JP2592824B2 - 画信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はCCD等のイメージセンサにより原稿画像を読
取って得た画像信号を処理する画信号処理装置に関す
る。

〔従来技術〕

従来よりデジタル複写機の構成として、画像記録出力
部に電子写真技術を用いた概知のレーザービームプリン
タを用い、画像読取部としてCCD等のラインセンサによ
る主走査の光電変換読取りを行うスキヤナが用いられて
いる。このスキヤナの副走査方向の読取りは光電変換素
子の読取り方向と垂直の方向に原稿を機械的に相対移動
することで行われる。

この装置構成で出力画像の変倍を行う場合、レーザー
ビームプリンタの感光体の軸方向への主走査レーザース
キヤン、ならびにそれと垂直方向の副走査ドラム回転の
両方とも走査速度を安定に変更するのは極めて困難なた
め、変倍の操作はもっぱらスキヤナ側で行われる。

すなわち、副走査方向の変倍はドラムの回転速度に対
してスキヤナの原稿走査速度を速くすることで縮小，遅
くすることで拡大を行う。また主走査方向の変倍はライ
ンセンサで読取った主走査一ライン分の画像信号を所定
の画素毎に間引くことで縮小が行われ、一ライン分の画
像信号を所定の画素毎に重複して記録することで拡大が
行われる。

一方、読取り画像の輪郭を強調し、シヤープな画像を
得るためにエツジ強調処理と呼ばれる処理がなされる。
このエツジ強調処理の例としては、ラプラシアンフイル
タにより主走査方向及び副走査方向に二次微分を行い、
この二次微分結果に基づいて注目画素を補正することが
知られている。

第９図にエツジ強調処理回路の一例を示す。

１ライン毎に入力するデジタル画像信号801は３ライ
ン分の遅延バツフアメモリ802の各ラインメモリ820,82
1,822に収納され、このバツフアメモリ802より、現ライ
ンの画像信号803,1ライン前の画像信号804,2ライン前の
画像信号805の３ライン分の画像信号が出力される。こ
れらの画像信号は、ラツチ806によって画素単位に遅延
される。

ここで注目画素は、１ライン前の画像信号804を２画
素遅延させた信号807であり、乗算器810において注目画
素807を２倍主走査方向の前後の画素808,809を（−１）
倍した結果を加算器811で加算し、注目画素に対する主
走査方向の２次微分信号312を得る。

さらに、注目画素と同じ主走査位置関係の前後のライ
ンの画素信号813,814を乗算器815で（−１）倍し、注目
画素信号807を２倍した結果を加算器816で加算し、注目
画素に対する副走査方向の２次微分信号817を得る。

これらの２次微分信号812,817を加算器818で注目画素
に加えることで、エツジ強調された画像信号819を得
る。

以上説明した変倍手法とエツジ強調処理により出力画
像に種々の悪影響があることが明らかになった。

まず第１に、均一の濃度の原稿を読み取ったとしても
デジタル画像信号は均一にならないことが挙げられる。
この原因としては、第10図に示すようにCCDラインセン
サの内部構成にも一因がある。

即ち、受光セル601の各画素出力は偶数画素，奇数画
素毎に別々の電荷転送部602,603で転送され、各々別個
の増幅器604,605を通って、マルチプレクサ606で１ライ
ンの画像信号として出力される。

従って、各受光セル毎の感度ばらつきや、転送部の違
いによる直流的なオフセット量のばらつき、さらには増
幅器の微小信号による非直線性増幅などがデジタル画像
信号の画像の画素毎のばらつきの原因となっている。

このばらつきを補正するために直流ドリフト除去し、
シエーデイング補正等の補正手段が各種提案されている
が、いずれもCCDラインセンサの出力は光量に対してリ
ニアであるという性質を用いており微小光量に対する受
光素子の非直線性や、増幅器の非直線性などがあると補
正しきれなくなる。

この補正エラーは微小光量である黒情報に多く含ま
れ、前述のCCDの構成により、第11図（ａ）に示すよう
に１画素毎にばらつきのあるものになる。この主走査方
向のばらつきは、第８図示のエツジ強調回路により第11
図（ｂ）のように強調される。

