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技術 画像入力装置のシミュレーション装置、シミュレーション方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体

出願人 株式会社リコー
発明者 多田武野本光正中重文宏
出願日 2000年7月28日 (20年6ヶ月経過) 出願番号 2000-229799
公開日 2002年2月8日 (19年0ヶ月経過) 公開番号 2002-041581
状態 未査定
技術分野 ファクシミリ一般 CAD FAXの走査装置 イメージ入力
主要キーワード 試作品製作 光学系構成部材 定位置ずれ 照度分布データ 合成強度 周辺波長 横一直線 設計評価
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題

製品開発試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減できるシミュレーション装置などを提供する。

解決手段

本発明は、被写体を照明する光源と1ライン単位撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体走査して被写体の2次元画像を撮像素子に入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置シミュレーション方法において、被写体の理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定し(ステップS1)、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定し(ステップS2)、設定された画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想画像を用いて算出し(ステップS4,S5)、算出された前記入力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成する(ステップS6)。

概要

背景

コンピュータを用いた各種のシミュレーションは従来より広く行なわれている。本発明は、そのなかで、前記のように設計評価などに有用な画像入力装置シミュレーション方法に係わるものであり、コンピュータシステムを用いてシミュレーション対象の画像入力装置と同じ画質画像信号を算出して出力する。特開平9−6827号公報に示された電子撮像装置のシミュレーション方法は、この種のシミュレーション方法に関する従来技術を代表するものである。この従来技術では、撮像素子光学系と処理回路を有する電子撮像装置を対象にシミュレーションを行なう。任意の被写体に対する画像の算出を行うのである。つまり、被写体の像を光学系を介して撮像素子上に結像させ、その出力信号を処理回路により処理して画像信号を生成する電子撮像装置をコンピュータを用いてシミュレーションする際に、前記光学系の特性を示すパラメータに基づいて被写体の像を計算し、その被写体の像の計算結果を、前記撮像素子および処理回路のそれぞれの特性を示すパラメータを用いて計算して画像処理し、その処理結果としての画像信号を出力する。これにより、試作品製作以前に精度良く製品の画像を予測し、電子撮像装置の製品開発における試作品製作の回数を削減し、製品化におけるコストおよび開発期間を削減しようしている。

概要

製品開発の試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減できるシミュレーション装置などを提供する。

本発明は、被写体を照明する光源と1ライン単位撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体走査して被写体の2次元画像を撮像素子に入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置のシミュレーション方法において、被写体の理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定し(ステップS1)、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定し(ステップS2)、設定された画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想画像を用いて算出し(ステップS4,S5)、算出された前記入力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成する(ステップS6)。

目的

しかしながら、特開平9−6827号公報に示された前記の従来技術においては、光学系の走査により2次元の画像を取得する機械動作を含んだ画像入力装置、例えばフラットベットスキャナに対して、機械要素の影響まで含めてシミュレーションを行なうことはできないという問題がある。また、この従来技術では、被写体の像の強度分布を光学系の結像性能と被写体の理想結像との畳み込み積分により求めているが、実際の画像入力装置では振動などの機械的要因から光学系の結像性能が像面上で異なる場合があるので、前記のような方法だけでは精度の高い結果がが得られないという問題がある。本発明の課題は、このような従来技術の問題を解決し、画像入力装置の試作機製作する以前に、画像入力装置の光学系、機械系電気系および信号処理系を統合的にシミュレーションし、精度良く製品の出力画像品質予測をすることにより、製品開発の試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減でき、かつ、画像入力装置の画像品質をより高画質にできる画像入力装置のシミュレーション装置、シミュレーション方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

被写体を照明する光源と1ライン単位撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前記走行体が1方向に走査して前記撮像素子に前記被写体の像を入射させることにより前記被写体の2次元画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置シミュレーション装置において、前記被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定手段と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定手段と、前記画像入力条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記画像入力手段から出力される信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出手段と、前記信号処理条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記入力画像算出手段により算出された信号から信号処理された画像信号を生成する信号処理手段とを備えたことを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項2

請求項1に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定手段を備えたことを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記画像入力条件設定手段は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて条件を設定できる構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項4

