DE3408765C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 54 943. Dort wird ein Quotient QV definiert, gebildet aus dem maximalen Dichtegradienten des Bildsignals bei hoher Bandbreite und dem maximalen Dichtequotienten des Bildsignals mit niedriger Bandbreite. Dieser Quotient wird für jede einzelne Kopiervorlage gebildet und mit einem Schwellwert verglichen. Aufgrund dieses Vergleiches mit einem einmal festgelegten Schwellwert wurde dann über die Schärfe der Vorlage oder eventuell auch nur eines Teilbereiches der Vorlage abschließend entschieden.

Eine solche Auswertung der Schärfesignale ist allerdings anfällig für Fehlinterpretationen, wenn z. B. auf dem Film ein Staubkörnchen mit scharfen Kanten und hoher Dichte in der Mitte erfaßt wurde.

Außerdem hat sich gezeigt, daß die Benutzer von Kopiergeräten zwar aus Gründen der Material- und Arbeitsersparnis sehr daran interessiert sind, das Kopieren unscharfer Vorlagen zu vermeiden. Andererseits hat das Einstufen noch kopierfähiger Vorlagen als unscharf zur Folge, daß die Anzahl kopierter Bilder sinkt und Reklamationen seitens des Fotofreundes befürchtet werden müssen. Das Bestreben geht deshalb dahin, unter allen Umständen zu vermeiden, daß noch kopierfähige Vorlagen als unscharf eingestuft werden; dafür wird lieber in Kauf genommen, die unscharfen Vorlagen nur zu einem Teil zu erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber der deutschen Offenlegungsschrift 26 54 934 die Unterscheidung zwischen scharfen Kopiervorlagen und unscharfen weiter zu verbessern, insbesondere eine Fehlklassifizierung noch kopierfähiger Vorlagen soweit irgend möglich zu vermeiden.

Die Überlegungen zur Erfindung gehen davon aus, daß ein einheitlicher Schwellenwert für den Vergleich unterschiedlich strukturierter und unterschiedlich geschwärzter Vorlagen nicht optimal angegeben werden kann. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein Quotient Q _V, der nur wenig über 1 liegt, bei einer flauen Vorlage mit geringem Dichteumfang noch ein Indiz für eine Kopierfähigkeit sein kann, während ein deutlich höherer Quotient auch in unscharfen Vorlagen auftreten kann, die einen sehr starken Dichteumfang bei hoher Maximaldichte aufweisen.

Diese Überlegungen haben zu der im beiliegenden Anspruch 1 beschriebenen Lösung der vorgenannten Aufgabe geführt.

Die getrennte Auswertung einer größeren Anzahl von Teilbereichen jeder Vorlage und die statistische Auswertung der so gewonnenen Meßwerte ermöglicht es, irreführende Einzelmeßwerte wie z. B. von Staubkörnchen zu verhindern und der Übergang zu Schwellwerten, die abhängig sind von der Höhe des Gradienten im scharfen Kanal, ermöglicht es, auf unterschiedlich strukturierte Vorlagen unterschiedliche Vergleichswerte anzuwenden.

Die Erkennungssicherheit für unscharfe Vorlagen kann dadurch erheblich gesteigert werden, wobei gleichzeitig der Anteil fälschlicherweise als unscharf qualifizierter Vorlagen deutlich reduziert werden konnte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand von Figuren eingehend erläutert sind. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Abtast- und Auswertevorrichtung,

Fig. 2 eine Kopiervorlage mit dem zur Schärfebeurteilung herangezogenen Vorlagenbereich,

Fig. 3 eine teilweise unscharfe Vorlage,

Fig. 4 die Abtastkurven der Vorlage nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Schwellwertlinie zur Auswertung der Abtastkurven nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine Matrix für Schwellwerte bei zweidimensionaler Festlegung der Schwellwerte.

