DE3403792A1

DE3403792A1 - Anordnung zum umwandeln eines analogen video-signals in ein binaeres signal

Info

Publication number: DE3403792A1
Application number: DE19843403792
Authority: DE
Inventors: Roelof Drachten Hoekstra; Martinus Leonardus Gerardus Eindhoven Thoone
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1984-08-30
Also published as: BE898990A; FR2541838B1; JPH0439828B2; JPS59161973A; GB2135852B; GB2135852A; FR2541838A1; GB8404411D0; NL8300686A

Description

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"Anordnung zum Umwandeln eines analogen Video-Signals in ein binäres Signal".

A. Hintergrund der Erfindung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln eines analogen Video-Signals in ein binäres Signal, wobei dieses analoge Video-Signal dadurch erhalten wird, dass ein Dokument entsprechend einem bestimmten Zeilenmuster abgetastet wird. Beispielsweise auf die Art und Weise, wie dies in einer Faksimile-Abtastanordnung, in einer Abtastanordnung für Postleitzahlen oder Fingerabdrücke und dergleichen erfolgt.

A(22» Beschreibung des_Standes der Technik.

Von Abtastanordnungen der obengenannten Art werden analoge Video-Signale geliefert, deren augenblicklicher Wert ein Mass für die mittlere Leuchtdichte einer bestimmten Oberfläche des Dokumentes ist. Diese Oberfläche wird als Bildelement bzw. Pel (picture ,element) bezeichnet und ist sehr klein. Bei Dokumenten mit Flächen unterschied lichen Farbtons können die Leuchtdichten der Pels von Pel zu Pel sehr stark voneinander abweichen. Vorausgesetzt wird, dass weisse Flächen die maximale Leuchtdichte (L₁.) und schwarze Flecken die minimale Leuchtdichte (L_) haben. Graue und gefärbte Flächen werden dann eine Leuchtdichte zwischen Lg und L„ haben.

Dieses analoge Video-Signal kann unmittelbar in einem geeigenten Speichermedium (beispielsweise einem Magnetband) gespeichert oder über ein Übertragungsmedium übertragen werden. Um beim Speichern den erforderlichen Speicherraum und beim Übertragen die erforderliche Übertragungszeit zu beschränken oder um Muster auf einfache Weise miteinander vergleichen zu können (beispielsweise zum Vergleichen von Fingerabdrücken), ist es zur Zeit üblich, das analoge Video-Signal in ein binäres Signal umzuwandlern. Dazu wird das analoge Video-Signal einem ersten

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Eingang einer Vergleichsschaltung zugeführt, während einem zweiten Eingang derselben ein Bezugssignal zugeführt wird, das von einem Bezugssignalgenerator geliefert wird. Wenn das analoge Video-Signal grosser ist als das Bezugssignal liefert die Vergleichsschaltung eine Ausgangsspannung Ε_ν. Ist dagegen das analoge Video-Signal kleiner als das Bezugssignal, so liefert die Vergleichsschaltung eine Ausgangsspannung Ε-. Vorausgesetzt wird, dass E-. grosser ist als E„.

' Eine derartige Umwandlung geht unvermeidlich mit Informationsverlust einher. Um diesen Verlust zu beschränken, ist im Bezugsmaterial 1 bereits vorgeschlagen, von dem Bezugssignalgenerator ein Bezugssignal erzeugen zu lassen, das dem Mittenwert des analogen Video-Signals entspricht. Dazu wird dieses Video-Signal diesem Bezugs— signalgenerator zugeführt, der insbesondere mit einem positiven und einem negativen Spitzendetektor oder mit einem Spitzen- bzw. Taldetektor versehen ist. Der Spitzendetektor liefert ein Spitzendetektionssignal, das ein Mass für den höchsten Signalpegel des Video-Signals ist. Der Taldetektor liefert ein Tal-Detektionssignal, das ein Mass für den niedrigsten Signalpegel des Video-Signals ist. In einer Addierschaltung wird nun das Mittensignal ermittelt, dessen augenblicklicher Wert in der Mitte zwischen den augenblicklichen Werten der beiden Detektionssignale liegt.

