DE102006036845B4

DE102006036845B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera

Info

Publication number: DE102006036845B4
Application number: DE102006036845.2A
Authority: DE
Inventors: Helmut Sorgius
Original assignee: Chromasens GmbH
Current assignee: Chromasens GmbH
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: US20080030576A1; US8179436B2; DE102006036845A1

Abstract

Verfahren zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera, wobei die Zeilenkamera zumindest zwei parallel verlaufende Abtastzeilen, die in einem Abstand s zueinander angeordnet sind, und ein Objektiv mit einem Abbildungsmaßstab M aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – zeilenweises Abtasten der Vorlage mit der Zeilenkamera, wobei mittels jeder Abtastzeile eine separate Abbildung der Vorlage erzeugt wird, die entsprechend dem Abstand s zwischen den Abtastzeilen zueinander versetzt sind, und die Abbildungen in eine Vielzahl von Zeilen untergliedert sind, wobei der Abstand D zweier benachbarter Zeilen einer Abbildung in der Bildebene der Zeilenkamerabeträgt, wobei vt die Geschwindigkeit ist, mit welcher die Zeilenkamera relativ zum Objekt bewegt wird, und tz der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen mit einer der Abtastzeilen ist, so dass sich ein Versatz Z der beiden Abbildungen in der Einheit des Zeilenabstandes D als Z = s/D ergibt, – in-Deckung-Bringen der beiden Abbildungen durch • Verschieben zumindest eine der Abbildungen relativ zur anderen Abbildung um Int(Z) Zeilen zur Verminderung des Versatzes, und • Interpolieren einer der Abbildungen auf um (Z-Int(Z)) versetzte Zeilen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera.
Zum optischen Abtasten bzw. Scannen einer Vorlage in einem Scanner werden meistens Zeilenkameras verwendet. Die Zeilenkamera und die Vorlage werden relativ zueinander bewegt, so dass mit der Zeilenkamera die abzutastende Oberfläche der Vorlage vollständig erfasst wird.
Derartige Zeilenkameras weisen oftmals mehrere Abtastzeilen auf. Jede Abtastzeile ist aus einem Zeilensensor ausgebildet, der in der Regel aus einem CCD-Element besteht. Zur farbigen Abtastung werden oftmals Zeilenkameras mit drei Abtastzeilen verwendet, wobei jede Abtastzeile mit einem anderen Farbfilter versehen ist. Typischerweise sind Farbfilter für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau vorgesehen. Es gibt jedoch auch andere Zeilenkameras, die beispielsweise nur zwei Abtastzeilen aufweisen. So ist eine Zeilenkamera mit zwei Abtastzeilen bekannt, wobei eine Abtastzeile mit einem grünen Farbfilter und die einzelnen Sensorelemente der anderen Abtastzeile abwechselnd mit blauen und roten Farbfiltern versehen sind.
Die einzelnen Abtastzeilen einer Zeilenkamera sind parallel zueinander angeordnet und weisen einen bestimmten Abstand auf. Eine jede Abtastzeile erzeugt eine separate Abbildung der Vorlage. Die einzelnen Abbildungen werden zu einem Gesamtbild zusammengefügt, wobei der durch den örtlichen Versatz der einzelnen Abtastzeilen verursachte Versatz der Abbildungen ausgeglichen wird, indem die einzelnen Abbildungen zueinander verschoben werden, so dass die Bildpunkte der Abbildungen, die von der gleichen Stelle der Vorlage aufgenommen worden sind, übereinander liegen.
Bei bekannten Verfahren zum Scannen einer Vorlage ist die Geschwindigkeit, mit der die Vorlage bezüglich der Zeilenkamera bewegt wird, so auf den Versatz der Abtastzeilen abgestimmt, dass die einzelnen mit den Abtastzeilen erzeugten Abbildungen um exakt eine ganzzahlige Zeilenzahl zueinander versetzt sind, so dass durch Verschieben der Abbildungen um eine bestimmte Zeilenzahl die einzelnen Abbildungen in Übereinstimmung gebracht werden. In der Praxis werden die vom Kameramodul in Bewegungsrichtung weiter vorne erfassten Zeilen zwischengespeichert und vom Kameramodul mit den in Bewegungsrichtung rückwärtigen Zeilen nach einem bestimmten zeitlichen Abstand überlagert, so dass nicht die gesamten Einzelbilder bzw. Abbildungen gehandhabt und verschoben werden müssen.
