DE4434897C2 - System und Verfahren zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses eines CCD-Sensors in einem optischen Scanner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Scanner und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Ver­ besserung des Signal/Rausch-Verhältnisses des CCD-Sensors (CCD = Charge Coupled Device = Ladungs-gekoppeltes Bauteil) in einem optischen Scanner.

Optische Scanner werden verwendet, um Abbildungen auf zu­ nehmen und zu digitalisieren. Z.B. kann ein optischer Scan­ ner verwendet werden, um die Abbildung eines Schriftsatzes auf einem Blatt Papier aufzunehmen. Die digitalisierte Ab­ bildung kann danach elektronisch gespeichert und/oder mit Zeichenerkennungs-Software verarbeitet werden, um einen ASCII-Text zu erzeugen. Der typische optische Scanner umfaßt eine Lichtquelle, ein lineares Array von photoelektrischen Fühlern (im allgemeinen ein CCD-Sensor), einen analogen Ver­ stärker, einen Analog/Digital-Wandler, eine Steuerung und einen Direktzugriffsspeicher (RAM; RAM = Random Access Memo­ ry).

Der CCD-Sensor umfaßt eine große Anzahl (z. B. 2000) von pho­ toelektrischen Fühlern, die in einem linearen Array angeord­ net sind. Jeder photoelektrische Fühler nimmt Licht auf, das einen einzelnen Bildpunkt der Abbildung darstellt. Das Array nimmt eine Linie von Bildpunkten auf. Indem der CCD-Sensor über ein Dokument bewegt wird, kann das ganze Dokument Linie für Linie abgetastet werden.

Die Umwandlung des Lichts, das von dem Dokument reflektiert oder durch das Dokument übertragen wird, in digitale Signale findet im wesentlichen in drei Schritten statt. Zuerst wan­ delt jeder photoelektrische Fühler das Licht, das er emp­ fängt, in eine elektrische Ladung um. Die Größe der Ladung hängt von der Intensität des Lichts und der Belichtungszeit ab. Zweitens werden die Ladungen von jedem der photoelektri­ schen Fühler über den analogen Verstärker in analoge Span­ nungen umgewandelt. Schließlich werden die analogen Spannun­ gen durch den Analog/Digital-Konverter für die digitale Ab­ bildungsverarbeitung und die Speicherung in dem RAM digita­ lisiert.

Bei herkömmlichen optischen Scannern wird der CCD-Sensor langsam abtastmäßig über ein Dokument bewegt. Die photoelek­ trischen Fühler sind permanent belichtet. Nach einer festen Belichtungszeit wird eine Linie von Ladungen (die eine Linie von Bildpunkten der Abbildung darstellt) von den phototelek­ trischen Fühlern zu einem oder mehreren analogen Schiebere­ gistern übertragen. Sobald die Ladungen übertragen sind, fahren die photoelektrischen Fühler fort, als Reaktion auf das Licht, dem sie ausgesetzt sind, Ladungen zu erzeugen. Bevor jedoch die nächste Linie von Ladungen übertragen wer­ den kann, müssen die analogen Schieberegister bereinigt sein, und die Ladungen, die in denselben gespeichert sind, müssen verarbeitet sein.

Die Verarbeitungszeit der Daten in dem CCD-Sensor schließt die Zeit ein, die erforderlich ist, um eine Linie von La­ dungen seriell von den analogen Schieberegistern zu schie­ ben, die Spannungen in analoge Spannungen umzuwandeln, die Spannungen zu digitalisieren, eine beliebige gewünschte Ab­ bildungsverarbeitung durchzuführen und die digitale Darstel­ lung jedes Bildpunkts in dem RAM zu speichern. Sobald alle Bildpunkte oder Ladungen einer Linie verarbeitet wurden, können die Ladungen der nächsten Linie von den photoelek­ trischen Fühlern übertragen werden. Folglich ist die Zeit, die erforderlich ist, um alle Bildpunkte oder Ladungen einer Linie zu verarbeiten, gleich der Belichtungszeit des CCD-Sensors. Herkömmliche optische Scanner stellen die Belich­ tungszeit gleich dieser Verarbeitungszeit ein. Wenn es z. B. eine Mikrosekunde dauert, um jede Ladung oder jeden Bild­ punkt zu verarbeiten, benötigt eine Linie von 2000 Bildpunk­ ten zwei Millisekunden zur vollen Verarbeitung. Folglich wä­ re die Belichtungszeit des CCD-Sensors fest auf zwei Milli­ sekunden eingestellt.

