WO1998043407A1 - Verfahren zur optoelektronischen abtastung - Google Patents

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WO1998043407A1
WO1998043407A1 PCT/DE1998/000445 DE9800445W WO9843407A1 WO 1998043407 A1 WO1998043407 A1 WO 1998043407A1 DE 9800445 W DE9800445 W DE 9800445W WO 9843407 A1 WO9843407 A1 WO 9843407A1
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Jens Flick
Uwe Rudi Albrecht
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Heidelberger Druckmaschinen AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
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    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
    • H04N1/40068—Modification of image resolution, i.e. determining the values of picture elements at new relative positions

Definitions

  • the invention relates to the field of electronic reproduction technology and relates to a method for pixel-by-line and line-by-line optoelectronic scanning of image originals.
  • image values are obtained and further processed in scanning devices, also called scanners, by pixel-by-line optoelectronic scanning of image templates to be reproduced.
  • the image original to be scanned is arranged on a flat original carrier which moves perpendicular to the direction of the scanning lines relative to a scanning element.
  • the scanning element essentially has a light source for line-by-line illumination of the original image, a photo diode line (CCD line) as an optoelectronic converter and a scanning lens for imaging the scanning lines on the photo diode line.
  • CCD line photo diode line
  • a photodiode line essentially consists of a number of light-sensitive sensor elements arranged in the direction of the scanning lines, a transfer gate and an analog shift register with a number of memory cells corresponding to the number of sensor elements.
  • the scanning light modulated with the image content of the individual pixels of a scanning line is stored in the light-sensitive sensor elements of the photodiode line as charge packets.
  • the charge packets of the current scan lines are transferred from the sensor elements via the transfer gate to the memory cells of the analog shift register.
  • the charge packets are then read out serially from the shift register and converted into an analog voltage, the image signal, in a charge / voltage converter.
  • the image signal is converted into digital image values in a downstream A / D converter, which are then temporarily stored and further processed in a signal processing stage.
  • the scanning speed with which a scanning line is scanned essentially depends on the specific conversion speed per voltage value of the A / D converter used. An increase in the scanning speed There is a limit to the fact that fast A / D converters with correspondingly high operating frequencies are not available or are very expensive.
  • the scanning fineness (pixels / cm) in the direction of the scanning lines depends on the number of light-sensitive sensor elements of the photodiode line and on the width of the image to be scanned.
  • the scanning fineness perpendicular to the direction of the scanning lines is determined by the relative speed between the original image and the scanning element.
  • the scanning fineness can be varied by the imaging scale, in which the scanning objective maps the respective original width onto the photodiode line.
  • Another possibility for changing the scanning fineness is to interpolate between stored image values in order to achieve a greater scanning fineness or to combine stored image values in order to achieve a coarser scanning fineness.
  • 1 is a basic block diagram of a scanner for optoelectronic scanning of image templates
  • FIG. 3 timing diagrams for explaining the invention 1 shows a basic block diagram of a compartment bed scanner for point-by-line and line-by-line optoelectronic scanning of black and white images.
  • a light source (1) for see-through scanning or a light source (2) for top-up scanning illuminates line by line an image template (3) arranged on a template carrier (not shown).
  • the illuminated scanning lines (4) are successively imaged on the light-sensitive surface of an optoelectronic converter in the form of a photodiode line (6) (CCD line) by means of a scanning lens (5), the image template (3) being perpendicular to the direction of the scanning lines (4) directed relative movement to the light sources (1; 2) and to the photodiode array (6).
  • the photodiode line (6) essentially consists of a row of sensor elements (7) aligned in the direction of the scan lines (4) with a number of light-sensitive sensor elements (8) arranged next to one another, a transfer gate (9) and an analog shift register (10) with a number of memory cells (11) corresponding to the number of sensor elements (8).
  • the number of sensor elements (8) determines the number of pixels that can be scanned in a scanning line (4), with each pixel of a scanning line (4) a sensor element (8) of the sensor element series (7) and a corresponding memory cell (11 ) of the shift register (10) is assigned.
  • the photodiode array is, for example, of the KLI 8013 type from Kodak.
  • the photodiode array (6) may have, for example, 8000 light-sensitive sensor elements (8) and memory cells (11). In this case 8000 pixels per scan line (4) can be scanned.
  • the imaging scale with which a scanning line (4) is imaged by the scanning objective (5) onto the sensor element row (7) determines the scanning fineness (pixels / cm) in the line direction, while the scanning fineness perpendicular to the line direction is determined by the relative speed between the image template (3) and the photodiode array (6) is determined.
  • the scanning light modulated with the image information of the individual pixels of a currently scanned scanning line (4) is stored as charge packets Q in each case within an integration time in the light-sensitive sensor elements (8) of the sensor element row (7).
  • the stored charge packets Q of the individual pixels of the current scanning line are removed from the sensor elements (8) via the Transfer the transfer gate (9) into the assigned memory cells (11) of the shift register (10).
