JPH10257323A - 画像読取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原稿条件及び動作特性に係わらず、下地濃度に
応じた適切な濃度補正を実現する。 【解決手段】読取り手段の出力から生成された輝度度数
分布データＤＮに基づいて度数が最も大きいピーク輝度
Ｂｐを検出する手段１０１と、ピーク輝度と下地輝度と
走査位置とを対応づけて記憶する記憶手段１０６と、検
出されたピーク輝度Ｂｐと走査位置とに対応する下地輝
度を記憶手段に記憶されている情報Ｔ１に基づいて算定
する手段１０１とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々のドキュメン
トの画像情報を電気信号に変換する画像読取り装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル複写機やコンピュータシステ
ムの画像入力手段として利用されるイメージリーダの多
くは、いわゆる“下地のかぶり”を防止する濃度補正機
能を有している。すなわち、原稿の下地濃度を検出して
適切な閾値を設定し、読取り画像のうちの閾値よりも淡
い部分を下地（背景部）とみなしてそのデータ値を白地
データ値（最も明るい値）に置き換える。これにより、
例えば変色した新聞のように下地色が白色以外（例えば
淡い黄色）であったとしても、下地色が白色である場合
と同様の高コントラストの画像再現が可能となる。な
お、閾値よりも濃い部分についても下地濃度に応じてデ
ータ値を補正する場合もある。

【０００３】文字画像における上述の閾値の設定方法と
してモード法が知られている。これは、文字画像の濃度
のヒストグラム（度数分布図）が文字濃度と下地濃度と
における度数の大きい双峰状になることを前提とし、そ
のヒストグラムの谷（度数が０の濃度）を見つけて閾値
とする方法である。また、ヒストグラムを正規分布関数
で近似し、平均・分散演算によって閾値を設定する方法
も用いられている。

【０００４】閾値としては、ヒストグラムにおける下地
部に対応する下地濃度範囲の度数を低濃度側から累計し
た値が、下地濃度範囲の総度数に対して７０％〜８０％
程度の割合の値になる濃度値が適している。下地濃度範
囲の高濃度側の限界値を閾値として下地濃度範囲の全画
素を白く再現すると、細かな文字の細りや中間調画像の
淡い部分の白抜きが生じるおそれがある。これに対し
て、下地濃度範囲の全画素のうちの７０％〜８０％の画
素を白く再現する場合には、通常は画素位置が分散する
ので、残りの２０％〜３０％の白以外の画素の存在は目
立たない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来では、実際には下
地のムラ、文字と中間調画像との混在などによってヒス
トグラムの形状が複雑になるので、適切に閾値を設定す
るのは難しいという問題があった。例えば光沢性用紙に
プリントされた画像の読取りにおいて、原稿面での反射
のためにヒストグラムの谷を検出できない場合があっ
た。

【０００６】また、照明のムラや撮像感度の画素間のバ
ラツキといった装置固有の動作特性も、読取り濃度のヒ
ストグラムの複雑化の要因となる。特に、書籍の読取り
に適した上向きセッティング形式の画像読取り装置（ブ
ックスキャナ）では、シート原稿の読取りに用いられる
ライン走査形式の一般的なイメージリーダと比べて、動
作特性に因るヒストグラムの複雑化が顕著であることが
わかった。その理由として次の〜の事項を挙げるこ
とができる。ブックスキャナでは、原稿面の全体を照
明した状態で読取りを行い、そのうえ原稿面の高さが一
定でないので、照明のムラが生じやすい。照明が広範
囲であり且つ原稿面と撮像デバイスとの距離が大きいの
で、撮像デバイスの入射光量が少なくノイズの影響が大
きい。原稿面と撮像デバイスとの間の空間が開放され
ているので、環境光の影響を受ける。

【０００７】本発明は、原稿条件及び動作特性に係わら
ず、下地濃度に応じた適切な濃度補正を実現することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】読取り対象面（原稿面）
の輝度の度数分布は、画像情報・撮像系の特性・外乱な
どに依存する。しかし、文字画像のように大半が背景部
分である画像においては、背景濃度が同一であれば、複
数の画像の間で分布形状に差異はあっても、度数が最大
となる輝度（これをピーク輝度と呼称する）は同一とな
る。このことを利用して下地のかぶりを防止する濃度補
正のための閾値を適切に設定する。

