DE2800759B2 - Verfahren zur Umwandlung eines Videosignals in ein Zwei-Pegel-Signal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei einem Faksimile-Abtaster zum Umwandeln eines durch bildpunktweise Vorlagenabtastung gewonnenen Video signal in ein Zwei-Pegel-Signal durch Vergleich mit einem dem Videosignal dynamisch folgenden Schwellensignal, das aus einem ersten und einem zweiten Begleitsignal abgeleitet wird, bei dem das erste Begleitsigaal im wesentlichen dem ansteigenden Video signal folgt, bei abfallendem Videosignal den beim maximalen Videosignal erreichten Spannungswert bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehält und dann sich dem abfallenden Videosignal bis zum Erreichen eines Differenzwertes zu einem Bezugssignal annähert, seinen erreichten Spannungswert bei Wiederanstieg des Videosignals beibehält, bis es mit diesem im wesentlichen übereinstimmt und dann wiederum dem ansteigenden Videosignal folgt, und bei dem das zweite Begleitsignal im wesentlichen dem abfallenden Video signal folgt, bei ansteigendem Videosignal den beim minimalen Videosignal erreichten Spannungswert bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehält und dann sich dem ansteigenden Videosignal bis zum Erreichen eines Differenzwertes zu einem weiteren Bezugssignal annähernd, seinen erreichten Spannungswert bei abfallendem Videosignal beibehält, bis es mit diesem im wesentlichen übereinstimmt und dann wiederum dem abfallenden Videosignal folgt

Bei der Schwarz/Weiß-Faksimile-Übertragung wer-

den in einem Abtastgerät eine zu kopierende Vorlage punkt- und zeilenweise mittels eines optoelektronischen Abtastorgans abgetastet und die Helligkeitsinformationen der Vorlage in ein Videosignal umgesetzt Die Vorlage ist ein gedrucktes oder in Maschinen schrift verfaßten Dokument, ein handgeschriebener Text oder eine grafische Darstellung, wobei sowohl der Untergrund der Vorlage (Papier) als auch die aufgebrachten Informationen weiß, schwarz, grau oder farbig sein können.

Das durch die Vorlagenabtastung gewonnene Videosignal wird durch Vergleich mit einem Schwellensignal in ein zweipegliges Schwarz/Weiß-Signal umgesetzt und über einen Übertragungskanal an ein Empfangsgerät übermittelt. Das durch das zweipeglige Schwarz/ Weiß-Signal gesteuerte Aufzeichnungsorgan des Empfangsgerätes erzeugt die gewünschte Kopie der Vorlage. Bei dem Vergleich von Schwellensignal und Videosignal wird entscheiden, ob eine Videosignal-Amplitude als »Weiß« oder als »Schwarz« zu werten und in den Weißwert bzw. den Schwarzwert des zweipegligen Schwarz/Weiß-Signals umzusetzen ist.

Bei der Abtastung einer weißen Bildstelle der Vorlage liefert das Abtastorgan eine große, bei Abtastung einer

schwarzen Bildstelle kleine, und im Falle eines grauen oder farbigen Vorlagendetails eine mittlere Videosignal-Amplitude. Mittlere Videosignal-Amplituden entstehen auch bei Abtastung schmaler Linien und Striche in der Vorlage Die richtige Auswertung mittlerer i Videosignal-Amplituden bereitet erhebliche Schwierigkeiten.

Wenn ein Vorlagenuntergrund weiße und farbige Bereiche aufweist, die gleichzeitig Informationen enthalten, ist der Kontrast zwischen Information und Untergrund gering. In diesem Falle liefert das Abtastorgan aufgrund seines begrenzten Auflösungsvermögens ein Videosignal mit kleinen Amplitudenänderungen, die bei der Signalumwandlung ebenfalls erkannt und richtig ausgewertet werden müssen.

Eine für die Signalumwandlung störende Kontrastminderung entsteht auch dann, wenn der Untergrund von Vorlage zu Vorlage unterschiedlich Helligkeiten aufweist oder wenn sich die Untergrund-Helligkeit innerhalb der Vorlage ändert, wie es zum Beispiel bei _>o Abtastung von vergilbtem Papier der Fall sein kann.

Da das Abtastorgan sowohl Helligkeitsänderungen des Untergrundes als auch Helligkeitsänderungen aufgrund von Informationen in der Vorlage erfaßt, besteht ein weiteres Problem bei der Signalumwandlung darin, die von der Untergrund-Helligkeit und der Informations-Helligkeit stammenden Anteile des Videosignals richtig auszuwerten.

