(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿画像を光学的に読み取り、ディジタル的に処理する機能を備えた画像処理装置において、
２種類のデータを分別して読み取る読み取り手段と、
該読み取り手段の読み取り光学系のシェーディング補正をするために必要な補正データを生成するシェーディング補正データ生成手段と、
前記読み取り光学系のシェーディング補正をするシェーディング補正手段と、
画像データバスのダイナミックレンジを擬似的に拡張する擬似ダイナミックレンジ拡張手段と、
画像データのＭＴＦや濃度を補正する画像補正手段と、
前記画像データバスの擬似的に拡張したダイナミックレンジを元のサイズに縮小する擬似ダイナミックレンジ縮小手段と、
前記画像データを外部装置へ出力する外部接続手段と、
前記各手段を制御する制御手段と、
該制御手段を介して前記各手段に動作指示を行う操作手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記擬似ダイナミックレンジ縮小手段は、仮想的に拡張したレンジ部分の濃度を、指定の濃度勾配に変更可能であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記擬似ダイナミックレンジ縮小手段は、仮想的に拡張したレンジ部分の濃度を、指定の濃度テーブルに合わせて変更可能であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロコピー機、カラーコピー機、ファクシミリ、スキャナー等の画像処理装置に関するものであり、ハードウェアの制約により限定された画像データのダイナミックレンジを拡張することなく、仮想的に拡張する処理により、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能な画像処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像データのダイナミックレンジを拡張することができる階調拡張装置が特開２０００−１７５０３３公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術においては、画像データのダイナミックレンジを、実際に拡張して画像データの階調性を高め、高画質化を図っているため、拡張されたダイナミックレンジで画像データに補正を行う場合、ハードウェア規模の拡大が必要であったり、ソフトウェアの処理速度が低下するなど、設計する上でコストや技術面の課題が多かった。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明の第１の目的は、物理的に画像データのダイナミックレンジを拡張するのではなく、画質的に重要度の高い部分の階調をクローズアップし、逆に重要度の低い部分を省略して考えることで、物理的なダイナミックレンジの上下端部に仮想的なレンジが追加されたと仮定して画像補正を行うことにより、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能な画像処理装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、画質的に重要度が低い部分なので、省略して考えた階調に対しても、指定の勾配に濃度補正が可能である機能を追加した画像処理装置を提供することである。
本発明の第３の目的は、画質的に重要度が低い部分なので、省略して考えた階調に対しても、指定の濃度テーブルに合わせて濃度補正が可能である機能を追加した画像処理装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、原稿画像を光学的に読み取り、ディジタル的に処理する機能を備えた画像処理装置において、２種類のデータを分別して読み取る読み取り手段と、読み取り手段の読み取り光学系のシェーディング補正をするために必要な補正データを生成するシェーディング補正データ生成手段と、読み取り光学系のシェーディング補正をするシェーディング補正手段と、画像データバスのダイナミックレンジを擬似的に拡張する擬似ダイナミックレンジ拡張手段と、画像データのＭＴＦや濃度を補正する画像補正手段と、画像データバスの擬似的に拡張したダイナミックレンジを元のサイズに縮小する擬似ダイナミックレンジ縮小手段と、画像データを外部装置へ出力する外部接続手段と、各手段を制御する制御手段と、制御手段を介して各手段に動作指示を行う操作手段とを備えた画像処理装置を最も主要な特徴とする。
上記第２の目的を達成するために、請求項２記載の発明では、擬似ダイナミックレンジ縮小手段は、仮想的に拡張したレンジ部分の濃度を、指定の濃度勾配に変更可能である請求項１記載の画像処理装置を主要な特徴とする。
