Устройство для репрографирования цветного изображения

Полезная модель относится к средствам репрографирования изображений, а именно, сканерам, которые позволяют сканировать и воспроизводить цветное изображение.
Известно устройство для получения и воспроизведения объемного изображения, описанное в патенте РФ № 2097940, которое содержит передающие камеры, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, канал связи и блок воспроизведения объемного изображения.
Известно также устройство воспроизведения изображения с листа, описанное в патенте РФ J 2128403, которое содержит устройства освещения, сканирующий датчик, датчик угла перемещения листа, умножитель.
Известно также устройство для сканирования цветного изображения, описанное в патенте РФ № 2158486, которое содержит объектив, фотоэлектрический преобразователь, щаговые двигатели, блок управления приводом, схемы управления светодиодами и фотоэлектрическим преобразователем, шина ввода-вывода, блок памяти, процессор, интерфейс, главный компьютер. Этот аналог взят в качестве прототипа.
Однако перечисленные средства не обладают высоким качеством воспроизведения изображения.
Таким образом, задачей, на которую направлена данная полезная модель, является повышение качества обрабатываемого репрографируемого изображения.
Указанная задача решается за счет того, что устройство репрографирования содержит систему освеш,ения, излучающую световой поток на объект сканирования, проекционный объектив, проецирующий отраженный световой поток от объекта, преобразователь спроецированного отраженного светового потока в электрический сигнал, первый вход-выход которого подключен к первому входу-выходу преобразователя электрического сигнала в цифровой сигнал, второй вход-выход которого через щину подключен к первому входу-выходу запоминающего устройства, устройство управления, первый вход-выход которого подключен к второму входу-выходу запоминающего устройства, второй вход-выход устройства управления подключен к второму входувыходу преобразователя электрического сигнала в цифровой сигнал, первый выход устройства управления подключен к соответствующему входу преобразователя спроецированного отраженного светового потока в электрический сигнал, второй выход устройства управления подключен к приводу, третий выход устройства управления подключен к входу системы освещения, первый вход-выход преобразователя интерфейса подключен к третьему входу-выходу устройства управления, второй вход-выход преобразователя интерфейса соединен с входом-выходом компьютера, при этом привод выполнен в виде привода объектива, выход которого соединен с соответствующим входом объектива, преобразователь спроецированного отраженного светового потока в электрический сигнал выполнен в виде матричного прибора с зарядовой связью (матрица CCD), который формирует изображение в виде первой матрицы пикселов, а преобразователь электрического сигнала в цифровой сигнал предназначен для преобразования первой матрицы пикселов.
полученной от матрицы CCD, во вторую матрицу пикселов, четвертый выход устройства управления подютючен к преобразователю электрического сигнала в цифровой сигнал, пятый выход устройства управления подключен к входу запоминающего устройства, четвертый вход-выход устройства управления подключен к третьему входу-выходу преобразователя интерфейса.
В частном варианте выполнения устройство управления содержит устройство контроля данных, генератор синхроимпульсов, генератор сигнала затвора, цифро-аналоговый преобразователь привода объектива, цифро-аналоговый преобразователь системы освещения и распределитель сигнала управления, первый вход-выход устройства контроля данных является первым входом-выходом устройства управления, второй вход-выход устройства контроля данных является вторым входом-выходом устройства управления, вход-выход устройства контроля данных является четвертым входом-выходом устройства управления, вход-выход распределителя сигнала управления является третьим входом-выходом устройства управления, первый выход распределителя сигналов управления подключен к входу генератора синхроимпульсов, второй выход распределителя сигнала управления подключен к входу генератора сигнала затвора, третий выход распределителя сигнала управления подключен к цифро-аналоговому преобразователю привода объектива, четвертый выход распределителя сигнала управления подключен к входу цифро-аналогового преобразователя системы освещения, выход которого является третьим выходом устройства управления, выход цифро-аналогового преобразователя привода объектива является вторым выходом устройства управления, выход генератора сигнала затвора является первым выходом устройства управления, первый выход генератора синхроимпульсов является четвертым выходом устройства
управления, второй выход генератора синхроимпульсов является пятым выходом устройства управления.
