DE2832292A1

DE2832292A1 - Verfahren zum abtasten und wiederaufzeichnen von vorlagen

Info

Publication number: DE2832292A1
Application number: DE19782832292
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Keller
Original assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Current assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Priority date: 1978-07-22
Filing date: 1978-07-22
Publication date: 1980-02-07

Description

Kennwort: "Serielle Abtastung"
Verfahren zum Abtasten und Wiederaufzeichnen von Vorlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum punkt- und zeilenweisen Abtasten von Vorlagen, bei dem mittels eines Abtastorgans Bildsignale gewonnen werden, wobei Abtastorgan und Vorlage eine Relativbewegung zueinander ausführen und ein Verfahren zum Wiederaufzeichnen von Vorlagen, bei dem mittels eines Aufzeichnungsorgans ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium punkt- und zeilenweise belichtet wird, wobei Aufzeichnungsmedium und Aufzeichnungsorgan eine Relativbewegung in Auf zeichnungsrichtung zueinander ausführen und Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Verfahren.
Die Erfindung soll beispielsweise bei einem elektronischen Reproduktionsgerät Anwendung finden.
Bei einem solchen Reproduktionsgerät wird eine Vorlage bildpunktweise abgetastet, indem die Vorlage von einer Lichtquelle beleuchtet und das reflektierte und mit der Bildinformation modulierte Abtastlicht mittels eines optisch-elektrischen Wandlers bildpunktweise gemessen und in ein Bildsignal umgesetzt wird.
-Das nach den Erfordernissen des Reproduktionsprozesses modifizierte Bildsignal steuert ein Aufzeichnungsorgan, welches ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium bildpunktweise belichtet.
Gefordert werden sowohl eine raucharme Signalverarbeitung als auch eine kurze Abtast- und Auf zeichnungszeit; Forderungen, die an sich gegensätzlich sind.
Um dieses Ziel zu erreichen, muß bei der Vorlagenabtastung die Helligkeit jedes einzelnen Bildpunktes innerhalb sehr kurzer Zeit mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.-Die Umwandlung der von den Bildpunkten ausgehenden Lichtquanten in Elektronen ist ein statistischer Vorgang, bei dem für die geforderte Meßgenauigkeit eine bestimmte Mindestzahl an Elektronen pro Bildpunkt erzeugt werden muß.
Eine verkürzte Abtastzeit läßt sich daher nur durch eine Erhöhung des Quantenwirkungsgrades, durch eine höhere Leuchtdichte der Lichtquelle und allenfalls durch eine nicht diskutable gröbere Abtastfeinheit erreichen.
In der Praxis sind die Grenzen durch die Verwendung von hochempfindlichen Fotomultipliern als optisch-elektrische Wandler und Xenon-Bogenlampen oder Laserlicht als Lichtquelle für die Vorlagenbeleuchtung erreicht. Der Einsatz von Fotodioden scheiterte bisher an der geringen Empfindlichkeit dieser Bauelemente.
Ebenso wird für eine kurze Aufzeichnungszeit eine hohe Leuchtdichte des optischen Aufzeichnungsorgans für jeden Belichtungspunkt gefordert. Im Aufzeichnungsorgan erweist sich eine schnelle und hysteresefreie Lichtmodulation durch das Bildsignal als schwierig.
In der Praxis werden als optische Aufzeichnungsorgane Hohlkatoden-Glimmlampen, Xenon-Bogenlampen oder Laser-Generatoren verwendet.
Hohlkatoden-Glimmlampen erzeugen nur eine mittlere Leuchtdichte und weisen eine störende Kurzzeit-Hysterese auf. Laser-Generatoren mit elektrooptischen oder akustooptischen Modulatoren sind aufwendig. Leuchtdioden wurden wegen ihrer geringen Leuchtdichte bisher nicht als Aufzeichnungsorgan verwendet.
Der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abtast- bzw. Aufzeichnungs-Verfahren für elektronische Reproduktionsgeräte, vorzugsweise in Verbindung mit Fotodioden als Abtastorgan und Leuchtdioden als Aufzeichnungsorgan, anzugeben, mit denen kurze Abtast- und Belichtungszeiten und ein günstiges Signal/Rausch-Verhältnis erzielt werden.
