DE2515501A1

DE2515501A1 - Verfahren und vorrichtung zum zeilenweisen abtasten einer kontinuierlich bewegten vorlage

Info

Publication number: DE2515501A1
Application number: DE19752515501
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Dr Helmberger; Klaus Dipl Phys Stadler
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307413B1; BE840406A; DE2515501C2; US4066355A; FR2307413A1; CH604446A5

Description

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PG 796/MG IO78

Verfahren und Vorrichtung zum zeilenweisen Abtasten einer kontinuierlich bewegten Vorlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zeilenweisen Abtasten einer kontinuierlich bewegten insbesondere farbigen Vorlage, wobei die Vorlage mit weißem Licht beleuchtet und das von der Vorlage intensitätsmäßig und spektral modulierte Licht in seine Farbanteile zerlegt, getrennten lichtempfindlichen Elementen zugeführt und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt wird.

Bei der zeilenweisen Aufzeichnung von Schwarzweiß- und von Farbbildern muß das Bildsignal durch zeilenweise Abtastung der Vorlage gewonnen werden. In der Fernsehtechnik benutzt man hierfür Aufnahmeröhren oder Punktlichtabtaster; dabei haben Punktlichtabtaster bei Colorverfahren den Vorzug, daß die Rasterdeckung der einzelnen Farbauszüge vom System her gewährleistet ist.

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Die bei der Aufzeichnung von Farbbildern geforderte Auflösung liegt wesentlich höher als die des Fernseh-Rundfunks. Entsprechend steigen die Anforderungen an die Rasterdeckung. Aufnahmeröhren scheiden deshalb, obwohl sie mit hoher Auflösung verfügbar sind, für solche Anwendungen aus. Die Punktlichtabtastung bleibt weiter einsetzbar. Da der Leuchtfleck aber das Licht für drei spektral unterschiedliche Kanäle liefern und dabei möglichst kleine Abmessungen und eine sehr kurze Nachleuchtdauer haben muß, treten erhebliche Schwierigkeiten bei der Bereitstellung des erforderlichen Lichtstroms auf. Um einen erträglichen Störabstand des Bildsignals zu erreichen, werden häufig die Punktlichtabtaströhren überlastet, was dann zu Einbrenn- und zu vorzeitig auftretenden Ermüdungserscheinungen führt. Bei der elektrofotografischen Farbbildaufzeichnung werden die einzelnen Farbauszüge nacheinander auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht. Dazwischen liegen jeweils Entwicklung und Fixierung. Eine elektronische Maskierung der Farbauszüge ist nur möglich, wenn bei der Aufzeichnung eines Farbauszuges auch alle Informationen über die restlichen Farbauszüge vorliegen. Die Aufzeichnung eines Farbauszuges erfordert also bereits eine 3-Kanal-Abtastung. Die nächsten Farbauszüge werden dann viele Sekunden später aufgezeichnet. Wollte man mit einer einzigen

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3-Kanal-Abtastung auskommen, so müßten alle Farbauszüge gespeichert werden. Bei einem Bild von 90 x 120 mm mit zehn Bildelementen/mm sind hierfür je Farbauszug l,08 . 10 Speicherplätze für Analogsignale erforderlich. Bei einer Analog/Digital-Wandlung müßten wenigstens 128 Graustufen berücksichtigt werden. Ein Speicher müßte dann eine Kapazität von l,08 . 10 Worten zu je 7 Bit besitzen. Verlangt man fernder drei Bilder pro Sekunde, so müssen Analog/Digital-und Digital/Analog-Umsetzung mit einer Bildpunktfrequenz von ca. k MHz erfolgen. Angesichts dieses Aufwandes erscheint es günstiger, jeder Schreibstation, d.h. jedem Farbauszug, eine getrennte Abtaststation zuzuordnen. In diesem Fall tritt aber auch bei Punktlichtabtastern das Problem der Registrierung auf: Drei oder vier Abtaströhren sind so zu steuern, daß die einzelnen Bildpunkte übereinstimmen. Tun sie das nicht, so treten bildpunktweise Farbfehler auf. Die Toleranzen für solche Fehler hängen von der geforderten Qualität ab. Selbst wenn Versetzungen um mehrere Bildelemente zugelassen werden, liegen die Toleranzen bei wenigen Promille des ausnutzbaren Schirmdurchmessers.

