DE2156333C2

DE2156333C2 - Faksimile-Abtaster

Info

Publication number: DE2156333C2
Application number: DE2156333A
Authority: DE
Inventors: Bruno John South Rochester N.Y. Vieri
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1983-02-03
Also published as: CA960770A; GB1376189A; DE2156333A1; US3775559A; JPS5314890B1

Description

sin (π ■ sld) n-s/d

ist, wobei d der Abstand der Abtastzeilen und 5 der Abstand von einem vorbestimmten Punkt auf der Abtastachse der Maske ist

60

Die Erfindung betrifft einen Faksimile-Abtaster gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den Faksimilesystemen wird ein zu übermittelndes Schriftstück an einer Sendestatior. abgetastet, um seine grafischen Informationen in eine elektrische Signalfolge umzusetzen. Diese Videosignale oder ihnen entsprechende Trägermodulationssignale werden dann dem Eingang eines Übertragungskanals zugeführt, der den Sender mit einem Empfänger verbindet An der Empfangsstation werden die Videosignale in Verbindung mit geeigneten Synchronisationssignalen zur selektiven Steuerung eines Schreibers ausgenutzt, der ein Faksimile des übertragenden Schriftstücks herstellt

Wenn ein solches Faksimilesystem insgesamt ünear arbeitet, so ist die gesamte Modulations-Ubertragungsfunktion das Produkt der Übertragungsfunktionen des Abbildungssystems im Abtaster, der Öffnungsgröße des Lichtauswerteelements, des elektrischen Systems und des Schreibstiftes bzw. des Schreibverfahrens oder der Oifnungsgröße des Schreibwandlers, des Abbildungssystems und des Abbildungsverfahrens im Empfänger. Da die Auflösungsgrenze üblicherweise so niedrig liegt, daß die durch optische Systeme erzeugte Verschlechterung leicht vermieden werden kann, und da der Frequenzgang des elektrischen Systems leicht gleichmäßig gemacht werden kann, sind die Auswirkungen der Abtastöffnung und des Schreibstiftes in Verbindung mit dem Schreibverfahren normalerweise vorherrschend.

Bei einem aus der DE-OS 14 62771 bekannten Faksimile-Abtaster der genannten Art ist zwischen dem abgetasteten Urbild und dem photoempfindlichen Element eine Unterbrecherscheibe angeordnet, durch die der einfallende Lichtstrahl zerhackt wird. Da das reflektierte Lichtbündel relativ geringe Frequenz und eine niedrige Amplitude besitzt, ist eine direkte Verstärkung der unmittelbar gewonnenen elektrischen Signale bei geringem Rauschen und schwacher Störanfälligkeit nur mit direkt gekoppelten Verstärkern möglich. Da diese jedoch leicht zu Instabilitäten neigen, ist es vorteilhaft, ein leichter zu verstärkendes Wechselsignal zu erhalten. Dies wird durch die Unterbrecherscheibe erreicht Problematisch hinsichtlich einer guten Informationsübertragung und die Gestalt und die Eigenschaften der Abtastöffnung vor der Photozelle.

Bei einer sehr kleinen Abtastöffnung werden in Abtastrichtung praktisch alle Raumfrequenzen ungedämpft erfaßt wohingegen orthogonal zur Abtastrichtung bei hohen Raumfrequenzen, d.h. bu hoher Bildauflösung, nicht die gesamte Information erfaßt wird.

Bei größeren Abtastöffnungen treten in Abtastrichtung Dämpfungen auf. Die sich daraus ergebenden Nachteile können durch entsprechend schmale Schlitzöffnungen sowie durch Korrekturnetzwerte kompensiert werden.

Ein großer Nachteil entsteht aber durch die Effekte, die bei ungünstigem Öffnungsverhalten der Abtastöffnung orthogonal zur Abtastrichtung entstehen. Entsprechendes gilt für den Schreibstift Der Dämpfungsverlauf des Lichts in der öffnung in Abhängigkeit der Entfernung von der Abtastlinie ist entscheidend für die Qualität des Faksimiles. Ein ungünstiges Öffnungsverhalten führt z. B. zu unerwünschten Linienmustern.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Effekte der Abtastöffnung so zu beeinflussen, daß ein möglichst störungsfreies Faksimile erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Wenn man die Funktionsweise eines optischen Faksimile-Abtasters in einem Faksimile-Übertragungssystem analysiert, so zeigt sich, daß die Auswirkungen der Abtastöffnung und des Schreibstiftes in Verbindung mit dem Schreibverfahren normalerweise den größten Einfluß auf die gesamte Modulations-Übertragungs-