Damit das Kameramodul ein korrektes Gesamtbild ausgibt, ist es notwendig, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Kamera bezüglich der Vorlage auf den Versatz der Abtastzeilen abgestimmt ist. Es ist daher nur möglich, die Kamera mit einigen wenigen vorbestimmten Geschwindigkeiten bezüglich der Vorlage zu verfahren.
Würde man die Bewegungsgeschwindigkeit frei variieren, so sind andere Verfahren zu verwenden.
Bei vielen Anwendungen möchte man gerne die Auswahl zwischen einer hohen Auflösung bei geringem Durchsatz und einer niedrigen Auflösung bei hohem Durchsatz haben. Es gibt Scan-Vorrichtungen und Scan-Systeme, die eine derartige Einstellung der Auflösung und des Durchsatzes erlauben. Jedoch ist es bei bekannten Vorrichtungen nur möglich, die Auflösung und den Durchsatz in bestimmten Schritten zu verändern. Zwischenschritte sind nicht möglich, da dann die Qualität des erzeugten Bildes beeinträchtigt werden würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Scannen einer Vorlage mittels einer zumindest zwei parallel verlaufenden Abtastzeilen aufweisenden Zeilenkamera zu schaffen, mit welchen die relative Geschwindigkeit zwischen der Zeilenkamera und der abzutastenden Vorlage frei wählbar ist und auf einfache Art und Weise ein Gesamtbild hoher Güte erzielt wird.
Aus der US 6,069,717 geht eine Farbbildlesevorrichtung hervor, welche eine Abtasteinrichtung mit mehreren Zeilensensoren aufweist. Die Zeilensensoren sind zum Detektieren einer vorbestimmten Farbe (rot, grün, blau) ausgebildet. Die Zeilensensoren erstrecken sich in eine Hauptabtastrichtung. Zur Hauptabtastrichtung verläuft senkrecht eine Nebenabtastrichtung, entlang der die Zeilensensoren angeordnet sind.Eine Abtastschrittweite (pitch) wird in Abhängigkeit eines Vergrößerungsverhältnisses eingestellt. Mit einem Zwischenzeilenkonversationsabschnitt werden Abweichungen der mit den einzelnen Zeilensensoren erfassten Zeilen ausgeglichen. Hierbei kann unterschieden werden, ob die Abweichung zu einer idealen Zeile L eine ganzzahlige Anzahl von Zeilen oder nicht eine ganzzahlige Anzahl von Zeilen beträgt. Je nachdem, ob es eine ganzzahlige oder nicht ganzzahlige Abweichung ist, erfolgt ein unterschiedlicher Ausgleich.
Aus der JP 06 022 159 A geht ein weiteres Bildlesegerät hervor. Bilder können mit unterschiedlichem Vergrößerungsmaßstab abgetastet werden. Orts- und Geschwindigkeitsabweichungen werden mit einem arithmetischen Verfahren kompensiert und interpoliert.
Die JP 08 088 778 A beschreibt ein Verfahren zum Abtasten eines Farbbildes mittels RGB-Sensoren, die voneinander beabstandet angeordnet sind. Bei unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten kann die Farbe verschmieren. Dies wird mittels einer Interpolation kompensiert.
