DE2937340B2

DE2937340B2 - Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines Bildabtastsignals

Info

Publication number: DE2937340B2
Application number: DE2937340A
Authority: DE
Inventors: Gerard St. Remy les Chevreuse Biron
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1981-05-14
Also published as: NL182191C; IT7968804A0; FR2437125B1; LU81701A1; JPH022347B2; NL7906818A; IE791783L; FR2437125A1; DE2937340C3; CA1126852A; GB2030818B; NL182191B; IT1119159B; BE878535A; DE2937340A1; US4272789A; IE48554B1; JPS5542492A; GB2030818A

Description

Vd=K- Δ + Κ'-Δ';

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

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 Δ 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 Δ verbunden ist und stets angesteuert wird, wenn das von der Bildabtastung stammende Signal einen Wert unterhalb des Signalwerts Δ aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladeschaltkreis 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.

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 Δ zugeführt wird, einen zweiten Widerstand Ri (41), über den der mittlere Signalwert Δ' zugeführt wird, und einen dritten, einseitig geerdeten Widerstand R₃ (42) enthält, die gemeinsam an einen Ausgang dieses Schaltkreises angeschlossen sind, wobei die Werte der drei Widerstände untereinander durch folgende Gleichungen bestimmt sind:

R₁=(KZK) ■ R₂;und Ri=[K'l(\-K-K'J\ ■ R₇.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (2) zur Ermittlung des Signalwerts Δ aus einem ersten ÄC-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 Sigcalwert Δ über- bzw. unterschreitet, 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 Zeilensprungs gesperrt werden.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (7) zur Begrenzung des Mindestwerls 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.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert K in der Nähe von 1/3 und der Wert K' in der Nähe von 1/2 gewählt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines von der Abtastung der aufeinanderfolgenden Punkte und Zeilen eines Bildes stammenden Videosignals, aufgrund eines Vergleichs dieses Signals mit einem Schwellwert, der mit dem Modulationspegel des Signals verändert wird, indem mehrere aus dem Videosignal abgeleitete Signalwerte miteinander verknüpft werden, wobei einer davon (Δ) den Bilduntergrund einer Bildzeile (Spitzenwert einer Zeile) darstellt. Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der DE-AS 15 37 560 bekannt. Sie

^r>o wird insbesondere in Abtastgeräten eines Faksimile-Senders zur Unterdrückung von Grautönen verwendet, so daß nur zweiwertige Signale entsprechend einem schwarzen oder einem weißen Bildpunkt übertragen werden.

Das bei der Abtastung einer Schriftseite in einer Fotozelle entstehende Signal schwankt zwischen zwei Amplitudenwerten, die der maximalen Schwärzung und dem hellsten Weißwert des Schriftstücks entsprechen. Üblicherweise ist die einem weißen Bildpunkt entspre-

M chende Signalamplitude größer als die einem schwarzen Bildpunkt entsprechende; es können jedoch auch umgekehrte Verhältnisse auftreten, z. B. wenn der Fotodiode ein Inverter nachgeschaltet ist.

Zur Digitalisierung eines solchen Bildsignals ver-

b> gleicht man dieses mit einem Schwellwert, der zwischen den beiden Grenzamplituden und in der Regel in der Nähe der einem weißen Bildpunkt entsprechenden Amplitude liegt.

Wenn das zu analysierende Schriftstück einen nicht gleichmäßigen Bilduntergrund oder bewußt getönte Bereiche 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 Amplitudenverluste auf den vers :hiedenen 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 Modulationspegel 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 Ausführungsform der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

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

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

F i g. 2 zeigt ein zu digitalisierendes Bildsignal und

F i g. 3 zeigt ein detailliertes Ausführungsl cispiel zu Fig. 1.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in vier Blocks 1 bis 4 aufgeteilt. Das Bildsignal Va wird über einen Eingang E der Schaltungsanordnung zugeführt. Dieses Bildsignal stammt von der Abtastung eines Schriftstücks mithilfe einer Fotodiode und besitzt variable Amplituden zwischen einem Höchstwert, der einem vollkommen weißen Bildpunkt entspricht, und einem niedrigsten Wert, der einem schwarzen Bildpunkt entspricht. Am Ausgang S 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 Vergleichsschaltkreis 1 und 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 Bildpunkt 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 A werden einem Schaltkreis 4 zugeführt, in dem daraus der Schwellwert Vc/nach folgender Gleichung gebildet wird:

Vd=KA +KA.

