CH669272A5 - Verfahren zur unterscheidung scharfer kopiervorlagen von unscharfen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

15 Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 654 943. Dort wird ein Quotient QV definiert, gebildet aus dem maximalen Dichtegradienten des Bildsignals bei hoher Bandbreite und dem maximalen Dichtequotienten des Bildsignals mit niedri-20 ger Bandbreite. Dieser Quotient wird für jede einzelne Kopiervorlage gebildet und mit einem Schwellwert verglichen. Aufgrund dieses Vergleiches mit einem einmal festgelegten Schwellwert wurde dann über die Schärfe der Vorlage oder eventuell auch nur eines Teilbereiches der Vorlage abschlies-25 send entschieden.

Eine solche Auswertung der Schärfesignale ist allerdings anfällig für Fehlinterpretationen, wenn z. B. auf dem Film ein Staubkörnchen mit scharfen Kanten und hoher Dichte in der Mitte erfasst wurde.

30 Ausserdem hat sich gezeigt, dass die Benutzer von Kopiergeräten zwar aus Gründen der Material- und Arbeitsersparnis sehr daran interessiert sind, das Kopieren unscharfer Vorlagen zu vermeiden. Andererseits hat das Einstufen noch kopierfähiger Vorlagen als unscharf zur Folge, dass die An-35 zahl kopierter Bilder sinkt und Reklamationen seitens des Fotofreundes befürchtet werden müssen. Das Bestreben geht deshalb dahin, unter allen Umständen zu vermeiden, dass noch kopierfahige Vorlagen als unscharf eingestuft werden; dafür wird lieber in Kauf genommen, die unscharfen Vorla-40 gen nur zu einem Teil zu erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber der deutschen Offenlegungsschrift 2 654 934 die Unterscheidung zwischen scharfen Kopiervorlagen und unscharfen weiter zu verbessern, insbesondere eine Fehlklassifizierung noch kopierfähi-45 ger Vorlagen soweit irgend möglich zu vermeiden.

Die Überlegungen zur Erfindung gehen davon aus, dass ein einheitlicher Schwellwert für den Vergleich unterschiedlich strukturierter und unterschiedlich geschwärzter Vorlagen nicht optimal angegeben werden kann. Es hat sich näm-50 lieh gezeigt, dass ein Quotient Qv, der nur wenig über 1 liegt, bei einer flauen Vorlage mit geringem Dichteumfang noch ein Indiz für eine Kopierfahigkeit sein kann, während ein deutlich höherer Quotient auch in unscharfen Vorlagen auftreten kann, die einen sehr starken Dichteumfang bei hoher 55 Maximaldichte aufweisen.

Diese Überlegungen haben zu der im beiliegenden Anspruch 1 beschriebenen Lösung der vorgenannten Aufgabe geführt.

Die getrennte Auswertung einer grösseren Anzahl von 6o Teilbereichen jeder Vorlage und die statistische Auswertung der so gewonnenen Messwerte ermöglicht es, irreführende Einzelmesswerte wie z. B. von Staubkörnchen zu verhindern und der Übergang zu Schwellwerten, die abhängig sind von der Höhe des Gradienten im scharfen Kanal, ermöglicht es, 65 auf unterschiedlich strukturierte Vorlagen unterschiedliche Vergleichswerte anzuwenden.

Die Erkennungssicherheit für unscharfe Vorlagen kann dadurch erheblich gesteigert werden, wobei gleichzeitig der

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Anteil fälschlicherweise als unscharf qualifizierter Vorlagen deutlich reduziert werden konnte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand von Figuren eingehend erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Abtast- und Auswertevorrichtung,

Fig. 2 eine Kopiervorlage mit dem zur Schärfebeurteilung herangezogenen Vorlagenbereich,

Fig. 3 eine teilweise unscharfe Vorlage,

Fig. 4 die Abtastkurven der Vorlage nach Fig. 3, Fig. 5 eine Schwellwertlinie zur Auswertung der Abtastkurven nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine Matrix für Schwellwerte bei zweidimensionaler Festlegung der Schwellwerte.

