DE2156333A1

DE2156333A1 - Faksimile-Abtaster

Info

Publication number: DE2156333A1
Application number: DE19712156333
Authority: DE
Inventors: Bruno John South Rochester N.Y. Vieri (V.StA.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1972-05-18
Also published as: GB1376189A; CA960770A; US3775559A; DE2156333C2; JPS5314890B1

Description

Rochester, N.Y. 14 603
USA

Faksimile-Abtaster

Die Erfindung betrifft einen Faksimile-Abtaster zur Abtastung der grafischen Informationen eines Schriftstücks und Auswertung an dem Schriftstück reflektierten und durch die Informationen modulierten Lichtes mittels einer optisch-elektrischen Wandleranordnung.

Bei den bekannten Faksimilesystemen wird ein zu übermittelndes Schriftstück an einer Sendestation 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 übertragenen Schriftstücks herstellt.

Wenn ein solches Faksimilesystem insgesamt linear arbeitet, so ist die gesamte Modulations-Übertragungsfunktion das Produkt der Übertragungsfunktionen des Abbildungssystems im

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-Z-

Abtaster, der Öffnungsgröße des Lichtauswerteelements, des elektrischen Systems und des Schreibstiftes bzw. des Schreibverfahrens oder der Öffnungsgröße 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,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit der Abtastung zu schaffen, durch die die Effekte der Abtastöffnung und des Schreibstiftes in Verbindung mit dem Schreibverfahren bei der Faksimile-Technik optimal gehalten werden.

Ein Faksimile-Abtaster der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß in dem Strahlengang des am Schriftstück reflektierten Lichtes eine optische Maske mit vorbestimmten optischen Übertragungseigenschaften angeordnet ist.

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-Übertragungsfunktion des Systems ausüben. Dies bedeutet, 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 sich gezeigt, daß die Auswirkungen von Verschlechterungen der Faksimile-Ausgangssignale durch eine Fourier-Transformation für die Abtastöffnung verringert werden können. Demgemäß wird im folgenden ein Abtaster mit mehreren Öffnungen beschrieben, die ein positives und ein negatives Verhalten

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zeigen, so daß Ausgangsspannungssignale erzeugt werden, die der optimierten gesamten Modulationsübertragungsfunktion angepaßt sind.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Vorteilen und Wesenszügen anhand in den Figuren dargestellter Anordnungen und Funktionsverläufe beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Faksimileübertragungssystems, das mit einem Abtaster nach der Erfindung bze. mit einem entsprechenden Abtastverfahren arbeitet,

Fig. 2a und 2b das Abtastraster sowie das Raum-Zeit-Verhalten bekannter Abtastverfahren,

Fig. 3a und 3b verschiedene Modulationsübertragungsfunktionen und Randempfindlichkeitskurven für typische Faksimiliesysteme,

Fig. 4a bis 4c einen typischen Reflexionsverlauf mit entsprechend erzeugtem Spannungssignal für ein unendlich kleines Auswerteelement und für ein Auswerteelement mit endlicher Abtastöffnung,

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

Fig. 6a bis 6e verschiedene Kurven für die gemäß der Erfindung durchzuführende Analyse,

Fig. 7a bis 7e verschiedene charakteristische Kurven für das Verhalten von Abtastöffnungen mit zugehörigen ßesamtübertragungsf unktionen,

Fig. 8 bis 8k verschiedene Kurven für die Betriebsweise eines Faksimile-Abtasters und

Fig. 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 Fig. 1 gezeigten System wird ein Schrift-

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stück 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 Herz 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 Fig. 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 u 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 zwischen der Auflösungsgrenze, der Signalbandbreite, der Schriftstückgröße und der Übertragungszeit an:

2RRXY

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

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Die Abtastrichtung wird im folgenden als horizontal vorausgesetzt.

a(x,y) Reflexionsvermögen des Schriftstücks oder Bildes a(x), A(f) Horizontalabtastung und Fourier-Transformation a(y), A(g) Vertikalabtastung und Fourier-Transformation a-](y), A^ (g) Vertikal-Abtastsignal des. Abtasters und Fourier-Transformation

b(x,y) Reflexionsvermögen des Faksimiles b(x), B(f) Horizontalbereich des Faksimiles und Fourier,

