DE4107018A1 - System zur optischen abtastung der oberflaeche eines visuell wahrnehmbare information tragenden objektes - Google Patents
System zur optischen abtastung der oberflaeche eines visuell wahrnehmbare information tragenden objektesInfo
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- G06F3/03543—Mice or pucks
- G06F3/03544—Mice or pucks having dual sensing arrangement, e.g. two balls or two coils used to track rotation of the pointing device
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur optischen
Abtastung der Oberfläche eines visuell wahrnehmbare Infor
mation tragenden Objektes, bei dem die Information erfaßt und
digital als zweidimensionale Bildpunktdarstellung eines Bildes
dargestellt wird.
Dabei handelt es sich um ein System mit einer manuell ein
stellbaren Dateneingabeanordnung für Computer, insbesondere
ein Eingabeanordnung in Form einer Maus und eine von Hand zu
haltende Dokumentenabtastanordnung.
Moderne Computer sind typischerweise mit einer Maus ausgerü
stet, bei der es sich um eine Anordnung handelt, die manuell
über eine Tischoberfläche gerollt werden kann und einem digi
talen Computer Änderungen in der X- und Y-Stellung auf der
Tischoberfläche meldet, wodurch der Computer eine entspre
chende Zeigeranordnung in der Weise über seinen Schirm führen
kann, daß eine Bedienungsperson einen Zeiger auf dem Computer
schirm durch Einstellung der Maus auf der Tischoberfläche
bewegen kann. Typischerweise enthalten Mausanordnungen Druck
knöpfe, welche zur Erleichterung einer Menü-Auswahl, einer
Textblockmarkierung und einer Führung von Bildern über den
Schirm von Hand betätigt werden können. Es sind verschiedene
Ausführungsformen einer solchen Maus bekannt, wobei bei einer
üblichen Ausführungsform einer Kugel in der Maus vorgesehen
ist, welche über die Tischoberseite rollen kann. Rotations
bewegungssensoren, die am Horizontaläquator der Kugel um 90°
voneinander beabstandet angeordnet sind, erfassen Bewegungen
der Kugel in X- und Y-Richtung und erzeugen Impulse, welche
bei Übertragung zum digitalen Computer Zähler in diesem auf
den neuesten Stand bringen, wobei diese Zähler eine konti
nuierliche Aufzeichnung der X- und Y-Stellung der Maus ent
halten. Dabei kann der Computer auch den visuellen Zeiger auf
seinem Schirm entsprechend verschieben.
Es ist in dem vorstehend erläuterten Zusammenhang bekannt,
einen von Hand zu haltenden optischen Abtaster mit einem
digitalen Computer zu verbinden, so daß durch manuelles
Schieben des Abtasters über ein Dokument Bilder von derartigen
Dokumenten erfaßt werden können. Auf diese Weise wird ein Bild
des Dokumentes auf den Schirm übertragen. Typischerweise ent
halten diese von Hand zu haltenden Abtaster ein geradliniges
Bildsensorelement in Form eines ladungsgekoppelten Elementes,
das zusammen mit zugeordneten Linsen- und Beleuchtungssystemen
ein sich in einer Richtung erstreckendes Bild eines wie immer
gearteten Objektes unter dem Abtaster erfaßt. Dieses Bild be
sitzt typischerweise eine Länge von 6,35 cm und eine Breite
von einem Bildpunkt. Das Bild enthält typischerweise 400 Grau
stufungs-Bildpunkte pro 2,54 cm geradliniger Länge. Typischer
weise enthält ein derartiger von Hand zu haltender Abtaster
ein Rad, das auf der Oberfläche rollt, wenn der Abtaster über
das Dokument gezogen wird. Ein diesem Rad zugeordneter Impuls
generator erzeugt Impulse, welche ein Maß für die geradlinige
Bewegung des von Hand gehaltenen Abtasters in einer Richtung
senkrecht zur Richtung der durch das ladungsgekoppelte Element
ausgeführten Abtastung sind. Wird der Abtaster über das Doku
ment gezogen, so definieren die durch die Drehung des Rades
erzeugten Impulse, wann der von Hand gehaltene Abtaster sich
um eine ausreichende Strecke zur Gewährleistung der Erfassung
eines neuen Abtastbildes in der senkrechten Richtung bewegt
hat. Aufeinanderfolgende Abtastungen sind daher gleichförmig
voneinander beabstandet und können in einem Speicher mit wahl
freiem Zugriff und auf dem Schirm des Computers gesammelt wer
den, um ein Bild des abgetasteten Dokumentes zu erzeugen. Ty
pischerweise kann eine einzige Textspalte, welche Text
und/oder Bilder enthalten kann, durch eine einzige kontinuier
liche Bewegung des von Hand gehaltenen Abtasters in einer
Richtung abgetastet werden, so daß die gesamte Spalte in einer
einzigen Abtastung erfaßt wird. Bekannte Anordnungen der vor
stehend beschriebenen Art sind mit einer Anzahl von Nachteilen
behaftet. Da Mäuse und Handabtaster unterschiedliche Funktio
nen ausüben, ist es vor allen Dingen typischerweise notwendig,
einen einzigen Computer sowohl mit einer Maus als auch mit
einem Handabtaster auszurüsten, wodurch sich auf einer Tisch
platte zwei Anordnungen und zwei Kabelsätze stören und die
Verwendung von zwei Kanälen der Speicherkanäle mit wahlfreiem
Zugriff (oder serielle Eingänge) des Computers notwendig wird.
Handabtaster sind ebenfalls mit mehreren Nachteilen behaftet.
Zunächst müssen sie ohne Verdrehen sorgfältig über eine Spalte
eines Dokumentes gezogen werden. Wird in die Handabtastung
eine Drehbewegung eingeführt, so enthält das resultierende
Computerbild Verzerrungen. Es ist an bestimmten Stellen ge
staucht und an anderen Stellen gedehnt, worin sich die nicht
gleichförmige Bewegung der beiden Enden des Handabtasters
niederschlägt.
Weiterhin können Handabtaster lediglich in einer Richtung ty
pischerweise von oben nach unten über das Dokument gezogen
werden. Sie können nicht rückwärts gezogen werden, da sie dann
ein auf den Kopf stehendes (oder invertiertes) Bild erfassen,
wodurch ein zusätzliches Redigieren im Computer notwendig
wird. Erfolgt eine Handabtastbewegung unrichtig, was bei
spielsweise der Fall ist, wenn der Handabtaster beim Ziehen
über das Dokument gedreht ist, so ist es bei einem konven
tionellen Handabtaster unmöglich, diesen in einfacher Weise in
entgegengesetzter Richtung über das Dokument zurückzuziehen
und damit den Fehler zu korrigieren, da eine derartige Bewe
gung ein auf den Kopf stehendes Bild erfaßt. Es ist daher
notwendig, den Handabtaster aufzunehmen, ihn manuell neu auf
den Beginn des Textes einzustellen und ihn sodann wiederum
über das Dokument zu ziehen. Der Computer verliert dabei je
doch die Spur, auf welcher der Handabtaster eingestellt ist,
so daß die neue Abtastung durch den Computer als neue Text
spalte angenommen und die den Abtastfehler enthaltene Spalte
nicht automatisch überschrieben wird.
Schließlich ist es bei Erfasssungen durch Handabtastung von
weniger als dem gesamten Material auf einem Dokument mit einem
konventionellen Handabtaster unmöglich, diesen mehrmals über
das Dokument vor- und zurückzuziehen und die Abtastungen im
Dokumentenbild des Computers richtig ausgerichtet zu erhalten.
Mit einem konventionellen Handabtaster erzeugt jede Handabtastung
einen gesonderten Bildstreifen für den Computer, wobei
diese gesonderten Streifen lediglich manuell mit schwierigen
Redigierschritten zusammengesetzt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Maus und einen Handabtaster, welche als gesonderte Elemente
vorliegend, durch eine einzige Anordnung mit einem einzigen
Kabel unter Ausnutzung eines einzigen Kanals mit direktem
Speicherzugriff des Computers zu ersetzen.
Es soll sich dabei weiterhin um eine von Hand einstellbare Da
teneingabeanordnung für einen Computer handeln, welche einfa
cher, schneller und zweckmäßiger handhabbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem System zur optischen Abtastung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung sieht ein System mit einer Hand-Dateneingabean
ordnung vor, welche die durch eine Maus und einen Handabtaster
ausgeübten Funktionen wirksam zusammenführt, wodurch eine
zweckmäßigere, einfachere und flexiblere Kombination von Ab
taster und Maus realisiert ist.
Die Erfindung sieht dabei einen Handabtaster vor, welcher an
einem Ende eine übliche Stellungssensoranordnung in Form einer
Maus, wie beispielsweise eine Maus-Kugel und ein Paar von Sen
soren aufweist. Diese Anordnung macht es möglich, daß der Com
puter zu allen Zeiten die genauen X- und Y-Koordinatenstellung
des Handabtasters auf einer Tischoberfläche erkennt. Darüber
hinaus ist auf den Handabtaster eine Drehstellungs-Sensoran
ordnung montiert. Dabei kann es sich um unterschiedliche Aus
führungsformen handeln. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen
Ausführungsform handelt es sich dabei um eine zweite Maus-
Kugel mit einem einzigen Drehstellungssensor, der Winkelbewe
gungen des Handabtasters erfaßt. Im Gegensatz zu einer konven
tionellen Maus kann das erfindungsgemäße System sowohl die
Drehstellung als auch die X- und Y-Stellung der Kombination
aus Maus und Abtaster erfassen. Ein Programm kann daher so
wohl auf die Drehung als auch auf die Verschiebung der Hand-
Dateneingabeanordnung ansprechen.
Die Erfindung sieht weiterhin eine Programmsteuerung für einen
Personalcomputer (PC) vor, die sowohl auf die zusätzliche In
formation in Form der X- und Y-Stellung plus der Winkelstel
lung der Hand-Dateneingabeanordnung als auch auf die durch die
Abtastung erfaßten Bilddaten anzusprechen vermag. Wird ein er
findungsgemäß ausgebildeter Handabtaster über ein Dokument ge
zogen und werden auf diese Weise erfaßte Bilddaten in die er
findungsgemäße Programmsteuerung überführt, so kann der Handabtaster
mehrmals frei vorwärts und rückwärts über das Doku
ment gezogen werden, wobei seine Winkelstellung nicht genau
gesteuert zu werden braucht. Die auf die kontinuierlich über
wachte X- und Y-Stellung sowie die Winkeldrehstellung des
Handabtasters ansprechende Programmsteuerung im Computer
schreibt die abgetasteten Bilddaten kontinuierlich in ein
Bildpunktbild des Dokumentes in einem Speicher mit wahlfreiem
Zugriff ein. Der Benutzer kann daher den Handabtaster wie ein
Maler beim Bemalen einer ebenen Oberfläche vor und zurück über
das Dokument ziehen und das Ergebnis betrachten, da jede Be
wegung einen Streifen von Bilddaten auf dem Schirm des Computers
erzeugt. Treten Unregelmäßigkeiten auf, so wird der Hand
abtaster in einfacher Weise über den entsprechenden Bereich
des Dokumentes ein zweites Mal zurückgezogen, wodurch die Un
genauigkeit automatisch gelöscht und durch ein richtiges Bild
ersetzt wird.
