DE2937340C3 - Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines Bildabtastsignals - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Digitalisierung eines BildabtastsignalsInfo
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Description
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
Λ2 (41), über den der mittlere Signalwert Δ'
zugeführt wird, und einen dritten, einseitig geerdeten Widerstand A3 (42) enthält, die gemeinsam an einen
Ausgang dieses Schaltkreises angeschlossen sind, wobei die Werte der drei Widerstände untereinander
durch folgende Gleichungen bestimmt sind:
R1=(KWK)- R7; und
Ri=[K'/(\-K-K'J\- R2.
Ri=[K'/(\-K-K'J\- R2.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (2) zur Ermittlung
des Signalwerts Δ aus einem ersten /?C-GIied 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, 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 Mindestwerts vorgesehen ist, den der Schwellwert Vd annehmen
kann, end 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 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 entsprechende 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 vergleicht 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 verschiedenen Modulationspegeln
aufweisen, wenn schnelle Wechsel zwischen schwarz und weiß auftreten. Dieser Mangel wird bereits
nach dem Stand der Technik dadurch berücksichtigt, daß der Eihwellwert 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.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
F i g. 2 zeigt ein zu digitalisierendes Bildsignal und
Fig.3 zeigt ein detailliertes Ausfübrungsbeispiel zu
Fig. 1.
In Fig. 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 Vdnach folgender Gleichung gebildet wird:
Die Werte der Koeffizienten K und K' werden abhängig von den Kennwerten des Bildsignals festgelegt.
Beispielsweise wird K auf den Wert !/3 und K'auf den Wert 1/2 festgelegt.
Die obige Gleichung nimmt dann folgende Form an:
Vd= Δ/3 + Δ 72.
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 Δ' in die Nähe des Spitzenwerts Δ. Für Δ' = Δ
ergibt sich ein Schwellwert Vd zu (5/6) Δ. Diese Wahl des Koeffizienten führt aber auch zu einer guten
Analyse weißer Punkte auf schwarzem Untergrund. Bei schwarzem Untergrund gelangt der Mittelwert Δ' in die
Nähe der Amplitude für schwarze 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.
H) F i g. 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
i) 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 zu verdeutlichen, wurde angenommen, daß große Amplitudenverluste
auftreten, jnd zwar in der Zone a bezüglich des schwarzen Werts, in der Zone c bezüglich des
Weißwerts und in der Zone b bezüglich beider Extremwerte. Die^e Verluste beruhen auf dem begrenzten
Auflösungsvermögen der optischen Abtastorgane.
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 /L'a, Ab und Ac bezeichnet. Bei
Verwendung der oben angegebenen Koeffizienten
jo 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 5<4/6 liegt.
!5 In der Zone b liegt der Mittelwert Ab in der Nähe von
Δ/2, wodurch der Schwellwert sich auf 74/12 einstellt.
!n der Zone c, in der der Mittelwert Ac nahe bei 0 liegt, ergibt sich ein Schwellwert Vdc in der Nähe von
Δ/3.
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 Operationsverstärker,
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 Bilduntergrund einer Zeile entspricht, besteht im
wesentlichen aus einem Widerstand 20 und einem Ableitkondensator 21. Der Eingang Fder Schaltungsanordnung
ist über einen eingangsseitigen Schalter 22 in Form eines Feldeffekttransistors an den Widerstand 20
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 v/eiteren Opera-
o 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 PN P-Typ ist dem
"> Transistor 24 als Emitterfolger nachgeschaltet und besitzt einen Emitter-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 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 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 als
die des aus dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 bestehenden RC-C\\eds. 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 Schwell wert Vd abgreifbar ist Bezeichnet man die Werte der Widerstände 40,41 und 42 mit Ru R2 und
Ri, und den Wert des Widerstands 30 mit Rt, so ergeben
sich folgende Beziehungen zwischen den Widerständen:
A"
R2 >
daraus ergibt sich der Schwellwert Vd
Vd=KA + K'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:
R2 > RA ;
ι - y
K'
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 Operalions-Verstärkers 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 Schwell werts für
die Digitalisierung abhängig vom Bilduntergrund und der Dichte von auf diesem Untergrund zu erkennenden
Punkten.
Hierzu 2. Blatt Zcichnunacn
Claims (1)
1. 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 (A) den
Bilduntergrund einer Bildzeile (Spitzenwert einer Zeile) darstellt, dadurch gekennzeichnet,
daß außerdem ein Schahkreis (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:
Vd=K- Δ + K'- Δ';
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