DE69513385T2

DE69513385T2 - Verfahren und Gerät zur Korrektur der Ausgangssignalen mehreren Photodetektoren

Info

Publication number: DE69513385T2
Application number: DE69513385T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus J. Aerts
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2015-05-25
Also published as: EP0744862A1; TW274672B; EP0744862B1; KR960042261A; JPH09120445A; KR960043745A; DE69513385D1; JP3494807B2; US5798847A; KR100408764B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Ausgangssignale mehrerer fotoempfindlicher Elemente, bei dem eine Bezugsfläche abgetastet wird, um mehrere Ausgangssignale zu erhalten, die der von jedem Fotodetektor gemessenen Lichtintensität entsprechen. Für jedes fotoempfindliche Element wird ein Korrekturwert berechnet, und nachfolgende Ausgangssignale der fotoempfindlichen Elemente werden dann anhand der Korrekturwerte korrigiert. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Korrektur von Ausgangssignalen in Übereinstimmung mit dem Verfahren. Das Verfahren und die Vorrichtung werden vorzugsweise in einem Scanner, besonders bevorzugt in einem Kopiergerät eingesetzt.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Abtastung von Dokumenten erfolgt herkömmlicherweise mit Hilfe einer Vielzahl fotoempfindlicher Elemente, etwa einem Array fotoelektrischer Zellen, z. B. in Form CCDs. Ein Problem besteht bei solchen Arrays darin, daß sie keine gleichförmigen Ausgangssignale liefern. Diese Ungleichförmigkeit wird verursacht durch Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den Zellen, Schwankungen des Dunkelstroms und Änderungen der Beleuchtung sowie der Transmissionseigenschaften des optischen Systems. Um diese Ungleichförmigkeit auszugleichen, müssen die Signale der fotoelektrischen Zellen korrigiert werden. Eine solche Korrektur erfolgt durch abtasten einer gleichförmigen, vorzugsweise weißen Bezugsfläche vor der Abtastung des Dokuments und Berechnung von Korrekturwerten anhand des Ergebnisses dieser Abtastung. Es tritt jedoch ein weiteres Problem auf, da die Bezugsfläche nicht völlig gleichförmig ist, sondern Defekte wie etwa Kratzer oder Staub aufweist. Im Stand der Technik sind verschiedene Berechnungen zur Überwindung dieses Problems vorgeschlagen worden. Zum Beispiel ist vorgeschlagen worden, Werte, die unterhalb eines Schwellenwertes liegen, durch den Mittelwert der gesamten Pixelzeile zu ersetzen oder einfach über mehrere Messungen zu mitteln, um den Einfluß der Staubpartikel zu vermindern. Ein weiterer Ansatz wird in dem Dokument US-A-5 062 144 (entspricht EP-A-0 336 410) beschrieben. Gemäß diesem Dokument ist die Bezugsfläche in Gebiete aufgeteilt, innerhalb derer für jede fotoelektrische Zelle ein Mittelwert über mehrere Messungen berechnet wird. Es wird angenommen, daß die Gebiete größer sind als ein Staubpartikel auf der Oberfläche. Aus diesen gemittelten Werten für jedes Gebiet wird der maximale Intensitätswert für jedes Pixel bestimmt und für die Korrektur verwendet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß nicht nur falsche niedrige Werte durch Staubpartikel verursacht werden können, son dern, daß Kratzer auch zu hohe Intensitätswerte ergeben können. Ein Verfahren, das dieses Problem teilweise in Betracht zieht, wird in US-A-5 347 370 beschrieben. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird in Übereinstimmung mit einem Berechnungsalgorithmus nicht der höchste Wert, sondern beispielsweise der zweithöchste oder dritthöchste Wert genommen. Um eine einfache Vorrichtung mit nur geringem Speicherbedarf zu schaffen, wird zunächst für jeden Block ein solcher Wert bestimmt (als "Medianwert" bezeichnet), und dann wird aus diesen Blockwerten ein globaler "Medianwert" berechnet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für die Bestimmung des "Medianwertes" sämtliche Werte in Betracht zieht, was bedeutet, daß ein ausgedehntes Staubpartikel oder ein ausgedehnter Kratzer die Messung zu stark beeinflussen kann, und daß keine Mittelung erfolgt, um den Einfluß des Rauschens zu vermindern.