上記第３の目的を達成するために、請求項３記載の発明では、擬似ダイナミックレンジ縮小手段は、仮想的に拡張したレンジ部分の濃度を、指定の濃度テーブルに合わせて変更可能である請求項１記載の画像処理装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、画像データのダイナミックレンジを、画質的に重要度の高い部分の階調をクローズアップし、逆に重要度の低い部分を省略して考えることで物理的なダイナミックレンジの上下端部に仮想的なレンジが追加されたと仮定して、画像補正を行うことにより、ダイナミックレンジを物理的に拡張することなく、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
請求項２記載の発明によれば、画質的に重要度が低い部分なので省略して考えた階調に対しても、指定の勾配に濃度補正が可能である機能を請求項１記載の発明に、追加することにより、ダイナミックレンジを物理的に拡張することなく、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
請求項３記載の発明によれば、画質的に重要度が低い部分なので省略して考えた階調に対しても、仮想的に拡張したレンジ部分の濃度を指定の濃度テーブルに合わせて変更することが可能である機能を請求項１記載の発明に追加することにより、ダイナミックレンジを物理的に拡張することなく、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は本発明の実施形態に係る画像処理装置のブロック図である。この例は、モノクロの画像処理を行うものであり、９個のブロック（ユニット）に分けてある。全てのユニットはＣＰＵ１を中心とした１本のバスで接続されている。このバスをＣＰＵバスと呼ぶ。この装置を使用する使用者は、操作部２から本画像処理装置に指示を行い、その指示をＣＰＵ１が判読する。ＣＰＵ１は残りの８つのユニットに対してＣＰＵバス経由で指示を行い制御する。図の太線は画像データバスであり、細線はＣＰＵバスを示している。
読み取り部３について、図２に示す読み取り部の説明図を基に説明する。
先ず図２（１）を使って、読み取り部３の構成を説明する。この図は読み取り部３を側部から捉えた図である。読み取り部３には、実際に画像データを読み取る走行体２０、原稿を読み取り位置上部を通過させる原稿搬送路２１、読み取り位置２３の脇に画像データの白レベルの基準となる基準白板２２がある。この基準白板２２は、読み取り光学系のシェーディング補正をする白レベルの基準となるように、濃度のばらつきが極めて少なく全体がほぼ均一の濃度となっている。
具体的には、本画像読み取り装置が読み取る最高濃度と最低濃度の１％以下の濃度差にする。走行体には読み取り位置方向に光を照射するランプと、その反射光を受光するＣＣＤなどの受光素子がある。読み取り位置のみ、搬送路の下側から読み取れるように透明のガラスになっている。これをコンタクトガラス２４と呼ぶ。
【０００７】
図２（２）は読み取り部がアイドル状態の時を示している。アイドル状態時に、ＣＰＵ１から原稿を読み取る指示があると、（２）のように、走行体２０が基準白板２２の下部に移動し、ランプ２５が光を照射し基準白板により反射した光を、受光素子２６が受光し光学信号を電気信号に変換する。この電気信号は、Ａ／Ｄ変換されディジタル表記のデータに変換される。このデータの数ライン分を白基準データとして、ライン単位で読み取り部３と画像データバスで接続されているシェーディング補正データ生成部４に転送する。
そして、図２（３）のように、読み取り位置の下部で静止している走行体２０の上部を、原稿２７が搬送路２１を伝って、一定の速度で通過する。その際、常にランプ２５が光を照射し、原稿２７により反射した光を、図２（２）と同様にディジタル表記のデータに変換する。原稿２７の先端の角を原稿基準点２８とすると、図２（４）にある主走査方向に１ラインずつ読み取られ、原稿が移動することにより副走査方向の原稿も読み取られ、原稿全体が読み取られる。図２（２）のように読み取り対象が静止していれば、何ライン読み取っても同じ位置のデータを読み取ることになる。このようにして読み取った原稿画像データを、ライン単位で読み取り部３と画像データバスで接続されているシェーディング補正部５に転送する。
【０００８】
シェーディング補正データ生成部４は、読み取り部３から転送された数ライン分の白基準データを、画素毎に平均化処理を行うことにより、主走査１ライン分の白レベル補正データを生成する。画像データが８ｂｉｔデータである場合、図３に示すシェーディング補正データ生成部の説明図にあるように、任意の数Ｎライン分の白基準データを、主走査方向の画素毎に単純平均化処理して、シェーディング補正データを生成する。このシェーディング補正データを、シェーディング補正データ生成部４と画像データバスで接続されているシェーディング補正部５に転送する。