В другом частном варианте выполнения первая и вторая матрицы состоят из цветных пикселов, а преобразователь электрического сигнала в цифровой сигнал осуществляет преобразование первой матрицы пикселов во вторую матрицу пикселов, размер которой больше размера первой матрицы.
Еще в одном частном варианте выполнения упомянутое преобразование осуществляется путем добавления пикселов между пикселами первой матрицы, при этом цвет каждого добавляемого пиксела определяется путем сложения номеров двух пикселов, между которыми добавляется пиксел, и деления на 2 полученной суммы.
В другом варианте выполнения первая и вторая матрицы состоят из цветных пикселов, а преобразователь электрического сигнала в цифровой сигнал осуществляет преобразование первой матрицы пикселов во вторую матрицу пикселов, размер которой меньше размера первой матрицы.
Еще в одном частном варианте программное обеспечение компьютера позволяет осуществлять баланс яркости и контрастности изображения сканируемого объекта по заранее заданным цветам.
В другом частном варианте выполнения запоминающее устройство выполнено в виде запоминающего устройства временного хранения.
Еще в одном частном варианте выполнения упомянутая шина состоит из шины адреса и шины данных.
Заявленная полезная модель поясняется следующими чертежами: фиг. 1, на которой показана структурная схема устройства репрографирования; фиг. 2, на которой показана структурная схема устройства управления; фиг. 3, на которой показана структурная схема преобразоj.u / 93сГЯвателя электрического сигнала в цифровой сигнал; фиг. 4, на которой показаны матрица пикселов до преобразования и матрица пикселов после преобразования.
Как видно из чертежа фиг. 1 заявленное устройство содержит систему освещения (8), излучающую световой поток на объект сканирования, проекционный объектив (2), проецирующий отраженный световой поток от объекта (1), преобразователь спроецированного отраженного светового потока в электрический сигнал (3), выполненный в виде матричного прибора с зарядовой связью (матрица CCD), преобразователь электрического сигнала в цифровой сигнал (4) (далее конвертор), запоминающее устройство (5), устройство управления (6), привод объектива (7), преобразователь интерфейса (9) и компьютер (10).
Устройство управления представляет собой разветвитель со встроенными частями контроля и управления и состоит из нескольких раздельных элементов, что позволяет производить управление различными частями системы независимо друг от друга (своего рода параллельное управление).
Устройство управления, как показано на чертеже фиг. 2, состоит из генератора синхроимпульсов (12), генератора сигнала затвора (13), цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) привода объектива (14), ЦАП системы освещения (15), устройства контроля данных (16) и распределителя сигнала управления (17).
Первый вход-выход устройства контроля данных является первым входом-выходом устройства управления 6, второй вход-выход устройства контроля данных 16 является вторым входом-выходом устройства управления 6, вход-выход устройства контроля данных 16 является четвертым входом-выходом устройства управления 6, вход-выход распределителя сигнала управления 17 является третьим входомвыходом устройства управления 6, первый выход распределителя сигналов управления 17 подключен к входу генератора синхроимпульсов 12, второй выход распределителя сигнала управления 17 подключен к входу генератора сигнала затвора 13, третий выход распределителя сигнала управления 17 подключен к цифро-аналоговому преобразователю привода объектива 14, четвертый выход распределителя сигнала управления 17 подключен к входу цифро-аналогового преобразователя системы освещения 15, выход которого является третьим выходом устройства управления 6, выход цифро-аналогового преобразователя привода объектива 14 является вторым выходом устройства управления, выход генератора сигнала затвора 13 является первым выходом устройства управления 6, первый выход генератора синхроимпульсов 12 является четвертым выходом устройства управления 6, второй выход генератора синхроимпульсов 12 является пятым выходом устройства управления 6.
Двухуровневая шина данных несет информацию разделенную по частоте на два канала, ОДРШ из которых канал данных, второй информационный. Информация идущая по каналу данных, представляет действительную ршформацию (команду) для работы непосредственно одного из компонентов, которая сопровождается по информационному каналу информацией об компоненте которому она предназначается.