Die in den Ansprüchen gekennzeichneten und weiteren Merkmale der Erfindung gehen aus den im folgenden beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anwendungsbeispielen hervor.
Es zeigen: Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei der Vorlagenabstastung; Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei der Wiederaufzeichnung von Vorlagen.
Fig. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung-bei der Vorlagenabtastung, bei dem jeder Bildpunkt mehrfach abgetastet wird, um das Signal/Rausch-Verhältnis der Bildsignale bei kurzen Abtastzeiten zu verbessern.
Auf einer rotierenden Abtasttrommel 1 ist eine zu reproduzierende Vorlage 2 angebracht, die von einem Abtastorgan 3 über ein Objektiv 4 punkt- und zeilenweise abgetastet wird.
Das Abtastorgan 3 besteht z.B. aus; vier optoelektronischen Wandlern 5, 6, 7 und 8, welche hintereinander entlang einer Bildlinie 9 der Vorlage 2 ausgerichtet sind. Die Anzahl der optoelektronischen Wandler ist beliebig. Vorzugsweise wird eine Fotodiodenzeile verwendet.
Abtastorgan 3 und Abtasttrommel 1 führen eine Relativbewegung in'Abtastrichtung aus, die durch einen Pfeil 10 angedeutet ist.
Nach der Abtastung der Bildpunkte 11 der Bildlinie 9 führt das Abtastorgan 3 eine axiale Vorschubbewegung entlang der Abtasttrommel 1 zur nächsten Bildlinie aus.
Der Abstand der optoelektronischen Wandler 5, 6, 7 und 8 im Verhältnis zum Abstand der Bildpunkte 11 auf der Bildlinie 9 bestimmt den AbbiLdungsmaßstab, der mittels des Objektivs 4 verändert werden kann.
Die vier optoelektronischen Wandler 5, 6, 7 und 8 erzeugen an ihren Ausgängen vier Teilsignale U1, U2, U3 und U4, die einer elektronischen Verteilerschaltung 12 zugeführt werden.
Die elektronische Verteilerschaltung 12, welche zur Verdeutlichung ihrer Wirkungsweise nur als mechanischer Schalter symbolisiert ist, besteht im Ausführungsbeispiel aus vier zyklisch arbeitenden Umschaltern 13, 14, 15 und 16, deren Schleifkontakte jeweils über Leitungen 17, 18, 19 und 20 mit den optoelektronischen Wandlern 5, 6, 7 und 8 verbunden sind.
Jeder Schleifkontakt überstreicht schrittweise in Richtung eines Pfeiles 21 vier Ausgangspole, die mit A, B, C und D bezeichnet sind.
Die Schleifkontakte sind untereinander jeweils um einen Schaltschritt versetzt. Die Drehung der Schleifkontakte ist mit der Drehbewegung der Abtasttrommel 1 synchronisert. Dazu ist ein Taktgeber 22 mit der Welle 23 der Abtasttrommel 1 verbunden. Der Taktgeber 22 erzeugt eine Synchronisiertaktfolge, die über eine Leitung 24 der Verteilerschaltung 12 zugeführt wird.
Die mit gleichen Buchstaben bezeichneten Ausgangspole eines jeden Umschalters 13, 14, 15 und 16 sind über Leitungen 25r 26, 27 und 28 untereinander und jeweils mit Integratoren 29, 30, 31 und 32 für die Teilsignale U1 bis U4 verbunden. Die Integratoren 29, 30, 31 und 32 bestehen aus RC-Gliedern.
Die Integratoren 29, 30, 31 und'32 sind ihrerseits an die Pole eines weiteren Umschalters 33 angeschlossen, über dessen Schleifkontakt die auf integrierten Teilsignale der einzelnen Bildpunkte 11 über eine Leitung 34 seriell zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende.
Es wird einmal angenommen, Abtastorgan 3 und Abtasttrommel 1 führen keine Relativbewegung zueinander aus. In dieser "Momentaufnahme" werden dann vier der auf der Bildlinie 9 liegenden Bildpunkte, z.B. die Bildpunkte A7 B, C und D, auf den Wandlern 5, 6, 7 und 8 abgebildet, und zwar der Bildpunkt A auf dem Wandler 5, der Bildpunkt B auf dem Wandler 6 usw.