Aus der im Zeitrang jüngeren DE 10 2006 041 462 B3 ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Vorlage mit einer Zeilenkammer bekannt. Die Vorlage kann mit variabler Geschwindigkeit abgetastet werden. Ein Binning wird in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit automatisch ausgeführt.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Scannen einer Vorlage, wird eine Zeilenkamera verwendet, die zumindest zwei parallel verlaufende Abtastzeilen, die in einem Abstand s zueinander angeordnet sind, und ein Objektiv mit einem Abbildungsmaßstab M aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

– zeilenweises Abtasten der Vorlage mit der Zeilenkamera, wobei mittels jeder Abtastzeile eine separate Abbildung der Vorlage erzeugt wird, die entsprechend dem Abstand s zwischen den Abtastzeilen zueinander versetzt sind, und die Abbildungen in eine Vielzahl von Zeilen untergliedert sind, wobei der Abstand D zweier benachbarter Zeilen einer Abbildung in der Bildebene der Zeilenkamera
beträgt, wobei v_t die Geschwindigkeit ist, mit welcher die Zeilenkamera relativ zum Objekt bewegt wird, und t_z der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Belichtungen mit einer der Abtastzeilen ist, so dass sich ein Versatz Z der beiden Abbildungen in der Einheit des Zeilenabstandes D als Z = s/D ergibt,
– in-Deckung-Bringen der beiden Abbildungen durch
• Verschieben zumindest eine der Abbildungen relativ zur anderen Abbildung um Int(Z) Zeilen zur Verminderung des Versatzes, und
• Interpolieren einer der Abbildungen auf um (Z-Int(Z)) versetzte Zeilen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die relative Geschwindigkeit, mit welcher die Zeilenkamera gegenüber der Vorlage bewegt wird, frei wählbar. Dadurch ergeben sich Versätze der mit den einzelnen Abtastzeilen erzeugten Abbildungen, die keinem ganzzahligen Zeilenversatz entsprechen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zweistufiges in Deckung bringen der beiden Abbildungen ausgeführt. In der ersten Stufe werden die Abbildungen gemäß dem ganzzahligen Anteil des Versatzes Z verschoben. In der zweiten Stufe wird eine Interpolation um die Nachkommastellen des Versatzes Z ausgeführt, so dass in den zu interpolierenden Abbildungen Bildzeilen erzeugt werden, die mit den Bildzeilen der Abbildung, mit welcher Sie in Deckung gebracht werden, exakt übereinstimmen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kamera mehr als zwei Abtastzeilen auf, die jeweils eine Abbildung erzeugen, wobei alle Abbildungen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander in Deckung gebracht werden. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Abtastzeile zum Detektieren der Farbe Grün ausgebildet und die mit dieser Abtastzeile erzeugte Abbildung wird nicht verschoben, sondern die anderen Abbildungen werden derart verschoben, dass sie mit der grünen Abbildung in Deckung sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 schematisch vereinfacht eine Zeilenkamera mit zwei Abtastzeilen zum Abtasten einer Vorlage in der Seitenansicht,
2 schematisch vereinfacht eine Zeilenkamera mit drei Abtastzeilen zum Abtasten einer Vorlage in der Seitenansicht,
3 den Versatz der Bildpunkte dreier unterschiedlicher Abbildungen nach einer ersten Korrektur, und
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in einem Blockschaltbild.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Scannen einer Vorlage wird eine Zeilenkamera 1 verwendet, die zumindest zwei parallel verlaufende Abtastzeilen 2 aufweist (1). Die Abtastzeilen sind typischerweise als CCD-Elemente ausgebildet. Derartige CCD-Elemente weisen entlang einer geradlinigen Linie angeordnete, in der Regel quadratische Sensorelemente auf, die gleichzeitig belichtet, aber seriell ausgelesen werden. Die Sensorelemente bzw. die Abtastzeilen 2 weisen einen Mittenabstand von s zueinander auf.
Die Vorlage 3 wird mittels eines Objektivs 4 auf die Abtastzeilen 2 der Zeilenkamera 1 abgebildet. In 1 ist das Objektiv lediglich als eine einzelne Linse dargestellt. Selbstverständlich kann das Objektiv auch mehrere Linsen und gegebenenfalls Spiegel und Blenden umfassen. Mit dem Objektiv werden jeweils kleine Bereiche 5 der Vorlage 3 auf jeweils ein Sensorelement der Abtastzeilen 2 abgebildet. Diese kleinen Bereiche stellen Bildpunkte 5 der Vorlage 3 dar. Die Größe eines Bildpunktes 5 entspricht der Größe eines Sensorelementes einer der Abtastzeilen 2 multipliziert mit dem Maßstab M des Objektives 4.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Vorlage 3 mit der Transportgeschwindigkeit v_t an der Zeilenkamera 1 vorbei bewegt. Hierbei wird mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz, die z. B. im Bereich von 500 Hz bis 50 KHz liegt, abgetastet. Zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastvorgängen liegt somit eine Zeitspanne t_Z, die der Kehrwert der Abtastfrequenz ist. Je größer die Transportgeschwindigkeit v_t ist, desto größer ist der Abstand der einzelnen Bildpunkte in der von der Zeilenkamera 1 erzeugten Abbildung in Transportrichtung. Dies bedeutet, dass der Abstand der Zeilen der erzeugten Abbildungen unmittelbar von der Transportgeschwindigkeit abhängt und bei konstanter Zeilenfrequenz der Kamera direkt proportional zur Transportgeschwindigkeit ist. Dieser Abstand D benachbarter Zeilen einer Abbildung wird gemäß folgender Formel berechnet
wobei V_t die Transportgeschwindigkeit, t_z der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Belichtungen und M ist der Abbildungsmaßstab des Objektivs 4 ist.