請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項5

請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項6

請求項5に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項7

請求項2乃至請求項6に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項8

請求項7に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶手段を備え、前記入力画像算出手段は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う構成であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション装置。

請求項9

被写体を照明する光源と1ライン単位に撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前記走行体が1方向に走査して前記撮像素子に前記被写体の像を入射させることにより前記被写体の2次元画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置のシミュレーション方法において、前記被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定工程と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定工程と、前記信号処理条件設定工程において設定された前記画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出工程と、前記入力画像算出工程において算出された前記入力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成する信号処理工程とを備えたことを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項10

請求項9に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定工程を備えたことを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項11

請求項9または請求項10に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記画像入力条件設定工程は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて設定できる工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項12

請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項13

請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項14

請求項13に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項15

請求項10乃至請求項14に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項16

請求項15に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶工程を備え、前記入力画像算出工程は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う工程であることを特徴とする画像入力装置のシミュレーション方法。

請求項17

請求項9乃至請求項16のいずれか1つの請求項に記載の画像入力装置のシミュレーション方法を実施するためのプログラムを記憶したことを特徴とする機械読み取り可能な記憶媒体

技術分野

0001

本発明は、複写機コンピュータシステムなどへの原稿画像入力に用いられているフラットベットスキャナなど画像入力装置設計評価などに有用な画像入力装置のシミュレーション装置シミュレーション方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体に関する。

背景技術

0002

コンピュータを用いた各種のシミュレーションは従来より広く行なわれている。本発明は、そのなかで、前記のように設計評価などに有用な画像入力装置のシミュレーション方法に係わるものであり、コンピュータシステムを用いてシミュレーション対象の画像入力装置と同じ画質画像信号を算出して出力する。特開平9−6827号公報に示された電子撮像装置のシミュレーション方法は、この種のシミュレーション方法に関する従来技術を代表するものである。この従来技術では、撮像素子光学系と処理回路を有する電子撮像装置を対象にシミュレーションを行なう。任意の被写体に対する画像の算出を行うのである。つまり、被写体の像を光学系を介して撮像素子上に結像させ、その出力信号を処理回路により処理して画像信号を生成する電子撮像装置をコンピュータを用いてシミュレーションする際に、前記光学系の特性を示すパラメータに基づいて被写体の像を計算し、その被写体の像の計算結果を、前記撮像素子および処理回路のそれぞれの特性を示すパラメータを用いて計算して画像処理し、その処理結果としての画像信号を出力する。これにより、試作品製作以前に精度良く製品の画像を予測し、電子撮像装置の製品開発における試作品製作の回数を削減し、製品化におけるコストおよび開発期間を削減しようしている。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、特開平9−6827号公報に示された前記の従来技術においては、光学系の走査により2次元の画像を取得する機械動作を含んだ画像入力装置、例えばフラットベットスキャナに対して、機械要素の影響まで含めてシミュレーションを行なうことはできないという問題がある。また、この従来技術では、被写体の像の強度分布を光学系の結像性能と被写体の理想結像との畳み込み積分により求めているが、実際の画像入力装置では振動などの機械的要因から光学系の結像性能が像面上で異なる場合があるので、前記のような方法だけでは精度の高い結果がが得られないという問題がある。本発明の課題は、このような従来技術の問題を解決し、画像入力装置の試作機製作する以前に、画像入力装置の光学系、機械系電気系および信号処理系を統合的にシミュレーションし、精度良く製品の出力画像品質予測をすることにより、製品開発の試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減でき、かつ、画像入力装置の画像品質をより高画質にできる画像入力装置のシミュレーション装置、シミュレーション方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。

課題を解決するための手段

0004

前記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被写体を照明する光源と1ライン単位撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前記走行体が1方向に走査して前記撮像素子に前記被写体の像を入射させることにより前記被写体の2次元画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置のシミュレーション装置において、前記被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定手段と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定手段と、前記画像入力条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記画像入力手段から出力される信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出手段と、前記信号処理条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記入力画像算出手段により算出された信号から信号処理された画像信号を生成する信号処理手段とを備えたことを特徴とする。請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定手段を備えたことを特徴とする。請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記画像入力条件設定手段は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて条件を設定できる構成であることを特徴とする。請求項4に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であることを特徴とする。請求項5に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であることを特徴とする。