Dieses Mittensignal ist nun das Bezugssignal. In der Praxis stellt es sich heraus, dass diese bekannte Wandleranordnung einen wesentlichen Nachteil aufweist. Es stellt sich nämlich heraus, dass viel Information verloren geht, wenn das Dokument graue oder gefärbte Flächen hat mit Leuchtdichten, die in dem Gebiet von O bis ca. O_tk L„ oder in dem Gebiet von etwa 0,6 L^ bis L„ liegen. Dabei lässt sich beispielsweise denken an Bankcheques, die grüne Fläche aufweisen können mit einer Leuchtdichte von etwa 0,6 L^, während auf diesen grünen Flächen rote Zeichen auftreten können mit einer Leuchtdichte von etwa 0,7 L,,. Dabei ist vorausgesetzt, dass L_ß = 0 ist.

Um die Nachteile der um Bezugsmaterial 1 be-

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schriebenen Wandleranordnung auszuschalten, ist im Bezugsmaterial 2 vorgeschlagen, den Bezugssignalgenerator ein Bezugssignal erzeugen zu lassen, dessen augenblicklicher Wert dem mittleren Wert einer Anzahl, beispielsweise N, augenblicklicher Werte des analogen Video-Signals ständig entspricht. Insbesondere wird dazu das analoge Video-Signal einer Verzögerungsanordnung zugeführt, die an N bestimmten Stellen abgezweigt ist. Die an diesen Abzweigungen auftretenden verzögerten Formen des analogen Video-Signals werden addiert und durch einen Faktor N geteilt. Das dadurch erhaltene Signal ist das Bezugssignal. Es stellt sich heraus _r dass auch diese bekannte Wandleranordnung in der Praxis eine sehr unangenehme Eigenschaft aufweist. Es stellt sich nämlich heraus, dass Unregelmässigkeiten in dem Dokument wie Änderungen der Faserstruktur des Papiers, Verschmutzung des Papiers oder ungleichmässig verteilte Druckfarbe sehr stark in dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung zum Ausdruck gelangt.

B. Ziel und Zusammenfassung der Erfindung.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Wandleranordnung zu schaffen, die die Nachteile der obenstehend beschriebenen Anordnung nicht aufweist.

Nach der Erfindung ist dazu der Bezugssignalgenerator mit den folgenden Elementen versehen: - einem ersten Hilfsbezugssignalgenerator, dem das analoge Video-Signal zugeführt wird und der ein erstes Hilfsbezugssignal liefert, dass dem mittleren Wert einer Anzahl (n) augenblicklicher Werte des analogen Video-Signals entspricht;

- einem zweiten Hilfsbezugssignalgenerator, dem das analoge Video-Signal zugeführt wird und der ein zweites Hilfsbezugssignal liefert, das dem Mittenwert des analogen Video-Signals entspricht;

- einer Anordnung zum Multiplizieren des ersten Hilfsbezugssignals mit einem Faktor a und zum Multiplizieren des zweiten Hilfsbezugssignals mit einem Faktor 1 - a zum Erzeugen eines ersten bzw. zweiten gewichteten Hilfsbezugssignals;

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- einer Summieranordnung, denen die gewichteten Hilfsbezugssignale zum Erzeugen eines Summensignals, das das genannte Bezugssignal darstellt, zugeführt werden.

Es sei bemerkt, dass als erster Hilfsbezugssignalgenerator der Bezugssignalgenerator verwendet werden kann, der in dem Bezugsmaterial 2 beschrieben ist und dass als zweiter Hilfsbezugssignalgenerator der Bezugssignalgenerator verwendet werden kann, der in dem Bezugsmaterial 1 beschrieben ist.
C. Bezugsmaterial.

1. Electric Pulse Wave Clipping Circuitry: D.D. Baumann; US Patentschrift Nr. 3.566.281 (erteilt am 23. Februar

2. Fingerprint image enhancement system: Ύ.Μ. Ting,

V. Wilson; I.B.M. Technical Disclosure Bulletin, Heft 16,

Nr. 8, Januar 1971, Seiten 268^-2685. D. Kurze Beschreibung der Figuren.

Fig. 1 zeigt auf schematische Weise eine Wandleranordnung, die nach der Erfindung ausgebildet ist, Fig. 2 zeigt eine detailliert angegebene Wandleranordnung, die nach der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 3 und Fig. k zeigen einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Wandleranordnung aus Fig₀ 2.

E. Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

In Fig. 1 ist auf schematische Weise eine Wandleranordnung dargestellt mit einem Aufbau entsprechend der Erfindung. Diese Anordnung ist mit einem Wandlereingang 1 versehen, dem das analoge Video-Signal x(t) zugeführt wird und das in ein binäres Signal y(t), das an einem Wandlerausgang 2 erwünscht wird, umgewandelt werden muss. Dieser Wandlerausgang 2 bildet den Ausgang der Vergleichsschaltung 3, die zwei Eingänge 3(·) hat. Der Eingang 3(i) ist über eine Verzögerungsanordnung k an den Eingang 1 der Wandleranordnung angeschlossen. Wenn die Verzögerungszeit der Verzögerungsanordnung k entsprechend dem Wert T gewählt wird, erhält dieser Vergleichseingang 3(i) das Signal x(t-T ). Der andere Vergleichseingang 3(2) erhält

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ein Bezugssignal r(t). Durch diese zwei Eingangssignale nimmt y(t) einen Wert E₁, an, wenn x(t-T ) grosser ist als

w ο

r(t). Ist dagegen x(t-T ) kleiner als r(t), so nimmt y(t) einen Wert E_ an, der niedriger ist als E...

Das Bezugssignal r(t) wird von einem Bezugssignalgenerator 5 geliefert. Dieser ist mit einem ersten und einem zweiten Hilfsbezugssignalgenerator 51 bzw. 52 versehen, der ein erstes bzw. zweites Hilfsbezugssignal r₁(t) bzw. r„(t) liefert. Die Hilfsbezugssignalgeneratoren sind an je einen Wandlereingang 1 angeschlossen und erhalten auf diese Weise je das analoge Video-Signal x(t). Das Hilfsbezugssignal r₁(t) wird in einer Multiplizierschaltung mit einem konstanten Faktor a multipliziert und das Hilfsbezugssignal r₂(t) wird in einer Multiplizierschaltung $k mit einem konstanten Faktor 1-a multipliziert. Die Grosse a ist dabei grosser als Null und kleiner als 1. Es stellt sich heraus, dass ein praktischer Wert a = 0,9 ist. Die von den Multiplizierschaltungsanordnungen 53 und ^k gelieferten gewichteten Hilfsbezugssignale ar.(t) und (i-a)r_Q(t) werden in einer Addieranordnung 55 addiert. Dadurch wird das Summensignal a r*(t) + (1-a) r„(t) erhalten, das das genannte Bezugssignal r(t) darstellt.

Das erste Hilfsbezugssignal r₁(t) entspricht dem mittleren Wert von N augenblicklichen Werten des analogen Video-Signals und kann dadurch erhalten werden, dass der erste Hilfsbezugssignalgenerator 51 aufgebaut wird auf die Art und Weise, wie in dem Bezugsmaterial 2 beschrieben ist.

Das zweite Hilfsbezugssignal r₂(t) entspricht dem Mittenwert des analogen Video-Signals x(t-) und kann dadurch erhalten werden, dass der zweite Hilfsbezugssignalgenerator 52 aufgebaut wird auf die Art und Weise, wie eingehend in dem Bezugsmaterial 1 beschrieben ist.

Eine praktische Ausführungsform der Wandleranordnung ist vollständigkeitshalber in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist der Wandlereingang 1 über die Verzögerungsanordnung k an den Vergleichseingang 3(i) und an den Eingang einer zweiten Verzögerungsanordnung 6 angeschlossen. Diese

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Verz8gerungsanordnungen k und 6 bestehen aus je einer Reihenschaltung aus drei Verzögerungsteilen 4(.) bzw. 6(.), die je eine Verzögerungszeit T /3 haben. Die Ausgänge der Verzögerungsteile 4(.) sowie der Verzögerungsteile 6(.) sind über Widerstände,' die je den Viderstandswert R aufweisen, an eine gemeinsame Leitung 7 angeschlossen. Die gemeinsame Leitung 7 ist ^mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 8 verbunden. Dieser ist mit einer Rückkopplungsschleife versehen, in die ein Widerstand aufgenommen ist, der den Widerstandswert R₁ hat. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 8 ist über einen invertierenden Verstärker 9 an den Vergleichseingang 3(2) angeschlossen.