funktion des Systems ausüben. Dies bedeute¹., daß diese Funktion zur Verringerung von Schreibfehlern optimiert werden kann, wenn die Abtastöffnung entsprechend der Art des jeweils zu übertragenden Schriftstücks eingestellt wird. Durch empirische Analyse hat S₁Oh gezeigt, daß die Auswirkungen von Verschlechterungen der Faksimüe-Ausgangssignale durch eine Fourier-Transformation für die Abtastöffnung verringert werden können. Demgemäß wird im folgenden ein Abtaster mit mehreren öffnungen beschrieben, dL ein positives und ein negatives Verhalten zeigen, so daß Ausgangsspannungssignale erzeugt werden, die der optimierten gesamten Modulationsübertragungsfunktion angepaßt iind.

Die Beziehung zwischen Ausgangslichtstrahl und Eingangslichtstrahl ist bei solchen Öffnungen über eine mathematische Übertragungsfunktion definiert, die im folgenden als Öffnungsverhalten bzw. Verhalten der öffnung bezeichnet werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Faksimileübertragungssystems, das mit einem Abtaster nach der Erfindung bzw. mit einem entsprechenden Abtastverfahren arbeitet, a(x, y)

Fig.2a und 2b das Abtastraster sowie das Raum-Zeit-Verhalten bekannter Abtastverfahren, (a(x), A(f)

Fig.3a und 3b verschiedene Modulalionsübertragungsfunktionen und Rar.dempfindlichkeitskurven für 30 a(y),A(g) typische Faksimilesysteme,

F i g. 4a bis 4c einen typischen Reflexionsverlauf mit a\(y), A\(g) entsprechend erzeugtem Spannungssignal für ein unendlich kleines Auswerteelement und für ein Ausv/er teelement mit endlicher Abtastöffnung,

F i g. 5a bis 5e die verschiedenen Abtast- und daraus erhaltenen Signalwerte für ein Bild geringer Auflösung und ein Bild hoher Auflösung,

F i g. 6a bis 6e verschiedene Kurven für die gemäß der Erfindung durchzuführende Analyse,

¥\g.7a bis 7e verschiedene charakteristische Kurven d für das Verhalten von Abtastöffnungen mit zugehörigen / Cesamtübertragungsfunktionen,

F i g. 8a bis 8k verschiedene Kurven für die Betriebs- g weise eines Faksimile-Abtasters und

F i g. 9a bis 9e die gemäß der durchzuführenden Analyse verwirklichte Ausführung eines Faksimile-Abtasters.

Die grundsätzlichen Bestandteile eines Faksimile-Übertragungssystems sind ein Abtaster, ein Übertragungskanal und ein Schreiber. Mit dem in F i g. 1 gezeigten System wird ein Schriftstück oder ein Bild gemäß einem regelmäßigen Muster abgetastet, welches auch als Raster bezeichnet wird, wozu die bekannten optischen Abtastverfahren angewendet werden können. Auf diese Weise wird ein zweidimensionales Eingangssignal in ein über der Zeit sich änderndes Signal umgesetzt Die Signale werden dann über einen Übertragungskanal, beispielsweise eine Fernsprechleitung, ein Mikrowellensystem oder ein anderes Übertragungsmedium übertragen, welches eine Bandbreite von W Hertz für eine Übertragungszeit von T Sekunden aufweist. Der Schreiber setzt die über den Übertragungskanal empfangenen elektrischen Signale in Schreibsignale um, die auf einen Aufzeichnungsträger aufzubringen sind, wozu eines der bekannten Faksimile-Schreibverfahren angewendet werden kann.
Der Weg des Abtasters besteht üblicherweise aus einem Gitter nahe beieinander angeordneter paralleler Spuren, wie sie in F i g. 2a dargestellt sind. Der Abtaster folgt jeder Spur mit konstanter Geschwindigkeit und wird dann jeweils an den Anfangspunkt der nächsten Zeile zurückgeführt Die Signalfrequenzen sind proportional den entsprechenden räumlichen Frequenzen in Abtastrichtung. Fig.2b zeigt das bei einer Abtastgeschwindigkeit von υ cm pro Sekunde ein Strichmuster von q Zeilenpaaren pro Zentimeter (d. h. Zyklen pro Zentimeter) senkrecht zur Abtastung eine Signalkomponente mit qu Zyklen pro Sekunde erzeugt

Eine einfache Formel gibt die Beziehung der Auflösungsgrenze, der Signalbandbreitc, der Schriftstückgröße und der Übertragungszeit an:

- 2 R_xRyXY

(D

wobei die einzelnen Größen aus der folgenden Aufstellung entnommen werden können.

