JPS5920218B2 - ２値化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光電変換装置から出力されるアナログ電気信
号を２値化するのに好適な２値化回路に関するものであ
る。

例えば第１図Ａに示すように、黒地に描かれた白パター
ンＰ１〜Ｐ６を、例えばテレビカメラなどの光電変換装
置により矢印方向に走査して得たビデオ信号は、理想に
近い状態に於いては、例えば同図Ｂに示すものとなるか
ら、このビデオ信号を同図の直線ｓｌで示す固定閾値と
比較し２値化を行なえば、同図Ｃに示すように白パター
ンＰ１〜Ｐ６に忠実な２値化信号が得られる。

このようにアナログ電気信号を固定閾値と比較して２値
化を行なう方式を固定レベル２値化方式と呼び、対象パ
ターン幅ｄｌに比較的忠実な２値化パルス幅ｄ２が得ら
れる利点があり且つ回路構成が比較的単純になるところ
から、従来より多く採用されている。しかしながら、光
電変換装置から出力されるビデオ信号は、対象パターン
の照明不均一、光電変換装置の温度変化およびシェーデ
ィング等の種々な要因により非常に変動し易く、第１図
Ｂに示したような信号になることは稀で、多くの場合例
えば同図Ｄに示すような信号波形となる。同図に於〜・
て、ビデオ信号全体が湾曲しているのはシェーディング
の影響を受けた為であり、またビデオ信号全体のレベル
が高くなつているのは温度変化により黒レベルＢＬが変
化した為である。このように大きくレベル変動するビデ
オ信号に対しては、もはや上記のような固定閾値レベル
ｓｌでは２値化することができず、同図Ｅに示すように
不正確な２値化信号になつてしまう。また、固定レベル
２値化方式の欠点を改善したものとして、ビデオ信号を
例えば遅延・減衰した信号を基準比較電圧として２値化
を行なう所謂浮動レベルの２値化回路が知られているが
、この方式は、回路動作が微分的であるので、どうして
も２値化信号のパルス幅が原信号に忠実でないという欠
点がある。本発明はこのような従来の欠点を改善したも
のであり、その目的は、光電変換装置のビデオ信号が前
述したような種々な要因により大きくレベル変動する場
合にも、原信号に忠実なパルス幅を持つ２値化パルスが
得られるようにすることにある。以下実施例につ〜・て
詳細に説明する。第２図は本発明の一実施例を表わす電
気回路図であり、１１はビデオ信号が加わる入力端子、
１２は増幅器、１３，１７は差動増幅器、１４はサンプ
ルホールド回路、１５はサンプルホールド用のタイミン
グ回路、１６は水平同期信号Ｈｓが加わる入力端子、１
８，２２は直流電源、１９はダイオード、２０はコンデ
ンサ、２１は抵抗、２３は加算器、２４は比較器、２５
は出力端子、２６は積分要素回路である。

また第３図Ａ−Ｅは本実施例回路の動作を説明する為の
波形図である。例えば丸瓶の側面に貼付された黒ラベル
中の白パターンを光電変換装置で撮像して得たビデオ信
号が、丸瓶形状に起因する照明不均一およびシエーデイ
ングの影響を受けて、例えば第３図Ａに示すような信号
ａとなつた場合、このビデオ信号ａは、増幅器１２でそ
の増幅率μに従つて単純にμ倍された後、差動増幅器１
３の一方の入力端子およびサンプルホールド回路１４に
加えられる。サンプルホールド回路１４は、タイミング
回路１５の出力パルスｂに同期して増幅器１２の出力レ
ベルを保持し、この保持レベルｃを差動増幅器１３の他
方の入力端子に加えるもので、差動増幅器１３はこの保
持レベルｃと増幅器１２の出力信号との差分を求めてこ
の差分を次段の差動増幅器１７に加える。ここで、タイ
ミング回路１５は、第３図Ｂに示す水平同期信号Ｈｓを
受けて例えば同図Ｃに示すように全ての水平同期信号毎
に所定期間τ，経過後にτ２のパルス幅を有するパルス
信号ｂを出力するように構成され、その出力パルスｂの
送出タイミングがビデオ信号ａのバツクグランドレベル
部に一致するように時間τ１が設定されている。従つて
、サンプルホールド回路１４は例えば第３図Ａの直線Ｓ
ｈで示すバツクグランドレベルを保持し、その結果、差
動増幅器１３の出力として例えば第３図Ｄの実線に示す
ようにビデオ信号ａからそのバツクグランドレベルを差
し引いた実質信号ｄが得られる。なお同図に於℃・てｏ
は零電位を示す。この実質信号ｄは差動増幅器１７の一
方の入力端子に加えられ、差動増幅器１７に於（・て、
他方の入力端子に加えられている直流電源１８の直流電
圧ｄ１と実質信号ｄとの差分が求められる。