  • the charge packets Q are then read out serially from the shift register (10) and fed to a charge / voltage converter (12) of the photodiode line (6).
  • the transfer gate (9) is enabled by a transfer clock of a transfer clock sequence TT on a line (13).
  • the charge packets Q are read out from the shift register (10) by means of a shift clock sequence T s on a line (14).
  • the charge / voltage converter (12) converts the charge packets Q of the individual pixels into voltage values U which are proportional to the charge packets Q. After converting the charge packet Q of a pixel into the voltage value U, the analog charge / voltage converter (12) is reset by a reset clock of a reset clock sequence TR on a line (15) and thus prepared for the conversion of the charge packet Q of the next pixel.
  • the voltage values U generated in the charge / voltage converter (12) are converted into digital image values in an A / D converter (17) clocked by a digitizing clock sequence T D on a line (16), which are then converted into a digital image / D converter (17) downstream signal processing stage (18) are temporarily stored and processed.
  • Transfer clock sequence T ⁇ , shift clock sequence T s , reset clock sequence T R and digitizing clock sequence T D for controlling the scanner are generated in a clock generator circuit (19).
  • Fig. 2 shows timing diagrams for explaining the control of the scanner according to the prior art.
  • the timing diagram (2A) shows the shift clock sequence Ts, which is fed to the shift register (10).
  • the timing diagram (2B) shows the reset clock sequence T R , which resets the analog charge / voltage converter (12).
  • the timing diagram (FIG. 2C) shows the voltage values U which are generated in the analog charge / voltage converter (12) by converting the charge packets Q of the individual pixels according to the prior art.
  • the clock period of the shift clock sequence Ts is equal to the clock period of the reset clock sequence TR and corresponds to the conversion time tw per voltage value of the A / D converter (17) used.
  • the charge packet Q of a pixel is read out of a memory cell (10) of the shift register (10) and processed further.
  • the analog charge / voltage converter (12) is reset by a reset clock of the reset clock sequence TR and is thus prepared for converting the charge packet Q of the subsequent pixel, with the output of the analog charge / voltage converter ( 12) first at the respective black reference level U ref . lies.
  • the voltage values U of the pixels scanned in the image template (3) which represent the scanned image information, appear at the output of the charge / voltage converter (12). These are, for example, the voltage value Ui for the first pixel, the voltage value U 2 for the second pixel and the voltage value U n for the nth pixel.
  • the scanning time is advantageously shortened in the case of a coarser scanning fineness in the line direction in that the number of voltage values U of the pixels of each scanning line to be converted analog / digital is reduced as a function of the desired coarser scanning fineness by At least two adjacent pixels of a scan line are combined and the charge packets Q of the combined pixels are read out in the charge / voltage converter (12) after being read out from the shift register (10), a voltage value U 'representing the image information of the respectively combined pixels.
  • a reduction factor is first determined as the quotient from the number of maximum possible voltage values U per scanning line, which corresponds to the number of sensor elements of the photodiode line, and from the number of voltage values U 'per scanning line resulting from the desired coarser scanning fineness.
  • the reduction factor determines the number of neighboring pixels to be combined and thus the number of charge packets Q to be added in each case.
  • the reciprocal reduction factor is a measure of the shortening of the sampling time according to the method according to the invention compared to the sampling time which results from the prior art.
  • the method according to the invention advantageously ensures that no image information is lost during the scanning of the original and that scanning light sources with a lower light intensity can be used.
  • the method according to the invention can be implemented in a simple manner by a modified control when reading the charge packets Q from the shift register (10) and when converting the read charge packets Q into voltage values U 'in the analog charge / voltage converter (12).
  • the cycle period of the modified shift cycle sequence T's is shortened compared to the shift cycle sequence Ts by the reduction factor or the frequency is increased by the reciprocal reduction factor. The same applies to the transfer clock sequence T' ⁇ .
  • the clock period of the reset clock sequence T'R remains unchanged compared to the reset clock sequence TR according to the prior art and in turn corresponds to the conversion time tw per voltage value of the A / D converter (17) used.
  • the integration time of the photodiode line (6) ie the duration of exposure of the scanning light on the sensor elements (8) of the photodiode array (6), reduced in accordance with the reciprocal reduction factor. Due to the shortened readout time due to the shortened residence time of the charges Q in the sensor element row (7) and in the shift register (10) and due to the shortened integration time, the noise of the photodiode array (6) is advantageously reduced.
  • Fig. 3 shows timing diagrams for explaining the control of the scanner according to the invention for a reduction factor "2".
  • the modified shift clock sequence T's which is fed to the shift register (10), is shown in the time diagram (FIG. 3A).
  • the unchanged reset clock sequence T'R which is fed to the analog charge / voltage converter (12), is shown in a time diagram (3).
  • the timing diagram (2C) shows the voltage values U 'which are generated in the analog charge / voltage converter (12) by converting the added charge packets Q of the combined pixels according to the invention.