【０００９】すなわち、あらかじめ下地濃度の代表例を
示すサンプル画像（チャート）を読み取って輝度の度数
分布を求め、下地に対応する輝度範囲において度数が最
大となる輝度をピーク輝度として検出する。そして、補
正のための輝度の閾値を度数分布に基づいて算出し、検
出したピーク輝度と対応づけてサンプルデータとして記
憶しておく。複数のサンプル画像について同様の処理を
行い、複数組のサンプルデータを記憶しておく。その
後、不特定の画像を読み取ったときにも、輝度の度数分
布を求めてピーク輝度を検出する。そして、基本的には
ピーク輝度が一致するサンプルデータの閾値を用いて読
取り画像の濃度補正を行う。ピーク輝度の一致するサン
プルデータが無い場合は、サンプルデータによって特定
されるピーク輝度と閾値との相関関係から読取り画像に
適合する閾値を算定する。関係式をサンプルデータとし
て記憶しておいてもよい。

【００１０】画像全体の濃度が一様である場合、原理的
には画像の任意に区画した各領域における輝度の度数分
布の様相は互いに等しい（領域の大きさが同一であれば
度数も等しい）。しかし、実際には、照明のムラ・レン
ズ系の歪み・撮像感度のバラツキなどによって度数分布
の様相に若干の差異が生じる。したがって、領域毎にサ
ンプルデータを記憶しておき、サンプルデータを用いて
領域毎に閾値を算定することにより、きめ細かな濃度補
正を実現することができる。

【００１１】請求項１の発明の装置は、読取り対象面の
光学画像を画素に細分化して電気信号に変換する読取り
手段を有し、前記読取り対象面の下地濃度に応じて読取
り画像のデータ処理を行う画像読取り装置であって、前
記読取り手段の出力から生成された輝度度数分布データ
に基づいて度数が最も大きいピーク輝度を検出する手段
と、ピーク輝度と下地輝度と走査位置とを対応づけて記
憶する記憶手段と、検出されたピーク輝度と走査位置と
に対応する下地輝度を前記記憶手段に記憶されている情
報に基づいて算定する手段と、を有している。本明細書
において、輝度とは、読取り対象面の明暗の度合いを意
味し、実質的に「濃度」と同義である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用したブックス
キャナ１の外観を示す斜視図、図２はブックスキャナ１
による読取りの模式図である。

【００１３】ブックスキャナ１は、書籍や雑誌などのブ
ック原稿（見開き原稿）ＢＤの読取りに好適な画像読取
り装置であって、電源回路などを収納する本体ハウジン
グ１０、原稿を支持する暗色の原稿台２０、原稿画像を
電気信号に変換する撮像ユニット３０、及び原稿の照明
を担うランプユニット４０を有している。原稿台２０は
本体ハウジング１０の前面側に配置されている。撮像ユ
ニット３０は、原稿台２０の上方に配置され、本体ハウ
ジング１０の上面から上方に延びた支柱１２によって片
持ち形式で支持されている。ランプユニット４０は、支
柱１２における撮像ユニット３０の下面側の位置に固定
されている。原稿台２０と撮像ユニット３０との間の空
間８０は装置外の自由空間に対して開放されており、ブ
ック原稿のセッティングに十分な広さを有している。原
稿台２０と撮像ユニット３０の下面との距離は３０ｃｍ
以上であり、原稿台２０の上でページをめくることがで
きるので、ユーザーは多数ページの読取り作業を能率的
に進めることができる。

【００１４】本体ハウジング１０の前面の上端側に操作
パネルＯＰが設けられており、下端側に原稿面（見開き
面）Ｓ１の高さを検出するための投影板１８が固定され
ている。操作パネルＯＰには、液晶ディスプレイととも
に、読取りのモードや条件（読取りサイズ、倍率、出力
枚数、濃度など）を指定するためのボタンが配置されて
いる。投影板１８の前面は光沢面であり、原稿台２０の
上面に対する４５°の傾斜面となっている。この投影板
１８にブック原稿ＢＤにおける左右方向と直交する方向
の端面Ｓ３の像が写り、その状態の投影板１８が原稿画
像とともに撮影される。

【００１５】本体ハウジング１０における操作パネルＯ
Ｐに向かって右側の側面には、メインスイッチ５１が設
けられている。原稿台２０の左右方向の両側には、ユー
ザーが読取りの開始を指示するためのスタートキー５
２，５３が１つずつ設けられている。

