PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19537575A1 15.05.1996
Titel Von der erforderlichen Abtastauflösung abhängige, variable, optische Abtastfrequenz
Anmelder Hewlett-Packard Co., Palo Alto, Calif., US
Erfinder Webb, Steven L., Loveland, Col., US;
Degi, Greg A., Fort Collins, Col., US
Vertreter Schoppe, F., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 09.10.1995
DE-Aktenzeichen 19537575
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse G06K 7/10
Zusammenfassung Ein Verfahren zum Bestimmen einer Belichtungszeit für einen Fotosensor basierend auf einer gewünschten Auflösung entlang einer Abtastrichtung und einer gewünschten Auflösung in einer Querrichtung kann die Schritte des Bestimmens einer anfänglichen Belichtungszeit basierend auf der gewünschten Auflösung in der Querrichtung, des Bestimmens einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung basierend auf der anfänglichen Belichtungszeit, des Vergleichens der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung mit der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung und des Erhöhens der anfänglichen Belichtungszeit, wenn die minimale Auflösung in der Abtastrichtung größer als die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung ist, aufweisen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Bildscanner-Technologie und insbesondere auf ein Verfahren zum Variieren der optischen Abtastfrequenz eines Bildscanners (Scanner = Abtastgerät).

Optische Scanner erzeugen Datensignale, die ein Objekt oder ein Dokument darstellen, indem ein Bild des Objekts oder Dokuments auf ein optisches Fotosensorarray projiziert wird. Die Datensignale können dann digitalisiert und für einen späteren Gebrauch gespeichert werden. Die Datensignale können beispielsweise von einem Personalcomputer verwendet werden, um ein Bild des abgetasteten Objekts oder Dokuments auf einem geeigneten Anzeigegerät zu erzeugen.

Die meisten optischen Scanner verwenden eine Beleuchtung und optische Systeme, um das Objekt zu beleuchten und einen kleinen Bereich des beleuchteten Objekts, welcher gewöhnlich als eine "Abtastlinie" bezeichnet wird, auf das optische Fotosensorarray zu fokussieren. Das gesamte Objekt wird dann abgetastet, indem die beleuchtete Abtastlinie das gesamte Objekt überstreicht, entweder indem das Objekt bezüglich der Beleuchtung und der optischen Anordnungen bewegt wird, oder indem die Beleuchtung und die optischen Anordnungen bezüglich des Objekts bewegt werden.

Das optische System eines typischen Scanners wird eine Linsenanordnung aufweisen, um das Bild der beleuchteten Abtastlinie auf die Oberfläche des optischen Fotosensorarrays zu fokussieren. Abhängig von dem bestimmten Entwurf kann das optische System eines Scanners ferner eine Mehrzahl von Spiegeln aufweisen, um den Weg des Lichtstrahls "zu falten", wodurch es ermöglicht wird, daß das optische System zweckmäßigerweise in einem relativ kleinen Gehäuse befestigt wird. Um zu ermöglichen, daß ein kleineres Fotosensorarray verwendet wird, reduzieren die meisten optischen Systeme ebenfalls die Größe des Bildes der Abtastlinie, die auf die Oberfläche des Fotosensors fokussiert wird. Viele optische Systeme weisen beispielsweise ein Linsenreduktionsverhältnis von etwa 8 : 1 auf, welches die Größe des Bildes der Abtastlinie um einen Faktor von etwa 8 reduziert.

Während verschiedene Arten von Fotosensorgeräten in optischen Scannern verwendet werden können, ist ein gewöhnlich verwendeter Sensor das CCD (CCD = Charge Coupled Device = Ladungs-gekoppeltes Gerät). Wie es bekannt ist, kann ein CCD eine große Anzahl von einzelnen Zellen oder "Pixeln" aufweisen, wobei jede von diesen eine elektrische Ladung als Reaktion auf die Belichtung durch Licht sammelt oder aufbaut. Da sich die Größe der akkumulierten elektrischen Ladung in jeder gegebenen Zelle oder Pixel auf die Intensität und Dauer der Lichtbelichtung bezieht, kann ein CCD verwendet werden, um helle und dunkle Stellen auf einem Bild, das auf dasselbe fokussiert wird, zu erfassen. Bei einer typischen Scanner- Anwendung wird die Ladung, die in jeder der CCD-Zellen oder Pixel aufgebaut ist, gemessen und dann in regelmäßigen Intervallen, die als Belichtungszeiten oder Abtastintervalle bekannt sind und für einen typischen Scanner in dem Bereich von fünf Millisekunden liegen können, entladen. Da die Ladungen (d. h. die Bilddaten) in den CCD-Zellen während der Belichtungszeit gleichzeitig gesammelt werden, weist das CCD ebenfalls ein analoges Schieberegister auf, um die gleichzeitigen oder parallelen Daten von den CCD-Zellen in einen sequentiellen oder seriellen Datenstrom umzuwandeln. Ein typisches analoges Schieberegister weist eine Mehrzahl von "Ladungstransfer-Eimern" oder sogenannten "Charge Transfer Buckets" auf, wobei jeder derselben mit einer einzelnen Zelle verbunden ist. Am Ende der Belichtungszeit werden die durch jede CCD-Zelle gesammelten Ladungen gleichzeitig auf die Ladungstransfer-Eimer übertragen, wodurch die CCD-Zellen für die nächste Belichtungssequenz vorbereitet werden. Die Ladung in jedem Eimer wird dann von Eimer zu Eimer aus dem Schieberegister sequentiell oder auf die Art und Weise von "Eimerketten" (Bucket Brigades) während der Zeit übertragen, während der die CCD-Zellen von der nächsten Abtastlinie belichtet werden. Die sequentiell angeordneten Ladungen von den CCD-Zellen können dann nach und nach in ein digitales Signal durch einen geeigneten Analog/Digital-Wandler umgewandelt werden.