Aus der US-PS 31 59 815 ist es bereits bekannt, das Videosignal zur Umwandlung in ein zweipegliges w Schwarz/Weiß-Signal mit einem konstanten Schwellensignal zu vergleichen. Mit dieser sogenannten »konstanten Schwelle« kann die Auswertung bei einer farbigen Vorlage nur äußerst mangelhaft durchgeführt werden. Wird beispielsweise eine Vorlage mit farbigem Unter- r, grand und schwarzen oder weißen Informationen abgetastet, und fällt die Entscheidung bei mittleren Videosignal-Amplituden grundsätzlich für »Schwarz« aus, geht schwarze Information auf farbigem Untergrund verloren. Wird dagegen ausschließlich für »Weiß« entschieden, bleibt weiße Information auf farbigem Untergrund unberücksichtigt. Eine Bedienungsperson kann zwar das Schwellensignal vor der eigentlichen Abtastung auf ein günstiges Ergebnis hin wählen, eine optimale Einstellung ohne Informationsverlust ist aber nicht möglich.

Durch eine geeignete Wahl des Schwellensignals können auch von Vorlage zu Vorlage unterschiedliche Untergrund-Helligkeiten eliminiert werden. Da das Schwellensignal dann aber während des eigentlichen Abtastvorgangs konstant ist, bleiben langsame Änderungen der Untergrund-Helligkeit innerhalb der Vorlage unberücksichtigt, wodurch sich der Gleichspannungsanteil des Videosignals in bezug auf die konstante Schwelle verschiebt und die Signalumwandlung fehlerhaft wird.

Zur Kompensation von langsamen Änderungen der Untergrund-Helligkeit ist es aus der DE-AS 11 71 464 bekannt, den Vergleich des Videosignals mit einem Schwellensignal vorzunehmen, das der mittleren Untergrund-Helligkeit def Vorlage proportional ist. Diese sogenannte »gleitende Schwelle« wird bei Helligkeitsänderungen des Voflagenuntergrundes langsam nachgeführt, womit unterschiedliches Papierweiß innerhalb der Vorlage automatisch kompensiert wird. Die Nachführung der ^gleitenden Schwelle« auf eine Helligkeitsänderung des Untergrundes hin erfolgt mit einer großen Zeitkonstanter,. Die gleitende Schwelle stellt sich daher erst nach Abtastung mehrerer Vorlagenzeilen auf den neuen Wert ein. Schnelle Änderungen der Untergrund-Helligkeit, wie sie bei Vorlagen mit Informationen auf farbigem Untergrund auftreten, können mit der gleitenden Schwelle nicht erfaßt werden.

Aus der DE-AS 23 27 144 ist es auch schon bekannt ein durch Abtasten von binären Mustern (Code-Schrift) gewonnenes und verzögertes Videosignal mit einem dynamischen Schwellensignal zu vergleichen. Diese sogenannte »dynamische Schwelle« wird aus einem oberhalb des Videosignals verlaufenden ersten Begleitsignal und einem unterhalb des Videosignals verlaufenden zweiten Begleitsignal abgeleitet Das dort gewonnene dynamische Schwellensignal ist nicht ohne weiteres zum Erkennen von allmählichen Übergängen von Schwarz über Grau nach Weiß oder umgekehrt, wie sie bei grafischen Vorlagen auftreten, geeignet Insbesondere würde der Vergleich des dynamischen Schwellensignals mit dem verzögerten Videosignal bei solchen grafischen Vorlagen zu einer fehlerhaften Signalumwandlung führen, da kleine Amplitudenänderungen im Videosignal, die während der Zeitverzögerungsintervalle auftreten, nicht erfaßt werden und als Information verlorengehen.

Ein weiterer Nachteil wird bei der dynamischen Schwelle nach der DE-AS 23 27 144 darin gesehen, daß die Differenzwerte konstant sind. Ist der Kontrast in einer abzutastenden Vorlage schwach und sind die Differenzwerte zu groß, werden kleine Amplitudenänderungen nicht erfaßt. Bei großem Kontrast und zu klein gewählten Differenzwerten ergeben sich Fehlinformationen aufgrund von Schmutzpartikeln in der Vorlage. Die Differenzwerte lassen sich zwar jeweils auf einen bestimmten Kontrast hin optimieren, diese Vorgehensweise ist aber sehr mühsam und zeitraubend, zumal das Ergebnis erst anhand einer Testaufzeichnung überprüft werden kann. Kontrastschwankungen innerhalb einer Vorlage lassen sich überhaupt nicht berücksichtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umwandlung eines Videosignals in ein Zwei-Pegel-Signal anzugeben, mit dem die genannten Nachteile beseitigt und farbige Vorlagen und Vorlagen mit feinen Bilddetails ohne wesentlichen Informationsverlust in eine reine Schwarz/Weiß-Kopie umgesetzt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Begleitsignale ihre bei den Extremwerten des Videosignals erreichten Spannungswerte bis zu den Zeitpunkten beibehalten, bei denen sie sich von den Bezugssignalen jeweils um die entsprechenden Differenzwerte entfernt haben, und daß die Differenzwerte den mittleren Helligkeitswerten des Vorlagenuntergrundes proportional sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 10 näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Faksimile-Abtasters mit einem Ausführungsbeispiel einer Generator-Schaltung zur Erzeugung des dynamischen Schwellensignals;

F i g. 2 eine grafische Darstellung zur Wirkungsweise der Generator-Schaltung;

F: g. 3 eine Ausführungsvariante der Generator-Schaltung;

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Videosignalauswertung;

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Fig.5 eine weitere grafische Darstellung zur Videosignalauswertung;

F i g. 6 eine andere grafische Darstellung zur Videosignalauswertung;

F i g. 7 ein Zeitdiagramm;

F i g. 8 eine Schaltungsanordnung;

Fig.9 Ausführungsbeispiele für Abtastorgan, Umschalter, Umformerstufe und Steuerwerk;

F i g. 10 ein Impulsdiagramm.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Faksimile-Abtasters mit einer Generator-Schaltung zur Gewinnung eines dynamischen Schwellensignals.