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

Die obige Gleichung nimmt dann folgende Form an:

Eine derartige Wahl der Koeffizienlen ergibt eine hohe Auflösung schwarzer Bildpunkte auf weißem Untergrund. Wenn nämlich weiße Bildpunkte in großer Zahl aufeinanderfolgen, dann gelangt der mittlere Signalwert A in die Nähe ües Spitzenwerts A. Für A = /1 ergibt sich ein Schwellwert Vd zu (5/6) Δ. Diese Wahl des Koeffizienten führ, aber auch zu einer guten Analyse weißer Punkte auf schwarzem Untergrund. Bei schwarzem Untergrund gelangt der Mittelwert Δ' in die Nähe der Amplitude für schwarte Bildpunkte. Bei Δ' = 0 ergibt sich ein Schwellwert Vd von Δ/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.

ίο 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 D 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 zu verdeutlichen, wurde angenommen, daß große Amplitudenverluste

2(i auftreten, und zwar in der Zone a bezüglich des schwarzen Werts, in der Zone c bezüglich des Weißwerts und in der Zone b bezüglich beider Extremwerte. Diese Verluste beruhen auf dem begrenzten Auflösungsvermögen der optischen Abtastorgane.

2) Bei dem gewählten Signalverlauf ergibt sich ein Spitzenwert Δ für den hellsten Punkt in der Zone a. Die Mittelwerte werden getrennt für jede Zone erstellt und sind in Fig. 2 mit Δ a. Ab und Ac bezeichnet. Bei Verwendung der oben angegebenen Koeffizienien

in ergeben sich die Schwellwerte Vda, Vdb und Vdc auf unterschiedlicher Höhe.

In der Zone a liegt der Mittelwert Aa sehr nahe beim Spitzenwert Δ, so daß der Schwellwert Vda in einer Höhe von 54/6 liegt.

r> In der Zone fliegt der Mittelwert Ab in der Nähe von Δ/2, wodurch der Schwellwert sich auf 74/12 einstellt

In der Zone c. in der der Mittelwert Ac nahe bei 0 liegt, ergibt sich ein Schwellwert Vdc in der Nähe von Δ/3.

w In F i g. 3 ist das Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Detail dargestellt. Hierbei ist mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 auf entsprechende Bauteile Bezug genommen. Der Vergleichsschaltkreis 1 besteht aus einem Opera-

•r> tionsverstärker, an dessen positivem Eingang das Bildsignal Va und an dessen negativem Eingang der Schwellwert Vd angelegt werden. Am Ausgang dieses Verstärkers liegt das digitalisierte Bildsignal Vs vor. Der Schaltkreis 2 zur Ermittlung des Signalwerts Δ, der dem

•->ii Bildun'.ergrund einer Zeile entspricht, besteht im wesentlichen aus einem Widerstand 20 und einem Ableitkondensator 21. Der Eingang Eder Schaltungsanordnung ist über einen eingangsseitigen Schalter 22 in Form eines Feldeffekttransistors an den Widerstand 20

")^r> angelegt. Der Verbindungspunkt des Widerstands 20 mit dem Kondensator 21 führt über einen ausgangsseitigen Schalter 23 in Form eines weiteren Feldeffekttransistors zu einem Entladeschaltkreis für den Kondensator 21, an den negativen Eingang eines weiteren Opera-

Wi tionsverstärkers 50 sowie an den Eingang eines aus zwei Transistoren 24 und 25 bestehenden Verstärkers. Hierbei ist der erste Transistor 24 vom NPN-Typ und liegt in Emitterfolgeschaltung vor (Emitter-Arbeitswiderstand 26). Der Transistor 25 vom PNP-Typ ist dem

(ν") Transistor 24 als Emitterfolger nachgeschaltet und besitzt einen F.mitter-Arbeitswiderstand 27. Am Emitter dieses Transistors ist der Modulationsspitzenwert Δ abgreifbar.