Bei den meisten optischen Scanneranwendungen sind alle einzelnen Pixel in dem CCD Ende-an-Ende angeordnet, wodurch ein lineares Array gebildet wird. Jedes Pixel in dem CCD-Array entspricht somit einem zugeordneten Pixelabschnitt der beleuchteten Abtastlinie. Die einzelnen Pixel in dem linearen Fotosensorarray sind allgemein in der "Quer"-Richtung ausgerichtet, d. h. senkrecht zu der Bewegungsrichtung der beleuchteten Abtastlinie über das Objekt (auch als die "Abtastrichtung" bekannt). Jedes Pixel des linearen Fotosensorarrays weist somit eine Länge, die in der Querrichtung gemessen wird, und eine Breite, die in der Abtastrichtung gemessen wird, auf. Bei den meisten CCD-Arrays sind die Länge und Breite der Pixel gleich, typischerweise etwa acht Mikrometer oder dergleichen in jeder Dimension.

Die Auflösung in der Querrichtung ist eine Funktion der Anzahl von einzelnen Zellen in dem CCD. Ein üblicherweise verwendetes CCD-Fotosensorarray enthält eine ausreichende Anzahl von einzelnen Zellen oder Pixeln, um eine Auflösung in der Querrichtung von etwa 600 Pixeln oder Punkten pro Inch (dpi = Dots per Inch = Punkte pro Inch) zu erlauben, welche in dieser Anmeldung als die "ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung" bezeichnet wird.

Die Auflösung in der Abtastrichtung bezieht sich auf das inverse Produkt der Abtastlinien-Wobbelfrequenz und der CCD- Belichtungszeit (d. h. dem Abtastintervall). Daher kann die Auflösung in der Abtastrichtung erhöht werden, indem die Abtastlinien-Wobbelfrequenz, die CCD-Belichtungszeit oder beide erniedrigt werden. Folglich kann die Auflösung in der Abtastrichtung erniedrigt werden, indem die Abtastlinien-Wobbelfrequenz, die CCD-Belichtungszeit oder beide erhöht werden. Die "minimale Auflösung in der Abtastrichtung" für eine gegebene Belichtungszeit ist die Auflösung, die erreicht wird, wenn mit der maximalen Abtastlinien-Wobbelfrequenz bei dieser Belichtungszeit abgetastet wird. Eine maximale Abtastlinien-Wobbelfrequenz von etwa 3,33 Inch pro Sekunde (8,458 cm pro Sekunde) und eine maximale Belichtungszeit von etwa 5 Millisekunden wird eine minimale Auflösung in der Abtastrichtung von etwa 60 dpi ergeben.

Die Auflösung in der Querrichtung kann unter die ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung erniedrigt werden, indem irgendeiner einer Anzahl von Pixel-Auslaßalgorithmen verwendet wird, um Daten von bestimmten Zellen in dem CCD zu ignorieren oder auszulassen. Die Auflösung in der Querrichtung in einem CCD, das eine ursprüngliche Auflösung von 600 dpi aufweist, kann beispielsweise auf 300 dpi durch Ignorieren oder Auslassen von Daten jedes zweiten Pixels erniedrigt werden. Die meisten herkömmlich verwendeten Pixel-Auslaßtechniken ignorieren oder lassen die Pixeldaten aus, nachdem dieselben durch den Analog/Digital-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wurden. Es ist ebenfalls möglich, die Auflösung in der Querrichtung über die ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung zu erhöhen, indem verschiedene Dateninterpolationstechniken verwendet werden, um die wirksame Auflösung in der Querrichtung zu erhöhen. Einige Dateninterpolationstechniken können beispielsweise verwendet werden, um die wirksame Auflösung in der Querrichtung auf 1200 dpi oder höher mit einem CCD, das eine ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung von nur 600 dpi aufweist, zu erhöhen.