In Fig. 1 ist in einem Prinzipschaltbild einer Abtast- und Auswertevorrichtung mit 1 eine Lichtquelle bezeichnet, die über einen Kondensor 2 die Kopiervorlage 3 ausleuchtet. Ein spaltförmiger Bereich der Kopiervorlage 3 wird durch ein Objektiv 4 auf eine CCD-Zeile 5 (Charge-Coupled-Device) abgebildet, die z. B. eine Anzahl von 1024 Elementen (Pixel) aufweist. Die Kopiervorlage 3 befindet sich auf einem Träger und bewegt sich während des Abtastvorgangs senkrecht zur Zeichnungsebene z. B. mittels eines Schrittmotors in bekannter Weise gleichförmig oder schrittweise vorwärts. Gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Abtastung nicht über die volle Breite des Filmes 3, auch nicht über die volle Breite des mit 3 a bezeichneten Vorlagenformates der Abmessung, z. B. 24 × 36 mm, sondern um eine auf beiden Seiten um etwa 2 mm reduzierte Breite. Der abgetastete Bereich 3 b hat deshalb eine Breite von etwa 20 mm und eine Länge von 32 mm. Durch diese Reduzierung des abgetasteten Bereiches vermeidet man mit Sicherheit die Auswertung des Bildrandes, der z. B. eine kameraseitige Umrandung scharf abbilden könnte und man erzielt außerdem eine Beschränkung des ausgewerteten Bereichs auf den voraussichtlich bildwichtigen Teil. Die 1024 Pixel verteilen sich deshalb im vorliegenden Fall auf eine Strecke, die etwa 20 mm Länge der abgebildeten Vorlage entsprechen.

Die CCD-Zeile 5 wird gesteuert von einer Kontroll-Logik 6 und gibt ihr Abtastsignal an ein Breitbandfilter 7 weiter. Diesem ist ein logarithmischer Verstärker 8 nachgeschaltet. Dessen Ausgangssignal verteilt sich auf drei Kanäle, den sogenannten unscharfen Kanal 9, den scharfen Kanal 10 und einen Kanal 11 für die Ermittlung des Dichteumfangs und der Mindestdichte der abgetasteten Vorlage.

Im unscharfen Kanal 9 liegt zunächst zum Ausfiltern der höheren Ortsfrequenzen ein Tiefpaßfilter 12, dem eine Differenzierstufe 13 nachgeschaltet ist. An diese schließt sich ein Maximum/Minimum-Detektor 14 an, der von der Kontroll-Logik 6 gesteuert wird. Daran schließt sich ein Analogdigitalkonverter 15 an, der die digitalisierten maximalen und minimalen Gradientenwerte im unscharfen Kanal 9 über einen Paralleleingang 16 an einen Mikroprozessor 22 weiterleitet.

Der scharfe Kanal 10 stimmt im Aufbau mit dem unscharfen Kanal 9 überein bis auf den Tiefpaß 12, d. h., der gesamte vom logarithmischen Verstärker 8 logarithmiert wiedergegebene Frequenzverlauf wird in einer Differenzierstufe 17 differenziert, der Maximal- und der Minimalwert in einem Maximal/ Minimal-Detektor 18 ermittelt und in einem Analogdigitalkonverter 19 digitalisiert, bevor sie an den Rechner 22 gelangen. Der Kanal 11 enthält nur den Maximal/ Minimal-Detektor 20 und einen Analogdigitalkonverter 21 und liefert an den Rechner ein Signal für den Dichteumfang der gesamten Vorlage und über die Mindestdichte der Vorlage.