Zu den übrigen Zeiten arbeitet die Hand-Dateneingabeanordnung
als Mauszeigeranordnung, so daß die Notwendigkeit einer
solchen gesonderten Anordnung am gleichen digitalen Computer
entfällt.
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines digitalen Computers
mit einer an ihn angeschlossenen Hand-Dateneingabeanordnung,
welche im erfindungsgemäßen Sinne
sowohl als Mauszeigeranordnung als auch an Handabtaster
arbeitet;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Unterseite der Da
teneingabeanordnung;
Fig. 3A, 3B und 3C jeweils eine detaillierte mechanische Dar
stellung des Innenaufbaus der Dateneingabeanordnung;
Fig. 4 teilweise mechanisch und teilweise elektrisch die
Art der erfindungsgemäßen Erzeugung von elektri
schen Signalen bei Drehung einer der Rollenkugeln
der Dateneingabeanordnung in einer ersten Richtung;
Fig. 5 teilweise mechanisch und teilweise elektrisch die
Art der Ableitung von X-, Y- und Winkelkoordinaten
von zwei Rollenkugeln in der Dateneingabeanordnung;
Fig. 6 ein Übersichtsblockschaltbild der Innenschaltung der
Dateneingabeanordnung;
Fig. 7A und 7B Schaltungseinzelheiten der Dateneingabeanord
nung;
Fig. 8 ein Zeittaktdiagramm verschiedener durch die
Schaltung nach den Fig. 7A, 7B und 7C erzeugter
Zeittaktsignale;
Fig. 9 durch die Schaltung der Dateneingabeanordnung nach
den Fig. 7A, 7B und 7C erzeugte Graustufungswerte;
Fig. 10 ein Übersichtsblockschaltbild einer Schnittstellen
anordnung für einen Computer, über die Signale von
der Dateneingabeanordnung in den Speicher mit wahl
freiem Zugriff des Computers übertragen werden;
Fig. 11, 11A, 11B und 11C Schaltungseinzelheiten der Schnitt
stellenanordnung gemäß Fig. 10;
Fig. 12 ein Übersichtsblockschaltbild des Computer-Programm
steuersystems einschließlich eines Unterbrechungs
programms, das Daten von der Dateneingabeanordnung
aufnimmt, sowie eines Programms, das Daten in eine
Bildpunktkarte im Speicher mit wahlfreiem Zugriff
und auf dem Schirm zusammensetzt;
Fig. 13 ein Flußdiagramm eines Abtaster-Treiberprogramms
(Fig. 12), das ein Bild eines abgetasteten Doku
mentes im Speicher mit wahlfreiem Zugriff und auf
dem Schirm erzeugt;
Fig. 14A und 14B ein detaillierte Flußdiagramm eines Unter
programms (Fig. 13), das abgetastete Daten in ein
Bild zusammensetzt;
Fig. 15 die Verwendung der Hand-Dateneingabeanordnung zur
Abtastung eines Bildes, das breiter als sie selbst
ist;
Fig. 16 ein in zwei getrennten Abtastbewegungen gemäß Fig. 15
abgetastetes beispielhaftes Objekt;
Fig. 17 einen Teil des Objektes, das bei einer in den Fig. 15
und 20 dargestellten Abwärtsabtastung abgetastet
wird;
Fig. 18 einen Teil des Objektes, das während einer in den
Fig. 15 und 20 dargestellten Aufwärtsabtastung abge
tastet wird;
Fig. 19 die Teile des Objektes gemäß Fig. 17 und 18 zusammen
zur Erläuterung des Fehlers in der relativen X- und
Y-Stellung bei der anfänglichen Abtastung;
Fig. 20 die Überlappung der Abwärts- und Aufwärtsabtastung
gemäß den Fig. 17 und 18 sowie Bereiche mit einem
Abstand von 50 Abtastzeilen zur Überprüfung der re
lativen X- und Y-Fehlausrichtung bei der Abwärts-
und Aufwärtsabtastung; und
Fig. 21 ein Flußdiagramm des Programms, durch das Abtastaus
richtungsfehler in benachbarten Spalten detektiert
und korrigiert werden.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen die mechanischen Einzelheiten und die
Verwendung einer Kombination 100 aus Maus und Handabtast-Da
teneingabeanordnung 100. Gemäß Fig. 1 ist die Anordnung 100
mittels eines Kabels 102 mit einem PC 104 verbunden, der eine
Tastatur 106 und eine Anzeige 108 aufweist. Die Anordnung 100
ist auf die Oberseite eines Dokumentes 110 aufgesetzt. Eine
(nicht gezeigte) Bedienungsperson hat die Anordnung 100 auf
der Oberseite des Dokumentes 110 über eine linke Spalte 112
nach oben und über eine rechte Spalte 114 teilweise nach unten
gerollt. Diese Bewegungen der Anordnung 110 bewirken, daß -
wie dargestellt - ein Text auf der Anzeige 108 erscheint. Es
sei darauf hingewiesen, daß der Text rechtzeitig oben
erscheint, obwohl die Handabtastung in beiden Richtungen er
folgt. Es sei weiterhin bemerkt, daß eine rechte und eine
linke Spalte 112′ bzw. 114′ auf der Anzeige 108 ohne spezielle
Maßnahmen durch den Anwender richtig zueinander orientiert
sind, solange die Anordnung 100 gerade auf dem Dokument 110
angeordnet bleibt.
In Fig. 2 sind eine Vorderseite 122 und eine Unterseite 124
der Anordnung 100 im einzelnen dargestellt. In der Unterseite
124 der Anordnung 100 sind zwei Maus-Rollenkugeln 116 und 118
statt einer einzigen Rollenkugel vorgesehen, welche generell
für Maus-Zeiger typisch ist. Die beiden Kugeln 116 und 118
sind durch einen Abtastschlitz 120 voneinander getrennt, in
dem das Dokument 110 abgetastet werden kann. Mittels Gleit
füßen 130 aus Tetrafluoräthylen-Fluorkohlenstoff-Polymeren
(wie beispielsweise "Teflon" - Markenname -) bei Verwendung
als Abtaster frei über das Dokument 110 oder bei Verwendung
als Maus über die Oberfläche eines (nicht dargestellten)
Tisches gleiten. Da die Anordnung 100 auch als Maus verwendet
werden kann, enthält zwei Maus-Druckknöpfe 126 und 128 auf
ihrer Vorderseite, die so angeordnet sind, daß sie durch den
Daumen einer Bedienungsperson bequem betätigbar sind. Bei
dieser Verwendung arbeitet die Anordnung 100 im wesentlichen
als Maus. Die Druckknöpfe 126 und 128 können auch zur Steue
rung der Abtastung von Text in Verbindung mit auf dem Computer
104 laufenden Programmen verwendet werden.
Bei Verwendung als Abtaster ermöglicht ein Einstellknopf 130
der Anordnung 100 die Einstellung der Empfindlichkeit der Abtast
logik im Sinne einer Anpassung an das Reflexionsvermögen
und den Kontrast des Dokumentes 110.
Die internen mechanischen Einzelheiten der Anordnung 100 sind
in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt, welche auf Draufsicht
(mit entfernter Abdeckung), eine vordere Schnittansicht bzw.
eine Seitenschnittansicht der Anordnung 100 zeigen. Die Anord
nung enthält eine erste und zweite gedruckte Schaltung 302 und
304, die zur Halterung einer Schaltungsanordnung (Fig. 6 und
7) übereinander montiert sind, sowie Maus-Kugelbewegungsdetektoren
308, 310 und 312 sowie mittels Feder montierte Maus-Kugel
rollen 314, 316 und 318, welche die beiden Maus-Kugeln ge
gen die Bewegungsdetektoren 308, 310 und 312 gedrückt halten.
Ein geradliniger Bildsensor in Form einer ladungsgekoppelten
Anordnung bzw. eine CCD-Anordnung 320 (der Firma Toshiba mit
der Typenbezeichnung TCD132D) enthält 1024 Bildsensorelemente.
Ein Bild des abgetasteten Dokumentes 110 tritt über die Öff
nung 120 in die Anordnung 100 ein, wird von einem Spiegel 322
reflektiert und durch eine Linse 324 auf die CCD-Anordnung 320
reflektiert. Das Dokument 110 wird durch Leuchtdioden 326 be
lichtet.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Systems ergibt sich
aus Fig. 5, welche die Funktion der Anordnung 100 zeigt.
Die die CCD-Anordnung 320 enthaltende Anordnung 100 ist zwi
schen den beiden Maus-Rollenkugeln 116 und 118 montiert, wobei
aus Übersichtlichkeitsgründen andere mechanische Einzelheiten
nicht dargestellt sind. Auf dem horizontalen Äquator der Maus-
Kugel 160 sind in einem Abstand von 90° bzw. senkrecht zuein
ander die Bewegungssensoren 308 und 310 ebenso wie in einer
konventionellen Maus montiert. Die zweite Maus-Kugel 118 ist
in bezug auf die Maus-Kugel 116 am anderen Ende der CCD-Anord
nung 320 montiert. Da ihr Zweck lediglich die Erfassung einer
Drehbewegung der Anordnung 100 um eine vertikale Achse durch
die Kugel 116 ist, berührt der horizontale Äquator der Kugel
118 lediglich den einzigen Bewegungssensor 312, dessen Achse
parallel zu der Linie verläuft, welche die Mittelpunkte der
beiden Maus-Kugeln 116 und 118 verbindet. Auf diese Weise
spricht der Bewegungssensor 312 lediglich auf Bewegung senk
recht zu der die Mittelpunkte der beiden Maus-Kugeln 116 und
118 verbindenden Linie an, wobei sich diese Bewegungen teil
weise aus der Rotation um die Kugel 116 und teilweise aus
einer translatorischen Bewegung ergeben. Die Differenz zwi
schen den Ausgangsgrößen des Bewegungssensors 312 und des
Bewegungssensors 304 ist jedoch gleich dem Betrag der aufge
tretenen Drehbewegung.
