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JP2544671B2 - 画像情報処理装置 - Google Patents

画像情報処理装置

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JP2544671B2
JP2544671B2 JP2009887A JP988790A JP2544671B2 JP 2544671 B2 JP2544671 B2 JP 2544671B2 JP 2009887 A JP2009887 A JP 2009887A JP 988790 A JP988790 A JP 988790A JP 2544671 B2 JP2544671 B2 JP 2544671B2
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JP
Japan
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light
pulse
signal
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文一 長野
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Sharp Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
    • H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
    • H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
    • H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
    • H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像情報を処理する画像情報処理装置に関
する。
［従来の技術］ 画像入力装置の一つにスキャナがある。これは例えば
図面からの反射光をCCD（電荷結合素子）センサで電気
信号に変換することによって、図形データを計算機等の
画像処理装置に入力する装置である。
CCDセンサへの原画からの入射光とCCDセンサの出力電
圧との関係は、第９図に示すようにCCDセンサへの入射
光が強い（明るい）と直線性を示すが、入射光が弱い
（暗い）と非直線性を示しCCDセンサの受光面の光強度
の変化に対する出力電圧の変化は少なくなっている。こ
れは画像の明るい部分は鮮明に再現されるが、画像の暗
い部分は不鮮明になることを示す。
これはCCDセンサのシフトレジスタ部の転送効率が99.
9999％と非常に高いが、センサ部からシフトレジスタへ
の転送効率が95％程度に下回っているためである。
そのため特公昭52−4436号公報では入射光とは別に一
定のバイアス光をCCDセンサに照射しポテンシャル井戸
に蓄積される電荷の絶対量を増すことによって電荷の転
送効率を向上させることが提案されている。
又、特開昭57−142068号公報ではCCDセンサの出力に
対してリセットパルスに同期したゲートをかけて有効信
号成分を抽出し、積分した後にサンプルホールドするこ
とによって電荷の転送効率を向上させることが提案され
ている。
さらに、特開昭58−106948号公報ではCCDセンサの電
荷蓄積時間中、残留電荷を高速で転送するとともに、読
み取り開始信号の終了後に高速化された移送クロック信
号を、停止しながら転送ゲートを開放することによって
転送効率の向上をさせることが提案されている。
一方、特開昭59−64963号公報では光源からの光量が
低下したときはCCDセンサへの光照射時間を長くし、増
加したときは光照射時間を短くすることで常にCCDセン
サの光電変換出力を一定に保つことが提案されている。
さらに又、特開昭59−221072号公報では制御信号に応
じて中間調読み取りモードのときに電荷蓄積時間を可変
に設定し、白黒二値化信号読み取りモードのときに電荷
蓄積時間を固定することで画像精度を向上することが提
案されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来技術によると、いずれもCCDセン
サの出力特性のために原画の暗い部分の画像を鮮明に読
み出すことができないという不都合があった。
従って本発明の目的は、原画の暗い部分の画像を鮮明
