DE4437900A1

DE4437900A1 - Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen

Info

Publication number: DE4437900A1
Application number: DE19944437900
Authority: DE
Inventors: Michael Girke
Original assignee: Microbox Dr Welp GmbH and Co
Current assignee: MICROBOX GMBH, 61231 BAD NAUHEIM, DE
Priority date: 1994-10-22
Filing date: 1994-10-22
Publication date: 1996-04-25

Description

Die Erfindung betrifft einen Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen von einer Bildvorlage mittels ei ner Optik zur Projektion der Bildvorlage zu einer Sensor anordnung, in der zumindest zwei mit einem Überlappungs bereich hintereinander angeordnete, lichtempfindliche Bildelemente aufweisende CCD-Zeilensensoren vorgesehen sind.

Für eine Erzeugung von digitalen Bildsignalen zur Weiter verarbeitung in Datenverarbeitungsanlagen werden Scanner eingesetzt. Diese tasten eine Bildvorlage mit licht empfindlichen Bildelementen (CCD′s = Charge Coupled Devi ces) optisch ab und wandeln dabei entstehende optische Signale in digitale Bildsignale um.

Der Scanner besteht im wesentlichen aus einer Lampe zum Be- oder Durchleuchten der Bildvorlage, einer Optik und CCD-Zeilensensoren zum zeilenweisen Einscannen der Bild vorlage. Die Optik hat die Aufgabe, die optischen Signale von der Bildvorlage auf die CCD-Zeilensensoren zu trans formieren. Nachdem die CCD-Zeilensensoren in einem Ar beitsgang eine Zeile der Bildvorlage eingescannt haben, muß für den nächsten Arbeitsgang die nächste Zeile durch einen Längsvorschub bereitgestellt werden. Die hierbei entstehende Auflösung, d. h. die Anzahl von Pixels pro Flächeneinheit, ist erstens abhängig von dem gegenseiti gen Abstand der einzelnen lichtempfindlichen Bildelemente auf den CCD-Zeilensensoren und zweitens vom seitlichen Abstand der einzelnen eingescannten Zeilen. Für breite Bildvorlagen wird meist ein langer CCD-Zeilensensor ein gesetzt oder die Optik zoomt die Bildvorlage auf die Ab maße des CCD-Zeilensensors. Da lange wie kurze CCD-Zei lensensoren max. 10.000 Bildelemente besitzen, ist bei schmalen Bildvorlagen eine höhere Auflösung zu erzielen als bei breiten Bildvorlagen.

Man könnte die Auflösung von breiten Scannern dadurch verbessern, daß zwei CCD-Zeilensensoren mit einem Versatz von einem halben Abstand zweier Bildelemente hintereinan der angeordnet werden, so daß jeweils die Bildelemente des einen CCD-Zeilensensors genau zwischen den Bildele menten des anderen CCD-Zeilensensors liegen. Soll die Auflösung noch weiter verbessert werden, müssen drei oder mehr CCD-Zeilensensoren mit dem entsprechenden Versatz hintereinander angeordnet sein. Eine solche versetzte An ordnung von CCD-Zeilensensoren erfordert sehr enge Bauto leranzen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Scanner der eingangs genannten Art zu entwickeln, der beliebig breite Bildvorlagen mit hoher Auflösung einscannt, ohne daß hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit not wendig werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die CCD-Zeilensensoren mit einem solchen Überlappungsbe reich hintereinander angeordnet sind, daß sich ihre Bild elementenreihe um eine geringe Anzahl von Bildelementen beliebig überlappen und in einem nachgeschalteten Rechner Mittel zum Eliminieren der Bilddaten einer CCD-Sensor zeile im Überlappungsbereich vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung überlappen sich die CCD-Sensorzeilen nur sehr geringfügig, während sie beim Stand der Technik sich nahezu über ihre gesamte Länge überlappen. Durch diese erfindungsgemäße geringe Überlappung mehrerer CCD- Zeilensensoren lassen sich beliebig breite Bildvorlagen durch kurze CCD-Zeilensensoren mit hoher Auflösung ein scannen. Die einzelnen Zeilen der Bildvorlage werden ab hängig von den Abmaßen der CCD-Zeilensensoren in kurze Zeilenabschnitte zerlegt und anschließend in einem nach geschalteten Rechner zusammengesetzt. Der Rechner läßt die Bildsignale eines CCD-Zeilensensors im Überlappungs bereich weg. Hierbei muß beim Bau des Scanners kein ge naues Überlappungsmaß eingehalten oder durch Justage ein gestellt werden. Durch Verändern des Überlappungsmaßes kann man die Breite eines zu scannenden Bereichs verän dern und deshalb mit identischen CCD-Zeilensensoren Scan ner für unterschiedlich breite Bildvorlagen bauen.