Der obenstehend beschriebene Teil der in Fig. dargestellten Schaltungsanordnung stellt den in Fig. 1 auf schematische Weise dargestellten ersten Hilfsbezugssignalgenerator 51 dar, wenn darin N = 6 und R₁ = R/6 gewählt wird. In diesem Fall liefert der invertierende Verstärker das erste Hilfsbezugssginal r₁(t), das dem folgenden Ausdruck entspricht:

²⁰

x(t-2T_o/3) x(t-3T /3) x(t-4T /3) + ₅ +

x(t-5T_o/3) x(t-6T_o/3)

R R

= \ [x(t-T_o/3) + x(t-2T_o/3) + + x(t-6T_o/3)J

Wird insbesondere diesem ersten Hilfsbezugssignalgenerator das in Fig. 3 dargestellte Video-Signal x(t) zugeführt, so hat das erste Hilfsbezugssignal r₁(t) die ebenfalls in Fig. 3 angegebene Form. Die gewünschte Wägung dieses ersten Hilfsbezugssignals r..(t) mit dem Faktor a, lässt sich dadurch verwirklichen, dass R₁ dem Wert aR/N entsprechend gemacht wird.

Ausser dem obenstehend beschriebenen ersten Hilfs-

bezugssignalgenerator wird das analoge Video-Signal x(t)

auch dem zweiten Hilfsbezugssignalgenerator 52 zugeführt, der einen Spitzendetektor 56 und einen Taldetektor 57 enthält. Wie in der Figur vollständigkeitshalber dargestellt ist, können diese Detektoren 56 und 57 mit einer Diode D,

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einem Widerstand mit dem Widerstandswert R₂, einem Kondensator mit der Kapazität C und einem Pufferverstärker B aufgebaut werden. Infolge des in Fig. 3 angegebenen analogen Videosignals x(t) liefert der Spitzendetektor 56 das ebenfalls in Fig. 3 angegebene Spitzensignal p(t) und liefert der Taldetektor 57 das Talsignal d(t). Diese Signale werden einer Potentiometerschaltung 58 zugeführt, die an dem Ausgang das zweite Hilfsbezugssignal r₂(t) liefert, das ebenfalls in Fig. 3 angegeben ist. Dabei ist vorausgesetzt, dass die Potentiometerschaltung 58 derart eingestellt ist, dass r₂(t) = \ jp(t) + d(t) ist. Um die gewünschte Wägung dieses zweiten Hilfsbezugssignals zu erhalten, wird es über einen Widerstand mit dem Widerstandswert R_ dem Eingang des Operationsverstärkers 8 zugeführt. Der Widerstandswert R„ wird dabei entsprechend

^R3 " M-a' N

gewählt und der Widerstandswert des Potentiometers 58 wird viel kleiner gewählt als R„.

An dem Ausgang des invertierenden Verstärkers 9 tritt nun das Bezugssignal r(t) auf, das der Summe ar₁(t) + (i-a)r₂(t) entspricht und dessen Form für a = 0,9 in Fig. 3 dargestellt ist. Infolge der beiden in Fig. 3 angegebenen Signale x(t) und r(t) liefert die Vergleichsschaltung nun das in Fig. h angegebene binäre Signal y(t).

Wie Fig. 3 zeigt, werden bei der Wandleranordnung, die nach der Erfindung aufgebaut ist, die Vorteile der bekannten im Bezugsmaterial 2 beschriebenen Wandleranordnung ausgenutzt, wenn die Leuchtdichte der Pels in dem Gebiet liegt, das sich von etwa 0,05 L,_r bis etwa 0,95 L W "

erstreckt. Denn in diesem Fall ist r(t) nahezu gleich r₁(t). In ausserst weissen Gebieten, d.h. denjenigen Gebieten des Dokumentes, in denen keine Information vorhanden ist, gelangen kleine Leuchtdichteänderungen nicht in dem binären Signal y(t) zum Ausdruck. Dies ist der Tatsache zu verdanken, dass für diese Gebiete das Bezugssignal r(t) etwas kleiner ist als r..(t). Auch gelangen nun geringfügige Leuchtdichteänderungen in äusserst schwarzen

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~ ΊΟ ·

Gebieten des Dokumentes in dem binären Signal y(t) nicht zum Ausdruck, weil für derartige Gebiete das Bezugssignal r(t) nun etwas grosser ist als r₁(t).

