专利名称：：多功能高分辨率图象输入机的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种图象输入设备，即通过对图象的扫描将图面分解成象素，并产生代表相应图象电信号的设备。作为计算机的输入设备，可以应用于计算机图文编辑制版系统、办公自动化及图象处理等领域。图象输入机的主要功能是完成各种黑白及色调图象的扫描、数字化处理。主要结构包括由光源、光学镜头、CCD(电荷耦合器件)图象传感器、A/D(模/数)转换器等组成的光路系统和光电转换系统用于拾取图象信息完成主扫描;由步进电机及其驱动电路、机械传动装置组成的原稿输送装置实现付扫描;由微处理器(CPU)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，直接数据传送(DMA)控制器，接口电路，定时电路，控制电路等组成的微机控制系统协调设备各部分工作，将图象信息转变成计算机可以识别处理的数据信息。对比文件1CN85101419“图象阅读器”给出了这类设备的主要构成部件。对比文件2所述的“图文扫描器”采用8085微处理器，程序容量(ROM)为8K字节，分辨率不低于10点/毫米。本发明的目的在于，从高精度的印刷排版的需要出发，实现多功能高分辨率，更确切地说包括1)采用4096位线阵CCD器件及特殊的光路系统和原稿输送装置，实现20点/毫米的高分辨率指标。2)在图象输入机与计算机、打印机互连成网时，采用软件与硬件相结合的接口复用技术，在计算机通用打印机并行接口的硬件环境下实现图象输入机向计算机输入图象信息的联机方式;计算机直接驱动打印机的接口转接方式;图象输入机直接驱动打印机的直接驱动方式。3)实现图象输入过程的无级缩放功能，即主扫描密度和付扫描密度可同时在4-24线/毫米范围内无级转换。而现有的图象输入机一般固定几档甚至一档扫描密度。附图1、图象输入机工作原理方框图附图2、抽屉原稿拖板结构示意图附图3、计算机、图象输入机、打印机配置图附图4、接口电路电原理图附图5、时序波形图附图6、时序控制器原理图下面结合附图，详细说明本发明目的的实现方法及实现技术。参见附图1，灯驱动电源3将灯源2点亮，图象原稿1上的图象通过镜头4进入由CCD驱动电路6驱动的CCD线阵光耦合器件5中，实现对图象的主扫描。CCD器件5输出与主扫描线上图象明暗对应的电信号，经CCD电路7放大并自动跟踪调整在最佳工作状态。对于色调图象，A/D转换器8将一个象素的图象模拟信号转换成一个4位二进制数，两个象素的两个4位二进制数拼成一个字节送入输入接口10中，因而色调图象有16级灰度能力;对于黑白图象，A/D转换器8将一个象素的图象信号转换成一位二进制数，串行的图象二值信号经串/并转换电路9转换成8位并行二进制数送入接口10中。DMA控制器12接收来自时序控制器11的RDY信号，准备执行DMA操作，在DMAY信号有效的条件下，DMA控制器12向CPU15发出总线请求信号，CPU15释放总线控制权，DMA12执行直接传送操作将输入接口10中的8位数字信息送入RAM14所开辟的图象缓存区中。CPU15控制并检测接口状态，将RAM14图象缓存区中的信息通过总线13经接口电路17送入计算机(CT1)或打印机(CZ0)，ROM16存放微机系统控制程序，本发明实施例中容量为2K字节，另开辟2K字节空间作程序扩充。4MHz时钟20经2分频后作为微机系统的时钟。并行接口PIO22A口监视面板按键电路23，操作者操作面板按键，由PIOA向CPU15发出中断请求，进入中断服务程序后，根据从PIOA口送入的键码转到相应的处理子程序。PIO22B口与接口电路17配合作为与计算机接口中断工作方式的中断源。位置检测器24检测原稿输送装置中的抽屉位置，由抽屉位置检测杆，光电开关及其控制电路组成。CPU15通过控制接口18产生一系列控制信号，如控制灯源2点亮的DK信号，控制图象浓淡类型的N/D信号，控制可编程分频器19的ZK信号，控制时序控制器11的SR，TG信号及控制DMA12将图象信息分别按奇、偶扫描线存入RAM14奇偶缓存区的P/E信号。