  • the clock period of the modified shift clock sequence T's is halved compared to the clock period of the shift clock sequence Ts according to the prior art (FIG. 2; time diagram 2A).
  • the clock period of the reset clock sequence T'R is unchanged from the clock period of the reset clock sequence TR according to the prior art (FIG. 2; time diagram B) and in turn corresponds to the conversion time tw per voltage value of the A / D converter (17) used.
  • a corresponding reduction in the scanning time for a coarser scanning fineness perpendicular to the line direction is achieved in a simple manner by changing the relative speed between the image template (3) and the photodiode line (6).
  • the corresponding charge packets can also be suppressed in the analog charge / voltage converter (12) by a modified residual clock sequence TR, which leads to a shortening of the sampling time, but disadvantageously to loss of Image information would result.
  • the scanner described is used to scan black and white originals.
  • the scanning method according to the invention can of course also be used in color scanners for scanning color originals.
  • the white light coming from the light source is broken down into red, green and blue scanning light by means of a rotating color filter wheel, and the color template is sequentially illuminated with the colored light. tet.
  • the scanning light is then converted in a monochrome photodiode line into the image signals for "red”, "green” and "blue".
  • the color template is illuminated with white light and the scanning light coming from the color template is divided into three color components by color division using dichroic color filters and three monochrome photo diode lines for conversion into the image signals for "red”, “green” and “Blue” fed.
  • the color template is also illuminated with white light and the colored scanning light coming from the color template is converted into the image signals for "red”, “green” and “blue” in a color-selective photodiode array.
  • Corresponding shift registers and A / D converters are then assigned to the individual color channels during color scanning.
  • the invention is also not limited to the field of electronic reproduction technology, but can be used wherever optoelectronic scanning and analog / digital conversion are coupled to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Vorlagen (3) mittels einer Fotodiodenzeile (6). Die Fotodiodenzeile (6) weist einen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) zur Umwandlung der durch Umsetzung der abgestasteten Bildinformation der Pixel gewonnenen Ladungspakete in Spannungswerte auf, die in einem nachgeschalteten A/D-Wandler (17) in digitale Bildwerte umgewandelt werden. Zur Verkürzung der Abtastzeit im Falle einer gröberen Abtastfeinheit wird die Anzahl der analog/digital zu wandelnden Spannungswerte pro Abtastzeile durch Zusammenfassen einer einem Reduktionsfaktor entsprechenden Anzahl benachbarter Pixel verringert. Die Ladungspakete der jeweils zusammengefassten Pixel werden in dem Ladungs/Spannungs-Konverter (12) aufaddiert und die aufaddierten Ladungspakete in die Spannungswerte (U1+U2) der jeweils zusammengefassten Pixel umgewandelt. Der Reduktionsfaktor ergibt sich als Quotient aus der Anzahl der Sensorelemente (8) der Fotodiodenzeile (6) und der aufgrund der gröberen Abtastfeinheit benötigten geringeren Anzahl Spannungswerte.

Description

Verfahren zur optoelektronischen Abtastung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstechnik und betrifft ein Verfahren zur pixel- und zeilenweisen optoelektronischen Abta- stung von Bildvorlagen.
In der elektronischen Reproduktionstechnik werden in Abtastgeräten, auch Scanner genannt, durch pixel- und zeilenweise optoelektronische Abtastung von zu reproduzierenden Bildvorlagen Bildwerte gewonnen und weiterverarbeitet.
In einem Scanner, beispielsweise vom Flachbett-Typ, ist die abzutastende Bildvorlage auf einem ebenen Vorlagenträger angeordnet, der sich senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen relativ zu einem Abtastorgan bewegt. Das Abtastorgan weist im wesentlichen eine Lichtquelle zur zeilenweisen Beleuchtung der Bildvorlage, ei- ne Fotodiodenzeile (CCD-Zeile) als optoelektronischer Wandler und ein Abtastobjektiv zur Abbildung der Abtastzeilen auf die Fotodiodenzeile auf.
Eine Fotodiodenzeile besteht im wesentlichen aus einer Anzahl in Richtung der Abtastzeilen angeordneter lichtempfindlicher Sensorelemente, einem Transfer- Gatter und einem analogen Schieberegister mit einer der Anzahl Sensorelemente entsprechenden Anzahl Speicherzellen.
Das mit dem Bildinhalt der einzelnen Pixel einer Abtastzeile modulierte Abtastlicht wird in den lichtempfindlichen Sensorelementen der Fotodiodenzeile als Ladungs- pakete gespeichert. Jeweils nach Abtastung einer aktuellen Abtastzeile werden die Ladungspakete der aktuellen Abtastzeilen aus den Sensorelementen über das Transfergatter in die Speicherzellen des analogen Schieberegisters übertragen. Während die Abtastung der nächsten Abtastzeile erfolgt werden die Ladungspakete dann seriell aus dem Schieberegister ausgelesen und in einem Ladungs/Span- nungs-Konverter in eine analoge Spannung, das Bildsignal, umgewandelt. Das Bildsignal wird in einem nachgeschalteten A/D-Wandler in digitale Bildwerte umgesetzt, die dann in einer Signalaufbereitungs-Stufe zwischengespeichert und weiterverarbeitet werden.