Die Abtastrichtung wird im folgenden als horizontal vorausgesetzt

Reflexionsvermögen des Schriftstücks oder Bildes

Horizontalabtastung und Fourier-Transformation

Vertikalabtastung und Fourier-Transformdtion

Vertikal-Abtastsignal des Abtasters und Fourier-Transformation
Reflexionsvermögen des Faksimiles Horizontalbereich des Faksimiles und Fourier. Transformation (optische Übertragungsfunktion)

Vertikalbereich des Faksimiles und Fourier-Transformation (optische Übertragungsfunktion)
Abstand der Abtastiinien
Räumliche Frequenz, horizontal gemessen fx-Richtung)

Räumliche Frequenz, vertikal gemessen (y- Richtung)
ganze Zahlen

b(x, y) b(x), B(f)

b(y), B(g)

i, η j R_x R_y 50 p\(s),P\(f) Horizontale Auflösung (Zeilenpaare/cm) Vertikale Auflösung (Zeilenpaare/cm) Horizontalverhalten der Abtastöffnung und Fourier-Transformation

P₂(S), P₂(f) Horizontalverhalten der Schreiberöffnung und Fourier-Transformation

s Unabhängige Variable der Übertragungs-

funktion der Abtastöffnung (linearer Ab

stand)

\ll(y) Endlose regelmäßige Folge von Einheitsim

pulsen

T Übertragungszeit (Sekunden)

% Gesamtrücklaufzeit (Sekunden)

v(x), V(f) Elektrisches Signal und Fourier-Transformation des Reflexionsvermögens des Schriftstücks

W Signalbandbreite (Hz)

χ Abszisse

X Breite der abgetasteten Fläche (cm)

y Ordinate

Y Höhe der abgetasteten Fläche (cm)

z\(s),Z\(g) Vertikalverhalten und Fourier-Transformation der Abtastöffnung

M^s)> Ziig) Vertikalverhalten und Fourier-Transformation der Schreiberöffnung.

Das elektrische Signal für das Reflexionsvermögen des ausgewerteten Schriftstücks muß zur Anpassung an den Übertragungskanal kodiert werden. Eine Optimierung des Verfahrens setzt für die zu beschreibende Analyse voraus, daß das dekodierte Ausgangssignal des Übertragungskanals identisch mit dem Eingangssignal des Kodierers ist

In dem in Fig. 1 gezeigten Schreiber wird ein Schreibstift oder eine andere Schreibvorrichtung synchron mit dem Auswerteelement des Abtasters in eine Abtastbewegung versetzt und erzeugt ein Faksimile des übertragenen Schriftstücks. Hierzu sind verschiedene Schreibverfahren bekannt

Wie aus der vorstehend angegebenen Gleichung 1 hervorgeht sind das Produkt R_xRy und die Übertragungszeit Γ für eine vorgegebene Bandbreite und ein vorgegebenes Schriftstückformat einander direkt proportional. In der Praxis wird ein Kompromiß normalerweise im Sinne einer Verkürzung der Übertragungszeit durchgeführt wobei eine Auflösung von zwei Zeilenpaaren pro Millimeter einen typischen Wert darstellt. Bei einer derart geringen Auflösung hängt der subjektive Eindruck der Kopieschärfe stark von der Form der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) ab. F i g. 3 zeigt de Zusammenhang zwischen der Modulationsübertragu. ^unktion und der Randschärfe für symmetrische .inungen. Die nicht gleichförmige Kurve 1 in F i .t 1 erzeugt eine schlechte Randschärfe, wie es durch die iirve 1 in F i g. 3b zu erkennen ist. Die gleichmäßige V ur /e "f. in F i g. 3a verbessert die Schärfe, jedoch sind c Sander der geschriebenen Informationen durch eint Wellig'-.eh verschlechtert, wie sie bei der Kurve 2 in Fig.3u zu erkennen ist. Ein etwas allmählicherer Übergang gc r.aü der Kurve 3 in Fi g. 3a hat bessere Eigenschaften, //u· es aus der Kurve 3 in F i g. 3b zu ersehen ist. Während die genaue Form der Übertragungsfunktion eine Sache der subjektiven Bestimmung durch den Betrachter ist, soll im folgenden der Aufbau einer gewählten Moduiationsübertragungsfunktion diskutiert werden.

Arbeitet ein Faksimilesystem insgesamt linear, so ist die gesamte Modulationsübertragungsfunktion das Produkt der Übertragungsfunktionen

1. des Bildsystems im Abtaster,

2. der Abtastöffnung,

3. des elektrischen Systems,

4. des Schreibstiftes und Schreibverfahrens oder der Schreiböffnung, des Bildsystems und des Schreibverfahrens.

