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Die Erfindung betrifft einen binären Signaldetektor für von einer Zeichenerkennungseinrichtung abgefühlte, analoge Eingangssignale, bei dem automatisch ein Schwellwert nachgeregelt wird, der für die Unterscheidung zwischen einem echten Zeichensignal (Schwarzpegel) und Hintergrundsignalen ( Weißpegel) ausschlaggebend ist.
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Bekannte optische Zeichenerkennungseinrichtungen sind mit Mitteln zur automatischen Veränderung eines Schwellwertes ausgestattet, den Videoimpulse übersteigen müssen, um als Zeichensignal (Schwarzpegel) von einem Hintergrundsignal (Weißpegel) unterschieden zu werden.
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Beispielsweise ist ein Einkanalsystem bekannt, bei dem die Flächen eines bewegten Dokumentes über eine rotierende, geschlitzte Scheibe, durch die Licht auf eine Photo-Vervielfacherröhre fällt, zeitlich abgetastet wird. Der genannte Schwellwert wird für jeden Videoimpuls dadurch automatisch eingestellt, daß der Restpegel einer Kontraströhre entsprechend der größten, bei der Abfühlung vorhergehender Videoimpulse aufgetretenen Amplitude verändert wird.
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Bei einem anderen bekannten Ausführungsbeispiel wird jeder Videoimpuls, der einem von einer zweidimensionalen Anordnung von Photozellen abgetasteten Bildfeld entspricht, verglichen mit dem Mittelwert der Videoimpulse, die von den das abgetastete Bildfeld umgebenden Bereichen stammen. Ein Zeichensignal, also ein Schwarzpegel, wird nur dann geliefert, wenn der von dem abgetasteten Bildfeld erhaltene Videoimpuls diesen Mittelwert übersteigt.
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Die bekannten Anordnungen sind insbesondere hinsichtlich ihres relativ großen Raumbedarfes nicht für handgeführte optische Zeichenerkennungseinrichtungen brauchbar.
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Es ist die der Erfindung zugrundliegende Aufgabe, einen binären Signaldetektor für von einer Zeichenerkennungseinrichtung abgefühlte, analoge Eingangssignale mit automatischer Schwellwerteinstellung anzugeben, bei dem unter Einsatz einer Ladungsverschiebeeinrichtung und der MOSFET-Technologie die Vorteile binärer logischer Schaltungen ausgenutzt, das abgetastete analoge Eingangssignal selbst aber nicht in digitale Form umgewandelt werden muß.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen niedergelegt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
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Fig. 2 die Signalverläufe in den einzelnen Signalwegen der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Fig. 1.
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Das durch die Erfindung gelöste Problem besteht in der Bereitstellung analoger Spannungspegel, die vom Hintergrund und Kontrast eines abgetasteten Dokumentes abhängen. Diese analogen Spannungspegel werden dann dazu benutzt, einen Schwellwert für eine binäre Entscheidung (Schwarz-Weiß) zu treffen. Eine solche Schaltung kann beispielsweise als Schwarz-Weiß-Spitzenfolger verwendet werden, wie er für eine in der deutschen Patentanmeldung P 28 23 679, vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zum optischen Lesen von auf Zeichenträger aufgebrachten Zeichen benötigt wird.
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In der optischen Zeichenerkennung ist es notwendig, sowohl die Minimal- oder Weißpegel als auch die Maximal- oder Schwarzpegel in einem analogen Signalverlauf festzustellen und zu speichern. Dies geschieht im allgemeinen durch den Einsatz komplexer analoger, bipolarer Schaltungen, die in Abhängigkeit von der geforderten Genauigkeit mit konkreten Bauelementen oder in integrierter Form verwirklicht sind. Erfindungsgmäß werden die entsprechenden Operationen unter Verwendung von Ladungsverschiebeeinrichtungen durchgeführt, so daß die Schaltung in integrierter FET-Technologie aufgebaut werden kann. Als Vorteil ergeben sich durch einen derartigen Aufbau neben einer reduzierten Größe auch ein geringerer Leistungsbedarf und geringere Kosten.
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Fig. 1 zeigt die Erfindung in ihrer schaltungsmäßigen Ausführung. Als Ladungsverschiebeeinrichtung kann eine sogenannte Eimerketten- Schaltung (BBD) oder eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD) eingesetzt werden. Die Transistoren T 1 und T 2 bilden die Fortsetzung einer Eimerketten-Schaltung, auf der das getastete Analogsignal vorhanden ist. Über eine Auskoppelstufe in Form eines Source-Folgers T 9 und T 10 wird die Information im Knoten 1 abgegriffen und an einem Knoten N 1 zur Verfügung gestellt. Sobald die analogen Signale die Ladungsverschiebeeinrichtung über T 2 verlassen, können sie einem von drei Signalwegen folgen. Diese Signalwege entsprechen den drei Pegeln, nämlich dem Minimal- oder Weißpegel, dem Maximal- oder Schwarzpegel und einem Zwischen- oder Graupegel. Die Entscheidung, welcher Signalweg jeweils eingeschlagen wird, wird von dem Gate der Transistoren T3, T 5 oder T 7 zugeführten Signal bestimmt. Diese Gatesignale sind für den Signalweg für den Maximal- oder Schwarzpegel mit Φ 1 B, für den Signalweg für den Zwischen- oder Graupegel mit Φ 1 G und für den Signalweg für den Minimal- oder Weißpegel mit Φ 1 W bezeichnet. Abhängig davon, welcher Signalweg gerade aktiv ist, wirken Transistoren T 4, T 6 oder T 8 als Abschluß- oder Aufladeelement für die Ladungsverschiebeeinrichtung. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der betrachteten Schaltung während eines Taktzyklus jeweils nur einer der drei Signalwege aktiviert ist.
