JPH11225272A - 画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 規模の小さな回路によって高速にシェーディ
ング補正を行うことが可能な画像読み取り装置を提供す
る。 【解決手段】 標準画像を読み取る際に、センサーの画
素ごとの出力信号の白レベルと黒レベルの差を求めて、
このレベル差で定数を除算した値と黒レベルとを記憶し
ておく。除算は減算とビットシフトを繰り返すことによ
り行う。補正対象の画像を読み取ったときには、センサ
ーの画素ごとの出力信号のレベルから記憶している黒レ
ベルを減算し、その減算結果に記憶している除算結果を
乗算することにより、シェーディング補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像読み取り装置に
関し、より詳しくは、シェーディング補正を行う画像読
み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリやイメージスキャナ等の画
像読み取り装置では、原稿画像に光を照射し、その反射
光を光電変換素子から成る画素を多数備えたセンサーに
よって検出して、画像の濃度を表す信号に変換すること
により、画像を読み取っている。ところが、原稿画像に
照射される光は一定不変ではなく、また、必ずしも均一
ではない。しかも、画素である光電変換素子の感度には
ばらつきがある。このため、センサーが出力する信号の
強度に絶対的な基準は存在せず、画素ごとの信号の強度
も原稿の真の濃度に厳密には対応しない。

【０００３】そこで、センサーの出力する信号を補正し
て、照射光の不均一さと光電変換素子の感度差を除去す
るとともに、全ての画素の信号を一定の強度範囲に収め
るようにしている。この補正はシェーディング補正と呼
ばれる。

【０００４】シェーディング補正は、通常、一定濃度の
像が形成された暗部と像が形成されていない明部を有す
る標準画像を読み取ったときの信号の強度を基準とし
て、式（１）に従ってセンサーの画素ごとに行われる。 ＩC ＝ （ＩO−ＩB） × Ｋ ／ （ＩW−ＩB） ・・・ （１）

【０００５】ここで、ＩCは補正後の信号の強度、Ｉ0は
補正前の信号の強度、Ｋは定数である。また、ＩBは標
準画像の信号の最小強度、ＩWは標準画像の信号の最大
強度であり、それぞれ標準画像の暗部および明部に対応
し、黒レベルおよび白レベルと呼ばれる。定数Ｋは任意
の値であり、例えば８ビットで信号強度を表すときは２
５５である。

【０００６】画像読み取り装置は、センサーのそれぞれ
の画素について標準画像の最大強度と最小強度の差（Ｉ
W−ＩB）を記憶するためのメモリを備え、式（１）の右
辺に現れる減算、乗算および除算を行うための演算器を
備えている。画像を読み取ると、センサーの出力する個
々の画素の信号の強度ＩOに対して、各演算器によって
減算、乗算および除算を行い、補正後の信号の強度ＩC
を得る。

【０００７】一般に除算器は、加算、減算および乗算を
行う演算器に比べて、回路規模が著しく大きくなる。こ
のため、減算とビットシフトを繰り返すことによって除
算に相当する演算を行う回路を備えた画像読み取り装置
もある。このような演算回路により８ビットで表した信
号強度をシェーディング補正するときの処理の流れを図
３に示す。

【０００８】まず、初期設定を行う。すなわち、補正す
る信号の強度ＩOを与えられ（ステップ＃５）、強度ＩO
から記憶している標準画像の信号の最小強度ＩBを減じ
て結果をレジスタＡに入れ（＃１０）、記憶している標
準画像の信号の最大強度と最小強度の強度差（ＩW−Ｉ
B）を読み出してレジスタＢに入れる（＃１５）。ま
た、補正後の信号の強度ＩCを表すためのレジスタＣを
クリアし（＃２０）、以降の処理の反復回数を表すカウ
ンタＪに８をセットする（＃２５）。