Da die Grenzauflösung üblicherweise so gering ist, daß die Verschlechterungen durch das optische System leicht vermieden werden können und da der Frequenzgang des elektrischen Systems leicht gleichmäßig gemacht werden kann, haben die Abtastöffnung und der Schreibstift in Verbindung mit dem Schreibverfahren normalerweise einen vorherrschenden Einfluß.

Ein Schriftstück oder Bild kann als ein zweidimensionales Muster der Reflexionsfähigkeit oder der Helligkeit a(x, y) angesehen werden. Das Faksimile kann als ein ähnliches Muster b(x,y)angesehen werden. Fig.4a zeigt ein unendlich kleines Auswerteelement, welches sich über ein solches Muster der Reflexionsfähigkeit a(x) nach rechts bewegt Wenn die abtastende Fotozelle linear arbeitet, entspricht das Spannungssignal νφ) des Auswerteelements direkt der Reflexionsfähigkeit des Schriftstücks. Wie jedoch aus F i g. 4c hervorgeht, ist das Signal v(x) bei einer endlichen Abtastöffnung nicht proportional dem Verlauf a(x). Praktische Abtastöffnungen sind endlich und dämpfen hohe Raumfrequenzen.

In der Richtung der y-Achse wird das Reflexionsvermögen a(y) durch eine Folge von Abtastvorgängen ausgewertet. F i g. 5 zeigt diese Eigenschaften, wobei ein Bild geringer Auflösung der in F i g. 5b gezeigten Art an den in Fig.5a gezeigten Punkten abgetastet wird. F i g. 5c zeigt die durch die Kombination der Abtastpunkte in F i g. 5a für die Abtastung des Bildes geringer Auflösung in y-Richtung gemäß Fig.5b erhaltenen Signalwerte. Bei einem Bild hoher Auflösung wird jedoch die Anzahl der Abtastpunkte kritisch, wie es in den F i g. 5d und 5q dargestellt ist. Dies bedeutet, daß bei Anwendung der in F i g. 5a gezeigten Abtastpunkte zur Abtastung eines Bildes hoher Auflösung der in F i g. 5d gezeigten Art das erhaltene Signal gemäß F i g. 5e nicht mehr genau dem Bild hoher Auflösung folgt wie es in F i g. 5d mehr genau dem Bild hoher Auflösung folgt, wie es in F i g. 5d gezeigt ist. Aus F i g. 5 ist daher klar zu entnehmen, daß bei einer unendlich kleinen Abtastöffnung das elektrische Signal das Schriftstück nur an bestimmten Stellen genau wiedergibt. Bildformationen können daher fehlerhaft wiedergegeben werden, und zwar nicht umkehrbar, als ob Komponenten über der Auflösungsgrenze des Systems vorliegen.

Um eine optimale Modulationsübertragungsfunktion zu erhalten, wird zweckmäßig das gemäß der Erfindung angewendete Abtastverfahren analysiert. Bekante Analysen der Abtastung wurden von P. Mertz und F. Gray veröffentlicht, und zwar in Bell System Technical Journal 13, Seite 464,1934, mit dem Titel »A Theory of Scanning and Its Relation to the Characteristics of the Transmitted Signal in Phototelegraphy and Television«, und von O. H. Schade in Teil III, J.S.M.P.T.E, 61, Seite 97, August 1953, mit dem Titel »Image Gradation, Graininess and Sharpness in Television and Motion Picture Systems«. In der folgenden Diskussion wird die rechteckförmige Abtastung nach Fourier-Verfahren analysiert. Diese Analyse erfolgt in zwei Teilen, und zwar einmal für den Effekt der linearen Abtastung und zum anderen für den Abtasteffekt bei einer Folge von Abtastungen. Da der erste Teil allgemein bekannt ist, wird er zur Einführung und zur Darstellung einer vollständigen Analyse erläutert.

Im Zusammenhang mit der folgenden Analyse wird auf folgende Veröffentlichungen hingewiesen: 1. P.M. Woodward, Probability and Information Theory, With Applications to Radar, Pergamon Press, Oxford, 1953; 2. J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, McGraw-Hill, San Francisco, 1968; 3. A. Papoulis, Systems and Transforms with Applications in Optics, McGraw-Hill, New York, 1968. Wenn entsprechend den Fig.6a bis 6e das Verhalfen der Abtastöffnung in Abtastrichtung p\{s) ist, die zugehörige Fourier-Transformation P\{-f) ist, das Reflexionsvermögen a(x) und die zugehörige Transformation A(f) ist, so ist das von dem Schriftstück erhaltene elektrische Signal:

■J

pi(s)a(x+s)ds

(2)

7 8

daraus ergibt sich die Fourier-Transformation

exp (~j2nfx)p\(s)a(x+s) dsdx (3)

wenn χ + s = χ' ist, dann ist

■ { { exp (-j2nfx')a(x^l) exp (J2nfs)pi(s) dsdx' (4)

— oo

, _ A(f)P\(-f) (5) was aus der Kurve in Fig. 6e hervorgeht. Die Fourier-

Transformation gemäß Fig. 6e ist:
wobei V(f) die Fourier-Transformation des e'ektri- 15
sehen Signals gemäß Fig. 6c ist.