Fig. 4 zeigt die Wirkungsweise der Bewegungssensoren. Der Be
wegungssensor 308 enthält eine zentrale Welle 204, deren Achse
horizontal verläuft und auf derem einen Ende ein zylindrisches
Rad 404 montiert ist, das den horizontalen Äquator der Kugel
116 berührt. Wenn daher die Kugel 116 in Richtung eines Pfei
les 401 rollt, dreht sich das zylindrische Rad 404 und die
Welle 402. Eine Scheibe 406 mit einer Vielzahl von Schlitzen
408 an ihrem Umfang ist koaxial starr am anderen Ende der Welle
402 befestigt. Wenn die Kugel 116 in Richtung des Pfeiles
401 rollt, so dreht sich die Scheibe 406 in der durch einen
Pfeil 403 angegebenen Richtung. Rollt die Kugel 116 in entge
gengesetzter Richtung, so dreht sich auch die Scheibe 406 in
der entgegengesetzten Richtung. Die Bewegung der Anordnung 100
in Richtung eines Pfeiles 461 bewirkt daher eine Drehung so
wohl der Kugel 116 als auch der Scheibe 406, wobei eine Bewe
gung der Anordnung 100 in der entgegengesetzten Richtung eine
umgekehrte Drehung der Kugel 116 und der Scheibe 406 bewirkt.
Eine Drehung der Anordnung 100 kann die Kugel 116 in Drehung
versetzen, wobei derartige Drehungen um eine vertikale Achse
jedoch nicht auf das zylindrische Rad 404 übertragen werden
können, so daß die Scheibe 406 stationär verbleibt. Entspre
chend bewirken Bewegungen der Anordnung 100 in Richtung senk
recht zum Pfeil 401 eine Drehung der Kugel 116 um eine Achse,
die durch das zylindrische Rad 404 verläuft, wobei ein Einfluß
auf die Bewegung der Scheibe 406 nicht erfolgt. Die Bewegungen
der Scheibe 406 folgen daher Bewegungen der Anordnung 100 le
diglich parallel zum Pfeil 104. Aus Zweckmäßigkeitsgründen
wird diese Richtung (generell senkrecht zur Längsachse der
Anordnung 100) als Y-Richtung bezeichnet.
Auf einer Seite der Scheibe 406 ist ein Paar von lichtemittie
renden Dioden 502 und 506 vorgesehen, welche durch die Schlitze
406 entsprechende lichtempfindliche Transistoren 504 und
508 beleuchten. Die genaue Einstellung der Dioden 506 und 502
sowie der Transistoren 504 und 508 in bezug auf die Scheibe
406 ist so eingestellt, daß durch die Transistoren 504 und 508
bei rotierender Scheibe 406 erzeugte Signale 530 und 532 zeit
lich quadratisch schwanken, so daß eine Schwankung 533 des
Signals 532 um 90° phasenverschoben in bezug auf eine Schwan
kung 535 des Signals 530 auftritt. Die abwechselnden Schwan
kungen der Signale 530 und 532, bei denen die Schwankungen des
Signals 530 diejenigen des Signals 532 spiegeln, ihnen aber
dabei folgen, zeigen an, daß die Scheibe 406 in Richtung des
Pfeiles 403 rotiert, was der positiven Y-Richtungsbewegung der
Anordnung 100 entspricht. Die Schwankung des Signals 530, wel
che diejenige des Signals 532 spiegelt, ihr aber vorausgeht,
zeigt die Drehung der Scheibe 406 in der Gegenrichtung und
eine negative Y-Bewegung der Anordnung 100 an, was in der
Figur nicht eigens dargestellt ist. Die Größe der Bewegung ist
durch die Anzahl der erzeugten Impulse gegeben, während die
Richtung durch den Phasenzusammenhang der beiden Signale 530
und 532 gegeben ist.
Gemäß Fig. 5 ist den Bewegungsdetektoren 308, 310 und 312 je
weils ein Paar von Dioden 510-514, 502-506 bzw. 518-522 zuge
ordnet, welche entsprechende Phototransistoren 512-516, 504-508
bzw. 520-524 beleuchten, wodurch entsprechende Signalpaare
536-534, 530-532 bzw. 538-540 erzeugt werden.
Der Bewegungsdetektor 310 erzeugt die Y-Stellungssignale 530
und 532, deren Schwankungen die Bewegung der Anordnung 100 in
Y-Richtung anzeigen (senkrecht zu ihrer Hauptachse). Der Be
wegungsdetektor 308 erzeugt die Signale 534 und 536, deren
Schwankungen die Bewegung der Anordnung im X-Y anzeigen
(parallel zu ihrer Hauptachse). Der Bewegungsdetektor 312
erzeugt die Signale 538 und 540, deren Schwankungen die kom
binierte Bewegung aus Bewegung der Anordnung 100 in der Y-
Achse plus der Drehbewegung der Anordnung 100 um die Kugel 116
anzeigen. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird diese Bewegung als
Bewegung in Z-Achsrichtung bezeichnet. Es ist darauf hinzuwei
sen, daß diese Achsen nicht fest bleiben, sondern sich in
bezug auf das Dokument 110 und das Schirmbild 108 drehen, wenn
die Anordnung 100 durch den Benutzer im Uhrzeigersinn und im
Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Da jedoch der Benutzer norma
lerweise versucht, die Anordnung 100 parallel zum Dokumenten
text zu halten, ist es zur Vereinfachung der Erläuterung der
Erfindung annehmbar, die X- und Y-Stellungssignale so anzuse
hen, als ob sie die Bewegung der Anordnung 100 parallel und
senkrecht zu den Textzeilen im Dokument 100 anzeigen, und wei
terhin anzunehmen, daß das Z-Stellungssignal die Summe der
Verschiebung in Y-Richtung plus der Drehverschiebung anzeigt,
so daß die Subtraktion der Y-Bewegung von der Z-Bewegung ein
Maß für den Winkel angibt, um den die Anordnung 100 aus der
Horizontalen gedreht wird. Unter Berücksichtigung dieses ver
einfachten Modells für die Erfindung werden das X-, Y- und Z-
Stellungssignal von der Anordnung 100 auf drei Programmzähler
562, 564 und 566 im Computer 104 übertragen, welche durch Zäh
lung der ankommenden Signalschwankungen in der durch den Pha
senzusammenhang zwischen den Signalen (im oben beschriebenen
Sinne) einen X-Stellungszählwert, einen Y-Stellungszählwert
und einen Z-(oder Phasenwinkel plus Y-)Zählwert halten. Dies
kann zur Festlegung der genauen X- und Y-Stellung sowie der
Drehausrichtung der Anordnung zu allen Zeiten ausgenutzt
werden.
Mittels der Anordnung 100 wird das Dokument kontinuierlich
durch die ladungsgekoppelte Anordnung 320 abgetastet. Diese
Abtastungen werden ebenfalls auf die Programmsteuerung im
Computer 104 übertragen. Wie im folgenden noch erläutert wird,
erzeugt die Programmsteuerung (gemäß den Fig. 12 bis 15) im
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) ein zweidimensionales
Bildpunktbild, das Zeilen und Spalten von Bildpunkt-Graustu
fenwerten enthält, die anfänglich auf einen bestimmten festen
Wert gesetzt sind. Ein bestimmter Bildpunkt wird als willkür
liche Anfangsstellung der Kugel 116 in der Anordnung 100 ge
wählt, während der Winkel anfänglich zu Null angenommen wird.
Erreichen die Abtastwerte den Computer, so schreibt die Pro
grammsteuerung die abgetasteten Bildpunkte zunächst horizon
tal und sodann nach rechts von der willkürlichen Anfangsstel
lung der Kugel 100 in das Bildpunktraster ein. Wenn die Zäh
ler 562, 564 und 566 ihren Zählzustand ändern, um eine Bewegung
der Anordnung 100 anzuzeigen, so wird der Ausgangsbild
punkt, in dem die abgetasteten Daten in das Bildpunktraster
eingeschrieben werden, so verschoben, daß eine Anpassung an
die Schwankungen in den Zählern 562 und 564 erfolgt. Weiterhin
wird der Winkel der Linie durch das Bildpunktdaten-Raster im
Speicher, längs der die Bildpunktdaten eingeschrieben werden,
aus der Horizontalen so nach oben und unten geschwenkt, daß
eine Anpassung an die Schwankungen im Zähler 566 erfolgt. Der
Computer arbeitet daher wie ein Maler, der das Dokument 110
durch den Schlitz 120 in der Bodenseite der Anordnung betrach
tet und das Geschehene dann mit einem Farbpinsel an einer Stelle
auf den Schirm malt, welche der Stellung und der Drehung
der Anordnung 100 in bezug auf das Dokument 110 entspricht.
Die Programmsteuerung malt jedoch in Bildpunktdaten im RAM und
nicht direkt auf den Schirm.
Die Bildpunktdaten werden im RAM im Standard TIFF-Format
gehalten. Die Bildpunktdaten werden im richtigen Format (VGA,
EGA oder Hercules) für die verwendete Anzeigekarte und den
verwendeten Monitor in den Schirm-Anzeigepuffer abgebildet.
Es sei erneut darauf hingewiesen, daß die Darstellung nach
Fig. 5 stark vereinfacht ist. Die weiteren Figuren erläutern
die Art der tatsächlichen Realisierung der bevorzugten er
findungsgmäßen Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild der Anordnung 100
und des Computers 104 unter Hervorhebung der Informations
flußwege.
Die drei Bewegungssensoren 308, 310 und 312 erzeugen in
Quadratur aufeinander bezogene Paare von Rechtecksignalen
(siehe Fig. 4) und speisen diese in einen Mikroprozessor 602
ein. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Mikroprozes
sor 602 ein CMOS-Mikropcontroller auf EPROM-Basis mit 8 Bit
der Firma General Instrument Microelectronics mit der Typenbe
zeichnung PIC16C54. Über eine Zeittaktsteuerung von einem
Taktgenerator 604 zeichnet der Mikroprozessor 602 inkremen
telle Änderungen in den X-, Y- und Phasenwinkel- (oder Z-)
Stellungszählwerten auf. In periodischen Intervallen von 3 ms
sendet der Mikroprozessor 602 dem Computer 104 über das Kabel
102 drei Datenbytes zu, welche jeweils die Delta- bzw. Inkre
mentänderung in der Stellung eines der drei Bewegungssensoren
repräsentieren. Der ausgesendete Wert ist Null, wenn keine
Bewegung stattgefunden hat, bzw. eine positive oder negative
Zahl, welche die effektive Schwankungszahl des Bewegungssensor
signals anzeigt, wenn eine Bewegung stattgefunden hat.