Transformation (optische Übertragungsfunktion) b(y)» B(g) Vertikalbereich des Faksimiles und Fourier-Transformation (optische Übertragungsfunktion) d Abstand der Abtastlinien

f Räumliche Frequenz, horizontal gemessen (x-

Richtung)

g Räumliche Frequenz, vertikal gemessen (y-Richtung)

i, η ganze Zahlen

Horizontale Auflösung (Zeilenpaare/cm)

Vertikale Auflösung (Zeilenpaare/cm) p.j(s), P^(f) Horizontalverhalten der Abtastöffnung und

Fourier-Transformation p₂(s), P₂(f) Horizontalverhalten der Schreiberöffnung und

Fourier-Transformation s Unabhängige Variable des Öffnungsverhaltens

( linearer Abstand)

III(y) Endlose regelmäßige Folge von Einheitsimpulsen T Übertragungszeit (Sekunden)

T_Q 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

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Höhe der abgetasteten Fläche (cm) Z^(g) Vertikalverhalten und Fourier-Transformation

der Abtastöffnung
Z₂Cg) 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 R₃₅B₇. und die Übertragungszeit T 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. Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Modulationsübertragungsfunktion und der Randschärfe für symmetrische Öffnungen. Die nicht gleichförmige Kurve 1 in Fig. 3a erzeugt eine schlechte Randschärfe, wie es durch die Kurve 1 in Fig. 3b zu erkennen ist. Die gleichmäßige Kurve 2 in Fig. 3a verbessert die Schärfe, jedoch sind die Ränder der geschriebenen Informationen durch eine Welligkeit ver-

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schlechtert, wie sie bei der Kurve 2 in Fig. 3b zu erkennen ist. Ein etwas allmählicherer Übergang gemäß der Kurve 3 in Fig. 3a hat bessere Eigenschaften, wie es aus der Kurve 3 in Fig. 3b zu ersehen ist. Die genaue Form der Übertragungsfunktion ist zwar eine Sache der subjektiven Bestimmung durch den Betrachter, im folgenden wird der Aufbau einer gewählten Modulationsübertragungsfunktion diskudiert.

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 v_Q(x) des Auswerteelements direkt der Reflexionsfähigkeit des Schriftstücks. Wie jedoch aus Fig. 4c hervorgeht, ist das Signal v(x) bei einer endlichen Abtastöffnung nicht pro-

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portional dem Verlauf a(χ). 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. Fig. 5 zeigt diese Eigenschaften, wobei ein Bild geringer Auflösung der in Fig. 5b gezeigten Art an den in Fig. 5a gezeigten Punkten abgetastet wird. Fig. 5c zeigt die durch die Kombination der Abtastpunkte in Fig. 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 Fig. 5b und 5e dargestellt ist. Dies bedeutet, daß bei Anwendung der in Fig. 5a gezeigten Abtastpunkte zur Abtastung eines Bildes hoher Auflösung der in Fig. 5d gezeigten Art das erhaltene Signal gemäß Fig. 5e nicht mehr genau dem Bild hoher Auflösung folgt, wie es in Fig. 5d gezeigt ist. Aus Fig. 5 ist daher klar zu entnehmen, daß bei einer unendlichen 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. Bekannte 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 Television¹¹, 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 Systems¹¹. In der folgenden Diskussion wird die rechteckförmige Abtastung nach Fourier-Verfahren analysiert. Diese Analyse erfolgt in zwei Teilen, und zwar einmal für den Effekt

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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 Verhalten der Abtastöffnung in Abtastrichtung P₁ (s) ist, die zugehörige Fourier-Transformation P₁(-f) ist, das Reflexionsvermögen a(x) und die zugehörige Transformation A(f) ist, so ist das von dem Schriftstück erhaltene elektrische Signal:

v(x) = j p₁(s)a(x+s)ds (2)

-eo

daraus ergibt sich die Fourier-Transformation

OP

V(f) = Jj exp(-d2TCfx)_Pi(s)a(x+s)dsdx (3)

-OO

wenn x+s = x¹ ist, dann ist

OO

^{v(f) =} (i ■■" ■*■·' W

Vff) s Aff^P ("f) (5)

wobei V(f) die Fourier-Transformation des elektrischen Signals gemäß Fig. 6c ist.