Die Elimination der im Überlappungsbereich doppelt an fallenden Daten kann durch Kreuzkorrelation im Rechner erfolgen, was jedoch eine relativ große Rechnerleistung erfordern würde. Besonders einfach ist die erforderliche Elimination, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zum Eliminieren der Bilddaten einer CCD-Sensorzeile oder im Überlappungsbereich im Rechner eine Information über die im Überlappungsbereich befindlichen, nach der Montage des Scanners durch Vermessen des Überlappungsbereichs er mittelten Bildelemente abgespeichert ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß für verschiedene Breiten von Scannern unter schiedlich lange CCD-Zeilensensoren zusammengesetzt sind. Hierdurch kann man sich ohne übermäßig große Überlap pungsbereiche und deshalb unnötig teure CCD-Zeilensenso ren den jeweiligen Gegebenheiten anpassen.

Der Abstand der Bildvorlage von der Optik ist über ihre gesamte Fläche völlig gleich, wenn die Bildvorlage wäh rend des Scannvorgangs durch Unterdruck auf einer planen Auflage plangehalten ist. Auf diese Weise werden Uneben heiten, die zu Ungenauigkeiten der digitalen Bildsignale führen können, weitgehend beseitigt.

Eine falsche Schärfeneinstellung kann beim Scannen ausge schlossen werden, wenn in der Optik ein Autofocus inte griert ist. Auch wenn die Bildvorlage nicht völlig plan liegt, werden durch einen solchen Autofocus Unschärfen vermieden.

Eine für das Zusammensetzen der Bildteile wichtige, äu ßerst gleichförmige Relativbewegung zwischen Bildvorlage und CCD-Zeilensensoren läßt sich erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ein Taktgenera tor vorhanden ist, dessen Takt in einem festen Verhältnis zu einem Schrittakt eines eine Längsführung der Bildvor lage oder der Sensoranordnung antreibenden Mikroschritt motors und einem Belichtungstakt der Sensoranordnung steht. Ein derart elektronisch mit dem Belichtungstakt synchronisierter Takt des Mikroschrittmotors sorgt für eine absolut gleichförmige Relativbewegung zwischen Bild vorlage und Scanner und stellt sicher, daß die digitalen Bildsignale im Rechner ohne Verzerrung in Bewegungsrich tung der Bildbühne zusammengesetzt werden.

Die Genauigkeit des Längsvorschubs wird gesteigert, wenn zur Längsführung der Bildvorlage oder der CCD-Zeilensen soren eine von dem Mikroschrittmotor angetriebene präzise geführte Kugelumlaufspindel angeordnet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist am Bei spiel eines Filmkartenscanners eine davon in der Zeich nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemä ßen Scanners für durchleuchtbare Bildvorlagen mit einem angedeuteten Signalflußplan,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung zweier CCD-Zeilensensoren.

Fig. 1 zeigt eine als Filmdatenkarte ausgebildete Bild vorlage 1, deren Filmbild 2 von einer Lampe 3 durchleuch tet wird. Mittels einer Optik 4 wird dieses Filmbild 3 zu einer Sensoranordnung 5 projiziert, die aus zwei sich ge ringfügig überlappenden CCD-Zeilensensoren 6, 7 besteht. Von der Bildvorlage 1 gelangen auf diese Weise optische Signale 8 zu den beiden CCD-Zeilensensoren 6, 7, welche diese in einzelne Bildpunkte 9 umwandeln.

