JPS605411Y2

JPS605411Y2 - 二値化回路

Info

Publication number: JPS605411Y2
Application number: JP9931479U
Authority: JP
Inventors: 福馬坂本; 功雄一色; 正敏田仲; 浩二佐藤; 明裕大岡
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1985-02-19
Also published as: JPS5619868U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は二値化回路に係り、特に光電変換装置から出力
されるアナログ電気信号を二値信号に変換する二値化回
路に関する。

一般に光学的文字読取装置（符号読取装置も含むものと
して以下説明する）においては、文字或は符号等（以下
１文字等ヨと称す）が記載されている用紙を光電変換装
置で走査することにより得られたアナログ電気信号を二
値化回路で背景領域と文字領域とに対応した二値信号に
変換し、この二値信号を基にして文字等の識別を行なっ
ている。

従って、文字等の識別を正確に行なう為には、バックグ
ランドの変動によって光電変換装置から出力されるアナ
ログ電気信号のレベルが変動した場合でも、二値化回路
としては文字領域と背景領域とに正確に対応した二値信
号を出力する必要がある。

従来の二値化回路は、光電変換装置から加えられるアナ
ログ電気信号を固定された基準電圧と比較することによ
って二値化を行なっていた。

しかし、用紙を照明する光源の光量変動或は用紙毎の反
射率の相違等により、光電変換装置からのアナログ電気
信号のレベルが変動した場合には、固定した基準電圧を
用いているため誤った二値信号を出力してしまう惧れが
あった。

このような欠点を改善する為従来、光電変換装置の出力
のうち１行走査分或は１列走査分の出力における最大値
あるいは最小値を検出する手段を設け、この検出手段に
より得られた最大値或は最小値を基にして得られた値を
当該１行走査分或は１列走査分の閾値として二値化を行
なう二値化回路も提案されている。

このように、１行或は１列走査する毎に閾値を変えるよ
うにしておくことにより、光源の光量変動或は用紙毎の
反射率の相違によって生じる誤りは防止することができ
る。

しかし、１行或は１列走査毎に閾値を変えるようにして
も、用紙の一部分の反射率が他の部分の反射率と異って
いる場合、光源に照射むらがある場合、或は用紙が光電
変換装置の受光面に対して傾いている場合等は、光電変
換装置から出力されるアナログ電気信号を文字領域と背
景領域とに正確に対応した二値信号に変換できないとい
う惧れがあった。

本考案は上述の如き欠点を改善したものであり、バック
グランドの変動に対しても正確な二値信号を得ることが
でき、しかも光電変換装置の視野をはみ出るような文字
等のアナログ電気信号をも正確に二値化できる二値化回
路を提供することを目的とするものである。

以下図面を参照して実施例について詳説する。

本実施例において光電変換装置は、第１図ａに示すよう
にｍ行・ｎ列の二次元に光電変換素子が配列されていて
、該光電変換装置からは列方向にパラレルにアナログ電
気信号Ｉ□〜１．が出力されるものとして説明する。

即ちアナログ電気信号１１を例にとれば、第２図１１に
示すように、列ＣＬ、における行Ｌ１〜Ｌ□の各光電変
換素子の出力電圧（白側か高電圧で黒側か低電圧である
）が時間ｔの経過（通常クロック信号が印加される）毎
に順次出力されるのである。

なお第２図１１〜Ｉ５の波形は、第１図Ｃに示す如く用
紙１と光電変換装置の受光面２とが行方向に角度θ２を
もって傾斜し、且つ光源に照射むらがあって下行部分の
照射が暗い場合におけるアナログ電気信号１１〜Ｎ５の
例を示している。

この場合、従来の如く固定された基準電圧ａ（一点鎖線
で示す）で二値化を行なえば、照射むらのある部分及び
光電変換装置の受光面から離れた部分の背景領域（通常
は白）は文字領域（通常は黒）とされ、また■、めＡ部
分の如きノイズも文字領域として拾われてしまう惧れが
ある。