10MHz时钟21为可编程分频器19提供高频信号源fφ及生成CCD驱动电路6的驱动信号频率fc以确保恒定的CCD扫描速度。时序控制电路11在CPU及控制软件的配合下，产生时序控制波形，协调整机的输入、输出、主扫描与付扫描的工作。由集成电路可编程定时器CTC25在控制软件作用下，生成恒定的CTCa波形参见附图5，经附图6所示的2分频电路分频，同时，控制软件通过控制接口18产生的TG脉冲对分频器置零，从而得到时序波形ΦT，本发明实施例中ΦT高电平有效持续时间为tG，即为发送主扫描CCD驱动脉冲信号fc的同步信号时间。由CTC定时器25向CPU15发出付扫描中断请求，经付扫描驱动电路26，步进电机27拖动装有图象原稿的抽屉移动一个步当量，实现对图象的付扫描。本发明中，CCD每扫描一次拾取的图象信号只有当DMAY(DMA允许工作)信号有效时，才执行DMA操作，换句话说，当DMAY无效时，CCD的扫描仅是维持其扫描周期的空操作。此时付扫描驱动信号被封，步进电机不动作，而DMAY信号是否有效，取决于图象向计算机传送的状态OUT，当一条扫描线的图象信号传送完毕时，OUT状态为“0”，在附图5中CTCa前脉冲到来时刻，CPU经控制接口18送出SR脉冲，将附图6中JC2b触发器置零，JC2a触发器D端为高电位，在时序波形ΦT作用下，DMAY有效为“1”电平，触发器JC2b又被置成零。当处于向计算机传送图象状态时，OUT状态为“1”，CPU15将不发送SR脉冲，DMAY将不会有效(DMAY＝0)，从而出现一次CCD空操作，大多数情况下，在tG(ΦT周期)时间内，CPU也能向计算机传送完一条扫描线的图象信号，尤其在窗口输入情况下。只有当传送整行扫描线，且扫描密度取得很大或者处于联机状态的计算机需暂停图象输入操作时，会发生CCD空操作，允许CCD空操作或者说间断式地付扫描为实现本发明的交互式图象传送技术创造了基础条件。本发明的目的之一是实现20点/mm的高分辨率指标，为此采取了如下技术措施(1)采用4096位CCD线阵器件，进行高分辨率图象拾取，采用高照度的莹光灯源以提高CCD输出信号幅度，提高信噪比;(2)采用了在同样精度等级下分辨率较短焦镜头(广角镜)高的中焦镜头，并能兼顾中间与两端，使在整个A4幅面宽度范围内具有同等分辨率;(3)但采用上述二项技术措施后，由于莹光灯体积大、中焦镜头光路长、共轭距离大，因而决定了高分辨率CCD图象拾取光学系统必须占据较大的几何空间，如果采用普通的由光学系统移动的扫描方式，必然导致较大的整机体积，故本发明采用了光学系统固定，原稿平面移动的抽屉原稿输送方式。参见图2，图中31为抽屉，将图象原稿面朝下置于抽屉31内，启动联机后，莹光灯38点亮，图象经过反光镜35、37及中焦镜头40在CCD电路板41上的CCD器件上成象，由CCD器件从左至右逐点(象素)拾取一条扫描线，并按顺序转换成与图象明暗对应的电信号，完成对图象的主扫描及光电转换。步进电机36通过同步带34拖动抽屉移动一个扫描线间距即步当量△，即实现逐线顺序拾取图象的付扫描，当抽屉沿A向水平移动时，位置检测杆32按顺时针方向拨动，光电开关33输出一种状态信号。当抽屉沿A′向水平移动至复位位置时，位置检测杆32在自重作用下呈垂直状态(如图示)光电开关33输出另一种状态信号，由控制电路对抽屉位置作出逻辑判别及控制，如保证扫描起点的精度，复位时进入机体以及控制抽屉行程等。本发明的目的之二是实现与计算机、打印机互连成网时的接口复用，即不用拔插电缆增加专用接口硬卡，图象输入机与打印机共用计算机的通用并行打印机接口。参见附图3，200为IBM-PC/XT及其兼容机，其通用并行打印机接口通过25芯插头座电缆线接至图象输入机100的计算机接口CT1上，图象输入机100的打印机接口CZO通过25芯插头座电缆接至打印机300上。上述固定配置，在图象输入机接口电路及软件支持下，可实现图象输入机向计算机输入图象信号的联机方式;图象输入机直接驱动打印机复制图象又不影响计算机当前工作的直接驱动方式和计算机驱动打印机的接口转接方式。接口复用的实现参见附图4。