DE2937340A1

DE2937340A1 - Schaltungsanordnung zur digitalisierung eines bildabtastsignals

Info

Publication number: DE2937340A1
Application number: DE19792937340
Authority: DE
Inventors: Gerard Biron
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1980-03-27
Also published as: NL182191C; IT7968804A0; FR2437125B1; LU81701A1; JPH022347B2; NL7906818A; IE791783L; FR2437125A1; DE2937340C3; CA1126852A; GB2030818B; DE2937340B2; NL182191B; IT1119159B; BE878535A; US4272789A; IE48554B1; JPS5542492A; GB2030818A

Description

.Η. Sep. WO 2^S7ά4 O

πι;". PiGtr.ALi..iRRL'rii κτ.π·:.; η τ ι,DAfTTλ ;τ signals

Di.p '.^;'r f indnn',· bezieh'; sich auf eine Scha ItMnqsan-.T'dnun.:! ".ir D i.qita I is ierung eines von der .Abtasten-,! eier au feinander folgenden Punkte und /,eilen eines Bildes stammenden signals, aufgrund eines Vergleichs dieses Signals mit einem Schwellwert, der mit dem ModulationsoegeI des Signals verändert wird.

Eine solche Schaltungsanordnung wird insbesondere in Λhtmtgeräten eines Faksimile-Senders zur Unterdrückung von (Srautönen verwendet, soda ß nur zweiwert ige Signale entsprechend einem schwarzen oder einem weißen nildpunkt übertragen werden.

Das bei der Abtastung einer Schriftseite in einer Fotozelle entstehende Siqnal schwankt zwischen '.we i /rnnl. i tudenwerten, die der maximalen Schwärzunq und dem hellsten Woißwert des Schriftstücks entsprechen. Üblicherweise ist die einem weißen nildpunkt entsprechende Signalamplitude größer als die einem schwarzen nildpunkt entsprechende; es können jedoch auch umgekehrte Verhältnisse auftreten, z.B. wenn der Fotodiode ein Inverter nachgeschaltet ist.

Zur Digitalisierung eines solchen Bildsignals vorgleicht man dieses mit einem Schwellwert, der zwischen den beiden Grenzamplituden und in der Regel in der Nähe der einem weißen Bildpunkt entsprechenden Amplitude liegt.

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Wenn das zu analysierende Schriftstück einen nicht gleichmäßigen BiLduntergrund oder bewußt gntönte Bereich" enthält, dann führt der Vergleich des Bildsignals mit einem festen Schwellwert zu unbefriedigenden Ergebnissen. In diesem Fall kann nämlich das Bildsignal sehr unterschiedliche Amplituden sowie Amol itudenver lus te auf den verschiedenen Modulationspegeln aufweisen, wenn schnelle Wechsel zwischen schwarz und weiß auftreten. Dieser Mangel wird bereits nach dem Stand der Technik dadurch berücksichtigt, daß der Schwellwert abhängig vom Modulationsnegel des Bildsignals optimal eingestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese optimale Einstellung des Schwellwerts abhängig sowohl von der Hintergrundtönung des Schriftstückes als auch von den verschiedenen Modulationspegeln des Bildsignals einzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1

gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert .

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Fig. 2 zeigt ein zu digitalisierendes Bildsignal und Fig. 3 zeigt ein detailliertes Ausführungsbeispiel zu Fig. I.

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Tn Fig. I ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in vier Blocks ι bis 4 aufgeteilt-. Das Bildsignal Va wird über einen Eingang E der Schaltungsanordnung zugeführt. Dieses Bildsignal sti' mmt von der Abtastung eines Schriftstücks mithilfe einer Fotodiode und besitzt variable Amplituden zwischen einem Höchstwert, der einem vollkommen weißen Bildnunkt entspricht,und einem niedrigsten Viert, der einem schwarzen Bildpunkt entsnricht. Am /-usgang 3 der Schaltungsanordnung liegt ein digitalisiertes, d.h. zweiwertiges Signal Vs vor, dessen beide Amplitudenwerte anzeigen, ob gerade ein weißer oder ein schwarzer Bildpunkt abgetastet wird.