Die Abtastgeschwindigkeit , mit der eine Abtastzeile abgetastet wird, ist im wesentlichen von der spezifischen Wandlungsgeschwindigkeit pro Spannungswert des verwendeten A/D-Wandlers abhängig. Einer Vergrößerung der Abtastgeschwin- digkeit ist dadurch eine Grenze gesetzt, daß schnelle A/D-Wandler mit entsprechend hohen Arbeitsfrequenzen nicht zur Verfügung stehen oder sehr teuer sind.
Die Abtastfeinheit (Pixel/cm) in Richtung der Abtastzeilen ist von der Anzahl licht- empfindlicher Sensorelemente der Fotodiodenzeile und von der Breite der abzutastenden Bildvorlage abhängig. Die Abtastfeinheit senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen wird durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Bildvorlage und Abtastorgan bestimmt. Die Abtastfeinheit läßt sich durch den Abbildungsmaßstab, in dem das Abtastobjektiv die jeweilige Vorlagenbreite auf die Fotodiodenzeile abbil- det, variieren. Eine andere Möglichkeit zur Änderung der Abtastfeinheit besteht darin, zwischen gespeicherten Bildwerten zu interpolieren, um eine größere Abtastfeinheit zu erzielen oder gespeicherte Bildwerte zusammenzufassen, um eine gröbere Abtastfeinheit zu erlangen.
Herkömmliche Scanner haben den Nachteil, daß die Abtastgeschwindigkeit pro Abtastzeile unabhängig von der jeweiligen Abtastfeinheit konstant ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren zur optoelektronischen Abtastung von Bildvorlagen derart zu verbessern, daß bei einer Vorlagenabtastung mit gröberer Abtastfeinheit mit relativ geringem Aufwand eine höhere Abtastgeschwindigkeit und eine gute Abtastqualität erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 ausführlich erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild eines Scanners zur optoelektronischen Abtastung von Bildvorlagen,
Fig. 2 Zeitdiagramme nach dem Stand der Technik und
Fig. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Erfindung Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines Fachbett-Scanners zur punkt- und zeilenweisen optoelektronischen Abtastung von Schwarz/Weiß-Bildvoragen. Eine Lichtquelle (1) für Durchsichtsabtastung oder eine Lichtquelle (2) für Aufsichtsabtastung beleuchtet zeilenweise eine auf einem nicht dargestellten Vorla- genträger angeordnete Bildvorlage (3). Die beleuchteten Abtastzeilen (4) werden nacheinander mittels eines Abtastobjektivs (5) auf die lichtempfindliche Fläche eines optoelektronischen Wandlers in Form einer Fotodiodenzeile (6) (CCD-Zeile) abgebildet, wobei die Bildvorlage (3) eine senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen (4) gerichtete Relativbewegung zu den Lichtquellen (1 ; 2) und zu der Fotodioden- zeile (6) ausführt.
Die Fotodiodenzeile (6) besteht im wesentlichen aus einer in Richtung der Abtastzeilen (4) ausgerichteten Sensorelement-Reihe (7) mit einer Anzahl von nebeneinander angeordneten lichtempfindlichen Sensorelementen (8), einem Trans- fergatter (9) und einem analogen Schieberegister (10) mit einer der Anzahl Sensorelemente (8) entsprechenden Anzahl von Speicherzellen (11). Die Anzahl der Sensorelemente (8) bestimmt die Anzahl von Pixeln, die in einer Abtastzeile (4) abgetastet werden können, wobei jedem Pixel einer Abtastzeile (4) ein Sensorelement (8) der Sensorelement-Reihe (7) und eine entsprechende Speicherzelle (11) des Schieberegisters (10) zugeordnet ist. Die Fotodiodenzeile ist beispielsweise vom Typ KLI 8013 der Firma Kodak.
Die Fotodiodenzeile (6) möge beispielsweise 8000 lichtempfindliche Sensorelemente (8) und Speicherzellen (11) aufweisen. In diesem Fall können 8000 Pixel pro Abtastzeile (4) abgetastet werden.
Der Abbildungsmaßstab, mit dem eine Abtastzeile (4) von dem Abtastobjektiv (5) auf die Sensorelement-Reihe (7) abgebildet wird, bestimmt die Abtastfeinheit (Pixel/cm) in Zeilenrichtung, während die Abtastfeinheit senkrecht zur Zeilenrich- tung durch die Relativgeschwindigkeit zwischen der Bildvorlage (3) und der Fotodiodenzeile (6) bestimmt wird.