Wenn der Schreibstift oder die Schreiböffnung mit zu- ,. "j-

gehörigem Verfahren das Verhaltenp₂(s) gemäß Fig. £(/) = exp(-j2nfx)p₂(s)v(x - s) dsdx

6d hat, so ist die geschriebene Kopie durch das fol- ^J ·„

gende Faltungsintegral definiert: 20

s) ds (6)

wenn X-S = X¹ ist, dann ist

B(f) = exp(-j2nfs)p₂(s) exp (-j2nfx')v(x') dsdx' (8)

daraus ist zu erkennen, daß die Fourier-Transformation des Reflexionsvermögens des reproduzierten Faksimiles den folgenden Wert hat:

B(/) = A(f)P_x(-f) P₂(S). (9)

Die optische Übertragungsfunktion (OTF) in x-Rich- in F i g. 8b dargestellt ist Mit einem Schriftstückverhaltung ist das Produkt der Transformation des Schreiber- ten gemäß F i g. 8a und einem Öffnungsverhalten gemäß Öffnungsverhaltens P^f) und einer Funktion, die der 40 Fig.8b ergibt sich eine resultierende Kurve gemäß inversen Transformation des Abtastöffnungsverhaltens F i g. 8c, die eine Gruppe von Werten a\(y)'m Form eines P\(-f) entspricht Die Modulationsübertragungsfunk- modulierten Impulszuges aufweist. Entsprechend der tion (MTF) ist der Modul der optischen übertragungs- vorstehend beschriebenen Diskussion ist in Fig.3f die funktion. F i g. 7 zeigt Beispiele des Verhaltens verschie- Transformation des Reflexionsvermögens eines allgedener Öffnungen sowie der entsprechenden Fourier- 45 meinen Schriftstücks dargestellt. Ferner ist die TransTransformationen, Fig.7a zeigt das Verhalten der formation des Öffnungsverhaltens gemäß Fig.8b in allgemein angewendeten rechteckförmigen Öffnung, Fig.8g dargestellt. Zur Wiedergabe eines Faksimiles F i g. 7b das einer elliptischen Öffnung, F i g. 7c das einer mit der höchstmöglichen Schärfe müßte die in F i g. 8g rautenförmigen öffnung, F i g. 7d das einer kosinusför- gezeigte Transformation einen rechteckförmigen Vermigen öffnung. Fig.7e zeigt den Kurvenverlauf der 50 lauf haben, wie er gestrichelt daigestellt ist. Die in Fourier-Transformationen der das Öffnungsverhalten Fig.3a dargestellte Analyse hat gezeigt, daß für angebenden Funktionen. höchste Schärfe die Modulationsöbertragjngsfunktion

Die vorstehende Analyse erfolgte hinsichtlich der rechteckförmig sein muß, wie es die Kurve 2 in F i g. 3a

horizontalen x-Richtung. In der vertikalen y-Richtung zeigt. F ί g. 8h zeigt die Fourier-Transformation der

ist Fig.8 zu berücksichtigen. Die Beispiele a(y), z\(s), 55 vertikalen hypothetischen Abtastsignaie des Abtasters,

zi(s) und ihre Transformationen sind willkürlich. Jede Komponente der Fourier-Transformation erhält

gewählt Zur vereinfachten Darstellung wurden symme- man durch Multiplikation der Kurve in F i g. 8f mit der

trische Öffnungen verwendet Fig.8a zeigt das Kurve in Fig.8g. Die Ableitung dieses Vorganges

Reflexionsvermögen a(y) des Schriftstücks, die Abszisse ergibt sich aus der folgenden Diskussion,

der Kurve in y-Richtung verläuft Wenn das Verhalten 60 Die Fourier-Reihe eines Verlaufes von Einhcitsimpul-

der Abtastöffnung z\(s) ist, dann ist für eine Folge von sen mit dem Abstand (/ist:

Abtastungen über die Kurve in Fig. 8a hinweg jeweils °°

mit einem Abstand d zur benachbarten Abtastung das ni O) = — Ύ, exp (J2nny/d) (10)

Öffnungsverhalten für jede Abtastung z\(y-id), wie es d„fr«

daraus ist a, O) = -7 zi(s)a(y + s) Σ exp (J2nny/d) ds (H)

diese Kurve ist in Fig. 8c dargestellt. Die Fourier-Transformation davon ist:

10

te)

co °°

oo

^g)] zi(s)a(y + s)dsdy (12)

dabei ist A\ (g) die Transformation des räumlichen Feldes in y-Richtung. Wenn y + s — y¹ ist, dann ist

A_x te) = -τ Σ ^e3

diese Formel kann reduziert werden auf

-;2ffy (g-j)] a(

(13)

nalschriftstücks gemäß Fig.8a darstellt Diese Kurve hat den Verlauf:

-4) (¹⁴>

20 = Z₂ (i) O₁Cv- 5) ds.

(15)

Die Fourier-Transformation des räumlichen Feldes in y-Richtung ist also die Summe einer Reihe von Komponenten. Jedes Komponentenband ist das Produkt der Kurven aus F i g. 8f und 8g.

Die Analyse für das Schreiberverhalten ist in den Fig.8d, 8e, 8j und 8k dargestellt. Wenn das Verhalten der Schreiberöffnung z₂(s) ist, wobei die gesamte Reihe für die Folge von Abtastungen äquivalent dem Abstand in F i g. 8b ist, so enthält die Kurve in F i g. 8d z₂(y-id). Fig.8e zeigt die Kurve b(y), die das geschriebene Die Fourier-Transformaticn der Gleichung 15 ist:

25 Ate)= exp (-y2 nrg>Z2 (s) αϊ Cv ~ *) dsdy (16)

dies ist die Fourier-Transformation, die in Fig. 8k dargestellt ist.

Faksimileverhalten des Reflexionsvermögens des Origi- Wenn y- s = y¹ ist, dann ist

oo

Bte) = J J exp(-jlngs)z₂(s)exp(-j2ngf)a_x<J)dsdy" (17)

(18)

Substitution von A_x (g) gemäß Gleichung 14 ergibt

^ te) = -j Z₂ te) Σ Z_x (4 -g) a(s- -j) (19)
a „__» \d J \ dj

wobei B(g) die optische Übertragungsfunktion in vertikaler Richtung ist. Durch die vorstehenden Diskussionen wird die gesamte Übertragungsfunktion in der x-Abtastrichtung durch P\( — f)P₂(f) beschrieben. In dieser Dimension kann das Offnungsverhalten so scharf wie gewünscht gemacht werden, und es können elektrische Schaltungen zur Korrektur und Bandbreitenbegrenzung eingesetzt werden.
In y-Richtung zeigen sich jedoch einige Effekte:

1. Entsprechend dem in der Veröffentlichung von Woodward beschriebenen Abtast-Theorem ist der einzig nutzbare Teil des Bildspektrums das Basisband der räumlichen Frequenzen, wobei -\/(2d)£g<\/(2d) ist. Die Modulationsübertragungsfunktion innerhalb dieses Bandes ist eo \Zi-g)Z₂(g)\.

2. Wenn Z₂(g), die Fourier-Transformation des Vertikalverhalten der Schreiberöffnung außerhalb des Basisbandes "^n Null verschieden ist, so werden unerwünschte Bänder von Komponenten geschrieben, die Mittelfrequenzen n/d haben.

Dadurch ergibt sich ein sichtbares Linienmuster. _z(_s\ ■.

3. Wenn Z\( - g) und A(g) außerhalb des Basisbandes

von Null verschieden sind, so überlappen einander die Bänder der Komponenten mit Mittenfrequenzen n/dütid ragen in das Basisband hinein, wodurch Verfälschungen entstehen. Hierzu wird auf die Fig.8f, 8g und 8h hingewiesen. Die besser erkennbaren Erscheinungen werden als »fehlerhafte Auflösung« und »Moir6 Muster« bezeichnet, welche insbesondere bei Halbtonbildern problematisch sind. Es können jedoch auch Unterbrechungen, Zeilenverdickungen und Zackenbildungen auftreten.

In x-Abtastrichtung kennen die Verläufe p_x(s) und P₂(S) beispielsweise durch schmale Schlitzöffnungen gegeben sein. Kompromisse zwischen Empfindlichkeit und Schärfe ergeben sich für die Praxis, beispielsweise gemäßFig.9e.