Das Eingangssignal Va gelangt an einen Vergleichsschaltkreisiund wird dort mit einem Schwellwert Vd verglichen. Liegt das Eingangssignal über dem Schwellwert, so wird ein weißer Bildpunkt angezeigt, während im anderen Fall ein schwarzer Bildnunkt angezeigt wird.

Außerdem wird das Bildsignal Va zwei Schaltkreisen 2 und 3 zugeführt. Der Schaltkreis 2 ermittelt einen Signalwert Δ, der dem Bilduntergrund einer Zeile entspricht, während der Schaltkreis 3 einen mittleren Signalwert A' über mehrere Bildpunkte hinweg bildet. Diese beiden Signalwerte Δ und ^¹ werden einem Schaltkreis 4 zugeführt, in dem daraus der Schwellwert Vd nach folgender Gleichung gebildet wird :

Vd = K Δ + K¹ A ' /

Die Werte der Koeffizienten K und K¹ werden abhängig von den Kennwerten des Bildsignals festgelegt. Beispielsweise wird K auf den Wert [/3 und K¹ auf den Wert 1/2 festgelegt.

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Die obige Gleichung nimmt dann folgende Form an : Vd = J/3 + A'/2.

Eine derartige Wahl der Koeffizienten ergibt eine hohe Auflösung schwarzer Bildpunkte auf weißem Untergrund. Wenn nämlich weiße Bildpunkte in großer Zahl aufeinanderfolgen, dann gelangt der mittlere Signalwert /\* in die Nähe des Spitzenwerts Δ . Für Δ ' - Δ ergibt sich ein Schwellwert Vd zu (5/6) Λ, . Diese Wahl der Koeffizienten führt aber auch zu einer guten Analyse weißer Punkte auf schwarzem Untergrund. Bei schwarzem Untergrund gelangt der Mittelwert /a ' in die Nähe der Amplitude für schwarze Bildpunkte. Bei A' = 0 ergibt sich ein Schwellwert Vd von 4/3. Der Schwellwert rückt also in die Nähe der Amplitude für einen schwarzen Bildpunkt und ermöglicht die Analyse einzelner weißer Punkte in der schwarzen Fläche.

Fig. 2 zeigt über der Zeitachse ein Bildsignal Va. Dieses Bildsignal stammt aus drei sehr unterschiedlichen Zonen des Schriftstücks, die mit a, b und c bezeichnet sind. In der Zone a mögen wenige schwarze Bildpunkte auf weißem Untergrund vorliegen, in der Zone b ein Wechselmuster schwarzer und weißer Streifen und in der Zone c mögen einige wenige weiße Punkte auf schwarzem Untergrund eingezeichnet sein. Um die Problematik der Erfindung zn verdeutlichen, wurde angenommen, daß große Amplitudenverluste auftreten, und zwar in der Zone a bezüglich des schwarzen Wertes, in der Zone c bezüglich des Weißwerts und in der Zone b bezüglich beider Extremwerte. Diese Verluste beruhen auf dem begrenzten Auflösungsvermögen der optischen

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"btastorgane.

3ei dom gewählten Signa1verlauf ergibt sich ein Spitzenwert Δ für den hellsten Punkt Ln der Zone a. Die Mittelwerte werden getrennt für jede Zone erstellt und sind in Fig. ?. mit Zi¹Fi, Δ' b und Z\ ' ^c bezeichnet. Bei Vorwendun·· der oben angegebenen Koeffizienten ergeben si-:.";π die ich «rellwortc Vda, Vdb und Vdc auf unterschiedlicher Höhe.

In der Zone a liegt der Mittelwert ^'a .^ehr nahe beim .Spitzenwert Zl , so da 3 der Schwellwert vda in einer ilöin^ von !3 Zi/6 liegt.

In der Zone b liegt der Mittelwert Δ 'b in der Nähe von Za/?, wodurch der SchweLlwert sich auf 7 4/i ' einstellt.

