DE3506736A1 - Verfahren zum korrigieren von bildsignalen bei einem bildeingabegeraet - Google Patents

Description

Anwaltsakte: P 1261
DAINIPPON SCREEN
Kyoto, Japan

Verfahren zum Korrigieren von Bildsignalen bei einem Bildeingabegerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von Bildsignalen bei einem Bildeingabegerät, so daß ein Bild dem Originalbild so nahe wie möglich hineingelesen werden kann, und zwar mittels eines Fotosensors, beispielsweise einer Fotodiodenschar oder CCD, wobei eine Mehrzahl photoelektrischer Transducer vorgesehen ist.

Ein herkömmliches Korrekturverfahren für Bildsignale, die aus einem Fotosensor erhalten wurden, ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung No. 19184/1983, der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 19566/1983 oder der JA-OS 114310/1974 offenbart. Hierbei wird die Korrektur durchgeführt durch Speichern von Informationen über die Variationen der

f.

Sensitivität der einzelnen Elemente des Fotosensors und der Uneinheitlichkeit der Beleuchtung des Beleuchtungssystemes und des optischen Systemes, und weiterhin durch Justieren der Signalverstärkungswerte (gains of signals), erhalten von einem tatsächlichen Bild, auf der Basis der Daten.

Gemäß dem erwähnten konventionellen Verfahren bleiben Dunkelstromfraktionen (dark current fractions), die entsprechenden Elementen des Fotosensors eigen sind, außer Betracht. Das vorbekannte Verfahren vermag daher die Korrektur nicht voll und ganz über den gesamten Tonbereich durchzuführen, insbesondere im dunklen Bereich. Dabei wäre die Korrektur gerade bei solchen Bereichen bei der Druckplattenherstellung, beim Drucken usw. notwendig.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, das die Dunkelströme berücksichtigt, sie beispielsweise JA-OS 139139/1983. Hierbei werden die Ausgangswerte (dark current levels) der einzelnen Elemente bei deren Abschirmung gegen das Licht ebenfalls gespeichert, wobei eine Korrektur durchgeführt wird. Dieses Verfahren macht jedoch eine sehr komplexe Schaltung notwendig, die zu hohen Kosten führt. Außerdem sind zwei Operationen notwendig, nämlich die eine im Hellen und die andere im Dunkeln, um Korrektur-Bezugssignale einzugeben. Das Verfahren hat noch einen weiteren Nachteil; wenn nämlich die dark current levels aufgrund von Temperaturbereichen oder dergleichen im Verlaufe des Einlesens eines tatsächlichen Bildes schwanken, so treten Korrekturfehler auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem man einfach und mit hoher Genauigkeit Bildsignale bei einem Bildeingaberät korrigieren kann, und

zwar unter Anwendung eines Mehrelement-Fotosensors, der bei der Druckplattenherstellung verwendet wird, beim Drucken oder dergleichen, wobei eine hoher Wiedergabetreue in Bezug auf die Originale erzielt wird, wobei ferner jene Einflüsse ausgeschaltet werden, die auf dem System innewohnende Schwankungen der Sensitivität zwischen den einzelnen Elementen eines Fotosensors zurückgehen, auf Variationen der Dunkelströme, oder auf Änderungen der Beleuchtung des optischen und des Beleuchtungssystems.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das bei einem Bildeingabegerät verwendet wird, welches seinerseits einen Multi-Element-Fotosensor aufweist. Dabei werden vor dem Durchführen einer Operation bezüglich tatsächlicher Bildsignale/Bezugssignale gemäß einem herkömmlichen Korrekturverfahren für Bildsignale Dunkelströme von den einzelnen Elementen des Fotosensors zunächst korrigiert, und zwar jeweils durch entsprechende Werte der Dunkelausgangswerte der entsprechenden Elemente sowohl nach dem Auslesen in Real-Bildsignalen und dem Auslesen in Bezugssignalen; sodann wird die obige Korrekturoperation auf den somit korrigierten Werten durchgeführt. Bezüglich der einzelnen, erfindungsgemäßen Merkmale wird auf Patentansprüche und Beschreibung verwiesen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Bildeingabegerätes.

Fig. 2 zeigt einen Mehr-Element-Fotosensor,der mit Licht abgeschirmten Teilen ausgerüstet ist.

Fig. 3 veranschaulicht eine Gleichstrom-Clamping-Schaltung, die zum Erfassen von Dunkel-Ausgangs-Spannungen dient (d.h. Spannungen von abgeschirmten Bereichen des Multi-Element-Fotosensors), wobei die Spannungen sodann von ihren entsprechenden Bildsignalen subtrahiert werden.

