地値の白ピーク値と、文字の黒ピーク値
から画像信号処理部への二値化閾値を生成する閾値生成
部とを備えている。

【００１６】画像読取部は、センサ部とＡ／Ｄ変換部と
からなる。センサ部は、ＣＣＤなどにより構成されるラ
インセンサが、本実施形態では使用されている。センサ
種類は、本発明とは直接関係しないため、他のどのよう
な種類のセンサであっても利用することは可能である。
センサ部は、媒体から読み取った画像の濃度に応じた値
を持つアナログの電気信号を出力する。

【００１７】Ａ／Ｄ変換部は、センサ部より出力された
アナログ電気信号をデジタル信号に変換するものであ
る。ここで、８ビットのデジタル信号を扱うとすると、
読取結果が白の場合には２５５、黒の場合には０がＡ／
Ｄ変換部より出力される。図２は、本実施形態による二
値化処理の流れを示した図面である。図２ニ示されるよ
うに、本実施形態の画像読取装置では、閾値生成の処理
と読み取られた画像の二値化処理とが実行される。

【００１８】まず、閾値を生成するために、媒体の文字
を含んだ下地（白部）部分の画像を１ライン分読み取っ
てデータを入力し、これをラインデータ保持部に保存す
る。また、入力データを濃度ヒストグラム分布生成部に
渡す。濃度ヒストグラム分布生成部では入力データの画
素毎の濃度値から濃度ヒストグラム分布を生成する。閾
値生成部では、濃度ヒストグラム分布生成部で生成され
た濃度ヒストグラムを元に、下地の白を示す白ピーク値
と文字の黒を示す黒ピークを求め、この白黒のピーク値
から閾値を生成し、画像処理部（二値化部）に送る。1
ラインの読み取り対象領域が全て黒、あるいは全て白の
場合には、１ラインの読取のみでは白ピーク値や黒ピー
ク値が求められない。この場合は、予め準備した白最大
値（２５５）や黒最小値（０）を使って閾値を生成し、
以降の処理を行う。

【００１９】次に、画像の読み込み処理では、画像処理
部が閾値生成部の閾値を使用して画像読み取り部からの
デジタル画信号を２値化する処理が行われる。閾値生成
部より生成される閾値は、媒体の下地（白部）と文字部
（黒部）を読み込んだ入力データから生成されるため、
その原稿に最適な閾値となり、正しく２値化が行われ
る。図３は、図１に図示された画像読取装置を組み込ん
だ一例である、ペン型スキャナ装置の概観とその内部構
成図を示している。本実施形態によるペン型スキャナ装
置では、画像読み取り部を原稿に密着させて原稿を読み
取る形態を採用している。ペン型スキャナを、このよう
に読取原稿上で移動させて原稿を走査し、得られた入力
データを決定された閾値に基づいて二値化していくこと
で、二値化画像データを出力している。図４は、図３に
図示されたペン型スキャナにおける画像読取り時の制御
と、データの流れを説明している。本例では４ライン分
のデータの読取り例を示している。図４において、エン
コーダパルスは移動量検出部から出力される移動量信号
に相当する。また、ラインセンサ起動信号は、ラインセ
ンサの１駆動周期毎に発生される信号であり、これに基
づいてラインセンサからの信号転送が開始される。図３
においては、駆動信号に相当する。ラインセンサ画像信
号は、ラインセンサからラインセンサ起動信号に基づい
て出力される画像信号である。画像処理済とされた信号
は、二値化処理が完了した画像信号である。

【００２０】装置へのデータ転送割り込みは、詳細は後
述するが、画像読取装置から外部の情報処理装置へ画像
データを転送する際に、画像読取装置から情報処理装置
に対して行われる。以下、読取動作の制御とデータの流
れを、図１乃至図４を用いて説明する。画像読み取り部
はラインセンサと光源（ＬＥＤもしくは冷陰極管）とレ
ンズとを備え、読取り媒体と密着方式の画像読み取りを
行う。読取り中は光源を点灯し、ラインセンサを起動信
号で読取り開始させることで、センサ上の各位置での反
射光量を電気信号に変換しアナログ信号として出力す
る。移動量検出部は、エンコーダにより読取り媒体上の
移動量をパルス信号に変換して出力する。これによっ
て、媒体に対する画像読取装置の相対的な移動量が検出
される。画像信号処理部は、画像読み取り部からの画像
信号をＡ／Ｄ変換回路によりデジタル化し、濃度ヒスト
グラム分布から決定した閾値で２値化画像処理を行う。
制御部は、全体の読取り制御と情報処理装置へのデータ
の転送を行う。ラインセンサへの起動信号は、媒体の読
取期間中は常に発生しており、画像処理済みのラインデ
ータ（画像データ）は画像読取装置内部のバッファに保
存しておく。

【００２１】制御部では、移動量検出部からの移動パル
ス（エンコーダパルス）を検出した場合、情報処理装置
へ割り込みを上げ、バッファに保存してある画像処理済
みのラインデータのデータ転送を行う。移動パルスは、
通常の動作時には、ラインセンサの１駆動周期に一つの
み出力されるよう構成されている（図４のラインセンサ
画像信号１）。二値化処理が行われると、画像読取装置
から情報処理装置に対してデータ転送割り込みが行わ
れ、情報処理装置に対して画像データが転送される。