In Fig. 1 ist in einem Prinzipschaltbild einer Abtast- und Auswertevorrichtung mit 1 eine Lichtquelle bezeichnet, die über einen Kondensor 2 die Kopiervorlage 3 ausleuchtet. Ein spaltförmiger Bereich der Kopiervorlage 3 wird durch ein Objektiv 4 auf eine CCD-Zeile (Charge-Coupled-Device) abgebildet, die z. B. eine Anzahl von 1024 Elementen (Pixel) aufweist. Die Kopiervorlage 3 befindet sich auf einem Träger und bewegt sich während des Abtastvorgangs senkrecht zur Zeichnungsebene z. B. mittels eines Schrittmotors in bekannter Weise gleichförmig oder schrittweise vorwärts. Gemäss Fig. 2 erstreckt sich die Abtastung nicht über die volle Breite des Filmes 3, auch nicht über die volle Breite des mit 3a bezeichneten Vorlagenformates der Abmessung, z. B. 24 x 36 mm, sondern um eine auf beiden Seiten um etwa 2 mm reduzierte Breite. Der abgetastete Bereich 3b hat deshalb eine Breite von etwa 20 mm und eine Länge von 32 mm. Durch diese Reduzierung des abgetasteten Bereiches vermeidet man mit Sicherheit die Auswertung des Bildrandes, der z. B. eine kameraseitige Umrandung scharf abbilden könnte und man erzielt ausserdem eine Beschränkung des ausgewerteten Bereichs auf den voraussichtlich bildwichtigen Teil. Die 1024 Pixel verteilen sich deshalb im vorliegenden Fall auf eine Strecke, die etwa 20 mm Länge der abgebildeten Vorlage entsprechen.

Die CCD-Zeile wird gesteuert von einer Kontroll-Logik 6 und gibt ihr Abtastsignal an ein Breitbandfilter 7 weiter. Diesem ist ein logarithmischer Verstärker 8 nachgeschaltet. Dessen Ausgangssignal verteilt sich auf drei Kanäle, den sogenannten unscharfen Kanal 9, den scharfen Kanal 10 und einen Kanal für die Ermittlung des Dichteumfangs und der Mindestdichte der abgetasteten Vorlage.

Im unscharfen Kanal 9 liegt zunächst zum Ausfiltern der höheren Ortsfrequenzen ein Tiefpassfilter 12, dem eine Differenzierstufe 13 nachgeschaltet ist. An diese schliesst sich ein Maximum/Minimum-Detektor an, der von der Kontrollstufe 6 gesteuert wird. Daran schliesst sich ein Analogdigitalkonverter 15 an, der die digitalisierten maximalen und minimalen Gradientenwerte im unscharfen Kanal über einen Paralleleingang 16 an einen Mikroprozessor 22 z. B. des Typs Falcon der Firma Digital Equipment Company weiterleitet.

Der scharfe Kanal 10 stimmt mit dem unscharfen Kanal 9 überein bis auf den Tiefpass 12, d. h., die gesamte vom logarithmischen Verstärker 8 wiedergegebene Frequenzmodulation wird in einer Differenzierstufe 17 differenziert, der Maximal- und der Minimalwert in einem Maximal/Minimal-Detektor 18 ermittelt und in einem Analogdigitalkonverter

19 digitalisiert, bevor sie an den Rechner 22 gelangen. Der Kanal 11 enthält nur die Maximal/Minimal-Detektorstufe

20 und einen Analogdigitalkonverter 21 und liefert an den Rechner ein Signal für den Dichteumfang der gesamten Vorlage und über die Mindestdichte der Vorlage.