なお第１図すは、列方向に角度θ□をもって傾斜した用
紙１と受光面２との関係を示す。

本実施例では背景領域は白で文字領域が黒であるとして
説明する。

第３図は本考案の実施例のブロック線図であり、光電変
換装置からの各列のアナログ電気信号１１〜Ｉｎの列方
向の最白レベルを相互に合わせて出力するレベル調整回
路ＬＣ□〜Ｉ、Ｃｎと、このレベル調整回路圧、〜ＬＣ
ｎの出力信号Ｊ□〜Ｊｎについて各行毎に当該行内での
最白レベルを検出する自レベル検出回路３と、前記レベ
ル調整回路ＬＣ１〜ＬＣｎの出力信号Ｊ工〜Ｊｎについ
て全体での最黒レベルを検出する黒ピーク検出回路４と
、白レベル検出回路３の出力信号Ｗｐと黒ピーク検出回
路４の出力信号Ｂｐとを基にして基準電圧Ｖｒｅｆを作
る基準電圧発生回路５と、最白レベルを合わせた各列の
出力信号Ｊ□〜Ｊｎを基準電圧Ｖｒｅｒによって二値化
する比較回路ＣＰ１〜ＣＰｎとから構成されている。

なお、比較回路ＣＰ１〜ＣＰｎの二値化された出力信号
ａ〜Ｂｎは識別回路（図示せず）に入力され、これらを
基にして文字等の識別が行なわれる。

また第３図の更に具体的な回路図を第４図に示す。

第２図Ｊ１〜Ｊ５は、添字の対応する同図Ｉ□〜Ｉ５に
示した各列アナログ電気信号１１〜Ｉ５がレベル調整回
路で最白レベルを合わされた状態の出力信号Ｊ１〜Ｊ５
を示すが、本実施例の場合反転されている。

第２図Ｊ１〜Ｊ５よりわかるように、各列の出力信号Ｊ
□〜Ｊｏはその最白レベル（反転のため低電圧側）が相
互に一致している。

第４図にレベル調整回路ＬＣ□〜ＬＣｎの具体的な回路
例を示してあり、差動アンプ６と、入力抵抗器Ｒ□と、
帰還抵抗器Ｒ２ト、レベル調整用のダイオードＤ１、コ
ンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ３，Ｒ４と、調整レベル設定
用の抵抗器Ｒ５，Ｒ６と、加速コンデンサＣ１とて構成
されている。

またその動作としては、レベル調整回路ＬＣ１を例にと
れば、出力信号Ｊ工の白レベルがタイオードＤ１を介し
てコンデンサＣ１に記憶され且つこの記憶された白レベ
ルがアナログ電気信号１１に加算されることにより、出
力信号Ｊ□の最白レベルが抵抗器Ｒ５，Ｒ６で与えられ
る設定電圧Ｖ１近くにシフトされる。

更に、文字等によるアナログ電気信号■１の落ち込みは
、帰還抵抗器Ｒ２と入力抵抗器Ｒ１との項によって反転
増幅され、設定電圧Ｖ□近くにシフトされた最白レベル
に加算される。

このようにして最白レベルを合わされた各列の出力信号
Ｊ１〜Ｊｎから各行毎に当該行内の最白レベルを検出す
る白レベル検出回路３としては、例えば第４図に示す具
体的回路が用いられる。

第４図において白レベル検出回路３は、最白レベル検出
用のダイオードＤＷ、〜Ｄｗｎと、共通抵抗器Ｒ７と、
差動アンプ７と、入力抵抗器Ｒ８と、帰還抵抗器Ｒ０と
、レベル設定用の抵抗器Ｒ１ｏ、Ｒ□１と、充電用の
ダイオードＤ２と、充放電用のコンデンサＣ２及び抵抗
器Ｒ０２と、差動アンプ８と、増幅度設定用抵抗器Ｒ１
３，Ｒ１４と、放電用のトランジスタＱ１、入力抵抗器
Ｒ１５、バイアス抵抗器Ｒ１６及びインバータ９と、放
電値調整用のトランジスタＱ２、可変抵抗器ＶＲ１及び
抵抗器Ｒ１゜とで構成されている。