【００２２】しかし、移動パルスがラインセンサの１駆
動周期内で２回以上検出された場合には、スキャナの読
み込み性能以上にスキャナの移動が発生したと制御部で
は判断し、移動パルス１回分のデータのみを転送する。
図４の例では、ラインセンサ画像信号２に相当する。こ
こでは、ラインセンサ起動信号の間に二つのエンコーダ
パルスが出現している。一方、移動パルスがラインセン
サの１駆動周期内に検出されない場合には、スキャナが
移動していないことを意味する。図４では、ラインセン
サ画像信号３の部分に相当する。ここでは、ラインセン
サ起動信号間にエンコーダパルスは出現していない。こ
の場合には、バッファに保存してある画像処理済みのラ
インデータを破棄して、次のラインの読取データ（ライ
ンセンサ画像信号４）を保持する。

【００２３】Ｉ／Ｆ部は、画像読取装置に接続される情
報処理装置への電気的インタフェースであり、情報処理
装置への割り込みやデータアクセスを行う。情報処理装
置に転送された二値化データは、情報処理装置の表示部
に表示される。そのためオペレータは読取り中の画像デ
ータを表示部から確認することができる。図５は、第二
の実施形態による画像読取装置のブロック図を示した図
面である。図５に図示された画像読取装置は、読取り媒
体上の画像を光学的に読み取り電気信号に変換する画像
読み取り部と、画像読み取り部から出力される画像信号
をシェーディング補正後に２値化する画像信号処理部
（２値化部）と、ライン読み取り時にシェーディング補
正後の入力データを保持する入力データ保持部と、入力
データ保持部のデータから濃度ヒストグラム分布を生成
する濃度ヒストグラム生成部と、濃度ヒストグラムの下
地値の白ピーク値と文字の黒ピーク値から画像信号処理
部への２値化閾値を生成する閾値生成部とを備えてい
る。

【００２４】画像読み取り部はセンサ部とＡ／Ｄ変換部
からなり、読取り対象の画信号をデジタル化して出力す
る（例えば８ビットの場合、白が２５５、黒が０の出力
となる）。画像読み取り部の出力はシェーディング補正
部で面むらなどの影響を取り除いた出力に変換される。
予め読み込んだ下地値を白シェーディング補正値として
保存し、入力された入力画信号は常に下の（１）式によ
り変換され出力される。

【００２５】 入力画信号 ：ｘ（ｉ）、補正後の信号：ｙ（ｉ） 白シェーディング補正値：ｗｗ（ｉ） ｙ（ｉ）＝２５５ｘ（ｉ）／ｗｗ（ｉ） ．．．（１） 上式により変換された画信号は実施例１と同様に二値化
処理される。そのために、１ライン分のシェーディング
補正済みの入力データが入力データ保持部で保持され
る。一方、入力データから第一の実施形態の場合と同様
に閾値を生成する。ここでは、白シェーディング補正の
処理を示したが、黒シェーディング補正を同様に行って
もよい。図６に本発明の第３の実施形態による画像読取
動作を説明する図面であり、下地の入力波形と濃度ヒス
トグラム分布と決定される閾値の関係を示したグラフで
ある。図示左側のグラフは読取原稿の下地、文字に相当
する黒部分を含む、１ライン分の読取信号の入力値を示
している。横軸は媒体横手方向の画素（ｐｉｘｅｌ）
を、縦軸は濃度値を示している。また、図示右側のグラ
フは画素の濃度ヒストグラム分布を示している。図示横
軸は濃度値を、縦軸は濃度値の発生頻度をそれぞれ示
す。

【００２６】ここで、センサの感度にばらつきがあって
も、濃度ヒストグラム分布でには下地を示す白ピーク値
（ＷＰ）と、文字を示す黒ピーク値（ＢＰ）が出現す
る。そのため、この白ピーク値と黒ピーク値との内側に
閾値を生成すれば、読取された画像を二値化することが
できる。つまり、図示されるような位置に閾値を生成す
れば、黒ピーク値付近の信号は黒として、白ピーク値付
近の信号は白として、正しく出力される。閾値は、以下
の式により算出される。