Unebenheiten in der Bildvorlage 1 können durch einen in der Optik 4 integrierten Autofocus ausgeglichen werden. Zur Steuerung eines Belichtungstaktes 10 der CCD-Zeilen sensoren 6, 7 und eines Schrittaktes 11 eines Mi kroschrittmotors 12 wird ein Taktgenerator 13 eingesetzt. Dieser Taktgenerator 13 sorgt zusätzlich für eine elek tronische Synchronisation des Schrittaktes 11 und des Be lichtungstaktes 10.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Bildvor lage 1 durch eine vom Mikroschrittmotor 12 angetriebene Kugelumlaufspindel 14 und einer die Bildvorlage 1 halten den Längsführung 15 relativ zur Optik 4 bewegt. Diese Längsführung 15 bildet eine Spindelmutter. Möglich wäre es natürlich auch, die Sensoranordnung 5 relativ zur Bildvorlage 1 zu bewegen. Besonders wichtig ist hierbei die präzise mechanische Ausführung der Kugelumlaufspindel 14 und der Längsführung 15 der Bildvorlage 1.

Eine präzise Justierung der CCD-Zeilensensoren 6, 7 ist hingegen von untergeordneter Bedeutung. Wichtig ist le diglich die rechtwinklige Montage der CCD-Zeilensensoren 6, 7 zur Kugelumlaufspindel 14 und zur Haupterstreckungs richtung der Bildvorlage 1.

In der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht auf die CCD-Zei lensensoren 6, 7 ist für beide CCD-Zeilensensoren 6, 7 jeweils durch einen Strich eine Bildelementenreihe 16, 17 angedeutet. Diese Bildelementenreihen 16, 17 überlappen sich mit einem Überlappungsbereich 18, welcher so groß gewählt werden muß, daß sich trotz aller Fertigungstole ranzen der CCD-Zeilensensoren 6, 7 eine garantierte Über lappung 18 von nutzbaren Bildelementen ergibt. In Fig. 2 ist desweiteren ein Distanzmaß 19 eingezeichnet, welches garantiert, daß die zwei CCD-Zeilensensoren 6, 7 trotz aller Fertigungstoleranzen sicher hintereinander plazier bar sind.

Bezugszeichenliste

1 Bildvorlage
2 Filmbild
3 Lampe
4 Optik
5 Sensoranordnung
6 CCD-Zeilensensor
7 CCD-Zeilensensor
8 optisches Signal
9 Bildpunkt
10 Belichtungstakt
11 Schrittakt
12 Mikroschrittmotor
13 Taktgenerator
14 Kugelumlaufspindel
15 Längsführung
16 Bildelementenreihe
17 Bildelementenreihe
18 Überlappungsbereich
19 Distanzmaß

Claims

1. Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen von einer Bildvorlage mittels einer Optik zur Projektion der Bildvorlage zu einer Sensoranordnung, in der zumindest zwei mit einem Überlappungsbereich hintereinander ange ordnete, lichtempfindliche Bildelemente aufweisende CCD- Zeilensensoren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-Zeilensensoren (6, 7) mit einem solchen Über lappungsbereich (18) hintereinander angeordnet sind, daß sich ihre Bildelementenreihen um eine geringe Anzahl von Bildelementen beliebig überlappen und in einem nachge schalteten Rechner Mittel zum Eliminieren der Bilddaten einer CCD-Sensorzeile (6 oder 7) im Überlappungsbereich (18) vorgesehen sind.

2. Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eliminieren der Bilddaten einer CCD-Sensorzeile (6 oder 7) im Über lappungsbereich (18) im Rechner eine Information über die im Überlappungsbereich (18) befindlichen, nach der Mon tage des Scanners durch Vermessen des Überlappungsbe reichs (18) ermittelten Bildelemente abgespeichert ist.

3. Scanner nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß für verschiedene Breiten von Sensoranord nungen (5) unterschiedlich lange CCD-Zeilensensoren (6, 7) zusammengesetzt sind.

4. Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bildvorlage (1) während des Scann vorgangs durch Unterdruck plangehalten ist.

5. Scanner zur Erzeugung von digitalen Bildsignalen nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Optik (4) ein Autofocus integriert ist.

6. Scanner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (13) vorhanden ist, dessen Takt in einem festen Verhältnis zu einem Schrittakt (11) eines eine Längsführung (15) der Bildvorlage (1) oder der Sensoranordnung (5) antreibenden Mikroschrittmotors (12) und einem Belichtungstakt (10) der Sensoranordnung (5) steht.

7. Scanner nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß an der Längsführung (15) eine von dem Mikroschrittmotor (12) angetriebene, präzise geführte Kugelumlaufspindel (14) angeschlossen ist.