その動作としては、レベル調整回路ＬＣ１〜ＬＣ，から
の出力信号Ｊ１〜Ｊｎのうちの最小電圧（最白レベル）
が行毎にいずれかのダイオードＤ９□〜Ｄ１、。

を介して差動アンプ７により反転増幅され、この増幅電
圧がダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に充電され
且つ差動アンプ８により増幅されて、行毎の最白レベル
を示す出力Ｗｐが得られる。

この場合、光電変換装置において列方向走査が終る都度
アナログ電気信号１１〜Ｉｎには背景の白レベルよりも
白側の同期レベルが加わるので、これの検出による悪影
響を避けるためこの時光電変換装置より得られる同期パ
ルス５ＹＮＣによりトランジスタＱ□９Ｑ２を介して
コンデンサＣ２が放電される。

コンデンサＣ２の放電複電圧は可変抵抗器ＶＲ□によっ
て調整・設定される。

また、コンデンサＣ２と抵抗器Ｒ１□の時定数は、用紙
１と光電変換装置の受光面２のなす傾斜角θ２最大時に
おける出力信号Ｊ１〜Ｊ、の列方向に関する白レベル変
化率を考慮して設定されるが、文字等によるレベルの変
化率よりも緩やかな形となるように設定する。

各列の出力信号Ｊ１〜Ｊｎから最黒レベルを検出する黒
ピーク検出回路４としては、例えば第４図に示す具体的
回路が用いられる。

第４図において黒ピーク検出回路４は、最黒レベル検出
用のダイオードＤＢ１〜ＤＢｎと、共通抵抗器Ｒ１８と
、結合用コンデンサＣ３と、検出制御用のトランジスタ
Ｑ３と、バイアス用の抵抗器Ｒ１８，Ｒ２ｏと、差動ア
ンプ１０と、増幅度設定用の抵抗器Ｒ２□、Ｒ２２と、
充電用のダイオードＤ３と、充放電用のコンデンサＣ４
及び抵抗器Ｒ２３と、差動アンプ１１と、増幅度調整用
の可変抵抗器ＶＲ２及び抵抗器Ｒ２，とて構成されてい
る。

その動作としては、レベル調整回路圧□〜ＬＣｎからの
出力信号Ｊ工〜Ｊｎのうちの最大電圧（最黒レベル）が
順次いずれかのダイオードＤＢ１〜ＤＢｎを介して抽出
され、その変化分がコンデンサＣ３を介してバイアス電
圧に加えられて差動７７７”１０によって増幅される。

更にこの増幅電圧がダイオードＤ３を介してコンデンサ
Ｃ１に充電され且つ差動アンプ１１によって増幅されて
、′最悪レベルを示す出力Ｂｐが得られる。

この場合コンデンサＣ１と抵抗器Ｒ２３との時定数は、
充電電圧を１画面走査に要する時間保持できるものとさ
れる。

また、可変抵抗器ＶＲ２によって出力Ｂｐの変動振幅が
調整・設定される。

これらの最黒レベルの検出はトランジスタＱ３の０Ｎ１
０ＦＦを制御することによってその動作期間を指定でき
る。

前記出力Ｗｐ及び出力ＢＰを入力とする基準電圧発生回
路５としては、例えば第４図に示す具体的回路が用いら
れる。

第４図において基準電圧回路５は、差動アンプ１２と、
入力抵抗器Ｒ２５，Ｒ２６と、帰還抵抗器Ｒ２７と、基
準電圧の中心値設定用の可変抵抗器ＶＲ３及び抵抗器Ｒ
２８と、ダイオードＤ４．Ｄ５と、抵抗器Ｒ２９と、最
小の黒レベル設定用の可変抵抗器ＶＲ４とで構成される
。