Der CCD-Sensor hat im allgemeinen einen festen Rauschpegel. Folglich ist es wünschenswert, um das Signal/Rausch-Verhält­ nis des Scanners zu optimieren, das optische Signal, das an dem CCD-Fühler empfangen wird, zu maximieren. Durch das Ma­ ximieren des optischen Signals bei einem festen Rauschpegel kann das Signal/Rausch-Verhältnis maximiert werden. Dies ge­ schah gewöhnlich durch Kalibrieren des CCD-Sensors, so daß die feste Belichtungszeit aus dem Licht höchster Intensität, das erwartungsgemäß empfangen wird, eine maximale Ladung er­ gibt (ohne Sättigung des CCD-Sensors).

Diese Kalibrierung geschah in optischen Scannern durch Be­ lichten des CCD-Sensors mit einem Referenzstreifen oder ei­ nem weißen Material, und Einstellen der Intensität des Leuchtkörpers, um eine maximale Ladung zu erreichen. Wenn jedoch der Leuchtkörper oder andere Komponenten altern, kann das maximal verfügbare Licht ungenügend sein, um eine maxi­ male Ladungsausgabe von dem CCD-Sensor zu erzeugen. Folglich waren bekannte optische Scanner nicht in der Lage, während der Lebensdauer des Scanners ein maximales Signal/Rausch-Verhältnis des CCD-Sensors beizubehalten.

Die US-A-4,408,231 betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Kalibrieren eines Abtastsystems mit linearem Array und betrifft ein Problem beim Kalibrieren des Systems, das auftritt, wenn Komponenten des Abtasters altern. Die Belich­ tung wird in digitalen Schritten durch einen Mikroprozessor erhöht, während der Abtaster einen weißen Referenzstreifen abtastet. Alternativ kann anstelle der Belichtung das Abta­ stintervall für die Photosensoren in dem Array so lange zu erhöhen, bis das Array die Sättigung erreicht. Nachdem die Sättigung des Sensors erreicht ist, wird das Abtastintervall auf einen vorbestimmten Prozentsatz des Sättigungsabtastin­ tervalls abgesenkt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung zum Verbessern des Signal/Rausch-Verhältnisses des CCD-Sensors während seiner Lebensdauer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Bildaufnahmesystem gemäß Pa­ tentanspruch 1 gelöst.

Die Kalibrierung umfaßt das Aussetzen des CCD-Sensors einem Referenzobjekt (z. B. einem weißen Material) ein. Das Refe­ renzobjekt sollte eine maximale Ladung zur Folge haben, die von jedem photoelektrischen Fühler des CCD-Sensors erzeugt wird. Wenn keine maximale Ladung erzeugt wird, wird die Be­ lichtungszeit des CCD-Sensors erhöht, indem der CCD-Sensor genau so oft getaktet wird, wie es erforderlich ist, um alle Ladungen zu schieben, plus eine zusätzliche Anzahl von Takt­ zyklen, um die gewünschte Erhöhung der Belichtungszeit zu erzeugen.

Das System der Erfindung umfaßt einen CCD-Sensor, der ein Array von photoelektrischen Fühlern, einen analogen Ver­ stärker, einen Analog/Digital-Konverter, eine Slave-Steue­ rung, eine Master-Steuerung, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine Hauptschnittstellenschaltung ein. Der CCD-Sensor erzeugt eine Mehrzahl von Ladungen, die eine Linie von Bildpunkten der Abbildung darstellen. Der Verstärker wandelt sequentiell jede Ladung in eine analoge Spannung um, wenn die Ladungen seriell aus dem CCD-Sensor geschoben wer­ den. Der Analog/Digital-Wandler digitalisiert die analogen Spannungen.