Eig.4(a) ist ein Wellenform-Diagramm, das Signalausgänge aus dem Multi-Element-Fotosensor darstellt, wenn ein Bild von gleichförmiger Dichte eingelesen wird.

Fig.4(b) ist ein Wellenform-Diagramm von Spannungsausgängen von einer Tastspeicherschaltung (sample holding circuit), nachdem Dunkelausgangsspannungen von den Signalen der Fig. 4 (a) subtrahiert wurden.

Fig.4(c) ist ein Wellenform-Diagramm normalisierter Ausgangsspannungen, erhalten nach der Korrektur, wobei Korrektur-Bezugssignale und tatsächliche Bildsignale miteinander identisch sind.

Die fotoelektrischen Umwandlungscharakteristika eines jeden Elementes eines Fotosensors wie einer fotodioden Reihe, CCD (Charge Coupled Device) oder dergleichen gehorchen, wie allgemein bekannt, der folgenden Funktion:

^Vi ^{= S}i^{% X}i ^{+ D}i ^

Hierin bedeuten: V. : Ausgangsspannung des Fotosensors

S. : Umwandlungs-Wirkungsgrad

X. : Menge des einfallenden Lichtes

D. : Dunkelausgangsspannung

Variationen des Umwandlungs-Wirkungsgrades zwischen den einzelnen Elementen liegen gewöhnlich im Bereich von 10 %. Es ist jedoch bekannt, daß Schwankungen der Ausgangsspannung eingeschlossen das sogenannte Shading (vignetting of oblique beams) durch ein Linsensystem 30 - 50 % erreichen.

Andererseits beträgt die Dunkelausgangsspannung etwa 1 % von V., und ihre Variationen liegen innerhalb ca. 10 %.

Für die Korrektur der obengenannten Schwankungen der Ausgangsspannung wird ein Bild mit gleichförmiger Reflektivität oder Transmission, das als Bezug für den weißen Pegel dient, vor allem beleuchtet zum Einlesen von Signalen.

An dieser Stelle ändert sich die Ausgangsspannung V . des i-ten Elementes des Multi-Element-Fotosensors entsprechend der Menge X . des einfallenden Lic
die folgende Gleichung ausdrücken:

der Menge X . des einfallenden Lichtes. Dies läßt sich durch

η ι ri ri

Drückt man die Dunkelausgangsspannung D . als ihr repräsentativer Wert D , aus (beispielsweise einen Spannungsausgang aus einem teilweise lichtabgeschirmten Bereich an einem Ende des Multi-Element-Fotosensors), und ihre Differenz ., so läßt sich die folgende Gleichung ableiten:

^Dri = ^Drd ⁺ *^Dri (3)

Da die Variaton, d.h. die Differenz D . bei der Dunkelausgangsspannung zwischen verschiedenen Elementen sehr klein ist, verglichen mit der Ausgangsspannung V . des Fotosensors, und somit vernachlässigt werden kann (AD .£<V .), so läßt sich die obige Gleichung (2) wie folgt umschreiben:

V .CSS. ·Χ . + D . (4)

π ι ri rd

Zieht man hier den repräsentativen Wert D , der Dunkelausgangsspannung von einem Bezugsbildsignal ab, das in obiger Weise gelesen wurde, so läßt sich ein Korrektur-Bezugssignal V_ri, das zu speichern ist, wie folgt wiedergeben: ^Vri- = ^Vri - ^Drd = V^Xri <⁵> '

3SfeO6736

Wird sodann ein tatsächlich vorhandenes Bild gelesen, so läßt sich die Menge X. des einfallenden Lichtes als Menge betrachten, die dadurch erhalten wurde, daß man die Menge X . eines Standard-Einfallslichtes einer Modulation durch das reale Bild unterwirft (Modulationsindex: K.). Demgemäß läßt sich die Ausgangsspannung V. eines jeden Elementes des Multi-Element-Fotosensors, oben durch Gleichung (1) ausgedrückt, wie folgt schreiben:

*=* ^Si'V^Xri ^{+ D}d

In gleichung (6) bedeutet K. einen Modulationsindex des i-ten Elementes zur Reflektivität durch oder Transmission mittels des Realbildes, und D, bedeutet den Repräsentativwert der Dunkelausgangsspannungen nach dem Einlesen des Realbildes.