【００２７】 閾値＝α×（W Ｐ−ＢＰ）＋ＢＰ （１＜α＜１） なお、αは閾値を決定するための係数であり、任意の値
を適用できる。αの値は、読み取られる原稿の濃さや、
望まれる出力画像の画質等に応じて適宜選択すればよ
い。このように、閾値を生成するために白ピーク値（Ｗ
Ｐ）、黒ピーク値（ＢＰ）を使用することで、正しい２
値化が行える。図７に第４の実施形態による画像読取装
置が図示されている。読み込み対象の用紙幅が画像読み
取り部の読み取り領域より短い場合には、ライン入力デ
ータ値を求めても対象外の部分（原稿の外側）も一緒に
読み取られてしまう。そのため、媒体とは無関係なデー
タが入力されてしまい、用紙の濃度ヒストグラム分布を
正しく求めることができない。そのため、本実施形態で
は、有効領域指定部で、予め指定されたライン上の限定
された場所のデータのみの入力データ値として使用し、
濃度ヒストグラム分布を生成する。有効領域の指定は、
例えば読み取られる媒体の幅を指定すればよい。画像読
取装置では、有効領域の指定に基づいて読み取られた信
号のうち有効な信号として扱うべき部分を認識し、その
部分についてのみ濃度ヒストグラムを生成、閾値を発生
させる（図７有効領域）。これにより、画像読み取り部
のライン長より短い用紙でも最適な２値化閾値を生成す
ることができる。図８は、本発明の第５の実施形態によ
る画像読取装置を図示した図面である。また、図９乃至
図１１は、図８に図示された画像読取装置における読取
処理の手順を示したフローチャートである。

【００２８】上記図面は、閾値決定のためのライン入力
データ保持と実際の読み込み処理との関係を示してい
る。閾値決定のためのライン入力は４通りに構成する。 １）別処理型 実際の画像の読み取りとは別に、用紙の１ライン入力を
行いその濃度ヒストグラム分布から予め閾値を決定し、
以降の読み取りは決定した閾値で二値化処理を行う。 ２）読み込み前型 読み取り開始の先頭ラインを１ライン入力し、読取の結
果得られた濃度ヒストグラム分布から閾値を決定し、読
み取り時は先頭で決定した閾値で二値化処理を行う。 ３）読み込み後型 読み取りの終了ラインを１ライン入力し、濃度ヒストグ
ラム分布から閾値を決定する。以降の原稿の読み取り
は、前回の読み取り最後で決定した閾値で二値化処理を
行う。 ４）逐次型 １ラインの画像入力と同時に、ライン毎に濃度ヒストグ
ラム分布から閾値を決定し、決定した閾値を使って常に
最新の閾値で二値化処理を行う。

【００２９】このような構成を採用することによって、
ハードウェアの構成と処理時間の優先度に応じた構成が
選択できる。

【００３０】

【本発明の効果】以上説明してきたように、本発明によ
れば、画像入力装置において、センサの感度ばらつきや
光源のばらつきなどで発生する読み取り値の変動が大き
い場合、センサのラインの入力値を保持し、濃度ヒスト
グラム分布から下地の白と文字の黒をあらわす白黒ピー
ク値を求める。この基準値で閾値を決定することで、常
に正しく２値化を行うことができるが画像入力装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による画像読取装置の構
成、

【図２】一実施形態による画像読取処理手順を示した図
面、

【図３】画像読取装置の具体的な構成例、

【図４】画像読取のタイミングチャート、

【図５】第二の実施形態による画像読取装置の構成、

【図６】読取画像信号と濃度ヒストグラムの関係を示す
図面、

【図７】有効領域が画像読取装置の読取範囲よりも狭い
例を説明する図面、

【図８】その他の実施形態による画像読取を説明する図
面、

【図９】その他の実施形態による二値化処理手順を示す
図面、

【図１０】さらにその他の二値化処理手順を示す図面、

【図１１】さらにその他の二値化処理手順を示す図面、

【図１２】従来の二値化処理を示す図面、をそれぞれ図
示する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 読み取り媒体上の画像を光学的に読み取
   って電気信号に変換する画像読み取り装置において、 入力データを一時的に保持する入力データ保持部と、 入力データ保持部の濃度ヒストグラム分布を生成する濃
   度ヒストグラム分布生成部と、 濃度ヒストグラム分布から２値化閾値を生成する閾値生
   成部と、を有することを特徴とする画像読み取り装置。
2. 【請求項２】 前記画像読取装置は更に、 入力データのシェーディング補正を行う補正部を備え、 前記補正された入力データを前記入力データ保持部に保
   持することを特徴とする、請求項１記載の画像読み取り
   装置。
3. 【請求項３】 前記画像読取装置において、 閾値生成部は、濃度ヒストグラム分布生成部で生成され
   た濃度ヒストグラム分布から、用紙白部の白ピーク値
   （ＷＰ）、文字黒部の黒ピーク値（ＢＰ）を求め、閾値
   をα×（ＷＰ−ＢＰ）＋ＢＰ（０< α< １）の条件で閾
   値を生成すること、を特徴とする請求項１記載の画像読
   み取り装置。
4. 【請求項４】 前記画像読取装置は、 予め指定された１ライン上の限定された範囲内の入力デ
   ータのみに基づいて濃度ヒストグラムを生成することを
   を特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
5. 【請求項５】 前記入力データ保持部は、 読み取り対象の媒体の特定の１ラインの読み取りを行い
   入力データ保持部に保持し、閾値を生成することを特徴
   とする、請求項１記載の画像読み取り装置
6. 【請求項６】 前記入力データ保持部は、 ライン読み取り時の入力データを、読み取りのＮライン
   （Ｎ：１以上の整数）に１ラインの割合で保持すること
   を特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。