に読み出すことができる画像情報処理装置を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、原画を照射する照射手段と、該照射
手段により得られた光を電気信号に変換して蓄積するCC
Dセンサと、前記照射手段の非照射期間中に前記蓄積さ
れた電気信号を複数回読み出して加算する加算器とを備
えることで達成される。
［作用］ 照射手段により原画が照射される。原画より得られる
光がCCDセンサに蓄積される。CCDセンサに蓄積された原
画の画像信号を複数回読み出して加算器により加算する
ことで原画の暗い部分の画像が鮮明に再現される。
［実施例］ 一実施例として本発明による画像情報処理装置を適用
したスキャナを第１図〜第８図を参照して説明する。
第２図はスキャナの概要を示す全体構成図である。こ
のスキャナは蛍光灯11によって照射された原画をCCDセ
ンサ12で読み取り、デジタル形式の画像信号を出力する
装置である。
同図において点灯回路10に照射手段の一例としての蛍
光灯11が接続されている。蛍光灯11から出射された光が
原画を照射し、原画より得られる光を受光するCCDセン
サ12がアナログ処理回路13の入力に接続されている。ア
ナログ処理回路13の出力はA/D（アナログ／デジタル）
変換器14の入力に接続されている。A/D変換器14の出力
は、加算器を有するデジタル処理回路15の入力に接続さ
れ、デジタル処理回路15より出力される。
一方、制御部17は点灯回路10、CCDセンサ12及びアナ
ログ処理回路13の入力に接続されている。さらに制御部
17はA/D変換器14、デジタル処理回路15及び駆動回路18
の入力に接続されている。駆動回路18はパルスモータ19
の入力に接続されている。
点灯回路10は、制御部17からの指示により一定の周期
で一定の時間、光源としての蛍光灯11を点滅させる回路
である。光源は蛍光灯11に限らず、スイッチング特性が
等しければLED（発光ダイオード）等の光源を用いても
よい。さらに、蛍光灯11、LED又は電球等の光源を常に
点灯状態にし、図示しないチョッパを用いて機械的に照
射光を点滅させるように構成してもよい。
CCDセンサ12は、原画より得られる光をアナログ形式
の電気信号に変換して蓄積する素子であり、例えばCCD
ラインセンサが用いられる。
アナログ処理回路13は、CCDセンサ12からのアナログ
信号の補正を行う回路である。
A/D変換器14は、アナログ処理回路13で補正されたア
ナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。A/D
変換器14は例えば約2Vから4Vまでのアナログ信号電圧を
８ビット（256段階）のデジタル信号に変換する。従っ
てCCDセンサ12の出力電圧voが4V（黒レベル、光が照射
されていないときの電圧レベル）のとき、A/D変換器14
の出力信号AD0〜AD7はいずれも論理レベル「０」であ
る。CCDセンサ12の出力電圧voが2V（白レベル、光が照
射されているときの飽和電圧レベル）のとき、A/D変換
器14の出力信号AD0〜AD7はいずれも論理レベル「１」で
ある。
駆動回路18は制御部17の指示により、パルスモータ19
を駆動する回路である。パルスモータ19は方向制御信号
TFOW及びステップ送り信号TPMにより駆動される。TFOW
が論理レベル「０」のときガラステーブル20は、例えば
図中Ａ方向にステップ送り信号TPMのパルスの数に応じ
て移動する。TFOWが論理レベル「１」のときガラステー
ブル20は図中Ｂ方向にステップ送り信号TPMのパルスの
数に応じて移動する（第３図）。なお、パルスモータの
代わりにDCモータを用いてガラステーブル20を移動して
もよい。
デジタル処理回路15は、制御部17からの指示によりCC
Dセンサ12で変換され蓄積された光電荷を表す信号を複
数回読み出し、読み出した信号を加算器により互いに加
算して出力する回路である。
制御部17は本装置の各回路の作動を制御、総括する回
路であり、例えばマイクロプロセッサが好ましくは用い
られる。
第３図は線状の蛍光灯11とCCDセンサ12との位置関係
を説明するための説明図である。
同図においてガラステーブル20の上に原画21が載置さ
れている。図ではガラステーブル20と原画21との間が離
れているが、実際には密着されている。ガラステーブル
20は原画21と共に同図には示されてないパルスモータに
より矢印Ａ方向又はＢ方向に移動される。長さ方向が紙
面に垂直な状態に配置された蛍光灯11から出射した光22
はガラステーブル20を透過して原画21を照射する。原画