Die Kontroll-Logik 6 ist einerseits verbunden mit der CCD-Zeile 5, zum anderen hat sie direkte Steuerungsfunktion für die Maximal/Minimal-Detektoren 14,18 und 20, sowie für die Analogdigitalkonverter 15,19 und 21. Die Steuerung läuft dabei so ab, dass jeweils nach Abschluss eines vollständigen Abtastzyklus der CCD-Zeile 5 die in den Detektoren 14,18 und 20 gespeicherten Extremwerte an die Konverter 15,19 und 21 geleitet und von dort in den Rechner 22 eingespeichert werden. Nach einem entsprechenden Transport der Vorlage 3 um eine Zeilenbreite erfolgt dann, gesteuert durch die Einheit 6, die Löschung der Extremwerte und der nächste Abtastzyklus. Beginn und Ende einer jeden Kopiervorlage werden angezeigt durch Abtastsignale von Randkerben 3c des Films 3, die in bekannter Weise in räumlicher Zuordnung zu zunächst als kopierfähig angesehenen Vorlagen angebracht wurden.

In Fig. 3 ist als Beispiel für eine zu beurteilende Kopiervorlage ein Bild von zwei Personen im bildwichtigen Teil wiedergegeben, die im wesentlichen von nichtstrukturiertem Himmel umgeben sind. Im Vordergrund, d. h., im unteren Viertel des Bildes, sind durch mangelnde Tiefenschärfe andere Personenteile unscharf abgebildet, ebenso in der rechten oberen Ecke. Die Gesichtsteile in der rechten oberen Ecke sind bei der Schärfebeurteilung nur z. T. ausgeblendet. Die Personen im Mittelgrund sind zwar nicht mit grosser Schärfe abgebildet, jedoch so, dass angenommen werden muss, dass der Urheber dieser Aufnahmen davon eine Kopie erhalten möchte.

In Fig. 4 sind die Abtastkurven dargestellt, wie sie sich für die Vorlage gemäss Fig. 3 an den Ausgängen der Analogdigitalkonverter 15,19 und 21 ergeben. In Fig. 4a und 4b sind nach oben die digitalisierten Gradientenwerte aufgetragen, in horizontaler Richtung sind die 256 Positionen für die 256 Abtastzeilen eines Negativs aufgetragen. Für jede der 256 Zeilen ist in der gestrichelten Kurve 23 der positive Wert des scharfen Kanals 10 aufgetragen, während die durchgezogene Kurve 24 den positiven Wert des unscharfen Kanals 9 wiedergibt. In Fig. 4b sind die zugehörigen negativen Werte unter Umkehr des Vorzeichens in Kurve 25 für den scharfen Kanal, in Kurve 26 für den unscharfen Kanal wiedergegeben.

Die Fig. 4c zeigt mit der gestrichelten Kurve 27 den Dichteumfang des jeweiligen Vorlagenbereiches, während die durchgezogene Kurve 28 die Mindestdichte in dem Vorlagenbereich wiedergibt. Die Kurven setzen sich dabei jeweils aus 256 Einzelwerten zusammen. Bei einem schmaleren Abtastspalt könnte die Zahl der Zeilen und der Einzelwerte auch höher sein.

Die 6 Kurven in den Fig, 4a bis 4c stellen die Messwerte für die Kopiervorlage gemäss Fig. 3 dar. Der Abtastrichtung von links nach rechts in Fig. 4 entspricht die Abtastrichtung in Fig. 3 von unten nach oben. Dem völlig unscharfen Vordergrund entspricht der Kurvenverlauf in den Fig. 4a und 4b, nämlich, dass keine grossen Dichtegradienten auftreten. Die scharfe Spitze nach etwa einem Viertel der Gesamtlänge dürfte der etwas schärferen Kontur innerhalb des Hausumrisses entsprechen. Der weitere Verlauf mit deutlich über den Werten der beiden unscharfen Kanäle liegenden Werte für die scharfen Kanäle fällt zusammen mit dem Anstieg der Dichteumfangskurve 27 auf den Höchstwert, was auf den Himmelsanteil im Umfeld der beiden Personen im Mittelbereich zurückzuführen ist. Der Kurvenverlauf in den Fig. 4a und 4b im Bereich der Personen zeigt sehr stark strukturierte, aber auch mit sehr starken Dichteunterschieden behaftete Messwerte, die insgesamt jedoch auf eine kopierfahige Vorlage schliessen lassen. Zu bemerken ist, dass in den Fig. 4a und 4b die Gradientenwerte für den unscharfen Kanal immer unter den Werten für den scharfen Kanal liegen, was s

