DE3153280C2

DE3153280C2 -

Info

Publication number: DE3153280C2
Application number: DE3153280A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kawagoe Saitama Jp Yokomizo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1989-08-24
Also published as: GB2091967B; GB2142802B; GB2091967A; DE3148129A1; GB8420007D0; GB2142802A; US4589034A; DE3148129C2; US4748677A

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-AS 25 49 626 ist eine derartige Signalverarbeitungseinrichtung bekannt, deren Analog/Digital-Umsetzer eine Mehrzahl von Vergleichern, die die Eingangssignale mit mehreren unterschiedlichen Bezugssignalen vergleichen und entsprechende Ausgangssignale bilden, sowie einen Klammerkreis enthält, der den Spannungspegel der Bezugssignale mit Konstantspannungspegel verklammert, die sich auf einen im Eingangssignal enthaltenen Bezugspegel beziehen. Eine Pegelsteuerung des Eingangssignals oder eine Verstärkungssteuerung ist nicht vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 20 14 166 eine automatische Helligkeitsregelung für Fernsehempfänger bekannt, die die stärkste Schwarzwertaussteuerung des grünen Farbsignals während des Abtastintervalls erfaßt und diesen Wert zur Helligkeitsregelung heranzieht. Eine Analog/Digital-Umsetzung ist nicht vorgesehen.

Ferner ist in der DE-OS 28 19 774 ein Bildhelligkeitsregler für Fernseher beschrieben, bei dem die Bildhelligkeit in Abhängigkeit von einem während des Austastintervalls des Bildsignals gewonnenen Wert gesteuert wird. Eine Analog/Digital- Umsetzung ist auch hier nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung derart auszugestalten, daß eine zuverlässige und korrekte, den gewünschten Vorgaben entsprechende Signalverarbeitung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung erfolgt sowohl eine Pegel- als auch eine Verstärkungssteuerung des eingegebenen analogen Bildsignals, so daß eine korrekte Signalverarbeitung erzielbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei ist als Ausführungsbeispiel der Signalverarbeitungseinrichtung eine Bildverarbeitungseinrichtung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Signalverarbeitungseinrichtung als Bildverarbeitungseinrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines abgeänderten Ausführungsbeispiels der Signalverarbeitungseinrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Signalverarbeitungseinrichtung in Form einer Bildverarbeitungseinrichtung, bei der eine Umrißlinie-Betonung im Zeitmultiplex-Verfahren erfolgt,

Fig. 4A, 4B in ihrer Verbindung eine automatische Pegelsteuereinrichtung (Pegelsteuerschaltung),

Fig. 5A, 5B in ihrer Verbindung eine automatische Verstärkungssteuereinrichtung (Verstärkungsregelschaltung),

Fig. 6A, 6B in ihrer Verbindung eine Begrenzerschaltung,

Fig. 7 eine Umrißlinien-Betonungsschaltung zur Korrektur einer Defokussierung,

Fig. 8 eine im Zeitmultiplexbetrieb arbeitende Umrißlinien-Betonungsschaltung zur Defokussierungskorrektur,

Fig. 9 eine Subtrahierschaltung,

Fig. 10 eine Multiplizierschaltung,

Fig. 11A, 11B, 11C und 11D in ihrer Verbindung eine Parallel-Multiplizier-Schaltung,

Fig. 12 und 13 Laplace-Operationen,

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Einstellkarte,

Fig. 15 ein Zeitdiagramm für die Veranschaulichung des Ablaufs des automatischen Ausgleichens,

Fig. 16 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines abgeänderten Ablaufs eines automatischen Ausgleichs,

Fig. 17A, 17B in ihrer Verbindung eine Spitzenwert-Detektorschaltung,

Fig. 18 eine Spitzenwert-Halteschaltung,

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Eingabe/Ausgabekennlinie einer Begrenzerschaltung,

Fig. 20 Signalverläufe des Eingangssignals und des Ausgangssignals der Begrenzerschaltung,

Fig. 21 Raumfrequenzlinien eines Objektivs und einer Ladungskopplungsvorrichtung,

Fig. 22 eine in der Hauptabtastrichtung entzerrte Frequenzkennlinie,

Fig. 23 eine in der Unterabtastrichtung entzerrte Frequenzkennlinie,

Fig. 24 ein Blockschaltbild einer Abschattungs-Korrekturschaltung,

Fig. 25 ein Zeitdiagramm einer Vierpunkte-Segmentnäherungskurve,

Fig. 26 eine Draufsicht auf eine Ladungskopplungsvorrichtung,

Fig. 27 ein Zeitdiagramm für die Ladungskopplungsvorrichtung gemäß Fig. 26,

Fig. 28 Signalverläufe logischer Signale in der Schaltung gemäß Fig. 7.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Signalverarbeitungseinrichtung in Form einer Bildverarbeitungseinrichtung. Ein Text bzw. eine Vorlage 1 wird mittels einer (nicht dargestellten) mechanischen Transporteinheit in Pfeilrichtung transportiert.
2 ist ein Objektiv zum Fokussieren eines Vorlagenbilds auf einer Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) 3 in Form einer Ladungskopplungs-Zeilen-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 26. Es können auch andere Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden, solange mit ihnen die Dichte der Vorlage 1 ablesbar und ein Bildsignal (Videosignal) erzeugbar ist. Die Bildaufnahmevorrichtung kann beispielsweise ein MOS-Fotosensor sein. Statt des Transportierens der Vorlage 1 können das Objektiv 2 und die Ladungskopplungsvorrichtung 3 eine Unter-Abtastbewegung ausführen. 4 ist ein Videoverstärker, der eine Ausgangsspannung der Ladungskopplungsvorrichtung 3 einschließlich der Gleichspannung auf einen gewünschten Pegel verstärkt. Wenn der Videoverstärker durch einen Wechselspannungsverstärker ersetzt wird, ist eine entsprechende Pegelhalteschaltung notwendig. Mit 5 ist eine automatische Pegelschaltung (ALC) bezeichnet, die den Schwarzpegel eines Videosignals bzw. Bildsignals auf einem festen Potential wie beispielsweise OV hält. Demzufolge kann der Videoverstärker 4 ein Wechselspannungsverstärker sein. 6 ist eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung bzw. Regelverstärkerschaltung (AGC), mit der eine Änderung der Lichtmenge einer (nicht gezeigten) Lichtquelle für die Beleuchtungsvorlage, eine Änderung der Blendenöffnung einer Blende des Objektivs 2 und eine Änderung der Empfindlichkeit der Ladungskopplungsvorrichtung 3 korrigiert wird, um ein Bildsignal zu erzeugen, das eine konstante Maximalamplitude hat. 7 ist eine Abschattungs-Korrekturschaltung, mit der eine Ungleichförmigkeit der Lichtmenge der Lichtquelle, eine Umfangs-Lichtmengen-Kennlinie des Objektivs 2 wie eine cos⁴ R Kennlinie und eine Empfindlichkeitsabweichung der Ladungskopplungsvorrichtung 3 korrigiert werden. Die Abschattungs-Korrekturschaltung 7 kann die in der japanischen Patentanmeldung 54-140 787 beschriebene sein.

Mit 8 ist ein Analog-Digital bzw. A/D-Umsetzer bezeichnet, in dem ein analoges Bildsignal mittels nicht gezeigten Taktimpulsen R _T abgetastet und in ein digitales Signal umgesetzt wird. Ein Abtastpegel wird so gewählt, daß er höher als die erforderliche Stufungshöhe ist. Beispielsweise wird eine 6-Bit-64-Stufung gewählt.