In d"r Zone c, in rfer der Mittelwert Δ ' - nnhe bei

0 liegt, ergibt sich ein Schwellwert Vär. in eier riähe von Zl/'·

In Fig. 1 ist das Schaltbild einer /.us f Uhrongs form der er f ind jngsgem'i ten Scha Itungoanordnong im Detail dargestellt. Hierbei ist mit gleichen Be:'.ugs?.eichen wie in c'ig. ι au f entsprechende Bauteile Bezug genommen. Der- Vorgle.i chssch·.! Itkreis

1 besteht aus einem Operationsverstärker, an dessen oositi"em Eingang das Bildsignal Vn und an dessen negativem Eingang der Schwellwert Vd angelegt werden. />m Ausgang dieses Verstärkers liegt das digitalisierte Bildsignal Vs vor. Der Schaltkreis 2 y.ur Ermittlung des Signalwerts ^J , der dem Bildunter-grund einer Zeile entsr^richt, besteht im wesentlichen njs einem Widerstand 70 und einem Ableitkondensator 21. Der Eingang E der Schaltungsanordnung ist über einen eingangsseitigen Schalter 22 in Form eines Feldeffekttransistors an den viiderstand 20

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angelegt. Der Verbindungspunkt: des Widerstands 2O mit dem Kondensator 2) führt über einen ansrra nnsseiti-jen Schalter 23 in Form eines weiteren Feldeffekttransistors zu einem Entlade— schaltkreis für den Kondensator 71 , an den negativen Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 50 sowie an den Eingang eines aus zwei Transistoren 24 und 25 bestehenden Verstärkers. Hierbei ist der ?rste Transistor 24 vom NPN-Tyn und liegt in T)ni tterfolqeschaItung vor (Emitter-,"-rbeitswiderstand '6). Der Transistor 25 vom PNP-Ty) ist dem Transistor 24 als Emitterfolger nachgeschaltet und besitzt einen Emitter-Arbeitswiderstand 27. 'm Emitter dieses Transistors ist der Modulationsspi t?,enwert Δ abgreifbar.

Der eingangsseitige Feldeffekttransistor 2? wird vom Ausgang des als Vergleicher v/irksamen Operationsverstärkers SO cfcnn in seinen Leitzustand gesteuert, wenn der Augenblickswert des Eingangssignal^ Va größer als der bisher im Kondensator 2! gespeicherte Spitzenwert ist. In diesem Fall wird dan Ausgangs— signal des Verstärkers 50 über einen Widerstand 51 an die Torelektrode des Feldeffekttransistors 22 übertragen, so daß dieser gesperrt wird.

Der Entladeschaltkreis für den Kondensator 21 besteht aus einem Widerstand 55 in Reihe mit einem Transistor 57, dessen Emitter geerdet ist. Der Widerstand 55 bildet zusammen mit dem Kondensator 2 1 eine große Ent ladezeitkonstante, die -^u einer langsamen Entladung des Kondensators führt, wenn der Transistor 57 und der Feldeffekttransistor 23 stromleitend sind. Der Leit— zustand des Transistors 57 wird durch den Operationsverstärker

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5O und einen diesem nachgeschalteten PNP-Transistor 56 gesteuert. Hierzu liegt der Ausgang des Verstärkers 50 über einen Widerstand 52 an der Basis des Transistors 56, sowie über einen Widerstand 53 an einem positiven Bezugspotential. Zwischen dem Kollektor des Transistors 56 und der Basis des Transistors 57 befindet sich ein Widerstand 58.

Der Feldeffekttransistor 23 wird ebenfalls vom Ausgang des Verstärkers 50 gesteuert, und zwar über einen Widerstand 51 und eine Entkopplungsdiode 60. Eine weitere Diode 61 ist zwischen Masse und Anode der Diode 60 angeordnet.

Die beiden Feldeffekttransistoren 22 und 23 werden außerdem nach Maßgabe eines Zeilenende-Ausblendsignals C gesteuert. Dieses Signal gelangt unmittelbar an die Torelektrode des Feldeffekttransistors 23 sowie über die Diode 60 auch an die Torelektrode des Feldeffekttransistors 22. Dieses Signal besitzt ein negatives Potential während des Ausblenddauer, die für den Zeilensprung des Abtastorgans benötigt wird. Während dieser Zeit sind die beiden Feldeffekt-transistoren 22 und 23 gesperrt. Während der Zeilenabtastung weist dieses Signal dagegen ein positives Potential auf, mit dem der Transistor 23 dauerhaft leitend gehalten wird.