Es ist das Zd el der Erfindung, ein Abtastverfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, wobei eine einfachere und bessere Registrierung und

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ein höherer Störabstand als bei der bekannten Abtastung mittels einer Flying-Spot-Röhre erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vorlage in einem sich quer zu deren Bewegungsrichtung erstreckenden Streifen mit einer kontinuierlich emittierenden weißen Lichtquelle beleuchtet und der Streifen mittels eines abbildenden optischen Systems über ein aus dichroitischen Spiegeln entsprechender spektraler Transparenz bzw. Reflexion bestehendes Farbzerlegungssystem auf drei an verschiedenen Stellen befindliche Zeilen aus lichtempfindlichen Elementen abgebildet wird, daß die in den Einzelelementen infolge der Belichtung erzeugten Spannung mittels je einer Kapazität gespeichert und synchron zur Schreibfrequenz einer Wiedergabeeinrichtung zur Steuerung der Schreibelemente derselben abgerufen werden.

Es kann also eine starke Lichtquelle geeigneter spektraler Emission gewählt werden. Überdies wird der Lichtstrom je Bildelement fast über eine ganze Zeilendauer integriert. Beides ergibt einen erheblich größeren Störabstand als bei der herkömmlichen Abtastung. Die Hochspannungsversorgung kann für die Abtastvorrichtung entfallen; wodurch der Aufbau der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung kompakter und mechanisch stabiler wird.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, worin im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung der Abtastvorrichtung.

Der Vorlagenfilm wird von einer konventionellen Lichtquelle S mit geeigneter Spektralverteilung möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet, wobei der einzige Zeilenbreiten hohe Bereich durch die Blende B begrenzt ist. Aus diesem Bereich bildet das Objektiv L die abzutastende Zeile über die dichroitischen Spiegel Sp und Sp auf die drei Abtastzeilen Z ,Z und Z ab,

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vor denen noch entsprechende Farbfilter F^,F_n,F ange-

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bracht sein können.

Die Abtastgeometrie senkrecht zur Transportrichtung ist in dieser Abordnung durch die Abmessung der Fotodioden und ihre Lage innerhalb der Zeilen, durch die gemeinsame Optik L und durch die Spiegel Sp und Sp gegeben. Keines dieser Elemente ist zeit- oder spannungsabhängig. Die Abtastzeilen selbst sind als integrierte Bausteine Elemente mit hoher geometrischer Genauigkeit. Damit ist es möglich, mehrere solcher

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Abtaststationen mit weitgehend gleichen geometrischen Eigenschaften aufzubauen. Als Abtastzeilen kommen integrierte Schaltungen mit Si-Fotodioden und Schieberegistern wie Sie von Reticon und IPL hergestellt werden, oder entsprechende Charge-Transfer-Elemente (CCD, CID, Bucket Brigade usw.) in Frage.

Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken einer Abtastzeile mit einer Ladungsschreibröhre, deren Elektronik in den älteren Anmeldungen P 2k k5 54l.2 und P 2k k5 5^3.4 näher beschrieben worden ist. Anstelle der dort ausgeführten Digital-Ansteuerung wurde hier der Einfachheit halber ein Schieberegister dargestellt. Die Wirkung beider Schaltungen ist gleich. Die abzutastende Zeile wird auf eine Reihe von Fotodioden FD. abgebildet. Die Zahl der Dioden entspricht der Zahl der je Zeile aufzulösenden Bildelemente. Durch die Belichtung werden in den Dioden Ladungsträger frei, deren Zahl dem jeweils auffallenden Lichtstrom proportional ist. Sie sammeln sich in den Kondensatoren C.. und gelangen sequentiell über die Analogschalter G . zum Ausgangsverstärker AV.. Den Zeitpunkt der Übernahme bestimmt der vom Taktgeber T abgeleitete und über das Schieberegister SR. den einzelnen Analogschaltern nacheinander zugeführte Sehaltimpuls.

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Das ausgekoppelte Signal kann jetzt verarbeitet und mit Signalanteilen anderer Abtast- oder Korrekturspeicherzeilen kombiniert werden. In Fig. 2 wurden diese Stufen weggelassen. Das Bildsignal gelangt dann unmittelbar zum Eingangsverstärker EV und von

dort zu den Analogschaltern G ., die wiederum einzeln und nacheinander durch vom Taktgeber T abgeleitete und vom Schieberegister SR verteilte Schaltimpulse

geöffnet werden. Bei diesem Verfahren liegt zwischen Abtastung und Aufzeichnung eine Verzögerung von einer Zeilendauer. Das der Schreibapparatur zugeführte Signal wurde an den einzelnen Fotodioden durch Integration über den Lichtstrom während der vorausgegangenen Zeile gewonnen. Diese Verzögerung ist aber für alle solchen Systeme konstant und stört deshalb nicht.