Die zu kopierende Vorlage 1 wird von einer Lichtquelle 2 beleuchtet, und das von der Helligkeitsinformation der Vorlage 1 modulierte Licht wird über eine Optik 3 in ein Abtastorgan 5 reflektiert und dort mitteis optoelektronischer Wandler in ein Videosignal umgesetzt

Der optoelektronische Wandler kann eine einzelne Fotodiode sein, die ein kontinuierliches Videosignal liefert In diesem Falle führt das Abtastorgan 5 eine Relativbewegung zur Vorlage 1 in Zeilenrichtung aus, wobei jeweils nach Abtastung einer Zeile ein Vorschubschritt zur nächsten Zeile erfolgt

Der optoelektronische Wandler kann aber auch aus einer Vielzahl von Fotodioden (Fotodiodenzeile) aufgebaut sein, die ein gepulstes oder treppenförmiges Videosignal erzeugen.

Vorzugsweise erstreckt sich die Fotodiodenzeile über eine ganze Zeile der Vorlage 1, so daß jeweils eine Zeile ohne Relativbewegung zwischen Abtastorgan 5 und Vorlage 1 abgetastet und nach Abtastung dieser Zeile ein Vorschubschritt zur nächsten Zeile ausgeführt wird.

Vorschubeinriehtungen sind in der F i g. 1 nicht dargestellt, da sie nicht Gegenstand der Anmeldung und als Stand der Technik weit bekannt sind.

Das in dem Abtastorgan 5 erzeugte Videosignal wird in einer Signalformerstufe 6 verstärkt und gegebenenfalls bei einem gepulsten Videosignalverlauf mittels einer Sample- and Hold-Schaltung in ein treppenförmiges Videosignal umgesetzt

Das Videosignal U_v wird über eine Leitung 7 einer Auswerteschaltung 8 in Form eines !Comparators zugeführt, in der durch Vergleich von Videosignal Uv und dem dynamischen Schwellensignal U₅ auf einer Leitung 9 das digitale Videosignal U\ mit den Pegelwerten »Schwarz« und »Weiß« gewonnen wird.

Das digitale Videosignal U'v wird über eine Modulationsstufe 10 und einen Übertragungskanal 11 an einen nicht dargestellten Faksimile-Empfänger übertragen, dessen Aufzeichnungsorgan das Faksimile der Vorlage erzeugt

Der Übertragungskanal 11 kann-eine Leitung oder eine Funkübertragungsstrecke sein.

Die Generator-Schaltung 12 besteht aus einem ersten Generator 13 zur Bildung eines ersten, oberhalb des Videosignals {/,verlaufenden Begleitsignals (A₁, einem zweiten Generator 14 zur Bildung eines zweiten, unterhalb des Videosignals (Λ verlaufenden Begleitsignals UbT, einer Verknüpfungsstufe 15 und aus einem dritten Generator 16.

In der Verknüpfongsstufe 15 wird aus den beiden Begleitsignalen U_b\ und U_bi durch Spannungsteflung das dynamische Schwellensignal U₁ auf der Leitung 9 abgeleitet Das dynamische Schwellensignal U_s verläuft jeweils zwischen den Begleitsignalen Ub \ und Ut 2, und sein Abstand zu den Begleitsignalen kann mittels des Potentiometers 17 eingestellt werden.

Der dritte Generator 16 besteht aus einer Spitzenwert-Gleichrichterschaltung (18; 19) mit einem Glättungskondensator 20 und einem nachgeschalteten hochohmigen Verstärkers 21.

Der Glättungskondensator 20 wird jeweils auf die höchste Videosignalamplitude (Untergrundweiß) aufgeladen. Wegen des hochohmigen Verstärkers 21 ist die Entladezeitkonstante sehr groß, und der Glättungskondensator 20 entlädt sich zwischen den einzelnen Ladungsphasen nur geringfügig.

Aus der Kondensatorspannung werden mittels Potentiometer 22 und 23 Differenzwerte Ud\ bzw. IZj₂ auf Leitungen 24 und 24' abgeleitet, die der mittleren Untergrundhelligkeit der abgetasteten Vorlage 1 proportional sind.

Die Däfferenzwerte Hn und L^₂ charakterisieren bestimmte Mindestabstände zwischen den Begleitsignalen Ub\ bzw. Ubi und einem Bezugssignal, die bei der Bildung der Begleitsignale eingehalten werden.