Der Schaltkreis zur Ermittlung des mittleren Signalwerts £' bezüglich einiger Analysepunkte besteht aus einem Kondensator 31 und einem Ladewiderstand 30. Die Zeitkonstante dieses Oliedes ist deutlich größer als die des aus dem Widers tand 2Ci und dem Kondensator 21 bestehenden RC-Glieds. Der

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Schaltkreis 4 zur Ermittlung des Schwellwerts Vd besteht aus einem Widerstandsnetz mit drei Widerständen, von denen ein Widerstand 40 mit dem Emitter des Transistors 25, ein Widerstand 41 mit dem Kondensator 31 und ein Widerstand 42 mit Masse verbunden ist. Die drei Widerstände haben einen gemeinsamen Schaltpunkt, an dem der Schwellwert Vd abgreifbar ist. Bezeichnet man die Werte der Widerstände 40, 41 und 42 mit R , R und R-, und den Wert des Widerstands 30 mit R., so ergeben sich folgende Beziehungen zwischen den Widerständen : R₂ * R₄;

R₁= £"R₂r

3 1 - K - K^{1 K}2'
daraus ergibt sich der Schwellwert Vd Vd = K Δ + K' J±* :

dieser Schwellwert wird an den Vergleichsschaltkreis 1 angelegt. Unter Berücksichtigung der oben angegebenen speziellen Werte für die Koeffizienten sind diese Beziehungen folgendernaßen bestimmt :

R₂ *> R₄;
R₁ = 1-R₂;
R₃ = 3-R₂.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 besitzt außerdem einen Schaltkreis zur Begrenzung des Schwellwerts Vd. Dieser Schaltkreis 7 besitzt einen Operationsverstärker 70, dessen negativer Eingang mit dem gemeinsamen Schaltpunkt der Widerstände 40 bis 42 verbunden ist. Der positive Eingang wird mit

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einer Bezugsspannung beaufschlagt, die an einem Potentiometer 7L eingestellt wird. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 70 ist einerseits über einen Widerstand 72 mit einem oositiven Berüigspotential f-V und andererseits über die Serienschaltung einer Diode 7 3 und eines Widerstands 74 mit dem gemeinsamen Schaltpunkt der Widerstände 40 bis 42 verbunden. Die Diode 7 3 wird stromführend, wenn der Schwellwert Vd unter den eingestellten Bezugswert absinkt. Dann übernimmt der Operationsverstärker 7O die Stabilisierung des Schwellwerts Vd.

Liegt eine positive Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 50 vor, d.h. übersteigt die Amplitude des Eingangssigna Is Va den im Kondensator 2 1 gespeicherten V,^Tert, dann wird der Feldeffekttiansistor 22 stromführend und lädt den Kondensator 2 1 auf den neuen Spitzenwert auf. Zugleich wird der Transistor 57 durch dieses positive Ausgangssiqnni des Operationsverstärkers 5O gesperrt gehalten, während der Feldeffekttransistor 2 i durch das nicht vorhandene Zeilenende-Ausblendsicjna I geöffnet gehalten wird.

Liegt dagegen am Ausgang des Operationsverstärkers 50 ein negatives Potential vor, d.h. übersteigt der Ln Kondensator 21 gespeicharte Signalwert Δ die Amplitude des iiinganqs — signals Va, dann wird der Transistor 22 gesperrt und der Transistor 57 stromführend. Der Kondensator 2 1 entlädt sich also langsam über den Widerstand 55. Während des ZeiLen- oder Bildsprungs werden die beiden Feldeffekttransistoren 22 und 23 durch das Zeilenende-Austastsignal C gesperrt gehalten. Der Kondensator 21 wird also während dieser Zeit weder geladen noch entladen.

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Die erfindungsqemäße schaltungsanordnung führt also zu einer optimalen Anpassung des Schwellwerts für die Digitalisierung abhängig vom Bilduntergrund und der Dichte von auf diesem Untergrund zu erkennenden Punkten.