Wie vorher erwähnt wurde, ist die Auflösung in der Abtastrichtung eine Funktion sowohl der Abtastlinien-Wobbelfrequenz als auch der CCD-Belichtungszeit. Daher kann die Auflösung in der Abtastrichtung variiert werden, indem die Abtastlinien-Wobbelfrequenz, die CCD-Belichtungszeit oder beide verändert werden. Es sollte angemerkt werden, daß die Auflösung in der Abtastrichtung, die einer gegebenen maximalen Abtastlinien-Wobbelfrequenz und einer CCD-Belichtungszeit entspricht, fest ist und die minimale Auflösung in der Abtastrichtung für diese Belichtungszeit darstellt. Die Auflösung in der Abtastrichtung kann jedoch weiter reduziert werden, indem ganze Datenzeilen ignoriert oder ausgelassen werden. Derartige Zeilen-Auslaßtechniken sind analog zu den Pixel-Auslaßtechniken, die oben beschrieben wurden.

Ein Problem, das zu Scannern gehört, die Pixel auslassen, um die Auflösung in der Querrichtung zu erniedrigen, oder die Zeilen auslassen, um die Auflösung in der Abtastrichtung zu erniedrigen, oder beides, besteht darin, daß die Pixel- und Zeilen-Auslaßverfahren dahin tendieren, verschiedene künstliche Erzeugnisse und Verzerrungen in die Bilddaten einführen, wie z. B. Rückfaltungen (sog. aliasing) und Moire-Muster.

Ein weiteres Problem, das Pixel- und Zeilen-Auslaßverfahren zugeordnet ist, besteht darin, daß die Pixel- und Zeilen- Auslaßfunktionen gewöhnlich durchgeführt werden, nachdem die Ladungsdaten von den einzelnen CCD-Zellen in die digitale Form umgewandelt worden sind. Folglich ist die maximale Abtastfrequenz, somit die Abtastgeschwindigkeit, auf die Datenumwandlungsfrequenz des Analog/Digital-Wandlers (A/D- Wandlers) begrenzt. Da die meisten Scanner bei der maximalen wirksamen Abtastfrequenz des A/D-Wandlers arbeiten, ist die Abtastrate bei der Abtastung mit einer reduzierten Auflösung im wesentlichen die gleiche, wie wenn bei der maximalen Auflösung abgetastet wird. Anders ausgedrückt wird die Wahl einer verringerten Auflösung nicht üblicherweise in einer erhöhten Abtastfrequenz resultieren.

Selbst wenn schnellere Analog/Digital-Wandler verwendet werden, existiert eine Begrenzung der maximalen Abtastrate, die erreicht werden kann. Das Vorsehen eines schnelleren Analog/Digital-Wandlers wird schnellere Abtastfrequenzen bei einer gegebenen Auflösung nur ermöglichen, wenn die Belichtungszeit (d. h. das Abtastintervall) verkleinert wird. Da der von einer gegebenen CCD-Zelle erzeugte Ladungsbetrag jedoch proportional zu der Belichtungszeit ist, werden kürzere Belichtungszeiten proportional niedrigere Signalpegel zur Folge haben. Unter der Annahme eines konstanten Systemrauschens werden derartige niedrigere Signalpegel ein niedrigeres Signal/Rausch-Verhältnis ergeben, wobei das Rauschen in den Bilddaten gewöhnlich als "Schnee" erscheint.

Daher bleibt ein Bedarf nach einem Bildscanner, der in einem breiten Bereich von Auflösungen abtasten kann, ohne jedoch die Bildverschlechterungsprobleme zu erzeugen, wie z. B. Rückfaltungen und die Erzeugung von Moire-Mustern, die typischerweise zu den Zeilen-Auslaßverfahren, die in gegenwärtig erhältlichen Scannern verwendet werden, zugeordnet sind. Idealerweise sollte die Auswahl einer verkleinerten Abtastauflösung ebenfalls einen entsprechenden Anstieg der Abtastgeschwindigkeit zur Folge haben, ohne jedoch auf teure Hochgeschwindigkeits-Analog/Digital-Wandler zurückzugreifen und ohne das Signal/Rausch-Verhältnis des resultierenden Bilddatensignals zu reduzieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen der Belichtungszeit eines Scanners basierend auf einer gewünschten Auflösung zu schaffen, um bei verringerter Abtastauflösung die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen und Bildverschlechterungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Belichtungszeit für einen Fotosensor basierend auf einer gewünschten Auflösung entlang einer Abtastrichtung und einer gewünschten Auflösung in einer Querrichtung kann folgende Schritte aufweisen: Bestimmen einer anfänglichen Belichtungszeit basierend auf der gewünschten Auflösung in der Querrichtung; Bestimmen einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung basierend auf der anfänglichen Belichtungszeit; Vergleichen der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung mit der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung; und Erhöhen der anfänglichen Belichtungszeit, wenn die minimale Auflösung in der Abtastrichtung größer als die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung ist.

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

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Datenabtast- und Umwandlungsschaltung zum selektiven Kombinieren und Digitalisieren von Pixelladungen von einem CCD; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm der Schritte, die durch die Steuerungseinheit, die in Fig. 1 gezeigt ist, durchgeführt werden, um eine geeignete CCD-Belichtungszeit (d. h. Abtastfrequenz) zu bestimmen.