【０００９】初期設定に続いて、レジスタＡとレジスタ
Ｂの値を比較する（＃３０）。レジスタＡの値がレジス
タＢの値以上であれば、レジスタＡからレジスタＢの値
を減じ（＃３５）、レジスタＣの下位から第ｊ番目（ｊ
はカウンタＪの値）のビットに１をセットすることによ
り、レジスタＣの値に２^(j-1)を加える（＃４０）。＃
３０の判定でレジスタＡの値がレジスタＢの値未満であ
れば、＃３５、＃４０の処理は行わない。

【００１０】次いで、レジスタＢの内容を下位側に１ビ
ットシフトし（＃４５）、カウンタＪから１を減じ（＃
５０）、カウンタＪの値が０であるか否かを判定する
（＃５５）。カウンタＪの値が０でなければ＃３０に戻
って上記処理を繰り返し、０であれば処理を終了する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】シェーディング補正を
図３に示した処理に従って行う回路は、除算器によって
行う回路に比べて構成が小さいから、設計や製造が容易
であり、またコストを低減することができて好ましい。
しかしながら、この回路は、減算やビットシフトを反復
する必要があるため、処理速度は遅い。このため、シェ
ーディング補正に要する時間が長くなってしまい、画像
の読み取り処理全体を高速化する妨げとなる。

【００１２】特に、画像を高解像度で読み取るためにき
わめて多数の画素からなるセンサーを使用するときは、
センサーの出力周期をシェーディング補正が追随し得る
程度に長くしなければならず、画像の高解像度化と高速
処理の両立は困難である。また、反復処理の回数は信号
強度を表すためのビット数に等しいから、画像の階調を
高くするためにより多くのビット数で信号強度を表すと
きは、シェーディング補正にさらに長い時間が必要にな
って、処理速度が一層低下する。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、規模の小さな回路によって高速にシェーディング
補正を行うことが可能な画像読み取り装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、複数の画素から成る画像読み取り用の
センサーを備え、センサーのそれぞれの画素について、
読み取った標準画像の信号の最大強度と最小強度の強度
差を記憶しておき、読み取った画像の信号の強度を記憶
している強度差に応じてセンサーの画素ごとに補正し
て、画像の全ての画素の信号を一定の強度範囲内とする
画像読み取り装置において、センサーのそれぞれの画素
に対応して、標準画像の信号の最小強度を記憶する第１
のメモリと、一定の強度範囲の上限値を標準画像の信号
の最大強度と最小強度の強度差で除した値を記憶する第
２のメモリとを備え、与えられる画像の信号の強度から
第１のメモリに記憶している強度を減ずる減算器と、減
算器の減算結果に第２のメモリに記憶している値を乗ず
る乗算器とを備えて、読み取った画像の信号の強度を減
算器による減算と乗算器による乗算によって画素ごとに
補正するようにする。

【００１５】この画像読み取り装置はセンサーの出力す
る信号に対してシェーディング補正を施すものである
が、補正時には除算を行わない。すなわち、標準画像を
読み取る際に、センサーのそれぞれの画素について、標
準画像の信号の最大強度と最小強度の強度差を求めて、
この強度差で一定の強度範囲の上限値すなわち定数を除
して、その結果を記憶しておく。

【００１６】これにより、補正時には、画像の信号の強
度から標準画像の信号の最小強度を減じる減算と、その
減算結果に記憶している除算の結果を乗じる乗算のみを
行うことが可能になり、高速で補正処理を行うことがで
きる。標準画像を読み取る処理は高速で行う必要がない
から、減算とビットシフトを反復する前述の小規模な回
路を用いて除算を行えばよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を手持ち式のイメー
ジスキャナであるハンディスキャナに適用した実施の形
態について図面を参照して説明する。図１に本実施形態
のハンディスキャナ１（以下、単にスキャナともいう）
の概略構成を示す。ハンディスキャナ１は、照明部１
１、ラインセンサー１２、アナログ信号処理部１３、Ａ
Ｄコンバータ１４、タイミングジェネレータ１５、デジ
タル信号処理部１６、画像圧縮部１７、および送信部１
８より成り、原稿画像を読み取ってその画像データを圧
縮し、他の画像処理装置２に送信するものである。