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Leerseite

Claims

Fo 11 210 D

14. Sep. 1979

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT-ALCATEL S.A. 12, rue de la Baume, 75008 PARIS, Frankreich

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR DIGITALISIERUNG EINES BILDABTASTSIGNALS

PATENTANSPRÜCHE

Iy- Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines von der Abtastung der aufeinanderfolgenden Punkte und Zeilen eines Bildes stammenden Signals, aufgrund eines Vergleichs dieses Signals mit einem Schwellwert, der mit dem Modulationspegel des Signals verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (2) zur Ermittlung des Signalwerts /i vorgesehen ist, der dem BiIduntergrund einer Zeile entspricht, daß ein Schaltkreis (3) zur Ermittlung des mittleren Signalwerts /^* über mehrere Bildpunkte hinweg vorgesehen ist und daß die beiden Signalwerte in einem Schaltkreis zur Ermittlung des Schwellwerts (Vd) miteinander nach folgender Gleichung verknüpft werden:

Vd = K Λ +■ K¹ A ' :

wobei K und K* positive Festwerte sind, die folgenden Bedingungen gehorchen :

0 < K < 1;

0 < (KfK' )< 1 ·

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2 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis zur Ermittlung des Signalwerts Δ , der dem Bilduntergrund einer Zeile entspricht, einen Spitzendetektor (2) enthält, der eingangs- und ausgangsseitig mit je einem Schalter (22,23) verbunden ist, wobei der eingangsseitige Schalter (22) aufgrund eines Vergleichs des augenblicklichen Signalwerts Δ mit dem unmittelbar vorhergehend ermittelten Signalwert Λ stromführend wird, wenn ersterer höher als der zweite ist, sowie gesperrt wird, wenn ersterer niedriger als der zweite ist oder wenn ein Zeilenende-Ausblendsignal (C) vorliegt, und wobei der ausgangsseitige Schalter stromführend ist, solange das Zeilenende-Ausblendsignal (C) nicht vorliegt.

3 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladeschaltkreis (57) über den ausgangsseitigen Schalter (23) mit dem Schaltkreis

(2) zur Ermittlung des Signalwerts /!verbunden ist und stets angesteuert wird, wenn das von der Bildabtastung stammende Signal einen Wert unterhalb des Signalwerts Λ aufweist.

4 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladeschalckreis einen Widerstand (55) in Serie mit einem Transistor (57) aufweist, und daß diese Serienschaltung einerseits an den ausgangsseitigen Schalter (23) und andererseits an Erde angeschlossen ist.

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5 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis zur Ermittlung des Schwellwerts Vd aus einem Widerstandsnetzwerk (4) besteht, welches einen ersten Widerstand R (40), über den der Signalwert Λ zugeführt wird, einen zweiten Widerstand R (41), über den der mittlere Signalwert ^¹ zugeführt wird, und einen dritten, einseitig geerdeten Widerstand R_ (42) enthält, die gemeinsam an einen Ausgang dieses Schaltkreises angeschlossen sind, wobei die Werte der drei Widerstände untereinander durch folgende Gleichungen bestimmt sind : R₁ = (K¹ /K)-R₂ r und

R₃= [k7(i-k-k')]'R₂.

6 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (2) zur Ermittlung des Signalwerts /\ aus einem ersten RC-Glied geringer Ladezeitkonstante besteht, daß der eingangsseitige Schalter aus einem Feldeffekttransistor (22) besteht, daß der ausgangsseitige Schalter ebenfalls aus einem Feldeffekttransistor (23) besteht, und daß das Ausgangssignal dieses Schalters einerseits mit dem Schaltkreis (4) zur Ermittlung des Schwellwerts Vd und andererseits mit einem Entladeschaltkreis (57) verbunden ist, daß ein Operationsverstärker (50) das Bildsignal sowie das am Ausgang des ausgangsseitigen Schalters (23) vorliegende Signal zugeführt erhält und selbst wechselweise den eingangsseitigen Schalter ^22) und den Entladetransistor (57) ansteuert, wenn das Bildsignal den Signalwert Δ über bzw. unterschreitet,

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und daß ein Zeilenende-Ausblendesignal (C) den ausgangsseitigen Schalter (23) durchschaltet, solange das Zeilenende noch nicht erreicht ist, während der eingangs- und der ausgangsseitige Schalter (22,23) durch dieses Signal während der Dauer des Zeilensorungs gesperrt werden.

7 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (7) 7\\r Begrenzung des Mindestwerts vorgesehen ist, den der schwellwert Vd annehmen kann und daß dieser Schaltkreis den Schwellwert Vd mit einem gegebenen Mindestwert vergleicht und einem weiteren Absinken des Schwellwerts Vd entgegenwirkt.

B - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, da 1 der Wert K in der Nähe von I/3 und der Wert K' in der Nähe von L/2 gewählt wird.

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