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aufgrund der durch das Tiefpassfilter simulierten grösseren Abtastfläche ohne weiteres einzusehen ist.

Die jeweils 256 Messwerte gemäss Fig. 4a und Fig. 4b für den scharfen und den unscharfen Kanal werden dann statistisch ausgewertet. Dazu wird von jedem einzelnen Wertepaar der Kurven 23,24 bzw. 25,26 eine Schärfemessgrösse nach der Formel

GradSK - 1

®radUK

gebildet. Diese Schärfemessgrösse ist erkennbar für ein gleich grosses Wertepaar, d. h. für einen total unscharfen Abtastbereich mit zwei gleich grossen Gradientenwerten gleich Null. Sie kann auch angenähert dargestellt werden durch den Flächenbereich zwischen den Kurven 23/24 bzw. 25/26.

Für die Auswertung werden nun diese Schärfemessgrös-sen sortiert, zunächst gemäss Fig. 5 in Gruppen 1 bis 20 entsprechend dem Gradientenwert des scharfen Kanals. In jeder dieser 20 Gruppen werden die Absolutwerte der Schärfe-messgrössen aufsummiert, so dass die zweimal 256 Werte einer Kopiervorlage eine Verteilung längs der GradsK-Achse in den Gruppen 1 bis 20 bilden.

In Fig. 5 sind nun zwei Polygonzüge eingezeichnet, ein unterer 29 und ein oberer 30, von denen der untere bei der Wertegruppe 2 seinen Höchstwert bei 2,5 Skalenteilen und der obere in den Gruppen 2 und 3 bei ca. 4,5 Skalenteilen seinen Höchstwert hat. Bis zur Gruppe 20 fallen diese beiden Polygonzüge mehr oder minder kontinuierlich auf Null ab. Trägt man nun die Summen der Schärfemessgrössen sortiert in die Gruppen 1 bis 20 in dem Diagramm nach Fig. 5 ein, so gibt es Summenwerte, die unter den Polygonzügen 30, jedoch über dem Polygonzug 29 liegen, und es gibt Summenwerte, die auch den Polygonzug 30 übersteigen. So sind die Summenwerte in den Gruppen 4, 5, 8,11,14,17 über der Grenzlinie 30, während in den anderen Gruppen die Summenwerte zwischen den beiden Kurven liegen.

Der Polygonzug 30 wurde nun so ermittelt, dass für eine grosse Anzahl von visuell als unscharf einklassifizierten Vorlagen die Summenwerte der Schärfemessgrössen pro Gruppe ermittelt und die Einhüllende aller dieser Summenwerte gebildet wurde. Daraus ergibt sich der Polygonzug 30. Daraus kann geschlossen werden, dass Kopiervorlagen, bei denen die Summenwerte der Schärfemessgrössen in wenigstens einer der Gruppen den Polygonzug 30 übersteigen, ohne weiteres als scharf klassifiziert werden können. Darüber hinaus kann für den Fall ausgesagt werden, dass alle Summen von Schärfemessgrössen pro Gruppe unter dem Polygonzug 29 hegen, es sich mit Sicherheit um eine unscharfe Vorlage handelt. Liegen dagegen sämtliche Summenwerte pro Gruppe in dem Bereich zwischen den Kurvenzügen 29 und 30, so dürfte es sich um einen Grenzfall handeln, für den der Betreiber des Gerätes besondere Vorgaben machen kann. Auch lässt sich der Zwischenraum der beiden Kurven durch entsprechende Programmierung der Speicher verkleinern oder nach unten oder nach oben schieben.