Mit 9 ist eine Begrenzerschaltung bezeichnet, die derart arbeitet, daß kleine Störungen in den Weißflächen und den Schwarzflächen des Bilds unterdrückt werden. 10 ist ein Digitalfilter (Umrißlinien-Betonungsschaltung), mit dem an dem digitalen Bildsignal das Umrißlinien-Betonungsverfahren ausgeführt wird. 11 ist ein Spitzenwert- Detektor, der das Ausmaß einer Korrektur mittels der Umrißlinien-Betonungsschaltung 10 in der Weise bestimmt, daß die Umrißlinien in Abhängigkeit von der Hauptabtastrichtung, der Unterabtastrichtung und der Raumfrequenzkennlinie gleichmäßig angehoben bzw. betont oder verstärkt werden. Der Spitzenwertdetektor 11 und die Umrißlinien-Betonungsschaltung 10 bilden eine Ausgleichs- bzw. Entzerrungsschaltung zum Kompensieren der Modulationsübertragungsfunktions-Kennlinie des Objektivs 2 und der Frequenzkennlinie der Ladungskopplungsvorrichtung 3. Der hier verwendete Ausdruck "Frequenz" bedeutet eine räumliche bzw. Raumfrequenz, die die Periode einer Schwarz/Weiß-Anordnung darstellt. Beispiele für eine hohe Frequenz und eine niedrige Frequenz sind in der Fig. 14 gezeigt. Falls beispielsweise in einem Millimeter fünf Schwarzstreifen enthalten sind (5 Linien/mm), entspricht die Raumfrequenz 10 Bildelementen. Mit 12 ist ein Größenvergleicher bezeichnet, während mit 13 ein Festspeicher (ROM) für eine Streuverteilungs-Halbton-Matrix bzw. Orts- Bewertungs- Matrix (Dither-Matrix) bezeichnet ist. Das korrigierte digitale Bildsignal und die in dem Festspeicher 13 gespeicherten Bewertungsmatrix-Daten werden mittels des Vergleichers 12 verglichen und es wird an einem Ausgangsanschluß 14 ein digitales 1-Bit-Bildsignal (1-Linien-Bildsignal) erzeugt. Der Ausgangsanschluß 14 für das digitale Bildsignal ist zur Reproduktion des Bilds direkt oder über einen (nicht gezeigten) Modulator mit einem nicht gezeigten Drucker verbunden.

Die Fig. 2 zeigt ein grundlegendes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Bildverarbeitungseinrichtung bzw. Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung, bei dem Ladungskopplungs-Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden. Sobald das Format der zu lesenden Vorlage größer wird, ist eine größere Ladungskopplungsvorrichtung notwendig. Tatsächlich ist jedoch aufgrund von Herstellungsschwierigkeiten einer Silicium-Vorrichtung eine große Ladungskopplungsvorrichtung schwierig herzustellen, und selbst wenn sie hergestellt werden kann, wird eine große Ladungskopplungsvorrichtung sehr teuer. Demnach werden zum Lesen einer Vorlage in großem Format gewöhnlich mehrere Ladungskopplungsvorrichtungen verwendet. Nach Fig. 2 sind zwei in der Fig. 1 gezeigte automatische Ausgleichs- bzw. Entzerrungseinrichtungen für das Bildsignal in dem Reproduktions- Frequenzbereich vorgesehen, wobei ein Parallel-Seriell-Umsetzer 28 abschließend an einem Ausgang 29 ein kontinuierliches digitales Video- bzw. Bildsignal erzeugt. Es ist jedoch wirtschaftlich nachteilig, eine Bildsignal- Verarbeitungsschaltung mit zwei Kanälen vorzusehen. Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Umrißlinien-Betonungsschaltungen 10 und 23 nach Fig. 2, die hinsichtlich des Schaltungsaufbaus am kompliziertesten sind und groß bemessen sind, durch eine einzige Umrißlinien-Betonungsschaltung 30 ersetzt sind, welche nach dem Zeitmultiplex-Verfahren gesteuert wird. Da die Pegelsteuerschaltungen, die Regelverstärkerschaltungen und die A/D-Umsetzer gesondert für die jeweiligen Ladungskopplungsvorrichtungen vorgesehen sind, können Abweichungen hinsichtlich der Ladungskopplungsvorrichtungen kompensiert bzw. korrigiert werden.

In den Fig. 2 und 3 bezeichnen 15 ein Objektiv, 16 eine Ladungskopplungsvorrichtung, 17 ein Videoverstärker, 18 eine automatische Pegelsteuerschaltung, 19 eine automatische Regelverstärkerschaltung, 20 eine Abschattungs- Korrekturschaltung, 21 ein A/D-Umsetzer, 22 eine Begrenzerschaltung, 23 und 30 die Digitalfilter, 24 ein Spitzenwert- Detektor, 25 ein Größenvergleicher und 26 ein Festspeicher für die Streuverteilungs-Halbton-Matrix bzw. Dither-Matrix. Diese Teile haben die gleichen Funktionen wie das Objektiv 2, die Ladungskopplungsvorrichtung 3, der Videoverstärker 4, die Pegelsteuerschaltung 5, die Regelverstärkerschaltung 6, die Abschattungs- Korrekturschaltung 7, der A/D-Umsetzer 8, die Begrenzerschaltung 9, die Umrißlinien-Betonungsschaltung 10, der Spitzenwert-Detektor 11, der Größenvergleicher 12 und der Festspeicher 13 nach Fig. 1. Mit 27 und 29 sind Bildsignal-Ausgangsanschlüsse bezeichnet, während 28 der Parallel-Umsetzer ist.

Nachstehend werden die Einzelheiten der Schaltungen gemäß den Fig. 1 bis 3 erläutert.

(1) Automatische Pegelsteuereinrichtung (ALC)

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Pegelsteuerschaltung (Pegelsteuereinrichtung) der Bildverarbeitungseinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein bestimmtes Schwarzsignal aus der Ladungskopplungsvorrichtung stabilisiert und auf einen bestimmten Pegel festgehalten, wobei ein Gesamtpegel verschoben wird.

Mit a ist ein Eingangsanschluß bezeichnet, mit bn (n=0, 1, 2 . . .) sind Ausgangsanschlüsse bezeichnet, mit 50 ist ein Addierer bezeichnet, mit 51 ist ein Multiplizierer bezeichnet und mit 52 ist ein A/D-Umsetzer bezeichnet, bei dem das angelegte analoge Signal mit Taktimpulsen R _T abgefragt wird. Für die Pegelsteuerschaltung ist der Multiplizierer 51 nicht erforderlich, jedoch muß der Multiplizierer 51 in der gezeigten Stufe eingefügt sein, wenn die Pegelsteuerschaltung mit der Regelverstärkerschaltung kombiniert wird. Der Addierer 50 erzeugt ein Ausgangssignal C=A+B. Das mittels des Addierers 50 und des Multiplizierers 51 verarbeitete analoge Videosignal wird mittels des A/D-Umsetzers 52 zu einem digitalen Signal wie beispielsweise einem 6-Bit-Signal quantisiert, das einem Größenvergleicher 53 zugeführt wird, in dem es mit Daten aus einem Vorwählschalter 54 verglichen wird. Der 6-Bit-Größenvergleicher kann leicht durch Kaskadenschaltung von 4-Bit-Vergleichern aufgebaut werden. Der Vorwählschalter 54 wird beispielsweise auf "000001" voreingestellt. Falls das Bildsignal "000000" ist, nimmt ein Ausgangsanschluß A<B den hohen Pegel "H" an, während ein Ausgangsanschluß A=B den niedrigen Pegel "L" annimmt. Falls das Bildsignal "000001" ist, nimmt der Ausgangsanschluß A<B den Pegel "L" an und der Ausgangsanschluß A=B den Pegel "H" an. Wenn das Bildsignal "000010" oder größer ist, nehmen beide Ausgangsanschlüsse den Pegel "L" an. Mit 55 ist ein Zähler bezeichnet, der durch ein Lese- Horizontal-Synchronisiersignal Φ _X der Ladungskopplungsvorrichtung zurückgestellt wird und die Bildelementsignal- Übertragungs-Taktimpulse Φ _T hochzählt, um damit ein Ausgangssignal an Anschlüssen Qn (n= 0, 1, 2, . . . ) zu erzeugen. Die Anzahl n der Bits wird so gewählt, daß sie für eine Absonderung des Bildbereichs der Ladungskopplungsvorrichtung 3 von dem bildfreien Schwarzpegel-Bereich ausreichend ist. Falls beispielsweise 12 Bits verwendet werden, können 4096 Bildelemente adressiert werden (eine Zeile von Bildelementen). Der Zähler 55 kann durch Kaskadenschaltung von drei 4-Bit-Synchronzählern aufgebaut werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wird als bildfreier Schwarzpegel ein von der in Fig. 26 gezeigten Ladungskopplungsvorrichtung erzeugter Bezugs-Schwarzimpuls BL-RF (Fig. 27) verwendet.

56 ist eine Schaltstufe, die eine logische Schaltung zum Addressieren einer Periode für einen bildfreien Bereich mit Schwarzpegel in dem Bildsignal darstellt. Die Schaltstufe kann eine UND-Schaltung mit vielen Eingängen aufweisen. Mit G ist ein Ausgangsanschluß bezeichnet, der mit einem UND-Glied 57 verbunden ist, um während der Schwarzpegel-Periode das Signal aus dem Ausgangsanschluß A<B zu schalten.

58 ist ein Vorwärts/Rückwärts- bzw. Zweiwegzähler. In den Zähler 58 wird mittels eines Vertikal-Synchronisiersignals COPY (das unmittelbar vor Beginn des Lesens einer jeweiligen Vorlagenseite erzeugt wird) ein an einem Vorwählschalter 58 eingestellter Datenwert eingelesen, wonach der Zähler 58 das Horizontal-Synchronisiersignal Φ _X hochzählt (oder zurückzählt). Ausgangssignale an Ausgangsanschlüssn QA bis QF des Zweiwegzählers werden einem Digital-Analog- bzw. D/A-Umsetzer 60 zugeführt, wo sie mittels der Übertragungs-Taktimpulse Φ _T in ein analoges Signal umgesetzt werden, das an einen zweiten Eingangsanschluß B des Addierers 50 angelegt wird.

Die Pegelsteuerung erfolgt folgendermaßen: Zu Beginn des Bildlesevorgangs werden die Daten aus dem Vorwählschalter 59 mittels des Signals COPY in der Zweiwegzähler 58 eingelesen. Die eingelesenen Daten werden direkt zu dem D/A-Umsetzer 60 übertragen, der sie in ein analoges Signal umsetzt. Das analoge Signal und das Bildeingangssignal werden in dem Addierer 50 zusammengesetzt, wonach die sich ergebende Summe mittels des A/D-Umsetzers 52 in ein digitales Signal umgesetzt wird. Falls der Schwarzpegel gleich oder größer als "000010" ist, nimmt der Ausgangsanschluß A<B den Pegel "L" an, so daß der Zweiwegzähler 58 in der Rückzählungs- Betriebsart arbeitet, bei der die eingelesenen Daten synchron mit dem Horizontal-Synchronisiersignal Φ _X zurückgezählt werden. Als Folge davon wird bei jeder Zeilenleseabtastung der Ladungskopplungsvorrichtung der Gleichspannungspegel des an den Eingangsanschluß des A/D-Umsetzers 52 angelegten Bildsignals abgesenkt. Wenn der Ausgangsanschluß A=B den Pegel "H" annimmt, nämlich der Schwarzpegel des Ausgangssignals des A/D-Umsetzers 52 gleich "000001" ist, erhält ein Eingang INH des Zählers 58 den Pegel "H", so daß der Zähler 58 zu zählen aufhört. Auf diese Weise wird der Schwarzpegel des Bildsignals auf "000001" verändert. Falls der Schwarzpegel des Ausgangs-Bildsignals des A/D-Umsetzers 52 zu "000000" wird, nimmt der Ausgangsanschluß A<B den Pegel "H" an, so daß der Zähler 58 in der Vorwärtszählungs-Betriebsart arbeitet, um damit den Gleichspannungspegel des Bildsignals anzuheben. Demzufolge wird der Schwarzpegel des Bildsignals auf "000001" gehalten. Die Einstellung des Vorwählschalters 59 wird so gewählt, daß dann, wenn der voreingestellte Wert der D/A-Umsetzung unterzogen wird, das umgesetzte analoge Signal dem Bildsignal hinzugefügt wird und die sich ergebende Summe zum Erzeugen des Schwarzpegels der A/D-Umsetzung unterworfen wird, der sich ergebende Schwarzpegel gleich der Einstellung des Vorwählschalters 54 ist oder dieser am nächsten kommt. Die Vorwählschalter 59 und 54 können vorteilhaft durch hexadezimal codierte Schalter gebildet sein.

Statt des Zählers 58 und des D/A-Umsetzers 60 kann ein Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals des Vergleichers 53 verwendet werden, wobei zur automatischen Pegelsteuerung das Ausgangssignal des Integrators dem Addierer 50 zugeführt wird. Alternativ kann vor dem A/D-Umsetzer eine geschlossene Schleife gebildet werden.

Da die Addierschaltung eine geschlossene Schleife bildet, kann der Wert des dem analogen Bildsignals mit einem vorbestimmten Pegel entsprechenden digitalen Bildsignals auf den vorgewählten Datenwert geführt werden. Die Pegelsteuerung erfolgt mit einer Genauigkeit von einem Bit des digitalen Bildsignal-Werts.

Die Gesamtdichte des reproduzierten Bilds kann durch Änderung der Einstellungen der Vorwählschalter 54 und 59 verändert werden.

(2) Automatische Verstärkungssteuereinrichtung (AGC)

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der Verstärkungsregelschaltung (Verstärkungssteuereinrichtung) der Bildverarbeitungseinrichtung zeigt.

Mit C ist ein Eingangsanschluß für das analoge Bildsignal bezeichnet, während mit bn (n=0, 1, 2, . . .) Ausgangsanschlüsse bezeichnet sind. 51 ist der analoge Multiplizierer, der nach der Gleichung

X · Y = Z (1)

arbeitet. Auf diese Weise kann eine Amplitude X des Bildsignals durch Änderung eines Gleichspannungspegels Y gesteuert werden. Demzufolge kann eine Differenz zwischen einem Maximalpegel und einem Minimalpegel (nämlich die Verstärkung oder der Kontrast) konstant gehalten werden.

In der Zeichnung sind durchgehend gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das mittels des A/D-Umsetzers 52 quantisierte Bildsignal wird einer Spitzenwert-Halteschaltung 61 zugeführt, deren Einzelheiten in der Fig. 18 gezeigt sind.

In der Fig. 18 sind mit vn Eingangssignale bezeichnet, während mit wn Ausgangssignale bei festgehaltenem Spitzenwert bezeichnet sind (n=0, 1, 2, . . .). 207 ist eine Zwischenspeicherschaltung, während 208 ein Größenvergleicher ist. Es sei nun angenommen, daß ein neues Eingangssignal vn angelegt wird, während Zwischenspeicher- Ausgänge QA bis QF einen bestimmten Wert festhalten. Diese Werte werden mittels des Größenvergleichers 208 verglichen. Falls das neue Eingangssignal vn größer ist, nimmt ein Ausgang A<B den Pegel "H" an, mit dem ein UND-Glied 209 durchgeschaltet wird.

Andererseits gelangen die während der Bildbereich-Periode von einem UND-Glied 210 durchgelassenen Taktimpulse Φ _T durch das UND-Glied 209 hindurch und werden an einen Einleseanschluß LD der Zwischenspeicherschaltung 207 angelegt. Als Folge hiervon wird von der Zwischenspeicherschaltung 207 der Datenwert des neuen größeren Eingangssignals als Spitzenwert gespeichert. Da die Zwischenspeicherschaltung 207 mittels des Horizontal-Synchronisiersignals Φ _X gelöscht wird, ist der vor dem Löschen gespeicherte Datenwert der Spitzenwert einer vorangehenden Zeile.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Spitzenwert-Halteschaltung deshalb angewendet, weil die automatische Verstärkungsregelung aufgrund des Signals erfolgt, das erzeugt wird, wenn der Hintergrund (Weißbereich) der Vorlage gelesen wird. Falls eine Normalweiß-Vorlage verwendet wird, kann die Spitzenwert- Halteschaltung weggelassen werden.

Nach Fig. 5 wird das hinsichtlich des Spitzenwerts festgelegte Bildsignal einem Größenvergleicher 62 zugeführt, wo es mit einem mittels eines Vorwählschalters 63 voreingestellten Datenwert verglichen wird. Beispielsweise wird an dem Vorwählschalter 63 ein Datenwert "111110" eingestellt. Mit 64 ist ein Vorwärts/Rückwärts- bzw. Zweiwegzähler bezeichnet, während mit 65 ein Vorwählschalter bezeichnet ist und mit 66 ein D/A-Umsetzer bezeichnet ist, wobei diese Elemente die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Elemente nach Fig. 4 haben. Der Vorwählschalter 65 bestimmt die Amplitude des Bildsignals, während der Vorwählschalter 63 einen Weißpegel-Spitzenwert des Bildsignals bestimmt, auf den das Bildsignal hinzuführen ist. Falls der Weißpegel- Spitzenwert des eingegebenen, hinsichtlich des Spitzenwertes bei dem vorangehenden Lesezyklus festgelegten Videosignals nicht die Einstellung "111110" des Vorwählschalters 63 erreicht, wird der Zähler 64 um "1" aufgestuft, um damit die Verstärkung des Multiplizierers 51 anzuheben; falls der Weißpegel-Spitzenwert des eingegebenen Bildsignals größer als die Einstellung des Vorwählschalters 63 ist, wird die Verstärkung des Multiplizierers verringert. Falls der Weißpegel-Spitzenwert des eingegebenen Bildsignals gleich der Einstellung des Vorwählschalters 63 ist, wird die bestehende Verstärkung des Multiplizierers 51 beibehalten.

Statt des Zählers 64 und des D/A-Umsetzers 60 kann ein Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals des Vergleichers 62 verwendet werden und für die automatische Verstärkungsregelung dem Multiplizierer 51 das Ausgangssignal des Integrators zugeführt werden.

Da die Multipliziererschaltung eine geschlossene Schleife bildet, läuft der aus dem eingegebenen analogen Bildsignal eines vorbestimmten Pegels umgesetzte digitale Bildsignal-Wert zu dem vorgewählten Datenwert, so daß das eingegebene analoge Signal immer auf stabile Weise verstärkt werden kann.

Durch Änderung der Einstellung des Vorwählschalters 63 kann der Kontrast des reproduzierten Bilds verändert werden.

(3) Begrenzerschaltung

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der Begrenzerschaltung 9 (Fig. 1) der Bildverarbeitungseinrichtung zeigt.

Mit dn sind Eingangsanschlüsse bezeichnet, während mit en Ausgangsanschlüsse bezeichnet sind (n= 0, 1, 2, . . .). 70 ist ein Größenvergleicher, 71 ist ein Vorwählschalter zur Begrenzung eines hohen Pegels (Weißpegels), 72 bis 77 sind ODER-Glieder, 78 ist ein Größenvergleicher, 79 ist ein Vorwählschalter zur Begrenzung eines niedrigen Pegels (Schwarzpegels) und 80 bis 85 sind UND-Glieder.

Der Vorwählschalter 170 wird auf beispielsweise "111011" voreingestellt. Falls ein Eingangssignal größer als die Einstellung ist, nimmt ein Ausgangsanschluß A<B des Größenvergleichers 70 den Pegel "H" an, so daß die Ausgangssignale der ODER-Glieder 72 bis 77 den Wert "111111" annehmen. Der Vorwählschalter 79 wird auf beispielsweise "000100" eingestellt. Falls das Eingangssignal kleiner als die Einstellung ist, nimmt ein Ausgangsanschluß A<B des Größenvergleichers 78 den Pegel "L" an, so daß die Ausgangssignale der UND-Glieder 80 bis 85 den Wert "000000" annehmen. Eine Eingabe/Ausgabekennlinie dieser Schaltung ist schematisch auf analoge Weise in der Fig. 19 dargestellt. Kurvenformen vor bzw. nach der Verarbeitung mittels der Begrenzerschaltung sind in Fig. 20A bzw. 20B gezeigt. Die Kurven sind auf analoge Weise dargestellt. Durch den Einsatz des Begrenzers (Filters) werden Störungen in dem Schwarzbereich und dem Meßbereich des Bilds unterdrückt, wobei Zeilenbereiche niedriger Amplitude bei dem von den Störungen befreiten Bildsignal in eine Kurvenform umgeändert werden können, die leicht in der später beschriebenen Umrißlinien-Betonungsschaltung angehoben bzw. betont werden kann. Demnach bietet das Anordnen der Begrenzerschaltung in einer der Umrißlinien-Betonungsschaltung vorhergehenden Stufe einen großen Vorteil.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das analoge Bildsignal in ein digitales Mehrbit-Signal umgesetzt; das digitale Signal, das unterhalb eines ersten vorbestimmten digitalen Werts liegt, wird auf einen digitalen Minimalwert gebracht, während das digitale Signal, das oberhalb eines zweiten vorbestimmten digitalen Werts liegt, auf einen digitalen Maximalwert gebracht wird. Als Folge hiervon werden Störungen in dem Schwarzbereich und dem Weißbereich des Bilds unterdrückt; die Zeilenbereiche niedriger Amplitude des von den Störungen befreiten Bildsignals können auf eine Kurvenform verändert werden, die leicht in der Umrißlinien- Betonungsschaltung hervorgehoben werden können. Der Begrenzer kann auch allein für den hohen Pegel oder allein für den niedrigen Pegel eingesetzt werden.

(4) Umrißlinien-Betonungsschaltung (I)

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild, das die Umrißlinien-Betonungsschaltung der Bildverarbeitungseinrichtung zeigt. Bei dieser Schaltung wird ein Transversalfilter verwendet. Bekanntermaßen kann die Umrißlinie dadurch betont bzw. hervorgehoben werden, daß der Laplace-Ausdruck

von einem ursprünglichen Bildsignal f(x, y) subtrahiert wird. Die Abweichung des Laplace-Ausdrucks für das Digitalbild ergibt sich zu

∇²f(i,j) = Δ²_X f(i,j) + Δ²_Y f(i,j) = f(i+1, j)+f(i-1,j)+f(i,j++1) + f(i,j-1)-4f(i,j). (3)

Die Fig. 12A veranschaulicht den Operator der Gleichung (3), wobei i eine Hauptabtastrichtung darstellt und j eine Unterabtastrichtung darstellt. "4" stellt einen Anhebungskoeffizienten für ein betreffendes Bildelement dar, während "-1" Anhebekoeffizienten für die Umgebungs-Bildelemente darstellt. Die Vorzeichen sind umgekehrt. Dem ursprünglichen Bildsignal kann ein negativer Laplace-Ausdruck addiert werden. Bei dem vorliegenden Beispiel sind ein Koeffizient zweiter Ordnung der partiellen Differenzierung in der Hauptabtastrichtung und ein Koeffizient der zweiten Ordnung der partiellen Differenzierung in der Unterabtastrichtung einander gleich.

Bei der Verwendung des unveränderten Operators für das Betonen der Umrißlinien ist jedoch das Auflösungsvermögen in der Hauptabtastrichtung von dem Auflösungsvermögen in der Unterabtastrichtung verschieden. Demzufolge ist ein Bild, das durch Lesen einer um 90° geschwenkten Vorlage reproduziert wird, von einem Bild verschieden, das durch Lesen der nicht geschwenkten Vorlage reproduziert wird. Der Grund hierfür wurde bei der Bildverarbeitungseinrichtung untersucht und es wurden die folgenden Umstände festgestellt:
Wenn ein Bild mittels einer eindimensionalen Ladungskopplungs-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 1 gelesen wird, erfolgt die Hauptabtastung auf elektrische Weise mittels eines internen Registers der Ladungskopplungsvorrichtung, während die Unterabtastung auf mechanische Weise durch Bewegen der Ladungskopplungsvorrichtung längs der Vorlage ausgeführt wird.

Ein Grund für die Verringerung des Auflösungsvermögens bei dem Lesen der Vorlage liegt in dem Auslösungsvermögen des Objektivs (Modulationsübertragungsfunktion) in der Unterabtastrichtung, jedoch kommt in der Hauptabtastrichtung die Verringerung des Auflösungsvermögens hinzu, die auf der Bestimmtheit eines Übertragungswirkungsgrads der Ladungskopplungsvorrichtung beruht. Als Folge hiervon ist das Auflösungsvermögen der Hauptabtastrichtung geringer als dasjenige in der Unterabtastrichtung. Als Beispiel sind in der Fig. 21 eine Raumfrequenzkennlinie 220 des Objektivs und der Ladungskopplungsvorrichtung und eine Raumfrequenzkennlinie 221 des Objektivs gezeigt. Bei der Raumfrequenzkennlinie des Objektivs ist die Modulationsübertragungsfunktion des Objektivs durch die Frequenz der Ladungskopplungsvorrichtungs-Übertragungs- Taktimpulse Φ _T normalisiert.

Wie aus der Fig. 21 ersichtlich ist, ist die Raumfrequenzkennlinie in der Hauptabtastrichtung derjenigen in der Unterabtastrichtung um einen Faktor zwei oder darüber unterlegen. Dementsprechend wird der Koeffizient bei der partiellen Differentiation in der Unterabtastrichtung so gewählt, daß er halb so groß wie der Koeffizient bei der partiellen Differentiation in der Hauptabtastrichtung ist, wie es in der Fig. 12B dargestellt ist. Eine Frequenzkennlinie eines durch Verbinden des Operators nach Fig. 12B mit dem Bildsignalpegel in der Hauptabtastrichtung abgeleiteten Bildsignals und die in Fig. 21 gezeigte Frequenzkennlinie 220 des Objektivs und der Ladungskopplungsvorrichtung werden miteinander multipliziert, um eine Frequenzkennlinie gemäß der Darstellung in der Fig. 22 zu erhalten. Eine Frequenzkennlinie eines durch Einsetzen des Operators nach Fig. 12B in der Unterabtastrichtung abgeleiteten Bildsignals mit der in Fig. 21 gezeigten Frequenzkennlinie 221 für das Objektiv werden miteinander multipliziert, um eine in Fig. 23 gezeigte Frequenzkennlinie zu erhalten. Die Fig. 22 zeigt eine zusammengesetzte Frequenzkennlinie für die Hauptabtastrichtung, während die Fig. 23 eine zusammengesetzte Frequenzkennlinie für die Unterabtastrichtung zeigt. Wenn der Operator nach Fig. 12B bei der Hauptabtastrichtung eingesetzt wird, kann der Operator bei der Unterabtastrichtung vernachlässigt werden.

Wenn eine Eingangskurvenform eine Cosinuswelle cos (ω, τ) ist, ergibt sich eine Frequenzübertragungsfunktion G( ω) in der Hauptabtastrichtung durch:

G( ω) = 3-2 cos (ω, τ). (4)

Gleichermaßen ergibt sich eine Frequenzübertragungsfunktion H( ω) des Filters bei der Unterabtastrichtung durch:

H( ω) = 1,5-cos (ω, τ). (5)

Hierbei ist r eine feste Verzögerungszeit.

Der vorstehend beschriebene Rechenvorgang wird in der in Fig. 7 gezeigten Schaltung ausgeführt. Wenn der Koeffizient der partiellen Differentiation in der Hauptabtastrichtung mit M bezeichnet ist und der Koeffizient der partiellen Differentiation in der Unterabtastrichtung mit N bezeichnet ist, so kann der Rechenvorgang folgendermaßen ausgedrückt werden:

Δ²f(i,j) = M Δ²_X f(i,j) + N Δ²_Y f(i,j) = Mf(i+1, j)
+Mf(i-1, j) + Nf(i,j+1) + Nf(i,j-1)-2(M+N)f(i,j) (6)

Der Koeffizient des Rechenvorgangs für ein in Betracht gezogenes Bildelement A ist in der Fig. 13 gezeigt. In der Fig. 7 ist mit 100 ein Schieberegister bezeichnet, das eine Zeile des Bildsignals verzögert. 101 ist ein Schieberegister, 102 ist ein Zwischenspeicher, der eine Zeile des Bildsignals verzögert, 103 bis 106 sind Zwischenspeicher, 107 und 109 sind Addierer und 108 und 110 sind Multiplizier-Schaltungen. Die Multiplizier- Schaltungen 108 und 110 haben Multiplikationsfaktoren "2". Ihre besonderen Schaltungsaufbauten sind in der Fig. 10 gezeigt, gemäß der die Datenleitungen einfach verschoben werden. In der Fig. 10 sind On Eingangsleitungen, während Pn Ausgangsleitungen sind.

111 und 112 sind Subtrahierer, die durch Addierer mit "2"-Komplementär-Einrichtungen gemäß der Darstellung in Fig. 9 ersetzt werden können; in der Fig. 9 ist 150 ein Addierer, während 152 bis 157 Inverter sind. In der Fig. 7 sind mit 113 und 115 Multiplizierschaltungen bezeichnet, die Parallel-Multiplizierschaltungen gemäß der Darstellung in Fig. 11 sein können; in der Fig. 11 sind mit 160 bis 164 Addierer bezeichnet, während mit 165 bis 200 UND-Glieder bezeichnet sind. In der Fig. 7 sind 114 und 116 Vorwählschalter. Der Koeffizient N wird an dem Schalter 114 voreingestellt, während der Koeffizient M an dem Schalter 116 voreingestellt wird. 117 ist ein Addierer, während 131 eine Multiplizierschaltung ist, die gemäß der Darstellung in der Fig. 11 aufgebaut sein kann. Ein Datenwert aus dem Spitzenwert-Detektor 11 (der nachstehend anhand der Fig. 17 beschrieben wird) wird mit einem Multiplikator multipliziert, was später erläutert wird. 118 ist ein Addierer und 119 ist ein Zwischenspeicher.

Die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 7 wird nun anhand der Fig. 28 erläutert. Zunächst wird der Rechenvorgang bei der Unterabtastrichtung erläutert. Die Schieberegister 100 und 101 speichern jeweils eine Ladungskopplungsvorrichtung-Hauptabtastungs-Zeile der um eine Zeile verzögerten Bilddaten. Die Ausgangssignale der Zwischenspeicher 104 bis 106 für die jeweiligen Bildelemente sind in Fig. 28 bei a bis c dargestellt. Die Ausgangssignale a bis c werden gemäß der Gleichung "2 b-(a+c)" verarbeitet, um ein hinsichtlich der Umrißlinien betontes Ausgangssignal d zu erzeugen. Das Ausgangssignal d wird mittels der Multiplizierschaltung 113 mit dem Koeffizienten N multipliziert, um den Pegel des Ausgangssignals d zu ändern. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 113 wird dem Addierer 117 zugeführt, wo es der verarbeiteten Kurvenform für die Hauptabtastrichtung hinzugefügt wird. In der Multiplizierschaltung 113 wird die verarbeitete Kurvenform hinsichtlich der Raumfrequenz korrigiert, wie es später erläutert wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 131 wird dem Ausgangssignal des Zwischenspeichers 102 mittels des Addierers 118 hinzugefügt, der ein Summenausgangssignal e erzeugt. Auf diese Weise werden mittels des Koeffizienten N für die Unterabtastrichtung der Bilddaten hinsichtlich der Umrißlinien angehoben bzw. betont.

Die Funktion bei der Hauptabtastrichtung wird gleichermaßen ausgeführt, wobei an dem Ausgang der Multiplizierschaltung 115 die Bilddaten abgegeben werden, die hinsichtlich der Umrißlinien mittels des Koeffizienten M betont sind.

Durch Verarbeitung des Differentiationskoeffizienten für die Hauptabtastrichtung und des Differentiationskoeffizienten für die Unterabtastrichtung mittels unabhängiger Multiplizierschaltungen werden optimale Defokussierungskorrekturen sowohl in Vertikalrichtung als auch in Horizontalrichtung erzielt. Die Multiplizierschaltung 131 wird dafür verwendet, die Differentiations-Koeffizienten M und N gleichzeitig und proportional zu verändern. An die Multiplizierschaltung 131 wird ein Steuersignal zur selbsttätigen Entzerrung in der Frequenzdomäne angelegt. Die Vorwählschalter 114 und 116 können durch Steuerleitungen ersetzt werden. In diesem Fall können dann, wenn der Differentiations-Koeffizient M 2′′ mal so groß wie der Differentiationskoeffizient N ist, die Signalleitungen einfach verschoben werden. Ansonsten kann in eine der Steuerleitungen eine (nicht gezeigte) Multiplizierschaltung eingefügt werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hebt die Umrißlinien-Betonungsschaltung für das in Betracht gezogene Bildelement und die Umgebungs-Bildelemente die Umrißlinie des Videosignals in der Hauptabtastungs- Zeile und der Unterabtastungs-Zeile hervor. Auf diese Weise erfolgt eine Defokussierungs-Korrektur in allen Richtungen. Da der Differentiations-Koeffizient M, der die Korrekturkoeffizient für den Vorgang der Umrißlinien-Betonung für die Hauptabtastung ist, in der Umrißlinien-Betonungsschaltung so gewählt wird, daß er größer als der Differentiations-Koeffizient N in der Unterabtastrichtung ist, sind die Auflösungsvermögen des reproduzierte Bilds in der Hauptabtastrichtung und in der Unterabtastrichtung einander gleich. Demgemäß sind das durch Lesen der um 90° gedrehten Vorlage reproduzierte Bild und das durch Lesen der nicht gedrehten Vorlage reproduzierte Bild miteinander identisch.

Da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die mittels des Begrenzers bzw. der Begrenzerschaltung 9 verarbeiteten Bilddaten für die Betonung der Umrißlinien verarbeitet werden, wird vermieden, daß Fleckenstörungs- Daten oder Daten von unerwünschten Flecken an dem Vorlagenhintergrund hervorgeschoben werden.

(5) Umrißlinien-Betonungsschaltung (II)

Die in Fig. 7 gezeigte Umrißlinien-Betonungsschaltung macht eine große Anzahl von Komponenten erforderlich. Eine große Anzahl von Komponenten ist insbesondere dann notwendig, wenn gemäß der Darstellung in Fig. 2 in der Leseeinrichtung mehrere Ladungskopplungsvorrichtungen enthalten sind. Durch Nutzung einer Eigenschaft der digitalen Schaltung kann gemäß der Darstellung in der Fig. 3 eine einzige Umrißlinien- Betonungsschaltung im Zeitmultiplex-Betrieb verwendet werden. Eine Ausführungsform dieser Schaltung wird nun beschrieben.

Die Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel für die Umrißlinien-Betonungsschaltung zeigt, das nach dem Zeitmultiplex-Verfahren betrieben werden kann. Mit h und i sind digitale Signale bezeichnet, die aus den aus parallel betriebenen Ladungskopplungsvorrichtungen abgeleiteten Eingangs-Videosignalen durch A/D-Umsetzung gewonnen werden. Die Signale werden abwechselnd mittels eines Multiplexers 120 angewählt. Die Schalttaktfrequenz des Multiplexers 120 ist zweimal so groß wie diejenige der Übertragungs- Taktimpulse Φ _T des Bildsignals. Das Bildsignal an der einzigen Ausgangsleitung des Multiplexers 120 wird gefiltert und dann mittels eines Demultiplexers 128 auf zwei Signalleitungen entschachtelt. 129 und 130 sind Zwischenspeicher, während j und k Ausgangssignale der Zwischenspeicher sind. Der Demultiplexer 128 wird mit einer Taktfrequenz von 2 Φ _T betrieben, während die Zwischenspeicher 129 und 130 mit einer Taktfrequenz von Φ _T betrieben werden. Alle Elemente zwischen dem Multiplexer 120 und dem Demultiplexer 128 werden mit der Taktfrequenz 2 Φ _T betrieben. Die Elemente mit der gleichen Funktion wie diejenigen nach Fig. 7 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Schieberegister 100 und 101 verzögern jeweils nur eine halbe Zeile des Bildsignals, da abwechselnd zwei Bildsignale gewählt werden. Demgemäß sind den Schieberegistern 100 bzw. 101 Verzögerungsleitung-Schieberegister 121 bzw. 122 hinzugefügt. Ferner sind Zwischenspeicher 123 bis 127 hinzugefügt. Die Zwischenspeicher 102 und 123 sind beispielsweise deshalb erforderlich, weil die Ausgabedaten des Zwischenspeichers 123 und die Ausgabedaten des Schieberegisters 121 aus der Ladungskopplungsvorrichtung des gleichen Kanals kommen. Die anderen Bauelemente sind mit denjenigen nach Fig. 7 identisch. Demgemäß kann im Vergleich zur Verwendung von zwei gesonderten digitalen Umrißlinien-Betonungsschaltungen die Anzahl der Komponenten wesentlich verringert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 werden zwar zwei Bildsignale benutzt, jedoch können durch Hinzufügen der Schieberegister und der Zwischenspeicher in Abhängigkeit von der Anzahl der Bildsignale drei oder mehr Bildsignale gleichermaßen verarbeitet werden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat mehrere Abbildungs- bzw. Bildaufnahmevorrichtungen zum Lesen des Vorlagenbilds, den A/D-Umsetzer für die Umsetzung der Ausgangs-Bildsignale der Bildaufnahmevorrichtungen in digitale Bildsignale, dem Multiplexer für die Wahl der digitalen Bildsignale nach dem Zeitmultiplex- Verfahren, die Umrißlinien-Betonungsschaltung zum Hervorheben der Umrißlinien durch Vergleich des verzögerten digitalen Ausgangssignal des Multiplexers mit dem benachbarten digitalen Signal und den Demultiplexer zum Entschachteln des Ausgangssignals der Betonungsschaltung auf mehrere Ausgänge entsprechend den jeweiligen Umsetzern. Demgemäß ist nur eine Umrißlinien-Betonungsschaltung notwendig, so daß daher die Anzahl der Baukomponenten verringert ist und demnach die Kosten verringert sind.

(6) Selbsttätige Entzerrung des Bildsignals in der Frequenzdomäne

Die in Fig. 21 gezeigte Modulationsübertragungsfunktion bzw. Raumfrequenzkennlinie 221 des Objektivs und die Frequenzkennlinie der Ladungskopplungsvorrichtung 3 einschließlich des Objektivs sind nicht ständig konstant; vielmehr ist die Frequenzkennlinie aufgrund von Änderungen der Halbleitervorrichtung wie der Ladungskopplungsvorrichtung veränderlich. Die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) des Objektivs 2 wird grundsätzlich durch eine geringfügige Defokussierung beeinträchtigt. Wenn die Lichtmenge durch die Blendenöffnung des Objektivs gesteuert wird, wird die Modulationsübertragungsfunktion abgesenkt, sobald die Blendenöffnung vergrößert wird. Es ist schwierig, diese veränderbaren Faktoren der Frequenzkennlinie von Hand zu korrigieren.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Bildsignal auf automatische Weise in der Frequenzdomäne ausgeglichen bzw. entzerrt.

Zur automatischen Entzerrung des Bildsignals in der Frequenzdomäne wird die Frequenzkennlinie des Bildsignals in der Hauptabtastrichtung gemessen. Wenn in der Umrißlinien-Betonungsschaltung für die Hauptabtastrichtung das digitale Filter zweiter Ordnung verwendet wird (nämlich zwei Multiplizierer enthalten sind), kann der Koeffizient aus den Frequenzkennlinien an beliebigen drei Stellen bestimmt werden. Wenn gemäß der Darstellung in der Fig. 13 der Koeffizient um das in Betracht zu ziehende Bildelement herum symmetrisch ist, sind die Frequenzkennlinien an zwei Stellen ausreichend.

Zur Messung des Bildsignals unter Einschluß des optischen Systems wird eine Einstellkarte gemäß der Darstellung in der Fig. 14 hergestellt. Die untere Hälfte der Einstellkarte zeigt ein Muster mit niedriger Raumfrequenz, während die obere Hälfte ein Muster mit einer Raumfrequenz zeigt, die gleich oder nahe einer Nyquist- Grenze ist. Die untere Hälfte kann gänzlich schwarz sein. Diese Einstellkarte wird abgelesen und es werden zur Bestimmung der Übertragungskennlinie des Bildsignals ein Spitzenwert V _LF des Schwarzpegels in der unteren Halbfläche und ein Spitzenwert V _HF des Schwarzpegels in der oberen Halbfläche abgefragt und festgehalten. Das Bildsignal wird in der Frequenzdomäne auf automatische Weise dadurch entzerrt bzw. ausgeglichen, daß der Differentiations-Koeffizient (Multiplikator der Multiplizierschaltung 131) der Umrißlinien-Betonungsschaltung (Digitalfilter) nach Fig. 7 vergrößert oder vermindert wird, bis der Unterschied zwischen V _LF und V _HF den Wert "0" erreicht.

Die Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spitzenwert-Detektors, der zur Steuerung der Multiplizierschaltung 131 die Spitzenwert V _LF und V _HF vergleicht. tn(n= 0, 1, 2, . . .) sind Bildsignal-Eingangsanschlüsse, un sind Ausgangsanschlüsse für ein Differentiations-Koeffizient-Steuerausgangssignal und 201 und 202 sind Spitzenwert- Halteschaltungen, die Schaltungen gemäß der Darstellung in der Fig. 18 sein können. Die Spitzenwert- Halteschaltung 201 speichert den Spitzenwert V _LF. Mit V _LF EN ist ein Freigabesignal bezeichnet, das zeitlich gemäß der Darstellung in Fig. 15 gesteuert ist. Die Spitzenwert-Halteschaltung 202 speichert den Spitzenwert V _HF , mit V _HF EN ist ein Freigabesignal bezeichnet. Ein Ausgangssignal V _LF PEAK der Halteschaltung 201 und ein Ausgangssignal V _HF PEAK der Halteschaltung 202 sind in der Fig. 15 in analoger Form dargestellt. Die Ausgangssignale V _LF PEAK und V _HF PEAK werden mittels eines Größenvergleichers 203 verglichen. 204 ist ein Zweiwegzähler, der das Horizontal-Synchronisiersignal Φ _X zählt. 205 ist ein Vorwählschalter, mit dem ein Anfangs-Differentiations-Koeffizient für die Multiplizierschaltung 131 eingestellt wird. Die Einstellung des Vorwählschalters 205 wird durch das Vertikal-Synchronisiersignal COPY in den Zähler 204 eingelesen. 206 ist ein Zwischenspeicher. Der Spitzenwert-Detektor 11 nach Fig. 17 ist bei 11 in Fig. 1 angeordnet. Ferner ist der Detektor bei 11 in den Fig. 7 und 8 angebracht, um den Multiplikator der Multiplizierschaltung 131 zu steuern. Das Eingangssignal des Spitzenwert-Detektors 11 nach Fig. 7 kann das Ausgangssignal g des Zwischenspeichers 119 sein. Die Multiplizierschaltung 131 hat unterschiedliche Bewertungen (Amplituden) für das Summenausgangssignal des Differentiations-Koeffizienten der Hauptabtastrichtung und das Summenausgangssignal des Differentiations-Koeffizienten der Unterabtastrichtung. Die Korrektur der Frequenzkennlinie bei der Unterabtastrichtung hängt von der Korrektur bei der Hauptabtastrichtung ab. Ein der Hauptabtastrichtung und der Unterabtastrichtung gemeinsamer Defokussierungs-Faktor wie die Modulationsübertragungsfunktion des Objektivs kann mittels dieses Systems bis zu einem praktisch ausreichenden Ausmaß korrigiert bzw. kompensiert werden. Bei der Schaltung nach Fig. 7 können zwei Spitzenwert-Detektoren 11 vorgesehen werden, und zwar einer für die Hauptabtastrichtung und einer für die Unterabtastrichtung, um die Multiplizierschaltungen 113 und 115 unabhängig voneinander zu steuern. In diesem Fall wird die Frequenzkennlinie für die Unterabtastrichtung mittels einer (nicht gezeigten) Einstellkarte gemessen, die eine um 90° gedrehte Ausführung der in Fig. 14 gezeigten Einstellkarte ist.

In dem in Fig. 15 gezeigten Zeitdiagramm für die automatische Entzerrung entsprechen Bezeichnungen a, b, c, d und e den schwarzen Linien a, b, c, d bzw. e auf der in Fig. 14 gezeigten Einstellkarte. Bei der Abtastung der ersten Zeile ist das Ausgangs-Bildsignal ein Duplikat des Eingangs-Bildsignals, jedoch ist bei der Abtastung der zweiten Zeile die Amplitude V _HF des Bildsignals mit der höheren Raumfrequenz an die Amplitude V _LF des Bildsignals mit der niedrigeren Raumfrequenz angeglichen. Dies veranschaulicht, daß der Ausgleich bzw. die Entzerrung ausgeführt worden ist.

Die Fig. 16 ist ein Zeitdiagramm, das die automatische Entzerrung in dem Fall zeigt, daß gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 zwei Ladungskopplungs-Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden. Nach der Entzerrung wird der Zählvorgang des Zweiwegzählers 204 mittels einer nicht gezeigten Ablaufsteuereinheit beendet. Auf diese Weise kann die Übertragungskennlinie des Bildsignals unter Einschluß des optischen Systems automatisch in der Frequenzdomäne ausgeglichen bzw. entzerrt werden. Es wurde zwar ein Entzerrungsfilter (Digitalfilter) zweiter Ordnung beschrieben, jedoch kann zu einer genaueren Entzerrung des Bildsignals ein Filter dritter oder höherer Ordnung verwendet werden. Bei der in Fig. 14 gezeigten Einstellkarte sind die Muster für die niedrige Raumfrequenz und die hohe Raumfrequenz getrennt angeordnet; diese Muster können jedoch gemischt angeordnet werden, solange sie mittels eines geeigneten Bandpaßfilters getrennt werden können. Das gleich gilt für die Unterabtastrichtung. In dem Fall kann das Bandpaßfilter ein Analogfilter oder Digitalfilter sein, jedoch ist das Digitalfilter für die Messung der Frequenzkennlinie bei der Unterabtastrichtung geeignet.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Übertragungskennlinie des Bildsignals unter Einschluß des optischen Systems auf automatische Weise in der Raumfrequenz-Domäne entzerrt werden.

Das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors kann folgendermaßen verwendet werden: Bei einem ersten Beispiel wird das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors halbiert, um es als einen Bezugspegel eines Vergleichers zu verwenden, der das Ausgangssignal der Ladungskopplungsvorrichtung zum Digitialisieren desselben empfängt. Bei einem zweiten Beispiel wird das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors angezeigt. Bei einem dritten Beispiel wird das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektors an der Stelle der Ausgangssignale der Vorwählschalter 114 und 116 verwendet. Bei diesem Beispiel kann ein niedriger Pegel des Hintergrunds erfaßt werden, so daß der Hintergrundpegel angehoben wird.

Anhand der Fig. 24 wird in Einzelheiten eine Regelverstärkerschaltung mit Abschattungs-Korrekturfunktion erläutert.

Die Fig. 24 ist ein Blockschaltbild einer Abschattungs-Korrekturschaltung. 3 ist die Ladungskopplungsvorrichtung, in der in jeweiligen Zellen gespeicherte Ladungen synchron mit einem Synchronisiersignal Φ _R zu Übertragungs-Schaltgliedern verschoben werden und die Ladungen synchron mit den Übertragungs-Taktimpulsen Φ _T Bit für Bit übertragen werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. 4 ist der Gleichspannungs-Videoverstärker, der eine automatische Pegelsteuerschaltung für die vorangehend beschriebene Stabilisierung des Schwarzpegels enthalten kann. 6 ist die automatische Verstärkungsregelschaltung bzw. Regelverstärkerschaltung für die Stabilisierung und Steuerung des Verstärkungsgrads für ein Ausgangssignal V _c des Videoverstärkers 4. 104 ist ein Bezugsspannungsgeber, der mit Hilfe von Potentiometern n Bezugsspannungen V₁, V₂, . . . V _n abgibt. 105 ist ein Multiplexer, der entsprechend einem Bezugsspannungs-Wählsignal Φ _M eine Bezugsspannung V _i anwählt (i= 1, 2, . . . n). 106 ist ein Integrator, der die Bezugsspannung V _i integriert und eine Ausgangsspannung V _s erzeugt. Sobald das Synchronisiersignal Φ _R angelegt wird, wird unabhängig von der Bezugsspannung V _i die Ausgangsspannung V _s auf "0" zurückgeschaltet. 107 ist ein Taktgeber und 108 ist ein Zähler. Wenn die Gesamtanzahl der Bits der Zellen der Ladungskopplungsvorrichtung 3 beispielsweise 1024 (= 2¹⁰) ist, weist der Zähler 108 zehn Binärzähler auf. Für das Bezugsspannungs-Wählsignal Φ _M werden einige Bits höherer Ordnung von den Binärzählern verwendet. Wenn das Synchronisiersignal Φ _R angelegt wird, werden die Binärzähler auf "0000000000" zurückgestellt. 109 ist ein Ausgangsanschluß für ein Videosignal V₀, während 110 ein Eingangsanschluß für das Synchronisiersignal Φ _R ist. Im Hinblick auf die Genauigkeit der Segment-Annäherung und die Kosten wird die Anzahl n der Bezugsspannungen des Bezugsspannungsgebers 104 so gewählt, daß sie gleich 2^K ist (K= 2-4). Bei der n-Stellen-Segment-Annäherung werden K Bits hoher Ordnung des Zählers 108 verwendet. Beispielsweise werden als Bezugsspannungs-Wählsignal für eine Vierpunkte-Segment-Annäherung zwei Bits hohen Werts aus dem Zähler 108 verwendet. Es wird vorausgesetzt, daß die Verstärkung G der Regelverstärkerschaltung 6 eine lineare Funktion der integrierten Ausgangsspannung V _s ist. Das heißt, es gilt

G = KV _s, (7)

wobei K eine Konstante ist. Demgemäß kann das Bildausgangssignal V₀ als eine Funktion des Ladungskopplungsvorrichtungs- Ausgangssignals V _c folgendermaßen ausgedrückt werden:

V₀ = KV _s V _c, (8)

Wenn das Ausgangssignal V _c der Ladungskopplungsvorrichtung eine Abschattungskomponente enthält, kann es allgemein folgendermaßen ausgedrückt werden:

V _c′ = ζν _c, (9)

wobei ζ ein Abschattungskennwert ist und ν _c die tatsächliche Bildinformation ist. Demgemäß kann durch Einbringen eines Umkehrungskennwerts des Abschattungskennwerts in die integrierte Ausgangsspannung V _s der Abschattungskennwert ausgeschaltet werden, nämlich dann, wenn folgende Gleichung gilt:

V _s = 1/ζ, (10)

es gilt dann nämlich:

V₀ = KV _s · V _c = K 1/ζ · ζ · ν _c = K ν _c. (11)

Auf diese Weise kann bei dem Bildausgangssignal V₀ der Abschattungs-Anteil ausgeschaltet werden. Tatsächlich ist es schwierig, eine genaue Umkehrungs-Abschattungskennlinie 1/ζ zu erzielen, jedoch ist in der Praxis eine Segment-Annäherung an 4 bis 16 Punkten brauchbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Vierpunkte-Segment-Annäherung (n=4) wird nun erläutert.

Die Fig. 25 stellt ein Zeitdiagramm für die Vierpunkte-Segment-Annäherung dar. Die Anzahl der Bildzellen je Zeile bei der Ladungskopplungsvorrichtung 3 wird beispielsweise zu 1024 Bits gewählt. Der Zustand des Zählers 108 ist als CNT in Binärdarstellung gezeigt; die beiden höchstwertigen Bits von CNT werden als Bezugsspannungs-Wählsignal Φ _M verwendet, das in Dezimaldarstellung gezeigt ist. Da die 1024 Bits der Zellen der Bildempfangsvorrichtung gleichmäßig durch "4" geteilt werden, werden aufeinanderfolgend durch Anlegen des Wählsignals Φ _M an den Multiplexer 105 die Bezugsspannung ν₁ bis ν₄ gewählt. Die Abtastzeit der Ladungskopplungsvorrichtung ist mit T bezeichnet. Der Zähler 108 wird durch die abfallende Flanke des Synchronisiersignals Φ _R zurückgesetzt, um damit die Abtastung zu beginnen. Eine Integrationskonstante des Integrators 106 ist mit n/T gegeben.

Die integrierte Ausgangsspannung V _s zu einer gegebenen Zeit t (für die

gilt, wobei Φ _M dezimal angegeben ist) wird folgendermaßen ausgedrückt:

Falls beispielsweise Φ _M=2 ist, nämlich T<t≧ T, gilt ist

Gleichermaßen gilt bei t=T:

V _s = ν₁ + n₂ + ν₃ + ν₄. (14)

Demgemäß wird eine integrierte Ausgangsspannung V _s erzeugt, die der Darstellung durch den Segment- Linienzug L in Fig. 25 entspricht.

Um die integrierte Ausgangsspannung V _s in Segmenten anzunähern, wie es durch die Gleichung (10) dargestellt ist, müssen die Bezugsspannungen ν₁ bis ν _n so gewählt werden, daß die jeweiligen Orte von ν _s mit 1/ζ übereinstimmen. Da sowohl V _s als auch ζ Funktionen der Zeit sind, sind sie durch V _s (t) bzw. ζ (t) gegeben. Damit sind die Orte der Segment-Annäherung durch

gegeben. Aus der Gleichung (12) folgt:

Durch Einsetzen der Gleichung (15) in die Gleichung (10) ergibt sich:

demgemäß gilt:

Somit kann durch die Wahl der Bezugsspannungen entsprechend der Darstellung in den Gleichungen (16) die Abschattung korrigiert werden.

Die Fig. 26 ist eine Blockdarstellung des linearen bzw. Zeilen-Sensors der Ladungskopplungs-Bildaufnahmevorrichtung (C ⁴D von Fairchild Semiconductor Corporation). Der Belichtungsabschnitt ist mit a bezeichnet und sammelt elektrische Ladung, die dem empfangenen Lichtpegel entspricht, wenn der Sensor belichtet wird; b ist ein Übertragungsabschnitt mit einem Schieberegister, das zur seriellen Übertragung einer elektrischen Ladung verwendet wird; c ist ein Generatorabschnitt, in dem Taktimpulse erzeugt werden, die für die Übertragung verwendet werden; d ist eine Schaltung, in der die übertragenen Daten aufeinanderfolgend abgerufen und gespeichert werden.

Der Vorgang der Datenübertragung wird anhand des in Fig. 27 gezeigten Zeitdiagramms für das Ladungskopplungsvorrichtungssignal beschrieben. Die Fotonen, die über eine vorbestimmte Zeit in den Belichtungsabschnitt a nach Fig. 26 gesammelt wurden, werden für jede Zelle des Belichtungsabschnitts a gleichzeitig mittels des in Fig. 27 gezeigten Impulses Φ _X zu dem Schieberegister b übertragen. Φ _T in Fig. 27 sind die Übertragungs- Taktimpulse für das Schieberegister b. Die übertragenen Daten werden aufeinanderfolgend in die Speicherschaltung d nach Fig. 26 übertragen und dann ausgegeben. Φ _R nach Fig. 27 sind Rückstellimpulse für die Speicherschaltung d. V _out nach Fig. 27 ist ein Bildsignal, das neben dem tatsächlichen Bildsignal das Bezugs- Schwarzpegel-Signal BL-RF und ein Bezugs-Weißpegel-Signal WT-RF enthält. Diese Bezugssignale sind Impulse an der rechten Seite eines Auslesesignal VDS in Fig. 27 und werden von der Ladungskopplungsvorrichtung selbst gegeben. Ein hoher Pegel EOS eines Signals V _EOS, das in der Fig. 27 gezeigt ist, stellt das Ende des Abtastsignals dar und wird jedesmal zum Abschluß der Abtastung ausgegeben.

Bei der Übertragungs-Abtastung einer Zeile gibt die Speicherschaltung d das Signal BL-RF mit niedrigem Pegel, danach das Auslesesignal VDS, erneut das Signal BL-RF und schließlich das Signal WT-RF mit dem hohen Bezugs-Weißpegel als Ausgangssignal V _out ab. Zugleich wird mit dem Signal V _EOS der hohe Pegel erfaßt und für die einzelne Zeile das Endsignal EOS abgegeben. Das Ausgangssignal V _out wird in den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Videoverstärker eingegeben.

Die Bildverarbeitungseinrichtung besitzt somit einen Bildsignalgeber zur Erzeugung eines analogen Bildsignals, einen Umsetzer zum Umsetzen des von dem Bildsignalgeber erzeugten analogen Bildsignals in ein digitales Bildsignal, einen Vergleicher zum Vergleich des Bildsignals mit vorbestimmten Bezugswerten und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Bildsignals entsprechend einem Ausgangssignal des Vergleichers in der Weise, daß der Pegel und die Verstärkung des Bildsignals auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Claims

1. Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines mehrere charakteristische Werte enthaltenden analogen Signals, einem Analog/Digital-Umsetzer zum Umsetzen des eingegebenen analogen Signals in ein erstes Digitalsignal und einer digitalen Verarbeitungseinrichtung, die das erste Digitalsignal einer vorbestimmten digitalen Verarbeitung zur Erzeugung eines zweiten Digitalsignals unterzieht, gekennzeichnet durch
eine Pegelsteuereinrichtung (50, 53 bis 60), die zum Vergleich des mit einem der charakteristischen Werte in Beziehung stehenden Werts des ersten Digitalsignals mit einem ersten vorbestimmten Digitalwert für die Erzeugung eines der Steuerung des Pegels des eingegebenen analogen Signals dienenden ersten Rückkopplungssignals ansteuerbar ist, und
eine Verstärkungssteuereinrichtung (51, 61 bis 66), die zum Vergleichen des mit einem anderen der charakteristischen Werte in Beziehung stehenden Werts des ersten Digitalsignals mit einem zweiten vorbestimmten Digitalwert für die Erzeugung eines der Steuerung der Verstärkung des eingegebenen analogen Signals dienenden zweiten Rückkopplungssignals ansteuerbar ist.

2. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelsteuereinrichtung (50, 53 bis 60) eine Addierschaltung (50) zum Addieren des ersten Rückkopplungssignals mit dem eingegebenen analogen Signal aufweist.

3. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung (51, 61 bis 66) eine Multiplizierschaltung (51) zum Multiplizieren des eingegebenen analogen Signals mit dem zweiten Rückkopplungssignal aufweist.

4. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eingegebene analoge Signal ein Bildsignal darstellt.

5. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine charakteristische Wert des ersten Digitalsignals einen Bezugs-Schwarzpegel darstellt.

6. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der andere charakteristische Wert des ersten Digitalsignals dem Weißpegel entspricht.

7. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung (51, 61 bis 66) eine Spitzenwertdetektoreinrichtung (61, 62, 63) zum Ermitteln des Spitzenwerts des ersten Digitalsignals aufweist und für einen Vergleich des Spitzenwerts mit dem zweiten vorbestimmten Digitalwert ansteuerbar ist.

8. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Verarbeitungseinrichtung eine Umrißlinien-Betonungsschaltung (10) aufweist.

9. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Verarbeitungseinrichtung eine Zitter-Verarbeitungsschaltung (12, 13) umfaßt.

10. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leseeinrichtung (2, 3) zum Lesen eines zu lesenden Bilds für die Erzeugung eines Bildsignals vorhanden ist.