附图4所示为图象输入机的接口电路原理图，集成电路JC1、JC3、JC4为三态输出八缓冲器74LS244，JC5、JC7为8D触发器74LS273，JC2，JC7为与非门74LS00，JC6为与非门LS01。1)联机方式图象输入机将接口方式控制字62H(01100010)通过数据总线DB送入接口控制寄存器JC7中(CTRL1为选通信号)，其输出状态使与非门2d、8a、8b、2a、2b、6a、6c开门，JC3端脚1(1G)为高电位，低位数据端无效，JC1的端脚1、19(1G、2G)为低电位，有效。计算机接口CT1端脚1上的信号通过与非门8a、8b转送到图象输入机PIOB的选通信号端BSTB，计算机接口CT1的并行数据端脚2-9通过JC1接到图象输入机PIOB的8位数据口上。由此通道计算机向图象输入机传送命令、图象输入机BRDY信号通过与非门2d、6a转接到计算机接口端脚11(BUSY)端，计算机接口端脚14、16的状态与联机方式无关。由IBM-PC/XT打印机并行接口的硬件手册可知，端脚10(ACK)、11(BUSY)、12(PEND)、13(SELECT)、15(ERROR)的状态可以被计算机访问，本发明正是利用了这5个端脚实现图象信息输入计算机的，计算机用“IN”指令从计算机的一个输入/输出(I/O)端口读取这5个端子的状态，其地址可在计算机I/O端口映射表中查到，计算机通过反映接口状态的联络信号11(BUSY)端脚，将已准备好的图象输入机输入接口的数据接收进来，和将命令传送到图象输入机中。计算机通过CT1端脚1发送选通信号，图象输入机PIOB的BSTB接收该选通信号后，通过其BRDY端，将接口正忙的信息转送到计算机BUSY端，同时向图象输入机的CPU请求中断服务，CPU响应中断，进入中断服务程序。代表图象信息的二字节数由DB总线送至接口寄存器JC5(OUT1为JC5选通信号)计算机先将CT1的17端脚置“0”，通过与非门2b、2a，将高位字节的图象数据(D4-D7)由JC4输送到CT1端脚15、13、12、10。计算机接收后再将CT1的17端脚置“1”，通过与非门2b将低位字节的图象数据(D0-D3)由JC4输送到CT1端脚15、13、12、10。计算机合并两次接收结果为一个完整的8位二进制数。因而图象输入机的计算机接口是一个准8位的并行数据接口，计算机取走JC5中的数据后，再通过CT1端脚1向图象输入机PIOB的BSTB发出选通信号、并重复上述过程。计算机通过CT1端脚2-9向图象输入机PIOB数据端发送命令控制字，其内容见下表控制字命令00H计算机从接口电路读取数据01H送起点地址到地址指针内03H结束图象输入02H行扫描线传送完毕，进入线传送同步处理04H传送参数</table></tables>在命令控制字的作用下，不仅可完成图象信息的输入，而且为计算机与图象输入机间的对话提供了条件，图象信息按对话方式送入计算机，允许计算机随机地输入图象，可以任意暂停、中断图象输入操作。由于图象输入机对计算机已完全透明，图象输入机的工作状态、各种参数设置，不仅可通过操作输入机按键也可由计算机程序自动设置。如图象输入机的窗口输入功能就是通过计算机读取图象输入机的扫描密度参数和窗口座标一起计算出读取起点地址并送到输入机的相应指针或变量中控制图象输入机只输出窗口内的图象。2)转接方式图象输入机将接口方式控制字01H(00000001)通过数据总线DB送入接口控制寄存器JC7(CTRL1选通)，其输出状态使与非门2c、8d、6a、6b开门，JC1端脚1、19为“0”电位有效，与非门2a、2b被封，JC4端脚1、19为“1”无效关断，JC3端脚1为“0”，低位数据端有效。计算机接口CT1端脚1的状态经与非门2c，6b转接到打印机接口CZO端脚1上，CT1端脚2-9的状态经JC1转接到打印机接口CZO端脚2-9上。CT1端脚10、12、13、15的状态经JC3转接到CZO10、12、13、15上。CT1端脚16、14与CZO端脚16、14直接短接，CZO端脚11的状态通过与非门8d、6a转接到CT1端脚11上，CT1端脚17的状态通过JC3转接到CZO端脚17上，由上述分析可知，在接口转接状态下，计算机接口CT1与打印机接口CZO的端脚均对应“接通”。