Der Taktgenerator 604 veranlaßt die ladungsgekoppelte Anord
nung 320 im Zusammenwirken mit einer Zeittaktschaltung 606 zur
Erfassung eines linearen Bildes des Dokumentes 110. Dieses
Analogbild wird in Form eines mit SIGNAL bezeichneten Signals
in einen Analogkomparator 608 eingespeist, in dem es mit einem
mit GRAU bezeichneten analogen Referenz-Stufensignal vergli
chen wird, das direkt durch die Zeittaktsteuerschaltung 606
erzeugt wird. Während jedes Intervalls von 3 ms werden 1024
analoge Bildpunktabtastwerte erfaßt und in den Komparator 608
eingespeist. Zwei Haupttaktimpulse (CLK in den Fig. 7A, 7B
und 8) treten während des Anbietens jedes dieser analogen
Bildpunktabtastwerte auf, wobei das GRAU-Signal synchron mit
dem Haupttakt um vier Stufen ansteigt, wobei im wesentlichen
jedes Paar von analogen Bildpunktabtastwerten für die Erzeu
gung von binären Graustufungswerten (siehe Fig. 9), welche die
Größe der analogen Bildpunktabtastwerte digital repräsen
tieren, als eine einzige Abtastung behandelt werden. Während
jedes Intervalls von 3 ms werden daher Graustufungswerte mit
vier Bit, die ein Format nach Fig. 9 besitzen, durch den
Komparator 608 erzeugt und als VIDEO-Signal über das Kabel 102
in den Computer 104 eingespeist, wobei sie mit einem DATEN-
Signal einem Multiplexvorgang unterworfen sind. Eine Hellig
keitssteuerung 610, welche mit dem Einstellknopf 130 (Fig. 2)
verbunden ist, ermöglicht es dem Benutzer, die Gleichvor
spannung des GRAU-Signals zur Kompensation der Helligkeit bzw.
Dunkelheit des Dokuments 110 einzustellen (Fig. 1).
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Auflösung der ladungs
gekoppelten Anordnung 400 Bildpunkte pro 2,54 cm über einer
geradlinigen Abtastung von 6,35 cm beträgt. Nach der Digi
talisierung im Graustufungs-Codes mit 4 Bit (Fig. 9), wobei
vier Abtastwerte bei jeder A-D-Umsetzung verwendet werden,
beträgt die in den Computer eingespeiste (und für die Maus-
Stellungsfestlegung verfügbare) Auflösung 100 Bildpunkte pro
2,54 cm. Werden diese Daten in ein RAM-Graphikbild eingelesen,
so beträgt die im RAM gespeicherte Auflösung der Daten sowohl
horizontal als auch vertikal 100 Bildpunkte pro 2,54 cm. Die
X- und X-Bewegungskoordinatenauflösung beträgt 200 Punkte pro
2,54 cm. Die entsprechende Winkelauflösung beträgt 15,12 Zäh
lungen pro Grad. Eine Drehung um 360° der Anordnung 100
erzeugt daher 5443,2 Winkeldreh-Zählwerte.
Im Computer 104 nimmt eine Direktspeicherzugriff-Schnittstel
le (DMA) 1000, bei der es sich in der Praxis um eine Steckkarte
handelt, die in einen mit einem IBM-PC kompatiblen Computer-XT-
oder -AT-Signalbus eingebaut ist, die einem Multiplex
prozeß unterworfenen DATEN- und VIDEO-Signale auf, faßt die
Bits in Bytes mit 8 Bit zusammen und führt diese Bytes einem
Bus 612 zur direkten Übertragung in ein RAM 614 im Computer
zu, was unter Steuerung durch einen (nicht dargestellten) DMA-
Controller des Computers erfolgt, welcher Speicherzyklen von
der CPU des Computers 104 übernimmt. Nach der Übertragung
eines vollen Satzes von ankommenden Daten erzeugt die DMA-
Schnittstelle 1000 eine Hardware-Unterbrechung, wonach das
Programmsteuersystem (Fig. 12 und ff.) die Handhabung der
Information übernimmt.
Die Schaltungseinzelheiten der Anordnung 100 sind in den Fig. 7A
und 7B dargestellt. Die Zeittaktschaltung 606 enthält in
Kaskade geschaltete Zähler 702 und 704, welche eine PAL-Logik
einheit 706 steuern. Diese Logikeinheit 706 decodiert die Zäh
lerausgangssignale in die Gesamtheit der Signale, welche für
den richtigen Betrieb der ladungsgekoppelten Anordnung 320
sowie das stufenförmige GRAU-Signal wesentlich sind, das in
den Analogkomparator 608 eingespeist wird. Die Einzelheiten
des Analogkomparators 608 sind überwiegend konventioneller
Art, wobei ein Operationsverstärker 708 die Amplitude des
GRAU-Signals mit dem mit SIGNAL bezeichneten Ausgangssignal
der ladungsgekoppelten Anordnung vergleicht und damit eine
Folge von digitalen Graustufungswerten mit 4 Bit seriell auf
der mit VIDEO bezeichneten Signalleitung erzeugt, um alle 3 ms
256 Bildpunktwerte darzustellen. Um die Fähigkeit der Anord
nung für das Folgen von graduellen Schwankungen in der Hellig
keit des abgetasteten Dokumentes 110 zu verbessern, wird das
mit "SIGNAL" bezeichnete analoge Ausgangssignal der ladungsge
koppelten Anordnung über eine Spitzendetektordiode 710 in die
Basis eines Transistor-Vorspannungsverstärkers 712 einge
speist, in der es gemittelt und in einem Verstärkungsein
stellkondensat 714 gespeichert wird, um die Graustufungs
spannungen in einem festen Abstand vom Spitzen-Bildpunkt
helligkeitspegel zu halten. Beispielhafte Werte für die Bau
elemente in der bevorzugten Ausführungsform des Komparators
608 sind die folgenden:
Widerstand 610|1000 Ohm | |
Kondensator 714 | 100 Picofarad |
Widerstand 716 | 100 000 Ohm |
Widerstand 718 | 10 000 Ohm |
Widerstand 720 | 470 Ohm |
Widerstand 722 | 1000 Ohm |
Widerstand 724 | 1000 Ohm |
Widerstand 726 | 150 Ohm |
Widerstand 728 | 470 Ohm |
Widerstand 730 | 1000 Ohm |
Widerstand 732 | 1000 Ohm |
Widerstand 734 | 1000 Ohm |
Widerstand 736 | 1000 Ohm |
Widerstand 738 | 2200 Ohm |
Widerstand 740 | 3900 Ohm |
Widerstand 742 | 8200 Ohm |
Widerstand 744 | 1000 Ohm |
Die Widerstände 736, 738, 740 und 742 bilden ein konventionelles
Digital-Analog-Umsetzernetzwerk, das die durch die Zähler
702 und 704 angesteuerte PAL-Logikeinheit 706 in die Lage ver
setzt, das stufenförmige Signal mit vier Stufen zu erzeugen.
Die speziell erzeugte Signalform kann geändert werden, um un
terschiedliche Auflösungen und unterschiedliche Vorspannungen
für die unterschiedlichen Stufenpegel zu realisieren. In der
bevorzugten Ausführungsform werden in steigender Folge vier
unterschiedliche Pegel erzeugt, wobei daher einer der vier
Digitalwerte gemäß Fig. 9 am Ausgang des analogen Komparators
608 in Abhängigkeit vom Pegel des mit VIDEO bezeichneten Ana
logsignals erzeugt wird. Anstelle des dargestellten Umsetzers
können auch andere A-D-Umsetzer verwendet werden; es kann sich
dabei beispielsweise um einen solchen Umsetzer handeln, der an
Stelle der Graustufungs-Codes einen binären Code erzeugt.
Anstelle von Daten mit 4 Bit für jeweils 100 Bildpunkte pro
2,54 cm für den Computer kann natürlich die Auflösung des
Systems in 400 Bildpunkte pro 2,54 cm mit einer Abtastauflö
sung von 400 Bildpunkten pro 2,54 cm durch geringfügige Ände
rungen des Systems vervierfacht werden, wobei es sich primär
um eine Vervierfachung der durch den Komparator 608 erzeugten
Datenbits handelt. Weitere Kompromisse zwischen Bildpunkten
pro 2,54 cm und der Anzahl von durch die Grauabstufung aufge
lösten Schattierungswerte sind ebenfalls wahlweise möglich.
Der Mikroprozessor 602 nimmt von den X-, Y- und Z-(oder Winkel
plus Verschiebung-)Bewegungssensoren 308, 310 und 312 die
Signalpaare 530-532, 534-536 und 538-540 als Eingangssignale
auf. Am Beginn jedes Zeittaktintervalls von 3 ms setzt der
Mikroprozessor 602 die internen X-, Y- und Z-Aufwärts-/Abwärts-
Programmzähler 562, 564 und 566 auf Null. Jede Schwankung der
ankommenden Signale wird in dem entsprechenden Zähler 562, 564
bzw. 566 als Aufwärts- oder Abwärtszählwert in Abhängigkeit
vom Phasenzusammenhang zwischen den Signalpaaren gezählt, wie
dies oben erläutert wurde. Am Ende des Intervalls von 3 ms
spiegelt sich jede Änderung in der Stellung und der Drehung
der Anordnung 100 voll in den in den Zählern 562, 564 und 566
gespeicherten Zählwerte mit Byte-Größe wieder. Der Schaltzu
stand der Schalter 126 und 128 wird ebenfalls alle 3 ms wenig
stens ein Mal abgetastet und (nach Entprellen) in einem B-Re
gister mit Byte-Organisation in Bit-Positionen B2 und B3 ge
speichert.
Die Schaltung der Anordnung 100 wird durch ein vom Zentral
computer kommendes MODE-Signal gesteuert, um beispielsweise
zwischen Maus- und Abtasterbetrieb zu unterscheiden. Im Maus-
Betrieb kann die Anordnung 100 eine konventionelle DMA-Maus-
Zeigeranordnung bedienen, um beispielsweise Kompatibilität mit
einer mauskompatiblen Programmsteuerung zu schaffen, welche
direkt über den DMA-Kontroller auf eine Maus-Anordnung zu
greift. Im Maus-Betrieb werden die den Status der beiden Pri
märbewegungssensoren 308 und 310 sowie der Schalter 126 und
128 anzeigenden Daten-Bytes in Bytes gruppiert, welche über
die DATEN- sowie VIDEO- und DATEN-Signalleitungen in den
Hauptcomputer 104 eingespeist zu werden, in dem sie durch DMA-
Transfer in Puffer transferiert werden, die durch die Maus-
Programmsteuerung bedient werden. Da die Ausgestaltung von
Maus-Zeigeranordnungen an sich bekannt ist, wird der Maus-Betrieb
lediglich nur insoweit beschrieben, wie die bevorzugte
erfindungsgemäße Ausführungsform in mit konventionellen DMA-
Maus-Systemen voll kompatiblerweise arbeitet. Für die weite
ren Ausführungen wird angenommen, daß die Anordnung 100 im Ab
tastbetrieb arbeitet.