Betrachtet man die mit der Zeilenkamera 1 erzeugten Abbildungen in der Bildebene 6 der Zeilenkamera 1, d. h., dass die Bildpunkte der Abbildungen die Ausmaße der einzelnen Sensorelemente der Abtastzeilen 2 besitzen, so gilt der gemäß obiger Formel berechnete Abstand D zwischen zwei benachbarten Zeilen der jeweiligen Abbildung.
Da die beiden Abtastzeilen synchron belichtet werden, sind die gleichzeitig erzeugten Bildzeilen der durch die beiden Abtastzeilen erzeugten Abbildungen um den Abstand s der Abtastzeilen zueinander versetzt. Dies hat zur Folge, dass die beiden Abbildungen – betrachtet in der Bildebene 6 der Zeilenkamera 1 – um den Abstand s zueinander versetzt sind. Dieser Versatz Z kann man auch in der Einheit des Zeilenabstandes D ausdrücken, womit sich Z = s/D ergibt. Z ist eine rationale Zahl mit einem ganzzahligen Anteil (Integer) und einem Nachkommaanteil. Z ist ein Skalar, das für die beiden durch die zwei Abtastzeilen 2 erzeugten Abbildungen unabhängig von der Betrachtung in der Bildebene 6 gilt.
Die beiden Abbildungen werden mit einem zweistufigen Verfahren in Deckung gebracht. Hierbei werden die beiden Abbildungen im selben Koordinatensystem mit dem durch den Versatz der Abtastzeilen der Zeilenkamera verursachten Versatz dargestellt.
In der ersten Verfahrensstufe werden die beiden Abbildungen zunächst um den ganzzahligen Anteil des Versatzes Z zueinander verschoben, so dass der Versatz zwischen den beiden Abbildungen minimiert wird. Die Verschiebung erfolgt somit entgegen dem Versatz. Dies hat zur Folge, dass die beiden Abbildungen derart übereinander gelagert sind, dass die Bildzeilen der beiden Abbildungen nur noch um den Nachkommaanteil von Z, nämlich (Z-Int(Z)), zueinander versetzt sind.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, bei einem Versatz um einen Nachkommaanteil die Farbauszugswerte des nächsten Nachbarn zu nehmen. Mit dem Begriff Farbauszugswert wird die Intensität eines Farbauszuges an einem Bildpunkt bezeichnet. Die Verwendung des Farbauszugwertes des nächsten Nachbarn würde jedoch zu Farbfehlern in dem so erzeugten Gesamtbild führen. Erfindungsgemäß wird deshalb anstelle einer weiteren Verschiebung in einer der beiden Abbildungen eine Interpolation von neuen Bildzeilen durchgeführt, die bezüglich der bisherigen Bildzeilen um den Nachkommaanteil von Z versetzt sind. Diese Interpolation wird ausgeführt, indem die zu interpolierende Zeile aus den beiden Bildzeilen interpoliert wird, zwischen welchen die zu interpolierende Bildzeile angeordnet ist. Hierbei wird ein zu interpolierender Farbauszugswert f_i aus den Farbauszugswerten der in Transportrichtung fluchtenden Bildpunkte der beiden benachbarten Bildzeilen (ZE+, ZE–) interpoliert, wobei der Farbauszugswert des Bildpunktes, der um den Nachkommaanteil von Z beabstandeten Bildzeile mit dem Nachkommaanteil von Z und der Farbauszugswert des Bildpunktes, der von der zu interpolierenden Bildzeile um eins minus dem Nachkommaanteil von Z beabstandet ist, mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z gewichtet wird. Hier ergibt sich somit folgende Formel für den interpolierten Farbauszugswert f_i: f_i = (Z – Int(Z))·f_ZE+ + (1 – (Z – Int(Z))·f_ZE–
Mit dieser Interpolation werden die Bildzeilen einer der beiden Abbildungen derart versetzt, dass die darin enthaltenen Bildpunkte exakt an der gleichen Stelle positioniert sind, wie die korrespondierenden Bildpunkte der anderen Abbildung.