Vorliegende Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Korrekturverfahren/-gerät zu schaffen, das die Nachteile der herkömmlichen Verfahren überwindet und selbst dann genaue Resultate liefert, wenn größere Staubpartikel oder Kratzer auf der Bezugsfläche vorhanden sind. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Korrektur von Signalen gemäß diesem Verfahren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst, wie in Ansprüchen 1 und 10 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren / dieser Vorrichtung ist es nicht erforderlich, daß die Bezugsfläche in Blöcke aufgeteilt wird, da Staubpartikel und Kratzer durch die statistische Auswertung außer Betracht gelassen werden. Weiterhin wird eine höhere Genauigkeit erreicht, weil falsche Werte infolge von Staub oder Kratzern oder Rauschen bei der Berechnung des Korrekturwertes außer Betracht bleiben.
Die Erfindung wird nun erläutert werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Abtastvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 die Position des Bezugsstreifens und den Aufbau der Abdeckung im Detail;
Fig. 3 ein Beispiel der vom Detektor über eine Abtastzeile ausgelesenen Signale;
Fig. 4 Sätze von Signalen, wie sie von den fotoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, in einem schematischen Diagramm;
Fig. 5 ein Diagramm zur Illustration einer möglichen statistischen Verteilung der gemessenen Signale für ein fotoempfindliches Element.
In Fig. 1 ist schematisch eine Abtastvorrichtung gezeigt, die Teil eines Kopiergerätes ist, mit einer transparenten Glasplatte 1, auf die ein abzutastendes Dokument durch eine Transporteinrichtung (nicht gezeigt) aufgelegt wird. Die Transporteinrichtung saugt das Dokument auf der Rückseite an und positioniert es in der korrekten Abtastposition in einem geringen Abstand über der transparenten Glasplatte 1. An einem Ende der Platte ist in einer Abdeckung 4 eine Bezugsfläche vorgesehen. Während einer Referenzabtastung wird die Bezugsfläche in einer Hauptabtastrichtung S durch ein schematisch gezeigtes Abtastsystem 5 abgetastet, das eine Lichtquelleneinrichtung und Spiegel aufweist. Die in einer Unterabtastrichtung, vorzugsweise senkrecht zu der Hauptabtastrichtung, abgetastete Bildzeile wird dann durch ein Abbildungssystem 6 auf die fotoelektrische Detektoreinrichtung 7 fokosiert, die die Form eines CCD-Arrays haben kann. Die Signale werden auf herkömmliche Weise durch die Auslese- und Wandlereinrichtung 8 ausgelesen und in digitale Signale konvertiert. Die digitalen Signale werden dann durch eine Signalverarbeitungseinrichtung 9 verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 9 umfaßt eine Einrichtung zur Berechnung eines Korrekturwertes für jedes Pixel und zur Ausführung der Korrektur während des Abtastbetriebs. Eine solche Einrichtung kann Einrichtungen zum Mitteln der von dem CCD-Array ausgegebenen Signale, Einrichtungen zur Bestimmung der statistischen Verteilung, Einrichtungen zur Berechnung eines Korrekturwertes auf der Grundlage der Auswertung der statistischen Verteilung und eine Speichereinrichtung zur Speicherung der für die Auswertung benötigten Daten und für die Speicherung der berechneten Korrekturwerte umfassen. Die Referenzabtastung wird vorzugsweise jedesmal beim Einschalten der Vorrichtung ausgeführt.
Die Bezugsfläche wird nun anhand der Fig. 2 näher beschrieben werden. Die Bezugsfläche hat vorzugsweise die Form eines Streifens 2, der in einer Abdeckung 4 angeordnet ist. Damit für die Bezugsfläche annähernd dieselben Bedingungen wie für das abzutastende Dokument geschaffen werden, ist der Bezugsstreifen 2 nicht an der transparenten Platte 1 befestigt, sondern lose auf die Platte aufgelegt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Stützplatte 4, z. B. eine Metallplatte, in einen Endbereich 3 der transparenten Platte 1 eingelassen. Wenn ein abzutastendes Dokument über die transparente Platte transportiert