このばらつきは、前述の画像まびきによる画像縮小処
理により第11図（ｃ）のようにさらに強調される。すな
わちＣ−１部のように濃度の濃い部分がまびかれた部分
は明るい画素が連続することになりコピー出力としては
シヤープな白線として目立つ。また、Ｃ−２部のように
濃度のうすい部分がまびかれた部分は暗い画素が連続す
ることになり、コピー出力としてはシヤープな黒線とし
て目立つことになる。

一方、拡大の場合は第11図（ｄ）のようにエツジ強調
処理された画情報が主走査方向に水ましされるので、濃
度ばらつきが１画素あたりの出力面積が増えた分強調さ
れて出力される。

このように従来はエツジ強調で強調されたCCDのむら
が、主走査変倍処理によってさらに強調されるという欠
点があった。

また、副走査においても同様に変倍とエツジ強調のミ
スマツチによる不具合があった。

第12図（ａ）に示すようにCCDラインセンサの一画素
は、主走査方向，副走査方向ともにある開口長を有して
いる。図では両方とも長さａで示している。この副走査
方向にａという開口長を有するCCDラインセンサで、原
稿に対して副走査方向にｂだけ移動走査して１画素の原
稿読取りを行うと第12図（ｂ）のように原稿のａ×（ａ
＋ｂ）の面積を１画素として読み取ることになる。

ここで副走査方向の読取り移動量ｂを変倍読取り時の
スキヤン長とすると、第12図（ｃ）のようにある走査ラ
インでS1という原稿領域で読み取った画像はプリンタで
P1という画素で記録され、次の走査ラインで同一画素に
よりS2という原稿領域で読み取った画像はプリンタでP2
という画素で記録され、このP1とP2の各画素には、斜線
で図示したCCDラインセンサの開口面積に相当する部分
がぼけとして共通に含まれる。

ここで記録画像１画素当りのぼけの割合いは となる。

次に、第12図（ｄ）に示すように、１画素当りの副走
査方向の原稿読取り移動量を として副走査方向の記録倍率を400％とすると、同様に
記録画像１画素当りのぼけの割合いは となり拡大倍率が大きくなることで、副走査長が減少し
てぼけの割合いの式の分母が少なくなった分ぼけは増大
することがわかる。

このように、従来は固定の強さの副走査方向のエツジ
強調を用いることにより拡大倍率が大きくなるにつれ、
画像に含まれるぼけ量が増大する欠点があった。

〔目 的〕

本発明は上記の従来構成における欠点に鑑みなされた
もの、変倍による主走査のすじむらを軽減するととも
に、拡大倍率の増大による副走査のぼけの増加を取り除
くことを目的とする。

〔実施例〕

以下、本発明を好ましい実施例を用いて説明する。

第１図は本発明を適用した原稿読取装置（以下スキヤ
ナーと呼ぶ）の一例を示す図である。原稿カバー100に
より押さえられ、原稿台ガラス101上に置かれた原稿102
の画像情報を読み取る為に１ライン上に複数個の受光素
子が配列されたCCDラインセンサ103が使用され、光源10
4からの照明光が原稿102面上で反射されてミラー105,10
6,107を介してレンズ18によりCCDラインセンサ103上に
結像される。

光源104,ミラー105からなる光学ユニット113とミラー
106,107からなる光学ユニツト114は2:1の相対速度で移
動するようになっている。この光学ユニツトはDCサーボ
モータ109によってPLL制御をかけながら一定速度で左か
ら右へ移動する。この移動速度は往路では倍率に応じて
可変で、等倍時は180mm/secであり800％拡大時は22.5mm
/sec、50％縮小時は360mm/secである。この光学ユニツ
トの移動する副走査方向（以下Ｘ方向と呼ぶ）に直交す
る主走査方向（以下Ｙ方向と呼ぶ）をCCDラインセンサ1
03により400dots/インチの解像度で読取りながら光学ユ
ニットを左端のホームポジシヨンから右の方へ所定の位
置迄移動させた後、再びホームポジシヨン迄復動させて
１回の走査を終える。遮光板111がフオトインタラプタ
ーからなるホームポジシヨンセンサ110を横切ることで
ホームポジシヨンを検出する。標準濃度板112はシエー
デイング補正、光源104の光量制御の為に用いられ、ホ
ームポジシヨンセンサ110が遮光板111を検出している位
置が、標準濃度板112をCCDラインセンサ103により読取
り可能な位置となる。