Die Slave-Steuerung synchronisiert den Betrieb des CCD-Sen­ sors und des Analog/Digital-Wandlers. Zusätzlich steuert die Slave-Steuerung die Abbildungsverarbeitung und Formatierung der digitalisierten Bildpunktdaten und steuert die Speiche­ rung der digitalisierten Bildpunktdaten in dem RAM und die Kommunikation der digitalisierten Bildpunktdaten mit einem Hauptcomputer über die Hauptschnittstellenschaltung. Die Master-Steuerung initialisiert eine Abtastoperation und ini­ tialisiert die Slave-Steuerung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein wenig detailliertes Blockdiagramm des Abbildungs­ aufnahmesystems der Erfindung;

Fig. 2 ein wenig detailliertes Blockdiagramm eines CCD-Sen­ sors 102;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, das die Funktionalität eines Zu­ standssteuerrechners 114 beim Steuern der Belich­ tungszeit eines CCD-Sensors 102 darstellt; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Schritte beim Kalibrieren des Abbildungsaufnahmesystems der Erfindung für ein maximales Signal/Rausch-Verhältnis zeigt.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ folgend bezugnehmend auf die Figuren, in denen gleiche Be­ zugszeichen gleiche Elemente anzeigen, beschrieben. Ferner entsprechen in den Figuren die äußersten linken Stellen je­ des Bezugszeichens der Figur, in der das Referenzzeichen zuerst verwendet ist.

Fig. 1 ist ein wenig detailliertes Blockdiagramm eines Ab­ bildungsaufnahmesystems 100 der Erfindung. Das Abbildungs­ aufnahmesystem 100 kann mit einem optischen Scanner verwen­ det werden, wie z. B. dem, der in dem U.S.-Patent 4,926,041 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, dessen Text in seiner Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Das Abbildungsaufnahmesystem 100 umfaßt einen CCD-Sensor 102, einen Analogverstärker 104, einen Analog/Digital-Wand­ ler (ADC; ADC = analog to digital converter) 106, eine Sla­ ve-Steuerung 108, eine Master-Steuerung 120, einen Direktzu­ griffsspeicher (RAM) 118 und eine Hauptschnittstelle 120. Der CCD-Sensor 102 umfaßt ein lineares Array von photoelek­ trischen Fühlern 204 (nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 2 beschrieben). Jedes Element 204 ist konfiguriert, um einen Bildpunkt einer Abbildung aufzunehmen und eine elektrische Ladung zu erzeugen, die der Intensität des empfangenen Lichts entspricht.

Der Analogverstärker 104 ist konfiguriert, um von dem CCD-Sensor 102 über eine Leitung 103 einen seriellen Datenstrahl zu empfangen und jede Ladung sequentiell in eine analoge Spannung umzuwandeln. Der ADC 106 ist konfiguriert, um von dem Verstärker 104 über eine Leitung 105 eine analoge Span­ nung zu empfangen und die analoge Spannung zu digitalisie­ ren. Der ADC 106 kann z. B. ein digitales 8-Bit-Wort ausge­ ben, das die verschiedenen Graustufungen des Bildpunkts dar­ stellt, das durch die empfangene Spannung dargestellt wird.

Die Slave-Steuerung 108 steuert den Zeitablauf des CCD-Sen­ sors 102 und des ADC 106 über Steuerleitungen 130 und Steu­ erleitungen 131. Die Slave-Steuerung 108 empfängt die digi­ talisierten Daten von dem ADC 106 über einen Bus 107, lie­ fert eine beliebige erforderliche Formatier- und/oder Abbil­ dungs-Verarbeitung und speichert die digitalisierten Daten über einen Bus 121 in dem RAM 118. Außerdem steuert die Sla­ ve-Steuerung 108 über die Hauptschnittstelle 122 die Über­ tragung der Daten von dem RAM 118 zu einem Hauptsystem (nicht gezeigt), wie z. B. einem Abbildungsverarbeitungssy­ stem oder einem universellen Computersystem. Die Master-Steuerung 120 ist vorgesehen, um eine Abbildungsabtastope­ ration zu initiieren und um die Slave-Steuerung 108 über ei­ nen Bus 128 zu initialisieren und zu überwachen.

Die Slave-Steuerung 108 umfaßt einen Abbildungsprozessor 110, einen Format-Prozessor 112, einen Zustandssteuerrechner 114 und eine Direktspeicherzugriffssteuerung 116 (DNA; DNA = direct memory access = Direktspeicherzugriff). Der Zustands­ steuerrechner 114 liefert ein Takten und weitere Steuersig­ nale, um den Betrieb des CCD-Sensors 102 über die Steuer­ leitungen 130 und des ADC 106 über die Steuerleitungen 131 zu synchronisieren. Der Zustandssteuerrechner 114 steuert ferner die abtastmäßige Bewegung des CCD-Sensors 102 über eine Abbildung.