Die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eines optischen Scanners (nicht gezeigt), bei dem die variable optische Abtastfrequenz von einer erforderlichen Abtastauflösung abhängig ist, ist in Fig. 1 gezeigt. Im wesentlichen weist die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 eine Umwandlungsschaltung 12 zum Umwandeln von in einem Fotosensor, wie z. B. einem Ladungs-gekoppelten Gerät (CCD) 14, gespeicherten Pixelladungen in einen digitalen Datenstrom 16 auf. Wie es bekannt ist, weist das CCD 14 n Ladungstransfer-Eimer Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3;, . . . Qn auf, welche die Ladungen, die von jedem einzelnen Pixel in dem CCD gleichzeitig gesammelt worden sind, sequentiell übertragen. Ein Ladungs/Spannungs-Wandler 18, der mit dem letzten Ladungstransfer-Eimer Q&sub1; des CCD 14 verbunden ist, wandelt die in dem letzten Eimer Q&sub1; gespeicherte Ladung in eine Spannung um, die daraufhin durch einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 22 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Wenn bei bestimmten Auflösungen abgetastet wird, wandelt der Wandler 18 nur die Ladung von einem der Eimer Q in eine Spannung um, welche natürlich der Ladung von einem einzelnen Pixel entspricht. Wenn jedoch bei anderen Auflösungen abgetastet wird, sammelt die Spannungswandlerschaltung 18 die Ladung von zwei oder mehr Eimern Q bevor die Gesamtladung in eine Spannung umgewandelt wird. Eine Halteschaltung 20 kann mit der Spannungswandlerschaltung 18 verbunden sein, um als ein Puffer in dem Fall zu wirken, wenn Daten aus dem letzten Eimer Q&sub1; schneller herausgeschoben werden, als sie durch den A/D-Wandler 22 in digitale Signale umgewandelt werden können. Eine Steuerungseinheit 24, die mit dem CCD-Array 14, dem Ladungs/Spannungswandler 18, der Halteschaltung 20 und dem A/D-Wandler 22 verbunden ist, steuert die Zeitgebung und den Betrieb jeder Schaltung. Während eine beliebige Schaltung verwendet werden kann, die die Funktion der Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10, die hierin gezeigt und beschrieben ist, erreicht, kann die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung von dem Typ sein, der in der U.S. Patentanmeldung Nr. 08/174,868 von Degi offenbart und am 29.12.93 angemeldet wurde, welche hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Wenn bei der "ursprünglichen" Auflösung in der Querrichtung und bei der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung abgetastet wird, betreibt die Steuerungseinheit 24 das CCD bei einer vorbestimmten maximalen Belichtungszeit (d. h. Abtastintervall) und wobbelt die Abtastlinie mit einer vorbestimmten maximalen Abtastwobbelfrequenz über das Objekt. Wenn dieselbe bei der maximalen Belichtungszeit und Abtastlinien-Wobbelfrequenz arbeitet, weist eine einzelne Abtastlinie Daten von jedem Pixel des CCD 14 auf, wobei die Auflösung in der Abtastrichtung der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung entspricht. Wenn dieselbe jedoch bei anderen Auflösungen arbeitet, bestimmt die Steuerungseinheit 24 die optimale Belichtungszeit und die Anzahl der CCD-Zellen, deren Ladungsdaten kombiniert werden sollen, um die Abtastlinien-Wobbelfrequenz zu maximieren, ohne jedoch das Signal/Rausch-Verhältnis zu reduzieren und ohne auf Zeilen-Auslaßtechniken zurückgreifen zu müssen.

Ein bedeutsamer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe es ermöglicht, über einen breiten Bereich von Auflösungen abzutasten, ohne jedoch auf Zeilen- Auslaßverfahren zurückgreifen zu müssen, welche Rückfaltungen oder Moire-Muster in den Bilddaten erzeugen können. Da die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 die Signale von einigen CCD-Pixeln kombinieren kann, bevor dieselben digitalisiert werden, kann das Abtasten bei bestimmten Auflösungen eine proportionale Verringerung der Zahl von Analog/Digital-Umwandlungen ermöglichen, die durch den A/D-Wandler 22 durchgeführt werden müssen. Diese zusätzliche Umwandlungskapazität ermöglicht es, daß die CCD-Belichtungszeit (d. h. das Abtastintervall) reduziert wird, wodurch ein entsprechender Anstieg der Abtast-Wobbelgeschwindigkeit bei einer gegebenen Auflösung bewirkt werden kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Scannern können die verringerten Belichtungszeiten, die durch die vorliegende Erfindung möglich gemacht worden sind, in nur einer kleinen Reduzierung des Signal/Rausch-Verhältnisses des CCD resultieren, da die Signale von einigen Pixeln kombiniert werden, wenn bei derart verringerten Belichtungszeiten abgetastet wird.