シェーディング補正部５は、シェーディング補正データ生成部４から転送されてくる１ライン分のシェーディング補正データを基に、読み取り部３から転送されてくる画像データに対して１ライン毎に、読み取り光学系のシェーディング補正をする。そして補正した画像データを、画像データバスで接続されている疑似ダイナミックレンジ拡張部６へ転送する。
受光素子の先頭画素から、０、１、…、ｋ、…、ｎと番号を付け、処理を行う補正前の画像データをＸｋ、補正後の画像データをＸｋ’とし、その画素に対するシェーディング補正データをＳｋとする。
Ｘｋ’＝（Ｘｋ／Ｓｋ）×２５５（ｋ＝０、１、…、ｎ）
但し、Ｓｋ＝０の場合は、Ｘｋ’＝２５５とする。
この式により画像データをシェーディング補正する。シェーディング補正データＳｋは、読み取り部３にて基準白板データを数ライン読み込んで、シェーディング補正データ生成部４にて各画素毎に平均化されたデータであるので、上記式は白基準板のデータを本画像処理装置の最低基準濃度として、読み取り光学系のシェーディング補正をしている。
【０００９】
疑似ダイナミックレンジ拡張部６は、シェーディング補正部５から転送されてくる画像データを、次のように変換し、画像データバスで接続されている画像補正部７へ変換した画像データを転送する。図４に示す疑似ダイナミックレンジ拡張部の説明図を基に説明する。図４は、本画像処理装置の画像データのダイナミックレンジが、８ｂｉｔである場合を想定しているので、以降の説明では、物理的ダイナミックレンジは８ｂｉｔとする。物理的ダイナミックレンジとは、画像データの実際のダイナミックレンジである。
本ユニットでは、物理的ダイナミックレンジを、仮想的ダイナミックレンジに変換することを行う。仮想的ダイナミックレンジとは、実際に存在する８ｂｉｔの物理的なダイナミックレンジの上下端部に仮想的にレンジを追加して、見かけ上階調を増加させたダイナミックレンジである。追加したレンジはあくまでも仮想であるので、実際に画像データがあるのではなく、その部分の画像データを操作することはできない。
ここで、図４の左のグラフを参照する。このグラフは、多くの画像処理装置で使われる濃度補正処理の、濃度変換テーブルをグラフ化したものである。一般的にγ変換またはγ補正と呼ばれ、濃度変換テーブルをγテーブルと呼ぶ。横軸方向を入力画像データの濃度とし、縦軸方向を変換後の出力データの濃度としている。最高濃度を２５５とする。
このグラフにあるように、画像処理装置では、読み取り部３から入力された画像データの、０に近い低濃度部の画像データは実際の濃度よりも低濃度に変換し、２５５に近い高濃度部の画像データは実際の濃度よりも高濃度に変換して、入力画像データの濃度にメリハリを付けることが多い。特に、画像データが文字や線画などの場合は有益で、画像の先鋭化や解像度向上の効果がある。
このことは、読み取り部３から入力される画像データの０付近と２５５付近のレンジは画像に及ぼす影響が少なく、中心部分のレンジは画像に及ぼす影響が比較的大きいと言うことになる。つまり、低高濃度部の画像データと、中心部分の画像データには、画像に及ぼす重みが異なる。
本発明の画像処理装置において、０付近と２５５付近の画像データは、図の右側にあるように、画像に及ぼす影響が大きいとする物理的ダイナミックレンジのＴ１〜Ｔ２レベルを、仮想的ダイナミックレンジの物理レンジ０〜２５５に拡張する。この拡張を、後記方法で行う。そして、物理的ダイナミックレンジ上のＴ１以下のレンジ、Ｔ２以上のレンジについては、仮想的ダイナミックレンジ上では、仮想的レンジとして物理レンジの上端部に２５５−Ｔ２個のレンジ、下端部にＴ１個のレンジを追加する。実際には、物理的ダイナミックレンジ上のＴ１以下のレンジ、Ｔ２以上のレンジについては、画像データを切り捨てているので、実体はない。
【００１０】
物理的ダイナミックレンジから仮想的ダイナミックレンジへの拡張は、次のようである。先ず、拡張する物理的ダイナミックレンジ上のレベルＴ１からレベルＴ２の（Ｔ２−Ｔ１＋１）個のレベルを、レベル０〜レベル２５５の２５６個の何れかのレベルに振り分ける。その振り分けるレベル［Ｎｋ］は、下式のように求める。
［Ｎｋ］＝（２５５／（Ｔ２−Ｔ１））×ｋ（ｋ＝０、１、…、Ｔ２−Ｔ１）…▲１▼
［  ］はガウスの記号であり、少数部分は切り捨ての整数という意味である。上式に、ｋを順に０からＴ２−Ｔ１に順に増加させると、
０、（２５５／（Ｔ２−Ｔ１））×１、（２５５／（Ｔ２−Ｔ１））×２、…、（２５５／（Ｔ２−Ｔ１））×（Ｔ２−Ｔ１−１）、２５５…▲２▼
のように（Ｔ２−Ｔ１＋１）個の［Ｎｋ］（ｋ＝０、１、…、Ｔ２−Ｔ１）が求まる。