第２図は、画像読取りから記録までの信号処理のブロ
ツク図である。201はレーザー発光部であり、ここから
発光されたレーザー光は一定速度で高速回転しているポ
リゴンスキヤナ202により定速度で回転するドラム203の
表面を軸方向に走査される。この際走査線の延長線上に
ドラムに近接して配置されたフオトダイオード204によ
りレーザー光の通過が検出され、主走査同期信号205が
生成される。

この同期信号205に同期して、基準クロツク発生部206
からの２相クロツク207,208でCCDラインセンサ103から
読み出された１ライン分の画像信号は、アンプ209で増
幅された後、A/Dコンバータ210において画素クロツク21
1に同期した画素毎の8bitデジタル画像信号212に変換さ
れた後、エツジ強調回路213に入力される。

このエツジ強調回路213は３ライン遅延バツフアによ
るラプラシアンフイルタにより成り、主走査方向，副走
査方向独立に二次微分を行い、エツジ強調処理を行う。

このようにエツジ強調回路213でエツジ強調された画
像信号はダブルバツフアメモリ214のラインメモリ227,2
28にライン毎に一担書き込まれ、再度読み出すことで主
走査方向の変倍処理が行われる。

この変倍処理を行うための書き込み用アドレスカウン
タ（以下Ｗ−アドレスカウンタ）215と読み出し用アド
レスカウンタ（以下Ｒ−アドレスカウンタ）216は、各
々主走査同期信号205に同期して動作する。

変倍処理はＷ−アドレスカウンタとＲ−アドレスカウ
ンタの動作速度の割り合いを変えて行われる。このカウ
ンタの動作速度を変えるために、第1,第２クロツク制御
回路217,218が用いられる。

Ｗ−アドレスカウンタ215用の第１クロツク制御回路2
17は、例えば型番74167のTTLを２個カスケードに接続し
たものが用いられ、後述する主走査倍率を設定するロー
タリエンコーダSWからの倍率信号MMに従って、入力する
100クロツク中の通過クロツク数を制御する。

また、Ｒ−アドレスカウンタ216用の第２クロツク制
御回路は例えば型番7497のTTを２個カスケードに接続し
たものが用いられ、第１クロツク制御回路217と同様に
倍率信号MMに従って、入力する4096クロツク中の通過ク
ロツク数を制御する。

以下、縮小の場合と拡大の場合を倍率50％と200％を
例に取って説明する。

50％に縮小する場合は、第３図に示すように第１クロ
ツク制御回路217により画素クロツク211を２クロツクで
１クロツクの割合いで間引き制御することにより書き込
みクロツク220を形成する。この書き込みクロツク220に
従ってＷ−アドレスカウンタ216で生成されるＷ−アド
レス221は、エツジ強調処理された書込画像信号２画素
に付き１アドレス変化することになり、メモリ214には
書き込み画像信号219の偶数番目の画素のみが書き込ま
れる。このメモリ214に書かれた画像信号を画素クロツ
ク211を第２クロツク制御回路218で間引き処理せずにそ
のまま出力することにより形成した読出しクロツク222
に従ってＲ−アドレスカウンタ216で生成されるＲ−ア
ドレス223で読み出す。この様にしてメモリ214から読出
された画像信号224は、書込画像信号219を主走査方向に
50％変倍したものとなる。

以上説明したように縮小Ｍ（％）は第１クロツク制御
回路217に設定する100クロツク中のクロツク通過数Ｐに
より次式のように決定される。

すなわち、縮小率Ｍ（％）と同じ値をクロツク通過数
Ｐとして設定することになる。

一方、200％に拡大する場合は第４図に示すように書
き込み画像信号をそのままメモリ214に書き込むため
に、第１クロツク制御回路217で画素クロツク211を間引
き処理せずに、そのままＷ−アドレスカウンタ215に供
給する。