Die DNA-Steuerung 116 steuert das Speichern und Entfernen der Daten in und aus dem RAM 118. Die DNA-Steuerung 116 steht mit dem RAM 118 über einen Bus 123 und mit der Haupt­ schnittstelle 122 über einen Bus 124 in Verbindung. Der Ab­ bildungsprozessor 110 liefert dem Abbildungsaufnahmesystem 100 die Abbildungsverarbeitungsfähigkeiten. Z.B. kann der Abbildungsprozessor 110 die Auflösung der digitalisierten Abbildung von dem ADC 106 ändern. Der Formatprozessor 112 ermöglicht es, das Datenformat der digitalisierten Abbildung vor dem Speichern im RAM 118 über den Bus 121 zu ändern. Z.B. kann der Formatprozessor 112 die Daten, die die digi­ talisierte Abbildung darstellen, dem RAM 118 in einem Bild­ punkt-Format von einem, vier oder acht Bit liefern. Der For­ matprozessor 112 steht ferner über den Bus 121 mit einem Hauptsystem in Verbindung.

Im U.S.-Patent 5,239,387 der Anmelderin der vorliegenden An­ meldung ist detailliert der Datenaustausch zwischen dem RAM 118 und dem Hauptcomputer über den Bus 121 erörtert, das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Slave-Steue­ rung 108 als eine ASIC (ASIC = application specific integra­ ted circuit = Anwendungs-spezifische integrierte Schaltung) implementiert. Die Master-Steuerung 120 ist ein universeller Mikroprozessor, wie z. B. ein Motorola 68HC11, erhältlich von der Motorola Inc., Schaumburg, Illinois. Der CCD-Sensor 102 ist ein Toshiba TCD137C, erhältlich von Toshiba America Electronics Components, Inc., Irvine, Kalifornien.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb des CCD-Sen­ sors 102 zeigt. Der CCD-Sensor 102 umfaßt ein lineares Array 202 von photoelektrischen Fühlern oder Zellen 204. Das li­ neare Array 202 kann z. B. 2000 photoelektrische Fühler 204 umfassen. Jeder Fühler 204 ist konfiguriert, um Licht zu empfangen (reflektiert von oder übertragen durch eine Abbil­ dung) und um als Reaktion darauf eine elektrische Ladung zu erzeugen. Die Ladung wird durch einen Kondensator (nicht ge­ zeigt) in jedem photoelektrischen Fühler 204 gesammelt. Je­ der Fühler 204 entspricht einem Bildpunkt der Abbildung, die aufgenommen wird.

Jeder photoelektrische Fühler ist mit einem Speicherbereich oder einer Registerzelle eines analogen Schieberegisters 205, 206 gekoppelt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Fühler 204 in einer verschachtelten Form mit den analogen Schieberegistern 205, 206 verbunden. Z.B. sind der erste und alle nachfolgenden ungeradzahligen Fühler 204 elektrisch mit dem analogen Schieberegister 206 verbunden. Der zweite und alle nachfolgenden geradzahligen Fühler 204 sind mit dem analogen Schieberegister 205 verbunden.

Das lineare Array 202 ist konfiguriert, um die Ladung, die in den Kondensatoren der photoelektrischen Fühler 204 ge­ speichert ist, in analoge Schieberegister 205, 206 als Re­ aktion auf ein Übertragungssignal 210 von dem Zustandssteu­ errechner 114 zu übertragen. Die analogen Schieberegister speichern dann diese Ladungen, bis sie über eine Leitung 103 zu dem Verstärker 104 hinausgeschoben werden können.

Der Zustandssteuerrechner 114 liefert dem analogen Schiebe­ register 206 ein Taktsignal 207. Genauso liefert der Zu­ standssteuerrechner 114 dem analogen Schieberegister 205 ein invertiertes Taktsignal 208. Der invertierte Takt 208 ist bezüglich des Taktsignals 207 um 180° phasenverschoben. So­ bald die Ladungen von dem linearen Array 202 in die analogen Schieberegister 205, 206 übertragen wurden, beginnt der Zu­ standssteuerrechner 114 an die analogen Schieberegister 206, 205 ein Taktsignal 207 bzw. ein invertiertes Taktsignal 208 anzulegen. Das Taktsignal 207 veranlaßt das analoge Schie­ beregister 206 eine erste Ladung über eine Leitung 212 aus dem analogen Schieberegister 206 zu schieben. Diese erste Ladung wird durch den Kondensator C1 gesammelt. Die erste Ladung veranlaßt den Kondensator C1, sich auf eine Spannung auf zuladen, die dann durch den analogen Verstärker 104 auf der Leitung 103 erfaßt wird. Der analoge Verstärker 104 lie­ fert dem ADC 106 dann eine verstärkte analoge Spannung zur Digitalisierung und weiteren nachgeschalteten Verarbeitung.