Die Mindestabstände sind in diesem Falle von der mittleren Untergrundhelligkeit der Vorlage 1 abhängig. Sie können aber auch konstant vorgegeben werden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist.

Im gewählten Ausführungsbeispiel ist das Bezugsignal das Videosignal, so daß die Mindestabstände jeweils zwischen einem Begleitsignal und dem Videosignal bestehen.

In einer Variante ist das Bezugsignal für ein Begleitsignal jeweils das andere Begleitsignal, so daß dann ein Mindestabstand zwischen den Begleitsignalen vorgegeben wird.

Der erste Generator 13 zur Bildung des ersten Begleitsignals Ub 1 hat folgende Arbeitsweise:

Der Verlauf des Begleitsignals Ub; in bezug auf das Videosignal U_v wird gleichzeitig an einer F i g. 2 verdeutlicht.

Der erste Generator 13 weist einen Ladekondensator Cu einen Ladekreis mit Widerstand R\ und Transistor 25 und einen Entladekreis mit Widerstand R2, Diode 26 und Addierverstärker 27 auf.

Die Kondensatorladung mit einer kleinen Zeitkonstanten (ri«/fi · Ci) wird über den Transistor 25 und eine Diode 28 von dem Videosignal Uv auf einer Leitung 29 gesteuert. Die Kondensatorentladung dagegen erfolgt mit einer großen Zeitkonstanten (τ2 = /?2 · Ci) und wird durch die Ausgangsspannung U, j des Addierverstärkers 27 beeinflußt Die Ausgangsspannung Ua 1 entspricht der Summe aus dem Videosignal U_v und dem zugeordneten Differenzwert Ud 1 (Mindestabstand). Die Addition der Signale bedeutet eine Verschiebung des Videosignals U_v um den Differenzwert Ud \ ins Positive.

Der erste Begleitsignal Lk 1 entspricht dem Spannungsverlauf i/_can dem Ladekondensator Ci.

Bei ansteigendem Videosignal Uy wird der Ladekondensator C] mit der kleinen Zeitkonstanten τ\ jeweils auf das Videosignal U, aufgeladen, wodurch das Begleitsignal U_b\ im Zeitraum U-t₂ (Fig.2) dem Videosignal LA-foigt Zur Zeit t₂ ist der Ladekondensator Q auf den Maximalwert des Videosignals LA aufgeladen worden. Bei abfallendem Videosignal U_r sperrt der Transistor 25 (U_c 1 > U_v), und die Kondensatorladung ist unterbunden. Die maximale Kondensatorspannung U_r\ bleibt annähernd erhalten, da der nachgeschaltete Ausgangsverstärker 30 hochohmig und der Entladekreis noch gesperrt ist

Erst wenn sich das Begleitsigna] Ub 1 zur Zeh h auf den Differenzwert U_d\ vom Videosignal t/,entfernt hat.

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wird die Diode 26 leitend und die Entladung mit der Zeitkonstanten Ti eingeleitet

In dieser Phase nähert sich Begleitsignal Ub \ dem Videosignal U_v nach einer e-Funktion bis zur Zeit U wiederum der Differenzwert Ud \ erreicht und die Entladung unterbunden ist

Vorzugsweise wird die Entlade-Zeitkonstante τ2 etwa gleich der Abtastzeit für 2 bis 5 Bildpunkte auf der Vorlage 1 gewählt Die Annäherung des Begleitsignals Ub 1 an das Videosignal U_v kann selbstverständlich auch nach einer anderen Funktion erfolgen. Als Endwert für die Entladung könnte neben dem Mindestabstand auch das Videosignal selbst oder der Schwarzwert (Null) dienen.

Der Ladekondensator Q hält den erreichten Spannungswert wiederum solange, bis zur Zeit rs das Begleitsignal U_bi und das Videosignal U_v übereinstimmen. Das Begleitsignal t/41 folgt dann wiederum dem Videosignalanstieg.

Der zweite Generator 14 zur Bildung des zweiten Begleitsignals Ut 2 besteht ebenfalls aus einem Ladekondensator Ci, einem Ladekreis mit einem Widerstand R3 und einem Transistor 33, einem Entladekreis mit einem Widerstand A4, einer Diode 34 und einem Subtrahierverstärker 35 und aus einem dem Ladekondensator C₂ nachgeschaltetem hochohmigen Ausgangsverstärker 36.

Der Subtrahierverstärker 35 verschiebt das Videosignal Uy um den Differenzwert LA^₂ ins Negative.

Im Gegensatz zum Generator 13 sind die Speisespannungen und die Dioden umgepolt und der Transistor 33 komplementär. Da die Wirkungsweisen der Generatoren ähnlich sind, erübrigen sich weitere Erläuterungen.

Der Verlauf des zweiten Begleitsignals Ub 2 ist ebenfalls in Fig.2 dargestellt Die Übereinstimmung von Videosignal und Begleitsignal fällt jetzt in den Videosignalabfall und die gesteuerte Entladung in den Videosignalanstieg.