これは、等価的に固定比較レベルの作用をもたせ、２値
化パルス幅のパターン追従性が良（・という固定レベル
カ式の長所をもたせる為である。この差動増幅器１７の
出力信号は２つに分岐され、１つは、ダイオード１９、
コンデンサ２０及び抵抗２１から構成される積分要素回
路２６に加えられ、他の１つは、加算器２３に加えられ
る。積分要素回路２６は、入力信号の立上り領域に於℃
・ては入力信号に良く追従した出力信号が得られ、入力
信号の立下り領域に於（・ては出力信号が入力信号の影
響を受けずに独立した放電時定数により減衰するように
設定されたものである。

即ち、入力信号に対して順方向に接続されたダイオード
１９は差電圧制御形スイツチとして動作し、差動増幅器
１７の出力電圧が（コンデンサ２０の充電電圧＋ダイオ
ード１９の順方向電圧降下ＶＦＯ）以上になるような信
号の立上り領域に於（・ては、充電時定数τＰはほぼ零
となり、積分要素回路２６の出力電圧は差動増幅器１７
の出力電圧にほぼ等しくなる。逆に、差動増幅器１７の
出力電圧が（コンデンサ２０の充電電圧＋ダイオード１
９の順方向電圧降下ＶＦＯ）以下になるような信号の立
下り領域に於（・ては、ダイオード１９がカツトオフ状
態になるので、コンデンサ２０の放電特性は入力信号に
影響されず、抵抗２１とコンデンサ２０によつてのみ決
定される放電時定数τｃでコンデンサ２０の放電が行な
われる。即ち、出力電圧は時定数τｃで減衰する。この
放電時定数τｃは、抵抗２１の値を選定して充電時定数
τＰより充分に大きく設定しておくもので、普通、対象
パターン信号の発生周期の２〜６倍程度に設定しておく
。さて、このような積分要素回路２６に第３図Ｄに示し
た差動増幅回路１７の出力信号、すなわち実質信号ｄを
加えると、前述したような充放電特性によりその出力信
号は例えば第３図Ｄの破線ｅで示すものとなり、この信
号ｅは基準比較電圧として比較器２４の一方の入力端子
に入力される。

比較器２４の他方の入力端子には、実質信号ｄに直流電
源２２の直流電圧Ｖｄ２を加算器２３に於（・て加算し
た信号ｆが被比較信号として入力されており、比較器２
４に於いて、両信号Ｅ，ｆが比較される。この場合、積
分要素回路２６の放電時定数τｃが充電時定数τＰより
充分に大きいことから、積分要素回路２６の出力信号す
なわち基準比較電圧は実質信号ｄの凹凸部の中央付近を
横切るので、比較器２４の出力として、例えば第３図Ｅ
に示すように対象パターン信号に忠実なパルス幅を有す
る２値化信号ｇが得られる。なお、上記比較の際、実質
信号ｄに直流電圧Ｖｄ２を加算するのは、実質信号ｄの
立上り時にコンデンサ２０の出力電圧が実質信号ｄに非
常に接近するので、被比較信号をレベル調整してノイズ
による誤動作を防止する為であり、場合によつては、直
流電源２２及び加算器２３を省略し、実質信号ｄを直接
に被比較信号とすることもできる。このように本実施例
は、光電変換装置から出力されるビデオ信号からバツク
グランドレベルを差し引（・て実質信号を抽出し、この
実質信号を処理するように構成しているので、温度変化
によつて大幅に変動する黒レベルの影響を全く受けずに
２値化を行なうことができる。

また積分要素回路２６により、入力信号の立上り領域に
於（・ては入力信号波形に良く追従し立下り領域に於（
・ては対象パターン信号の発生周期に応じた時定数で減
衰する基準比較電圧を形成し、この基準比較電圧と前記
実質信号とを比較して２値化を行なつているのでシエー
デイングを有するビデオ信号に対しても正確に２値化す
ることができ、然も２値化パルス幅のパターン忠実性が
向上する。第４図は本発明の他の実施例を表わす電気回
路図であり、第２図と同一符号は同一部分を示し、４１
は白黒選択設定器、４２はアナログスイツチ制御回路、
４３は反転増幅器、４４はアナログスイツチ、４５，４
６はダイオード、４７は抵抗、４８は積分要素回路であ
る。

