CN100409250C - 自适应被扫描图像底色的二值化电路及其方法 - Google Patents

自适应被扫描图像底色的二值化电路及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可以自适应被扫描图像底色的二值化电路及其方法，其目的在于进行二值化阀值电平的自动跟踪，实现对多种不同介质不同底色上获取的图像数据二值化的最佳效果，可应用于以光电传感器作为图像输入的场合。包括跟踪输入信号高电平的峰值变化的亮电平跟踪保持电路(20)、在两个输入电平之间产生阀值电平的分压网络(60)和比较两个输入电平产生二值化信号的高速比较器(50)；模拟图像信号(101)分别输入高速比较器(50)、亮电平跟踪保持电路(20)，亮电平跟踪保持电路(20)的输出、和暗电平参考电平VREF输入分压网络(60)，分压网络(60)的输出通过输入高速比较器(50)，输出二值化图像信号(102)。

Description

自适应被扫描图像底色的二值化电路及其方法
技术领域
本发明涉及影像输入设备的影像输入数据处理领域，具体涉及一种可以自适应被扫描图像底色的二值化电路及其方法。
背景技术
现有图像获取设备的图像数据二值化处理大多使用硬件多位A/D获得灰度图像数据后，再通过软件算法确定阀值对灰度图像数据进行二值化处理。软件算法二值化要求处理器具有较高的运算速度，无形中提高了设备成本。
也有使用硬件二值化电路来进行图像数据二值化的，其二值化阀值电平的选取根据经验通过设备给定方式生成。这种硬件二值化电路对于从不同介质、复杂底色上获取的的图像数据处理效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于通过纯硬件电路实现对多种不同介质不同底色上获取的图像数据二值化的最佳效果。
本发明公开的一种自适应被扫描图像底色的二值化电路，包括跟踪输入信号高电平的峰值变化的亮电平跟踪保持电路、在两个输入电平之间产生阀值电平的分压网络和比较两个输入电平产生二值化信号的高速比较器；模拟图像信号分别输入高速比较器、亮电平跟踪保持电路，亮电平跟踪保持电路的输出、和暗电平参考电平VREF分别同时输入分压网络，分压网络输出的阀值电平输入高速比较器的另一端，高速比较器输出二值化图像信号。
本发明公开的自适应被扫描图像底色的二值化电路，还具有以下附属技术特征：
还包括可以保持参考电平VREF稳定的暗电平给定电路，或者包括跟踪输入信号低电平的谷值变化的暗电平跟踪保持电路，模拟图像信号通过所述暗电平跟踪保持电路，输出暗电平参考电平VREF。
所述亮电平跟踪保持电路包括放大器单元IC1A，模拟图像信号输入二极管D1的正端，二极管D1的负端分别连接电容C1、电阻R1和放大器单元IC1A的正输入端；电容C1、电阻R1并联接地；放大器单元IC1A的输出通过正向连接的二极管D2连接其输入端；放大器单元IC1A的负输入端还通过电阻R4接地。
所述电阻R4的值是300K；所述电容C1的值是1u。
所述暗电平给定电路包括放大器IC1B，输入参考电平VREF输入所述放大器IC1B的正输入端、同时连接0.1u的电容C2接地。
所述分压网络包括精度为1％的的串联分压电阻R2和R3，其分压比为40∶100。
本发明还公开了一种自适应被扫描图像底色的二值化方法，包括如下步骤：
A.使用亮电平跟踪保持电路(20)跟踪并输出变化的模拟图像信号(101)的高电平峰值；
B.使用分压网络(60)在所述高电平峰值和低电平参考值之间产生阀值电平(108)；
C.使用高速比较器(50)比较所述模拟图像信号(101)和阀值电平(108)产生二值化图像信号(102)。
本发明公开的自适应被扫描图像底色的二值化方法，还具有以下附属技术特征：
所述步骤A中还使用暗电平跟踪保持电路(30)跟踪并输出变化的模拟图像信号(101)的低电平谷值，作为低电平参考值。或者所述步骤A中还使用暗电平给定电路(40)保持参考电平VREF稳定。
本发明公开的自适应被扫描图像底色的二值化电路和方法，通过纯硬件电路实现对模拟图像信号的峰值电平的自动跟踪，获取随模拟图像信号的峰值电平和谷值电平变化的二值化阀值电平，实现了对多种不同介质不同底色上获取的图像数据二值化的最佳效果。本发明巧妙使用二极管自身特性，完全消除了峰值保持电路中的二极管管压降导致的二值化阀值电平的偏移，保证了对模拟图像信号的峰值电平的无偏移自动跟踪。
本发明可应用于所有使用光电传感器作为图像输入应用的场合。
附图说明：
图1是本发明二值化电路的组成框图；
图2为本发明二值化电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的电路框图，如图中所示，暗电平跟踪保持电路30和暗电平给定电路40在一个方案中可选，以下以选择暗电平跟踪保持电路30为例。模拟图像信号101分别输入高速比较器50、亮电平跟踪保持电路20和暗电平跟踪保持电路30；亮电平跟踪保持电路20的输出、和暗电平跟踪保持电路30的输出分别同时输入分压网络60；分压网络60输出的阀值电平108也输入高速比较器50，高速比较器50输出二值化图像信号102。
图1中亮电平跟踪保持电路20是一个峰值保持电路，它将模拟图像信号中的正电平峰值保持下来，并且能以一定的时间常数跟踪正电平峰值的下降，产生用来分压的亮电平阀值；暗电平给定电路40是一个参考电平给定网络；暗电平跟踪保持电路30是负电平谷值保持电路，并且能以一定的时间常数跟踪负电平谷值的上升，用于产生用来分压的暗电平阀值；分压网络单元60在亮电平和暗电平之间产生一个用来作图像亮暗比较、将模拟图像信号101二值化的阀值电平108；高速比较器50将模拟图像信号与阀值电平108比较后产生数字二值化图像信号102。
图2为图1的具体实现电路图，此电路为单电源供电，图中AVCC为输入电源端；放大器单元IC1A完成正电平峰值保持功能，二极管D1和电容C1实现了模拟图像信号Vin 101的正向电压保持，电容C1的值为1u；并联在电容C1两端的电阻R1是放电电阻，改变放电电阻R1的阻值可以调整峰值保持电路的阻尼时间，使放大器单元IC1A以一定的时间常数跟踪正电平峰值的下降，对于同一扫描介质、并且底色变化不大的情况可以将阻尼时间适当调大。二极管D2的管压降抵消峰值保持单向二极管D1产生的管压降，消除了对峰值保持电路中二极管管压降导致的亮电平基准电压Vh的对模拟图像信号Vin 101的正电平峰值的跟踪误差效应。放大器单元IC1A的负输入端还通过300K的电阻R4接地。
一般暗电平的谷值相对变化较小，所以可以使用给定的电压值VREF作为分压基准，实现暗电平给定电路40的功能，图中放大器IC1B是电压跟随器，起阻抗变换的作用；放大器IC1B的正输入端连接0.1u的电容C2用以稳定分压基准电压VREF。
产生的亮电平基准电压Vh和暗电平基准电压V1，经过电阻R2和R3分压，产生阀值电压电平108输入IC2A高速电压比较器，然后输出数字二值化信号Vout 102。电阻R2和R3分别选用150K和100K、精度为1％的电阻。