Fig.3 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der die Differenzwerte Ua 1 und Udi mittels Potentiometer 37 und 38 eingestellt werden können, und dann während der Vorlagenabtastung unabhängig von der Untergrundhelligkeit der Vorlage 1 konstant bleiben.

F i g. 4 erläutert anhand einer grafischen Darstellung die Wirkungsweise der Generator-Schaltung 12.

(a) zeigt einen willkürlichen Verlauf des Videosignals Uy, den vom Videosignal U_v abhängigen Verlauf der Begleitsignale Ut r, IZ₆₂ und den Verlauf des dynamischen Schwellensignals U_s ■ In (b) ist der Verlauf des digitalen Videosignals U'_r aufgetragen.

Der kontinuierliche Videosignalverlauf möge durch Vorlagenabtastung mit einer diskreten Fotodiode als optoelektronischer Wandler entstanden sein.

Bei Abtastung einer weißen Bildstelle der Vorlage ergeben sich große, bei einer schwarzen Bildstelle kleine, und im Falle, daß graue oder farbige BOdbereiche der Vorlage abgetastet werden, mittlere Signalamplitnden des Videosignals ΙΛ.

Beispielsweise möge zur Zeh t\ eine schwarze Information auf weißem Untergrund, zur Zeit 6 eine farbige oder graue Information auf weißem Untergrund und zur Zeit h graue oder farbige Information auf schwarzem Untergrund abgetastet werden.

Ferner wird angenommen, daß die Mindestabstände (Differenzwerte U_d\ und Hf₂) der Begleitsignale Ut\ und £/42 zum Bezugssignal gleich und, wie in Fig.3 dargestellt, während der Vorlagenabtastung unabhängig von der Untergrund-Helligkeit der Vorlage sind.

Das Bezugsignal ist in diesem Falle das Videosignal Uy.

Ferner wird angenommen, daß das dynamische Schwellensignal LZ₁ genau in der Mitte zwischen den Begleitsignalen Ub ι und Ub 2 verläuft.

Zunächst folgt das erste Begleitsignal Ut \ dem Videosignal U,und das zweite Begleitsignal Ub 2 verläuft im Mindestabstand 39 zum Videosignal U_v.

Im Punkt 40 hat das erste Begleitsignal U_b\ den Mindestabstand 39 zum Videosignal Uy erreicht, und es folgt dem Videosignal U_v nach einer e-Funktion, bis es sich im Punkt 41 dem Videosignal U_v bis auf den Mindestabstand 39' genähert hat Dann verläuft es bis zur Obereinstimmung mit dem Videosignal U_v im Punkt 42 konstant und folgt anschließend dem ansteigenden Videosignal Uy.

Das zweite Begieitsignai Ub 2 ist bis zur Übereinstimmung mit dem Videosignal im Punkt 43 konstant und folgt dann dem abfallenden Videosignal U_v bis zum Minimalwert im Punkt 44. Im Punkt 45 ist wiederum der Mindestabstand 39' zum Videosignal Uy erreicht, und das Begleitsignal Ub 2 nähert sich ebenfalls nach einer e-Funktion dem Videosignal Uy.

Das Prinzip wird auch im weiteren Verlauf des Videosignals U_v fortgesetzt Das dynamische Schwellensignal U, schneidet alle Videosignalpulse. Diese Schnittpunkte liefern die Kriterien für die Schwarz/Weiß-Entscheidung bei der Erzeugung des digitalen Videosignals U'y. Bei der Darstellung des digitalen Videosignals U'_v in (b) ist der Schwarzwert »S« durch das logische »H« und der Weißwert »W« durch das logische »L« gekennzeichnet Beispielsweise werden die unterhalb des dynamischen Schwellensignals U_s liegenden Anteile des Videosignals U, als Schwarzwert, und die oberhalb des Schwellensignals liegenden Signalantcilc als Weißwert gewertet

Man sieht daß alle Videosignalimpulse von dem dynamischen Schwellensignal U_s erfaßt und bei der Umwandlung in das digitale Videosignal U'_v berücksichtigt werden, wodurch auch bei geringen Amplitudenhöhen bzw. Kontrasten in der Vorlage Informationsverlust vermieden wird.

Fig.5 zeigt ein ähnliches Diagramm wie das der Fig.4. Der Unterschied besteht darin, daß das Videosignal U_v einen zeitdiskreten und treppenförmigen Verlauf aufweist Ein derartiger Signalverlauf ergibt sich, wie bereits erwähnt bei der Umsetzung von Videosignalimpulsen, die bei Vorlagenabtastung mittels einer Fotodiodenzeile entstehen, in eine Treppenfunktion mit Hilfe einer Sample- and Hold-Schaltung.

Das Diagramm zeigt daß alle Vorlageninformationen wiederum erkannt werden.

Der treppenförmige Videosignalverlauf (a) hat den Vorteil, daß das digitale Videosignal U'_v (b) richtig zeitlich getaktet vorliegt d.h. die Taktflanken des digitalen Videosignals U'_v stimmen genau mit den Flanken des treppenförmigen Videosignals U_r überein.