Die Zeittaktintervalle von 3 ms werden durch den Mikroprozes
sor 602 gemessen. Am Beginn jedes derartigen Intervalls sperrt
der Mikroprozessor 602 ein Gatter 758 und gibt ein Gatter 760
über ein mit SW bezeichnetes Schaltsignal frei. Der Mikropro
zessor 602 hebt am Beginn des Zeittaktintervalls von 3 ms ein
SHF-Signal an. Dieses SHF-Signal läuft über das Gatter 760 und
die PAL-Logikeinheit 706 und wird zu einem SH-Impuls. Der Mik
roprozessor senkt dann das SHF-Signal ab, wodurch das Gatter
760 gesperrt und der Mikroprozessor freigegeben wird, um auf
die über das Gatter 758 kommenden CCD-Impulse anzusprechen und
diese zu zählen. Durch Ausnutzung dieser Impulse als Zeittakt
referenz sendet der Mikroprozessor den Inhalt der X-, Y- und
Z-Zähler 562, 564 und 566 sowie des B-Registers 750 aus.
Der Beginn jedes Zeittaktintervalls von 3 ms wird auf diese
Weise durch den SH-Impuls angezeigt, welcher von der PAL-
Logikeinheit 706 über das Kabel 102 in den Computer 104 einge
speist wird (siehe Zeittaktdiagramm nach Fig. 8). Auf den für
einen Taktzyklus andauernden SH-Impuls folgt eine Verzögerung
von drei Taktzyklen. Zusätzlich zur Anzeige des Beginns der
Übertragung eines synchronisierten Datenpakets zum Computer
104 betätigt der SH-Impuls die ladungsgekoppelte Anordnung 320
im Sinne der Erfassung eines Bildes und der Vorbereitung der
Verschiebung der analogen Bilddaten nach Art einer Eimerketten
fortschaltung in Form des mit SIGNAL bezeichneten Signals.
Währenddessen hält ein mit DV bezeichnetes vom Mikroprozessor
602 erzeugtes Datengültigkeitssignal den Zähler 704 in seinem
gelöschten Zustand und verhindert die Einspeisung von Taktim
pulsen CLK in den Computer 104 über eine mit CLOCK bezeichne
ten Taktsignalleitung für vier vollständige Taktzyklen, wie
dies in Fig. 8 dargestellt ist.
Das DV-Signal nimmt sodann einen hohen Pegel an, wodurch die
Einspeisung von CLK-Signalimpulsen über die CLOCK-Signallei
tung in den Computer 104 freigegeben wird. Das SW-Signal
sperrt (oder schaltet) ein Datengatter 752 und gibt ein Daten
gatter 754 frei, um ein DATEN-Signal auf die VIDEO- und DATEN-
Signalleitung des Kabels 102 zu geben. Die CLOCK-Signalimpulse
takten somit Daten-Bits von der DATEN-Ausgangsleistung des Mik
roprozessors 602 in den Computer 104. Speziell speist der Mik
roprozessor 602 den Inhalt des B-Registers 750 sowie der X-,
Y- und Z-Zähler 562, 564 und 566 seriell auf die VIDEO- und
DATEN-Signalleitung synchron mit dem ankommenden CCD-Signal
(das über das Gatter 758 in den SHF-Eingang des Mikroprozes
sors 602 eingespeist wird) mit den Bytes und Bits in der in
Fig. 8 dargestellten Folge, wobei zwei volle Zyklen des mit
CLOCK bezeichneten während der Darstellung jedes Daten-Bits
auftreten, so daß im Effekt jedes Bit zweimal übertragen wird.
Das SW-Signal schaltet sodann seinen Zustand um, wodurch das
Datengatter 754 abgeschaltet wird, das Datengatter 752 freige
geben wird und gleichzeitig das die CCD-Impulse führende Gat
ter 758 abgeschaltet und das Gatter 760 freigegeben wird, um
den nächsten SHF-Impuls am Beginn des nächsten Intervalls von
3 ms durchzulassen.
Das durch die PAL-Logikeinheit 706 erzeugte CCD-Signal bewirkt
nun, daß die analogen Bildpunkt-Helligkeitswerte als das mit
Signal bezeichnete Signal zu erscheinen beginnen. Der Kompara
tor 608 vergleicht diese Analogsignalwerte mit dem stufenför
migen GRAU-Signal und erzeugt im VIDEO-Signal 256 Bildpunkt-
Helligkeits-Graustufungs-Abtastwerte mit 4 Bit während des
größtenteils des Restes des Zeittaktintervalls mit 3 ms. Da
alle analogen 1028 Bildpunkte in dem mit SIGNAL bezeichneten
Signal dargeboten werden, wird durch die PAL-Logikeinheit 706
einer der vier möglichen Graustufungswerte erzeugt. Der
Komparator 608 vergleicht den Bildpunkt-Helligkeitswert mit
dem Graustufungswert und gibt in Abhängigkeit vom Ergebnis des
Vergleichs für die Dauer eines einzigen Zyklus des Taktsignals
CLK eine "1" oder "0" auf die VIDEO-Leitung. Die drei fol
genden analogen Bildpunktwerte werden entsprechend mit den
drei verbleibenden Graustufungswerten in ansteigender Folge
verglichen, wodurch vier der 1024 analogen Bildpunkte ausge
nutzt werden, um einen einzigen Graustufungswert mit 4 Bit zu
erzeugen. Dieser Prozeß wird 256mal wiederholt, was zu 100
Bildpunkt-Helligkeitswerten mit 4 Bit pro Zeile mit 2,54 cm
des abgetasteten Dokuments führt.
Schließlich beendet das DV-Signal das CLOCK-Signal, wobei die
Übertragung abgeschlossen wird, bis der Beginn des nächsten
Zeitintervalls mit 3 ms durch den nächsten SHF-Impuls vom
Mikroprozessor 602 angezeigt wird. Der gesamte Zyklus beginnt
sodann neu.
Die verbleibenden Signalleitungen im Kabel 102 enthalten Span
nungsversorgungsleitungen für 5 und 12 V sowie eine Erdlei
tung, welche auch als Abschirmung verwendet werden kann. Die
das Dokument beleuchtenden lichtemittierenden Dioden 326 sind
an die Versorgungsspannung von 12 V angeschaltet, welche am
Computerende abgeschaltet werden kann, wenn der Abtaster nicht
in Betrieb ist. Die ladungsgekoppelte Anordnung 320, welche
ebenfalls eine Versorgungsspannung von 12 V benötigt, wird zu
sammen mit ihrem Ausgangsverstärker 762 ebenfalls abgeschal
tet, wenn die Spannungsversorgung mit 12 V endet.
Die DMA-Schnittstelle 1000 ist im Überblick in Fig. 10 darge
stellt, während sie im einzelnen in den Fig. 11A, 11B und 11C
dargestellt ist. Gemäß Fig. 10 werden das CLOCK- und SH-Signal
von der Anordnung 100 in eine Zeittakt- und Steuerlogik 1002
eingespeist. Diese Logik 1002 erzeugt dann XFER-BIT- und XFER-
BYTE-Datenabtast-Zeittaktsignale. Das XFER-BIT-Signal bewirkt
die Abtastung der über die VIDEO- und DATEN-Signalleitung des
Kabels 102 gelieferten Bits in serieller Eingabe in und in
paralleler Ausgabe aus einem FIFO-Register 1004. Ist ein voll
ständiges Informationsbyte im Register 1004 vorhanden, so be
wirkt das XFER-BYTE-Signal die Übertragung des Byte in einen
Tri-State-Puffer 1006, der an den Datenbus des Computers 104
angeschaltet ist. Der Puffer 1006 befindet sich dann in seinem
"Tri-State"-Zustand und speist keine Daten in den Systembus
612 ein. Die Zeittakt- und Steuerlogik 1002 erzeugt sodann ein
DMA-REQUEST-Signal, das in eine der DMA-Kanalanforderungslei
tungen des PC (DMA0 oder DMA1) eingespeist wird. Ist die CPU
des Computers 104 angehalten und sein DMA-Controller zur Über
tragung des Daten-Byte in das RAM 614 bereit, so kommt ein DMA-
ACK-Signal vom Systembus zurück und veranlaßt die Zeittakt-
und Steuerlogik 1002 zur Erzeugung eines Freigabesignals, das
die Einspeisung des Byte in den XT-Datenbus durch den Tri-
State-Puffer bewirkt. Währenddessen wird das nächste seriell
ankommende Daten-Byte im FIFO-Register 1004 gespeichert. Die
ser Prozeß setzt sich vom Zeitpunkt des Auftretens des SH-
Signalimpulses wenigstens solange fort, bis alle Daten-Bytes
übertragen sind.
Das FIFO-Register kann so ausgelegt werden, daß es vor der
Auslösung einer Stoßdatenübertragung eine Anzahl von Bytes
speichert oder die Daten-Bytes einzeln so schnell speichern
kann, wie sie ankommen. Ist eine Gesamtabtastung von Daten-
Bytes in das RAM 614 des Computers 104 übertragen, so erzeugt
die Zeittakt- und Steuerlogik 1002 ein Unterbrechungssignal,
das bei einer Einspeisung in Unterbrechungsleitungen (bei
spielsweise IRQ2, IRQ3, IRQ4 oder IRQ5) des Computers 104 eine
Hardware-Unterbrechung bewirkt, wodurch ein durch eine Pro
grammunterbrechung betriebenes Programm 1202 (Fig. 12) eine
Bedienung der neu eingegebenen Daten in den DMA-Puffer für das
RAM 614 entweder durch Verschiebung der Daten in eine Ring
schleife oder durch Bedienung des DMA-Controllers zur Ein
bringung nachfolgender Übertragungen in einen anderen Puffer
des RAM 614 zu bedienen.