0005

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる構成であることを特徴とする。請求項7に記載の発明は、請求項2乃至請求項6に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する構成であることを特徴とする。請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶手段を備え、前記入力画像算出手段は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う構成であることを特徴とする。請求項9に記載の発明は、被写体を照明する光源と1ライン単位に撮像する光学系と撮像素子とを備えた走行体を有し、前記走行体が1方向に走査して前記撮像素子に前記被写体の像を入射させることにより前記被写体の2次元画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを備えた画像入力装置のシミュレーション方法において、前記被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定工程と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定工程と、前記信号処理条件設定工程において設定された前記画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出工程と、前記入力画像算出工程において算出された前記入力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成する信号処理工程とを備えたことを特徴とする。請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定工程を備えたことを特徴とする。

0006

請求項11に記載の発明は、請求項9または請求項10に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記画像入力条件設定工程は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて設定できる工程であることを特徴とする。請求項12に記載の発明は、請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程であることを特徴とする。請求項13に記載の発明は、請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出することを特徴とする請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる工程であることを特徴とする。請求項15に記載の発明は、請求項10乃至請求項14に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する工程であることを特徴とする。請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶工程を備え、前記入力画像算出工程は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う工程であることを特徴とする。請求項17に記載の発明は、請求項9乃至請求項16のいずれか1つの請求項に記載の画像入力装置のシミュレーション方法を実施するためのプログラムを記憶したことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0007

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の各実施の形態に係るシミュレーション装置を示す構成ブロック図である。図1に示したように、この実施の形態に係るシミュレーション装置は、処理・制御部1と、外部記憶装置(例えばハードディスク装置)2と、入力装置3と、記憶媒体駆動装置4と、表示装置5および印刷装置6などを備えている。処理・制御部1は、プログラムやデータを一時的に記憶するメモリ(例えばRAM)やそのプログラムに従って動作するCPUを有して、装置全体を制御したり、本発明に係わるシミュレーション処理を実行する。外部記憶装置2は、プログラムやデータを記憶しておく。入力装置3は、キーボードマウスなどを有して各種データを入力したり、また、指示を与えたりする。記憶媒体駆動装置4は、理想画像の画像データなどが記憶された着脱可能な記憶媒体からデータを読み出したりする。表示装置5は、生成された画像やメッセージなどを表示する。印刷装置6は、画像や文字を紙に出力する。

0008

このようなシミュレーション装置を用いて行なう本発明のシミュレーションの対象となる画像入力装置の一例であるフラットベットスキャナの構成を図2および図3に示す。図2はフラットベットスキャナの概略斜視図であり、図3はフラットベットスキャナの要部を示す概略図である。原稿Sはコンタクトガラス16上に設置され、光源17の光および光源17の光を受けたリフレクタ18の光が撮像領域19に照射され、その反射光レンズ12によって1次元撮像素子11の面に結像し、1次元撮像素子11が撮像領域19の画像の情報を1ラインごとに取得する。なお、前記レンズ12は例えば屈折率分布型レンズまたはマイクロレンズアレイである。また、走行体13は、伝達手段15を介してモータ14により駆動され、撮像領域19と垂直の方向にあって、コンタクトガラス16の面に対向するレンズ12の結像位置が1次元撮像素子11の面になる状態を保つようにして走行する。これにより、コンタクトガラス16上にある原稿Sの画像を1次元撮像素子1により2次元的に取得するのである。また、1次元撮像素子11としては例えば1次元CCD(1ラインCCD)を用い、レンズ12はコンタクトガラス16の面に対して等倍で1次元撮像素子11上に結像する(等倍光学系)。なお、このようなフラットベットスキャナの画像解像度DPI(ドット/inch)で表され、300〜800DPI程度が大半である。また、請求項1などに記載されている画像入力手段は、前記1次元撮像素子11、レンズ12、走行体13、モータ14、伝達手段15、コンタクトガラス16、光源17、図示しないモータ制御手段などから構成される。また、請求項1などに記載されている信号処理手段は1次元撮像素子11に後続する処理手段などから構成される。