Diese beiden in Deckung gebrachten Abbildungen ergeben somit ein Gesamtbild. Dieses Gesamtbild weist keine Farbfehler aufgrund des in Deckung Bringens der beiden Abbildungen auf. Dieses Gesamtbild kann grundsätzlich mit beliebiger Verfahrgeschwindigkeit der Zeilenkamera gegenüber der abzutastenden Vorlage erreicht werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zeilenkamera 1, mit drei parallel verlaufenden Abtastzeilen 2. Da die Zeilenkamera aus 2 ähnlich zu der Zeilenkamera aus 1 aufgebaut ist, werden gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die drei Abtastzeilen 2 sind jeweils mit einem Farbfilter für die rote Farbe 6/1, grüne Farbe 6/2 und blaue Farbe 6/3 versehen. Mit diesen Abtastzeilen 2 wird jeweils eine rote, grüne und blaue Abbildung der Vorlage 3 erzeugt. Derartige CCD-Elemente sind z. B. von der NEC Corporation unter der Handelsbezeichnung μPD3768 bzw. μPD8821 erhältlich. Diese CCD-Elemente weisen pro Abtastzeile 7.500 bzw. 7.300 Sensorelemente auf. Die einzelnen Sensorelemente sind bei dem CCD-Element μPD8821 10 μm (pitch-Weite p) innerhalb einer Abtastzeile beabstandet und der Abstand zweier benachbarter Abtastzeilen entspricht 40 μm. Das Objektiv 4 wird in der Regel möglichst so eingestellt, dass mit der Zeilenkamera die Vorlage mit 100 dpi, 150 dpi, 300 dpi oder 600 dpi abgetastet wird. Diese Auflösung in Zeilenrichtung wird im nachfolgenden als optische Auflösung bezeichnet. Diese optische Auflösung OA ist für eine vorbestimmte Zeilenkamera mit einem vorbestimmten Objektiv in der Regel eindeutig festgelegt.
Die Auflösung in Transportrichtung wird im folgenden als Transportauflösung TA bezeichnet. Die Transportauflösung ist abhängig von der Transportgeschwindigkeit v_t.
Der Abstand s der benachbarten Abtastzeilen 2 kann auch in Abhängigkeit der pitch-Weite p benachbarter Sensorelemente der Abtastzeilen als z = s/p dargestellt werden. Üblicherweise ist z eine ganze Zahl. Bei den oben genannten CCD-Elementen der NEC Corporation beträgt z jeweils 4. Der Versatz Z in Einheiten des Zeilenabstandes kann auch folgendermaßen berechnet werden: Z = TA·z / OA, wobei die Abhängigkeit des Versatzes von der Transportgeschwindigkeit in dieser Formel in der Transportauflösung TA gemäß folgender Formel enthalten ist:
In der Praxis stellt man die Transportgeschwindigkeit v_t so ein, dass eine bestimmte Transportauflösung erhalten wird. Die optische Auflösung ist in der Praxis nicht veränderbar. So kann der Versatz Z sehr einfach aus der Transportauflösung TA, der optischen Auflösung OA und z ermittelt werden.
Die mit der in 2 gezeigten Zeilenkamera erzeugten Abbildungen werden vorzugsweise derart in Deckung gebracht, dass die rote Abbildung und die blaue Abbildung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren jeweils verschoben und interpoliert werden, so dass sie mit der grünen Abbildung übereinstimmen. 3 zeigt vereinfacht jeweils drei Bildpunkte dreier benachbarter Zeilen (n – 1, n, n + 1) der Farben Grün (g), Rot (r) und Blau (b), die an sich in Zeilenrichtung an der selben Stelle angeordnet sind und lediglich zu Darstellungszwecken seitlich versetzt gezeichnet sind. Diese Darstellung zeigt die Bildpunkte nach dem Verschieben um den ganzzahligen Anteil des Zeilenabstandes Z, so dass die Bildpunkte der unterschiedlichen Farben jeweils nur noch bezüglich des Nachkommaanteils von Z versetzt sind.
Die grünen Bildpunkte bleiben unverändert. Die benachbart zu den grünen Bildpunkten dargestellten roten Bildpunkte sind um dpR versetzt, was dem Nachkommaanteil von Z entspricht. Um einen roten Farbauszugswert für die Position des grünen Bildpunktes der Zeile n zu erhalten, werden die beiden roten Bildpunkte der Zeilen n und n + 1 interpoliert, wobei der Bildpunkt der Zeile n + 1 mit dem Nachkommaanteil von Z gewichtet wird und der Farbauszugswert von der Zeile n mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z gewichtet wird.