また第５図Ａ−Ｆ，Ｎ−Ｆ′は本実施例回路の動作を説
明する為の波形図である。例えば黒地に描かれた白パタ
ーンを撮像して得たビデオ信号（以下黒白ビデオ信号と
いう。

）は例えば第５図Ａに示すような信号になり、逆に、白
地に描かれた黒パターンのビデオ信号（以下白黒ビデオ
信号という。）は例えば同図Ｎに示すような信号になる
が、本実施例は、この両場合のビデオ信号を同一の回路
構成で２値化しようとするものである。サンプルホール
ド回路１４は、先の実施例と同様にタイミング回路１５
の出力パルスｂを受けて増幅器１２の出力であるビデオ
信号ａのバツクグランドレベルを保持してこの保持信号
ｃを差動増ノ幅器１３に出力し、差動増幅器１３はビデ
オ信号ａと保持信号ｃとの差分を求めて、これをアナロ
グスイツチ４４の一方の端子Ａに直接加え、また反転増
幅器４３を介してアナログスイツチ４４の他方の端子Ｂ
に加える。

この場合、ビデオ信号ａが黒白ビデオ信号であるときは
、サンプルホールド回路１４により黒レベルが保持され
るので、差動増幅器１３の出力として例えば第５図Ｄの
実線で示すような信号が得られ、逆にビデオ信号ａが白
黒ビデオ信号であるときは、サンプルホールド回路１４
により白レベルが保持されるので、差動増幅器１３の出
力を反転増幅器４３で反転した信号は同図Ｄ′の実線で
示すような信号となる。従つて、黒白ビデオ信号の場合
は、その実質信号が差動増幅器１３の出力から得られ、
白黒ビデオ信号の場合は、反転増幅器４３の出力から実
質信号が得られる。アナログスイツチ４４は、選択情報
に基づきＡ端子に加えられる黒白ビデオ信号およびＢ端
子に加えられる白黒ビデオ信号のどちらか一方を選択し
てその選択したビデオ信号を次段の差動増幅器１７に出
力するもので、２チヤンネルのゲート付アナログスイツ
チで構成される。

Ａ．Ｂチヤンネルの選択情報はアナログスイツチ制御回
路４２から入力され、その設定は白黒選択設定回路４１
で行なう。アナログスイツチ制御回路４２は、チヤンネ
ル選択情報の送出に当つて、同時に例えば第５図Ｅ，Ｅ
／に示すようなビデオ信号の有効期間を表わす有効期間
信号をアナログスイツチ４４に出力し、その期間だけア
ナログスイツチ４４を動作させる。従つて、黒白ビデオ
信号が選択された場合には、第５図Ｆに示すような信号
が差動増幅器１７に出力され、白黒ビデオ信号が選択さ
れた場合には、第５図Ｆ／に示すような信号が差動増幅
器１７に出力されることになり、同図から明らかなよう
に両信号はほぼ同様な信号波形になるので、その後は先
の実施例と同様な構成により共に２値化することができ
る。ところで、本実施例の積分要素回路４８は、先の実
施例と異なり、放電系統にダイオード４５，４６及び抵
抗４７の直列回路が抵抗２１に並列に接続されている。

これは、コンデンサ２０の充電電圧が或る値以上になる
と、ダイオード４５，４６が導通して放電抵抗が小さく
なるように、即ち放電時定数が小さくなるように動作す
るもので、コンデンサ２０の放電特性にレベル依存性を
もたせたものである。これは次の理由に依る。即ち、２
値化パルス幅のパターン忠実性を向上させる為には、放
電時定数を大きく設定した方が良いが、シエーデイング
が大きい場合、放電時定数をあまり大きくすると、例え
ば第６図に示すように、積分要素回路の出力電圧６１が
実質ビデオ信号６２の上端を横切るか悪くすれば全く横
切らなくなる場合が生じ、２値化が困難になるか又はパ
ルス幅のパターン忠実性が劣化する。

一般に、シエーデイングのないときの実質信号レベルは
所定レベル範囲内に含まれるように予め設定されており
、従つて、実質信号レベルが小さい時はシエーデイング
が小さく、実質信号レベルが大きい時はシエーデイング
が大きいと考えて良〜・ので、シエーデイングが大きく
なつてコンデンサ２０の充電電圧が例えば第６図のレベ
ルｌより高くなつた場合、放電抵抗を減少させ、積分要
素回路の出力電圧が例えば第６図の破線６３に示すよう
に実質ビデオ信号の凹凸部の中央付近を横切るようにし
たものである。この結果、シエーデイングの大小に拘ら
ず、２値化パルス幅のパターン追従性を向上させること
ができる。このように本実施例に依れば、白黒ビデオ信
号および黒白ビデオ信号を同一の回路で２値化すること
ができ、然も積分要素回路の放電時定数にレベル依存性
をもたせた為、シエーデイングの大小に拘らず、ビデオ
信号を安定に２値化することができる。