このメモリ214に書き込まれた画像信号を読み出す際
に第２クロツク制御回路218にて画素クロツク211を２ク
ロツクに１クロツクの割り合いで通過させることにより
読出しクロツク222を作る。この読出しクロツク222に従
って、Ｒ−アドレスカウンタ216で生成されるＲ−アド
レス223により読み出される画像信号224は１画素の周期
が書き込み画像信号219の倍になり、主走査方向に200％
変倍されたものとなる。

以上説明したように拡大率Ｍ（％）は、第２クロツク
制御回路218に設定する4096クロツク中の通過クロツク
数Ｑにより次式のように決定される。

このように主走査方向に変倍された画像信号はD/A変
換器225によりアナログ信号に変調された後アンプ226に
よって増幅されて、レーザードライバ201で１画素に相
当するレーザーの発光量を制御する。この発光量制御さ
れたレーザー光によりドラム203上に電荷量が制御さ
れ、ドラム203上には画像信号に対応した静電潜像が１
ラインずつ形成され、この潜像を図示しない電子写真プ
ロセスにより１画素毎に濃度変調されたトナー現像画像
として出力される。

230は光学ユニツトを往復動せしめるための駆動力を
発生するDCサーボモータであり、231はモータ230の回転
に同期したクロツク信号239を発生するエンコーダであ
る。

236はモータ230の回転制御の基準クロツクを発生する
基準クロツク発生部であり、基準クロツク発生部236か
らの基準クロツクは分周回路235で所定周波数のクロツ
ク信号237に分周された後、第３クロツク制御回路234に
より副走査方向倍率を設定するロータリーエンコーダSW
からの倍率信号SMに従ってクロツク信号の通過クロツク
数を制御する。

第３クロツク制御回路234からのクロツク信号238はPL
L制御回路233に入力され、PLL制御回路233はクロツク信
号238とクロツク信号239とが一致する様に、ドライバ23
2へ駆動信号を出力し、これによりモータ230の回転を制
御して光学ユニツトを変倍率に応じた速度で往動せしめ
る。

第５図に第２図示のエツジ強調回路の詳細な構成を示
す。

A/Dコンバータ（第２図210）から入力する画像信号
は、後述するフイルタ回路809を介して３ライン分のラ
インメモリ810〜812を有した遅延バツフア302において
遅延せしめられる。

すなわち、１ライン分の画素を識別するアドレスカウ
ンタ301の出力によりアドレツシングされる３ライン分
の遅延バツフアメモリ302によって、現ラインの画像信
号303,1ライン前の画像信号304,2ライン前の画像信号30
5の３ライン分の画像信号が出力される。また、これら
の画像信号はラツチ306によって画素単位に遅延され
る。

ここで注目画素は、１ライン前の画像信号304を２画
素遅延させた画素信号307であり、乗算器310においてこ
の注目画素307を２倍、主走査方向の前後の画素信号30
8,309を（−１）倍した結果を加算器311で加算し、注目
画素に対する主走査方向の２次微分信号312を得る。

さらに、注目画素と同じ主走査位置関係の前後のライ
ンの画素信号313,314を乗算器315で（−１）倍し、注目
画素信号307を２倍した結果を加算器316で加算し、注目
画素に対する副走査方向の２次微分信号317を得る。

801は主走査エツジ強調信号312を増減するための乗算
器であり、803は主走査倍率をパーセント単位で設定す
るロータリエンコーダSW805の出力をアドレスとして入
力し、それに対応した主走査エツジ強調信号乗算係数80
7を出力するROMである。802は副走査エツジ強調信号317
を増減するための乗算器であり、804は副走査倍率をパ
ーセント単位で設定するロータリーエンコーダSW806の
出力をアドレスとして入力し、それに対応した副走査エ
ツジ強調信号乗算係数808を出力するROMである。

