CH630746A5 - Schaltungsanordnung zur korrektur jedes einzelnen bildpunktsignales einer in eine digitale form umgewandelten signalfolge eines fotoelektrischen bildwandlersystems. - Google Patents

Description

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' PATENTANSPRÜCHE gegebener Steigungsfaktoren K; und den bereits gewonnenen

1. Schaltungsanordnung zur Korrektur jedes einzelnen und in erster Ordnung korrigierten Signalen Uy. Bildpunktsignals einer in eine digitale Form umgewandelten 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Signalfolge eines fotoelektrischen Bildwandlersystems, das dadurch gekennzeichnet, dass ihre Rechner und Speicher eine Vielzahl in einer Zeile oder Fläche verteilt angeordneter s sowie dem Bildwandler zugeordnete Einrichtungen zu einer Wandlerelemente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass einem Abdunkelung bzw. Referenz-Beleuchtung der Wandlerele-digitalen Signalausgang, digitale Rechenelemente (6 bis 9) und mente (3) mit der Steuerelektronik des Bildwandlers entnom-Speicher (10 bis 12) nachgeschaltet sind, die von einer der menen Schaltimpulsen gesteuert sind.

Steuerelektronik des Bildwandlers zugeordneten Schaltelek- 9- Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

tronik derart gesteuert sind, dass gemäss der Gleichung 10 zeichnet, dass dem Bildwandler (2) gesteuerte Filter und/oder

Blenden (21 ) zugeordnet sind.

Uki = (U,- - UB - Dj) K, 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bildwandler (2) eine Eichlicht-

jedes einzelne Bildpunktsignal Ui eines Wandlerelementes (3) quelle (23) und eine Blende (22) an einer Ulbricht-Kugel (24)

in Echtzeit zu dem korrigierten Signal Uki verbessert wird, is angeordnet sind.

wobei die digitalen Rechen- und Speicherelemente nacheinander folgende Funktionen ausführen:

a) Speicherung des Bezugssignals UB zu Beginn jeder Abtastperiode im ersten Speicher (10);

b) Subtraktion des Bezugssignals UB von jedem einzelnen 20

Bildwandlersignal U-, im Subtraktionsrechner (6); Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kor-

c) Subtraktion des im zweiten Speicher (11 ) für jedes Bild- rektur jedes einzelnen Bildpunktsignals einer in eine digitale wandlerelement gespeicherten Dunkelsignals Dj von dem auf Form umgewandelten Signalfolge eines fotoelektrischen Bild-den Bezugspegel Ub reduzierten Bildwandlerelementsignal Ui wandlersystems, das eine Vielzahl in einer Zeile oder Fläche im Subtraktionsrechner (7); 25 verteilt angeordneter Wandlerelemente enthält.

d) Multiplikation des teilkorrigierten Signales UH = (Uj - UB Bildwandler der genannten Art werden beispielsweise

- Dj) mit dem im dritten Speicher (12) für jedes Bildwandlerele- benötigt zur Aufnahme von Satelliten- oder Luftbildern, von ment gespeicherten Steigungsfaktor Ki im Multiplikationsrech- Thermogrammen, Röntgenfilmen und dergleichen. Die ner (8). Genauigkeit der anschliessenden Auswertung ist bei derartigen