Fig.6 zeigt in einem Diagramm eine Variante des Verfahrens, bei der als Bezugssignal für den Mindestabstand eines Begleitsignals jeweils das andere Begleitsignal verwendet wird.

Im Gegensatz zu F i g. 4, in der sich die Begleitsignale Ub\ und Ub2 dem Videosignal U_r jeweils nur auf den Mindestabstand 39 bzw. 39* nähern können, schmiegen sich in F i g. 6 die Begleitsignale U_b5 und Übt, νου an das Videosignal L/, an. Ein Mindestabstand 46 verbleibt jeweils zwischen den beiden Begleitsignalen U_bs und 146.

Das dynamische Schweüensignal U₁ liegt in (a)

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ίο

wiederum zwischen den beiden Begleitsignalen Ubs und Ubb, beispielsweise genau in der Mitte. Das digitale Videosignal U'_v in (b) zeigt einen ähnlichen Verlauf wie in F i g. 4.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zur Vermeidung von Informationsverlust, insbesondere am Rande einer Vorlage, wird anhand einer grafischen Darstellung in Fi g. 7 erläutert

In (a) ist der Verlauf eines treppenförmigen Videosignals U_r am Ende einer (n- l)-ten Zeile und zu Beginn der folgenden η-ten Zeile dargestellt Gleichzeitig sind die Begleitsignale Ub\;Ub2 und das dynamische Schwellensignal U, eingezeichnet

(b) zeigt den Verlauf des durch Vergleich von Videosignal U_v und Schwellensignal U₅ gewonnenen digitalen Videosignals l/V

im Zeitraum io—ii möge eine weiße information oder ein weißer Untergrund, z. B. der weiße Vorlagenrand, der (n—1)-ten Zeile abgetastet werden, wobei zur Zeit h das Zeilenende erreicht ist Im Zeitraum to—t\ liegt das Videosignal U_v auf dem Amplitudenwert 49 und das digitale Videosignal U', auf dem Weißpegel »W«.

Im Zeitraum t\ — ty, in dem der Vorschubschritt des Abtastorgans zur nächsten Zeile erfolgt, sieht das Abtastorgan normalerweise »Schwarz«, und das digitale Videosignal U', erreicht den Schwarzpegel »S«.

Der Zeitpunkt t₃ legt den Anfang der n-ten Zeile fest, die mit einem Grauwert entsprechend dem mittleren Amplitudenwert 50 des Videosignals U_v beginnen möge. Der Grauwert kann dabei von einer Information oder von einem grauen Untergrund der Vorlage 1 herrühren. In jedem Falle ergibt sich nach der herkömmlichen Technik der Verlauf 51 des Videosignals U, und der Verlauf 52 des digitalen Videosignals U'v, wobei das »Grau« der Vorlage 1 als »Weiß« wiedergegeben wird. Falls das »Grau« nun eine Information ist, würde diese verlorengehen.

Nach dem Erfindungsgedanken wird das Videosignal Uv jeweils in einem Zeitintervall h—ti vor Abtastung einer neuen Zeile auf einen vorgegebenen Amplitudenwert 53 gebracht der unabhängig von dem Videosignal des Abtastorgans 5 ist

Der Amplitudenwert 53 kann zwischen »Grau« und »Weiß« liegen. Vorzugsweise ist der Amplitudenwert 53 von der mittleren Untergrundhelligkeit der Vorlage 1 abhängig.

Durch diese Maßnahme ergeben sich die in F i g. 7 dargestellten Verläufe der verschiedenen Signale.

Das digitale Videosignal U\ signalisiert im Zeitintervall ti— ti »Weiß« und gibt die graue Information zu Beginn der η-ten Zeile als »Schwarz« wieder, wodurch der Verlust einer grauen Information, insbesondere am Zeilenanfang, wie er bei herkömmlichen Verfahren auftritt, in vorteilhafter Weise vermieden wird.

F i g. 8 zeigt ein Schaltungsbeispiel zur Realisierung des in F i g. 7 erläuterten Verfahren.

Zunächst ist wiederum der Weg des Videosignals U, zwischen dem Abtastorgan 5 und der Modulationsstufe

11 aufgezeichnet. Die Generator-Schaltung 12 wurde der Übersichtlichkeit wegen lediglich als Funktionsblock dargestellt Der Aufbau der Generator-Schaltung

12 entspricht dem der F i g. 1 und 2.

Zwischen Abtastorgan 5 und Umformerstufe 6 befindet sich ein elektronsicher Umschalter 56, der in der Fig.8 durch einen mechanischen Umschalter symbolisiert ist Der Umschalter 56 wird fiber eine Leitung 57 von einem Steuerwerk 58 betätigt Das Steuerwerk 58 steuert gleichzeitig Ober Leitungen 59 und 60 das Abtastorgan 5 und die Umformerstufe 6.