Die Details der Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 werden am besten unter Bezug auf Fig. 1 verstanden. Wie vorher kurz beschrieben wurde, weist die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 eine Umwandlungsschaltung 12 auf, die mit dem letzten Ladungstransfer-Eimer Q&sub1; des CCD-Arrays 14 verbunden ist. Die Umwandlungsschaltung 12 weist die Ladungs/Spannungs-Umwandlungsschaltung 18 und die Halteschaltung 20 auf, welche zusammen die Ladungen von einem oder mehr Ladungstransfer-Eimern Q, somit von einzelnen Zellen in dem CCD-Array 14, in eine analoge Spannung umwandeln, welche dann durch einen Analog/Digital-Wandler 22 in ein digitales Signal umgewandelt werden. Die Ladungs/Spannungs-Umwandlungsschaltung 18 weist einen Kondensator 30 zum Sammeln der Ladung von dem letzten Ladungstransfer-Eimer Q&sub1; und einen Isolationsverstärker 26 auf, um den Kondensator 30 zu isolieren und zu verhindern, daß derselbe durch die Halteschaltung 20 geladen wird. Insbesondere ist die Eingangsleitung 32 des Isolationsverstärkers 26 mit dem letzten Eimer Q&sub1; über den Schalter 28 verbunden. Der Kondensator 30 ist zwischen die Eingangsleitung 32 und eine geeignete Masse geschaltet. Ein zweiter Schalter 34 ist ebenfalls mit der Eingangsleitung 32 und einer geeigneten Masse verbunden und entlädt, wenn derselbe geschlossen ist, den Kondensator 30, wodurch derselbe vorbereitet wird, die nächste Ladung von dem Ladungstransfer-Eimer Q&sub1; zu empfangen.

Die Halteschaltung 20 ist der Umwandlungsschaltung 18 ähnlich und weist einen Kondensator 44 zum Speichern der Ausgangsspannung von dem Isolationsverstärker 26 auf. Die Halteschaltung 20 weist ihren eigenen Isolationsverstärker 36 auf, um den Kondensator 44 zu isolieren und zu verhindern, daß derselbe durch den Analog/Digital-Wandler 22 geladen wird. Insbesondere ist die Eingangsleitung 38 des Isolationsverstärkers 36 über einen dritten Schalter 40 mit dem Ausgang 46 des Verstärkers 26 verbunden. Der Kondensator 44 ist zwischen die Eingangsleitung 38 und eine geeignete Masse geschaltet. Die Ausgangsleitung 42 des Verstärkers 36 ist mit dem Analog/Digital-Wandler 22 verbunden.

Eine Steuerungseinheit 24, die mit dem CCD 14, der Umwandlungsschaltung 18, der Halteschaltung 20 und dem A/D-Wandler 22 verbunden ist, steuert den Betrieb der jeweiligen Komponenten. Am Anfang sind die Schalter 28 und 40 offen, während der Schalter 34 geschlossen ist, was jede Ladung auf dem Kondensator 30 beseitigt. Als nächstes schließt die Steuerungseinheit 24 den Schalter 28 und öffnet den Schalter 34 und schiebt dann die Pixelladungen, die in den Eimern Q&sub1;- Qn gespeichert sind, einen Eimer nach rechts. Dies plaziert die Ladung, die in dem Eimer Q&sub1; war, auf den Kondensator 30. Die resultierende Spannung V auf dem Kondensator 30 ist der Ladungsmenge Q von dem Eimer Q&sub1; geteilt durch die Kapazität C des Kondensators 30 gleich, d. h. V = Q/C.

Sobald der Kondensator 30 geladen ist, schließt die Steuerungseinheit 24 den Schalter 40. Die Ausgangsspannung von dem Isolationsverstärker 26 wird dann an dem Kondensator 44 dupliziert. Sobald der Kondensator 44 geladen ist, öffnet die Steuerungseinheit 24 den Schalter 40, wodurch es ermöglicht wird, daß die Umwandlungsschaltung eine andere Ladung annimmt. In der Zwischenzeit wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 36 durch den A/D-Wandler 22 in ein digitales Signal umgewandelt. Die digitalisierten Daten von dem A/D- Wandler 22 können dann wie gewünscht verarbeitet werden, was schließlich in einer digitalen Darstellung des Quellenbildes resultiert.

Es wird bemerkt, daß die Verarbeitung der Ladung in dem nächsten Eimer beginnen kann, während die Ladung von dem vorherigen Eimer in ein digitales Signal umgewandelt wird. Der Umwandlungsprozeß muß jedoch vollendet sein, bevor der Schalter 40 wieder geschlossen wird. Natürlich würde die Halteschaltung 20 nicht benötigt werden, wenn der A/D-Wandler 22 schnell genug ist, um die Spannungssignale zu digitalisieren, bevor die Ladung von dem nächsten Eimer in den Kondensator 30 geschoben wird.