Die Kontroll-Logik 6 ist einerseits verbunden mit der CCD-Zeile 5, zum anderen hat sie direkte Steuerungsfunktion für die Maximal/Minimal-Detektoren 14, 18 und 20, sowie für die Analogdigitalkonverter 15, 19 und 21. Die Steuerung läuft dabei so ab, daß jeweils nach Abschluß eines vollständigen Abtastzyklus der CCD-Zeile 5 die in den Maximal/Minimal-Detektoren 14, 18 und 20 gespeicherten Extremwerte an die Analogdigitalkonverter 15, 19 und 21 geleitet und von dort in den Rechner 22 eingspeichert werden. Nach einem entsprechenden Transport der Vorlage 3 um eine Zeilenbreite erfolgt dann, gesteuert durch die Kontroll-Logik 6, die Löschung der Extremwerte und der nächste Abtastzyklus. Beginn und Ende einer jeden Kopiervorlage werden angezeigt durch Abtastsignale von Randkerben 3 c des Films, die in bekannter Weise in räumlicher Zuordnung zu zunächst als kopierfähig angesehenen Vorlagen angebracht wurden.

In Fig. 3 ist als Beispiel für eine zu beurteilende Kopiervorlage ein Bild von zwei Personen im bildwichtigen Teil wiedergegeben, die im wesentlichen von nichtstrukturiertem Himmel umgeben sind. Im Vordergrund, d. h., im unteren Viertel des Bildes, sind durch mangelnde Tiefenschärfe andere Personenteile unscharf abgebildet, ebenso in der rechten oberen Ecke. Die Gesichtsteile in der rechten oberen Ecke sind bei der Schärfebeurteilung nur z. T. ausgeblendet. Die Personen im Mittelgrund sind zwar nicht mit großer Schärfe abgebildet, jedoch so, daß angenommen werden muß, daß der Urheber dieser Aufnahmen davon eine Kopie erhalten möchte.

In Fig. 4 sind die Abtastkurven dargestellt, wie sie sich für die Vorlage gemäß Fig. 3 an den Ausgängen der Analogdigitalkonverter 15, 19 und 21 ergeben. In Fig. 4a und 4b sind nach oben die digitalisierten Gradientenwerte aufgetragen, in horizontaler Richtung sind die 256 Positionen für die 256 Abtastzeilen eines Negativs aufgetragen. Für jede der 256 Zeilen ist in der gestrichelten Kurve 23 der positive Wert des scharfen Kanals 10 aufgetragen, während die durchgezogene Kurve 24 den positiven Wert des unscharfen Kanals 9 wiedergibt. In Fig. 4b sind die zugehörigen negativen Werte unter Umkehr des Vorzeichens in Kurve 25 für den scharfen Kanal, in Kurve 26 für den unscharfen Kanal wiedergegeben, von denen die Extremwerte als zusätzliche Meßwerte berücksichtigt werden.

Die Fig. 4c zeigt mit der gestrichelten Kurve 27 den Dichteumfang des jeweiligen Vorlagenbereiches, während die durchgezogene Kurve 28 die Mindestdichte in dem Vorlagenbereich wiedergibt. Die Kurven setzen sich dabei jeweils aus 256 Einzelwerten zusammen. Bei einem schmaleren Abtastspalt könnte die Zahl der Zeilen und der Einzelwerte auch höher sein.

Die 6 Kurven in den Fig. 4a bis 4c stellen die Meßwerte für die Kopiervorlage gemäß Fig. 3 dar. Der Abtastrichtung von links nach rechts in Fig. 4 entspricht die Abtastrichtung in Fig. 3 von unten nach oben. Dem völlig unscharfen Vordergrund entspricht der Kurvenverlauf in den Fig. 4a und 4b, nämlich, daß keine großen Dichtegradienten auftreten. Die scharfe Spitze nach etwa einem Viertel der Gesamtlänge dürfte der etwas schärferen Kontur innerhalb des Hausumrisses entsprechen. Der weitere im Verlauf mit deutlich über den Werten der beiden unscharfen Kanäle liegenden Werten für die scharfen Kanäle fällt zusammen mit dem Anstieg der Dichteumfangskurve 27 auf den Höchstwert, was auf den Himmelsanteil im Umfeld der beiden Personen im Mittelbereich zurückzuführen ist. Der Kurvenverlauf in den Fig. 4a und 4b im Bereich der Personen zeigt sehr stark strukturierte, aber auch mit sehr starken Dichteunterschieden behaftete Meßwerte, die insgesamt jedoch auf eine kopierfähige Vorlage schließen lassen. Zu bemerken ist, daß in den Fig. 4a und 4b die Gradientenwerte für den unscharfen Kanal immer unter den Werten für den scharfen Kanal liegen, was aufgrund der durch das Tiefpaßfilter simulierten größeren Abtastfläche ohne weiteres einzusehen ist.