In dem Zeitraum fe —b. der in der grafischen Darstellung der F i g. 7 angegeben ist, befindet sich der Umschalter 56 in der gezeichneten Position. Die Vergleichsstufe 8 wird statt mit Videosignal U, mit dem Amplitudenwert 53 beaufschlagt

Der Amplitudenwert 53, entsprechend einer Spannung Ug, wird mittels eines Generators 61 aus dem Videosignal U_v auf der Leitung 29 abgeleitet und ist somit der mittleren Helligkeit des Vorlagenuntergrundes proportional. Die Spannung U_g kann auch mittels Potentiometer konstant vorgegeben werden.

Der Generator 61 ist in seinem Aufbau mit dem Generator 16 in F i g. 1 identisch. Es kann auch der is Generator 16 selbst mit einem weiteren Potentiometer an seinem Ausgang verwendet werden.

Im Zeitpunkt i₃ (Fig.7), der dein Zeilenbeginn

entspricht wird der Umschalter 56 in die gestrichelt gezeichnete Position umgeschaltet und das vom

Abtastorgan 5 erzeugte Videosignal U_v in das digitale Videosignal U', umgesetzt

Fig.9 zeigt detaillierte Ausführungsbeispiele für Abtastorgan, Umschalter, Impulsformerstufe und Steuerwerk.

Abtastorgan

Das Abtastorgan 5 möge als optoelektronischen Wandler einen integrierten Baustein vom Typ CCD 121 der Firma Farchild enthalten. Dieser Baustein besteht aus der eigentlichen Fotodiodenzeile 64 und der Abfrageelektronik mit analogen Schieberegistern 65; 66 (Ladungsverschiebeschaltungen) und mit zwischen den Schieberegistern 65; 66 und der Fotodiodenzeile 64 angeschlossenen Transfergattern 67; 68.

Die Fctodiodenzeile 64 ist in der Fig.9 nur als Funktionsblock dargestellt Sie besteht aus 1728 einzelnen Fotodioden, die in einer Reihe liegen und sich über eine Abtastzeile erstrecken, jede einzelne Fotodiode ist an einen Speicherkondensator zur Aufnahme einer der empfangenen Lichtmenge proportionalen Ladung angeschlossen. Die Ladungen werden über die Transfergatter 67 und 68, gesteuert von den Signalen 71 und T₂, parallel in die analogen Schieberegister 65; 66 übernommen. Die Übernahme erfolgt z. B. derart, daß die Ladungen der ungradzahligen Fotodioden in das

Schieberegister 65 und die Ladungen der gradzahligen Fotodioden in das Schieberegister 66 transferiert

werden.

Mittels Schiebetaktfolgen T₃ und T₄ werden die

Ladungen seriell aus den Schieberegistern 65 und 66 herausgeschoben und in einem Ladungsverstärker 69 in das Videosignal (/,,umgewandelt

Ak Fotodiodenzeile mit integrierter Auswertelektronik kann auch eine sogenannte »selbstabtastende Fotodiodenzeile« verwendet werden, bei der jedem Speicherkondensator ein MOS-Transistor als Schalter zugeordnet ist Durch serielles Ansteuern der Schalter werden die einzelnen Ladungen abgerufen und über eine Videoleitung ausgegeben.

Umschalter

Der Umschalter 56 ist z. B. ein integrierter Analog-SchEher 70 der fiber eine Steuerlogik 71 von der Taktfolge 71 auf der Leitung 57 abgesteuert wird.

Signalfonnerstufe

Die Signalfme 6 besteht z.B. aus einer bekannten Sample- and HoW-Schaltung. Die Schaltung

formt das Eingangssignal mit Hilfe der Schiebetaktfolge T₃ auf der Leitung 60 in das Ausgangssignal mit zeitdiskretem, treppenförmigem Verlauf um.

Steuerwerk

Das Steuerwerk 58 weist einen Taktgenerator 74 auf, der eine Zähltaktfolge T₅ erzeugt. Die Zähltaktfolge T₅ gelangt über ein UND-Tor 75 auf ein Flip-Flop 76, an dessen Ausgängen die gegenphasigen Schiebetaktfolgen 73 und Tu erscheinen. ,

Die Zähltaktfolge T₅ wird gleichzeitig in einen Zähler 77 eingezählt An die Ausgänge des Zählers 77 ist eine Codierstufe 78 angeschlossen, die bei vorprogrammierten Zählerständen die Steuertakte T₆ bis T₉ abgibt. Beispielsweise erscheint Steuertakt Te beim Zählerstand ₍₅ »1777« und Steuertakt Tg beim Zählerstand »1785«, bei

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Steuertakte T₆ und Ti steuern ein Flip-Flop 79, an dessen Ausgang die Taktfolge 7i entsteht Die Steuertakte T₈ und 7e steuern ein weiteres Flip-Flop 80, das die Taktfolge Ti erzeugt Mittels eines weiteren Flip-Flops 81 wird eine Taktfolge T₁₀ aus den Taktfolgen T_x und T₂ erzeugt Die Taktfolge 71n steuert das UND-Tor 75.