係数ROM803は、主走査方向の縮小による白すじや黒す
じや、拡大による画素濃度ムラが面積的にさらに強され
るのを防ぐため第６図のように構成される。

第６図で横軸はロータリーエンコーダSW805で設定さ
れる主走査倍率であり、縦軸は出力される乗算係数807
の値を示す。

この図でわかるように倍率100％の時の乗算係数を１
とし、倍率の減少にともなう白すじ，黒すじの増加にと
もない乗算係数を小さくして倍率50％で乗算係数を0.5
としている。50％以下の倍率では情報の欠落を防ぐ意味
で乗算係数を減少させることはしていない。

また、倍率100％以上の拡大の場合は、200％程度から
出力の濃度ムラの面積的な強調が顕著になるので乗算係
数を徐々に減少せしめ、600％になるとデジタル画像信
号212に含まれる濃度ムラでさえ面積の増大で顕著に目
立つようになるので、乗算係数を０として主走査方向の
エツジ強調がかからなくしている。

このように、本実施例では画素毎の濃度ムラが変倍画
像処理により目立つのを防ぐために、係数ROM803で主走
査倍率に応じて主走査のエツジ強調量を制御してムラ量
を加減している。

しかしながら、倍率600％以上では前述のようにエツ
ジ強調がかからなくてもデジタル画像信号212に含まれ
る濃度ムラが著しく出力画像の品位を劣化させる。

この主走査倍率600％以上では、積極的にデジタル画
像信号212に含まれる濃度ムラを除去することが必要に
なる。

そのため本実施例では、２種類の強さの異なる平滑フ
イルタを用意して主走査倍率に応じて使い分けをしてい
る。

すなわち主走査エツジ強調がきかなくなる倍率600％
から800％までは弱いフイルタ、800％以上の倍率には強
いフイルタと使い分ける。

そして600％以下の倍率にはフイルタ処理を行わない
という処理をしている。

このフイルタ処理はフイルタ回路809で実行される。
弱いフイルタとしては注目画素を２倍し、主走査方向の
前後の画素を１倍して平滑するＡフイルタの強いフイル
タとして、注目画素とその前の２画素及び後の１画素の
合計４画素で平滑処理を行うＢフイルタである。

フイルタ回路809は第８図にように構成される。第８
図において、90〜904は入力するデジタル画像信号212を
画素クロツク211に従つて１画素毎にラツチするフリツ
プフロツプ、905は注目画素信号を２倍する乗算器であ
る。乗算器905により２倍された注目画素信号と注目画
素の前後の画素信号は加算器906に入力し、それらを加
算した値を乗算器907にて1/4倍しセレクタ121に供給す
る。

この乗算器907の出力がフイルタＡの出力となる。

また、注目画素信号と注目画素の前の２画素と後の１
画素の画素信号は加算器909に入力し、それらを加算し
た値を乗算器にて1/4倍しセレクタ121に供給する。

この乗算器909の出力がフイルタＢの出力となる。

この２つのフイルタA,Bの使い分けはセレクタ121で信
号812に従って選択され、またフイルタ処理をするか否
かをセレクタ122により信号811で選択される。

このフイルタの使用／不使用及びフイルタA/Bの選択
は主走査倍率によりフイルタ制御回路810で設定され
る。

フィルタ条件設定回路810は主走査倍率設定SW805から
の主走査倍率信号を受け、フイルタを用いない主走査倍
率60％未満では信号811をロウレベルとし、600％以上で
は信号811をハイレベルにする。さらに600％以上の倍率
では、800％未満の倍率ではＡフイルタを用いるように
信号812をロウレベルとし、800％以上ではＢフイルタを
用いるように信号812をハイレベルとする。

このように主走査の画素ムラが面積的に強く強調され
る大きい拡大率には強いフイルタを使用することにより
大きい拡大率でもムラの少ない均一な出力画像が得られ
る。

一方、副走査エツジ強調信号乗算係数を出力するROM8
04は、副走査方向の倍率の増大による１画素中に含まれ
るボケ量の増大に対応して第７図のように構成されてい
る。