Распределитель сигнала обрабатывает полученную информацию и пересылает ее непосредственно на нужный компонент системы.
ЦАП системы освещения 15 предназначен для преобразования цифрового сигнала в уровень напряжения, подающегося на сргстему освещения. При этом чем выще напряжение, тем больще освещенность.
ЦАП привода объектива 14 предназначен для преобразования цифрового сигнала в последовательность импульсов необходимой длительностр для управления шаговым двигателем привода объектива.
Генератор сигнала затвора 13 по полученной информации подает импульс определенной длительности на матрицу, для ее активации и формирования изображения.
Генератор синхроимпульсов 12 управляет синхронизацией работы и скоростью конвертора и памяти, т.к. память и конвертор два непосредственно взаимосвязанных устройства то необходимо обеспечить их синхронную работу.
Устройство контроля данных 16 обеспечивает обратную последовательную передачу данных от конвертора и памяти в интерфейс. При необходимости такой передачи (по окончании обработки, формирования изображения) конвертор генерирует сигнал на устройство контроля, которое в свою очередь принимает на себя все действия по работе с памятью и дальнейшей передачи данных.
Конвертор, как показано на чертеже фиг. 3, состоит из графического процессора (18), графического корректора (19), анализатора (20) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (21). Анализатор сигнала своим входом-выходом соединен с первым входом-выходом графического корректора 19, выход которого соединен с графическим процессором 18, первый вход-выход ПЗУ 21 соединен со вторым входомвыходом графического корректора 19, второй вход-выход ПЗУ 21 соединен с первым входом-выходом графического процессора 18.
Принцип действия заявленного устройства основывается на возможности CCD матрицы принимать световое излучение (улавливать степень освещенности) в непрерывном режиме. Соответственно если устройство построить на основе «затвора (одномоментное фиксирование освещенности), то появляется возможность фиксировать неподвижные двухмерные или трехмерные объекты. При использовании матрицы с высокой разрешающей способностью, экономится время, на репрографирование объекта. Выигрыш во времени, необходим при больших объемах работ.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Для удобства применения, устройство работает по шине USB1.1 (наиболее продвинутый, универсальный и быстрый), но в конкретных случаях возможно применение других интерфейсов, таких как USB2.0, SCSI, RS-232, CENTRONICS или IEEE-1394.
Для получения необходимой освеш;енности в устройстве предусмотрена система освещения, которая состоит из трех разнонаправленных светоизлучателей.
Три светоизлучателя необходимы для репрографирования трехмерных объектов (в случае двухмерных объектов, светоизлучателей требуется два).
Контроль освещенности (изменение и измерение освещенности) возможен непосредственно через ЭВМ, а также возможен автоматически - с помощью устройства управления, которое изменяет напряжение питания системы освещения.
Привод объектива 7, управляемый устройством управления 6, изменяет фокусировку и размер объекта репрографии 1 путем изменения фокусного расстояния объектива.
Свет, попадающий на предмет репродукции, отражается и попадает в зеркальный объектив 2 с движущимися линзами.
При помощи объектива 2 освещенность фиксируется матрицей CCD 3, в которой преобразуется в электрический сигнал. Момент срабатывания матрицы определяется пользователем с помощью программного обеспечения, устанавливаемого в компьютере. С компьютера 10 приходит сигнал управления и в устройстве генерируется сигнал управления матрицей, заданной длительности, а в некоторых случаях так же с заданной частотой.
После этого конвертор 4 осуществляет преобразование полученных сигналов в графический формат удобный для чтения и отправляет их через преобразователь интерфейса 9 в компьютер 10 или сохраняет в запоминающем устройстве (ЗУ) 5.
ЗУ 5 необходимо для того, чтобы при высокой скорости работы (2с. на размер 210x297 качество 300dpi, размер изображения примерно 16 Mb) времени на сохранение тратилось как можно меньше, т.к. пропускная способность интерфейса USB1.1 не более l,5Mb/s, а в реальных условиях на -60% меньше.
Через преобразователь интерфейса 9 воспроизведенный объект репродукции поступает в компьютер уже в цифровом виде доступном для чтения и редактирования в большинстве известных программ.