0009

以下、本発明の第1の実施の形態を説明する。この実施の形態では、理想画像とする2次元画像を被写体として用いるのである。なお、以下においては、基本的に被写体が2次元画像であると想定して説明している。この理想画像は、被写体が写真原稿であれば例えば高解像度スキャナなどで読み取った2次元データ配列である。また、印刷原稿であれば高解像度スキャナで読み取ってもよいし、印刷前のデジタル信号でもよい。また、特定のパターン画像であればソフトウエアを用いて作成してもよい。前記のような理想画像を例えば着脱可能な記憶媒体に記憶し、記憶媒体駆動装置4を介してこのシミュレーション装置に入力し、外部記憶装置2に記憶しておく。または、このシミュレーション装置に高解像度スキャナを備えて、その高解像度スキャナを用いて入力してもよい。

0010

次に、第1の実施の形態における動作を説明する。図4は第1の実施の形態における動作を説明するためのイメージ図であり、は第1の実施の形態における動作を説明するための動作フロー図である。まず、図5に示すように、処理・制御部1を構成している画像入力条件設定手段が、シミュレーション条件設定の一つとして、照明、光学系、撮像素子、および走行体走査などに係わる条件を設定する(ステップS1)。さらに、処理・制御部1を構成している信号処理条件設定手段が信号処理条件を設定する(ステップS2)。なお、図5に示したように、ステップS1およびS2はそれぞれ独立したプログラムを用いているので、どちらを先に実行してもよい。前記において、照明に係わる条件とは、後述する照度分布などである。また、光学系に係わる条件とは、被写体における反射率などであり、この分光波長特性は被写体がモノクロ画像であれば波長に対して一定な値を示す。つまり、横軸を波長、縦軸を光強度とする分光波長特性はフラット横一直線)な特性となり、白に近くなればフラットなまま上にシフトし、黒に近くなれば下にシフトする。また、撮像素子に係わる条件とは、撮像素子のサイズやピッチ感度または画素数などであり、走行体走査に係わる条件とは、走行速度や機械振動などによる速度変動などである。また、信号処理条件とは、光電変換特性などである。処理・制御部1は、このような各条件に係わる数値を入力装置3により入力させ、入力された数値を取得し、外部記憶装置2などに記憶させておく。これらの設定は、次に説明する一連のシミュレーション処理内において実施してもよいが、複数回シミュレーションを連続して実施する場合などは、条件が同じであれば、毎回設定しなくてもよい構成とする。前記のような設定を行なっておき、シミュレーション実行時には、処理・制御部1が外部記憶装置2などに記憶しておいた理想画像A(図4参照)を読み出し(ステップS3)、処理・制御部1を構成している入力画像算出手段が、前記照明、光学系、撮像素子および走行体走査条件設定ステップ(ステップS1)において設定された条件のうち被写体における反射率など光学系の条件に従って理想画像Aを処理し、撮像素子直前画像B(図4参照)を出力する(ステップS4)。

0011

さらに、入力画像算出手段は、ステップS1において設定された条件のうちの撮像素子に係わる条件に従って入力画像C(撮像素子出力画像)(図4参照)を出力する(ステップS5)。そして、処理・制御部1を構成している信号処理手段が信号処理条件設定ステップ(ステップS2)において設定された条件に従って、画像信号Dを生成する(ステップS6)。こうして、この実施の形態では、シミュレーション装置において、入力された理想画像に対して、製作しようとする画像入力装置と同等の画像信号を出力することができるので、前記画像入力装置の実物を製作することなく、任意の被写体に対する画像を入手することができる。また、この実施の形態では、光学系の組み付け誤差や光学系の収差による画像の乱れ事前に予測でき、シミュレーションに先立って設定する値を変えて出力画像信号を得る模擬実験によりチューニングできるので、開発期間を短縮することができる。