Das mit der Bildinformation der einzelnen Pixel einer aktuell abgetasteten Abtastzeile (4) modulierte Abtastlicht wird jeweils innerhalb einer Integrationszeit in den lichtempfindlichen Sensorelementen (8) der Sensorelement-Reihe (7) als Ladungspakete Q gespeichert. Jeweils nach der Integrationszeit bzw. nach Abtastung der aktuellen Abtastzeile (4) werden die gespeicherten Ladungspakete Q der einzelnen Pixel der aktuellen Abtastzeile aus den Sensorelementen (8) über das Transfergatter (9) in die zugeordneten Speicherzellen (11) des Schieberegisters (10) übertragen. Während der Abtastung der nächsten Abtastzeile (4) werden die Ladungspakete Q dann seriell aus dem Schieberegister (10) ausgelesen und einem Ladungs/Spannungs-Konverter (12) der Fotodiodenzeile (6) zugeführt.
Zur Übertragung der Ladungspakete Q aus den Sensorelementen (8) der Sensorelement-Reihe (7) in die Speicherzellen (11) des Schieberegisters (10) wird das Transfergatter (9) jeweils durch einen Tansfertakt einer Transfertaktfolge TT auf einer Leitung (13) freigeschaltet. Das Auslesen der Ladungspakete Q aus dem Schieberegister (10) erfolgt durch eine Schiebetaktfolge Ts auf einer Leitung (14).
Der Ladungs/Spannungs-Konverter (12) setzt die Ladungspakete Q der einzelnen Pixel in Spannungswerte U um, die den Ladungspaketen Q proportional sind. Jeweils nach Wandlung des Ladungspakets Q eines Pixels in den Spannungswert U wird der analoge Ladungs/Spannungs-Konverter (12) durch einen Resettakt einer Resettaktfolge TR auf einer Leitung (15) zurückgesetzt und damit für die Wandlung des Ladungspakets Q des nächsten Pixels vorbereitet.
Die in dem Ladungs/Spannungs-Konverter (12) erzeugten Spannungswerte U werden in einem durch eine Digitalisierungs-Taktfolge TD auf einer Leitung (16) getakteten A/D-Wandler (17) in digitale Bildwerte umgesetzt, die dann in einer dem A/D-Wandler (17) nachgeschalteten Signalaufbereitungs-Stufe (18) zwischengespeichert und weiterverarbeitet werden.
Transfertaktfolge Tτ, Schiebetaktfolge Ts, Resettaktfolge TR und Digitalisierungs- taktfolge TD zur Steuerung des Scanners werden in einer Taktgeneratorschaltung (19) erzeugt.
Fig. 2 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Steuerung des Scanners nach dem Stand der Technik.
In dem Zeitdiagramm (2A) ist die Schiebetaktfolge Ts dargestellt, welche dem Schieberegister (10) zugeführt wird.
In dem Zeitdiagramm (2B) ist die Resettaktfolge TR dargestellt, die den analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) zurücksetzt. Das Zeitdiagramm (2C) zeigt die Spannungswerte U, die in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) durch Umwandlung der Ladungspakete Q der einzelnen Pixel nach dem Stand der Technik erzeugt werden.
Die Taktperiode der Schiebetaktfolge Ts ist gleich der Taktperiode der Resettaktfolge TR und entspricht der Wandlungszeit tw pro Spannungswert des verwendeten A/D-Wandlers (17). In jeder Taktperiode der Schiebetaktfolge Ts wird das Ladungspaket Q eines Pixels aus einer Speicherzelle (10) des Schieberegisters (10) ausgelesen und weiterverarbeitet. Zu Beginn jeder Taktperiode der Schiebetakt- folge Ts wird der analoge Ladungs/Spannungs-Konverter (12) durch einen Resettakt der Resettaktfolge TR zurückgesetzt und damit zur Umwandlung des Ladungspakets Q des nachfolgenden Pixels vorbereitet, wobei am Ausgang des analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) zunächst auf dem jeweiligen Schwarz-Referenzpegel Uref. liegt. Jeweils am Ende einer Taktperiode der Schie- betaktfolge Ts erscheinen am Ausgang des Ladungs/Spannungs-Konverters (12) die Spannungswerte U der in der Bildvorlage (3) abgetasteten Pixel, welche die abgetastete Bildinformation repräsentieren. Dies sind beispielsweise für das erste Pixel der Spannungswert Ui, für das zweite Pixel der Spannungswert U2 und für das n-te Pixel der Spannungswert Un.