In der Praxis wird man zur Abtastung eine integrierte Fotodiodenzeile benutzen. Fotodioden FD. und Speicherkondensatoren C.. sind dann durch eine MOS-Struktur

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gegeben, die Transfer-Gates G. . und das Schieberegister SR sind auf. demselben Chip untergebracht. In gleicher Weise lassen sich Charge-Transfer-Systeme benutzen, wenn die lichtempfindlichen Elemente (Sensoren) von den reinen Speicher-Elementen durch Übernahme-Gatter getrennt angeordnet sind. Solche Systeme werden bei Matrix-Anordnungen mit Interline-

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Transfer benutzt (Es wird hierzu auf die Literaturstelle

J.E. CARNES

Charge-coupled imaging: state of the art

Solid State Devices, 1973, Seite 95-97

Conference Series Number 19

The Institute of Physics London and Bristol

verwiesen). Die in der Sensor-Zeile gespeicherten Ladungsträger werden dabei auf einen gemeinsamen Übernahme-Impuls hin in eine benachbarte Speicherzeile übertragen. Vor und nach dem im Vergleich zur Zeilendauer kurzen Übernahme-Impuls sind beide Zeilen getrennt. Die Sensorzeile integriert ungestört über den Lichtstrom der folgenden Zeile, während das übernommene Signal gleichzeitig aus der Speicherzeile ausgelesen wird.

Während ein Flying-Spot-Scanner bei der Abtastung einer Zeile kontinuierlich arbeitet, wird die Zeile von den diskreten Fotodioden in einzelne Bildelemente aufgeteilt. Wechselt die Helligkeitsverteilung in einer Zeile mit einer Ortsfrequenz, deren Periode gleich der doppelten Breite eines Bildelementes entspricht, so sind - je nach Phasenlage der Verteilung - zwei Grenzfälle denkbar:

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Die Maxima der tnäanderförmig angenommenen Helligkeitsverteilung fallen genau auf jeweils ein Bildelement, die Minima ebenso genau auf die jeweils benachbarten. In diesem Fall wird die Helligkeitsverteilung voll mit maximalem Kontrast aufgelöst.

Die Helligkeitsverteilung ist gegenüber dem erstgenannten Fall um die halbe Breite eines Bildelementes verschoben. Jetzt erhalten alle Sensoren den gleichen Lichtstrom und die Struktur verschwindet.

Fehler dieser Art treten grundsätzlich bei periodisch unterteilten Systemen auf. Auch die Ladungsschreibröhre allein erzeugt sie, selbst wenn sie mit dem Signal eines Flying-Spot-Scanners gespeist wird.

Durch eine strenge Korrelation zwischen Abtastelement und Schreibelektrode ist es möglich, diesen Fehler auch bei einer Kombination von digitaler Abtastzeile und digitaler Schreibapparatur nur einfach wirksam werden zu lassen.

Gegenüber der Flying-Spot-Röhre entfallen, wie eingangs erwähnt, bei der Abtastzeile zwei Einschränkungen: Die Lichtquelle zur Ausleuchtung der Vorlage braucht nicht punktförmig zu sein. Damit ist man wesentlich freier in der Fahl spektral geeigneter Strahlungs-

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quellen hoher Emission.

Ferner ist die zeitliche Wirksamkeit des Sensors nicht auf die Abtastdauer eines Bildelementes eingeschränkt. Der Lichtstrom je Bildelement wird im Gegenteil fast über eine ganze Zeilendauer integriert. Bei 900 Bildpunkten bedeutet dies einen Gewinn um mehr als zwei Größenordnungen.

Der Aufbau einer Abtaststation aus integrierten Halbleiterbauelementen entspricht der gegenwärtigen Entwicklung auf dem Gebiet der Elektronik. Es entfallen die geregelte 25-kV-Versorgung der Kathodenstrahlröhre und die geregelte 3-kV-Versorgung der Fotomultiplier. Der Aufbau kann kompakter und mechanisch stabiler erfolgen.