0012

次に、図6および図7などに従って、理想画像Aから撮像素子直前画像Bを算出する方法について説明する。図7において、理想原稿面ハロゲンランプキセノンランプのようなインコヒーレント光の光源17によって照明されている。光源17から放射される一次光L1は光源17の種類に依存した照度分布を持つ。この照度分布は主走査方向に関しては基本的には一様だが、シェーディング補正など予め照度分布を計測することで補正することが行われている。副走査方向に関しては図6に示したような照度分布を持つ。実際の画像入力装置では、振動など機械要素による影響や、光学系の設定位置ずれ(例えばミラー倒れなど)による影響から走査のタイミングが異なり、それによって図6に示した走査1や走査2のように走査位置が異なり、その結果として照度が異なることがある。そこで、予め光源17の種類に応じた照度分布データを外部記憶装置2に記憶しておき、前記のような影響によって生じた副走査方向の位置変動による照度変化をその照度分布データから求め、この変化割合を理想画像からの反射光に反映させる。これにより、この実施の形態では、任意の被写体を照明する光源の照度分布を考慮して光学系を通した後の画像を評価することができるので、光源の種類の変更や光源の経時変化の影響をシミュレーションできるし、走査位置ずれまたは設定位置ずれによる変動にも対応できる。なお、図7では、撮像素子直前画像Bとして、一つの注目画素Pに入る主光線L3の点像強度分布のみを示している。また、光源17の照度分布は常に一定とは限らず、時間的に変動する場合もある。そこで、本発明1のつの実施の形態では、照度分布データを複数記憶しておき、走査毎に参照する照度分布を変えられるようにしている。このよな実施の形態では、任意の被写体を照明する光源の照度分布曲線を変更して光学系を通した後の画像を評価することができるので、時間的な照度分布変化にも対応することができる。

0013

次に、図8乃至図11により、本発明の第2の実施の形態を説明する。本発明のシミュレーション装置では、シミュレーション対象の画像入力装置が走行体13を走査させることで2次元の画像を取得しているので、単純に理想画像Aから光学系を介して得られた撮像素子直前画像Bを、当業者には公知の点像強度分布PSF(Point Spread Function)などを単純に利用して算出するわけではない。撮像素子直前画像B内で1次元撮像素子11と同一方向の注目画像列Hについて算出する場合、その時点での走査中の理想画像Aを想定し、前記光学系の構成要素である光源17から照射された1次光L1が理想画像Aの各画素に到達し、ここで反射する2次光L2が撮像素子直前画像B上に到達する光をPSFデータを用いて撮像素子直前画像Bの各画素ごとに算出し、各画素ごとの算出結果に対して畳み込み積分を実行することで、注目画像列H内の各画素データを順次算出するのである。また、注目画像列Hについて算出する場合、注目画像列Hに対応する理想画像A内の中心画像列Kとその近辺(上下)の画像から簡易的に算出する。なお、中心画像列Kを決定するには、注目画像列Hを起点とする光線追跡手法などを用いる。注目画像列Hのある一点を注目画素Jとし、そこから主光線L4を発射する。主光線L4は光学系を通過して理想画像Aのある座標に到達する。この座標を中心画素Mとする。ここは注目画素データに最も影響を与える画像データである。
(1)次に、中心画素Mから主光線を発射する。主光線は光学系を通過し、注目画素Jに到達する。ここで、注目画素Jを中心としたPSFを計算する。このときの中心画素Mの座標での理想画像Aおよび光源照度を考慮してPSFを計算するのである。なお、副走査方向の走査位置ずれ量δのときの光源照度をD(δ)とし、理想画像Aの中心画像の位置座標座標ベクトル)uにおける光強度分布をR(u)とすると、中心画素Mから発射される光強度は以下のように表すことができる。
f(u)=R(u)D(δ) 式(1)