Die Einzelheiten der DMA-Schnittstelle 1000 sind in den Fig. 11A,
11B und 11C dargestellt. Ein Adreßdecoder 1102 gibt die
Programmsteuerung des Computers 104 frei, um die Zeittakt- und
Steuerlogik 1002 rückzusetzen und um ein Daten-Byte in ein
Steuerregister 1104 einzugeben. Die ersten beiden Bitstellen
in diesem Register 1104 sind über Signalleitungen 1106 und
1108 mit dem Adreßdecoder 1102 verbunden und ermöglichen eine
Änderung der Adresse des Registers 1104 im I-/O-Adreßraum des
Computers 104. Die nächsten beiden über Signalleitungen 1110
oder 1112 wirkenden Bitstellen wählen einen DMA-Kanal DRQ1
oder DRQ3 und ein DMA-Quittungssignal DACK1 oder DACK3 durch
Freigabe des einen oder anderen Gatters eines Paars von Gat
tern 1114-1116 oder 1118-1120 aus. Das über ein ODER-Gatter
1122 wirkende Signal 1110 oder 1112 gibt auch einen Decoder
1124 für die Erzeugung einer von vier Hardware-Unterbrechun
gen IRQ2, IRQ3, IRQ4 oder IRQ5 durch Freigabe eines Gatters
von Gattern 1125, 1126, 1127 oder 1128 frei. Die Unterbre
chung wird durch die über Signalleitungen 1129 und 1130 wir
kenden Bitstellen sieben und acht des Registers 1104 gewählt.
Die Bitstellen fünf und sechs steuern die Erzeugung des Span
nungsversorgungssignals, das Transistoren 1131 und 1132 so an
steuert, daß die Spannungsversorgung von 12 V für die Anord
nung 100 ein- und ausgeschaltet wird; weiterhin steuern diese
Bitstellen die Erzeugung des MODE-Signals, das direkt über
einen Treiber 1134 zur Anordnung 100 läuft, um sie zwischen
Maus- und Abtastbetrieb oder zur Durchführung einer anderen
gewünschten Funktion zu steuern.
Der Treiber 1134 verstärkt und puffert weiterhin die drei an
kommenden Signale VIDEO und DATEN, CLOCK und SH. Da ankom
mende CLOCK-Signale wird zum XFER-BIT-Signal, das die ankom
menden Daten-Bits von der VIDEO- und DATEN-Leitung in das
FIFO-Register 1004 taktet.
Das XFER-BIT-Signal wird durch einen Zähler 1136 gezählt. Bei
einem Zählwert von acht setzt dieser Zähler 1136 einen D-Puffer
1130, welcher das DMA-REQ-Signal erzeugt, das über das
freigegebene Gatter 1114 oder 1118 läuft und entweder die
Bussignalleitung DRQ1 oder DRQ3 aktiviert, um eine DMA-Daten
übertragung eines Daten-Bytes auszulösen. Das Ausgangssignal
des Zählers 1136 durchläuft weiterhin eine Ringschleife und
löscht diesen Zähler 1136. Das Zählerrücksetzsignal ist das
XFER-BYTE-Signal, welches die Aufnahme eines Daten-Bytes vom
FIFO-Register 1004 durch den Puffer 1006 bewirkt. Das rückge
führte DACK1- oder DACK3-Signal läuft durch das Gatter 1116
oder 1120 und wird zum DMA-ACK-Signal, das den Puffer 1138
rücksetzt und weiterhin den Puffer 1006 veranlaßt, das Daten-
Byte auf Datenbusleitungen D0 bis D7 des Computers 104 zu
geben.
Der ankommende SH-Impuls am Beginn jedes Zeittaktintervalls
von 3 ms löscht ein Flip-Flop 1140, so daß dieses ein INT-
Signal erzeugt, das über eines der vier Gatter 1125, 1126,
1127 oder 1128 auf eine der vier Hardware-Unterbrechungslei
tungen IRQ2, IRQ3, IRQ4 oder IRQ5 fließt. Das durch die Un
terbrechung gesteuerte Programm 1202 (Fig. 12) übernimmt dann
die Behandlung des Datensatzes. Ein Bussignal TC setzt sodann
das Flip-Flop 1140 zurück, um die Unterbrechung zu beenden.
Fig. 12 zeigt ein Übersichts-Flußdiagramm der erfindungsgemä
ßen Programmsteuerteile. Ein erstes durch eine Unterbrechung
betriebenes Programm spricht auf die alle 3 ms durch die
Schnittstelle 1000 erzeugten Unterbrechungen an, in dem es
Daten vom DMA-Puffer in einen Ringpuffer überträgt, den DMA-
Controller neu programmiert, um den nächsten Datensatz in
einen anderen RAM-Puffer zu laden oder in dem es eine andere
geeignete Aktion durchführt. Dies erfolgt in einem Schritt
1204. Im Bedarfsfall kann auch der DMA-Controller zur Vorbe
reitung der nächsten DMA-Datenübertragung rückgesetzt werden,
wonach die Programmsteuerung zum Rufprogramm zurückgeführt
wird.
Das Hauptprogramm 1208 ist ein konventionelles Programm, das
durch das Operationssystem in Gang gesetzt wird und sodann die
ankommenden abgetasteten Bilder in ein Bild im Speicher mit
wahlfreiem Zugriff überführt. Dieses Programm beginnt in einem
Schritt 1210 durch Einsetzen des Unterbrechungsprogramms 1202
und Durchführung jeder notwendigen Programmierung des DMA-Con
troller, falls das nicht bereits durch ein Hintergrund-Maus-
Programm erfolgt ist. Für die Schnittstelle kann ebenso eine
Beachtung erforderlich sein, wobei es sich beispielsweise um
die Einschaltung der Spannungsversorgung mit 12 V für den Abtaster
und seine belichtenden Dioden handelt. Bestimmte
Schritte können dabei natürlich zurückgestellt werden, bis die
Abtastung tatsächlich beginnt.
Die RAM-Datenstrukturen für die Bildbehandlung werden dann in
einem Schritt 1212 rückgesetzt oder falls notwendig, dem obe
ren Speicher zugewiesen.
Sodann wird der Benutzer in einem Schritt 1214 gefragt, welche
Funktion sodann ausgeführt werden soll. Generell wird der Be
nutzer wünschen, die ankommenden Daten aus dem Ringpuffer oder
einer anderen durch die DMA- oder Unterbrechungssysteme gehal
tenen Struktur in ein Bildpunktbild abzubilden, das im RAM in
TIF-Form (Schritt 1216) gehalten wird und von dort in einem
Schirmpuffer abgebildet wird, aus dem die Daten durch die
Hardware direkt in die Videoanzeige abgebildet werden. Der
Benutzer mag dann das Bild in einem Schritt 1218 zu drehen,
vergrößern, verkleinern, stutzen oder zu trimmen wünschen.
Handelt es sich bei der Information um einen Text, so mag der
Benutzer ein Zeichenerkennungs-Unterprogramm abzurufen wün
schen, um das Textbild in einem Schritt 1220 in einen ASCII-
Text zur weiteren Verarbeitung in einem Wortprozessor, zur
Speicherung in rückgewinnbarer Form in einer Text-Datensuch
kartei oder einfach zur Speicherung in maximal kompakter Form
zu überführen. Andererseits mag der Benutzer das Datenbild
auch in einem Schritt 1222 in ein Eingabesystem in TIF-, PCC-
oder IMG-Format zu schreiben wünschen. Alle diese Bilddaten-
Handhabungsschritte sind konventionell und brauchen hier mit
Ausnahme des Datenabbildungsschrittes 1216 nicht näher be
schrieben zu werden.
Der Datenabbildungsschritt 1216 ist in Fig. 13 näher erläu
tert. Die in Intervallen von jeweils 3 ms von der Anordnung
100 kommenden Datensätze werden zunächst in einem Schritt 1302
vom Unterbrechungsringpuffer oder vom DMA-RAM-Puffer empfan
gen oder sie werden einfach zur Weiterverarbeitung an ihrer
gegenwärtigen Stelle gehalten. Sodann wird die "absolute"
Position sowohl stellungsmäßig als auch winkelmäßig der neu
aufgenommenen Abtast-Bildpunktdaten in bezug auf das TIF-Bild
im RAM berechnet (Schritt 1304). Sodann werden die Bildpunkte
an dieser Stelle in das RAM eingeschrieben. Danach werden die
Bilddaten in einem Schritt 1306 in ein geeignetes Anzeigefor
mat (EGA, VGA, Hercules usw.) überführt. Schließlich werden
die Anzeigedaten in einem Schritt 1308 auf den Schirm gege
ben. Von diesen Schritten bedarf lediglich der Positionsbe
rechnungsschritt 1304 einer näheren Erläuterung.
Fig. 14 beschreibt, wie die absolute Position der Abtastlinie
im RAM-Bildpunktbild berechnet wird. Nachdem in einem Schritt
1402 die inkrementellen Bewegungswerte Delta X, Delta Y und
Delta Z aufgefrischt und die inkrementelle Winkelbewegung
Delta Phi berechnet ist, erfolgt in einem Schritt 1404 eine
Überprüfung, ob es sich dabei um die 400ste Abtastung handelt.
Ist dies der Fall, so werden die inkrementellen Werte um 1
inkrementiert, um im Bedarfsfall eine sanfte "Spring"-Funk
tion zu implementieren.
In einem Schritt 1406 wird Delta Y mit Delta Z verglichen, um
festzulegen, um welche Mauskugel der Handabtaster gedreht wird
und um auszuwählen, welcher Satz von Gleichungen bei der Be
rechnung der tatsächlichen Horizontalbewegung Xinc und der
Vertikalbewegung Yinc verwendet werden sollen. (Es sei be
merkt, daß Delta X und Delta Y parallel bzw. senkrecht zur
Hauptachse der Anordnung 100 liegen und generell um den Win
kel Phi aus den wahren Horizontalkoordinaten des Dokumentes
und des Schirms gedreht werden.)
Übersteigt Delta Y Delta Z, so hat sich die linke Mauskugel
116 weitergedreht als die rechte Mauskugel 118, so daß die An
ordnung 100 sich primär um die rechte Mauskugel 118 dreht. Die
inkrementelle Horizontal- und Vertikalbewegung Xinc und Yinc
der Anordnung werden in bezug auf Delta X und Delta Z (die Be
wegung der rechten Mauskugel berechnet), wonach diese Bewegung
hinsichtlich der Bewegung der linken Mauskugel korrigiert
wird, bei der es sich um die Referenzkoordinaten handelt
(Schritt 1408). Der Korrekturfaktor wird gemäß der Darstellung
der Figur berechnet, wobei die Differenzbewegung des linken
Endes in bezug auf das rechte Ende (Delta Y minus Delta Z)
multipliziert mit dem sinus und cosinus eines speziellen Prim
winkels Phi ausgenutzt wird. Der Primwinkel Phi ist der
Anfangswinkel Phi plus Delta Phi, wobei es sich um den mittle
ren Winkel zwischen dem Anfangswinkel Phi und dem Endwinkel
Phi plus zwei Delta Phi handelt.