またその動作としては、自レベル検出回路３からの出力
Ｗｐはそのまま差動アンプ１２によって反転増幅され、
黒ピーク検出回路４からの出力Ｂｐは可変抵抗器ＶＲ３
と抵抗器Ｒ２８で調整・設定される中心電圧に加えられ
てからダイオードＤ、を介して差動アンプ１２によって
増幅される。

したがってこの増幅電圧と反転増幅電圧との和が基準電
圧Ｖｒｅｒとして出力されるが、この基準電圧Ｖｒｅｆ
には可変抵抗器ＶＲ１よりダイオードＤ５を介して差動
アンプ１２に加えられて増幅された電圧をも加わるよう
になっている。

これは、黒レベルが部分的に淡い場合に対する最小限の
基準電圧を確保させるようにしたものである。

このように最黒レベルＢｐと行毎の最白レベルＷｐとを
基にして基準電圧発生回路５から出力される基準電圧Ｖ
ｒｅｒはその最大変化率が列方向に関する傾斜角θ１最
大時の自レベル変化率以下となるように白レベル検出回
路３及び黒ピーク検出回路４における時定数の設定がな
される。

これにより第２図Ｊ１〜Ｊ５に破線で示すように、基準
電圧Ｖｒｅｆは文字等の濃淡を加味して定まる電位差す
を各出力信号Ｊ１〜Ｊ２の白レベルに対しほぼ一定に保
ちながらその列方向の変化に沿って変化する。

したがって出力信号Ｊ１〜Ｊｎ及び共通の基準電圧Ｖｒ
ｅｆが各比較回路（差動アンプ）ｃｐ１〜ＣＰｎに入
力されると、文字等による黒レベルは変化が大きく且つ
早いので黒として二値化されるが、ノイズＡによる黒レ
ベルは変化が小さくまた列方向における最白レベルの悪
例への遷移には基準電圧■ｒｅｆも同様に変動するので
これらは白として二値化されることになる。

以上述べた如く、第１図Ｃのように行方向に受光面２が
傾斜する場合はレベル調整回路ＬＣ１〜Ｌｃｎによって
各列の最白レベルが相互に合わされるのでこの傾斜によ
る二値化の誤りが無くなり、また第１図すのように列方
向に受光面２が傾斜する場合には行毎の最白レベルを検
出することによって基準電圧Ｖｒｅｒがこの最白レベル
の変化に追従するのでこの傾斜による二値化の誤りも無
くなる。

また照射むらや反射率のむらによる二値化の誤りも上記
受光面２の傾斜の場合と同様に解消される。

更に、基準電圧Ｖｒｅｆが最黒レベルによっても変化す
るため、行方向に長い線分を有する文字等に対する如く
光電変換装置の視野内が行方向全体に黒くなってもこれ
を正しく黒として二値化でき、また文字等に濃淡があっ
ても二値化後の線幅はこの濃淡の影響を受けない。

ここで第４図における回路定数の一例を付記する。

即ち、Ｒ１およびＲ２は２０にΩ、Ｒ３，Ｒ４及びＲ１
６はＩＫΩ、Ｒ５は３．９にΩ、へは１．５にΩ、Ｒ，
、Ｒ８゜Ｒ８，Ｒ１ｏＲ１８，Ｒ２２，Ｒ２６，Ｒ２７
及びＲ２８はＩＯＫΩ、Ｒｌｏは５．６にΩ、Ｒ１□は
４．７にΩ、Ｒ１２及びＲ２３は５００にΩ、Ｒ１３，
Ｒ２□及びＲ２４は２．２にΩ、Ｒ工、は水Ω、Ｒ１７
は１３にΩ、Ｒ１８及びＲ２ｏは３０にΩ、Ｒ２５は２
２にΩ、Ｒ２９は１００にΩ、ＶＲｌ及びＶＨ２はＩＯ
ＫΩ、ＶＨ３は２０にΩ、Ｃは２２０ｐＦ１Ｃ１は４．
７μＦ、Ｃ２は２２００ｐＦＸＣ３は１μＦＸＣ４
は０．１μＦ、十Ｖｃｃは５Ｖ１−■ｃｃは一１
２Ｖである。