0014

(2)また、中心画素Mから第2出射光束(主光線からずれて注目画素に入らない光束)が発射されるが、図10には、このような第2出射光束のうち主光線からわずかに主走査方向へ角度を持った分を示している。この光束のうち、注目画素Jから1画素離れた場所に当たる分のみを考慮して、この場所で主光線と同様にPSFを計算する。同様に、第2出射光束による注目画素周辺のPSFを計算する。
(3)次に、中心画素Mから副走査方向に1画素離れた位置から注目画素Jへ向かって光束を発射し、そこでのPSFを計算する。同様に、中心画素Mの周辺から光束を発射し、注目画素JでのPSFを計算していく。こうして、注目画素に係わる前記(1)〜(3)のPSFが計算されると、(1)〜(3)で計算された注目画素上での強度分布を合成する(図11参照)。さらに、注目画素Jでの光強度分布g(x)を計算する。注目画素Jの位置座標(座標ベクトル)をxとし、注目画素Jでの合成されたPSFをh(x)とすると、光強度分布g(x)はf(u)とg(x)の畳み込み積分を行い、以下のように表すことができる。
g(x)=f(u)*h(x)=∬f(u)h(x-u)du 式(2)
なお、このような合成作業は注目画素に対する影響が及ぶ範囲で行なう。影響の及ぶ範囲は撮像素子直前画像Bのデフォーカス量、光学系の収差によって変化する。主走査方向の計算されたPSFは同じ1ライン上の計算においては条件が同じであるので計算結果を記憶しておくことで強度分布の計算に用いることができる。しかし、中心画素Mから副走査方向にずれた位置から計算されたPSFは走査毎に光源の照度分布が異なる場合があるので、各ラインの計算毎に改めて計算し直す必要がある。こうして、この実施の形態によれば、光線追跡を用いて理想画像と撮像素子直前画像との位置関係を正確に求めることができるので、撮像素子直前画像上における任意の1画素の光強度を正確に計算することができるし、機械的な振動の影響もシミュレーションすることができる。また、撮像素子直前画像上における任意の1画素の光強度を計算するためにその周辺の光強度データを記憶することができるので、周囲からの光の影響を考慮して計算を行うことができる。

0015

図12に、走査1ライン分の計算を行う場合について、第2の実施の形態における動作を説明するための動作フローを示す。以下、図12などに従って、この第2の実施の形態における動作を説明する。まず、処理・制御部1が光学系に係わる条件を設定する(ステップS11)。光学系に係わる条件とは、レンズ位置レンズ屈折率光学系構成部材分光透過率、光源の分光強度、照度分布または撮像素子の分光感度などである。マイクロレンズアレイなどを使用する場合は、これに加えてレンズ面曲率半径などの光学特性を加えてもよい。処理・制御部1は、次に、理想画像Aが置かれる初期位置を設定し(ステップS12)、さらに、撮像素子直前画像Bの位置を定義する撮像素子位置を設定する(ステップS13)。なお、この値を変化させることで結像関係におけるデフォーカス量を定義することができる。ここまでの設定はシミュレーションの前提条件となる。次に、処理・制御部1は、撮像素子直前画像B上における注目画素位置を設定する(ステップS14)。これは振動などの機械的要因によって走査ライン毎に変化する。この値によって光束の出射位置が決定するとともに光源の照度分布により画像の強度が決定する。続いて、処理・制御部1は注目画素Jに対応する理想画像A上の中心画素Mを求める中心画素計算を行なう(ステップS15)。光線追跡によって注目画素位置から光束を計算上で発射して理想画像上の中心画素位置を計算するのである。さらに、この位置から光束を発射して光線追跡を実行する。そして、前記のようにして注目画素上でのPSFを計算する(ステップS17)。さらに、注目画素周辺について、全ての計算を終えたかどうかをチェックし(ステップS18)、まだ終わっていなければ(ステップS18でNo)、次の画素を設定し(ステップS19)、その画素での光線追跡を実行し(ステップS16)、同様にPSFを計算する(ステップS17)。そして、すべての周辺画素での計算を終えたならば(ステップS18でYes)、その注目画素での合成強度分布を計算する(ステップS20)。