すなわち、倍率100％における乗算係数を１とし、倍
率800％での係数２を直線で結んで、100％から800％ま
での係数を決定している。尚800％以上の倍率で乗算係
数を増やさないのは、エツジ強調のききすぎによる出力
画像の濃淡エツジ部の輪郭が強調されて出力されるのを
防ぐためである。また、倍率100％以下で乗算係数を減
らさないのは副走査速度が上がって画素に含まれるボケ
が減少しても、レンズ等光学系に含まれる一定量のボケ
を取り除くためである。

この様にして、乗算器801及び802により夫々主走査倍
率及び含走査倍率に応じて独立に増減された主走査方向
の２次微分信号312及び副走査方向の２次微分信号317を
加算器318にて注目画素の画素信号307に加算することに
より、エツジ強調された画像信号219を得る。

この画像信号219は前述したダブルバツフアメモリ214
に入力されて、変倍率に応じた主走査方向に関する変倍
処理が実行される。

尚、変倍処理される画像信号は変倍率を考慮したエツ
ジ強調処理がなされているので、変倍処理により画像に
濃度ムラやスジが発生することを極力防止できる。

尚、本実施例では、乗算器を用いて２次微分信号を変
倍率に応じて増減する構成としたが、ラインバツフアメ
モリ302の遅延ライン数を大きくして２次微分を取るラ
インを注目ラインの前後ラインだけでなく、前前ライ
ン，後後ラインというようにラプラシアンフイルタの物
理的サイズを変倍率に応じて増減させることも有効であ
る。

また主走査フイルタ処理は、例えば600％の倍率付近
のようにエツジ強調処理をしなくなる境界倍率では、フ
イルタ処理とエツジ強調処理を併用することでよりスム
ーズな出力画像が得られる。

また、使用するフイルタは弱／強の２種だけでなく強
さの異なるもので数種類用意し倍率によって使い分ける
と、さらに有効である。

この主走査方向の画素ムラがCCDの偶数画素，奇数画
素のムラといったような規則的なものであれば、そのム
ラが除去するフイルタをかなり低い倍率から使用すれば
エツジ強調による画像の鮮鋭度向上がより効果的にな
る。例えば第11図（ａ）のような１画素毎のムラの場
合、フイルタ回路809のＡフイルタ（1,2,1）を常時用い
るとムラは完全に消える。

また、強いフイルタとしては主走査方向の画素だけを
対象としたフイルタだけでなく、副走査方向を含んだ２
次元のフイルタも用いられる。

〔効 果〕

以上説明したように、本発明では倍率に応じてエツジ
強調とフイルタ処理を使い分けることにより低倍率で問
題となる画像のボケ，高倍率で問題となる画像のムラを
最適な形で除去できるようになり、倍率に影響されない
均一な出力画像が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像読取装置の断面図、 第２図は画像処理回路のブロツク図、 第３図は主走査縮小処理のタイミングチヤート図、 第４図は主走査拡大処理のタイミングチヤート図、 第５図はエツジ強調回路の構成例を示す図、 第６図は主走査エツジ強調乗算係数テーブルを示す図、 第７図は副走査エツジ強調乗算係数テーブルを示す図、 第８図はフイルタの構成を示す図、 第９図はエツジ強調回路の従来例を示す図、 第10図は画像読取りラインセンサの構成図、 第11図はエツジ強調と変倍による主走査画素ムラを示す
図、 第12図は副走査方向の走査ボケを示す図であり、 103はCCDラインセンサ、213はエツジ強調回路、214はダ
ブルバツフアメモリ、301はアドレスカウンタ、302は遅
延バツフアメモリ、803及び804はROM、805及び806はロ
ータリーエンコーダSWである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿画像を光電変換手段により電気的に読
   取る読取手段と、前記読取手段からの画像信号に対して
   エツジ強調処理を行う第１処理手段と、前記読取手段か
   らの画像信号に対して平滑処理を行う第２処理手段を有
   し、画像の変倍率に応じて前記第１処理手段の使用，未
   使用及び前記第２処理手段の使用，未使用を各々独立に
   決定することを特徴とする画信号処理装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、画像
   の変倍率に応じてエツジ強調処理の強さと平滑処理の強
   さを各々独立に設定することを特徴とする画信号処理装
   置。