Gute Eigenschaften in y-Abtastrichtungen werden weniger leicht erreicht. Für maximale Schärfe soll Z\(-g) und Z₂(g) innerhalb des Basisbandes gleichförmig sein, d. h. die Modulationsübertragungsfunktion soll rechteckförmig sein, wie es die Kurve 2 in F i g. 3a zeigt. Zur Vermeidung von Fehlerbildungen und die gedruckten Informationen umgebenden Linien soll die Modulationsübertragungsfunktion überall außerhalb des Basisbandes den Wert Null haben. Das entsprechende Öffnungsverhalten für diese Bedingungen ist:

sin nsld nsfd

(20)

Diese Funktion ist bipolar. In der Praxis kann sie abgeschrägt und etwas abgeändert werden, um hinsichtlich der Frequenz einen weniger scharfen Anstieg zu erhalten, es sind jedoch immer beide Polaritäten erforderlich. Wenn für F i g. 8

1
ld

ld

als Basisband definiert ist, so ist die durchgezogen dargestellte Kurve der Transformation in Fig.8g unannehmbar, da die Fourier-Transformation des Verhaltens der Abtastöffnung außerhalb des Basisbandes nicht den Wert Null hat

Um diesen Wert zu erhalten und innerhalb des Basisbandes einen gleichförmigen Verlauf zu verwirklichen, wie ihn die Gleichung 20 angibt, soll die Transformation den in F i g. 8g gestrichelt dargestellten Verlauf haben. Eine Multiplikation der Kurven aus F i g. 8f und F i g. 8g ergibt die in F i g. 8i gezeigte Kurve für die Fourier-Transformation im Basisband bei einer hypothetischen vertikalen Abtastfolge des Abtasters.

Eine praktische Ausführung zur Verwirklichung der Übertragungsfunktionen der als Kurve 3 in Fig.3a gezeigten Art ist in F i g. 9 dargestellt F i g. 9a zeigt die aus der Gleichung 20 erhaltene Kurve. F i g. 9b zeigt die Transformation des Verhaltens der Abtastöffnung für diese berechnete öffnung. F i g. 9a' entspricht F i g. 9a, ist jedoch um die Achse gedreht, um die physikalische Anordnung einer öffnung mit einem derartigen Verhalten darzustellen, welche die erforderlichen Signale entsprechend der Gleichung 20 erzeugt. Da die Durchlaßkurve in F i g. 9a' für sich infolge der Tatsache, daß ein negatives Verhalten eines Schriftstücks nicht auswertbar ist, nicht erzeugt werden kann, wird eine Maske mit dem in Fig.9c gezeigten Absolutwert vor der in F i g. 9d gezeigten Anordnung optischer Lichtleitfasern angeordnet. Eine derartige Maske kann beispielsweise aus einem Muster hellerer und dunkler Einzelmuster auf einer Unterlage bestehen, so daß ein optisches Verhalten für das durchgelassene Licht entsteht, wie es in F i g. 9c dargestellt ist. Das optische Verhalten für die in Fig.9a' gezeigten negativen Teiie wird über Lichtleitfasern auf ein Auswerteelement geleitet, während die positiven Kurventeile der in F i g. 9a gezeigten Kurve über andere Lichtleitfasern auf ein weiteres Auswerteelement geleitet werden. Das Ausgangssignal eines Ausv/erteelementes wird invertiert und mit dem Ausgangssignal des anderen Auswerteelementes summiert, bevor die Übertragung erfolgt. Es können auch eine Vielzahl von Auswerteelementen vorgesehen sein, deren Ausgangssignale -.elektiv invertiert und vor der Übertragung summiert werden.

Die dargestellte Anordnung eignet sich nicht für einen Schreiber, da auf diese Weise negative Verläufe nicht realisierbar sind. Dies liegt daran, daß im Schreiber kein durch elektrischen Strom darstellbarer Vorgang möglich ist, der in einer algebraischen Addition besteht, weiche zur direkten Verwirklichung einer guten Übertragungsfunktion erforderlich ist Die Maske des Abtasters kann jedoch so ausgebildet sein, daß ein durch einen herkömmlichen Schreibstift oder eine Auswerteöffnung erzeugter Schärfeverlust kompensiert wird. Die Linienstruktur kann durch absichtliche Verbreiterung des Verhaltens des Schreibstiftes und durch zusätzliche Kompensation im Abtaster reduziert werden.