【００１８】照明部１１は光を原稿に照射する。ライン
センサー１２は電荷結合素子（ＣＣＤ）より成り、直線
状に配列された多数の画素を有する。ラインセンサー１
２は、原稿によって反射された照明部１１からの光を受
け、受光量を表すアナログ信号を画素ごとに出力する。
使用者がスキャナ１を手に持って原稿上を移動させるこ
とにより、ラインセンサー１２によって原稿画像の濃淡
が１ラインずつ検知されて、ラインごとの信号とされ
る。これにより２次元画像が読み取られる。

【００１９】アナログ信号処理部１３は、ラインセンサ
ー１２の出力信号を２重相関サンプリングし自動ゲイン
制御する。ＡＤコンバータ１４は、アナログ信号処理部
１３から入力されるアナログ信号を８ビットのデジタル
信号に変換して、デジタル信号処理部１６に出力する。
タイミングジェネレータ１５はラインセンサー１２、ア
ナログ信号処理部１３、およびＡＤコンバータ１４にタ
イミング信号を与えて、それぞれの信号出力、サンプリ
ングおよび信号変換の時期を指示する。

【００２０】デジタル信号処理部１６は、ＡＤコンバー
タ１４から与えられる信号に種々の処理を施して、読み
取った画像を表す画像データを生成する。画像圧縮部１
７はデジタル信号処理部１６によって生成された画像デ
ータを、ＪＰＥＧ（Joint Photographic image coding
Experts Group）方式に従って圧縮する。送信部１８は
圧縮された画像データを、ケーブル２ａを介して他の画
像処理装置２に送信する。

【００２１】画像処理装置２は、スキャナ１から与えら
れた画像データを直接利用し、またはさらに他の装置に
転送するものであり、例えばパーソナルコンピュータで
ある。画像処理装置２は、圧縮された画像データをＪＰ
ＥＧ方式に従って逆圧縮する機能を有しており、スキャ
ナ１が読み取った画像を再生することができる。

【００２２】デジタル信号処理部１６は、デジタル信号
に変換されたラインセンサー１２の出力信号をシェーデ
ィング補正するシェーディング補正回路２０、その補正
結果をガンマ補正するガンマ補正回路２８、さらに画像
の輪郭を強調しかつ滑らかにするエッジ強調／平滑化回
路２９より成る。

【００２３】シェーディング補正回路２０はＡＤコンバ
ータ１４から与えられるラインセンサー１２の画素ごと
の信号に、式（２）に従ってシェーディング補正を施
す。 ＩC ＝ （ＩO−ＩB） × ＫO ・・・ （２）

【００２４】ここで、ＫOはＫ／（ＩW−ＩB）であり、
Ｋは定数２５５である。前述のように、ＩCは補正後の
信号の強度、Ｉ0は補正前の信号の強度、ＩBは標準画像
の信号の最小強度（黒レベル）、ＩWは標準画像の信号
の最大強度（白レベル）である。

【００２５】式（２）は式（１）に等しく、したがっ
て、シェーディング補正回路２０による補正結果は、従
来の装置の補正結果と同一になる。ただし、Ｋ／（ＩW
−ＩB）の演算を標準画像を読み取る際に行って、結果
をＫOとして記憶しておく。また、標準画像読み取り時
に最小強度ＩBも記憶しておき、補正時には式（２）の
右辺に現れている減算と乗算のみを行う。

【００２６】シェーディング補正回路２０の構成を図２
に示す。シェーディング補正回路２０は、擬除算回路２
１、２つのメモリ２２、２３、減算器２４および乗算器
２５より成る。メモリ２２および２３はそれぞれ最小強
度ＩBおよび除算結果ＫOを記憶しておくためのものであ
り、いずれもラインセンサー１２の画素数ｎに等しいｎ
個の記憶領域を有しいる。