21で反射された光22は再度ガラステーブル20を透過して
ミラー23で反射される。ミラー23で反射された光22はレ
ンズ24で集光されCCDセンサ12の受光面に照射される。
このときCCDセンサ12の受光面は線状の反射光22を受光
できるように構成されている。
照射された光はCCDセンサ12でアナログ信号に変換さ
れ、アナログ処理回路13へ転送される。なお、レンズ24
は図では両凸レンズであるが平凸レンズを用いてもよ
い。
４図は、CCDセンサ12の構成を示す構成図である。
同図において原画から出射された光はセンサ部25（図
中S1〜SN）で受光されＮ個の光電荷に変換され蓄積され
る。Ｎ個の光電荷は、転送パルスφＴに同期している転
送ゲート26を介してアナログシフトレジスタ27（図中SR
1〜SRN）に転送される。クロックパルスφ１及びφ２に
同期しているアナログシフトレジスタ27を介してＮ個の
光電荷は出力バッファ28へ転送される。リセットパルス
φＲに同期している出力バッファ28からアナログ形式の
信号が出力される。出力バッファ28に転送された電荷は
リセットパルスφＲに同期しており、電荷が転送される
毎にリセットされる。従って画像を表すアナログ信号
は、１画素毎に順次転送され、出力電圧voとして出力さ
れる。なお、センサ部25の各々の受光面に対応する最小
単位を１画素とする。
第５図はアナログ処理回路の一例を示す回路図であ
る。
同図においてアナログスイッチの一例としてのMOS
（メタルオキサイドセミコンダクタ）トランジスタ29の
一端にCCDセンサ12の出力電圧voが入力されている。MOS
トランジスタ29の他端はボルテージフォロワ30とコンデ
ンサ31とに接続されている。MOSトランジスタ29のゲー
トにはサンプルパルスTSHが印加されている。コンデン
サ31の他端は接地されている。
ボルテージフォロワ30の出力はコンデンサ32を介して
ボルテージフォロワ33とアナログスイッチとしてのMOS
トランジスタ34の一端とに接続されている。MOSトラン
ジスタ34のゲートにはクランプパルスTCLAMPが印加さ
れ、MOSトランジスタ34の他端には例えば＋4Vが印加さ
れている。即ちクランプ回路が形成されている。
一般にCCDセンサと次段の回路との間は、図示しない
コンデンサと抵抗器により結合（交流結合）されている
ので、画像を読み取るとき、画像信号中の直流成分（主
として画像の背景部分）が失われてしまう。このため、
画像信号を必要な大きさに増幅した後、失われた直流成
分を付加しなければならない。失われた直流成分の付加
即ち、DC（直流）レベルを補正するのがクランプ回路で
ある。
ボルテージフォロワ33からDCレベル補正された電圧V0
が出力される。
なお、MOSトランジスタ29及び34の代わりにバイポー
ラトランジスタ又はダイオードを用いてアナログスイッ
チを構成してもよい。
第１図はデジタル処理回路15の一例を示す回路図であ
る。
デジタル処理回路15は、本実施例の重要な回路であ
り、以下この回路について第１図を参照して詳細に説明
する。
同図において、インバータ35で反転された転送パルス
φＴがカウンタ36の入力端子に、リセットパルスφＲ
が入力端子Ｔに入力されている。２つのパルスφＴ及び
φＲによりCCDセンサの転送パルスφＴを１周期とした
パルスがメモリ37のアドレス端子A0〜A7に入力される。
即ちCCDセンサに蓄積された光電荷を表す信号を１回目
に読み出したときの信号に対応するアドレスが指定され
る。
ADパルスTADとパルスTMODE1とが２入力ナンドゲート3
8に入力されている。２入力ナンドゲート38の出力はメ
モリ37の入力端子R/に入力されている。
一方、A/D変換器からの信号AD0〜AD7が、バッファ39
と加算器40の入力端子IB0〜IB7とに入力されている。バ
ッファ39の入力端子Ｇにはインバータ41を介してパルス
TMODE1が印加されている。バッファ39の出力はメモリ37
の入出力端子D0〜D7及び加算器40の入力端子IA0〜IA7に
接続されている。加算器40より出力信号SD0〜SD7として
出力される。
バッファ39は３ステート・バッファであり、例えば入
力端子が論理レベル「０」のときはバッファ・アンプ
として作動し、信号AD0〜AD7が同位相でメモリ37の入出
力端子D0〜D7に入力される。
バッファ39の入力端子が論理レベル「１」のときは
バッファ39の出力端子はハイインピーダンス、即ち遮断
状態となり、A/D変換器からのデータAD0〜AD7は加算器4
0の入力端子IB0〜IB7に入力される。
メモリ37はA/D変換器からのデータを記憶するための