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 Einrichtungen in hohem Masse von den Eigenschaften der einzeichnet, dass sie einen elektronisch gesteuerten Schalter (13) zelnen, nacheinander abzufragenden Wandlerelemente des aufweist, über den zu Beginn jeder Abtastperiode in den ersten Bildwandlers abhängig. Beim gegenwärtigen Stand der Tech-Speicher (10) ein für diese Abtastperiode gültiges, den Bezugs- nik lassen sich mit vertretbarem Aufwand linienförmig oder flä-pegel UB bestimmende Signal eingegeben wird und das wäh- chig angeordnete fotoelektrische Wandler nur mit Toleranzen rend einer Abtastperiode des Bildwandlers (62) an einem digita- 35 von +5-10% herstellen, d. h die einzelnen Wandlerelemente Ien Subtraktionsglied (6) anliegt, an dem dabei ferner aus dem unterscheiden sich hinsichtlich ihres Dunkel- und Sättigungssig-digitalen Signalausgang (4) des Bildwandlers die Signalfolge nals, der Steilheit ihrer Kennlinie und auch durch zeit- und tem-der abgefragten Wandlerelemente (3) anliegt. peraturbedingte Änderungen ihrer Wandlereigenschaften.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- Als weitere Fehlerquellen für eine genaue Strahlungsmes-zeichnet durch einen weiteren Subtraktionsrechner (7), an des- 40 sung des Objektes treten der Lichtabfall der Aufnahmeoptik sen einem Eingang (14) aus dem zweiten Speicher (11) die dort und bei künstlich beleuchteten Objekten die Unregelmässigkeit durch eine Kalibrierungsmessung für jedes Wandlerelement (3) der Beleuchtung in Erscheinung. Diese Fehlerquellen wirken eingegebenen Dunkelsignale Dj eingegeben sind, die von dem sich ganz ähnlich aus wie unterschiedliche Kennlinien der Ein-an seinem anderen Eingang (15) und um das Bezugssignal UB zelelemente des Bildwandlers.

korrigierten Messsignalen Uj abgezogen werden und ein teil- 45 Zur Korrektur analoger Videosignale ist in der US-PS

korrigiertes Messsignal Uü bilden. 3 902 011 ein Messverfahren und eine Schaltungsanordnung

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 -3, aufgezeigt, bei denen ein Videosignal in Regionen mit einem dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsrechner (8) konstanten aber innerhalb der Region veränderbaren Korrek-an einem Eingang anstehende und in einer weiteren Kalibrie- turfaktor korrigiert wird, d. h. für jeden einzelnen Bildpunkt ist rungsmessung gewonnene Steigungsfaktoren Ki für jedes 50 nur mit einer nicht genau definierten Annäherung eine Korrek-Wandlerelement (3) mit den an einem anderen Eingang (17) tur möglich.

anliegenden entsprechenden teilkorrigierten Signalen Un multi- Die Aufgabe der Erfindung besteht gegenüber obigem pliziert. darin, für ein Bildwandlersystem der eingangs beschriebenen

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet Art, das zur genauen Helligkeitsmessung verwendet werden durch einen Rechner (9), der den Steigungsfaktor Kj aus einer 55 soll, eine Korrektur der digitalen Bildwandlersignale mit Hilfe vorgegebenen konstanten Grösse C und dem dritten Speicher von Korrekturfaktoren vorzunehmen, die sowohl Fehler des (12) entnommenen und durch eine mit einer Bezugsbeleuch- Sensors als auch Fehler der Übertragungsstrecke und der Refe-tung durchgeführten Kalibrierungsmessung gewonnenen teil- renzbeleuchtung eliminieren. Darüber hinaus soll diese Korrek-korrigierten Signalen U;j bildet, die in einen vierten Speicher tureinrichtung im Echtzeitbetrieb des Signalweges arbeiten, so (12') eingegeben werden. 60 dass unmittelbar ein korrigiertes Signal zur Verfügung steht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Dies wird erfindungsemäss, durch die kennzeichnenden zeichnet, dass der dritte und vierte Speicher (12,12') zur Spei- Merkmale des Patentanspruches 1 erzielt.

cherung der Uü-Signale und der Steigungsfaktoren Kj vorgese- Für die Schaltungsanordnung ergibt sich ein relativ niedri-

hen sind, deren durch Abruf der UirSignale frei werdende Stel- ger Gesamtaufwand an elektronischen Mitteln, wenn sie len durch die Faktoren Ki belegt werden. 65 gemäss einer Weiterbildung der Erfindung einen elektronisch

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, gesteuerten Schalter aufweist, über den zu Beginn jeder gekennzeichnet durch zusätzliche Rechner (18 bis 19) zur Abtastperiode in einen Speicher ein für diese Abtastperiode Durchführung einer Korrektur höherer Ordnung mit Hilfe vor- konstantes, den Bezugspegel bestimmendes Signal eingegeben