Der zeitliche Ablauf im Steuerwerk 58 wird gleichzeitig anhand eines Impulsdiagrammes einer ₂s Fig. 10 erläutert

Im Diagramm (a) ist die Zähltaktfolge T₅ hinter dem UND-Tor 75 aufgetragen. Nach 1728 Takten der Zähltaktfolge T₅ sind sämtliche 1728 Abtastinformationen einer (n— l)-ten Zeile, entsprechend 1728 Einzeldioden der Fotodiodenzeile 64, aus den Schieberegistern 65; 66 herausgeschoben (Zeilenende).

In dieser Zeit hat die Fotodiodenzeile 64 die (n)-te Zeile abgetastet und die neuen Informationen dieser Zeile werden zu den Taktzeiten 7Ί und T₂ über die Transfergatter 67; 68 in die Schieberegister 65; 66 übernommen.

Während der Übernahme ist die Zähltaktfolge T₅ durch das UND-Tor 75 und den Steuertakt T₁₀ Diagramm (d) — gesperrt.

Mit dem Steuertakt Tj (Zeilenanfang) beginnt ein neuer Zählzyklus von 1 bis 1728, in dem die Information

j y^\ μ. t~:i- j ο_ι_:_ι :_^_A__ cc *-*-

uci (/{/-ich zweite äua ucn oCuicucicgiaici 11 u«f; wj herausgeschoben werden.

Der Umschalter 56 wird durch den Steuertakt T₂ — Diagramm (c) — auf Leitung 57 betätigt, derart, daß während des Taktes der Kontakt 70' geschlossen und der Kontakt 70" geöffnet ist.

Zur Verdeutlichung der zeitlichen Zusammenhänge ist in dem Diagramm (e) noch einmal der Verlauf des Ausgangssignals des Umschalters 56 aufgezeichnet, wie es bereits in F i g. 7 dargestellt wurde.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren bei einem Faksimile-Abtaster zum Umwandeln eines durch bildpunktweise Vorlagenabtastung gewonnenen Videosignals in ein Zwei-Pegel-Signal durch Vergleich mit einem dem Videosignal dynamisch folgenden Schwellensignal, das aus einem ersten und einem zweiten Begleitsignal abgeleitet wird, bei dem das erste Begleitsignal im wesentlichen dem ansteigenden Videosignal folgt, bei abfallendendem Videosignal den beim maximalen Videosignal erreichten Spannungswert bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehält und dann sich dem abfallenden Videosignal bis zum Erreichen eines Differenzwertes zu einem Bezugsignal annähert, seinen erreichten Spannungswert bei Wiederanstieg des Videosignals beibehält, bis es mit diesem im wesentlichen übereinstimmt und dann wiederum dem ansteigenden Videosignal folgt, und bei dem das zweite Begleitsignal im wesentlichen dem abfallenden Videosignal folgt, bei ansteigendem Videosignal den beim minimalen Videosignal erreichten Spannungswert bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehält und dann sich dem ansteigenden Videosignal bis zum Erreichen eines Differenzwertes zu einem weiteren Bezugsignal annähert, seinen erreichten Spannungswert bei abfallendem Videosignal beibehält, bis es mit diesem im wesentlichen übereinstimmt und dann wiederum dem abfallenden Videosignal folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Begleitsignale ihre bei den Extremwerten des Videosignals erreichten Spannungswerte bis zu den Zeitpunkten beibehalten, bei denen sie sich von den Bezugsignalen jeweils um die entsprechenden Differenzwerte entfernt haben, und daß die Differenzwerte den mittleren Heiligkeitswerten des Vorlagenuntergrundes proportional sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal jeweils Bezugsignal für die Differenzwerte ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Begleitsignal Bezugsignai für den Differenzwert des anderen Begleitsignals ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwerte zwischen 5 und 20 Prozent, vorzugsweise 12 Prozent, von den jeweiligen mittleren Helligkeitswerten des Vorlagenuntergrundes betragen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begleitsignale durch von dem Videosignal und den Differenzwerten gesteuerte Ladung und Entladung von Kondensatoren gewonnen werden, wobei jeweils die Ladezeitkonstanten klein und Entladezeitkonstanten groß gewählt sind, daß der erste Kondensator (Ci) bei ansteigendem Videosignal mit der einen Ladezeitkonstanten auf das Videosignal aufgeladen und bei abfallendem Videosignal mit der einen Entladezeitkonstanten entladen wird, und daß der zweite Kondensator (Q) bei abfallendem Videosignal mit der anderen Ladezeitkonstanten auf das Videosignal aufgeladen und bei ansteigendem Videosignal mit der anderen Entladezeitkonstanten entladen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladezeitkonstanten etwa gleich der Abtastzeit für zwei bis fünf Bildpunkte auf der

Vorlage gewählt werdea

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal jeweils in einem Bereich vor einer Abtestzeile auf einen »Grau« bis »Weiß« entsprechenden Amplitudenwert gebracht wird, und daß das modifizierte Videosignal zur Bildung des Zwei-Pegel-Signals mit dem dynamischen Schwellensignal verglichen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenwert des Videosignals aus den Helligkeitswerten des Vorlagenuntergrundes abgeleitet wird.