上記で求めた［Ｎｋ］を使って、物理的ダイナミックレンジの値から、仮想的ダイナミックレンジの物理レンジ（０〜２５５）を生成する。
簡単のために、仮想的ダイナミックレンジ［Ｎｋ］以上で［Ｎｋ＋１］未満の範囲に、仮想的ダイナミックレンジのレベルが３個ある場合について説明する。その時の物理的ダイナミックレンジの濃度Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）とし、ｋ番目の物理的ダイナミックレンジの濃度をＸｋ、ｋ＋１番目の濃度をＸｋ＋１とする。これらより、Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃの物理的ダイナミックレンジの濃度は、以下のように求める。
Ｙａ＝Ｘｋ
Ｙｂ＝Ｘｋ＋（Ｘｋ＋１−Ｘｋ）×１／３
Ｙｃ＝Ｘｋ＋（Ｘｋ＋１−Ｘｋ）×２／３
このように、物理的ダイナミックレンジ上のＴ１〜Ｔ２レベルの濃度から、仮想的ダイナミックレンジ上の０〜２５５レベルの濃度を生成する。この様子を、図５に示す疑似ダイナミックレンジ拡張部における仮想的ダイナミックレンジ生成の説明図に記載した。以上で生成した画像データを、画像データバスで接続されている画像補正部７へ転送するのだが、画像データを転送する前に、Ｔ１とＴ２の値（０−２５５）をヘッダー情報として２バイト転送する。
【００１１】
画像補正部７は、疑似ダイナミックレンジ拡張部６から転送されてくる画像データに対し、画像補正処理を行って、画像データバスで接続されている疑似ダイナミックレンジ縮小部８に、補正した画像データを転送する。ここで行う画像補正とは、本発明では特に規定しない。画像データのダイナミックレンジのサイズが入力画像データと出力画像データとで異なっていなければよい。一般的には、フィルタ処理と呼ばれる画像データのＭＴＦの補正や、γ変換と呼ばれる画像データの濃度補正が行われる。
但し、この画像補正部７に入力されてくる画像データは、読み取り部３が読み取った画像データの、画質的に重要度の高い部分の階調をクローズアップしているので、そのことを考慮した画像補正を行わなくてはいけない。また、画像データにはヘッダー情報として２バイト添付されているので、これは除いて画像処理を行う必要がある。ヘッダー情報は、そのまま画像データの先頭に添付して、疑似ダイナミックレンジ縮小部８に転送する。疑似ダイナミックレンジ縮小部８は、画像補正部７から転送されてくる画像データを次のように変換し、画像データバスで接続されている外部接続部９へ変換した画像データを転送する。
【００１２】
前述した疑似ダイナミックレンジ拡張部６で、画像データのダイナミックレンジを、物理的ダイナミックレンジから仮想的ダイナミックレンジに変換したが、本ユニットは、その逆変換を行う。つまり、画像データのダイナミックレンジを、仮想的ダイナミックレンジから物理的ダイナミックレンジに変換する。図６に示す疑似ダイナミックレンジ縮小部の説明図を参照されたい。
画像データのヘッダー情報に、ダイナミックレンジを拡張したときに使用した、画像に及ぼす影響が大きいとする物理的ダイナミックレンジのＴ１〜Ｔ２レベルの、ヘッダー情報が添付されている。これを使って、疑似ダイナミックレンジ縮小部８の変換とは逆に、仮想的ダイナミックレンジの物理レンジの０〜２５５レベルを、物理的ダイナミックレンジのＴ１〜Ｔ２レベルの（Ｔ２−Ｔ１）個に縮小する。
また、仮想的ダイナミックレンジの仮想レンジ部分にあたる、物理的ダイナミックレンジの０からＴ１未満のレベルや、Ｔ２より大きく２５５までのレベルについての値は、実際の画像データは無くなっているので、右側のグラフのように、Ｔ１もしくはＴ２レベルの濃度値から直線的に濃度値を与える。仮想的ダイナミックレンジから物理的ダイナミックレンジへの縮小は下記方法で行う。先ず、縮小する仮想的ダイナミックレンジの物理レンジ上のレベル０からレベル２５５の２５６個のレベルを、レベルＴ１からレベルＴ２の（Ｔ２−Ｔ１＋１）個の何れかに振り分ける。その振り分けるレベルは、式▲１▼を利用して算出した▲２▼を利用する。
簡単のために、物理的ダイナミックレンジｋのレンジは、仮想的ダイナミックレンジのレベル３個の範囲に相当する場合について説明する。その時の仮想的ダイナミックレンジの濃度Ｘｋとし、物理的ダイナミックレンジの濃度Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）とする。これらより、Ｘｋの物理的ダイナミックレンジの濃度は、以下のように求める。
Ｘｋ＝（Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｙｃ）／３