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wird, das ferner während einer Abtastperiode des Wandlers in im linken Diagramm dargestellt. Es ist ersichtlich, dass von den ein digitales Subtraktionsglied eingegeben ist, an dem dabei fer- Eigenschaften der einzelnen Wandler-Elemente herrührend, ner aus der Signalleitung des Wandlers die Signalfolge der diese Signale sowohl bei abgedunkeltem Wandler (Dunkelsig-abgefragten Wandlerelemente anliegt. naie UD) als auch bei belichtetem Wandler (Hellsignale UH)

Die Unterschiede in den «Dunkelsignalen» der einzelnen 5 voneinander unterschiedlich sind, d. h., dass auch die Kennli-Wandlerelemente sind unter Benutzung der vorbeschriebenen niensteigung der einzelnen Wandlerelemente unterschiedlich Schaltungsanordnung gemäss einer Weiterbildung der Erfin- ist. Mit der gleichen Anordnung werden in einer anderen Zeile dung korrigiert durch ein weiteres digitales Subtraktionsglied, (i+1) die im rechten Diagramm dargestellten Signale Uj+i an dessen einen Eingang aus einem weiteren digitalen Speicher erhalten, denen gegenüber den Signalen U; des linken Dia-die dort durch eine Kalibrierungsmessung für jedes Wandler- io gramms ein anderes Bezugssignal UB+i vorangeht, weshalb ein element eingegebenen Dunkelsignale eingegeben sind, die von direkter Vergleich beider Signalfolgen zu Fehlmessungen füh-dem an seinem anderen Eingang und um das Bezugssignal kor- ren würde. Die Lage des Bezugssignals ist bei kapazitiv bzw. rigierten Messsignalen abgezogen werden und ein teilkorrigier- wechselstromgekoppelter Übertragung abhängig von den Bild-tes Messsignal bilden. signalamplituden einer ganzen Zeile.

In einer analogen Weiterbildung der Schaltungsanordnung 15 Zur Abstellung dieser Mängel dient eine Schaltungsanord-werden die unterschiedlichen Hellsignale der einzelnen Wand- nung nach Fig. 1, bei der mit Hilfe einer Optik 31 auf einen ler-Elemente durch eine Kalibrierungsmessung gewonnen und fotoelektrischen Wandler 2 ein Bild oder eine Bildzeile abgebil-in einen Speicher eingegeben, welcher mit Hilfe eines Rech- det ist. Bei der nachfolgenden Beschreibung ist zu unterschei-ners, in den eine konstante Grösse C und die dem Speicher ent- den zwischen dem in Echtzeit verlaufenden Messprozess, bei nommenen Hellsignale eingegeben sind, die Kennliniensteigun- 20 dem die Bildsignale korrigiert werden und dem zu Beginn der gen der Wandler-Elemente ermittelt. Die Speicherung der Hell- Messung stattfindenden Kalibrierungsprozess, bei dem die signale ist dabei nur notwendig, bis der Quotient aus der kon- Korrekturgrössen ermittelt werden. Die aus den einzelnen mit stanten Grösse und einem Hellsignal vorliegt, weshalb in einer bekannten Steuerelektronik 25 angesteuerten Wandler-

zweckmässiger Ausgestaltung im Speicher die durch Hellsig- dementen 3 abgefragten Analogsignale 32 gelangen über einen naie belegten Stellen nacheinander gelöscht und durch Signale 25 Verstärker 33, eine Abtast-Halteschaltung 34 und einen Ana-der Korrekturfaktoren belegt werden, die den Kennlinienstei- log-Digital-Wandler 35 an einen digitalen Signalausgang 4 und gungen der einzelnen Wandler-Elemente proportional sind. Mit einen elektronisch gesteuerten Schalter 13 mit den Umschalt-Hilfe eines weiteren Rechners sind dann in erster Ordnung kor- kontakten B und M. Am Kontakt B ist ein Speicher 10 angerigierte Signale durch Eingabe und Produktbildung der teilkor- schlössen, in den am Anfang jeder Zeile ein Bezugssignal UB rigierten Signale und der Kennliniensteigungen zu bilden. Im 30 eingegeben wird, das für die Dauer einer Zeilen- oder Bildab-Bedarfsfalle kann für gesteigerte Ansprüche mit Hilfe zusätzli- tastperiode gültig ist Hierzu ist der Schalter 13 von der eher Rechner eine weitere Korrektur zweiter Ordnung durch- Schaltelektronik 5 und der ihr zugeordneten Steuerelektronik geführt werden oder bei geringeren Genauigkeitsanforderun- 25 zu Beginn jeder Zeile elektronisch-automatisch in die Schaltgen auf Teile der Schaltungsanordnung verzichtet werden. Stellung B gebracht. Steuerelektronik 25 und Schaltelektronik 5 Anführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend 35 sorgen im weiteren dafür, dass der Schalter 13 vor dem Eintref-anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: fen der ersten Messsignale des Wandlers 3 in die Stellung M