【００２７】擬除算回路２１は、除算結果ＫOを求める
ためのもので、標準画像を読み取る際に動作し、一般の
画像を補正する際には動作しない。図示しないが、擬除
算回路２１は減算器、レジスタ、比較器、カウンタ等を
備えており、これらによって図３に示した処理と略同一
の処理を行う。相違はステップ＃５〜＃１５の処理のみ
である。

【００２８】一定濃度の像が形成された暗部と像が形成
されていない明部を有する標準画像を読み取ったとき、
擬除算回路２１は、ラインセンサー１２が出力した画素
ごとの信号の最小強度ＩB（黒レベル）と最大強度ＩW
（白レベル）をＡＤコンバータ１４より与えられ、それ
らの減算を行って減算結果（ＩW−ＩB）をレジスタＢに
入れる（図３のステップ＃１５に相当）。レジスタＡに
は値１を入れておく（＃１０に相当）。

【００２９】これらの処理に続いて、＃２０から＃５５
までの処理を行う。その結果、レジスタＣにはＫ／（Ｉ
W−ＩB）が入ることになる。擬除算回路２１は、画素ご
との信号それぞれについて上記の処理を行い、処理が終
了するごとにレジスタＣの内容をメモリ２３に順に書き
込む。

【００３０】標準画像を読み取ったときの画素ごとの信
号の最小強度ＩBは、ＡＤコンバータ１４からメモリ２
２にも与えられ、順に書き込まれる。こうして、シェー
ディング補正に必要な全てのパラメータがメモリ２２お
よび２３に記憶される。

【００３１】シェーディング補正の対象となる通常の画
像を読み取ったとき、ラインセンサー１２の出力信号は
ＡＤコンバータ１４から減算器２４に順次与えられる。
その間、減算器２４にはメモリ２２に記憶されている最
小強度ＩBが順次与えられ、減算器２４は強度Ｉ0から強
度ＩBを減算して、減算結果（ＩO−ＩB）を順次出力す
る。

【００３２】減算器２４の出力は乗算器２５に与えられ
る。乗算器２５にはメモリ２３に記憶されているＫ／
（ＩW−ＩB）が順次与えられ、乗算器２５はこれらを減
算器２４から与えられる減算結果に乗算し、乗算結果を
順次出力する。乗算器２５の出力はガンマ補正回路２８
に与えられる。

【００３３】シェーディング補正回路２０が補正時に行
う処理は、減算と乗算のみであるから、補正に要する時
間はきわめて短い。また、シェーディング補正回路２０
を従来の画像読み取り装置のシェーディング補正回路と
比較すると、メモリ２３と減算器２４と乗算器２５とを
追加した構成になっており、回路規模はごく僅か大きく
なったに過ぎない。すなわち、ハンディスキャナ１は、
従来と同程度の小さな規模の回路できわめて高速にシェ
ーディング補正を行うことが可能になっている。

【００３４】標準画像を読み取ってメモリ２３に記憶す
るパラメータを生成する処理は、擬除算回路２１が反復
処理を行うから、時間を要する。しかしながら、標準画
像の読み取りは高速で行う必要のない処理であり、ま
た、スキャナ１の製造時や保守作業時に行う処理であっ
て通常は行われないから、パラメータの生成に多少の時
間がかかっても問題は生じない。

【００３５】しかも、標準画像を読み取る際にはライン
センサー１２の画素ごとの信号の最大強度ＩWをメモリ
２３に順に記憶しておき、読み取り終了後に、メモリ２
２、２３の内容を用い擬除算回路２１によってＫ／（Ｉ
W−ＩB）の演算を行って、演算結果をメモリ２３に書き
込むこともできる。そのようにすると、標準画像の読み
取りもきわめて速やかに行うことが可能になる。なお、
メモリ２２および２３としては、書き換え可能で不揮発
性のもの、例えばＥＥＰＲＯＭを使用する。