wird, ist es wichtig, daß keine scharfen Kanten vorhanden sind, die das Dokument beschädigen könnten. Deshalb ist die Stützplatte 4 in die transparente Platte eingelassen und so geformt, daß keine scharfen Kanten gebildet werden. Weiterhin ist der Biegewinkel der Platte von Bedeutung, eine zu scharfe Biegung könnte das über die Glasplatte transportierte Originaldokument beschädigen. Der Bezugsstreifen 2 wird beispielsweise durch ein Blatt aus weißem Material gebildet, daß als ein Weiß-Standard geeignet ist; solche Materialien sind im Stand der Technik wohlbekannt. Auf beiden Seiten des Blattes 10 kann Kleber vorhanden sein, zum Ankleben der Stützplatte 4 an die transparente Platte 1. Das Blatt 2 ist dann zwischen den Klebestellen lose unter der Stützplatte 4 positioniert. Selbstverständlich kann das Blatt 2 auch an die Stützplatte angeklebt sein oder als eine Beschichtung auf der Stützplatte ausgebildet sein. Um zu verhindern, daß Streulicht an der Stützplatte reflektiert wird und wieder in das optische System eintritt, kann die Platte schwarz beschichtet sein.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für Signale, die während einer einzigen Abtastung vom Detektorarray ausgelesen werden. Wie in der Zeichnung zu erkennen ist, unterliegen die Signalwerte für die verschiedenen fotoempfindlichen Elemente beträchtlichen Schwankungen über die kleinen Schwankungen hinaus, die durch Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den einzelnen fotoempfindlichen Elementen sowie durch Rauschen bedingt sind.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für Sätze von Ausgangssignalen des Detektorarrays. Die drei verschiedenen Kurven geben schematisch an, wie die abgetasteten Zeilen sich in den Ausgangssignalen unterscheiden können. Wenn beispielsweise ein Staubpartikel auf der Bezugsfläche vorhanden ist, tritt je nach Breite des Staubpartikels eine Einsenkung für eines oder mehrere der Detektorelemente auf. Wenn das Staubpartikel groß im Vergleich zu der Größe der Detektorelemente ist, tritt die Einsenkung in dem Ausgangsignal auch für mehrere abgetastete Zeilen auf. Wenn dagegen ein Kratzer auf der Bezugsfläche vorhanden ist, erhält man ein Ausgangssignal, das höher ist als das normale Signal für eine weiße Oberfläche. Weiterhin unterliegt auch die Beleuchtungseinrichtung, etwa Halogenlampen, Änderungen in der Lichtintensität, die korrigiert werden müssen. Außerdem werden die gemessenen Signale auch durch das optische System, Streulicht und Reflexionen in der transparenten Platte sowie elektronisches Rauschen und Dunkelströme beeinflußt. Um den Einfluß der Dunkelströme zu eliminieren, ist vorzugsweise ein Teil des Arrays durch eine opake Platte abgedeckt, und die Signale aus diesem Teil werden als ein Maß für den Dunkelstrom genommen.
Da die vorliegende Erfindung die statistische Verteilung für die Auswertung benutzt, ist es nicht erforderlich, die Oberfläche wie beim Stand der Technik in Blöcke aufzuteilen. Die Oberfläche kann entweder kontinuierlich oder schrittweise abgetastet werden. Im letzteren Fall wird derselbe Teil der Oberfläche mehrmals gemessen, und danach wird das Abtastsystem zu einem anderen Teil bewegt, der dann ebenfalls mehrmals gemessen wird. Diese Prozedur wird für die gesamte Bezugsfläche wiederholt.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die statistische Verteilung mehrerer Ausgangssignale für ein einzelnes Detektorelement. In dem Diagramm in Fig. 5 sind nur Signalwerte zwischen 70 und 100 gezeigt. Der tatsächliche Meßbereich erstreckt sich vorzugsweise von 0 bis 255, wobei 0 ideales Weiß und 255 ideales Schwarz repräsentieren. Ein großes Staubpartikel wird beispielsweise zu einem vielfachen Auftreten einer sehr niedrigen Intensität führen, wie rechts in dem Diagramm in Fig. 5 zu sehen ist. Bei diesem Beispiel ist zu sehen, daß mindestens drei verschiedene Staubpartikel die Messung beeinflußt haben: das Erste