【００１６】図１において、撮像ユニット３０は、ＣＣ
Ｄアレイからなるラインセンサ３１、結像レンズ３２、
及びミラー３３を有している。ミラー３３と結像レンズ
３２とからなる光学系ＯＳによって、原稿画像がライン
センサ３１の受光面に投影される。ラインセンサ３１
は、図示しない副走査機構の可動体（スキャナ）に取付
けられており、ＣＣＤ素子の配列方向を上下方向に保っ
た状態で左右方向（副走査方向）Ｍ２に沿って平行移動
をする。この平行移動によって２次元の原稿画像の撮像
が行われる。つまり、ブックスキャナ１においては、ラ
インセンサ３１の移動によって２次元の撮像面が形成さ
れることになる。ラインセンサ３１に代えてエリアセン
サを用いた場合にはその受光面が撮像面になる。原稿画
像の主走査方向は、原稿台２０上では前後方向であり、
撮像面上では上下方向である。

【００１７】ブックスキャナ１の使用に際して、ユーザ
ーは原稿台２０の上にブック原稿ＢＤを見開いた状態で
上向きに置く。そのとき、左右のページの境界を原稿台
２０の左右方向の中心を示すマークに合わせるととも
に、投影板１８の下端縁にブック原稿ＢＤを押し当てて
前後方向の位置決めを行う。投影板１８と原稿台２０と
の境界が原稿のセッティングの基準線となっている。そ
の基準線の中央が基準位置Ｐｓ（図２参照）である。ま
た、ユーザーは見開き状態を維持するために必要に応じ
てブック原稿ＢＤの端縁部分を手で押さえる。スタート
キー５２，５３のオンに呼応して、ブックスキャナ１
は、予備スキャンニングと本スキャンニングとを順に行
う。予備スキャンニングでは、原稿サイズ、原稿面Ｓ１
の下地輝度などの原稿条件が測定され、測定結果に基づ
いて本スキャンニングの動作設定が行われる。本スキャ
ンニングでは、読み取られた画像が逐次に外部装置へ出
力される。外部装置としては、プリンタ、ディスプレ
イ、画像メモリ、画像編集装置（コンピュータシステ
ム）などがある。例えば、プリンタが接続されている場
合には、読取り画像がリアルタイムでプリントアウトさ
れる。

【００１８】図３はブックスキャナ１の制御系のブロッ
ク図である。ブックスキャナ１は、マイクロコンピュー
タを備えたＣＰＵ１０１によって制御される。ＣＰＵ１
０１は、ラインセンサ３１の光電変換制御を担う撮像制
御回路１３０、ラインセンサ３１を移動させる副走査機
構１３１、照明の制御を担うランプ制御回路１４０、及
び操作パネルＯＰの表示デバイスに対して動作の指示を
与える。また、ＣＰＵ１０１は、ラインセンサ３１の出
力の量子化や画像補正を行う信号処理系１００の制御を
も担う。ＣＰＵ１０１には、メインスイッチ５１及びス
タートキー５２，５３が接続されている。

【００１９】図４は信号処理系１００の要部のブロック
図、図５は輝度度数分布の一例を示す図、図６は濃度補
正部１０３Ｃの入出力特性を示す図である。信号処理系
１００は、ＣＰＵ１０１、ＡＤ変換器１０２、画像処理
回路１０３、輝度検出部１０４、ＲＡＭ１０５、及び不
揮発性メモリ１０６を有している。

【００２０】予備スキャンニングにおいて、ラインセン
サ３１から出力された光電変換信号は、ＡＤ変換器１０
２によって例えば８ビットの撮像データ（輝度データ）
Ｄ１０に変換され、画素配列順に輝度検出部１０４に入
力される。輝度検出部１０４は、比較器とカウンタとか
らなり、１ライン分の撮像データＤ１０を値の階級別に
数えて読取り画像の輝度度数分布データＤＮを生成す
る。ここで、代表的なブック原稿ＢＤである文字が主体
の書籍の場合には、輝度度数分布は図５のように文字範
囲及び下地範囲に極大値をもつ。写真と文字とが混在す
る場合は中間調範囲の度数が増大するが、度数の大半は
下地に対応する。ＣＰＵ１０１は、輝度度数分布データ
ＤＮを取り込み、下地範囲内の度数が最も大きい階級の
データ値をピーク輝度ＢＰとして検出する。そして、メ
モリ１０６内のテーブルＴ１を参照し、後述の要領で下
地設定値ＢＳを算定してＲＡＭ１０５に格納する。この
一連の動作はライン毎に繰り返される。