Die jeweils 256 Meßwerte gemäß Fig. 4a und Fig. 4b für den scharfen und den unscharfen Kanal werden dann statistisch ausgewertet. Dazu wird von jedem einzelnen Wertepaar der Kurven 23, 24 bzw. 25, 26 eine Schärfemeßgröße nach der Formel

gebildet. Diese Schärfemeßgröße ist erkennbar für ein gleich großes Wertepaar, d. h. für einen total unscharfen Abtastbereich mit zwei gleich großen Gradientenwerten gleich Null. Sie kann auch angenähert dargestellt werden durch den Flächenbereich zwischen den Kurven 23/24 bzw. 25/26.

Für die Auswertung werden nun diese Schärfemeßgrößen sortiert, zunächst gemäß Fig. 5 in Gruppen 1 bis 20 entsprechend dem Gradientenwert des scharfen Kanals. In jeder dieser 20 Gruppen werden die Absolutwerte der Schärfemeßgrößen aufsummiert, so daß die zweimal 256 Werte einer Kopiervorlage eine Verteilung längs der Grad _SK -Achse in den Gruppen 1 bis 20 bilden.

In Fig. 5 sind nun zwei empirisch ermittelte Polygonzüge eingezeichnet, ein unterer 29 und ein oberer 30, von denen der untere bei der Wertegruppe 2 seinen Höchstwert bei 2,5 Skalenteilen und der obere in den Wertegruppen 2 und 3 bei ca. 4,5 Skalenteilen seinen Höchstwert hat. Bis zur Wertegruppe 20 fallen diese beiden Polygonzüge mehr oder minder kontinuierlich auf Null ab. Trägt man nun die Summen der Schärfemeßgrößen sortiert in die Wertegruppen 1 bis 20 in dem Diagramm nach Fig. 5 ein, so gibt es Summenwerte, die unter den Polygonzügen 30, jedoch über dem Polygonzug 29 liegen, und es gibt Summenwerte, die auch den Polygonzug 30 übersteigen. So sind die Summenwerte in den Gruppen 4, 5, 8, 11, 14, 17 über der Grenzlinie 30, während in den anderen Gruppen die Summenwerte zwischen den beiden Kurven liegen.

Der Polygonzug 30 wurde nun so ermittelt, daß für eine große Anzahl von visuell als unscharf einklassifizierten Vorlagen die Summenwerte der Schärfemeßgrößen pro Gruppe ermittelt und die Einhüllende aller dieser Summenwerte gebildet wurde. Daraus ergibt sich der Polygonzug 30. Daraus kann geschlossen werden, daß Kopiervorlagen, bei denen die Summenwerte der Schärfemeßgrößen in wenigstens einer der Gruppen den Polygonzug 30 übersteigen, ohne weiteres als scharf klassifiziert werden können. Darüber hinaus kann für den Fall ausgesagt werden, daß alle Summen von Schärfemeßgrößen pro Gruppe unter dem Polygonzug 29 liegen, es sich mit Sicherheit um eine unscharfe Vorlage handelt. Liegen dagegen sämtliche Summenwerte pro Gruppe in dem Bereich zwischen den Kurvenzügen 29 und 30, so dürfte es sich um einen Grenzfall handeln, für den der Betreiber des Gerätes besondere Vorgaben machen kann. Auch läßt sich der Zwischenraum der beiden Kurven durch entsprechende Programmierung der Speicher verkleinern oder nach unten oder nach oben schieben.