回路で、RAM（ランダムアクセスメモリ）が用いられ
る。メモリ37の入力端子R/が論理レベル「０」のとき
即ち、ADパルスTADとパルスTMODE1とが共に論理レベル
「１」のときのみ書き込みモードとなる。このときバッ
ファ39は作動状態となり、A/D変換器からのデータAD0〜
AD7がメモリ37に書き込まれる。
メモリ37は、入力端子R/が論理レベル「１」のとき
は読み出しモードとなる。このときバッファ39の出力端
子はハイインピーダンスとなっている。メモリ37から読
み出されたデータは加算器40の入力端子IA0〜IA7に入力
される。なお、RAMの代わりにフロッピーディスク又は
ハードディスクを用いてもよい。
加算器40は、A/D変換器及びメモリ37からのデータを
互いに加算して出力する回路である。
加算器40の出力信号SD0〜SD7は、入力データをIBn及
びIAnとすると、 となる。加算器40より出力信号SD0〜SD7として出力され
る。
以下、第２図の全体構成図と第６図及び第７図のタイ
ムチャートとを参照してスキャナの動作を説明する。
第２図において、蛍光灯11が制御部17からのパルスT
FLON（第７図（ｂ））により断続的に発光する。蛍光灯
11により同図にはない原画が照射される。原画から出射
した光はCCDセンサ12で受光される。
一方、CCDセンサ12の転送ゲートには転送パルスφＴ
が印加される（第６図（ａ））。
CCDセンサ12のシフトレジスタにはクロックパルスφ
１及びφ２が印加される（第６図（ｂ）但し、図はクロ
ックパルスφ１とφ２を反転したを示す）。
CCDセンサ12の出力バッファにはリセットパルスφＲ
が印加されている（第６図（ｃ））。
転送パルスφＴ、クロックパルスφ１、φ２及びリセ
ットパルスφＲは制御部17より供給される。クロックパ
ルスφ１及びφ２に同期したCCDセンサ12により、原画
より入射した光は画像を表すＮ個の光電荷に変換され出
力バッファに順次転送される。転送された電荷はリセッ
トパルスφＲに同期した出力バッファにより１回毎にリ
セットされ、出力電圧voとしてアナログ処理回路13に転
送される（第６図（ｄ））。
CCDセンサ12からの出力電圧voは、サンプルホルドパ
ルスTSH（第６図（ｅ））及びクランプパルスT
CLAMP（第６図（ｆ））に同期したアナログ処理回路13
によりDCレベル補正され、出力電圧V0としてA/D変換器1
4に転送される。
アナログ処理回路13から転送される出力電圧V0は制御
部17から供給されるADパルスTAD（第６図（ｈ））に同
期してデジタル信号に変換され、デジタル処理回路15に
転送される。
第１図において、A/D変換器から転送されるデジタル
信号AD0〜AD7は、CCDセンサで１回目に読み出された光
電荷に対応するときは、バッファ39は制御部から供給さ
れるパルスTMODE1（第７図（ｄ））に同期してバッファ
・アンプとして作動する。このときメモリ37は書き込み
モードとなっているためデジタル信号AD0〜AD7は、メモ
リ37のアドレスA0〜A7に記憶される。
一方、A/D変換器から転送されるデジタル信号AD0〜AD
7が、CCDセンサで２回目に読み出された光電荷に対応す
るときは、バッファ39は出力端子がハイインピーダンス
となっている。そのためCCDセンサで２回目に読み出さ
れた光電荷に対応するデジタル信号AD0〜AD7は加算器40
の入力端子IB0〜IB7に入力される。このときメモリ37は
制御部から供給されるパルスTMODE2（第７図（ｅ））に
同期して読み出しモードとなる。そのためCCDセンサで
１回目に読み出された光電荷に対応するデジタル信号AD
0〜AD7が加算器40の入力端子IA0〜IA7に入力される。
加算器40の入力端子IB0〜IB7及びIA0〜IA7に入力され
たデジタル信号は互いに加算され、出力信号SD0〜SD7と
して出力される。出力されたデジタル信号を理解しやす
くするために図示しないD/A（デジタル／アナログ）変
換器により変換した波形を第７図（ｆ）に示す。１回目
に読み出された画像信号に２回目に読み出された画像信
号が加算されている状態が示されている。
なお、CCDセンサの転送ゲートへの転送パルスφＴに
おいてPm n（ｍ＝０、１他は２、ｎ＝０、１、２、…）
は転送パルスφＴにおける論理レベル「０」の期間を示
す（第７図（ａ））。
Pm nは P0 0＝P0 1＝P0 2＝…＝P0 n P1 0＝P1 1＝P1 2＝…＝P1 n P2 0＝P2 1＝P2 2＝…＝P2 n となるように構成されている。従ってP0 n＋P1 n＋P2 nに