In dem angenommenen Beispiel mit 8000 Sensorelementen (8) der Fotodiodenzeile (6) sind in dem A/D-Wandler (17) 8000 Spannungswerte U pro Abtastzeile analog/digital zu wandeln. Bei einer typischen Wandlungszeit des A/D-Wandlers (17) von t = 6 μs pro Spannungswert U ergibt sich nach dem Stand der Technik eine Abtastzeit pro Abtastzeile von t_A = 8000 x 6μs = 48 ms und zwar unabhängig davon, ob die Bildvorlage (3) mit einer großen oder einer geringen Abtastfeinheit in Zeilenrichtung abgetastet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Weise eine Verkür- zung der Abtastzeit bei einer gröberen Abtastfeinheit in Zeilenrichtung dadurch erreicht, daß die Anzahl der analog/digital zu wandelnden Spannungswerte U der Pixel einer jeden Abtastzeile in Abhängigkeit von der gewünschten gröberen Abtastfeinheit reduziert wird, indem mindestens zwei benachbarte Pixel einer Abtastzeile zusammengefaßt und die Ladungspakete Q der zusammengefaßten Pixel nach dem Auslesen aus dem Schieberegister (10) in dem Ladungs/Spannungs- Konverter (12) aufsummiert werden, wobei ein Spannungswert U' die Bildinformation der jeweils zusammengefaßten Pixel repräsentiert. Dazu wird zunächst ein Reduktionsfaktor als Quotient aus der Anzahl maximal möglicher Spannungswerte U pro Abtastzeile, die der Anzahl der Sensorelemente der Fotodiodenzeile entspricht, und aus der sich aufgrund der gewünschten gröberen Abtastfeinheit ergebenden Anzahl Spannungswerte U' pro Abtastzeile ermittelt.
Der Reduktionsfaktor bestimmt die Anzahl der jeweils zusammenzufassenden benachbarten Pixel und damit die Anzahl der jeweils zu addierenden Ladungspakete Q.
Der reziproke Reduktionsfaktor ist ein Maß für die Verkürzung der Abtastzeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber der Abtastzeit, die sich nach dem Stand der Technik ergibt. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei der Vorlagenabtastung keine Bildinformation verloren geht und daß Abtastlichtquellen mit einer geringeren Lichtin- tensität verwendet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf einfache Weise durch eine modifizierte Steuerung beim Auslesen der Ladungspakete Q aus dem Schieberegister (10) und bei der Umwandlung der ausgelesenen Ladungspakete Q in Spannungs- werte U' in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) realisieren.
Die Taktperiode der modifizierten Schiebetaktfolge T's wird gegenüber der Schiebetaktfolge Ts um den Reduktionsfaktor verkürzt bzw. die Frequenz um den reziproken Reduktionsfaktor erhöht. Entsprechendes gilt für die Transfertaktfolge T'τ.
Die Taktperiode der Resettaktfolge T'R bleibt gegenüber der Resettaktfolge TR nach dem Stand der Technik unverändert und entspricht wiederum der Wandlungszeit tw pro Spannungswert des verwendeten A/D-Wandlers (17).
Zwischen jeweils zwei Resettakten der Resettaktfolge T'R liegt eine dem Reduktionsfaktor entsprechende Anzahl von Taktperioden der modifizierten Schiebetaktfolge T's, so daß nunmehr jeweils zwischen zwei Resettakten eine mit dem Reduktionsfaktor übereinstimmende Anzahl von Ladungspaketen Q aus dem Schieberegister (10) ausgelesen, in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) aufaddiert und die aufaddierten Ladungspakete Q in einen der Ladungsaddition proportionalen Spannungswert U' für die zusammengefaßten benachbarten Pixel umgesetzt werden. Damit die durch die Aufaddition der Ladungspakete Q gebildeten Spannungswerte U' den Ladungs/Spannungs-Konverter (12) der Fotodiodenzeile (6) nicht übersteuern, was zur Verfälschung der abgetasteten Bildinformation führen würde, wird die Integrationszeit der Fotodiodenzeile (6), d. h. die Einwirkungsdauer des Abtastlichts auf die Sensorelemente (8) der Fotodiodenzeile (6), entsprechend dem reziproken Reduktionsfaktor verkürzt. Durch die verkürzte Auslesezeit aufgrund der verkürzten Verweildauer der Ladungen Q in der Sensorelement-Reihe (7) und in dem Schieberegister (10) sowie aufgrund der verkürzten Integrationszeit wird in vorteilhafter Weise das Rauschen der Fotodiodenzeile (6) vermindert.
In dem angenommenen Beispiel mit 8000 Sensorelementen (8) der Fotodiodenzeile (6) und mit 4000 abzutastenden Pixeln entsprechend einer um den Faktor "2" gröberen Abtastfeinheit ist der Reduktionsfaktor "2". In diesem Fall werden jeweils die Ladungspakete Qn und Qn+ι von zwei benachbarten Pixeln aufaddiert und ein der Ladungsaddition proportionaler Spannunswert Un + Un+ι = U' für die jeweils zusammengefaßten zwei benachbarten Pixel erzeugt. Damit sind in dem A/D- Wandler (17) nunmehr lediglich 4000 Spannungswerte U' pro Abtastzeile analog/digital zu wandeln. Bei der typischen Wandlungszeit des A/D-Wandlers (18) von tw = 6 μs pro Spannungswert ergibt sich eine Abtastzeit pro Abtastzeile von tA = 4000 x 6μs = 24 ms, also in vorteilhafter Weise eine Halbierung der Abtastzeit pro Abtastzeile.