Claims (3)

1. 一种自适应被扫描图像底色的二值化电路，其特征在于，包括跟踪输入信号高电平的峰值变化的亮电平跟踪保持电路(20)、在两个输入电平之间产生阀值电平的分压网络(60)和比较两个输入电平产生二值化信号的高速比较器(50)；还包括保持参考电平VREF稳定的暗电平给定电路(40)，以及根据模拟图像信号(101)跟踪输入信号低电平的谷值变化、输出暗电平参考电平VREF的暗电平跟踪保持电路(30)，模拟图像信号(101)分别输入到高速比较器(50)的一端以及亮电平跟踪保持电路(20)，而亮电平跟踪保持电路(20)的输出和暗电平跟踪保持电路(30)输出的暗电平参考电平VREF分别同时输入到分压网络(60)，而分压网络(60)输出的阀值电平(108)输入到高速比较器(50)的另一端，由所述高速比较器(50)输出二值化图像信号(102)；其中，所述亮电平跟踪保持电路(20)包括放大器单元IC1A；所述分压网络(60)包括精度为1％的串联分压电阻R2和R3，其分压比为40∶100；所述高速比较器(50)包括比较器IC2A，所述暗电平给定电路(40)包括放大器IC1B，输入参考电平VREF输入所述放大器IC1B的正输入端、同时连接电容C2接地，模拟图像信号(101)输入二极管D1的正端，二极管D1的负端分别连接电容C1、电阻R1和放大器单元IC1A的正输入端；电容C1、电阻R1并联接地；放大器单元IC1A的输出通过正向连接的二极管D2连接IC1A的负输入端；放大器单元IC1A的负输入端还通过电阻R4接地。
2. 根据权利要求1所述的自适应被扫描图像底色的二值化电路，其特征在于，所述电阻R4的值是300K；所述电容C1的容量是1u，电容C2的容量为0.1u。
3. 一种自适应被扫描图像底色的二值化方法，其特征在于包括如下步骤：
A.使用亮电平跟踪保持电路(20)以一定时间常数跟踪并输出变化的模拟图像信号(101)的高电平峰值；使用暗电平跟踪保持电路(30)以一定时间常数跟踪并输出变化的模拟图像信号(101)的低电平谷值，作为低电平参考值；使用暗电平给定电路(40)保持参考电平VREF稳定；
B.使用分压网络(60)在所述高电平峰值和低电平参考值之间产生阀值电平(108)；
C.使用高速比较器(50)比较所述模拟图像信号(101)和阀值电平(108)产生数字二值化图像信号(102)。
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