Die blauen Bildpunkte sind gegenüber den grünen Bildpunkten um dpB entgegen der Transportrichtung versetzt. Um einen blauen Bildpunkt an der Position des grünen Bildpunktes n zu erhalten, werden die Farbauszugswerte der Bildpunkte der Zeilen n – 1 und n interpoliert, wobei der Farbauszugswert des Bildpunktes der Zeile n – 1 mit dem Nachkommaanteil von Z und der Farbauszugswert des Bildpunktes der Zeile n mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z gewichtet werden.
Da das menschliche Auge für die Farbe Grün wesentlich stärker empfänglich ist als für die Farben Rot und Blau, ist es zweckmäßig, die grüne Abbildung unverändert zu lassen. Hierdurch wird das Bild durch das menschliche Auge wesentlich schärfer wahrgenommen, als wenn die rote oder blaue Abbildung unverändert gelassen werden würde und die grüne Abbildung ebenfalls interpoliert würde.
4 zeigt schematisch vereinfacht ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise Bestandteil eines Kameramoduls. Dieses Kameramodul weist neben dieser Vorrichtung noch das CCD-Element 8 auf. Die Vorrichtung selbst ist beispielsweise aus einem FPGA und zusätzlichen Speicherbausteinen ausgebildet.
An der Eingangsseite dieser Vorrichtung wird die Abtastrichtung (dr), der Abstand z benachbarter Abtastzeilen in Abhängigkeit der pitch-Weite p, die optische Auflösung OA und die Transportauflösung TA eingegeben. Ein Steuerelement 7 bestimmt aus diesen Eingabewerten für einen bestimmten Farbauszug den ganzzahligen Anteil des Versatzes Z, der als Main-Linespacing bezeichnet wird und den Nachkommaanteil des Versatzes Z, der als Sub-Linespacing bezeichnet wird.
Das CCD-Element 8 ist mit einem Farbwahlschalter 9 verbunden, der über einen Eingang vom CCD-Element die Farbauszugswerte der unterschiedlichen Abtastzeilen empfängt und diese je nach der vom Steuerelement 7 vorgegebenen Farbwahl bzw. Scanrichtung dr auf einen von drei Ausgängen umleitet. Die Ausgänge sind mit 0D, 1D und 2D bezeichnet. Der Ausgang 1D wird mittels einer Verzögerungseinheit 10 um den ganzzahligen Anteil des Versatzes Z verzögert. Der Ausgang 2D ist mit einer weiteren Verzögerungseinheit 11 verbunden, die die entsprechenden Signale um den doppelten ganzzahligen Anteil des Versatzes Z verzögert. Der Ausgang 0D ist mit keiner Verzögerungseinheit, die die Signale um einen ganzzahligen Anteil von Z verzögert, verbunden. An 0D werden die Signale angelegt, die mit der in Bewegungsrichtung der Vorlage, auf der Vorlage hinten abtastenden Abtastzeile ausgelesen werden. Bei der Ausführungsform nach 2 ist dies die Abtastzeile 2 mit dem roten Farbfilter 6/1. Bei den meisten CCD-Elementen ist die Abtastzeile mit dem grünen Farbfilter in der Mitte angeordnet, so dass die grünen Signale in der Regel an den Ausgang 1D angelegt werden. Bei der Ausführungsform nach 2 werden die blauen Farbsignale an den Ausgang 2D angelegt. Wird die Abtastrichtung gedreht, so werden die Signale an den Ausgängen 0D und 2D vertauscht.
Auf die Verzögerungseinheit vom Ausgang 1D folgt ein Zwischenspeicher 12, in dem zumindest eine vollständige Zeile zwischengespeichert werden kann. Die darin zwischengespeicherte Zeile ist aufgrund der Verzögerungseinheit 10 um den ganzzahligen Anteil von Z verzögert.
Auf die Verzögerungseinheit 11 folgen zwei Zwischenspeicher 13, 14, die jeweils zumindest eine vollständige Zeile zwischenspeichern können. Die beiden Zwischenspeicher 13, 14 dienen zum Speichern jeweils einer der beiden Bildzeilen, die zu interpolieren sind, wobei der Zwischenspeicher 14 die zuerst ausgelesene Bildzeilen und damit in Bewegungsrichtung weiter hinten liegende Bildzeile und der Zwischenspeicher 13 die nachfolgende Bildzeile speichert. Diese Zwischenspeicher 13, 14 sind jeweils mit Multiplizierern 15, 16 verbunden, wobei die im Zwischenspeicher 13 gespeicherten Farbauszugswerte mit dem Nachkommaanteil von Z multipliziert (gewichtet) werden, wohingegen die im Zwischenspeicher 14 gespeicherten Farbauszugswerte mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z multilpliziert werden. Derart gewichtete Farbauszugswerte werden dann in einem Addierer 17 addiert.