Ist Delta Z gleich oder größer Delta Y, so hat sich die rechte
Mauskugel 118 weiter als die linke Mauskugel 116 gedreht, so
daß sich die Anordnung 100 primär um die linke Mauskugel 116
dreht. In diesem Falle werden die einfacheren Formeln gemäß
einem Schritt 1410 ausgenutzt, gemäß derer Xinc und Yinc - die
Bewegung der linken Mauskugel - als Funktion der Bewegung
Delta X und Delta Y multipliziert mit dem sinus und cosinus
von Phi - berechnet werden, wie dies in der Figur dargestellt
ist.
Sodann werden in einem Schritt 1412 die X- und Y-Koordinate
durch Hinzuaddieren dieser inkrementierten Werte (multipli
ziert mit einem geeigneten Skalierungsfaktor) zu den vorher
gehenden Werten X und Y berechnet werden (bei einer Reali
sierung beträgt dieser Skalierungsfaktor 1,065989848). Der
neue Winkel Phi wird als ursprünglicher Winkel plus zweimal
dem Wert Delta Phi berechnet, wobei zwei ebenfalls ein Ska
lierungsfaktor ist.
Liegt die neue Position der Anordnung 100 unter einem Winkel
in bezug auf die Horizontale und Vertikale, so sind bei der
Einbringung der Bildpunktwerte in ein rechteckförmiges Raster
von Bildpunktwerten im RAM einige Bildpunktwerte zu eliminie
ren, da die unter einem Winkel verlaufende Abtastung nicht
über so viele Zeilen und Spalten verläuft, wie dies bei einer
horizontalen oder vertikalen Abtastung der Fall ist. Für jede
von der Abtastung geschnittene Spalte ist lediglich ein Bild
punktwert erforderlich, wenn die Abtastung mehr horizontal als
vertikal verläuft. Entsprechend ist für jede durch die Abtastung
geschnittene Zeile lediglich ein Bildpunkt erforderlich,
wenn die Abtastung mehr vertikal als horizontal verläuft.
Daher wird ein Bildpunkt aus so vielen Bildpunkten eliminiert,
um die Anzahl von Bildpunkten so zu reduzieren, daß sie gleich
der Anzahl von geschnittenen Spalten oder Zeilen ist, was der
Anzahl von Bildpunktwerten entspricht, die im rechteckförmi
gen Raster aufgezeichnet werden.
Schließlich werden in einem Schritt 1416 die Anfangs- und End
koordinaten des abgetasteten Bildes in bezug auf die X- und Y-
Werte, die sich aus dem Winkel Phi heraus erstrecken, berech
net. Sodann werden diese Koordinaten zur Festlegung ausge
nutzt, wo die verbleibenden (nicht-eliminierten) Bildpunkte in
das rechteckige Raster von Bildpunkten im RAM eingeschrieben
werden (Schritt 1418).
Wird ein Bild abgetastet, dessen Breite größer als die maximal
abtastbare Spaltenbreite ist, so wird die Anordnung 100 nach
Art eines Rasenmähers sorgfältig über eine Spalte nach unten
geführt, über die nächste nach oben, über die wiederum nächste
nach unten usw., wobei sich die abgetasteten Spalten überlap
pen, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist. In dieser Figur wird
ein großes Bild 140 zunächst in Abwärtsrichtung gemäß A und
sodann in Aufwärtsrichtung gemäß B abgetastet, wobei die An
ordnung 100 im wesentlichen parallel zum unteren Rand des Do
kumentes 110 gehalten wird. Die Abtastungen A und B überlap
pen sich teilweise, wie dies in Fig. 20 dargestellt ist, in
der die Abtastung A mit 2002 und die Abtastung B mit 2004 be
zeichnet ist.
Aufgrund der kumulativen Gleichlauffehler wird gemäß den Fig. 16
bis 19 ein Objekt 1602 bei 1702 in der Abwärtsabtastung A
und bei 1802 in der Aufwärtsabtastung B wiedergegeben. Die
Koordinaten dieser Teilwiedergaben 1702 und 1802 überlappen
sich nicht genau wie dies der Fall sein sollte (Fig. 19). Es
ist sowohl in X- als auch Y-Richtung eine bestimmte Gleich
fehler-Verschiebung vorhanden. Dieser Fehler muß korrigiert
werden, bevor die Abtastung B 2004 im gleichen RAM-Speicher
puffer mit der Abtastung A 2002 kombiniert wird. Der Über
lappbereich 2006 wird daher untersucht, um den kumulativen
Gleichlauffehler festzustellen und zu korrigieren. Speziell
werden kleine Bereiche mit einem Abstand von 50 Abtastzeilen,
wie beispielsweise Bereiche 2008 und 2010 untersucht, um den
relativen kumulativen Positionsfehler zwischen den beiden Abtastungen
festzustellen, wobei die Daten in der Abtastung B
korrigiert werden, bevor die Daten aus den Abtastungen A und B
kombiniert werden.
Ein geeignetes Korrekturunterprogramm 2100 ist in Fig. 21 dar
gestellt.
Im Schritt 2102 wird die erste Abtastung A in Abwärtsrichtung
abgeschlossen und im Hauptabtastpuffer gespeichert, wie dies
bereits beschrieben wurde.
Sodann wird ein die Schritte 2104 bis 2114 umfassender sich
wiederholender Prozeß begonnen. Während jeder Wiederholung
werden 50 Abtastzeilen angenommen (in der zweiten Abtastung B
in Aufwärtsrichtung und in nachfolgenden überlappenden Ab
tastungen), zur Bestimmung des Positionsfehlers analysiert
sowie im Hauptabtastpuffer korrigiert und gespeichert.
In einem Schritt 2104 werden 50 Zeilen abgetastet (anfänglich
an der Unterseite der Abtastung B) und in einem Zwischenpuffer
aufbewahrt. Sodann wird in einem Schritt 2106 ein Überlap
pungsbereich (beispielsweise ein Bereich 2010 in Fig. 20)
sowohl aus den Abtastdaten A und B ausgewählt. In einem
Schritt 2108 werden Datenwerte aus dem A-Bereich 2010 und dem
B-Bereich 2010 wiederholt, kreuzweise gegeneinander korre
liert, wobei jedes Mal inkrementell verschobene Relativwerte
für X und Y ausgenutzt werden. Die Kreuzkorrelation erfolgt
Punkt für Punkt im gesamten Bereich durch Multiplizieren
korrespondierender Abtastwerte im Bereich A und B und nach
folgendes Aufsummieren der Produkte über den Bereich. Dies er
gibt ein Maß der Anpassung der beiden Bereiche. Wird der Be
reich B in bezug auf den Bereich A inkrementell X- und Y-Rich
tung verschoben, so wird schließlich eine relative Einstellung
der beiden Bereiche gefunden, in der die Bilder fast genau an
einander angepaßt sind. Diese Anpassung bewirkt, daß der
Kreuzkorrelationswert einen Maximalwert erreicht, wodurch die
richtige Ausrichtung der Bilder angezeigt wird.
Das folgende Basic geschriebene Programmbeispiel zeigt als
vereinfachtes Beispiel dieses Prozesses die mathematischen
Schritte:
Nach Abarbeitung des obigen vereinfachten Programms ist die
Fehleinstellung des Delta X-Wertes gleich MAXCX und die
Fehleinstellung des Delta Y-Wertes gleich MAXCY. Wenn die
Bildpunktdatenwerte des Bereiches B in den Hauptabtastpuffer
abgebildet sind, so sind ihre X- und Y-Stellung um diesen
Betrag korrigiert.
Auf diese Weise erhält man ein saumloses Bild, selbst wenn das
externe Bild in Mehrfachsegmenten abgetastet wurden. Natürlich
können die Größe der verglichenen Bereiche, der Abstand zwi
schen den verglichenen Bereichen und die Anzahl der inkremen
tellen Werte in X- und Y-Richtung von den beispielhaft ange
gebenen Größen abweichen, wenn eine Anpassung an die speziel
len Notwendigkeiten eines gegebenen Abtasters dies erforder
lich machen.
In bestimmten Fällen können die verglichenen Bereiche nicht
ausreichend Einzelheiten und Varianz enthalten, um ein rich
tiges einziges Spitzenmaximum für den Kreuzkorrelationswert zu
realisieren. In anderen Fällen können Raster im Bild zu Mehr
fachspitzen von gleichen (oder fast gleichen) Werten führen.
Diese speziellen Fälle sollen durch das Programm erfaßt werden
und sodann unterschiedliche Vergleichsbereiche ausgewählt wer
den. Sind keine richtigen Bereiche auffindbar, so können Be
rechnungen der vorstehend beschriebenen Art verwendet werden,
bis ein sinnvoller Kreuzkorrelations-Wertansatz gewonnen wird.
In vielen Fällen kann die Einstellung unkritisch sein, wenn
die Kreuzkorrelationswerte keine einzige Spitze besitzen, oder
es kann lediglich notwendig zu sein, das Raster anzupassen,
wobei eine zyklische Verschiebung nicht von ins Gewicht
fallender Bedeutung ist.