Die entsprechenden Teilsignale U bis U werden über die 1 4 Umschalter 13, 14, 15 und 16, deren Schleifkontakte die dargestellte Position einnehmen, auf die Integratoren 29, 30, 31 und 32 gegeben, und zwar das Teilsignal U1 des Bildpunktes A auf den Integrator 29, das Teilsignal U2 des Bildpunktes B auf das Integrationsglied 30 usw.
Nach einer Relativbewegung zwischen Abtorgan 3 und Abtasttrommel 1 um einen Bildpunktabstand wird jetzt in einer zweiten "Momentaufnahme" der Bildpunkt A auf dem Wandler 6 abgebildet. Entsprechendes gilt für die anderen Bildpunkte.
Auch die Schleifkontakte der Umschalter 13, 14, 15 und 16 haben einen Schaltschritt ausgeführt und befinden sich jetzt in der gestrichelt dargestellten Position, so daß wieder das Teilbildsignal U1, das jetzt am Ausgang des Wandlers 6 entsteht, auf den Integrator 29 gegeben wird.
Das Abtastverfahren bewirkt, daß jeder Bildpunkt viermal nacheinander zeit- und ortsverschoben abgetastet und die entsprechenden Teilsignale aufsummiert werden, wodurch das Signal/Rausch-Verhältnis der Bildsignale bei einer hohen Abtastgeschwindigkeit in hervorragender Weise verbessert wird.
Das Abtastorgan 3 besteht vorzugsweise aus Fotodiodenzeilen mit einer integrierten Auswerteelektronik in Form von analogen Schieberegistern und Transfergattern. Als Fotodiodenzeile mit integrierter Auswerteelektronik kann auch eine sogenannte "selbstabtastende Fotodiodenzeile" verwendet werden.
Die elektronische Verteilerschaltung 12 wird zweckmäßig aus analogen Multiplexern und Demultiplexern aufgebaut. Zur Aufsummierung der Teilsignale können auch Analogspeicher dienen.
Häufig wird zusätzlich zu dem Bildsignal ein Umfeldsignal weiterverarbeitet. In diesem Falle kann mittels der Fotodiodenzeile zusätzlich'der Helligkeitsgradient in Abtastrichtung ermittelt werden. Durch die Verwendung einer zweidimensionalen Fotodiodenmatrix läßt sich auch der Helligkeitsgradient quer zur Abtastrichtung feststellen. Mittels einer zweiten Fotodiodenzeile, deren Einzeldioden jeweils die Umgebung der Bildpunkte erfäßt, kann ein mittleres Helligkeitssignal gebildet werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung bei der Wiederaufzeichnung einer Vorlage, bei dem jeder Bildpunkt zurVerkürzung der Belichtungszeit nacheinander mehrfach belichtet wird.
Auf einer rotierenden Auf zeichnungstrommei 38 ist ein Film 39 montiert, der von einem Aufzeichnungsorgan 40 über ein Objektiv 41 punkt- und zeilenweise belichtet wird.
Das Auf zeichnungsorgan 40 besteht beispielsweise aus vier Einzellichtquellen 42, 43, 44 und 45, die hintereinander entlang einer Bildlinie 46 des Films 39 ausgerichtet sind. Die Anzahl der Einzellichtquellen ist beliebig. Vorzugsweise werden Leuchtdioden-Zeilen (LED-Zeile) verwendet.
Aufzeichnungsorgan 40 und Aufzeichnungstrommel 38 führen eine Relativbewegung in Aufzeichnungsrichtung aus, die durch einen Pfeil 47 angedeutet ist.
Nach der Belichtung der einzelnen Bildpunkte 48 auf der Bildlinie 46 führt das Aufzeichnungsorgan 40 einen axialen Vorschubschritt zur nächsten Bildlinie aus.