0016

次に、1ライン全ての計算が終了したかどうかを判定し(ステップS21)、まだ終了していなければ(ステップS21でNo)、次の注目画素位置を設定し(ステップS22)、ステップS14から繰り返す。そして、1ライン中の全ての画素位置について計算が終了したならば(ステップS21でYes)、計算を終了させ、計算結果を表示装置5などに出力して(ステップS23)終了する。図13は、本発明の第3の実施の形態における動作を説明するための説明図である。図14は、本発明の第3の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。この第3の実施の形態では、被写体の分光反射率Eと光源の分光強度F、撮像素子の分光感度Gおよび光学系の分光透過率Nから、総合分光感度Qを計算し、それがピークになる波長を主波長Rとして、その照度分布曲線を注目画素での強度分布計算(PSF計算)に用いる。しかし、光源として、蛍光燈やキセノンランプのような輝線成分の多い光源を用いた場合、計算される主波長領域と輝線成分のピークとがずれる場合があるので、この場合には、主波長からある程度離れていて、ある程度の感度特性が得られる周辺波長Tを選定する構成も可能にしている。この場合、主波長と周辺波長では光源の照度分布曲線も異なる場合があるので、各走査時に考慮する照度分布データも波長毎に複数用意しておき、それぞれの波長での計算時に対応する照度分布データを用いて計算を実行する。そして、最終的な注目画素での強度分布は主波長と周辺波長での強度分布を加算することで計算する。こうして、この第3の実施の形態によれば、主波長と周辺波長における照度分布データを考慮して光学系を通した後の画像を評価することができるので、より現実的な計算をすることができる。また複数波長での計算ができるので、輝線成分を含む光源においても精度の高いシミュレーションができる。また、以上説明したシミュレーション方法を実施するためのプログラムを記憶した機械読取り可能な記憶媒体を得ることができる。この場合には、その記憶媒体に記憶された前記プログラムをパーソナルコンピュータなど情報処理装置に読み取らせることにより、その情報処理装置においても本発明によるシミュレーションを行なうことができる。なお、本発明は、以上説明したシミュレーション方法を実施するためのプログラムを記憶した機械読取り可能な記憶媒体のみならず、以上説明したシミュレーション方法を実施するためのプログラム自体をも含んでいる。

発明の効果

0017

以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定手段と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定手段と、前記画像入力条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記画像入力手段から出力される信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出手段と、前記信号処理条件設定手段により設定された前記信号処理条件で前記入力画像算出手段により算出された信号から信号処理された画像信号を生成する信号処理手段とを備えたから、画像入力装置の試作機を製作する以前に、その画像入力装置の光学系、機械系、電気系および信号処理系を統合的にシミュレーションすることができるため、精度良く製品の出力画像の品質予測をすることができので、製品開発の試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減できるし、画像入力装置の画像品質をより高画質にできる。また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定手段を備えたから、照明条件の影響もシミュレーションすることができるため、請求項1に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項3に記載の発明によれば、請求項1または請求項2に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記画像入力条件設定手段は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて条件を設定できる構成であるから、光学系、撮像素子、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる最適設計を実現することができるため、請求項1に記載の発明の効果を実現することができる。

0018

また、請求項4に記載の発明によれば、請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であるから、走査位置ずれや設定位置ずれを考慮した設計が可能になり、その分だけ請求項1に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項5に記載の発明によれば、請求項2または請求項3に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する構成であるから、時間的な照度分布変化などを考慮した設計が可能になり、その分だけ請求項1に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる構成であるから、より実際に近いシミュレーションを行なうことができ、その分だけ請求項1に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項7に記載の発明によれば、請求項2乃至請求項6に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記入力画像算出手段は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する構成であるから、撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とが正確に関係づけられた撮像素子直前の光学データを算出することができ、その分だけ請求項1に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項8に記載の発明によれば、請求項7に記載の画像入力装置のシミュレーション装置において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶手段を備え、前記入力画像算出手段は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う構成であるから、光強度データが正確になり、その分だけ請求項1に記載の発明の前記効果がさらに上がる。