3)驱动打印方式图象输入机将接口控制字D4H(11010100)通过数据总线DB送入接口控制寄存器JC7(CTRL1选通)，其输出状态使与非门6b、6d、8c开门，JC3端脚1为“1”低位数据端无效。JC1端脚1、19为“1”，JC1关断，JC4端脚1、19为″1-也关断，图象输入机PIOB被程序置成位控输出状态，因JC1关闭，PIOB8位图象数据直接送到CZO端脚2-9，计算机与图象输入机脱开，JC7输出端Q7的“1”状态经与非门8c、6b转接到CZO端脚1上向打印机发送驱动选通信号。打印机由端脚11(BUSY)经与非门6d向图象输入机PIOA的位6(PA6)送打印机忙信号，使PIOA处于位控输入状态。图象输入机设置接口方式控制字，通过接口控制寄存器JC7，控制一组逻辑电路的开门和关门，使在各个接口状态下，分别连通应通的信号，传递有用信号状态和关断不应连通的信号，断开无用信号状态，保证了各自的正常工作并互不影响。本发明的目的之三是实现图象输入过程的无级缩放功能，即主、付扫描密度可同时(同倍)在4-24线/mm范围内的无级转换。从理论上说采用纯光学方法和软件方法可以实现这种功能，本发明开辟了另一种新的软件与硬件相结合的转换方法。CCD器件输出的图象信号幅度与CCD的扫描周期有关，为保持稳定的CCD器件输出信号幅度，主扫描速度必须恒定，如附图1中的fc，因此主扫描密度在4-24线mm范围内的无级转换显然不能通过改变主扫描的速度获得。本发明采用了改变A/D转换器取样频率(参见附图1的RDY信号)获得任意主扫描密度的方法。其实现方法是设置一个可编程分频器(附图1中的19)，设分频器的时钟频率为fΦ，图象的象素密度为P，主扫描密度为n，CCD器件驱动时钟为fc(本发明实施例中，fΦ＝10MHz，P＝20点/mm，n为4-24线/mm，fc＝166.66KHz)可编程分频器按分频数Kq分频后的脉冲频率fq，作为主扫描A/D变换器的原始取样频率，可编程分频器的分频数Kq可按下式确定Kq=(p·fΦ)/(n·fc)当P、fΦ、fc确定后，kq只和n有关(如将本发明实施例的数据代入，可得Kq＝1200/n)因而操作者可选择任意n值，图象输入机按公式计算出Kq，以取得相应的fq，在时序控制器(参见附图1的11)中，将fc与fq均置于时序波形ΦT的控制下，以保证每条扫描线图象信号的拾取均从图象左端X0座标位置开始，即CCD输出一行扫描线的起始时刻与一行扫描线的第一个取样脉冲保持同步的时间关系。当ΦT有效时，fc、fq同时打开，ΦT无效时，fcfq同时关闭。fq经时序控制器同步处理后的RDY信号，即为事实上的A/D转换器取样脉冲信号，Kq越大，fq频率越低，主扫描密度也低，反之Kq越小，fq频率越高，主扫描密度也高。付扫描密度的无级转换是这样实现的由于采用了间断式的付扫描方式，不可能用连续的脉冲信号驱动付扫描，只能按扫描线间距逐线移动。又由于步进电机每步转动的角度是一定的，经传动机构拖动抽屉移动一步的距离即步当量△也是一定的，因而实现付扫描密度的无级转换如果依靠常规的控制步进电机的驱动脉冲个数来控制抽屉移动的步数而得到不同的扫描线间距是不可能的。因为在4-24线/mm扫描密度范围内扫描线间距不可能总是步当量的整数倍。前文所述，在时序波形ΦT有效期tG时间内，CCD完成一条扫描线图象信号的拾取。本发明将受ΦT控制的fc(参见附图1中的CTCc)作为一个可编程计数器(参见附图1中的CTC定时器25)的计数脉冲，在tG时间内每当该可编程计数器(CTC)计满预置的数即驱动付扫描电机使抽屉移动一个步当量，直至ΦT无效tG结束，计数器预置的数可以由人工设置，从而在ΦT有效期内也控制了拖动抽屉移动的步当量数。计数器预置的数越大，抽屉每步移动的时间间隔越长，反映付扫描密度越小，反之则越大。本发明就是利用了这个原理实现付扫描密度的无级转换的。设付扫描可编程计数器预置数为Kb，可导出Kb＝fc·tG·△·n当fc、tG、△确定后(本发明实施例中fc＝166.66KHz，tG＝24ms，△＝0.025mm)则Kb仅与n有关，(Kb＝100·n)。