Auf diese Weise wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass ein grosser Dichtesprung, d. h. im Vergleich zum unscharfen Kanal ein grösserer Gradientenwert mit höherer Wahrscheinlichkeit eine scharfe, d. h. kopierfähige Vorlage anzeigt als eine grössere Anzahl kleinerer Dichtesprünge. Aus dem Verlauf des Polygonzuges 30 wird erkennbar, dass in den Gruppen 16 bis 20 schon eine geringere Anzahl von Dichtesprüngen ausreicht, die Grenzlinie zu überschreiten.

Eine weitere Verfeinerung in der Auswertung der in den Kurven nach Fig. 4 enthaltenen Messwerte wird erzielt,

wenn gemäss Fig. 6 die Schärfemessgrössen in eine Matrix einsortiert werden, bei der die von dem Kreuzungspunkt am unteren Ende der Zeichnung nach links oben führende Achse den Dichteumfang der Kopiervorlage, d. h. die Differenz zwischen der festgestellten maximalen und minimalen Dichte angibt, während die von rechts oben nach links unten absteigende Achse den Gradientenwert des scharfen Kanals von 2—20 wiedergibt. Die Schärfemessgrössen gemäss den Kurvenverläufen in Fig. 4a und 4b werden nach diesen beiden Parametern in eine der 400 Gruppen einsortiert und aufsummiert. Die dabei gebildeten Summenwerte werden dann verglichen mit einer dreidimensionalen Fläche 31, die für jede der 400 Gruppen einen Schwellwert angibt. Diese Schwellenmatrix lässt sich ebenfalls empirisch bestimmen als Einhüllende der Schärfemessgrössensumme einer grossen Zahl von visuell als unscharf qualifizierten Vorlagen. Bei der Auswertung braucht dann nur verglichen zu werden, ob eine der Schärfemessgrössensummen an ihrem Ort die dreidimensionale Fläche 31 durchstösst oder nicht. Dabei kann allerdings bei zweimal 256 Messwerten und 400 Gruppen das Gesetz der grossen Zahl für eine statistische Bewertung noch nicht erfüllt sein, so dass das Ergebnis gewissen Zufälligkeiten unterliegt. Es müsste deshalb entweder die Zahl der Gruppen reduziert oder die Zahl der Messwerte erhöht werden.

Ein gewisser Kompromiss zwischen den beiden Auswerteverfahren nach Fig. 5 und 6 ist darin zu sehen, dass zunächst der Dichteumfang A D einer Kopiervorlage bestimmt wird und dass dann der Polygonzug 30 gemäss Fig. 5 für Vorlagen dieses Dichteumfangs fest vorgegeben wird. Die Schärfemessgrössen sind dann nur in 20 Gruppen einzusortieren und lassen sich als Summe mit guten Ergebnissen mit der für diesen Dichteumfang der Vorlage zutreffenden Schwellenlinie gut bewerten auf scharf oder unscharf.

Neben diesen drei angegebenen Verfahren, die auf der Summierung von Schärfemessgrössen beruhen, besteht auch die Möglichkeit, nach der Einsortierung der Schärfemessgrössen in gewisse Gruppen nur die Zahl der einsortierten Werte zu ermitteln und diese Zahl mit einem Faktor für die durchschnittliche Schärfemessgrösse in dieser Gruppe zu gewichten.

Wesentliches Merkmal all dieser Auswerteverfahren ist die Unterteilung der Vorlage in eine Vielzahl von Vorlagenbereiche, Ermitteln der extremen Gradientenwerte für jeden Bereich im Vergleich mit dem Gradienten des zugehörigen unscharfen Bereiches und die statistische Auswertung unter Heranziehung von Schwellenwerten, die von dem Dichteumfang und/oder dem Gradienten im scharfen Kanal abhängig sind.