Wenn der Schreibstift oder die Schreiböffnung mit zugehörigem Verfahren das Verhalten p₂(s) gemäß Fig. 6d hat, so ist die geschriebene Kopie durch das folgende Faltungsintegral definiert:

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b(x) = J p₂(s)v(x-s)ds (6)

-OO

was aus der Kurve in Fig. 6e hervorgeht. Die Fourier-Transformation gemäß Fig. 6e ist:

B(f) = f J exp(-j27Cfx)p₂(s)v(x-s)-dsdx (7)

„eo

wenn x-s = x* ist, dann ist

B(f) = / / exp(-j2Tfs)p₂(s)exp(-d21Cfx«)v(x^l)dsdx^f (8)

-00
= P₂(f)V(f) (8·)

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

B(f) = ACf)P₁(-f)P₂(f) (9)

Die optische Übertragungsfunktion (OTF) in x-Richtung ist das Produkt der Transformation des Schreiberöffnungsverhaltens P₂(f) und einer Funktion, die der inversen Transformation des Abtastöffnungsverhaltens P«.(-f) entspricht. Die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) ist der Modul der optischen Übertragungsfunktion. Fig. 7 zeigt Beispiele des Verhaltens verschiedener öffnungen sowie der entsprechenden Fourier-Transformationen. Fig. 7a zeigt das Verhalten der allgemein angewendeten rechteckförmigen öffnung, Fig. 7b das einer elliptischen öffnung, Fig. 7c das einer rautenförmigen öffnung, Fig. 7d das einer kosinusförmigen öffnung. Fig. 7e zeigt die Fourier-Transformationen dieser charakteristischen Funktionen.

Die vorstehende Analyse erfolgte hinsichtlich der horizontalen x-Richtung. In der vertikalen y-Richtung ist Fig. 8 zu berücksichtigen. Die Beispiele a(y), z^(s), z₂(s) und ihre Transfor-

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mationen sind willkührlich gewählt. Zur vereinfachten Darstellung wurden symmetrische Öffnungen verwendet. Fig. 8a zeigt das Reflexionsvermögen a(y) des Schriftstücks, wobei die Abszisse der Kurve in y-Richtung verläuft. Wenn das Verhalten der Abtastöffnung z^(s) ist, dann ist für eine Folge von Abtastungen über die Kurve in Fig. 8a hinweg jeweils mit einem Abstand d zur benachbarten Abtastung das Öffnungsverhalten für Jede Abtastung z<.(y-id), wie es in Fig. 8b dargestellt ist. Mit einem Schriftstückverhalten gemäß Fig. 8a und einem Öffnungsverhalten gemäß Fig. 8b ergibt sich eine resultierende Kurve gemäß Fig. 8c, die eine Gruppe von Werten a^(y) in Form eines modulierten Impulszuges aufweist. Entsprechend der vorstehend beschriebenen Diskussion ist in Fig. 8f die Transformation des Reflexionsvermögens eines allgemeinen Schriftstücks dargestellt. Ferner ist die Transformation des Öffnungsverhaltens gemäß Fig. 8b in Fig. 8g dargestellt. Zur Wiedergabe eines Faksimiles mit der höchstmöglichen Schärfe müßte die in Fig. 8g gezeigte Transformation einen rechteckförmigen Verlauf haben, wie er gestrichelt dargestellt ist, Die in Fig. 3a dargestellte Analyse hat gezeigt, daß für höchste Schärfe die Modulationsübertragungsfunktion rechteckförmig sein muß, wie es die Kurve 2 in Fig. 3a zeigt. Fig. 8h zeigt die Fourier-Transformation der vertikalen hypothetischen Abtastsignale des Abtasters. Jede Komponente der Fourier-Transformation erhält man durch Multiplikation der Kurve in Fig. 8f mit der Kurve in Fig. 8g. Die Ableitung dieses Vorganges ergibt sich aus der folgenden Diskussion.

Die Fourier-Reihe eines Verlaufes von Einheitsimpulsen mit dem Abstand d ist:

III(y)=i^l exp($2Hhy/d) (10)

= ^ f J

daraus ist a^y) = ^ f X₁(s)a(y+s)^ exp(j2lfciy/d)ds (11)

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

JJ exp[o2Ty(§-g)] ζ (s)a(y+s)dsdy (12)

₁J

dabei ist kAg) die Transformation des räumlichen Feldes in y-Richtung.