なお、本実施例および先の実施例の積分要素回路では、
差電圧制御形スイツチとしてダイオード１９を使用した
が、ダイオード以外にも、例えば第７図に示すように、
差動増幅器１７の出力電圧とコンデンサ２０の充電電圧
との差分を増幅する差動増幅器７１と、この差動増幅器
７１の出力と直流電源７２の直流電圧とを比較する比較
器７３と、この比較器７３の出力で導通制御されるアナ
ログスイツチ７４とから成る回路で構成することもでき
る。

この場合、コスト的には幾分不利になるが、周波数応答
性が向上する利点がある。また、第２図及び第４図と同
一部分は同−符号で表わした第８図の電気回路図に示す
ように、差動増幅器１３の出力である実質ビデオ信号を
微分回路８１で微分して立上り抽出回路８２及び立下り
抽出回路８３により信号の立上り及び立下りを検出し、
次にその状態をフリツプフロツプ８８に記憶してお℃・
て、信号の立上り時にはアナログスイツチ８９をオンし
て充電時定数をほぼ零とし、信号の立下り時にはアナロ
グスイツチ８９をオフして抵抗２１等で定まる所定の放
電時定数で放電させるように構成して、前述の差電圧制
御形スイツチと同等の働きをさせることも可能である。
尚、同図の８４，８６は比較器、８５，８７は直流電源
であり、これらは、立上り抽出回路８２及び立下り抽出
回路８３の出力波形を整形する為のものである。以上説
明したように、本発明に依れば、ビデオ信号からバツク
グランドレづルを差し引〜・て実質信号を抽出し、この
実質ビデオ信号を処理対象にしているので、温度変化に
よつて大幅に変動する黒レベルの影響を全く受けずに２
値化を行なうことができ、また積分要素回路により、入
力信号の立上り領域に於いては入力信号波形に良く追従
し立下り領域に於いては所定の時定数で減衰する基準比
較電圧を形成し、この基準比較電圧と前記実質ビデオ信
号とを比較して２値化を行なつているので、シエーデイ
ングを有するビデオ信号に対しても安定に２値化するこ
とができ、然も２値化パルス幅が正確になる利点がある
。

また、本発明に於（・て、積分要素回路の放電時定数に
レベル依存性をもたせれば、シエーデイングの大きなビ
デオ信号をもより安定に且つ正確に２値化することがで
きる。従つて、本発明をパターン認識装置の２値化回路
をはじめとして、フアクシミリ、ハードコピー、画像伝
送等の各種分野に適用すれば非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式を説明する為の図、第２図は本発明の
一実施例を表わす電気回路図、第３図はその動作を説明
する為の信号波形図、第４図は本発明の別の実施例を表
わす電気回路図、第５図及び第６図はその動作を説明す
る為の信号波形図、第７図及び第８図は積分要素回路の
別の構成例を表わす回路図である。 １２は増幅器、１３，１７，７１は差動増幅器、１４は
サンプルホールド回路、１５はサンプルホールド制御回
路、１９，４５，４６はダイオード、２０はコンデンサ
、２１，４７は抵抗、２３は加算器、２４，７３，８４
，８６は比較器、４１は白黒選択設定回路、４２はアナ
ログスイツチ制御回路、４３は反転増幅器、４４，７４
，８９はアナログスイツチ、２６，４８は積分要素回路
、８１は微分回路、８２は立上り抽出回路、８３は立下
り抽出回路、８８はフリツプフロツプである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光電変換装置から出力されるビデオ信号を２値化す
   る２値化回路に於いて、前記ビデオ信号と該ビデオ信号
   をサンプルホールドして得たバックグランドレベルとの
   差分を求める第１の差動増幅器、該第１の差動増幅器出
   力から直流電圧を差し引く第２の差動増幅器、該第２の
   差動増幅器出力を充電定数がほぼ零で且つ放電時定数が
   入力信号源の影響を受けない所定値となるように構成さ
   れた積分要素回路に加えて得た信号を基準比較信号とし
   て前記第２の差動増幅器出力を２値化する比較器を具備
   したことを特徴とする２値化回路。