このように、仮想的ダイナミックレンジ上の０〜２５５レベルの濃度から、物理的ダイナミックレンジ上のＴ１〜Ｔ２レベルの濃度を生成する。この様子を、図７に示す疑似ダイナミックレンジ縮小部における物理ダイナミックレンジ生成の説明図に記載した。以上で生成した画像データを、画像データバスで接続されている外部接続部９へ変換した画像データを転送する。外部接続部９は、疑似ダイナミックレンジ縮小部８により補正した原稿画像データを受け、その画像データを画像記憶装置や画像出力装置などに転送する。以上が、請求項１記載の画像処理装置の実施形態である。
【００１３】
次に請求項２に記載する画像処理装置の実施形態について説明する。請求項２の画像処理装置は、前述の請求項１記載の画像処理装置と、画像データバスの擬似的に拡張したダイナミックレンジを元のサイズに縮小する手段が異なる。
請求項２の画像処理装置は、請求項１の画像処理装置とは異なり、実際には画像データが無くなっている仮想的ダイナミックレンジの仮想レンジ部分にあたるレベルの濃度値を、図８に示す疑似ダイナミックレンジ縮小部の第２の説明図にあるように、Ｔ１もしくはＴ２を軸とした、指定の濃度勾配を持った値にする。濃度値は全て小数点以下切り捨ての整数とする。以上のように、請求項１の実施形態の画像処理装置と請求項２の画像処理装置は異なる。
次に請求項３に記載する画像処理装置の実施形態について説明する。請求項３の画像処理装置は、前述の請求項１記載の画像処理装置と、画像データバスの擬似的に拡張したダイナミックレンジを元のサイズに縮小する手段が異なる。
請求項３の画像処理装置は、請求項１の画像処理装置とは異なり、実際には画像データが無くなっている仮想的ダイナミックレンジの仮想レンジ部分にあたるレベルの濃度値を、図９に示す疑似ダイナミックレンジ縮小部の第３の説明図にあるように、０〜Ｔ１レンジもしくはＴ２〜２５５レンジの濃度値を、ＣＰＵ１により疑似ダイナミックレンジ縮小部８に予め設定される濃度変換テーブルにある濃度値にする。以上のように、請求項１の実施例の画像処理装置と請求項３の画像処理装置は異なる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、原稿画像を光学的に読み取り、ディジタル的に処理する機能を備えた画像処理装置において、２種類のデータを分別して読み取る読み取り手段と、読み取り手段の読み取り光学系のシェーディング補正をするために必要な補正データを生成するシェーディング補正データ生成手段と、読み取り光学系のシェーディング補正をするシェーディング補正手段と、画像データバスのダイナミックレンジを擬似的に拡張する擬似ダイナミックレンジ拡張手段と、画像データのＭＴＦや濃度を補正する画像補正手段と、画像データバスの擬似的に拡張したダイナミックレンジを元のサイズに縮小する擬似ダイナミックレンジ縮小手段と、画像データを外部装置へ出力する外部接続手段と、各手段を制御する制御手段と、制御手段を介して各手段に動作指示を行う操作手段とを備えているので、物理的なダイナミックレンジの上下端部に仮想的なレンジが追加されたと仮定して画像補正を行うことにより、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の画像処理装置において、仮想的なレンジ部分の画像データに指定の勾配に濃度補正を行うことにより、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の画像処理装置において、仮想的なレンジ部分の画像データに指定の濃度テーブルに合わせて濃度補正を行うことにより、物理的にダイナミックレンジを拡張して画像補正を行った場合と同等の画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施啓形態に係る画像処理装置のブロック図である。
【図２】読み取り部の説明図である。
【図３】シェーディング補正データ生成部の説明図である。
【図４】疑似ダイナミックレンジ拡張部の説明図である。
【図５】疑似ダイナミックレンジ拡張部における仮想的ダイナミックレンジ生成の説明図である。
【図６】疑似ダイナミックレンジ縮小部の第１の説明図である。
【図７】疑似ダイナミックレンジ縮小部における物理的ダイナミックレンジ生成の説明図である。
【図８】疑似ダイナミックレンジ縮小部の第２の説明図である。
【図９】疑似ダイナミックレンジ縮小部の第３の説明図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ（制御手段）、２  操作部、３  読み取り部、４  シェーディング補正データ生成部、５  シェーディング補正部、６  擬似ダイナミックレンジ拡張部、７  画像補正部、８  擬似ダイナミックレンジ縮小部、９  外部接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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