Der Zustandssteuerrechner 114 liefert einem Schalter SW1 danach ein Rücksetzsignal. Das Rücksetzsignal veranlaßt den Schalter SW1 zu schließen und dadurch den Kondensator C1 mit Masse kurzzuschließen. Dadurch wird die erste Ladung auf den Kondensator C1 abgeleitet. Sobald die Leitung auf dem Kon­ densator C1 abgeleitet wurde, wird der Schalter SW1 geöff­ net. Als nächstes veranlaßt das invertierte Taktsignal 208 das analoge Schieberegister 205, eine zweite Ladung auf die Leitung 103 zu schieben. Diese zweite Ladung veranlaßt den Kondensator C1, auf einen neuen Spannungspegel aufgeladen zu werden. Der oben beschriebene Prozeß wiederholt sich danach. Das Taktsignal 207 und das invertierte Taktsignal 208 takten die analogen Schieberegister 206, 205 abwechselnd ein, bis alle Ladungen herausgeschoben wurden, durch den Verstärker 104 verstärkt wurden und durch den ADC 106 digitalisiert wurden.

Das lineare Array 202 fährt fort, Licht zu sammeln, und ent­ sprechende Ladungen in jedem der photoelektrischen Fühler 204 zu sammeln, wenn es dem Licht ausgesetzt wird. Jedesmal, wenn das Übertragungssignal 210 die Ladungen veranlaßt, in die analogen Schieberegister 205, 206 übertragen zu werden, wird das lineare Array 202 rückgesetzt. Folglich ist die Be­ lichtungszeit jedes photoelektrischen Fühlers 204 gleich der Periode zwischen dem Empfang der Übertragungssignale 210. Bei einem herkömmlichen Abbildungsaufnahmesystem gemäß der obigen Erörterung taktet die Zustandssteuermaschine 114 die analogen Schieberegister 205, 206 insgesamt N-mal. Das ana­ loge Schieberegister 206 wird N/2-mal getaktet, um alle La­ dungen auf seinen Zellen zu löschen. Genauso wird das ana­ loge Schieberegister 205 N/2-mal getaktet, um alle Ladungen aus seinen Zellen zu löschen. Sobald die letzte Ladung aus den analogen Schieberegistern gelöscht ist, erteilt der Zu­ standssteuerrechner 114 dem linearen Array ein neues Über­ tragungssignal 210. Dies hat eine feste Belichtungszeit für den CCD-Sensor 102 zur Folge.

Die vorliegende Erfindung maximiert das Signal/Rauschver­ hältnis des CCD-Sensors, indem dem linearen Array 202 eine variable Belichtungszeit geliefert wird. Das lineare Array 202 wird der Abbildung für eine Zeitdauer ausgesetzt, die eine Maximierung der gesammelten Ladungen ermöglicht, ohne die photoelektrischen Fühler 204 zu sättigen. Dies geschieht durch Verändern der Zeit zwischen den Übertragungssignalen 210. Die Erfinder entwickelten ein System und ein Verfahren zum Implementieren dieser variablen Belichtungszeit mit ei­ nem Minimum an zusätzlich erforderlicher Hardware.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Implementierung zum Steuern der Belichtungszeit des Abbildungsaufnahmesystems 100. Der Zu­ standssteuerrechner 114 umfaßt ein ENDBILDPUNKT-Register 302, ein MOMENTANBILDPUNKT-Register 304 und einen Komparator 306. Das ENDBILDPUNKT-Register 302 ist konfiguriert, um ei­ nen ENDBILDPUNKT-Wert, der der Slave-Steuerung 108 über ei­ nen parallelen Bus 308 durch die Master-Steuerung 120 gelie­ fert wird, zu speichern. Ein LADE-BILDPUNKTE-PRO-LINIE-Takt 310 der Master-Steuerung 120 steuert das Laden eines END-BILDPUKKT-Werts von einem Bus 308 in das ENDBILDPUNKT-Re­ gister 302.