Wenn bei bestimmten reduzierten Auflösungen abgetastet wird, steuert die Steuerungseinheit 24 die Spannungsumwandlungsschaltung 18 derart, daß dieselbe die Ladungen von zwei oder mehr Pixel-Eimern kombiniert, bevor das Signal zu der Halteschaltung 20 gesendet wird. Als Beispiel wird die Ladung von dem ersten Pixel in dem Kondensator 30 auf die bereits beschriebene Art und Weise getaktet. Dann taktet die Steuerungseinheit 24 vor dem Schließen des Schalters 40 und ohne Schließen des Schalters 34, um den Kondensator 30 zu entladen, die Ladung von dem zweiten Pixel in den Kondensator 30. Wenn die gewünschte Anzahl von Pixeln kombiniert worden ist (d. h. zwei oder mehr) wird die Ausgangsspannung über dem Kondensator 30 in der Halteschaltung 20 dupliziert, deren Spannung dann durch den A/D-Wandler 22 digitalisiert wird.

Während die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 auf die vorher beschriebene Art und Weise betrieben werden kann, um das Abtasten bei reduzierten Auflösungen in der Querrichtung zu erreichen, können erhöhte Abtastwobbelfrequenzen bei derart reduzierten Auflösungen nur erreicht werden, indem die Belichtungszeit (d. h. das Abtastintervall) des CCD 14 verringert wird. Wenn die reduzierte Belichtungszeit jedoch nicht richtig gewählt wird, kann die Auflösung in der Abtastrichtung nicht der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung entsprechen, wodurch es notwendig wird, Zeilen auszulassen, um die gewünschte Auflösung zu erreichen. Um das Problem darzustellen, soll ein Scanner mit einer ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung von 600 dpi und einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung von 60 dpi betrachtet werden. Es wird angenommen, daß der Betreiber wünscht, bei 300 dpi in der Querrichtung und 100 dpi in der Abtastrichtung abzutasten. Dann würde die Steuerungseinheit 24 die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 derart betreiben, daß die Ladungen von zwei Pixelelementen durch die Umwandlungsschaltung 18 zusammen kombiniert würden. Wie vorher erklärt wurde, ergibt das Kombinieren der Ladungen von zwei Pixeln in einem CCD mit einer ursprünglichen Querauflösung von 600 dpi eine wirksame Auflösung in der Querrichtung von 300 dpi. Um die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen, würde die Steuerungseinheit ebenfalls die Belichtungszeit des CCD-Arrays auf die Hälfte der maximalen Belichtungszeit, d. h. die Belichtungszeit, die der ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung entspricht, verkürzen. Natürlich weist ein derartiges Verkürzen der Belichtungszeit den Effekt des Verdoppelns der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung von 60 dpi auf 120 dpi auf. Da der Benutzer jedoch eine Auflösung in der Abtastrichtung von nur 100 dpi ausgewählt hat, würde die Bildverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) auf Zeilen-Auslaßprozesse zurückgreifen müssen, um die Auflösung in der Abtastrichtung von 120 dpi auf 100 dpi zu erniedrigen. Wie vorher erwähnt wurde, sind derartige Zeilen-Auslaßverfahren unerwünscht, da sie Rückfaltungen und Moire-Muster zur Folge haben können.

Die vorliegende Erfindung vermeidet den Bedarf auf Zeilen- Auslaßverfahren in Fällen zurückzugreifen, die dem obigen Beispiel analog sind, indem die Steuerungseinheit 24 darauf ausgerichtet ist, gemäß dem in Fig. 2 beschriebenen Verfahren zu arbeiten. In dem ersten Schritt 50 erfaßt und speichert die Steuerungseinheit 24 die gewünschten (d. h. Benutzer-ausgewählten) Auflösungen in sowohl der Querrichtung als auch der Abtastrichtung in einem geeigneten Speichersystem (nicht gezeigt). In dem Verfahren 52 bestimmt die Steuerungseinheit 24 eine anfängliche Belichtungszeit, die auf der ausgewählten Auflösung in der Querrichtung basiert. Wenn die ausgewählte Auflösung in der Querrichtung beispielsweise zwischen der Hälfte und dem Doppelten der ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung liegt, wird die Steuerungseinheit 24 die anfängliche Belichtungszeit einstellen, damit sie der ursprünglichen oder maximalen Belichtungszeit gleich ist, d. h. der Belichtungszeit, die der ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung entspricht. Wenn die gewählte Auflösung in der Querrichtung zwischen 1/3 und 1/2 der ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung liegt, wird die Steuerungseinheit die anfängliche Belichtungszeit auf 1/2 der maximalen Belichtungszeit einstellen. Wenn die gewählte Auflösung kleiner als 1/3 der ursprünglichen Auflösung ist, wird die Steuerungseinheit 24 die anfängliche Belichtungszeit auf 1/3 der maximalen Belichtungszeit einstellen.