Das folgende Computerprogramm zeigt einen Wert, auf dem ein
dem in den Figuren entsprechendes Programm implementiert
werden kann:
Claims (9)
1. System zur optischen Abtastung der Oberfläche eines
visuell wahrnehmbare Information (112, 114) tragenden
Objektes (110), bei dem die Information (112, 114) er
faßt und digital als zweidimensionale Bildpunktdar
stellung eines Bildes dargestellt wird, mit
einer Abtastanordnung (100), die auf die Oberfläche des abzutastenden Objektes (110) aufsetzbar ist und
ein zur Übertragung zu einem digitalen Computer (104) geeignetes Ausgangssignal erzeugt,
einen optischen Abtaster (320) enthält, der einen ihn benachbarten Oberflächenteil des Objektes (110) wiederholt abtastet sowie eine Darstellung der in diesem Oberflächenteil befindlichen visuell wahr nehmbaren Information erfaßt und dem Signalausgang zuführt,
manuell auf die Oberfläche des Objektes (110) auf setzbar ist, um Darstellungen der visuell aufnehm baren Information von mehreren aneinandergrenzenden und möglicherweise nicht zueinander ausgerichteten und sich überlappenden Teilen des Objektes (110) zu erfassen, sowie einen Mechanismus (308, 310, 312) enthält, der mit dem Objekt (110) zwecks Erfassung und Erzeugung von Darstellungen von Oberflächen translationsbewegungen und Drehungen des Objektes (110) sowie zwecks Zuführung dieser Darstellungen zum Signalausgang zusammenzuwirken vermag,
einer an den Computer (104) anschließbare Programmier anordnung (602, 604, 606, 608, 610) zum Einschreiben der Darstellungen dem Computer (104) von Abtastanordnung (100) angebotenen visuell wahrnehmbaren Information in einer zweidimensionalen Bildpunktdarstellung eines Bildes, die in einem Speicher (614) des Computers (104) an Stellen der Bildpunktdarstellung gehalten werden können, die lage- und winkelmäßig in bezug auf die zweidimensio nale Bildpunktdarstellung um Beträge verschoben sind, welche den Bewegungen der Abtastanordnung (100) auf dem Objekt (110) entsprechen, wie sie durch vom Computer (104) aufgenommene Darstellungen der erfaßten Transla tions- und Drehbewegungen der Abtastanordnung (100) in bezug auf das Objekt (110) repräsentiert sind,
wodurch ein einheitliches Bild in der Bildpunktdarstel lung aus getrennt abgetasteten Bilddarstellungen von aneinander grenzenden und möglicherweise nicht zueinander ausgerichteten und sich überlappenden Teilen des Objektes (110) zusammensetzbar ist, wenn die Abtastanordnung (100) in wiederholt unkontrollierter Weise über das Objekt ge zogen wird.
einer Abtastanordnung (100), die auf die Oberfläche des abzutastenden Objektes (110) aufsetzbar ist und
ein zur Übertragung zu einem digitalen Computer (104) geeignetes Ausgangssignal erzeugt,
einen optischen Abtaster (320) enthält, der einen ihn benachbarten Oberflächenteil des Objektes (110) wiederholt abtastet sowie eine Darstellung der in diesem Oberflächenteil befindlichen visuell wahr nehmbaren Information erfaßt und dem Signalausgang zuführt,
manuell auf die Oberfläche des Objektes (110) auf setzbar ist, um Darstellungen der visuell aufnehm baren Information von mehreren aneinandergrenzenden und möglicherweise nicht zueinander ausgerichteten und sich überlappenden Teilen des Objektes (110) zu erfassen, sowie einen Mechanismus (308, 310, 312) enthält, der mit dem Objekt (110) zwecks Erfassung und Erzeugung von Darstellungen von Oberflächen translationsbewegungen und Drehungen des Objektes (110) sowie zwecks Zuführung dieser Darstellungen zum Signalausgang zusammenzuwirken vermag,
einer an den Computer (104) anschließbare Programmier anordnung (602, 604, 606, 608, 610) zum Einschreiben der Darstellungen dem Computer (104) von Abtastanordnung (100) angebotenen visuell wahrnehmbaren Information in einer zweidimensionalen Bildpunktdarstellung eines Bildes, die in einem Speicher (614) des Computers (104) an Stellen der Bildpunktdarstellung gehalten werden können, die lage- und winkelmäßig in bezug auf die zweidimensio nale Bildpunktdarstellung um Beträge verschoben sind, welche den Bewegungen der Abtastanordnung (100) auf dem Objekt (110) entsprechen, wie sie durch vom Computer (104) aufgenommene Darstellungen der erfaßten Transla tions- und Drehbewegungen der Abtastanordnung (100) in bezug auf das Objekt (110) repräsentiert sind,
wodurch ein einheitliches Bild in der Bildpunktdarstel lung aus getrennt abgetasteten Bilddarstellungen von aneinander grenzenden und möglicherweise nicht zueinander ausgerichteten und sich überlappenden Teilen des Objektes (110) zusammensetzbar ist, wenn die Abtastanordnung (100) in wiederholt unkontrollierter Weise über das Objekt ge zogen wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mechanismus (308, 310, 312) einen ersten Sensor (308) mit
einer ersten festen Stellung auf der Anordnung (100) zur
Erzeugung von ersten Darstellungen der Oberflächentrans
lationsbewegung dieses ersten Sensors (308) und einen
zweiten Sensor (310) mit einer von der ersten festen
Stellung getrennten zweiten festen Stellung auf der An
ordnung (100) zur Erzeugung zweiter Darstellungen der
Oberflächentranslationsbewegung dieses zweiten Sensors
(310) sowie zur Übertragung dieser Darstellungen zum
Signalausgang aufweist,
und daß die Programmieranordnung (602 bis 610) auf die
erste und zweite Darstellung der Oberflächentransla
tionsbewegung anspricht, um die Darstellungen der visuell
wahrnehmbaren Information in die Bildpunktdarstellung
eines Bildes einzuschreiben.
3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Mechanismus (308, 310, 312) folgende Kompo
nenten umfaßt:
einen ersten Bewegungssensor (308) zur Erzeugung von Be wegungsdarstellungen in einer ersten Richtung sowie zur Erzeugung von Bewegungsdarstellungen in einer zweiten auf der ersten Richtung senkrecht stehenden Richtung sowie einen zweiten vom ersten Bewegungssensor (308) beabstan deten Bewegungssensor (310) zur Erzeugung von Bewegungs darstellungen in einer zur ersten Richtung parallelen Richtung.
einen ersten Bewegungssensor (308) zur Erzeugung von Be wegungsdarstellungen in einer ersten Richtung sowie zur Erzeugung von Bewegungsdarstellungen in einer zweiten auf der ersten Richtung senkrecht stehenden Richtung sowie einen zweiten vom ersten Bewegungssensor (308) beabstan deten Bewegungssensor (310) zur Erzeugung von Bewegungs darstellungen in einer zur ersten Richtung parallelen Richtung.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß
der optische Abtaster (320) eine erste Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information an einer ersten Stelle auf dem Objekt (110) und eine zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information an einer zweiten Stelle auf dem Objekt (110) erfaßt, wobei sich die zweite Stelle von der ersten Stelle unterscheidet,
der Mechanismus (308, 310, 312) zur Erzeugung von Dar stellungen der Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle dient,
Die Abtastanordnung (10) die erste Darstellung visuell wahrnehmbarer Information, welche mit Translations- und Rotationsdarstellungen der ersten Stelle gekoppelt ist, sowie die zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information, welche mit Darstellungen der Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stellung gekoppelt ist, auf den Signalausgang gibt, und
die Programmieranordnung (602 bis 610) die erste Dar stellung der visuell wahrnehmbaren Information in die zweidimensionale Bildpunktdarstellung eines Bildes an einer von den Translations- und Rotationsdarstellungen, welche mit der ersten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information gekoppelt sind, und die zweite Dar stellung der visuell wahrnehmbaren Information in die Bildpunktdarstellung eines Bildes an Stellen einschreibt, welche von den Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle abgeleitet sind.
der optische Abtaster (320) eine erste Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information an einer ersten Stelle auf dem Objekt (110) und eine zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information an einer zweiten Stelle auf dem Objekt (110) erfaßt, wobei sich die zweite Stelle von der ersten Stelle unterscheidet,
der Mechanismus (308, 310, 312) zur Erzeugung von Dar stellungen der Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle dient,
Die Abtastanordnung (10) die erste Darstellung visuell wahrnehmbarer Information, welche mit Translations- und Rotationsdarstellungen der ersten Stelle gekoppelt ist, sowie die zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information, welche mit Darstellungen der Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stellung gekoppelt ist, auf den Signalausgang gibt, und
die Programmieranordnung (602 bis 610) die erste Dar stellung der visuell wahrnehmbaren Information in die zweidimensionale Bildpunktdarstellung eines Bildes an einer von den Translations- und Rotationsdarstellungen, welche mit der ersten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information gekoppelt sind, und die zweite Dar stellung der visuell wahrnehmbaren Information in die Bildpunktdarstellung eines Bildes an Stellen einschreibt, welche von den Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle abgeleitet sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß
die zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Informa tion einen Teil der ersten Darstellung der visuell wahr nehmbaren Information überlappt, und
die Programmieranordnung (602 bis 610) auf Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle, welche mit der zweiten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information gekoppelt ist, anspricht, um einen Teil der ersten Darstellung der visuell wahrnehm baren Information in der Bildpunktdarstellung eines Bildes durch einen Teil der zweiten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information zu ersetzen.
die zweite Darstellung der visuell wahrnehmbaren Informa tion einen Teil der ersten Darstellung der visuell wahr nehmbaren Information überlappt, und
die Programmieranordnung (602 bis 610) auf Translations- und Rotationsdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Stelle, welche mit der zweiten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information gekoppelt ist, anspricht, um einen Teil der ersten Darstellung der visuell wahrnehm baren Information in der Bildpunktdarstellung eines Bildes durch einen Teil der zweiten Darstellung der visuell wahrnehmbaren Information zu ersetzen.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet
durch eine Anordnung (608) zum Vergleich von Darstellun
gen der von der Abtastanordnung (100) empfangenen visuell
wahrnehmbaren Information mit vorher in den Speicher
(614) eingeschriebenen Darstellungen der visuell wahr
nehmbaren Information zur Identifizierung von Fehlern in
den Translations- und Rotationsdarstellungen der empfan
genen Darstellungen der visuell wahrnehmbaren Information
und durch eine Ansteuerung der zum Einschreiben dienen
den Programmieranordnung (602 bis 610) durch von der Ver
gleichsanordnung (608) identifizierten Translations- und
Rotationsfehlern zum Einschreiben der empfangenen Dar
stellungen der visuell wahrnehmbaren Information in den
Speicher (614).
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vergleichsanordnung (608) auf Transla
tions- und Rotationsdarstellungen der empfangenen visuel
len Informationsdarstellungen zur Auswahl von Teilen der
im Speicher (614) gespeicherten visuellen Informations
darstellungen für einen Vergleich mit den empfangenen
visuellen Informationsdarstellungen.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet
durch eine Pufferung der empfangenen visuellen Informa
tionsdarstellungen vor dem Vergleich mit dem im Speicher
(614) gespeicherten visuellen Informationsdarstellungen.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Speicher (614) visuelle Informations
darstellungen wenigstens eines Bereiches des Objektes
(110) speichert und bei der Pufferung visuelle Informa
tionsdarstellungen des gleichen Bereiches gespeichert
werden und daß die Vergleichsanordnung (608) im Speicher
(614) gespeicherte visuelle Informationsdarstellungen des
ersten Bereichs mit stellungsmäßig justierten visuellen
Informationsdarstellungen des bei der Pufferung gespei
cherten einen Bereichs vergleicht.
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