führte zu Werten um 90-91, das Zweite um 95 und das Dritte um 97. Andererseits führt ein Kratzer zu einer Anzahl von Ereignissen mit einer hohen Intensität, wie links in dem Diagramm um die Werte 77-78 herum zu sehen ist. Indem auf diese Weise die Vielzahl von Ausgangssignalen für jedes Detektorelement ausgewertet wird, können Störsignale infolge von beispielsweise Staub und Kratzern wirksam eliminiert werden. Dies geschieht durch Vernachlässigung von Signalen, die zu hoch oder zu niedrig sind, bei der Berechnung des Korrekturwertes für das betreffende Detektorelement. Weiterhin können durch Berechnungen eines Mittelwertes für alle relevanten Signale Fehler, beispielsweise infolge von Rauschen wirksam vermindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine solche Auswertung auf die fol gende Weise:
(a) bestimme die statistische Verteilung der Ausgangssignale für jedes Detektorelement;
(b) bestimme für ein spezielles Element den Signalwert (= Maximalwert), der die höchste Auftrittszahl hat (im Beispiel von Fig. 5 wäre dies der Wert M);
(c) bestimme - in Übereinstimmung mit spezifizierten Daten für eine spezielle Anwendung - einen Bereich (A) um den Maximalwert herum, innerhalb dessen die Signalwerte in Betracht gezogen werden sollen (in Fig. 5 entspricht der Bereich (A) den Werten A1 ... An);
(d) berechne einen Mittelwert aus den so ausgewählten Werten;
(e) bestimme den berechneten Mittelwert als den Korrekturwert für das spezielle Detektorelement, der bei der Korrektur der Ausgangssignale von diesem Element zu verwenden ist;
(f) wiederhole die Schritte (b) bis (e) für jedes Detektorelement;
(g) speichere Korrekturwerte zur Verwendung während des Abtastbetriebs.
Die oben genannten Verfahrensschritte sind vorzugsweise so implementiert, daß sie durch die Signalverarbeitungseinrichtung (9) ausgeführt werden.
In einer anderen Ausführungform der vorliegenden Erfindung können die Ausgangssignale über mehrere abgetastete Zeilen gemittelt werden, um mehrere gemittelte Signale für jedes Detektorelement zu erhalten. Die gemittelten Abtastzeilen können entweder von derselben Bildzeile - die dann mehrmals abgetastet wird - oder von mehreren benachbarten Bildzeilen genommen werden. Die Auswertung der statistischen Verteilung erfolgt dann auf der Grundlage der gemittelten Signale. Dies hat den Vorteil, daß das Rauschen verringert wird, bevor die statistische Auswertung durchgeführt wird, und somit die Möglichkeit verbessert wird, Signa le aufgrund von Staub und Kratzern auszuschließen.
Der um den Maximalwert herum ausgewählte Bereich ist so bestimmt, daß so viele wie möglich der relevanten Signalwerte in Betracht gezogen werden. Vorzugsweise sollten 50%, noch besser 70-80% aller Werte innerhalb des festgelegten Bereichs liegen. Die Größe des Bereiches kann durch herkömmliche statistische Analyse bestimmt werden, beispielsweise auf der Grundlage der Standardabweichung. Vorzugsweise basiert die Größe des Bereiches auf einer vorgegebenen typischen Standardabweichung, die bei der Herstellung berechnet wird. In der Praxis erhält man gute Resultate mit einem Bereich, der als das Zwei- bis Fünffache der Standardabweichung, vorzugsweise das Vierfache der Standardabweichung definiert ist.
Obgleich in Fig. 5 der Bereich A so gezeigt ist, daß er symmetrisch um den Maximalwert M liegt, könnte dieser Bereich je nach den Umständen auch unsymmetrisch bestimmt sein. Ein anderer Weg zur Bestimmung des Bereiches besteht darin, bei dem Maximalwert (M) zu beginnen, und dann die Anzahl von als relevant angesehenen Werten auf beiden Seiten des Maximalwertes zu erhöhen, bis eine zufriedenstellende Anzahl von Werten einbezogen worden ist. Diese Erhöhung kann symmetrisch um den Maximalwert (M) herum vorgenommen werden oder, wenn dies bevorzugt ist, unsymmetrisch, so daß beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Signalwerten auf jeder Seite des Maximalwertes in Betracht gezogen wird.