Wenn y+s = y¹ ist, dann ist

a(y')dsdy'

diese Formel kann reduziert werden auf

-I) (14)

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 Fig.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 Fig. 8b ist, so enthält die Kurve in Fig. 8d z₂(y-id). Fig. 8e zeigt die Kurve b(y), die das geschriebene Faksimileverhalten des Reflexionsvermögens des Originalschriftstücks gemäß Fig. 8a darstellt. Diese Kurve hat den Verlauf :

-OO

Die Fourier-Transformation der Gleichung 15 ist:

B(g) =jj exp(-J2ligy )£₂(s)_ai(y-s)dsdy (16)

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dies ist die Fourier-Transformation, die in Fig. 8k dargestellt ist.
Wenn y-s =y' ist, dann ist

(18) Substitution von A₁Cg) gemäß Gleichung 14 ergibt

B(g) = I Z₂(g)^L__ Z₁(I -g)A(g - §)

wobei B(g) die optische Übertragungsfunktion in vertikaler Richtung ist. Durch die vorstehenden Diskussionen wird die gesamte Übertragungsfunktion in der x-Abtastrichtung durch P₁(-f)Pp(f) beschrieben. In dieser Dimension kann das Öffnungsverhalten so scharf wie gewünscht gemacht werden, und es können elektrische Schaltungen zur Korrektur und Bandbreitenbegrenzung eingesetzt werden.

In y-Richtung zeigen sich jedoch einige Effektes

1. Entsprechend dem in der Veröffentlichung von Woodward beschriebenen Abtast-Theorem ist der einzig nutzbare Teil des Bildspektrums das Basisband der räumlichen Frequenzen, wobei -1/(2d) ^z- 1/(2d) ist. Die Modulationsübertragungsfunktion innerhalb dieses Bandes ist IZ^(-g) z«(g) .

2. Wenn Z₂Cg), die Fourier-Transformation des Vertikalverhaltens der Schreiberöffnung außerhalb des Basisbandes von Null verschieden ist, so werden unerwünschte Bänder von Komponenten geschrieben, die Mittenfrequenzen n/d haben. Dadurch ergibt sich ein sichtbares Linienmuster.

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3. Wenn Z^(-g) und A(g) außerhalb des Basisbandes von Null verschieden sind, so überlappen einander die Bänder der Komponenten mit Mittenfrequenzen n/d und 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 "Moire Muster" bezeichnet, welche insbesondere bei Halbtonbildern problematisch sind. Es können jedoch auch Unterbrechungen, Zeilenverdickungen und Zackenbildungen auftreten.

In x-Abtastrichtung können die Verläufe P^(s) und p₂(s) beispielsweise durch schmale Schlitzöffnungen gegeben sein. Kompromisse zwischen Empfindlichkeit und Schärfe ergeben sich für die Praxis, beispielsweise gemäß Fig. 9e.

Gute Eigenschaften in y-Abtastrichtungen werden weniger leicht erreicht. Für maximale Schärfe soll Z₁(-g) und Z₂(g) innerhalb des Basisbandes gleichförmig sein, d.h. die Modulationsübertragungsfunktion soll rechteckförmig sein, wie es die Kurve 2 in Fig. 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:

_z(_s) ₌ sinTCs/d ₍2o)

Diese Funktion ist bipolar und unendlich für s. 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

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Fig. 8 -«-j £ g £ -X-T als Basisband definiert ist, so ist die durchgezogen dargestellte Kurve der Transformation in Fig, 8g unannehmbar, da die Fourier-Transformation des Abtastöffnungsverhaltens außerhalb des Basisbandes nicht den Wert Null hat.

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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 Fig. 8g gestrichelt dargestellten Vedauf haben. Eine Multiplikation der Kurven aus Fig. 8f und Fig. 8g ergibt die in Fig. 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 Fig. 9dargestellt, Fig. 9a zeigt die aus der Gleichung 20 erhaltene Kurve. Fig. 9b zeigt die Transformation des Abtastöffnungsverhaltens für diese berechnete Öffnung. Fig. 9a¹ entspricht Fig. 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 Öffnungskurve in Fig. 9a^f 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 Fig. 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 Fig. 9c dargestellt ist. Das optische Verhalten für die in Fig. 9a' gezeigten negativen Teile wird über Lichtleitfasern auf ein Auswerteelement geleitet, während die positiven Kurventeile der in Fig. 9a gezeigten Kurve über andere Lichtleitfasern auf ein weiteres Auswerteelement geleitet werden. Das Ausgangssignal eines Auswerteelementes 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 selektiv invertiert und vor der Übertragung summiert werden.

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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, welche 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.