Die Einzellichtquellen 42, 43, 44 und 45 des Aufzeichnungsorgans 40 sind durch Teilsignale U1, U2, U3 und U4 steuerbar, welche den Parallelausgängen 49, 50, 51 und 52 eines analogen Schieberegisters 53 (Ladungsverschiebeschaltung) entnommen und über Verstärker 54, 55, 56 und 57 und über Leitungen 58, 59, 60 und 61 den Einzellichtquellen 42, 43, 44 und 45 zugeführt werden.
Die Teilsignale werden aus den Bildsignalwerten für die Bildpunkte abgeleitet. Ein Teilsignal entsteht z.B. durch Division eines Bildsignalwertes durch die Anzahl der Einzelbelichtungen pro Bildpunkt. In diesem Falle sind die Teilsignale eines Bildpunktes gleich groß. Es ist aber auch denkbar, daß ein Teilsignal aus einem konstanten Grundsignal und einem tonwertabhängigen Teil zusammengesetzt wird.
Die Bildinformationen für die zu belichtenden Bildpunkte 48 werden seriell in der Reihenfolge der Bildpunktbelichtung über eine Leitung 62 in das analoge Schieberegister 53 hineingeschoben.
Der Durchlauf der Bildinformationen durch das analoge Schieberegister 53 ist mit der Drehbewegung der Auf zeichnungstrommel 38 synchronisiert. Dazu erzeugt ein mit der Welle 63 der Aufzeichnungstrommel 38 gekuppelter Taktgeber 64 eine Schiebetaktfolge, mit welcher das analoge Schieberegister 53 über eine Leitung 65 beaufschlagt wird.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende. Es wird zunächst wieder angenommen, die Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsorgan 40 und Aufzeichnungstrommel 38 sei Null. Dann werden beispielsweise die Bildpunkte A, B, C und D der Bildlinie 46 durch die vier Einzellichtquellen 42, 43, 44 und 45 belichtet.
Das Teilsignal U1 für den Belichtungspunkt A wird dem Parallelausgang 49 des analogen Schieberegisters 53, das Teilsignal U2 dem Parallelausgang 50 entnommen usw.
Danach möge eine Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsorgan 40 und Aufzeichnungstrommel 38 um einen Bildpunktabstand erfolgen, und der Bildpunkt A wird jetzt von der Einzellichtquelle 43 erneut belichtet.
Inzwischen sind auch die Bildinformationen in dem analogen Schieberegister 53 weitergeschoben wordeh, so daß beispielsweise das Teilsignal U1 für den Bildpunkt A an dem Parallelausgang 50 erscheint und der Einzellichtquelle 43 zugeführt wird.
Auf diese Weise wird jeder Bildpunkt viermal belichtet, wodurch trotz der geringen Leuchtdichte einer Einzellichtquelle eine kurze Belichtungszeit für den Film 39 erreicht wird.
Anstelle des analogen Schieberegisters kann auch ein digitales Schieberegister oder eine Verzögerungsleitung Verwendung finden.
Wenn das Aufzeichnungsorgan 40 aus einzelnen Leuchtdioden besteht, ist ihr Durchmesser vielfach größer als der der lichtimitierenden Fläche. In diesem Falle ist es zweckmäßig, Lichtleitfasern auf die einzelnen Leuchtdioden zu kitten und in der Bildebene des Objektivs 41 zusammenzuführen.