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Über eine aus einem Source-Folger T 11, T 12 bestehende Auskoppelstufe wird das auf dem von den Transistoren T 3 und T 4 gebildeten Teil der Ladungsverschiebeeinrichtung vorhandenes Signal abgefühlt. Über einen weiteren Source-Folger T 13, T 14 wird das auf dem von den Transistoren T 7 und T 8 gebildeten Teil der Ladungsverschiebeeinrichtung vorhandene Signal abgefühlt. Diese Source-Folger sind im wesentlichen identisch mit den an den Knoten 1 angeschlossenen Source-Folger T 9, T 10. Aufgrund der aus Tansistoren T 15 und T 16 gebildeten Übertragungstore lassen sich die von den Auskopplungsstufen T 11, T 12; T 13, T 14 abgenommenen Signale in Knoten NB und NW bzw. in den dort angeschlossenen Kondensatoren CB und CW speichern.
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Zunächst sei der Signalweg für den Maximal- oder Schwarzpegel betrachtet. Das Analogsignal VB wird im Vergleicher ACB mit dem Signal im Knoten NI, also der Spannung VI verglichen. Ist die Spannung im Knoten NB geringer als die Spannung im Knoten NI, so erscheint am Vergleicherausgang ein Signal, das die Übertragungstore T 3 und T 15 durchschaltet und somit den Knoten NB auf den neuen Pegel VB auflädt. Ist die Spannung im Knoten NI geringer als die Spannung im Knoten NB, so übernimmt entweder der Signalweg für den Minimal- oder Weißpegel oder der Signalweg für den Zwischen- oder Graupegel die weitere Steuerung. Ist die Spannung im Knoten NI geringer als die Spannung im Knoten NW, so liefert der analoge Vergleicher ACW ein einer logischen "1" entsprechendes Signal Φ 1 W, durch das die Übertragungstore T 7 und T 16 durchgeschaltet werden und das ankommende Signal zum Knoten NW weiterleiten. Sollte das am Knoten 1 ankommende Signal weder höher als die Spannung im Knoten NB noch geringer als die Spannung im Knoten NW sein, so liefern die beiden Vergleicher ACB und ACW über ein NOR-Glied ein Signal Φ 1 G, durch das das ankommende Signal in den Signalweg für den Zwischen- oder Graupegel geleitet und dort ausgelöscht wird. In die Schaltung nach Fig. 1 können zusätzliche logische Kreise eingefügt werden, um sicherzustellen, daß keine eine Verriegelung der Schaltung bewirkende Zustände eintreten können.
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Die Schaltung gemäß Fig. 1 liefert von einem analogen Signal einen neuen Maximalwert und einen neuen Minimalwert und speichert ihn. Die Dauer der Speicherung dieser Informationen hängt von den Zeitkonstanten in den Knoten NB und NW ab. Beim Aufbau der Schaltung werden die Vorteile binärer logischer Schaltungen ausgenutzt, die analogen Signale selbst werden aber nicht in digitale Form umgewandelt. Dadurch es es möglich, die angestrebte Funktion mit einer Schaltung in MOSFET-Technologie in höchster Dichte zu verwirklichen, da sie sich in einfacher Form und mit geringer Verlustleistung aufbauen läßt.
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Eine Ausgestaltung der Schaltung gemäß Fig. 1 kann darin bestehen, daß die Eingänge für V B und V W durch getrennte Spannungsquellen ersetzt werden, deren Spannungen vom ankommenden Signal abhängig sein können oder auch nicht. Auf diese Weise erhält man am Ausgang des Signalweges für den Schwarzpegel ein Signal, das nur den über einem ersten vorbestimmten Schwellwert liegenden Teil des Eingangssignals enthält. Entsprechendes gilt für den Signalweg für den Weißpegel. Das hier gelieferte Signal würde nur den unter einem zweiten, vorbestimmten Schwellwert liegenden Teil des Eingangssignals enthalten. Der Signalweg für den Graupegel umfaßt dann sämtliche Werte zwischen den beiden Schwellwerten. Mit einer derartigen Anordnung kann man unter Verwendung von Ladungsverschiebeeinrichtungen eine Maximal- bzw. Minimalpegelbegrenzung erzielen.
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Fig. 2 zeigt die Ausgangssignale der genannten drei Signalwege für ein repräsentatives Eingangssignal, wenn das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel verwendet wird.