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 interpo-P liert, 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 Auflösungsgrenzen erfordert bei gültiger Gleichung 1 eine gute Modulationsübertragungsfunktion nicht mehr Übertragungszeit oder Bandbreite als eine schlechte Modulationsübertragungsfunktion. Da die Grenzauflösung den Wert (R +R)' hat, sollte die Modulationsübertragungsfunktion

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des optischen Systems bis zu dieser räumlichen Frequenz Gültigkeit haben. Bei einem linearen System ist das Verhalten geg*iüber höheren Frequenzen folgewidrig. Das Verhalten längs der Abtastzeile in x-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 Fig. 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 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.

Vorstehend wurden Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung des Öffnungsverhaltens durch Verwendung von Mehrfachöffnungen bei der Abtastung und zur Verwirklichung bestmöglicher Modulationsübertragungsfunktionen innerhalb der Auflösungsgrenzen beschrieben. Dem Fachmann sind zahlreiche Änderungen und andere Ausführungsformen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Weiterbildungen zur Anpassung an bestimmte Erfordernisse verwirklicht werden.

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Claims

Patentansprüche

Faksimile-Abtaster zur Abtastung der grafischen Informationen eines Schriftstücks und Auswertung an dem Schriftstück reflektierten und durch die Informationen modulierten Lichtes mittels einer optisch-elektrischen Wandleranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang des am Schriftstück reflektierten Lichtes eine optische Maske mit vorbestimmten optischen Übertragungseigenschaften angeordnet ist.
2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes lichtempfindliches Auswerteelement zur Auswertung des durch die Maske fallenden Lichtes entsprechend positiven Teilen der Übertragungseigenschaften und ein zweites lichtempfindliches Auswerteelement zur Auswertung des durch die Maske fallenden Lichtes entsprechend negativen Teilen der optischen Übertragungseigenschaften vorgesehen ist.
3. Abtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lichtübertragungsanordnung zur Übertragung des Lichtes der positiven Teile der Maske auf das erste Auswerteelement und eine zweite Lichtübertragungsanordnung zur Übertragung des Lichtes der negativen Teile der Maske auf das zweite Auswerteelement vorgesehen ist.
4. Abtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Lichtübertragungsanordnung jeweils aus einer Anzahl optischer Lichtleitfasern bestehen.
5. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische ÜbertragungseLgenschaft der optischen Maske den Wert

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sin It s/d
ΊΙ s/d

hat, wobei d der Abstand der Abtastzeilen und s die unabhängige Variable des Öffnungsverhaltens ist.
6. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Maske aus einer Unterlage mit einem darauf aufgezeichneten Muster heller und dunkler Bereiche besteht, welches ein Schattenmuster mit vorbestimmten optischen Übertragungseigenschaften bildet.
7. Abtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Übertragungseigenschaften dem absoluten Wert eines Öffnungsverhaltens entsprechen, dessen Fourier-Transformation innerhalb der Basisbandfrequenz des Faksimileübertragungssystems gleichförmig ist, außerhalb des Basisbandes den Wert Null hat.
S. Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Auswerteelement jeweils aus einer Anzahl in vorbestimmter Weise angeordneter Fotozellen bestehen.
9. Faksimile-Übertragungsverfahren unter Verwendung eines Abtasters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Abtastung am abgetasteten Schriftstück durch dessen Informationen modulierte und reflektierte Licht vor der fotoelektrischen Auswertung durch eine vorbestimmte Übertragungseigenschaft moduliert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Übertragungseigenschaft

sin "fc s/d
IC s/d

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verwendet wird, wobei d der Abstand der Abtastzeilen und s die unabhängige Variable des Abtastöffnungsverhaltens ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der vorbestimmten Übertragungseigenschaften eine optische Maske verwendet wird, die Bereiche mit positivem und Bereiche mit negativem Verhalten Aufweist, für die jeweils eine fotoelektrische Auswerteanordnung vorgesehen ist, und daß die Ausgangssignale beider fotoelektrischer Auswerteanordnungen zu einem elektrischen Signal kombiniert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maske verwendet wird, deren optische Übertragungseigenschaft dem arithmetischen Wert einer Funktion einer Koordinate eines Punktes der Maske folgt, wobei die Funktion positive und negative Werte hat, daß das von der Maske durchgelassene Licht separat für die positiven und die negativen Werte der Funktion ausgewertet wird und daß die Differenz beider Auswerteergebnisse gebildet wird.

209871/0705

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