Окончательная обработка происходит при помощи компьютера 10 и программного обеспечения (ПО) 11 для данного устройства.
ПО 11 включает в себя драйвера интерфейса и устройства управления для работы с устройством и саму программу обработки изображений на высоком уровне. Драйвера устройства управления необходимы для нормального функционирования и работы устройства управления, обрабатывающего непосредственно все данные проходящие через него, такие как управление аналоговой и цифровой частями. Драйвер интерфейса осуществляет преобразование данных интерфейса. Для выбора подходящего интерфейса, необходимо только выбрать нужный драйвер интерфейса.
ПО обработки изображений - непосредственно программа работы с пользователем. Именно в ней происходит задание всех параметров, окончательная обработка и соответственно она работает в полной взаимосвязи с драйверами.
заранее заданным цветам черному и белому. Т.е. если в изображении присутствую «белый и «черный цвета, контраст настраивается по черному, путем приведения самого темного оттенка к черному, а яркость по белому, путем увеличения яркости самой светлой точки до белой. В результате такой обработки изображение получается более четким и понятным для восприятия и для распечатки. Вторая функция работает совместно с «конвертором. При переносе, создается не одно изображение, а два. Эти изображения имеют разный размер, измененный оптикой, а в конверторе меньшее изображение увеличивается до размеров большего.
При попадании в компьютер изображения анализируются программой для получения среднего результата. В результате чего получается одно среднее изображение не зависящее от временных параметров изменения яркости.
Третья функция производит «заполнение пустот изображения, по принципу, если суш;ествует три точки имеюш;ие цвета: О, 5, 0; то средняя точка приравнивается к О, т.к. такое разногласие может возникнуть в случае ошибки при обработке и конвертации.
Все вышеперечисленное прекрасно оправдывает себя при работе с высокими разрешениями. При низком качестве (разрешении), может получиться и отрицательный результат, за счет недостатка данных для нормального анализа изображения, а при не кратных изменениях величины, часть точек может выпасть из процесса обработки.
Рассмотрим более подробно функционирование конвертора 4.
Конвертор выполняет функцию преобразователя изображения. Изображение приходит с матрицы в виде последовательности точек (пикселов) собранных друг относительно друга по вертикали и горизонтали, т.е. около одной точки, суш,ествует восемь соседних - сверху, снизу, слева, справа и по углам. Это необходимо для возможности изменения параметров изображения (преобразования) до его передачи и окопчательной обработки.
Далее происходит сам процесс преобразования, который заключается в изменении определенных параметров (т.к. яркость, контрастность, цветовой баланс, насыщенность цветовой гаммы, удаление цвета) заданных пользователем. Также происходит преобразование общего разрешения изображения (в сторону увеличения) изменяемого на основании данных соседних точек, с учетом извлечения среднего результата и окончательная сборка изображения с учетом изменившихся данных.
Для примера разберем матрицу из девяти точек содержащую белый и черный цвета, а также семь оттенков серого. Номера назначаем от светлого к темному, как показано на чертеже фиг. 4.
Средняя точка, относительно которой будет проводиться увеличение имеет цвет номер 7. Соответственно новая точка между 7 и О будет иметь цвет (7+0),5 ; и т.д..
Таким образом, у нас получилось новое изображение с увеличенным разрешением. Благодаря такому преобразованию, изображение получило большее разрешение (качество), а также увеличилась плавность переходов между цветами.
Здесь следует отметить, что конвертор может не только осуществлять преобразование матрицы меньшего размера в матрицу большего размеры, но аналогичным образом осуществлять обратное преобразование - преобразование матрицы большего размера в матрицу меньшего размера.
Также для работы с черно белыми текстами плохого качества предусмотрен режим удаления цвета по заранее заданным параметрам. В этом случае конвертор дополнительно проводит проверку точек на заданный цвет в заданных пределах, с преобразованием их к О (т.е. к  ЗГ
11
лому). Удобно при работе с текстами распечатанными на бумаге цвета отличного от белого, а также пожелтевшей от времени.
/г  12