Auf diese Weise wird der Erkenntnis Rechnung getragen, daß ein großer Dichtesprung, d. h. im Vergleich zum unscharfen Kanal ein größerer Gradientenwert mit höherer Wahrscheinlichkeit eine scharfe, d. h. kopierfähige Vorlage anzeigt als eine größere Anzahl kleinerer Dichtesprünge. Aus dem Verlauf des Polygonzuges 30 wird erkennbar, daß in den Gruppen 16 bis 20 schon eine geringere Anzahl von Dichtesprüngen ausreicht, die Grenzlinie zu überschreiten.

Eine weitere Verfeinerung in der Auswertung der in den Kurven nach Fig. 4 enthaltenen Meßwerte wird erzielt, wenn gemäß Fig. 6 die Schärfemeßgrößen in eine Matrix einsortiert werden, bei der die von dem Kreuzungspunkt am unteren Ende der Zeichnung nach links oben führende Achse den Dichteumfang der Kopiervorlage, d. h. die Differenz zwischen der festgestellten maximalen und minimalen Dichte angibt, während die von rechts oben nach links unten absteigende Achse den Gradientenwert des scharfen Kanals von 2-20 wiedergibt. Die Schärfemeßgrößen gemäß den Kurvenverläufen in Fig. 4a und 4b werden nach diesen beiden Parametern in eine der 400 Gruppen einsortiert und aufsummiert. Die dabei gebildeten Summenwerte werden dann verglichen mit einer dreidimensionalen Fläche 31, die für jede der 400 Gruppen einen Schwellwert angibt. Diese Schwellenmatrix läßt sich ebenfalls empirisch bestimmen als Einhüllende der Schärfemeßgrößensumme einer großen Zahl von visuell als unscharf qualifizierter Vorlagen. Bei der Auswertung braucht dann nur verglichen zu werden, ob eine der Schärfemeßgrößensummen an ihrem Ort die dreidimensionale Fläche 31 durchstößt oder nicht. Dabei kann allerdings bei zweimal 256 Meßwerten und 400 Gruppen das Gesetz der großen Zahl für eine statistische Bewertung noch nicht erfüllt sein, so daß das Ergebnis gewissen Zufälligkeiten unterliegt. Es müßte deshalb entweder die Zahl der Gruppen reduziert oder die Zahl der Meßwerte erhöht werden.

Ein gewisser Kompromiß zwischen den beiden Auswerteverfahren nach Fig. 5 und 6 ist darin zu sehen, daß zunächst der Dichteumfang Δ D einer Kopiervorlage bestimmt wird und daß dann der Polygonzug 30 gemäß Fig. 5 für Vorlagen dieses Dichteumfangs fest vorgegeben wird. Die Schärfemeßgrößen sind dann nur in 20 Gruppen einzusortieren und lassen sich als Summe mit guten Ergebnissen mit der für diesen Dichteumfang der Vorlage zutreffenden Schwellenlinie gut bewerten auf scharf oder unscharf.

Neben diesen drei angegebenen Verfahren, die auf der Summierung von Schärfemeßgrößen beruhen, besteht auch die Möglichkeit, nach der Einsortierung der Schärfemeßgrößen in gewisse Gruppen nur die Zahl der einsortierten Werte zu ermitteln und diese Zahl mit einem Faktor für die durchschnittliche Schärfemeßgröße in dieser Gruppe zu gewichten.

Wesentliches Merkmal all dieser Auswerteverfahren ist die Unterteilung der Vorlage in eine Vielzahl von Vorlagenbereiche, Ermitteln der extremen Gradientenwerte für jeden Bereich im Vergleich mit dem Gradienten des zugehörigen unscharfen Bereiches und die statistische Auswertung unter Heranziehung von Schwellenwerten, die von dem Dichteumfang und/oder dem Gradienten im scharfen Kanal abhängig sind.