Der Ausgang 0D ist lediglich mit einem Zwischenspeicher 18 verbunden. In diesem Zwischenspeicher 18 wird zunächst eine Bildzeile gespeichert. Die danach abgetastete Bildzeile bzw. deren Farbauszugswerte werden ohne Zwischenspeicherung (Ausgang 0D) direkt einem Multiplizierer 19 zugeführt, der diese Farbauszugswerte mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z multipliziert (gewichtet). Gleichzeitig wird der in Zeilenrichtung korrespondierende Farbauszugswert der im Zwischenspeicher 18 zwischengespeicherten Bildzeile an einem weiteren Multiplizierer 20 mit dem Nachkommaanteil von Z multipliziert. Die beiden gewichteten Farbauszugswerte werden dann an einem Addierer 21 addiert. Hierdurch wird ein interpolierter Bildpunkt erhalten. Die entsprechenden Bildpunkte 0D, 1D und 2D der drei Farbauszüge werden über einen Farbwahlschalter 22, wobei die drei Farbauszugswerte R, G, B, die zu einem gemeinsamen Bildpunkt gehören zusammengefasst werden. Die jeweils drei Farbauszugswerte umfassenden Bildpunkte werden dann an einem Ausgang 23 ausgegeben.
Diese Vorrichtung erlaubt eine Ausgabe in Echtzeit der vollständig in Deckung gebrachten Bildzeilen, wobei als Eingangsparameter lediglich die Ortsauflösung, die Transportauflösung, die dem CCD-Element inhärente Zahl z und die Abtastrichtung eingegeben werden. Die Transportauflösung ist von der Abtastgeschwindigkeit abhängig, d. h. dass unterschiedliche Abtastgeschwindigkeiten möglich sind, wobei dann die Transportauflösung entsprechend einzustellen ist.
Diese Vorrichtung kann als Sensormodul in bestehende Scannvorrichtungen eingebaut werden, wobei durch Verwendung dieses Moduls es möglich ist, eine bestehende Scannvorrichtung mit unterschiedlichen, insbesondere frei wählbaren Abtastgeschwindigkeiten zu betreiben.
Bei der in 4 gezeigten Vorrichtung sind die Verzögerungseinheiten 10, 11 als Speicherelemente ausgebildet, die vorzugsweise mehrere Bildzeilen zwischenspeichern können. Die Verzögerungseinheit 11 zum Verzögern um den doppelten ganzzahligen Anteil von Z kann mindestens 8 und vorzugsweise mindestens 10 bzw. 15 Bildzeilen zwischenspeichern, da bei einer Transportauflösung, die der optischen Auflösung entspricht und bei herkömmlichen CCD-Elementen eine Verzögerung von acht Bildzeilen notwendig ist. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise in Form eines FPGAs ausgebildet, wobei das CCD-Element und die beiden Verzögerungseinheiten 10, 11 separat vom FPGA ausgebildet sind.
Die Zwischenspeicher 12, 13, 14 können in den separaten Speicherelementen der Verzögerungseinheiten 10, 11 oder im FPGA realisiert sein. Grundsätzlich ist es auch möglich alle Speicher 10–14 im FPGA zu implementieren.