Der eingangsseitige Feldeffekttransistor 22 wird vom Ausgang des als Vergleicher wirksamen Operationsverstärkers 50 dann in seinen Leitzustand gesteuert, wenn der Augenblickswert des Eingangssignals Va größer als der bisher im Kondensator 21 gespeicherte Spitzenwert ist. In diesem Fall wird das Ausgangssignal 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 21 eine große Entladezeitkonstante, die zu einer langsamen Entladung des Kondensators führt, wenn der Transistor 57 und der Feldeffekttransistor 23 stromleitend sind. Der Leitzustand des Transistors 57 wird durch den Operationsverstärker 50 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 Bezugspoteniial. 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 Feldeffekttransistoren 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 Δ' bezüglich einiger Analysepunkte besteht aus einem Kondensator 31 und einem Ladewiderstand 30. Die Zeitkonstante dieses Glieds ist deutlich größer ais die des aus dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 bestehenden /?C-Glieds. Der 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 R₁. R₂ und /?3, und den Wert des Widerstands 30 mit R₄, so ergeben sich folgende Beziehungen zwischen den Widerständen:

R₂ > K₄ ;

Rx =

A"

I-A-A- "
daraus ergibt sich der Schwellwert Vd

R₁ =

A'

dieser Schwellwert wird an den Vergleichsschaltkreis 1 angelegt.

κι Unter Berücksichtigung der oben angegebenen speziellen Werte für die Koeffizienten sind diese Beziehungen folgendermaßen bestimmt:

R_: > R₁ ;

R, = — R₂ ;

AJ₃ = 3 · A₃ .

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 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 einer Bezugsspannung beaufschlagt, die an einem Potentiometer 71 eingestellt wird. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 70 ist einerseits über einen Widerstand 72 mit einem positiven Bezugspotential + V und andererseits über die Serienschaltung einer Diode 73 und eines Widerstands 74 mit dem gemeinsamen Schaltpunkt der Widerstände 40 bis 42 verbunden. Die Diode 73 wird stromführend, wenn der Schwellwert Vd unter den eingestellten Bezugswert absinkt. Dann übernimmt der Operationsverstärker 70 die Stabilisierung des Schwellwerts Vd.

Liegt eine positive Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 50 vor, d. h. übersteigt die Amplitude des Eingangssignals Va den im Kondensator

21 gespeicherten Wert, dann wird der Feldeffekttransistor 22 stromführend und lädt den Kondensator 21 auf den neuen Spitzenwert auf. Zugleich wird der Transistor 57 durch dieses positive Ausgangssignal des Operationsverstärkers 50 gesperrt gehalten, während der Feldeffekttransistor 23 durch das nicht vorhandene Zeilenende-Ausblendsignal geöffnet gehalten wird.

Liegt dagegen am Ausgang des Operationsverstärkers 50 ein negatives Potential vor, d. h. übersteigt der im Kondensator 21 gespeicherte Signalwert Δ die Amplitude des Eingangssignals Va, dann wird der Transistor 22 gesperrt und der Transistor 57 stromführend. Der Kondensator 21 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.

Die erfindungsgemäße 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.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunscn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines von der Abtastung der aufeinanderfolgenden Punkte und Zeiien eines Bildes stammenden Videosignals, aufgrund eines Vergleichs dieses Signals mit einem Schwellwert, der mit dem Modulationspegel des Signals verändert wird, indem mehrere aus dem Videosignal abgeleitete Signalwerte miteinander verknüpft werden, wobei einer davon (A) den Bilduntergrund einer Bildzeile (Spitzenwert einer Zeile) darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Schaltkreis (3) zur Ermittlung des mittleren Signalwerts Δ' 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: