DE3203559C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Umsetzen von analogen Abtastsignalen in binäre Rechtecksignale - Google Patents

Abstract

Die Umsetzung von analogen Abtastsignalen (A), die beim optoelektrischen Abtasten einer Vorlage (V) erzeugt werden, in binäre Rechtecksignale (12), erfolgt dadurch, daß die analogen Abtastsignale (A) mit mindestens einem Schwellenwert (SW) verglichen werden, und beim Über- oder Unterschreiten des Schwellenwertes (SW) die Rechtecksignale (12) erzeugt werden. Der Schwellenwert (SW) ist in Abhängigkeit von den Abtastsignalen (A) veränderbar, und er wird durch eine arithmetische Mittelung der Momentanwerte der Abtastsignale (A) erzeugt. Infolge der für die Mittelung erforderlichen Zeitdauer werden die Abtastsignale (A) verzögert, und erst dann mit dem jeweiligen Schwellenwert (SW) verglichen. Die Zeitdauer, um die die Abtastsignale (A) verzögert werden, ist so bemessen, daß Abtastsignale (A) mit hohen Frequenzen optimal bewertet werden. Beim Fehlen von Abtastsignalen (A) entspricht der Schwellenwert (SW) einem einstellbaren Grundwert (G). Zusätzlich kann ein Sensor vorgesehen werden, der den Schwellenwert (SW) in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke einer die Vorlage (V) beleuchtenden Lampe verändert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umsetzen ■ von analogen Abtastsignalen in binäre Rechtecksignale gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits allgemein bekannt, ein analoges Abtastsignal, das bei einer optoelektronischen Abtastung einer mit alphanumerischen Zeichen und/oder grafischen Mustern versehenen Vorlage erzeugt wird, in ein binäres Rechtecksignal, das den Hell-Dunkel-Werten auf der Vorlage zugeordnet ist, dadurch umzusetzen, daß das Abtastsignal mit einem Schwellenwert verglichen wird. Wenn das Abtastsignai diesen Schwellenwert über- bzw. unterschreitet, nimmt das Rechtecksignal einen ersten bzw. einen zweiten Binärwert an.

Aus der DE-OS 22 08 310 ist ein Verfahren zum Umsetzen von analogen Abtastsignalen in binäre Rechtecksignale bekannt, bei dem aus den Momentanwerten der Abtastsignale ein Mittelwelt gebildet wird. Aus dem Mittelwert wird ein Schwellenwert erzeugt, der anschließend mit den Abtastsignalen verglichen wird. Der Mittelwert wird aus den Maximalwerten und den Minimalwerten der Abtastsignale als arithmetischer Mittelwert gebildet. Dieser Mittelwert wird als Schwellenwert für den folgenden Signalübergang verwendet.

Die DE-AS 23 27 144 offenbart eine Schaltungsanordnung, bei der der Schwellenwert einen Amplitudenzwischenwert darstellt, der unter Verwendung eines oder mehrerer Spitzendetektoren ermittelt wird. Das Abtastsignal wird bei dieser bekannten Schaltungsanordnung um eine halbe Bitzelle verzögert. Eine Mittelwertbildung findet bei dieser bekannten Schaltungsan-Ordnung nicht statt, sondern es werden nur jeweils die Amplitudenwerte bis zu dem jeweils nächsten Abtastsignal gespeichert.

Aus der DE-PS 24 53 034 ist es bekannt, die Abtastsignale mit zwei Schwellenwerten zu vergleichen. Immer, wenn das Abtastsignal die Schwellenwerte in der einen bzw. anderen Richtung über- bzw. unterschreitet, wird ein Flip-Flop gesetzt bzw. zurückgesetzt. Am Ausgang des Flip-Flops wird dann das binäre Rechtecksignal abgegeben.

Bei dem bekannten Verfahren wird häufig nicht berücksichtigt, daß insbesondere bei der optoelektrischen Abtastung von Vorlagen die Abtastsignale einem Frequenzgang unterliegen, so daß die höherfrequenten Abtastsignale eine kleinere Amplitude aufweisen als die niederfrequenten Abtastsignale. Weiterhin werden bei dem bekannten Verfahren häufig überlagerte Gleichspannungssignale nicht berücksichtigt, die beispielsweise dadurch entstehen, daß die Vorlage eine von weiß verschiedene Grundfarbe aufweist. In diesem Fall über- oder unterschreiten die Abtastsignale den oder die Schwellenwerte nicht mehr, so daß keine entsprechenden Rechtecksignale erzeugt werden. Bei einem konstanten Schwellenwert wird auch nicht berücksichtigt, daß die Beleuchtungsstärke einer die Vorlage beleuch-

i)5 tenden Lampe sich insgesamt über die Betriebsdauer verändern kann, und daß bei einer größeren räumlichen Ausdehnung der Lampe, beispielsweise bei einer Neonröhre die Beleuchtungsstärke längs der Lampe nicht

konstant ist In diesem Fall kann ebenfalls eine falsche Bewertung der Abtastsignale erfolgen.

Der Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, bei deren Verwendung die Abtastsignaie auch dann mit großer Sicherheit in entsprechende Rechtecksignale umgesetzt werden, wenn die höherfrequenten Abtastsignale eine kleinere Amplitude aufweisen, und wenn den Abtastsignalen Gleichspannungssignale oder Wechselspannungssignale mit niedriger Frequenz überlagert sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß einerseits der Schwellenwert sich an die jeweiligen Momentanwerte der Abtastsignale anpassen soll, und daß andererseits infolge der für die Mittelung der Momentanwerte erforderlichen Zeitdauer die Abtastsignale nicht unmittelbar sondern erst nach einer entsprechenden Verzögerung mit dem jeweiligen Schwellenwert verglichen werden sollen.

Um beim Fehlen von Abtastsignalen eine unzulässige Verstellung des Schwellenwertes zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn für die Erzeugung des Schwellenwertes ein konstanter Grundwert verwendet wird. Dieser Grundwert ist zweckmäßigerweise einstellbar. Auch erweist es sich als zweckmäßig, einen von der Beleuchtungsstärke der die Vorlage beleuchtenden Lampe abhängigen Wert für die Erzeugung des Schwellenwertes zu verwenden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens erfolgt die Mittelung in einer Addierstufe, die beispielsweise als /?C-Integrierglied ausgebildet ist und die Erzeugung des Schwellenwertes in einer Mischstufe, die beispielsweise als Summierverstärker ausgebildet ist. Das Verzögerungsglied kann als allgemein bekanntes Laufzeitglied, als analoges Schieberegister oder unter Verwendung von Abtast- und Haltestufen (Sample and Hold-Schaltungen) aufgebaut sein, die durch Taktimpulse angesteuert werden, deren Folgefrequenz der gewünschten Verzögerungsdauer zugeordnet ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 zwei Diagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Anordnung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung, die Teil eines Fernkopiergerätes sein kann, wird eine mit alphanumerischen Zeichen und/oder grafischen Mustern versehene Vorlage V von einer Lampe L, beispielsweise einer Neonröhre, beleuchtet, und unter Verwendung einer Abtasteinrichtung AB optoelektronisch abgetastet. Die Abtasteinrichtung AB kann in bekannter Weise als CCD-Schaltung ausgebildet sein, auf die bei einer linienweisen Abtastung der Vorlage V mittels eines Objektivs jeweils eine Linie abgebildet wird. Die Abtasteinrichtung AB gibt Abtastsignale A I an eine Verstärkerstufe VS, die die Abtastsignale A 1 linear verstärkt und die verstärkten Abtastsignale A 2 an eine Abtast- und Halteschaltung Sl abgibt. Die Abtasteinrichtung AB und die Abtast- und Halteschaltung Sl werden von einem Taktgenerator TG jeweils mit Taktimpulsen 7"! versorgt. Die Abtast- und Halteschaltung 51 tastet zu durch die Taktirnpulse Ti vorgegebenen Zeitpunkten die Abtastsignale Λ 2 ab und speichert die Momentanwerte jeweils so lange, bis der nächste Taktimpuls Ti auftritt. Derartige Abtast- und Halteschaltungen sind unter der Bezeichnung Sample and HoId-Schaltungen allgemein bekannt. Die von der Abtast- und Halteschaltung 51 abgegebenen Abtastsignale A 3 werden einer Addierstufe A D zugeführt, die einen arithmetischen Mittelwert Maus den Abtastsignalen A 3 bildet. Diese Addierstufe ist im einfachsten Fall als RCAntegrierglied ausgebildet. Die Zeitkonstante bei der Mittelwertbildung wird so gewählt, daß diese an hochfrequente Abtastsignale A 1 optimal angepaßt ist

Der Addierstufe AD ist eine Mischstufe MS nachgeschaltet, die aus dem Mittelwert Meinen Schwellenwert SW erzeugt und einem ersten Eingang eines !Comparators KO zuführt. Am zweiten Eingang des !Comparators KO liegen Abtastsignale A 4 an, die unter Verwendung eines Verzögerungsgliedes VG aus den Abtastsignalen A 3 erzeugt werden. Das Verzögerungsglied VG kann als übliches Laufzeitglied, als analoges Schieberegister oder unter Verwendung von einer oder mehreren Abtast- und Haltestufen 52 aufgebaut sein. Diese Abtast- und Haltestufen 5 2 werden vom Taktgenerator 7"2 versorgt, deren Folgefrequenz der gewünschten Verzögerung zugeoidnet ist.

Der Komparator KO vergleicht die Momentanwerte der verzögerten Abtastsignale A 4 mit dem jeweiligen Schwellenwert 5W und gibt an seinem Ausgang Rechtecksignale R 1 an eine Digitalisierungsstufe DS ab. Die Rechtecksignale R i sind binäre Rechtecksignale und weisen den ersten bzw. zweiten Binärwert auf, wenn die verzögerten Abtastsignaie A 4 den Schwellenwert SW über- bzw. unterschreiten. Die Digitalisierungsstufe DS setzt die Rechtecksignale R 1 in Rechtecksignale R mit den gewünschten Pegeln um. Anschließend werden die Rechtecksignale R einer nicht dargestellten Auswertestufe zugeführt.

An der Mischstufe MS ist eine Grundwertstufe G angeschlossen, die einen Grundwert G 1 abgibt. Dieser Grundwert G 1 stellt einen Normalwert der Schwelle SW dar, und er wird beispielsweise dann eingestellt, wenn keine Abtastsignale A vorhanden sind. Weiterhin ist an der Mischstufe MS ein Sensor SE angeschlossen, der einen der Beleuchtungsstäi kc der Lampe L zugeordneten Wert B 1 abgibt. Die Mischstufe MS ist beispielsweise als Summierverstärker ausgebildet, an dessen Eingängen der Mittelwert M, der Grundwert GI und der Wert B 1 anliegen. Die Einflüsse der Signale an den Eingängen auf den Schwellenwert SW werden durch unterschiedliche Gewichtungen bei der Bildung des Schwellenwertes SWberücksichtigt.

Weitere Einzelheiten der Anordnung werden im folgenden zusammen mit den in F i g. 2 dargestellten Zeitdiagrammen beschrieben.

Bei den in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagrammen sind in Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung dargestellt. Weiter-

e>o hin sind weiße und schwarze Bereiche eines Ausschnitts einer Linie auf der Vorlage Vin Abhängigkeit vom Weg s längs der Linie dargestellt. Die schwarzen Bereiche sind jeweils schraffiert dargestellt.

Wenn die Linie auf der Vorlage V weiße Bereiche

bi aufweist, liefert die Abtasteinrichtung AB Abtastsignale A, deren Momentanwerte einem Weißwert Wzugeordnet sind. In entsprechender Weise liefert die Abtasteinrichtung AB beim Abtasten von schwarzen Bereichen

Abtastsignale A, die normalerweise einem Schwarzwert S zugeordnet sind. Falls jedoch die weißen und schwarzen Bereiche längs der Linie verhältnismäßig kurz sind, wird der Weißwert W und der Schwarzwert 5 infolge des Frequenzgangs der Abtasteinrichtung AB nicht immer erreicht. Auch kann der Fall eintreten, daß infolge einer Überlagerung von Gleichspannungssignalen oder Wechselspannungssignalen mit niedriger Frequenz die Abtastsignale A unsymmetrisch zur Mitte zwischen dem Weißwert Wund dem Schwarzwert Sliegen.

Falls bei der Umsetzung der Abtastsignale A in die binären Rechtecksignale ein konstanter Schwellenwert 5VV" benutzt wird, der zwischen dem Weißwert W und dem Schwarzwert 5 liegt, ist es möglich, daß aus den genannten Gründen Her Schwellenwert .9IV durch die Abtastsignale A trotz einer entsprechenden Änderung der weißen und schwarzen Bereiche längs der abgetasteten Linie nicht in entsprechender Weise über- oder unterschritten wird. Die Rechtecksignale Λ 1 am Ausgang des Künipaiätürs, der die Momentanwerte der Abtastsignale A mit dem Schwellenwert SW" vergleicht, würden dann einen Verlauf aufweisen, wie er unter R Γ dargestellt ist. In diesen Rechtecksignalen R Γ würden die gestrichelt dargestellten Änderungen fehlen.

Bei der Schaltungsanordnung wird jedoch, wie bereits erwähnt, kein konstanter Schwellenwert SW' benutzt, sondern der Schwellenwert SW wird in Abhängigkeit von einem Mittelwert M aus den Abtastsignalen A, die qualitativ den Abtastsignalen A 3 entsprechen, gebildet. Die Addierstufe AD, die den Mittelwert M bildet, ist im einfachsten Fall als RC- Integrierglied ausgebildet, das mit einer vorgegebenen Zeitkonstante die Abtastsignale A 3 integriert. Der Mittelwert Af wird der Mischstufe MS zugeführt, die den Schwellenwert SW erzeugt, der nun nicht konstant ist, sondern den inF i g. 2 dargestellten Verlauf aufweist. Die Zeitkonstante bei der Integration wird derart gewählt, daß der Mittelwert M den verhältnismäßig hochfrequenten Änderungen, wenn die Linie nur sehr kurze weiße und schwarze Bereiche aufweist, folgen kann. Die Abtastsignale A werden nun nicht mit diesem Schwellenwert SW unmittelbar, sondern erst nach einer Verzögerung verglichen, die der Zeitkonstante bei der Integration zugeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Abtastsignale A jeweils mit demjenigen Schwellenwert SW verglichen

ίο werden, der sich bereits an den geänderten Verlauf der Abtastsignale A angepaßt hat. Die entsprechenden Rechtecksignale R, die beim Vergleich der Momentanwerte der verzögerten Abtastsignale A 4 mit dem Schwellenwert SWerzeugt werden, sind in F i g. 2 unten

!5 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind bei diesen Rechtecksignalen R auch dann Änderungen der Binärwerte vorhanden, wenn die Abtastsignale A 4 verhältnismäßig hochfrequent sind und unsymmetrisch zu der Mitte zwischen dem Weißwert Wund dem Schwarzwert Sliegen.

Die Erzeugung des Mittelwerts M kann auch dadurch erfolgen, daß jeweils der arithmetische Mittelwert zwi sehen aufeinanderfolgenden Abtastproben ermittelt wird. Dies kann auf analoge oder digitale Weise erfolgen. Um eine Veränderung des Schwellenwertes SW beim Fehlen von Abtastsignalen A zu verhindern, erzeugt die Grundwertstufe G den Grundwert G 1, der beispielsweise unter Verwendung eines Potentiometers manuell einstellbar ist, und während der Abtastung nicht verändert wird. Der Grundwert G 1 entspricht beispielsweise dem Mittelwert zwischen dem Weißwert Wund dem Schwarzwert S. Um eine Veränderung der Beleuchtungsstärke der Lampe L berücksichtigen zu können, erzeugt der Sensor S£den Wert B 1, der ebenfalls für die Erzeugung des Schwellenwertes SW berücksichtigt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Umsetzen von analogen Abtastsignalen in binäre Rechtecksignale, bei dem die Abtastsignale bei einer optoelektrischen Abtastung einer mit alphanumerischen Zeichen und/oder grafischen Mustern versehenen Vorlage erzeugt werden, bei dem die Momentanwerte der Abtastsignale mit mindestens einem Schwellenwert verglichen werden, bei dem der Schwellenwert aus e^:nem Mittelwert der Momentanwerte der Abtastsignale erzeugt wird und bei dem die Rechtecksignale mit einem ersten bzw. zweiten Binärwert erzeugt werden, wenn die Abtastsignale den Schwellenwert über- bzw. unterschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Mittelwerts (M) durch eine Integration der Abtastsignale (A) erfolgt, daß die Abtastsignale (A) um eine der Zeitkonstante bei der Mittelwertbildung zugeordnete Zeitdauer verzögert werden und daß die Momentanwerte der verzögerten Abtastsignale (A 4) mit dem Schwellenwert (SW) verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Schwellenwertes (SW) ein konstanter Grundwert (C 1) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Grundwert (Gl) einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Schwellenwertes (SW) ein von der Beleuchtungsstärke der die Vorlage (V) beleuchtende Lampe (L) abhängiger Wert (B 1) verwendet wird.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der eine Abtasteinrichtung vorgesehen ist, die beim Abtasten der Vorlage die Abtastsignale erzeugt, und bei der ein Komparator vorgesehen ist, der durch einen Vergleich der Abtastsignale mit dem Schwellenwert die Rechtecksignale erzeugt, gekennzeichnet durch eine Addierstufe (AD), an der die Abtastsignale (A 3) anliegen und die den Mittelwert (M) bildet, durch eine der Addierstufe (AD) nachgeschaltete Mischstufe (MS), die aus dem Mittelwert (M)den Schwellenwert (SW) erzeugt und diesen an den Komparator (KO) abgibt und durch ein Verzögerungsglied (VC), das die Abtastsignale (A 3) um eine der Zeitkonstante der Addierstufe (AD) zugeordnete Zeitdauer verzögert, und an dem Komparator (KO)abgibt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (VG) mindestens eine Abtast- und Haltestufe (S2) enthält, die durch Taktimpulse (T2) angesteuert wird, deren Folgefrequenz der Verzögerungszeit zugeordnet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Addierstufe (AD)ah RC-Integrierglied ausgebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstufe (MS^aIs Summierveritärker ausgebildet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein optoelektrischer Sensor (SE) vorgesehen ist, der in der Nähe der die Vorlage (V) beleuchtenden Lampe angeordnet ist, und der einen der Beleuchtungsstärke der Lampe (L) zugeordneten Wert (B 1) an die Mischstufe (MS) abgibt.