以上説明した実施例では、背景領域を白とし文字領域を
黒としたが、この逆であっても良い。

また、各列の最白レベルをレベル調整回路ＬＣ□〜ＬＣ
ｎで相互に合わせたが、アナログ電気信号が行方向にパ
ラレルに出力される場合は各行の最白レベルを合わせれ
ば良い。

この場合には白レベル検出回路３は列毎の最白レベルを
検出することになる。

更に、レベル調整回路ＬＣ１〜ＬＣｎは反転増幅するも
のに限定されるものではなく、この他、白レベル検出回
路３、黒ピーク検出回路４、基準電圧発生回路５及び比
較回路ＣＰ１〜ＣＰｎはいずれも第４図の具体的な回路
構成に限定されるものではない。

上述した如く本考案によれば、光電変換装置の受光面と
用紙とが傾いたりあるいは照射むらや反射率のむらによ
ってアナログ電気信号のレベルが不均一となっても二値
化に誤りが生じない。

また、視野内におさまらない線分をもつ文字等に対して
も正確に二値化ができる。

更に、文字等の濃淡があっても二値化後の線幅を十分と
れる。

このような効果により、本考案はハンドスキャナー形の
光学的文字読取装置や、手書の文字等に対する光学的文
字読取装置に用いて特に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは光電変換装置内の光電変換素子の配列及びア
ナログ電気信号の取出方向を示す説明図、第１図す、
ｃは光電変換装置の受光面と用紙との傾斜を列方向及び
行方向について示す説明図、第２図１１〜■５は光電変
換装置からのアナログ電気信号と従来の基準電圧とを示
す波形図、第２図Ｊ１〜Ｊ５はレベル調整回路からの出
力信号と本考案による基準電圧とを示す図、第３図は本
考案の実施例を示すブロック線図、第４図は第３図の詳
細な具体的回路図である。図面中、１は用紙、２は光電変換装置の受光面、３は白
レベル検出回路、４は黒ピーク検出回路、５は基準電圧
発生回路、ＬＣ１〜ＬＣ，はレベル調整回路、ＣＰ１〜
ＣＰｎは比較回路、■、〜１．は光電変換装置から列方
向にパラレルに出力されるアナログ電気信号、Ｊ１〜Ｊ
ｎは最白レベルを合わされた各列の出力信号、Ｗｐは行
毎の最白レベルを示す信号、Ｂｐは最黒レベルを示す信
号、Ｖｒｅｆは基＼準電圧、Ｂ、−Ｂｎは二値信号である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

光電変換素子が二次元的に配列されている光電変換装置
から出力されるアナログ電気信号を背景領域と文字領域
とに対応する二値に変換する二値化回路において、前記
アナログ電気信号の各列あるいは各行の最大背景レベル
を合わせるレベル′調整回路と、このレベル調整回路で
処理された出力信号について前記最大背景レベルを合わ
される各列あるいは各行に対応する各行内あるいは各列
内での最大背景レベルを求めるレベル検出回路と、前記
レベル調整回路で処理された出力信号内での最大文字レ
ベルを求めるピーク検出回路と前記レベル検出回路及び
ピーク検出回路の面出力信号を基にして二値化の閾値を
設定する基準電圧発生回路と、この基準電圧発生回路か
らの基準電圧と前記レベル調整回路からの出力信号とを
比較して二値信号を出力する比較回路とを備えたことを
特徴とする二値化回路。