Etwas komplizierter gestaltet sich die Passer-Regelung bei der Verwendung von Abtastzeilen, da die einfache und sehr rasch mögliche Verschiebung des Abtastrasters auf der Flying-Spot-Röhre nicht möglich ist. Senkrecht zur Transportrichtung kann man in Analogie zur Passer-Regelung bei der Ladungsschreibröhre nach den bereits zitierten älteren Anmeldungen über einen Sensor, der wiederum eine - kurze - Fotodiodenzeile sein kann, die horizontale Filmlage ermitteln und über den Reset-Eingang der Abtastzeilen die Lage des wirksamen Abtastrasters ändern, wenn mehr Fotodioden vorhanden

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sind, als tatsächlich gebraucht werden. In Transportrichtung muß eine zusätzliche Verschiebungsmöglichkeit vorgesehen werden. Soll z.B. der zweite Farbauszug aufgezeichnet werden, so ist nicht sichergestellt, daß die erste Zeile des bereits geschriebenen Farbauszugs genau dann den Elektrodenkamm passiert, wenn die zweite Zeile der Vorlage in der Höhe der Abtastzeile liegt. Man kann hier einen mehrere Zeilen hohen Streifen der Vorlage ausleuchten und über einen Kippspiegel im Abbildungsstrahlengang eine Nachführung auf die gewünschte Zeile erzwingen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise zur Abtastung und Aufzeichnung einer Schwärt-Weiß-Vorlage auch nur eine einzige Zeile ohne Strahlenteiler verwendet werden. Ferner kann auch mit mehr als drei Kanälen gearbeitet werden.

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Claims

Ansprüche

flJ Verfahren zum zeilenweisen Abtasten einer kontinuierlich bewegten farbigen Vorlage, wobei die Vorlage mit Licht geeigneter spektraler Zusammensetzung beleuchtet, das von der Vorlage intensitätsmäßig und spektral modulierte Licht in seine Farbanteile zerlegt, getrennten lichtempfindlichen Elementen zugeführt und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlage (V) in einem sich quer zu ihrer Bewegungsrichtung erstreckenden Streifen mit einer kontinuierlich emittierenden Lichtquelle (S) geeigneter spektraler Zusammensetzung beleuchtet und der Streifen mittels eines abbildenden optischen Systems (L ) über ein vorzugsweise aus dichroitischen Spiegeln (SP ,SP ) bestehendes Farbzerlegungssystem auf drei an verschiedenen Stellen befindliche Zeilen (ZR,ZB,ZG) aus lichtempfindlichen Elementen abgebildet wird, daß die in den Einzelelementen (FD.) infolge der Belichtung erzeugten Spannungen

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mittels je einer Kapazität (C_&.) gespeichert und synchron zur Schreibfrequenz einer Wiedergabeeinrichtung zur Steuerung der Schreibelemente derselben abgerufen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcli gekennzeichnet, daß zur Registrierung der Farbauszüge in Bildlaufrichtung die Spiegel (SP ,SP ) um eine Achse

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senkrecht zur Bildlaufrichtung und parallel zur Vorlagen bzw. Bildebene geschwenkt werden.

3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurcli gekennzeichnet, daß zur Registrierung der Farbauszüge quer zur BiIdlaufriehtung die Phasenlage der Abrufung der Signale aus den Speichern (C..) der

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einzelnen Abtastzeilen (ZR,ZB,ZG) bezüglich der einzelnen Abtastzeilen (ZR,ZB,ZG) variiert wird.

'f. Vorrichtung zum zeilenweisen Abtasten einer kontinuierlich bewegten farbigen Vorlage, wobei die Vorlage mit Licit geeigneter spektraler Zusammensetzung beleuchtbar und das von der Vorlage intensitätsmäßig und spektral modulierte Licht in seine Farbanteile zerlegbar, getrennten lichtempfindlichen Elementen zuführbar und in entsprechende elektrische Signale umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet,

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ORIGINAL INSPECTEÖ

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daß die Vorlage (V) in einem sich quer zu deren Bewegungsrichtung erstreckenden Streifen mit einer kontinuierlich emittierenden weißen Lichtquelle (S) beleuchtbar und der Streifen mittels eines abbildenden optischen Systems (L ) über ein aus dichroitischen Spiegeln (SP ,SP ) entsprechender spektraler Transparenz bzw. Reflexion bestehendes Farbzerlegungssystam auf drei an verschiedenen Stellen befindliche Zeilen (ZR,ZB,ZG) aus lichtempfindlichen Elementen abbildbar ist, daß die in den Einzelelementen infolge der Belichtung erzeugten Spannungen in je einer Kapazität speicherbar und synchron zur Schreibfrequenz einer Wiedergabeeinrichtung zur Steuerung der Schreibelemente derselben abrufbar sind.

5- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Registrierung der Farbauszüge in Bildlaufrichtung die Spiegel (SP ,SP ) um eine Achse senkrecht zur Bildlaufrichtung und parallel zur Vorlagen- bzw. Bildebene schwenkbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Registrierung der Farbauszüge quer zur Bildlauf richtung die Phasenlage der Abrufung der Signale aus den Speichern der einzelnen Abtastzeilen bezüglich der einzelnen Abtastzeilen variierbar ist.

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