論理レベル「１」の期間を３倍した期間を加えた期間が
１周期となる。転送パルスφＴのデューティサイクルは
CCDセンサの特性と読み出し回数に関連して設定され
る。
転送パルスφＴのP0 0、P1 0、P2 0、…に相当する期間
がCCDセンサ部の光電荷積分期間である。図中P0 1、
P1 1、P2 1、…に相当する期間が１回目のCCDセンサ部の
出力（センサ部に蓄積された光電荷の約95％）を読み出
す期間である。
P0 2、P1 2、P2 2、…に相当する期間が２回目のCCDセン
サ部の出力（１回目の転送パルスφＴで転送された電荷
の残り分、約５％相当分）即ち、CCDセンサの残像を読
み出す期間である。この残像を読み出し加算することが
本実施例の特徴である。
つまり、本実施例においてCCDセンサの出力電圧をV
OUTとすると VOUT＝V01 n＋V02 nとすることである。
従ってCCDセンサに照射される光の量とCCDセンサの出
力との関係は第８図に示すように直線性となり、原画の
暗い部分も鮮明に読み出すことができる。
なお、本実施例においてはCCDセンサの出力を２回読
み出しているが、３回以上読み出してもよい。
又、本実施例においては１回目のCCDセンサの出力を
一旦メモリに記憶してから加算器に加算しているが、こ
れに限らず例えば遅延線又は複数のシフトレジスタを用
いて１回目のCCDセンサの出力時間を遅らせて、２回目
のCCDセンサの出力に加算してもよい。
さらに本発明の画像情報処理装置はスキャナに限らず
複写機、ファクシミリに用いることができる。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、原画を照射する照射手段
と、該照射手段により得られた光を電気信号に変換して
蓄積するCCDセンサと、前記照射手段の非照射期間中に
前記蓄積された電気信号を複数回読み出して加算する加
算器とを備えることで原画の暗い部分を鮮明に読み出す
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の画像情報処理装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は同実施例を適用したスキャナの構成
を示す全体構成図、第３図は第２図のスキャナにおける
蛍光灯とCCDセンサとの位置関係を説明するための説明
図、第４図はCCDセンサの構成を示す構成図、第５図は
第２図のスキャナにおけるアナログ処理回路の一例を示
す回路図、第６図は及び第７図は同スキャナにおけるタ
イムチャート、第８図は本実施例における光強度とCCD
センサの出力電圧との関係を示すグラフ、第９図は従来
例における光強度とCCDセンサ出力電圧との関係を示す
グラフである。 10……点灯回路、11……蛍光灯、12……CCDセンサ、13
……アナログ処理回路、14……A/D変換回路、15……デ
ジタル処理回路、17……制御部、18……駆動回路、19…
…パルスモータ、20……ガラステーブル、21……原画、
35,41……インバータ、36……カウンタ、37……メモ
リ、38……２入力ナンドゲート、39……バッファ、40…
…加算器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原画を照射する照射手段と、該照射手段に
    より得られた光を電気信号に変換して蓄積するCCDセン
    サと、前記照射手段の非照射期間中に前記蓄積された電
    気信号を複数回読み出して加算する加算器とを備えたこ
    とを特徴とする画像情報処理装置。
JP2009887A 1990-01-19 1990-01-19 画像情報処理装置 Expired - Fee Related JP2544671B2 (ja)

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CA002034223A CA2034223C (en) 1990-01-19 1991-01-15 Image data processing apparatus
DE69121251T DE69121251T2 (de) 1990-01-19 1991-01-18 Bilddatenverarbeitungsvorrichtung
EP91300386A EP0438316B1 (en) 1990-01-19 1991-01-18 Image data processing apparatus

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