ίο Alternativ kann das gewünschte Öffnungsverhalten ungefähr erreicht werden, wenn eine segmentierte öffnung oder ein Schreibstift verwendet wird, der über eine Gruppe elektrischer Verzögerungselemente angesteuert wird. Jedes Element speichert das Signal genau für die Zeit einer Abtastzeile, so daß die gesamte Gruppe eine Anzahl Signalwerte liefert, die den Punkten einer geraden Linie senkrecht zur Abtastrichtung entsprechen. Das einem jeden Segment des Schreibstiftes zugeführte Signal ist eine bewertete algebraische Summe der Signale an den Ausgängen der Verzögerungselemente. Daher wird für jede abgetastete Zeile mehr als eine Zeile geschrieben, die geschriebenen Zeilen werden aus den empfangenen Daten interpoliert, um einen mehrere Kurventeile darstellenden bipolaren Schreibstift zu imitieren.

Im Hinblick auf die hohen Kosten der Übertragungskanäle ist die Auflösung praktischer Faksimilesysteme wesentlich geringer als die höchsten räumlichen Frequenzen typischer Kopien. Innerhalb der Auflösüngsgrenzen erfordert bei gültiger Gleichung 1 eine gute Modulationsübertragungsfunktion nicht mehr Übertragungszeit oder Bandbreite als eine schlechte Modulationsübertragungsfunktion. Da die Grenzauflösung den Wert (R_x ²+ R_y*)^m hat, sollte die Modulationsübertragungsfunktion des optischen Systems bis zu dieser räumlichen Frequenz Gültigkeit haben. Bei einem linearen System ist das Verhalten gegenüber höheren Frequenzen folgewidrig. Das Verhalten längs der Abtastzeile in ^-Richtung kann durch die öffnung und durch elektrische Filter beeinflußt werden. Quer zur Abtastung in y-Richtung ist die elektrische Korrektur jedoch schwierig, und es ist besser, geeignete Mehrfachöffnungen zu verwenden, wie sie in Verbindung mit F i g. 1 bis 9 beschrieben wurden. Drei Arten der Verschlechterungen wurden betrachtet, die durch sorgfältige Auswahl der Öffnung und, falls erwünscht. Interpolation besonderer Zeilen im Schreiber reduziert werden können: i) Fehlermuster durch Fehlererzeugung im Abtaster, ii) eine Linienstruktur in der letztlich

so fertiggestellten Kopie und iii) ungleichförmige Übertragungsfunktionen. Die Auswahl zwischen den meisten monopolaren Öffnungseigenschaften ist begrenzt Mehrfachöffnungen mit positiven und negativen Elementen können mit den gewünschten Eigenschaften versehen werden, wie es beschrieben wurde, und sind bei gewissen Arten von Abtastern nützlich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Faksimile-Abtaster zum Abtasten der grafischen Information eines Schriftstückes, mit mindestens einem lichtempfindlichen Auswerteelement zum Auswerten von an dem Schriftstück reflektierten Licht und Erzeugen eines dem Intensitätswert des reflektierten Lichtes entsprechenden elektrischen Ausgangssignals und mit einer in dem Strahlengang des am Schriftstück reflektierten Lichtes angeordneten optischen Maske mit mindestens einer öffnu·*«;, durch die das reflektierte Licht auf das lichtempfindliche Auswerteelement fällt, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Schriftstück reflektierte Licht quer zui· Hauptabtastrichtung mit einer vorgegebenen Übertragungsfunktion bewertet wird, daß hierzu die Maske quer zur Hauptabtastrichtung für Bereiche, in denen die Übertragungsfunktion negativ ist eine erste Gruppe von Eingangsöffnungen und für Bereiche, in denen die Übertragungsfunktion positiv ist, eine zweite Gruppe von Eingangsöffnungen aufweist, daß die Durchlaßfähigkeit jeder Eingangsöffnung durch den zugehörigen Betrag der Übertragungsfunktion bestimmt ist, daß ein erstes lichtempfindliches Auswerteelement Licht durch die erste Gruppe von Eingangsöffnungen empfängt und ein entsprechendes erstes elektrisches Signal erzeugt und daß ein zweites lichtempfindliches Auswerteelement durch die zweite Gruppe von Eingangsöffnungen Licht empfängt und ein entsprechendes zweites elektrisches Signal erzeugt, und daß zur Bildung des elektrischen Ausgangssignals das erste elektrische Signal invertiert und zu dem zweiten elektrischen Signal addiert wird.

2. Faksimile-Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsöffnungen zur Simulation der Übertragungsfunktion der Abtastöffnung aus einem Muster von hellen und dunklen Einzelmustern bestehen.

3. Faksimile-Abtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsöffnungen zur Simulation der Übertragungsfunktion der Abtastöffnung aus einer Vielzahl von lichtempfindlichen Auswerteelementen in einer vorbestimmten Anordnung bestehen.

4. Faksimile-Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte optische Übertragungsfunktion die Funktion