Bei obigen Ausführungsbeispielen werden jeweils die Bildzeilen einer bestimmten Abbildung um den ganzzahligen Anteil von Z verschoben und danach interpoliert. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, dass eine von zwei Abbildungen, die zueinander ausgerichtet werden müssen, zunächst um einen ganzahligen Anteil von Z verschoben wird, und die andere Abbildung entsprechend dem Nachkommaanteil von Z interpoliert wird.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera, die mehrere Abtastzeilen aufweist und so mehrere voneinander unabhängige Abbildungen erzeugt. Diese Abbildungen sind aufgrund des Abstandes der einzelnen Abtastzeilen zueinander versetzt. Dieser Versatz hängt auch von der Geschwindigkeit, mit welcher die Zeilenkamera bezüglich der Vorlage bewegt wird ab. Erfindungsgemäß werden die einzelnen Abbildungen in Deckung gebracht, in dem sie entsprechend dem ganzzahligen Anteil von Z zueinander verschoben werden und zumindest eine der Abbildungen auf eine andere Abbildung entsprechend dem Nachkommaanteil von Z interpoliert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Vorlage mit frei wählbarer Abtastgeschwindigkeit abgetastet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Modul in bestehende Scannvorrichtungen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Zeilenkamera
2: Abtastzeile
3: Vorlage
4: Objektiv
5: Bildpunkt
6: Bildebene
6/1–6/3: Farbfilter
7: Steuerelement
8: CCD-Element
9: Farbwahlschalter
10: Verzögerungseinheit
11: Verzögerungseinheit
12: Zwischenspeicher
13: Zwischenspeicher
14: Zwischenspeicher
15: Multiplizierer
16: Multiplizierer
17: Addierer
18: Zwischenspeicher
19: Multiplizierer
20: Multiplizierer
21: Addierer
22: Farbwahlschalter
23: Ausgang

Claims

Verfahren zum Scannen einer Vorlage mittels einer Zeilenkamera, wobei die Zeilenkamera zumindest zwei parallel verlaufende Abtastzeilen, die in einem Abstand s zueinander angeordnet sind, und ein Objektiv mit einem Abbildungsmaßstab M aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – zeilenweises Abtasten der Vorlage mit der Zeilenkamera, wobei mittels jeder Abtastzeile eine separate Abbildung der Vorlage erzeugt wird, die entsprechend dem Abstand s zwischen den Abtastzeilen zueinander versetzt sind, und die Abbildungen in eine Vielzahl von Zeilen untergliedert sind, wobei der Abstand D zweier benachbarter Zeilen einer Abbildung in der Bildebene der Zeilenkamera
beträgt, wobei v_t die Geschwindigkeit ist, mit welcher die Zeilenkamera relativ zum Objekt bewegt wird, und t_z der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen mit einer der Abtastzeilen ist, so dass sich ein Versatz Z der beiden Abbildungen in der Einheit des Zeilenabstandes D als Z = s/D ergibt, – in-Deckung-Bringen der beiden Abbildungen durch • Verschieben zumindest eine der Abbildungen relativ zur anderen Abbildung um Int(Z) Zeilen zur Verminderung des Versatzes, und • Interpolieren einer der Abbildungen auf um (Z-Int(Z)) versetzte Zeilen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilenkamera mehr als zwei Abtastzeilen aufweist, die jeweils eine Abbildung erzeugen, wobei alle Abbildungen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 in Deckung gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastzeilen zum Detektieren unterschiedlicher Farben ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Abtastzeile zum Detektieren einer bestimmten Farbe ausgebildet ist und dass um die mit den anderen Abtastzeilen erzeugten Abbildungen interpoliert werden, um mit der Abbildung der bestimmten Farbe in Deckung gebracht zu werden.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Farbe Grün ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Interpolieren jeweils zwei Farbauszugswerte benachbarter Bildzeilen miteinander interpoliert werden, wobei einer der beiden Farbauszugswerte mit dem Nachkommaanteil von Z und der andere Farbauszugswert mit eins minus dem Nachkommaanteil von Z gewichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zeilenweise ausgeführt wird, d. h., dass wenn von jeder Abbildung jeweils eine oder zwei Bildzeilen erzeugt sind, diese mit den entsprechenden Bildzeilen der anderen Abbildungen in Deckung gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz Z in Abhängigkeit einer optischen Auflösung des Systems aus Zeilenkamera und Objektiv in Zeilenrichtung, einer Transportauflösung, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher die Zeilenkamera relativ zum Objekt bewegt wird, und einer Zahl z berechnet wird, die den Abstand zweier benachbarter Abtastzeilen der Zeilenkamera in Einheiten der pitch-Weite benachbarter Sensorelemente einer Abtastzeile angeben.
Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Zeilenkamera (1) mit zumindest zwei Abtastzeilen (2), die in einem Abstand s zueinander angeordnet sind, und einem Objektiv (4) mit einem Abbildungsmaßstab M, eine Einrichtung zum Verzögern von Bildzeilen einer bestimmten, mit einer jeweiligen Abtastzeile erzeugten Abbildung, um einen ganzzahligen Anteil des Versatzes Z der beiden Abbildungen, und eine Einrichtung zum Interpolieren der Bildzeilen einer der Abbildungen um den Nachkommaanteil des Versatzes Z.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verzögern der Bildzeilen, um einen ganzzahligen Anteil von Z als Speichereinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Interpolieren zumindest einen Zwischenspeicher, zwei Multiplizierer und einen Addierer aufweist.