Das MOMENTANBILDPUNKT-Register 304 speichert den Index des MOMENTANBILDPUKKTS, der aus den analogen Schieberegistern 205, 206 geschoben wird. Ein ERHÖHE-BILDPUKKT-ZAHL-Signal 312 von dem Zustandssteuerrechner 114 bewirkt, daß der MOMENTANBILDPUNKT-Wert um Eins erhöht wird. Ein LÖSCH-Signal 314 von dem Zustandssteuerrechner 114 bewirkt, daß das MOMENTANBILDPUNKT-Register 304 gelöscht wird.

Der Komparator 306 vergleicht den MOMENTANBILDPUNKT-Wert aus dem MOMENTANBILDPUNKT-Register 304 mit dem ENDBILDPUNKT-Wert aus dem ENDBILDPUNKT-Register 302. Wenn MOMENTANBILDPUNKT gleich ENDBILDPUNKT ist, gibt der Komparator 306 ein ENDE-DER-LINIE-Signal 316 aus. Das ENDE-DER-LINIE-Signal 316 wird dem Zustandssteuerrechner 114 geliefert und veranlaßt den Zustandssteuerrechner 114, eine ENDE-DER-LINIE-Sequenz zu initiieren. Die ENDE-DER-LINIE-Sequenz hat die Erzeugung eines Übertragungssignals 210 zum Verarbeiten der nächsten Linie der Daten von dem linearen Array 202 zur Folge. Die ENDE-DER-LINIE-Sequenz setzt ferner das MOMENTANBILDPUNKT- Register 304 über das LÖSCHE-Signal 314 zurück.

Von der Master-Steuerung 120 kann ein ENDBILDPUNKT-Wert ausgewählt werden, der größer ist, als die tatsächliche Anzahl von Bildpunkten in dem linearen Array 202. Da der ENDBILDPUNKT-Wert größer sein wird, als die tatsächliche Anzahl an Bildpunkten in dem linearen Array 202, werden die analogen Schieberegister 205, 206 fortgesetzt geschoben oder getaktet, selbst wenn alle Ladungen herausgeschoben worden sind. Dies hat eine erhöhte Belichtungszeit für das lineare Array 202 zur Folge.

Folglich ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Be­ lichtungszeit des CCD-Sensors 102 durch Verändern des Wertes von ENDBILDPUNKT einzustellen. Die Einstellung geschieht in einem Kalibrierungsschritt. Die Kalibrierung wird z. B. am Beginn einer Dokumentabtastung durch das Abbildungsaufnahme­ system 100 durchgeführt. Für die Kalibrierung wird der CCD-Sensor 102 einem Referenzmaterial ausgesetzt. Das Referenz­ material ist im allgemeinen ein weißer Streifen in einem optischen Scanner. Der weiße Streifen sollte eine maximale Ladung von jedem Bildpunkt des CCD-Sensors 102 erzeugen, wenn der Systemleuchtkörper auf maximaler Leistung arbeitet. Die Kalibrierung schließt die Einstellung der maximalen La­ dung auf einen Punkt gerade vor der Sättigung des CCD-Sen­ sors ein. Der Sättigungspunkt ist im allgemeinen durch den Hersteller des CCD-Sensors spezifiziert.

Bezugnehmend auf Fig. 4 wird nun die Kalibrierung eines Ab­ bildungsaufnahmesystems 200 beschrieben. In einem Schritt 204 werden die Ladungen von ausgewählten oder anderen Füh­ lern 204 des CCD-Sensors 102 überprüft, um zu sehen, ob sie auf einem gewünschten maximalen Wert sind. Dies geschieht z. B. durch die Master-Steuerung 120, die die digitalisierten Ladungswerte überprüft, die von der Slave-Steuerung 108 emp­ fangen werden. Wenn sich die Ladungswerte auf einem ge­ wünschten Pegel befinden, ist die Kalibrierung abgeschlos­ sen, wie in einem Schritt 412 angezeigt wird.

Wenn die Ladungswerte nicht auf dem gewünschten Pegel sind, springt das Verfahren zu einem Schritt 404. Im Schritt 404 wird der Leuchtkörper überprüft, um zu bestimmen, ob er mit maximaler Leistung arbeitet. Wenn der Leuchtkörper nicht mit maximaler Leistung arbeitet, wird die Leuchtkörperleistung im Schritt 408 erhöht, und das Verfahren kehrt zu Schritt 402 zurück. Wenn der Leuchtkörper mit maximaler Leistung ar­ beitet, springt das Verfahren zu einem Schritt 406. Im Schritt 406 wird die Belichtungszeit überprüft, um zu be­ stimmen, ob sie auf einem maximalen Wert ist. Wenn die Be­ lichtungszeit nicht auf einem maximalen Wert ist, wird die Belichtungszeit im Schritt 410 erhöht. Das Verfahren springt zu Schritt 402 zurück. Wenn die Belichtungszeit auf einem maximalen Wert ist, endet das Verfahren mit Schritt 412.