Claims (8)

1. Verfahren zur Unterscheidung scharfer Kopiervorlagen von unscharfen, wobei die Vorlagen in Teilbereichen linienförmig fotoelektrisch abgetastet werden, die Breite der Linien in der Größe der Bilddetails liegt und von dem gemessenen Bildsignal ein zweites Signal abgeteilt wird, das durch Ausfiltern der oberen Ortsfrequenzbereiche einem unscharf gemachten Bildsignal entspricht und wobei beide Signale differenziert und ihre Maximalwerte bestimmt werden sowie der Quotient Q _v der beiden Maximalwerte für jeden Teilbereich gebildet und mit einem empirisch festgelegten Schwellenwert verglichen wird, wobei die Vorlage nach einer statistischen Auswertung der Ergebnisse der Teilbereiche als scharf angesehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für eine größere Anzahl von Teilbereichen jeweils der Quotient der maximalen Dichtegradienten für den scharfen und den unscharfen Kanal festgestellt und nach der Höhe des Dichtegradienten im scharfen Kanal die Quotienten Q _v in Gruppen sortiert und pro Gruppe summiert werden und die Gruppensummen mit einem jeweils in Abhängigkeit von dem Dichtegradienten im scharfen Kanal vorgegebenen Schwellwert verglichen werden, wobei die Schwellwerte für Vorlagenbereiche mit hohem Dichtegradienten niedriger liegen als für solche mit niedrigerem Dichtegradienten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilbereiche sich quer zu der größeren Vorlagenabmessung nahezu über die Vorlagenbreite erstreckende Abtastzeilen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Extremwerte der Dichtegradienten pro Teilbereich mit Vorzeichenumkehr als zusätzliche Meßwerte berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen zusammen mit einer Vergleichslinie, die über dem Gradienten des scharfen Kanals gebildet wird, einer sog. Schwellenlinie (29, 30) verglichen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einem Dichteumfang Δ D der Vorlagen eine Vielzahl von Schwellenlinien festgestellt und für jede Vorlage entsprechend ihrem Dichteumfang Δ D die zugehörige Schwellenlinie ausgewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotienten der Maximalwerte der Dichtegradienten eines Vorlagenbereiches entsprechend dem Dichteumfang Δ D dieses Bereiches und den maximalen Dichtegradientenwerten des scharfen Kanals in eine zweidimensionale Matrix von Wertegruppen einsortiert, die Wertegruppen aufsummiert werden und jede Gruppensumme mit einem zugehörigen Schwellwert aus einer Schwellenmatrix verglichen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenlinien (30) bzw. die Schwellenmatrix (31) empirisch bestimmt werden als Einhüllende der Gruppensummenwerte einer großen Anzahl von visuell als unscharf qualifizierten Vorlagen.

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung zur zeilenweisen Abtastung der Bildvorlage, einem daran angeschlossenen ersten Auswertekanal mit einem Tiefpaß und einem Differenzierglied und einem zweiten Auswertekanal nur mit Differenzierglied sowie mit einer Diskriminatorschaltung zur Ermittlung der Maximalwerte in beiden Kanälen und einem Glied zur Bildung des Quotienten Q _v der beiden Maximalwerte, dadurch gekennzeichnet, daß eine CCD-Zeile (5) zur zeilenweisen Abtastung der Bildvorlage quer zur Transportrichtung der auf einem Träger angeordneten Vorlage (3) liegt, daß am Ausgang dieser CCD-Zeile (5) drei Auswertekanäle (9, 10, 11) liegen, daß der erste als "unscharfer" Kanal (9) ein Tiefpaßfilter (12), ein Differenzierglied (13), einen Maximal/Minimal- Detektor (14) und einen Analogdigitalkonverter (15), der zweite "scharfe" Kanal (10) nur ein Differenzierglied (17), einen Maximal/ Minimal-Detektor (18) und einen Analogdigitalkonverter (19) und der dritte Kanal (11) einen Maximal/Minimal-Detektor (20) und einen Analogdigitalkonverter (21) enthalten und daß die drei Kanäle mit einem Mikroprozessor (22) verbunden sind, der einen Speicher für die Schwellenwerte enthält und ein Signal für die Schärfe der jeweils untersuchten Vorlagen abgibt.