L e e r s e i t e

Claims

Kennwort: "Serielle Abtastung" Patentansprüche C Verfahren zum punkt- und zeilenweisen Abtasten von Vorlagen, bei dem mittels eines Abtastorgans Bildsignale gewonnen werden, wobei Abtastorgan und Vorlage eine Relativbewegung in Abtastrichtung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt mehrfach hintereinander abgetastet und die dabei gewonnenen Teilsignale aufsummiert werden, um den Bildsignalwert eines Bildpunktes zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastorgan mehrere optisch-elektrische Wandler vorgesehen sind, welche gleichzeitig mehrere hintereinanderliegende Bildpunkte einer Abtastzeile abtasten, daß jeder Bildpunkt zur Gewinnung der Teilsignale nacheinander von den einzelnen Wandlern abgetastet wird und die Teilsignale eines Bildpunktes zum Bildsignalwert aufsummiert werden und daß die so erhaltenen Bildsignalwerte der einzelnen Bildpunkte in der Reihenfolge ihrer Abtastung weiter verarbeitet werden
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsummieren der Teilsignale mit der Relativbewegung von Abtastorgan und Vorlage synchronisiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als optisch-elektrische Wandler eine Fotodiodenzeile verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Teilsignalen aufeinanderfolgender Bildpunkte der Helligkeitsgradient in Abtastrichtung ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,- dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Bildpunkte benachbarter Abtastzeilen abgetastet werden und daß aus den Bildsignalen der den zentralen Bildpunkt umgebenden Bildpunkte ein mittleres Helligkeitssignal ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Bildpunkte benachbarter Abtastzeilen abgetastet werden und daß aus den Bildsignalen nebeneinanderliegender Bildpunkte benachbarter Abtastzeilen der Helligkeitsgradient quer zur Abtastrichtung ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als optisch-elektrische Wandler eine Fotodiodenmatrix verwendet -wird.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Aufnahmevorrichtung für die Vorlage und einem Abtastorgan zur Gewinnung von Bildsignalen, wobei Aufnahmevorrichtung und Abtastorgan eine Relativbewegung zueinander ausführen, gekennzeichnet durch ein aus mehreren optisch-elektrischen Wandlern (5; 6; 7; 8) bestehendes Abtastorgan (3), welche mehrere hintereinanderliegende Bildpunkte einer Abtastzeile abtasten, um die Teilsignale zu erhalten, durch mehrere Addierstufen (29; 30; 31; 32) zum Aufsummieren der Teilsignale eines Bildpunktes, durch eine zwischen dem Abtastorgan (3) und den Addierstufen (29; 30; 31; 32) angeschlossene erste Verteilerschaltung (12) zur Verteilung der Teilsignale auf die entsprechenden Addierstufen, durch eine den Addierstufen (29; 30; 31; 32) nachgeschaltete zweite Verteilerschaltung (33) zur seriellen Ausgabe der ermittelten Bildsignalwerte der einzelnen Bildpunkte in der Reihenfolge ihrer Abtastung, und durch eine mit der Aufnahmevorrichtung (2) und den Verteilerschaltungen (12; 33) in Verbindung stehende Steuereinrichtung (22), um die Relativbewegung der Aufnahmevorrichtung mit der Signalverteilung zu synchronisieren.
10. Verfahren zum Wiederaufzeichnen von Vorlagen, bei dem mittels eines Aufzeichnungsorgans ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium punkt- und zeilenweise belichtet wird, wobei Aufzeichnungsmedium und Aufzeichnungsorgan eine Relativbewegung in Auf zeichnungsrichtung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt durch mehrere nacheinander erfolgende Einzelbelichtungen aufgezeichnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsorgan mehrere durch Teilsignale steuerbare Lichtquellen vorgesehen sind, welche gleichzeitig mehrere Bildpunkte auf einer Aufzeichnungszeile belichten, daß die Einzelbelichtungen eines Bildpunktes nacheinander durch diejenigen Lichtquellen erfolgen, die sich infolge der Relativbewegung gerade unter dem zu belichtenden Bildpunkt befinden und daß die zugeordneten Teilsignale auf die entsprechenden Lichtquellen verteilt werden.
12. Verfahren nach Anpsruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen eine Leuchtdiodenzeile verwendet wird.
13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 10 und 11, bestehend aus einer Aufnahmevorrichtung für das Aufzeichnungsmedium und einem Aufzeichnungsorgan, wobei Aufnahmevorrichtung und Aufzeichnungsorgan eine Relativbewegung zueinander ausführen, gekennzeichnet durch ein aus mehreren gesteuerten Lichtquellen (42; 43; 44; 45) bestehendes Auf zeichnungsorgan, welche gleichzeitig mehrere hintereinanderliegende Bildpunkte einer Aufzeichnungszeile belichten, eine mit den Lichtquellen- (42; 43; 44; 45) verbundene Verteilerschaltung (53) für die einzelnen Teilsignale, und durch eine an die Aufnahmevorrichtung (39) und die Verteilerschaltung (53) angeschlossene Steuereinrichtung (64), um die Relativbewegung der Aufnahmevorrichtung (39) mit der Signalverteilung zu synchronieren.