Wie oben erörtert wurde, wird die Belichtungszeit durch Än­ dern des Wertes von ENDBILDPUNKT eingestellt. Wenn die CCD-Ladung z. B. bei 50% eines gewünschten Wertes ist, muß der ENDBILDPUNKT-Wert verdoppelt werden. Für einen CCD-Sensor 102 mit 2000 Bildpunkten wurde der Wert von ENDBILDPUNKT auf 4000 eingestellt werden. Dies hätte eine Verdoppelung der CCD-Belichtungszeit und ein Anwachsen des gewünschten La­ dungspegels um die gewünschten 100% zur Folge.

Während die Erfindung bezüglich einer variablen Belichtungs­ zeit beschrieben wurde, sollte es offensichtlich sein, daß die Zeit (oder die Anzahl der Taktzyklen), die erforderlich ist, um alle Ladungen aus den analogen Schieberegistern 205, 206 zu schieben, fest ist und eine minimale Belichtungszeit liefert. Die Belichtungszeit kann nicht unter dieses Minimum reduziert werden ohne Bildpunkte der Abbildung zu verlieren. Deshalb beginnt bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Kalibrierungsverfahren, das in Fig. 4 dargestellt ist, mit dieser minimalen Belichtungszeit und erhöht die Belichtungs­ zeit, wenn es erforderlich ist. Bevorzugterweise wird die Kalibrierung durchgeführt, bevor eine neue Dokumentseite ab­ getastet wird.

Claims (7)

1. Bildaufnahmesystem (100) mit:
einem Sensor (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil, der konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Ladungen als Re­ aktion eines Lichteinfalls auf denselben zu erzeugen; und
einer Kalibrierungseinrichtung (114), die den Sensor in einem Kalibrierschritt durch Einstellen seiner Belich­ tungszeit aufgrund einer Referenzvorlage auf einen Punkt gerade vor der Sättigung des Sensors kalibriert, ohne dabei den Sensor in die Sättigung zu treiben, dadurch, daß die eingelesene Ladung des Sensors mit einer für den Sensor spezifizierten Sättigungsladung verglichen wird.

2. Bildaufnahmesystem (100) gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale aufweist:
eine Verstärkereinrichtung (104) zum Empfangen der La­ dungen und zum Umwandeln der Ladungen in analoge Span­ nungen;
eine Digitalisiereinrichtung (106) zum Digitalisieren der analogen Spannungen; und
eine Speichereinrichtung (118) zum Speichern der digi­ talisierten Spannungen.

3. Bildaufnahmesystem (100) gemäß Anspruch 2, das ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Steuereinrichtung (108) zum Koordinieren und Steu­ ern des Sensors (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauele­ ment, der Digitalisiereinrichtung (106) und der Spei­ chereinrichtung (118).

4. Bildaufnahmesystem (100) gemäß Anspruch 3, bei dem die Belichtungszeit hinsichtlich einer Anzahl von Bildpunkt­ verschiebungen, die durch den Sensor (102) mit Ladungs­ gekoppeltem Bauelement durchgeführt werden sollen, be­ rechnet wird, und bei dem die Kalibrierungseinrichtung (114) folgende Merkmale aufweist:
ein erstes Register (302), das konfiguriert ist, um ei­ nen Endbildpunkt-Wert für den Sensor (102) mit Ladungs­ gekoppeltem Bauteil zu speichern, wobei der Endbild­ punkt-Wert eine gewünschte Belichtungszeit darstellt;
ein zweites Register (304), das konfiguriert ist, um ei­ nen Momentanbildpunkt-Wert für den Sensor (102) mit La­ dungs-gekoppeltem Bauteil zu speichern, wobei der Momen­ tanbildpunkt-Wert eine verstrichene Belichtungszeit dar­ stellt; und
eine Komparatoreinrichtung (306) zum Vergleichen des Endbildpunkt-Werts mit dem Momentanbildpunkt-Wert und zum Initiieren einer Ende-der-Linie-Sequenz, wobei die Ende-der-Linie-Sequenz die Belichtung des Sensors 102 mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil beendet.