【００２１】本スキャンニングにおいて、撮像データＤ
１０は、画素配列順に画像処理回路１０３に入力され
る。画像処理回路１０３は、画質改善のためのＭＴＦ補
正、濃度補正、画像歪みの補正、及び有効読取り領域の
外側の像を消去するマスキングなどの処理を担う。外部
装置には画像処理回路１０３を経た撮像データＤ２０が
出力される。

【００２２】濃度補正は、（１）式に則して輝度濃度変
換された撮像データを図６のように修正するデータ処理
であり、濃度補正部１０３Ｃで行われる。 Ｄ＝ｌｏｇ₁₀（１／Ｒ） …（１） Ｄ：濃度値 Ｒ：輝度値 濃度補正部１０３Ｃを経ることにより、下地設定値ＢＳ
より低輝度の画素の撮影データ値は白地データ値に置き
換えられる。濃度補正部１０３には、副走査の進行に合
わせてライン単位の下地設定値ＢＳがＣＰＵ１０１から
与えられる。

【００２３】このように予備スキャンニングと本スキャ
ンニングとを行って外部へ読取り画像を出力する稼働読
取りモード（つまり、使用時の読取りモード）に加え
て、ブックスキャナ１には濃度補正の機能設定のための
本発明に特有の補助読取りモードが設けられている。補
助読取りモードは、ブックスキャナ１の工場出荷前の調
整工程、使用開始後の定期検査などにおいて、所定の作
業者によって指定される。以下、この補助読取りモード
の動作について説明する。

【００２４】図７はサンプル画像の輝度ヒストグラム、
図８はテーブルＴ１のデータ構成を示す図、図９はピー
ク輝度Ｂｐと下地設定値Ｂｓとの相関関係の一例を示す
図である。

【００２５】補助読取りモードを指定した後、作業者は
複数のサンプル画像（チャート）の読取り作業を行う。
チャートは、濃度が一般的な書籍の下地濃度範囲（反射
濃度０．１〜０．４程度）内の値である均一濃度画像で
ある。チャートの数は、濃度補正に要求される精度に応
じて選定され、２〜８程度が実用値である。ここでは３
枚のチャートを用いるものとする。

【００２６】作業者は、１枚目のチャートを原稿台２０
にセットし、スタートキー５２，５３を押す。上述の予
備スキャンニングと同様に、チャートを読み取った撮像
データＤ１０はＡＤ変換器１０２から輝度検出部１０４
へ転送される。輝度検出部１０４は、１ライン分の撮像
データＤ１０を値の階級別に数える動作を繰り返し、チ
ャートの各ラインの輝度度数分布データＤＮを生成す
る。個々のラインにおいて度数分布はおおよそ正規分布
となるが、ラインセンサ３１の画素間の感度差などによ
って分布曲線は多少歪む。また、ライン間においては照
度ムラやレンズの歪みによって分布が若干異なる。

【００２７】ＣＰＵ１０１は、各ラインの輝度度数分布
データＤＮを取り込み、ライン毎に度数が最も大きい階
級のデータ値をピーク輝度Ｂｐとして検出するととも
に、低輝度側から数えた度数の累計が総度数に対する一
定の割合（例えば２０％）の値となる輝度を、チャート
の下地設定値（下限設定サンプル値）Ｂｓとして算定す
る。そして、検出したピーク輝度Ｂｐと、算定した下地
設定値Ｂｓと、ライン番号（走査位置）とを対応づけて
不揮発性のメモリ１０６に格納する。この一連の動作は
ライン毎に繰り返される。

【００２８】１枚目の読取りが終わると、作業者は１枚
目と同様に２枚目，３枚目のチャートを順に原稿台２０
にセットし、それぞれの読取りを指示する。２枚目，３
枚目のチャートについても、ライン毎に輝度検出部１０
４によって輝度度数分布データＤＮが生成され、ＣＰＵ
１０１によってピーク輝度Ｂｐ及び下地設定値Ｂｓがメ
モリ１０６に格納される。以上の動作により、メモリ１
０６には図８のように１つのライン番号Ｙに３つのピー
ク輝度Ｂｐと３つの下地設定値Ｂｓとを対応づけたテー
ブルＴ１が設けられる。図７は、あるライン位置での各
チャートの輝度度数分布を示している。