Fig. 3 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Steuerung des Scanners nach der Erfindung für einen Reduktionsfaktor "2".
In dem Zeitdiagramm (3A) ist die modifizierte Schiebetaktfolge T's dargestellt, welche dem Schieberegister (10) zugeführt wird.
In einem Zeitdiagramm (3) ist die unveränderte Resettaktfolge T'R dargestellt, die dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) zugeführt wird.
Das Zeitdiagramm (2C) zeigt die Spannungswerte U', die in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) durch Umwandlung der aufaddierten Ladungspakete Q der zusammengefaßten Pixel nach der Erfindung erzeugt werden.
Die Taktperiode der modifizierten Schiebetaktfolge T's ist gegenüber der Taktperi- ode der Schiebetaktfolge Ts nach dem Stand der Technik (Fig.2; Zeitdiagramm 2A) halbiert. Die Taktperiode der Resettaktfolge T'R ist gegenüber der Taktperiode der Resettaktfolge TR nach dem Stand der Technik (Fig. 2; Zeitdiagramm B) unverändert und entspricht wiederum der Wandlungszeit tw pro Spannungswert des verwende- ten A/D-Wandlers (17).
Zwischen jeweils zwei Resettakten der Resettaktfolge T'R liegen zwei Taktperioden der modifizierten Schiebetaktfolge T's, so daß nunmehr jeweils zwischen zwei Resettakten zwei Ladungspakete Qn und Qn+ι aus dem Schieberegister (10) ausge- lesen, in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) aufaddiert und die aufaddierten Ladungspakete (Qn + Qn+i) in einen der Ladungsaddition proportionalen Spannungswert Un + Un+1 = U'n/n+l der zwei zusammengefaßten benachbarten Pixel n und n+1 umgesetzt werden. Beispielsweise werden für die Pixel 1 und 2 die Ladungen Qi und Q2 addiert, und es ergibt sich der Spannungswert U'1/2, während für die Pixel 3 und 4 die Ladungen Q3 und Q4 addiert werden, um den Spannungswert U'3/4 zu erhalten.
Eine entsprechende Verkürzung der Abtastzeit bei einer gröberen Abtastfeinheit senkrecht zur Zeilenrichtung wird in einfacher Weise durch Änderung der Relativ- geschwindigkeit zwischen Bildvorlage (3) und Fotodiodenzeile (6) erreicht.
Ohne Verkleinerung der Taktperiode der Schiebetaktfolge Ts wird die Abtastzeit pro Abtastzeile zwar nicht verkürzt, aber bereits durch Unterdrückung von Resettakten der Resettaktfolge TR gemäß dem Stand der Technik wird eine entspre- chende Addition von Ladungspaketen mit den bereits genannten Vorteilen erreicht.
Anstelle einer Addition der Ladungspakete von zusammengefaßten benachbarten Pixeln können die entsprechenden Ladungspakete auch in dem analogen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) durch eine modifizierte Resttaktfolge TR unter- drückt werden, was zwar zu einer Verkürzung der Abtastzeit, aber in nachteiliger Weise zu Verlust von Bildinformation führen würde.
Der beschriebene Scanner dient zur Abtastung von Schwarz/Weiß-Vorlagen. Das erfindungsgemäße Abtast-Verfahren kann selbstverständlich auch bei Farbscannern zur Abtastung von Farbvorlagen Anwendung finden. Bei einem ersten Aus- führungsbeispiel für einen Farbscanner wird das von der Lichtquelle kommende weiße Licht mittels eines rotierenden Farbfilterrades in rotes, grünes und blaues Abtastlicht zerlegt, und die Farbvorlage sequentiell mit dem farbigen Licht beleuch- tet. Das Abtastlicht wird dann in einer monochromen Fotodiodenzeile in die Bildsignale für "Rot", "Grün" und "Blau" umgewandelt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel für einen Farbscanner wird die Farbvorla- ge mit weißem Licht beleuchtet und das von der Farbvorlage kommende Abtastlicht durch Farbteilung mittels dichroitischer Farbfilter in drei Farbanteile zerlegt und drei monochromen Fotodiodenzeilen zur Umwandlung in die Bildsignale für "Rot", "Grün" und "Blau" zugeführt.