5. Bildaufnahmesystem (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der Sensor (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil ein Array (202) von N photoelektrischen Fühlern (204) und ein ana­ loges Schieberegister (205, 206) umfaßt, wobei jeder der N photoelektrischen Fühler (204) konfiguriert ist, um Licht von einem Bild zu empfangen und eine elektrische Ladung zu erzeugen, die einer Intensität des empfangenen Lichtes entspricht, wobei das Array von photoelek­ trischen Fühlern (204) konfiguriert ist, um die elek­ trischen Ladungen als Reaktion auf ein Übertragungssi­ gnal zu den analogen Schieberegistern (205, 206) zu übertragen, wobei die analogen Schieberegister (205, 206) konfiguriert sind, um eine der elektrischen Ladun­ gen als Reaktion auf ein Taktsignal sequentiell aus dem Ladungs-gekoppelten Bauteil (102) zu schieben, wobei das Bildaufnahmesystem folgende Merkmale umfaßt:
eine Verstärkereinrichtung (104) zum Empfangen einer elektrischen Ladung von dem analogen Schieberegister (205, 206) und zum Erzeugen einer analogen Spannung, die derselben entspricht;
eine Umwandlungseinrichtung (106) zum Empfangen einer analogen Spannung von der Verstärkereinrichtung und zum Digitalisieren der analogen Spannung, um eine digitali­ sierte Spannung zu erzeugen;
eine Speichereinrichtung (118) zum Speichern der digita­ lisierten Spannung; und
eine Steuereinrichtung (114) zum Erzeugen von M Taktsi­ gnalen, zum Liefern der M Taktsignale zu dem analogen Schieberegister, und zum Erzeugen des Übertragungssig­ nals an einem Ende der M Taktzyklen, wobei M größer als N und wobei eine Differenz zwischen M und N gleich einer erhöhten Belichtungszeitdauer für die photoelektrischen Fühler des Sensors mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil ist.

6. Verfahren zum Digitalisieren und Speichern einer Abbil­ dung unter Verwendung eines Bildaufnahmesystems (100) gemäß Anspruch 1, das folgende Schritte aufweist:

• a) Belichten des Sensors (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil mit Licht von einem Referenzbild;
• b) Bestimmen einer Ladung, die von dem Sensor (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil erzeugt wird;
• c) Vergleichen der Ladung, die von dem Sensor (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil erzeugt wird, mit einem gewünschten Ladungswert; und
• d) Einstellen einer Belichtungszeit des Sensors (102) mit Ladungs-gekoppeltem Bauteil, um den gewünschten Ladungswert zu erhalten, wobei das Einstellen der Belichtungszeit gleich der kalibrierten Belichtungszeit die gewünschte Ladung erzeugt;
• e) Aussetzen des Arrays der Abbildung für die kali­ brierte Belichtungszeit, um eine digitale Darstel­ lung einer Linie der Abbildung zu erzeugen;
• f) Speichern der digitalen Darstellung der Linie in einem Speicher (118); und
• g) Wiederholen der Schritte (b) und (c), bis die Ab­ bildung digitalisiert und gespeichert worden ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Schritte (e) und

• f) folgende Schritte aufweisen:
• 1) Belichten des Arrays (202) mit Licht von dem Bild;
• 2) Übertragen von Ladungen von dem Array (202) in ent­ sprechende Zellen eines analogen Schieberegisters (205, 206);
• 3) serielles Schieben einer ersten Ladung aus dem Schieberegister (205, 206) als Reaktion auf ein Schiebesignal;
• 4) Umwandeln der ersten Ladung in eine Spannung;
• 5) Digitalisieren der Spannung;
• 6) Speichern der digitalisierten Spannung in einem Speicher (118);
• 7) Wiederholen der Schritte (3) bis (6), bis die Ladun­ gen aus dem analogen Schieberegister (205, 206) ge­ schoben wurden und in dem Speicher (118) gespeichert sind;
• 8) serielles Verschieben des Schieberegisters (205, 206) während einer zusätzlichen Anzahl von Taktzy­ klen, wobei das Verschieben die Belichtungszeit des Arrays verlängert; und
• 9) Wiederholen des Schritts (8), bis die kalibrierte Belichtungszeit verstrichen ist.