Claims

1. Verfahren zur Korrektur der Ausgangssignale mehrerer fotoempfindlicher Elemente (7), mit:

(a) Abtasten einer Bezugsfläche (2), um mehrere Ausgangssignale zu enthalten, die der gemessenen Lichtintensität für jedes fotoempfindliche Element in mehreren Abtastpositionen entsprechen;

(b) einem Verarbeitungsschritt (9) zur Berechnung eines Korrekturwertes für jedes fotoempfindliche Element und zur Korrektur der von den fotoempfindlichen Elementen (7) ausgegebenen Daten auf der Grundlage dieser Korrekturwerte;

dadurch gekennzeichnet, daß

(c) der Korrekturwert durch Auswertung der statistischen Verteilung der mehreren Ausgangssignale für das betreffende Element bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Korrekturwertes die Bestimmung eines Signalwertes (M) einschließt, der die größte Auftrittsanzahl hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich (A) relevanter Signalwerte um den Wert (M) herum bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus den innerhalb des bestimmten Bereiches (A) liegenden Signalwerten ein Mittelwert berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (A) einem Bereich um den Wert (M) herum zwischen dem Zwei- und Fünffachen, vorzugsweise dem Vierfachen der Standardabweichung für eine vorgegebene statistische Verteilung entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (A) bestimmt wird, indem ein Bereich um den Wert (M) herum vergrö ßert wird, bis eine gewünschte Anzahl von Werten in diesem Bereich enthalten ist.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Ausgangssignale für jedes Detektorelement gemittelt werden, um mehrere gemittelte Signale für jedes Element zu bilden, und daß die Auswertung der statistischen Verteilung an den gemittelten Signalen vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Bezugsfläche kontinuierlich abgetastet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Bezugsfläche schrittweise abgetastet wird.

10. Vorrichtung zur Korrektur von Aussgangssignalen mehrerer fotoempfindlicher Elemente (7), mit:

- einer Bezugsfläche (2);

- mehreren fotoempfindlichen Elementen (7);

- einer Einrichtung (5) zur Abtastung der Bezugsfläche (2), zur Bildung mehrerer Ausgangssignale, die der von jedem fotoempfindlichem Element (7) an mehreren Abtastpositionen gemessenen Lichtintensität entsprechen:

- einer Verarbeitungseinrichtung (9) zur Berechnung eines Korrekturwertes für jedes fotoempfindliches Element;

- einer Einrichtung zur Korrektur der Ausgabedaten der fotoempfindlichen Elemente auf der Grundlage der Korrekturwerte,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (9) weiterhin aufweist;

- eine Einrichtung zur Bestimmung des Korrekturwertes durch Auswer tung der statistischen Verteilung der mehreren Signale für das betreffende Element.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9) zur Bestimmung der Korrekturwerte eine Einrichtung zur Bestimmung eines Wertes (M) aufweist, der die größte Auftrittsanzahl hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Bestimmung eines Bereiches (A) relevanter Werte um den Wert (M) herum.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Berechnung eines Mittelwertes aus den Signalwerten, die innerhalb des bestimmten Bereiches (A) liegen.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (A) als ein Bereich um den Wert (M) herum von zwischen dem Zweiten- und Fünffachen, vorzugsweise dem Vierfachen der Standardabweichung für eine vorgegebene statistische Verteilung bestimmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (A) bestimmt wird, indem ein Bereich um den Wert (M) hemm vergrößert wird, bis eine gewünschte Anzahl von Werten in diesem Bereich enthalten ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Mittelung mehrerer der Ausgangssignale zur Bildung mehrerer gemittelter Signale, wobei die Auswertung der statistischen Verteilung an diesen gemittelten Signalen erfolgt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der die Abtasteinrichtung (5) die Bezugsfläche kontinuierlich abtastet.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der die Abtasteinrichtung (5) die Bezugsfläche schrittweise abtastet.