【００２９】本実施形態では、ライン当たりのサンプル
数が３であるので、上述の稼働読取りモードにおいて、
実際の原稿を読み取ったときの輝度度数分布のピーク輝
度ＢＰと一致するピーク輝度ＢｐがテーブルＴ１に存在
する場合は少ない。一致するピーク輝度Ｂｐが無い場
合、ＣＰＵ１０１は、テーブルＴ１のデータを用いて実
際の原稿のピーク輝度Ｂｐに適合する下地設定値ＢＳを
補間演算によって求める。補間演算を高速化するため、
メモリ１０６に演算式を格納しておいてもよい。

【００３０】図１０は補助読取りモードの概略の動作の
フローチャートである。スタート指示に呼応して照明ラ
ンプを点灯し、スキャナの移動を開始する（＃１１〜＃
１３）。スキャンニング中はライン毎に輝度度数分布デ
ータＤＮを作成してピーク輝度Ｂｐを検出するととも
に、下地設定値（サンプル値）Ｂｓを算出する（＃１
４、＃１５）。スキャンニングが終了すると、一旦、照
明ランプを消灯し、次のスタート指示を待つ（＃１５〜
＃１７）。所定数のチャートの読取りが終わると、各ラ
イン位置におけるピーク輝度Ｂｐと下地設定値Ｂｓとの
関係式を求め、テーブルＴ１を完成させる（＃１８）。

【００３１】図１１は稼働読取りモードの概略の動作の
フローチャートである。スタート指示に呼応して照明ラ
ンプを点灯し、予備スキャンニングを開始する（＃２１
〜＃２３）。予備スキャンニング中はライン毎に輝度度
数分布データＤＮを作成してピーク輝度ＢＰを検出する
（＃２４、＃２５）。予備スキャンニングが終了する
と、テーブルＴ１を参照して、ライン毎に上述の補間演
算を行ってピーク輝度ＢＰに適合する下地設定値ＢＳを
算出する（＃２６）。続いて、本スキャンニングを開始
し、本スキャンニング中はライン毎に下地設定値ＢＳを
閾値とする濃度補正を行う（＃２７、＃２８）。本スキ
ャンニングが終了すると、照明ランプを消灯して待機す
る（＃２９、＃３０）。

【００３２】以上の説明から明らかなように、本実施形
態において、ＣＰＵ１０１は、ピーク輝度を検出する手
段、下限設定サンプル値を算定する手段、データテーブ
ルを作成する手段、及び下限設定値データテーブルに基
づいて算定する手段として機能する。

【００３３】補助読取りモードの動作は、外部装置から
制御して行ってもよい。個々の装置毎に特性が異なる場
合には、上述の実施形態のように各装置毎にテーブルＴ
１を作成することが望ましい。しかし、個々の装置毎に
は異ならない場合（照明ムラなどが別の装置でも同様に
現れる場合）は、ある装置で作成したテーブルＴ１を他
の装置にも流用するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、原稿条件及び
動作特性に係わらず、下地濃度に応じた適切な濃度補正
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したブックスキャナの外観を示す
斜視図である。

【図２】ブックスキャナによる読取りの模式図である。

【図３】ブックスキャナの制御系のブロック図である。

【図４】信号処理系の要部のブロック図である。

【図５】輝度度数分布の一例を示す図である。

【図６】濃度補正部の入出力特性を示す図である。

【図７】サンプル画像の輝度ヒストグラムである。

【図８】テーブルのデータ構成を示す図である。

【図９】ピーク輝度と下地設定値との相関関係の一例を
示す図である。

【図１０】補助読取りモードの概略の動作のフローチャ
ートである。

【図１１】稼働読取りモードの概略の動作のフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ ブックスキャナ（画像読取り装置） ３１ ラインセンサ（読取り手段） １０１ ＣＰＵ １０６ メモリ（記憶手段） ＤＮ 輝度度数分布データ ＢＰ ピーク輝度 Ｓ１ 原稿面（読取り対象面） Ｔ１ テーブル（記憶されている情報）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】読取り対象面の光学画像を画素に細分化し
   て電気信号に変換する読取り手段を有し、前記読取り対
   象面の下地濃度に応じて読取り画像のデータ処理を行う
   画像読取り装置であって、 記読取り手段の出力から生成された輝度度数分布データ
   に基づいて度数が最も大きいピーク輝度を検出する手段
   と、 ピーク輝度と下地輝度と走査位置とを対応づけて記憶す
   る記憶手段と、 検出されたピーク輝度と走査位置とに対応する下地輝度
   を前記記憶手段に記憶されている情報に基づいて算定す
   る手段と、 を有したことを特徴とする画像読取り装置。