实施中，可编程计数器为CTC定时器，由程序置成16位减法计数器，CPU根据所需要的扫描密度n计算出Kb，并预置到减法计数器中，在ΦT有效期tG时间内，在计数脉冲CTCc(经时序控制器同步处理后的fc)作用下，每当计数器减到零时，CTC定时器向CPU发出一个中断请求，同时自动将Kb再置入计数器中，CPU执行付扫描中断服务程序，向步进电机送一个驱动脉冲，抽屉移动一个步当量△，以上过程重复进行到ΦT无效。在下一个ΦT有效期内再重复进行上述动作，完成另一行扫描线的拾取。由上述分析可知，每行扫描线的移动误差将不超过一个步当量。每线移动的不足部分即小数点部分将记忆在计数器中，在下一条扫描线移动时会自然计算进去，不会丢掉，每次抽屉移动停止可能丢掉的数据量最多占fc频率的一个周期，所带来的付扫描相对误差很小为1/(Kb)，可以忽略不计。图象输入机应用于印刷行业，在计算机图文编辑、排版系统中作计算机的外部设备，输入图象在计算机中经过处理与键盘输入的文字、表格等一起编辑，解决了插图问题。在办公自动化领域中，图象输入机可将重要的图象资料输入计算机压缩存储，便于随时查询、调用，本发明所采用的一些技术措施在图象处理，模式识别、计算机辅助设计(CAD)等领域也有用途。权利要求1.一种高分辨率图象输入机，至少包括完成图象主扫描和光电转换、数字化处理的光源、CCD线阵光耦合器件及其驱动电路、光学系统、A/D转换器和串/并变换器；完成图象付扫描的步进电机及其驱动电路和机械传动装置；协调整机的输入、输出、主扫描、付扫描的CPU、时钟电路、RAM、ROM、DMA、P1O、面板按键电路和时序控制电路；完成与计算机或打印机接口的接口电路，其特征在于1)光学系统固定不动，图象原稿置于抽屉内的抽屉平面移动扫描方式，2)在计算机通用并行打印机接口上，通过采用接口复用技术设计的图象输入机接口电路并由软件控制图象输入机与计算机的联机方式，图象输入机直接驱动打印机的直接驱动打印方式和计算机驱动打印机的接口转接方式，3)主、付扫描的同倍无级缩放、转换，即固定主扫描CCD线阵光耦合器驱动时钟频率fc，有可编程分频器，按kq值分频后的脉冲频率fq为图象信号A/D转换器的取样脉冲频率的主扫描密度转换和通过可编程计数器按kb值计数，每扫描线驱动抽屉移动的步当量数的付扫描密度转换。2.根据权利要求1所述的高分辨率图象输入机，其特征在于采用接口复用技术设计的接口电路有接口控制寄存器，由CPU通过数据总线送接口方式控制字，接口控制寄存器的输出状态控制一组逻辑电路，通过传递有用信号状态和断开无用信号状态实现计算机、图象输入机、打印机的联机方式、直接驱动打印方式和接口转接方式。3.根据权利要求1所述的高分辩率图象输入机，其特征在于所述的计算机与图象输入机为联机方式时，8位图象信息是通过计算机通用并行打印机接口的10(ACK)、12(PEND)、13(SELECT)、15(ERROR)端输入计算机，11(BUSY)作为反映接口状态的联络信号。4.根据权利要求1所述的高分辩率图象输入机，其特征在于所述的可编程分频器，其分频数Kq与主扫描密度n的关系为Kq=(p·fΦ)/(fc·n);所述的可编程计数器，其计数值Kb与付扫描密度n的关系为kb＝fc·tG·△·n，当象素密度P(点/mm)，可编程分频器时钟fφ(Hz)，CCD线阵光耦合器驱动时钟及可编程计数器时钟fΦ(Hz)，CCD线阵光耦合器主扫描周期tG(ms)和步当量△(mm)确定后，主、付扫描密度n仅与Kg、kb有关。全文摘要本发明涉及一种图象输入设备，由图象拾取、原稿输送、微机控制三大部件组成。采用4096位线阵CCD器件及与之相应的光路系统和抽屉原稿输送装置，实现20点/mm高分辨率指标。采用间断式付扫描和交互式图象传送技术。接口复用使图象输入机、计算机、打印机三者互连成网时实现固定配置下的联机、转接和直接驱动打印方式。通过设置可编程分频器、计数器的预置数实现主、副扫描密度无级同倍缩放转换的技术。文档编号H04N3/10GK1040106SQ8910727公开日1990年2月28日申请日期1989年9月27日优先权日1989年9月27日发明者孙毅,柳能富,魏大新,刘树庆申请人:邮电部兴安通信设备厂