Nach der Bestimmung einer anfänglichen Belichtungszeit führt die Steuerungseinheit dann einen Schritt 54 durch, um die entsprechende oder minimale Auflösung in der Abtastrichtung zu bestimmen. In dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "minimale Auflösung in der Abtastrichtung" auf diese Auflösung in der Abtastrichtung, die aus einer gegebenen Abtastlinien-Wobbelfrequenz und CCD-Belichtungszeit resultiert. Der Ausdruck "minimal" wird verwendet, da diese Auflösung die minimale Auflösung in der Abtastrichtung ist, die erreicht werden kann, ohne auf Zeilen-Auslaßverfahren zurückzugreifen. Die Steuerungseinheit 24 führt als nächstes einen Schritt 56 durch, um zu bestimmen, ob die minimale Auflösung in der Abtastrichtung kleiner oder gleich der Auflösung ist, die von dem Benutzer gewählt wurde. Wenn das so ist, springt die Steuerungseinheit 24 auf einen Schritt 58, um die Abtastlinien-Wobbelfrequenz zu bestimmen und die Abtastung einzuleiten. Die Abtastlinien-Wobbelfrequenz wird bestimmt, indem Eins durch das Produkt aus der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung und der Belichtungszeit geteilt wird. Wenn die minimale Auflösung in der Abtastrichtung größer als die ausgewählte Auflösung ist, führt die Steuerungseinheit einen Schritt 59 durch, um zu bestimmen, ob die Belichtungszeit gleich der maximalen Belichtungszeit ist. Wenn dies so ist, kann die Belichtungszeit nicht weiter erhöht werden und die Steuerungseinheit 24 springt zu einem Schritt 58. Wenn die Belichtungszeit jedoch noch unter der maximalen Belichtungszeit liegt, wird die Steuerungseinheit 24 einen Schritt 60 durchführen, um die Belichtungszeit um eine Stufe zu erhöhen, und dann die Schritte 54 und 56 zu wiederholen.

Bei dem vorher gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Belichtungszeit eine von drei Zeiten sein, wobei die Belichtungszeit der ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung entspricht, d. h. die maximale Belichtungszeit, 1/2 der maximalen Belichtungszeit und 1/3 der maximalen Belichtungszeit. Wenn die anfängliche Belichtungszeit somit in dem Schritt 54 derart bestimmt worden wäre, daß dieselbe 1/3 der maximalen Belichtungszeit ist, und wenn diese anfängliche Belichtungszeit nicht eine minimale Auflösung in der Abtastrichtung zur Folge hat, die unter der vom Benutzer ausgewählten Auflösung liegt, dann würde der Schritt 60 zur Folge haben, daß die Steuerungseinheit die zweithöchste Belichtungszeit, d. h. 1/2 der maximalen Belichtungszeit, auswählt. Die Steuerungseinheit 24 führt dann den Schritt 54 durch, um die minimale Auflösung in der Abtastrichtung zu bestimmen, indem Eins durch das Produkt aus der maximalen Abtastlinien-Wobbelfrequenz und der neuen Belichtungszeit geteilt wird. Wenn die minimale Auflösung dann kleiner als die vom Benutzer ausgewählten Auflösung ist, wird die Steuerungseinheit mit der Abtastoperation bei der neuen Belichtungszeit fortfahren. Wenn die minimale Auflösung noch größer als die Benutzer-ausgewählte Auflösung ist, wird die Steuerungseinheit 24 wieder die Schritte 59 und 60 durchführen, um die Belichtungszeit um eine Stufe zu erhöhen, und die Schritte 54 und 56 wiederholen.

Das in Fig. 2 gezeigte und vorher beschriebene Verfahren ergibt beispielsweise die Belichtungszeiten, die den Auflösungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, entsprechen. Die Auflösungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, basieren auf einem Scanner mit einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung von 60 dpi und einer ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung von 600 dpi. Der Scanner ist ebenfalls in der Lage, bei Auflösungen abzutasten, die dem 1/2 und 1/3 der ursprünglichen Auflösung von 600 dpi entsprechen, d. h. 300 dpi und 200 dpi. Tabelle 1



Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Benutzer wünscht, bei einer Auflösung in der Abtastrichtung von 150 dpi und bei einer Auflösung in der Querrichtung von 250 dpi abzutasten. Die Steuerungseinheit 24 wird dann das CCD bei einer wirksamen Auflösung in der Querrichtung von 300 dpi betreiben. D.h. die Umwandlungsschaltung 12 (Fig. 1) wird die Ladungsdaten von jedem zweiten CCD-Pixel kombinieren, und die Steuerungseinheit 24 wird die Belichtungszeit auf 1/2 der maximalen Belichtungszeit einstellen. Das wird eine Auflösung in der Querrichtung von 300 dpi und eine minimale Auflösung in der Abtastrichtung von 120 dpi zur Folge haben. Die Bilddatenverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) wird dann wie benötigt Pixel auslassen, um die gewünschte Auflösung in der Querrichtung von 250 dpi zu erreichen. Da die minimale Auflösung in der Abtastrichtung jetzt 120 dpi beträgt, besteht jedoch kein Bedarf, Zeilen auszulassen, wobei die gewünschte Auflösung von 150 dpi in der Abtastrichtung erreicht werden kann, indem eine neue Abtastlinien-Wobbelfrequenz bestimmt werden kann, welche gleich 1/(die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung mal die CCD-Belichtungszeit) ist.