Subtrahiert man den Repräsentativwert D, der Dunkelausgangsspannungen von der Ausgangsspanung V., so läßt sich die zu korrigierende Signalspannung V. durch die folgende Gleichung wiedergeben:

V - ^Vi - ^Dd - ^Si'V^Xri ⁽⁷⁾

Die Spannung V.ι des Realbildsignales wird einer Korrekturoperation wie einer Division oder dergleichen unterworfen, und zwar durch das korrigierende Bezugssignal, wobei die folgende Gleichung entsteht:

ι ' η ι χ π' χ ι χ

Nach der Korrektur ist das Ausgangssignal ein Realbildsignal, das lediglich dem Modulationsindex K proportioi ist. Auf diese Weise lassen sich sämtliche Effekte, die

sich auf die Sensitivität, den Dunkelausgang, das Beleuchtungssystem und das optische System und dergleichen des Multi-Element-Fotosensors beziehen, korrigieren, wobei man ein Realbildsignal erhält, dessen Pegel alleine durch die Dichte (Reflektivität oder Transmission) des Originales bestimmt ist.

Eine zur Anwendung in der Praxis der Bildkorrektur geeignete Ausführungsform soll im folgenden unter Bezugnahme auf Blockschaltbild gemäß Fig. 1 beschrieben werden.

In diesem Blockschaltbild sieht man einen Multi-Element-Fotosensor 1 zum Einlesen in ein Bild, eine Teilerschaltung 2 zum Durchführen einer Korrekturoperation, eine Gleichstrom-Clamping-Schaltung 3 zum Erfassen eines Ausgangswertes (des Repräsentativ wertes der Dunkelausgänge) eines Fotosensorelementes, das am einen Ende eines Multi-Element-Fotosensors gegen Licht abgeschirmt ist (beispielsweise eines Multi-Element-Sensors wie jener in Fig. 2 dargestellt), und zum Subtrahieren des Ausgangswertes von einem Bildsignal, ferner eine Tastspeicherschaltung 4 (sample holding circuit), eine A/D-Schaltung 5 (von analog zu digital) zum Encodieren des Analogwertes des korrigierten Bezugssignales in den entsprechenden Digitalwert, eine RAM 6 (random access memory) zum Speichern des Korrektur-Bezugssignales, eine D/A-Schaltung 7 (von digital zu analog) zum Umwandeln des encodierten Korrektur-Bezugssignales in einen Analogwert, eine Zeitkontrollschaltung 8 des Bildeingabegerätes, eine R/W-Kontrollschaltung 9 (read/write) zum Lesen von Daten aus der RAM 6 oder zum Schreiben von Daten in die RAM 6 sowie schließlich einen Schalter 10 zum Eingeben des Korrektur-Bezugssignales in eine read-in-Speichereinheit.

Fig. 2 zeigt die Umrißlinie von Fotosensor 1. Die lichtabgeschirmten Bereiche 21, die an beiden Enden vorhanden sind, sind schraffiert wiedergegeben. Die Ausgänge von diesen Bereichen

werden als Dunkelausgänge verwendet.

Fig. 3 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Gleichstrom-Clamping-Schaltung 3. Beim Eingeben eines Bildes wird der Pegel des Signales vom lichtabgeschirmten Bereich des Multi-Element-Fotosensors 1 zurückgehalten, und zwar in der Form eines Erfassungsimpulses (light-shielded portion detection pulse) (timing:t„), bis der nächste Erfassungsimpuls in der Tastspeicherschaltung 11 erzeugt wird. Er wird sodann als Repräsentativwert der Dunkelausgänge der Subtraktionsschaltung zugeführt, wobei er als repräsentativer Dunkelausgangswert von einem Bildsignal abgezogen wird.

Vor dem Einlesen eines tatsächlichen Bildes wird zu allererst ein Bild, das als Bezugsbild für den weißen Pegel dient, in den Multi-Element-Fotosensor 1 eingelesen. Die Ausgangsspannung V . des Fotosensors 1 hat eine Signal-Wellenform gemäß Fig. 4 (a),

Bei der Gestaltung der Gleichstrom-Clamping-Schaltung 3, so wie in Fig. 3 dargestellt, wird der Signalwertausgang aus dem abgeschirmten Bereich des Fotosensors, der in Signalausgängen des Fotosensors enthalten ist, bei dem Timing von t„ erfaßt. Der Wert wird in der Tastspeicherschaltung 11 festgehalten. In der Subtraktionsschaltung 12 wird dieser Wert als repräsentativer Wert D , der Dunkelausgänge verwendet, so daß D , von der Ausgangsspannung V . des Fotosensors 1 abgezogen wird.

Der nach der Subtraktion verbliebene Wert wird dem Tastspeicherkreis 4 eingespeist, wo die Wellenform der Ausgangsspannung in Gestalt des entsprechenden Zeitimpulses zurückgehalten wird, und zwar von den Zeitimpulsen t., t„, ..., t für Signale aus den entsprechenden Bildelementen gemäß Fig. 4(b). Um den Zeitimpuls (timing pulse) als Korrektur-Bezugssignal in der RAM mittels des Schalters 10 zu speichern, wird der Zeitimpuls einer A/D-Umwandlung durch die A/D-Schaltung 5 unterworfen.