0019

請求項9に記載の発明によれば、被写体の光学特性を示す2次元配列データである理想画像を対象として前記画像入力手段を想定した画像入力条件を設定する画像入力条件設定工程と、前記信号処理手段を想定した信号処理条件を設定する信号処理条件設定工程と、前記信号処理条件設定工程において設定された前記画像入力条件で前記画像入力手段から出力される入力信号を前記理想画像を用いて算出する入力画像算出工程と、前記入力画像算出工程において算出された前記入力信号から前記信号処理条件で信号処理された画像信号を生成する信号処理工程とを備えたから、画像入力装置の試作機を製作する以前に、その画像入力装置の光学系、機械系、電気系および信号処理系を統合的にシミュレーションすることができるため、精度良く製品の出力画像の品質予測をすることができので、製品開発の試作回数を少なくし、製品化における開発期間およびコストを有効に削減できるし、画像入力装置の画像品質をより高画質にできる。また、請求項10に記載の発明によれば、請求項9に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記被写体の照明条件を設定する照明条件設定工程を備えたから、照明条件の影響もシミュレーションすることができるため、請求項9に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項11に記載の発明によれば、請求項9または請求項10に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記画像入力条件設定工程は、前記画像入力手段を想定した光学系に係わる条件、撮像素子に係わる条件、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる条件のうちの少なくとも一つについて設定できる工程であるから、光学系、撮像素子、前記光学系および撮像素子を積載した走行体に係わる最適設計を実現することができるため、請求項9に記載の発明の効果を実現することができる。また、請求項12に記載の発明によれば、請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される位置により光源の照度を異ならせて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程であるから、走査位置ずれや設定位置ずれを考慮した設計が可能になり、その分だけ請求項9に記載の発明の効果がさらに上がる。

0020

また、請求項13に記載の発明によれば、請求項10または請求項11に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて前記光学系を介して前記撮像素子直前の理想画像の光学データを算出する工程であるから、時間的な照度分布変化などを考慮した設計が可能になり、その分だけ請求項9に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項14に記載の発明によれば、請求項13に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、前記走行体の走査時に異なる波長ごとに照度が異なる複数の光源照度分布を用いる工程であるから、より実際に近いシミュレーションを行なうことができ、その分だけ請求項9に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項15に記載の発明によれば、請求項10乃至請求項14に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記入力画像算出工程は、光線を追跡することにより前記撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とを関係づけて前記撮像素子直前の光学データを算出する工程であるから、撮像素子直前の画像上の画素と理想画像上の対応する画素とが正確に関係づけられた撮像素子直前の光学データを算出することができ、その分だけ請求項9に記載の発明の効果がさらに上がる。また、請求項16に記載の発明によれば、請求項15に記載の画像入力装置のシミュレーション方法において、前記撮像素子直前の光強度データを記憶する光強度データ記憶工程を備え、前記入力画像算出工程は、前記撮像素子直前画像上の1画素の光強度を計算する際に前記画素の記憶された周囲の前記光強度データを反映させた計算を行う工程であるから、光強度データが正確になり、その分だけ請求項9に記載の発明の前記効果がさらに上がる。また、請求項17に記載の発明によれば、請求項9乃至請求項16のいずれか1つの請求項に記載の画像入力装置のシミュレーション方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を得ることができるから、その記憶媒体に記憶された前記プログラムを情報処理装置に読み取らせて実行させることにより、その情報処理装置においても請求項9乃至請求項16のいずれか1つの請求項に記載の発明の効果を実現することができる。

図面の簡単な説明

0021

図1本発明の各実施の形態に係るシミュレーション装置を示す構成ブロック図である。
図2本発明の各実施の形態に係るシミュレーション装置に係わるフラットベットスキャナを示す概略斜視図である。
図3本発明の各実施の形態に係るシミュレーション装置に係わるフラットベットスキャナの要部を示す概略図である。
図4本発明の第1の実施の形態における動作を説明するためのイメージ図である。
図5本発明の第1の実施の形態における動作を説明するための動作フロー図である。
図6本発明の第1の実施の形態における動作を説明するための説明図である。
図7本発明の第1の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。
図8本発明の第2の実施の形態における動作を説明するための説明図である。
図9本発明の第2の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。
図10本発明の第2の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。
図11本発明の第2の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。
図12本発明の第2の実施の形態における動作を説明するための動作フロー図である。
図13本発明の第3の実施の形態における動作を説明するための説明図である。
図14本発明の第3の実施の形態における動作を説明するための他の説明図である。

--

0022

1 処理・制御部、2外部記憶装置、3入力装置、4記憶媒体駆動装置、5表示装置、11 1次元撮像素子、12レンズ、13走行体、14モータ、16コンタクトガラス、17光源。

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