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669 272 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Unterscheidung scharfer Kopiervorlagen von unscharfen, wobei die Vorlagen linienförmig fotoelektrisch abgetastet werden, die Breite der Linien in der Grösse der Bilddetails liegt und von dem gemessenen, einem scharfen Bild entsprechenden Bildsignal ein zweites Signal abgeteilt wird, das durch Ausfiltern der oberen Ortsfrequenzbereiche einem unscharf gemachten Bildsignal entspricht und wobei beide Signale differenziert und ihre Maximalwerte bestimmt werden sowie der Quotient der beiden Maximalwerte gebildet und mit einem Schwellwert verglichen wird, wobei die Vorlage beim Überschreiten des Schwellwertes als scharf angesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlage in eine Vielzahl von sich wenigstens über die halbe grössere Seitenlänge der Vorlage erstreckende Teilbereiche aufgeteilt wird, dass für jeden Teilbereich der Quotient der Maximalwerte der Dichtegradienten des scharfen und unscharfen Signals (9,10) festgestellt und mit Schwellwerten verglichen wird, die von dem maximalen Dichtegradienten im scharfen Kanal (10) dieses Teilbereiches abhängig sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlagenteilbereiche sich senkrecht zur Filmlängsrichtung und/oder Transportrichtung und parallel zu gerätefest angeordneten Abtastzeilen erstreckend festgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die negativen Extremwerte der Dichtegradienten pro Teilbereich mit Vorzeichenumkehr als zusätzliche Messwerte berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quotienten der Maximalwerte der Dichtegradienten des scharfen und unscharfen Signals (9,10) nach der Höhe des jeweiligen Dichtegradienten im scharfen Kanal in Gruppen sortiert und pro Gruppe summiert werden und die Gruppensummenwerte mit einer in Abhängigkeit von dem Dichtegradienten im scharfen Kanal vorgegebenen Linie für Schwellwerte vergüchen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Dichteumfang À D der Vorlagen eine Vielzahl von Linien für Schwellwerte festgelegt und für jede Vorlage entsprechend ihrem Dichteumfang die zugehörige Linie für Schwellwerte ausgewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quotienten der Maximalwerte der Dichtegradienten des scharfen und unscharfen Signals (9, 10) eines Vorlagenbereiches entsprechend dem Dichteumfang dieses Bereiches und den jeweiligen maximalen Dichtegradientenwerten des scharfen Kanals in eine zweidimensionale Matrix von Wertegruppen einsortiert, die Wertegruppen aufsummiert werden und jeder Gruppensummenwert mit einem zugehörigen Schwellwert aus einer Schwellenmatrix verglichen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linien für Schwellwerte bzw. die Schwellenmatrix empirisch bestimmt werden als Einhüllende der Gruppensummenwerte einer grossen Anzahl von visuell als unscharf qualifizierter Vorlagen.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine CCD-Zeile (5) quer zur Laufrichtung der auf einem Träger angeordneten Vorlagen (3) liegt, dass am Ausgang dieser CCD-Zeile drei Auswertekanäle (9,10,11) liegen, dass der erste als «unscharfer» Kanal (9) ein Tiefpassfil-ter (12), ein Differenzierglied (13), einen Maximal/Minimai-Detektor (14) und einen Analogdigitalkonverter (15), der zweite «scharfe» Kanal (10) nur ein Differenzierglied (17), einen Maximal/Minimal-Detektor (18) und einen Analogdigitalkonverter (19) und der dritte Kanal (11) einen Maximal/ Minimal-Detektor (20) und einen Analogdigitalkonverter (21) enthalten und dass die drei Kanäle mit einem Mikroprozessor (22) verbunden sind, der einen Speicher für die s Schwellenwerte enthält und ein Signal für die Schärfe der jeweils untersuchten Vorlage abgibt.