Falls das Korrektur-Bezugssignal mit einer Auflösung von 8 Bits encodiert wird, um eine Korrekturoperation durchzuführen, so lassen sich nur 6 bis 8 Bits als Dichtegradation des derart korrigierten Bildsignales erhalten, und zwar aufgrund von Fehlern, nach unten verschieben von aussagekräftigen Größen usw.

Ist eine 8-Bit-Genauigkeit (256 Stufen) erforderlich als Dichtegradation (density graduation) für die korrigierten Bildsignale, so ist es demgemäß notwendig, das Korrektur-Bildsignal zuvor zu encodieren mit einer Auflösung von etwa 10 Bits (1024 Stufen) durch eine A/D-Schaltung 5, im Hinblick auf das Abwärtsverschieben (downward shifting) von Größen während der Operation.

Auf die obenbeschriebene Weise wird das Korrektur-Bezugssignal im voraus in der RAM 6 gespeichert.

Nach dem Einlesen des tatsächlichen Bildes wird Schalter 10 offengehalten. In Synchronisation des Einlesens des tatsächlichen Bildes durch einen Multi-Element-Fotosensor 1 und gleichzeitig in Synchronisation mit dem Halten des Signales aus dem Tasthaltekreis 4 werden Korrekturbezugssignale, die in der RAM 6 gespeichert wurden, nacheinander ausgelesen, und zwar gemäß dem ausgelesenen Kommandosignalausgang aus der Zeitkontrollschaltung 8, und justiert im read-out timing durch die R/W-Schaltung 9.

Jedes Korrektur-Bezugssignal wird durch die D/A-Schaltung 7 in ein korrigiertes analoges Bezugssignal V ., umgewandelt und sodann der Teilerschaltung 2 eingespeist.

Der repräsentative Wert D, der Dunkelausgänge wird vom Realbildsignal V. in der DG-Clamping-Schaltung 3 subtrahiert. Der verbleibende Wert wird sodann über die Tastspeicherschaltung 4 der Teilerschaltung 2 (dividing circuit) eingespeist, wo er durch das obenbeschriebene Korrektur-Bezugssignal V ., geteilt wird.

10

Fig. 4(c) zeigt die Wellenform der korrigierten Ausgangssignale, wenn Signale, die mit ihren entsprechenden Bezugssignalen identisch sind, als tatsächliche Bildsignale eingelesen werden. Variationen der einzelnen Elemente des Fotosensors, Änderungen der Dunkelausgänge, Beleuchtungsunregelmäßigkeiten aufgrund von Schwankungen des optischen und des Beleuchtungssystemes usw. wurden korrigiert, was zu einer Spannung konstanten Ausganges führt.

25.02.1985
DrW/MJ

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Claims (1)

1. Anwaltsakte: P 1261

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Korrigieren von Bildsignalen bei einem Bildeingabegerät (picture input equipment), das zum Einlesen eines tatsächlichen Bildes mittels eines Multi-Element-Fotosensors dient, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :

   (a) Es wird ein Bild von gleichförmiger Dichte eingelesen vor dem Einlesen des realen Bildes;

   (b) es werden Werte encodiert, die jeweils erhalten wurden durch Subtrahieren von Dunkelausgangswerten einzelner Elemente des Fotosensors von Werten, die durch die jeweiligen Elemente gelesen wurden, und es werden die derart encodierten Werte als Korrektur-Bezugssignale für ihre entsprechenden Elemente gespeichert;

   (c) nach dem Einlesen des Realbildes werden die Korrektur-Bezugssignale in Synchronisation mit dem Einlesen des Realbildes ausgelesen, so daß Werte korrigiert werden, die erhalten wurden durch Subtrahieren der Dunkelausgangswerte von den derart gelesenen Werten des Realbildes, und zwar auf der Basis der obigen ausgelesenen Korrektur-Bezugssignale .

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalwertausgänge jeweils von lichtabgeschirmten Endbereichen der einzelnen Elemente des Multi-Element-Fotosensors als Dunkelausgangswerte verwendet werden.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   beim Encodieren der Werte, die jeweils erhalten wurden durch Subtrahieren von Dunkelausgangswerten einzelner Elemente des Fotosensors von Werten, die gelesen werden durch entsprechende Elemente, um Korrektur-Bezugssignale zu erhalten, die

   zuerst genannten Werte encodiert werden mit einer Resolution, die höher als eine Ton-Resolution ist, welche als Ausgang

   erforderlich ist.

   25.02.85
   DrW/MJ