In einem dritten Ausführungsbeispiel für einen Farbscanner wird die Farbvorlage ebenfalls mit weißem Licht beleuchtet und das von der Farbvorlage kommende farbige Abtastlicht in einer farbselektiven Fotodiodenzeile in die Bildsignale für "Rot", "Grün" und "Blau" umgesetzt. Bei der Farbabtastung werden dann den einzelnen Farbkanälen entsprechende Schieberegister und A/D-Wandler zugeordnet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße Abtast-Verfahren derart zu gestalten, daß zwischen auszuwertenden Abtastzeilen und nicht auszuwertenden Abtastzeilen und innerhalb der auszuwertenden Abtastzeilen zwischen auszuwertenden Pixeln und nicht auszuwertenden Pixeln unterschieden werden kann, so daß eine flächenbezogene Modulation der Auslesegeschwindigkeit für das Schieberegister erfolgt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn anstelle einer eindimensionalen Fotodiodenzeile ein zweidimenionales Fotodiodenarray verwendet wird.
Die Erfindung ist auch nicht auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstechnik begrenzt, sondern kann überall dort angewendet werden, wo optoelektronische Abtastung und Analog/Digital-Wandlung miteinander gekoppelt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur optoelektronischen Abtastung von Vorlagen, bei dem - eine Vorlage (3) pixel- und zeilenweise mittels einer Anzahl von in Zeilenrichtung angeordneten optoelektronischen Wandlern (8) abgetastet wird, welche die abgetastete Bildinformation der einzelnen Pixel in Spannungswerte (U) umsetzen, die Spannungswerte (U) aus den optoelektronischen Wandlern (7) ausge- lesen werden und die ausgelesenen Spannungswerte (U) in einem A/D-Wandler (17) in digitale Bildwerte umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkürzung der Abtastzeit in Zeilenrichtung bei einer bezüglich einer normalen Abtastfeinheit gröberen Abtast- feinheit die Anzahl der in dem A/D-Wandler (17) analog/digital zu wandelnden Spannungswerte (U) der Pixel pro Abtastzeile um einen Reduktionsfaktor verringert wird, der dem Quotienten aus der Anzahl maximal möglicher Spannungswerte (U) und der sich aufgrund der gröberen Abastfeinheit ergebenden geringeren Anzahl Spannungswerte (U') ent- spricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet daß die Anzahl der in dem A/D-Wandler (17) analog/digital zu wandelnde Spannungswerte (U) jeweils durch Zusammenfassen einer dem Redukti- onsfaktor entsprechenden Anzahl in einer Abtastzeile benachbarter Pixel verringert wird und die Spannungswerte (U'), die sich jeweils aus den Spannungswerten (U) der zusammengefaßten Pixel ergeben, analog/digital gewandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl maximal möglicher Spannungswerte der Anzahl optoelektronischer Wandler (8) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß - die optoelektronischen Wandler die Sensorelemente (8) einer Fotodiodenzeile (6) sind, welche die abgetastete Bildinformation der einzelnen Pixel in elektrische Ladungspakete (Q) umsetzen, - die Fotodiodenzeile (6) ein Schieberegister (10) zur Zwischenspeicherung der Ladungspakete (Q), ein Transfergatter (9) zur Übertragung der Ladungspakete (Q) aus den Sensorelementen (8) in das Schieberegister (10) und einen Ladungs/Spannungs-Konverter (12) zur Umwandlung der der La- dungspakete (Q) in Spannungswerte aufweist, wobei der Ladungs/Spannungs-Konverter (12) jeweils durch einen Takt einer Resettaktfolge (TR) zurückgesetzt wird,
- die Ladungspakete (Q) der einzelnen Pixel aus dem Schieberegister (10) seriell mittels einer Schiebetaktfolge (Ts) ausgelesen werden, - jeweils eine dem Reduktionsfaktor entsprechende Anzahl in einer Abtastzeile benachbarter Pixel zusammengefaßt werden,
- die ausgelesenen Ladungspakete (Q) der jeweils zusammengefaßten Pixel in dem Ladungs/Spannungs-Konverter (12) aufaddiert werden und
- die aufaddierten Ladungspakete (Q) in die für die zusammengefaßten Pixel relevanten Spannungswerte (U') umgewandelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenfassung von Pixeln und das Aufaddieren der zugehörigen Ladungspakete (Q) jeweils durch Unterdrückung einer dem Reduktionsfaktor entsprechende An- zahl von Takten der Resettaktfolge (TR) bei normaler Abtastfeinheit erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktperiode der Resettaktfolge (TR) gleich der Wandlungszeit des A/D-Wandlers (17) gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktperiode der Schiebetaktfolge (Ts) bei gröberer Abtastfeinheit gegenüber der Taktperiode bei normaler Abtastfeinheit um den Reduktionsfaktor verkürzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Übersteuerung der Fotodiodenzeile (6) die Integrationszeit der Fotodiodenzeile (6) verkürzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gröbere Abtastfeinheit senkrecht zur Zeilenrichtung durch Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen Bildvorlage (3) und optoelektronischen Wandlern (8) senkrecht zur Zeilenrichtung erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, die optoelektronischen Wandler (8) die Sensorelemente eines Fotodioden-Arrays zur flächen haften Abtastung der Vorlage (3) sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei der optoelektronischen Abtastung von Farbvorlagen angewendet wird .
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