In der Praxis stellt es sich als vorteilhaft heraus, ebenso wie bei Photokopiergeräten üblich ist, für manche Dokumente, entweder die Schwarzinformation oder die Weissinformation zu betonen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Original von schlechter Qualität ist. Diese sogenannte Hell/Dunkel-Regelung kann bei der in Fig. 2 dargestellten Wandleranordnung auf eine der untenstehenden Arten verwirklicht werden.

a) Durch Änderung der Stellung des Potentiometers 58 kann entweder der Schwarzpegel oder der Weisspegel betont werden.
Durch Änderung des Widerstandswertes R_ kann der Anteil von r₂(t) in r(t) vergrössert bzw. verkleinert werden.

c) Dadurch, dass dem Operationsverstärker 8 eine zusätzliche .Off-Set-Spannung zugeführt wird, kann das Bezugssignal erhöht bzw. erniedrigt werden.

Die bei c) genannte Off-Set-Spannung kann, wie in Fig. 2 angegeben, mit Hilfe einer Potentiometerschaltung 59 aus zwei Quellen konstanter Spannung abgeleitet werden, die eine Spannung +V_n und —V_ liefern. Die an dem Ausgang dieser Potentiometerschaltung 59 auftretende Spannung ist über einen Widerstand mit einem Widerstandswert R^ dem Eingang des Operationsverstärkers 8 zugeführt.

Es sei bemerkt, dass in dem AusfUhrungsbeispiel aus Fig. 2 der zweite Hilfsbezugssignalgenerator 52 an den Wandlereingang 1 angeschlossen ist. Dieser Generator kann jedoch auch an den Ausgang eines der Verzögerungsteile 4(.) oder 6(.) angeschlossen werden.

Auch sei bemerkt, dass die Verzögerungsteile h(.) und 6(.) nicht alle die gleiche Verzögerungszeit aufzuweisen brauchen.

, Es ist möglich, dass das Video-Signal nicht analog, sondern zeitdiskret ist und folglich durch eine Reihe von Abtastwerten des analogen Video-Signals gebildet wird,

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wobei diese Abtastwerte mit einer bestimmten Abtastfrequenz f auftreten. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Dokument durch, eine Reihe fluchtend liegender CCD-Bildsensoren abgetastet wird. In diesem Fall wird die Verzögerungszeit T /3 der Verzögerungsteile k(.) und 6(.) vorzugsweise gleich i/f gewählt werden.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

QJl Anordnung zum Umwandeln eines analogen Video-Signals in ein binäres Signal mit:

a) einem Wandlereingang zum Empfangen des analogen Video-Signals;

b) einem Wandlerausgang, an dem das binäre Signal erwünscht wird;

c) einem Bezugssignalgenerator, der mit dem Wandlereingang gekoppelt ist und auf diese Weise das analoge Video-Signal erhält und ein Bezugssignal liefert,

d) einer Vergleichsschaltung,- die mit dem Wandlereingang und mit dem genannten Bezugssignalgenerator gekoppelt ist sowie mit dem Wandlerausgang zum Liefern des binären Signals an dem Wandlerausgang,

dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugssignalgenerator mit den folgenden Elementen versehen ist:

e) einem ersten Hilfsbezugssignalgenerator, der mit dem Wandlereingang gekoppelt ist und dem auf diese Weise das analoge Video-Signal zugeführt wird und der ein erstes Hilfsbezugssignal liefert, das dem mittleren Wert einer Anzahl (n) augenblicklicher Werte des analogen Video-Signals entspricht,

f) einem zweiten Hilfsbezugssignalgenerator, der mit dem Wandlereingang gekoppelt ist und dem auf diese Weise das analoge Video-Signal zugeführt wird und der ein zweites Hilfsbezugssignal liefert, das dem Mittenwert des analogen Videosignals entspricht,

g) Mitteln zum Multiplizieren des ersten Hilfsbezugssignals mit einem Faktor a und zum Multiplizieren des zweiten Hilfsbezugssignals mit einem Faktor 1-a zum Erzeugen eines ersten bzw. eines zweiten gewogenen Hilfsbezugssignals,

h) Summiermitteln, denen die gewogenen Hilfsbezugssignale zugeführt werden und zwar zum Erzeugen eines Summensig-

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nals, das das genannte Beizugssignal darstellt.