【００３６】本実施形態ではハンディスキャナをの例を
示したが、上記シェーディング補正回路２０は、センサ
ーを固定し画像を移動させる方式の画像読み取り装置に
適用することも可能である。適用例としては、ファクシ
ミリ装置、画像複写機等があげられる。

【００３７】画像読み取り用のセンサーとして、エリア
センサーを使用してもよい。エリアセンサーは画像を面
として２次元的に読み取るものであって、画像を線とし
て１次元的に読み取っていくラインセンサーに比べて効
率がよく、また、画素数も一般に多い。上記のシェーデ
ィング補正回路は処理速度がきわめて速いから、エリア
センサーのように画素数の多いセンサーと組み合わせて
使用すると、その特長を一層生かすことができる。

【００３８】また、ここでは、信号の強度を８ビットで
表し、２５６階調を表現し得るようにしたが、これと異
なるビット数で信号の強度を表現するようにしてもよ
い。例えば、信号強度を１０ビットで表現すれば１０２
４階調を表現することが可能になる。その場合でも、シ
ェーディング補正においてビット数に等しい回数の反復
処理を行わないから、補正に要する時間への影響はほと
んどなく、８ビットの場合と略等しい速度で補正をする
ことができる。

【００３９】なお、画像圧縮部１７は、画像処理装置２
へのデータ転送の効率化および画像データを記憶してお
くメモリの効率的利用のために設けられたものであり、
データ転送に時間的問題がなく記憶容量にも問題がない
場合には省略してもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明の画像読み取り装置によるとき
は、規模の大きい除算器を用いることなくシェーディン
グ補正を高速で行うことができる。きわめて画素数の多
いセンサーを使用する場合でも、シェーディング補正が
センサーの出力周期に追随し得るから、画像を解像度高
く読み取ることと、速やかに読み取ることの両立が容易
である。また、補正に要する時間は信号の強度を表すビ
ット数には依存しないから、画像の階調を任意に設定す
ることができて、質の高い画像を提供することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態のハンディスキャナの概
略構成を示す図。

【図２】 上記ハンディスキャナのシェーディング補正
回路の構成を示す図。

【図３】 従来の画像読み取り装置のシェーディング補
正の処理の流れを示す図。

【符号の説明】

１ ハンディスキャナ ２ 画像処理装置 １１ 照明部 １２ ラインセンサー １３ アナログ信号処理部 １４ ＡＤコンバータ １５ タイミングジェネレータ １６ デジタル信号処理部 １７ 画像圧縮部 １８ 送信部 ２０ シェーディング補正回路 ２１ 擬除算回路 ２２ メモリ ２３ メモリ ２４ 減算器 ２５ 乗算器 ２８ ガンマ補正回路 ２９ エッジ強調／平滑化回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素から成る画像読み取り用のセ
   ンサーを備え、前記センサーのそれぞれの画素につい
   て、読み取った標準画像の信号の最大強度と最小強度の
   強度差を記憶しておき、読み取った画像の信号の強度を
   記憶している強度差に応じて前記センサーの画素ごとに
   補正して、画像の全ての画素の信号を一定の強度範囲内
   とする画像読み取り装置において、 前記センサーのそれぞれの画素に対応して、前記標準画
   像の信号の最小強度を記憶する第１のメモリと、前記一
   定の強度範囲の上限値を前記標準画像の信号の最大強度
   と最小強度の強度差で除した値を記憶する第２のメモリ
   とを備え、 与えられる画像の信号の強度から前記第１のメモリに記
   憶している強度を減ずる減算器と、前記減算器の減算結
   果に前記第２のメモリに記憶している値を乗ずる乗算器
   とを備えて、 読み取った画像の信号の強度を前記減算器による減算と
   前記乗算器による乗算によって画素ごとに補正すること
   を特徴とする画像読み取り装置。