Es sollte bedacht werden, daß, während das hierin beschriebene und gezeigte Ausführungsbeispiel in der Lage ist, zwischen CCD-Belichtungszeiten auszuwählen, die einer von drei (3) diskreten Auflösungen entsprechen, d. h. 600 dpi, 300 dpi und 200 dpi, weitere Ausführungsbeispiele möglich sind, die zwischen drei oder mehr Belichtungszeiten auswählen würden, wie es für Fachleute offensichtlich ist. Die Datenabtast- und Umwandlungsschaltung 10 könnte beispielsweise ohne weiteres angepaßt werden, um zwischen vier (4) Belichtungszeiten auszuwählen, die einer von vier (4) diskreten Auflösungen entspricht. Daher sollte die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht auf Belichtungszeiten begrenzt angesehen werden, die nur drei diskreten Auflösungen entsprechen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Bestimmen einer Belichtungszeit für einen Fotosensor, basierend auf einer gewünschten Auflösung entlang einer Abtastrichtung und einer gewünschten Auflösung in einer Querrichtung, mit folgenden Schritten:

    Bestimmen (52) einer anfänglichen Belichtungszeit basierend auf der gewünschten Auflösung in der Querrichtung;

    Bestimmen (54) einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung basierend auf der anfänglichen Belichtungszeit;

    Vergleichen (56) der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung mit der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung; und

    Erhöhen (60) der anfänglichen Belichtungszeit auf eine erhöhte Belichtungszeit und Neubestimmen (54) einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung basierend auf der erhöhten Belichtungszeit und Neuvergleichen (56) der minimalen Auflösung in der Abtastrichtung mit der gewünschten Auflösung in der Abtastrichtung bis entweder:
    1. a) die minimale Auflösung in der Abtastrichtung nicht größer als die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung ist (56); oder
    2. b) die erhöhte Belichtungszeit gleich einer vorbestimmten maximalen Belichtungszeit ist (59).
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt (54) des Bestimmens einer minimalen Auflösung in der Abtastrichtung basierend auf der anfänglichen Belichtungszeit den Schritt des Multiplizierens der anfänglichen Belichtungszeit mit einer vorbestimmten maximalen Abtastlinien-Wobbelfrequenz aufweist.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt (52) des Bestimmens einer anfänglichen Belichtungszeit basierend auf der gewünschten Auflösung in der Querrichtung folgende Schritte aufweist:

    Vergleichen der gewünschten Auflösung in der Querrichtung mit einer vorbestimmten ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung;

    Einstellen der anfänglichen Belichtungszeit, damit dieselbe gleich der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit ist, wenn die gewünschte Auflösung in der Querrichtung nicht kleiner als die vorbestimmte ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung ist; und

    Einstellen der anfänglichen Belichtungszeit unterhalb der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit, wenn die gewünschte Auflösung in der Querrichtung kleiner als die vorbestimmte ursprüngliche Auflösung in der Querrichtung ist.
  4. 4. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die anfängliche Belichtungszeit ausgewählt werden kann, um gleich der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit geteilt durch eine ganze Zahl zu sein.
  5. 5. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Einstellens der anfänglichen Belichtungszeit unterhalb der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit folgende Schritte aufweist:

    Einstellen der anfänglichen Belichtungszeit, damit dieselbe gleich 1/2 der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit ist, wenn die gewünschte Auflösung in der Querrichtung zwischen 1/3 und 1/2 der vorbestimmten ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung ist; und

    Einstellen der anfänglichen Belichtungszeit, damit dieselbe gleich 1/3 der vorbestimmten maximalen Belichtungszeit ist, wenn die gewünschte Auflösung in der Querrichtung kleiner als 1/3 der vorbestimmten ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung ist.
  6. 6. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die vorbestimmte maximale Belichtungszeit einer ursprünglichen Auflösung in der Querrichtung von 600 dpi entspricht.
  7. 7. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die gewünschte Auflösung in der Querrichtung und die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung zwischen Auflösungen von 12 dpi-1200 dpi ausgewählt werden können.
  8. 8. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Belichtungszeit gleich der maximalen Belichtungszeit für jede gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung und für gewünschte Auflösungen in der Querrichtung zwischen 301 dpi und einschließlich 1200 dpi und für jede gewünschte Querauflösung ist, wenn die gewünschte Auflösung in der Abtastrichtung zwischen 12 und einschließlich 120 dpi liegt.
  9. 9. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Belichtungszeit gleich der maximalen Belichtungszeit geteilt durch zwei für gewünschte Auflösungen in der Querrichtung zwischen 201 und einschließlich 300 dpi und für gewünschte Auflösungen in der Abtastrichtung zwischen 121 und einschließlich 1200 dpi und für gewünschte Auflösungen in der Querrichtung zwischen 12 und einschließlich 200 dpi und für gewünschte Auflösungen in der Abtastrichtung zwischen 179 und einschließlich 121 dpi ist.
  10. 10. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Belichtungszeit gleich der maximalen Belichtungszeit geteilt durch drei für gewünschte Auflösungen in der Querrichtung zwischen 12 und einschließlich 200 dpi und für gewünschte Auflösungen in der Abtastrichtung zwischen 180 und einschließlich 1200 dpi ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com