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der gebracht wird. An einem Rechner 6, der die Differenz der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung; Messsignale Ui und des Bezugssignals UB zu bilden hat, liegen

Fig. 2 ein Diagramm der in digitaler Form gebildeten und während einer Messperiode das UB-Signal aus dem Speicher 10 fehlerbehafteten Signale eines Bildwandlers; 40 und die fortlaufend eingegebenen Bildsignale Ui des Wandlers

Fig. 3 eine von Fig. 1 abweichende Bildwandleranordnung 3 an. Die dem Rechner 6 entnommenen teilkorrigierten Signale an einer Ulbricht-Kugel. Ui - UB gelangen an einen weiteren elektronisch gesteuerten

Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanord- Schalter 26 mit den Umschaltkontakten D und M2.

nung, bei der ein mittels einer Optik 31 erzeugtes Bild von Nachfolgend in der Schaltstellung M2 über den Schalter 26

einem fotoelektrischen Wandler 2 in elektrische Signale umge- 45 geleitete Messsignale U; - UB aus dem Rechner 6 gelangen an wandelt wird, der aus einer Vielzahl von Wandler-Elementen 3 einen Eingang 15 eines weiteren Rechners 7. Dieser Rechner 7 besteht. Hierzu ist ihm eine Steuerelektronik 25 zugeordnet, die bildet dann während einer Messperiode mit Hilfe der aus dem auch integrierter Bestandteil des Wandlers 2 sein kann. Speicher 11 an seinen weiteren Eingang 14 anliegenden Dun-

Für vielseitige Anwendungen sind derartige Wandler mit kelsignale Dj weitere teilkorrigierte Signale U; - UB - Dj = U«, beispielsweise 1000 bis 2000 Wandler-Elementen 3 in linienför- 50 die einem dritten analog ausgebildeten und angesteuerten elek-miger Anordnung im Handel. Bei Anwendungen der in der Ein- tronischen Schalter 27 zugeführt sind. In der Schaltstellung M3 leitung beschriebenen Art erzeugt der Bildwandler 2 analoge des Schalters 27 ist ein weiterer Rechner 8 mit den teilkorri-Signale 32, die in der Regel über einen Verstärker 33 weiterver- gierten Signalen Ujj aus dem Rechner 7 und den ihnen zugehöri-arbeitet werden und hierzu zweckmässig über eine Abtast-Hal- gen K-Werten aus dem Speicher 12' beaufschlagt. Der Rechteschaltung 34 (Sampel-Hold) und einen Analog-Digital-Wand- 55 ner 8 bildet durch Multiplikation mit den Faktoren K| in erster 1er 35 in digitale Signale umgewandelt werden. Diese am Aus- Ordnung korrigierte Signale (U; - UB - Dj) • Kj = UKi.

gang 4 des Analog-Digital-Wandlers anstehenden Signale sind Die Dunkelsignale Di und die Korrekturfaktoren Kj werden in der Fig. 2 dargestellt. vor Beginn der Messung und u. U. auch in gewissen zeitlichen

Vor Beginn einer auszuwertenden Signalfolge erscheinen Abständen während der Messung durch eine besondere Kali-am Ausgang 4 des Digital-Wandlers Bezugs-Signale UBi. Diese 60 brierungsmessung ermittelt. Der analog dem Schalter 13 mit Bezugs-Signale UBj können einen konstanten oder einen nur für Hilfe der Steuer- und Schaltelektronik 25 und 5 angesteuerte die Abtastperiode einer Zeile konstanten Wert aufweisen. Schalter 26 sorgt dafür, dass in der Schaltstellung D in einem

Durch bekannte elektronische Mittel (z. B. Dioden-Klemm- Speicher 11 durch diese Kalibrierungsmessung die «Dunkelsigschaltung) kann dieses Bezugs-Signal bereits bei der Analog- naie» D, aller Einzelelemente 3 des Wandlers 2 aufgenommen Signalbildung zu Null gemacht werden, so dass Ui das bereits 65 werden.

auf eine Bezugslinie bezogene Messsignal darstellt. Drei Dabei ist eine zwischen der Optik 31 und dem Bildwandler

Signale Uj, die bei jeweils gleicher Beleuchtung aufeinanderfol- 2 angeordnete Blende 21 geschlossen. Das Schliessen der gender Wandler-Elemente einer Zeile gewonnen wurden, sind Blende kann dabei mit Hilfe eines Stellgliedes 35 und einer

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Blendensteuerung 36 erfolgen, wobei letztere von Hand (Pfeil A) oder mit Hilfe eines der Schaltelektronik 5 entnommenen Signals erfolgen kann.

Abschliessend an die Dunkel-Kalibrierung erfolgt eine Kalibrierung der einzelnen Wandlerelemente 3 hinsichtlich ihrer «Hellsignale». Hierzu ist bei der Anordnung nach der Fig. 1 die Blende 21 in die offene Stellung gesteuert, wobei der Wandler 3 mit einer Referenz-Lichtverteilung beaufschlagt ist, oder es ist bei einer Wandleranordnung an einer Ulbricht-Kugel 22 gemäss der Fig. 3 die Blende 22 geschlossen und eine Eichlichtquelle eingeschaltet. Ein dritter analog den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschaffener und gesteuerter elektronischer Schalter 27 mit den Umschaltkontakten H und M3 ist dabei zunächst in die Stellung H geschaltet, der Schalter 26 steht dabei in der Stellung M2. Somit liegen am Schalter 27 aus dem Rechner 7 die hinsichtlich ihres Bezugssignales UB und ihrer Dunkelsignale Di korrigierten Hellsignale UHi an, die im Speicher 12 gespeichert werden. Der Rechner 9 bildet die Quotienten aus einer konstanten Grösse C und den nacheinander aus dem Speicher 12 abgerufenen Signalen UHi, während dabei frei werdende Stellen durch die errechneten Quotienten Ki belegt werden, die ein Mass für die Kennliniensteigung der einzelnen Wandlerelemente 3 darstellen.

Bei höchsten Anforderungen an die Messgenauigkeit zur Berücksichtigung von gekrümmten Kennlinien der Wandler-5 elemente 3 ist eine Korrektur zweiter Ordnung beispielsweise dadurch möglich, dass den Rechnern 7 und 8 zusätzliche Rechner 18 und 19 zugeordnet sind, von denen der Rechner 18 das Produkt von (Un)2 und einer konstanten Korrekturgrösse K2 bildet, zu dem der Rechner 19 das in erster Ordnung korrigierte 10 Signal UKi addiert.

Die Schaltelektronik 5 in Fig. 1, die zur Ansteuerung der Abtast- und Halteschaltung 34 des Analog-Digital-Wandlers 35, der Schalter 13 und 26, des Speichers 11 und des Schalters 27 sowie des Speichers 12,12' und des Rechners 8 sowie der Blen-15 densteuerung 36 dient, weist hierzu Signalausgänge Si bis Ss auf, wobei weitere Signalausgänge für zusätzliche Einrichtungen, beispielsweise Signallampen und dergleichen zur Vereinfachung der Darstellung unbelegt blieben. Der Aufbau der Schaltelektronik selbst kann nach freier Wahl in beliebig 20 zweckmässiger Ausbildung erfolgen, z. B. mit Hilfe eines Mikroprozessors, und ist nicht Gegenstand der Erfindung.

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2 Blatt Zeichnungen