DD236811A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE OPTOELECTRONIC INFORMATION EFFECT OF CONTRASTING OBJECT STRUCTURES USING CCD COMPONENTS - Google Patents

METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE OPTOELECTRONIC INFORMATION EFFECT OF CONTRASTING OBJECT STRUCTURES USING CCD COMPONENTS Download PDF

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DD236811A1
DD236811A1 DD85275847A DD27584785A DD236811A1 DD 236811 A1 DD236811 A1 DD 236811A1 DD 85275847 A DD85275847 A DD 85275847A DD 27584785 A DD27584785 A DD 27584785A DD 236811 A1 DD236811 A1 DD 236811A1
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DD
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ccd
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component
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DD85275847A
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Karl Ramlow
Gerhard Kirmse
Guenther Wolf
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Zeiss Jena Veb Carl
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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Abstract

Verfahren und Anordnung zur optoelektronischen Informationsgewinnung kontrastreicher Objektstrukturen unter voller Ausnutzung des Dynamikbereiches von CCD-Bauelementen, wobei einem ersten CCD-Bauelement das volle Licht der Objektstruktur, einem zweiten und gegebenenfalls weiteren CCD-Bauelementen das Licht der Objektstruktur ueber einen Filter bzw. Filter mit jeweils steigendem Absorbtionsvermoegen zugefuehrt wird, dass eine Selektierung der Pixelinhalte des ersten CCD-Bauelementes bezueglich ihrer Saettigung erfolgt und nur die ungesaettigten Pixelinhalte nach einer A/D-Wandlung abgespeichert werden. Bei der Auswertung der Pixelinhalte des zweiten und gegebenenfalls jedes weiteren CCD-Bauelementes werden nur noch die im Bereich der Saettigung liegenden Pixel des jeweils vorher ausgewerteten CCD-Bauelementes beruecksichtigt, wobei diese dann wiederum auf Saettigung geprueft und die ungesaettigten abgespeichert werden. Dieser Vorgang wird gegebenenfalls bis zum letzten CCD-Bauelement durchgefuehrt, dessen vorgeschalteter Filter so beschaffen ist, dass kein Pixel die Saettigung erreichen kann. Fig. 1Method and arrangement for the optoelectronic information acquisition of high-contrast object structures with full utilization of the dynamic range of CCD components, wherein a first CCD component, the full light of the object structure, a second and optionally further CCD components, the light of the object structure via a filter or filter, respectively Increasing Absorbtionsvermoe it is fed that a selection of the pixel contents of the first CCD component with respect to their Saettigung takes place and only the ungesaettigten pixel contents are stored after an A / D conversion. When evaluating the pixel contents of the second and possibly each further CCD component, only the pixels of the respectively previously evaluated CCD component which are in the range of saturation are taken into account, whereby these in turn are checked for saturation and the unsaved ones are stored. This process is optionally carried out to the last CCD device whose upstream filter is such that no pixel can reach the Saettigung. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Diese Erfindung läßt sich überall dort anwenden, wo CCD-Bauelemente für die optoelektronische Informationsgewinnung kontrastreicher Objektstrukturen eingesetzt werden.This invention can be applied wherever CCD components are used for the optoelectronic information acquisition of high-contrast object structures.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Fallen auf einen einzelnen Fotosensor (Pixel) einer zeilen- oder matrixförmigen Anordnung solcher Pixel Fotonen, so erzeugen diese in Abhängigkeit von ihrer Anzahl eine elektrische Spannung. Der Kennlinienverlauf zwischen Fotonenanzahl und erzeugter Pixelspannung ist in der Regel zwischen U171In und Umax linear, wobei Umin der Fotonenanzahl entspricht, die eine solche Spannung (eben Umin) erzeugt, die sich vom Hintergrund gerade noch abhebt, und Umax der kleinsten Fotonenanzahl entspricht, die eine solche Spannung (eben Umax)erzeugt, die sich auch bei Erhöhung der Fotonenanzahl nicht weiter vergrößert. Der Dynamikbereich eines Pixels liegt also zwischen UmIn und Umax (bzw. den adäquaten Fotonenzahlen).If a single photosensor (pixel) of a line or matrix arrangement of such pixels has photons, these generate an electrical voltage as a function of their number. The characteristic curve between the number of photons and the pixel voltage generated is usually linear between U 171 I n and U max , where Umi n corresponds to the number of photons which generates such a voltage (just U m i n ) that just barely rises from the background, and U max the smallest photo Nena number corresponds to, which generates such a voltage (U just ma x), which does not increase further even when increasing the number of photo Nena. The dynamic range of a pixel is thus between UmI n and U max (or the adequate number of photons).

Wird bei einem Pixel die Fotonenzahl zur Erzeugung von Umax überschritten, so bewirkt dies ein Übersprechen auf benachbarte Pixel und verfälscht somit deren Informationsinhalt. Im weiteren Verlauf wird das Erreichen von Umax auch als Sättigung bezeichnet.If the number of photons for generating U max is exceeded at one pixel, this causes crosstalk to adjacent pixels and thus falsifies their information content. In the further course of the achievement of U max is also referred to as saturation.

CCD-Bauelemente sind demzufolge immer im Bereich zwischen Um,nund UmaxZU betreiben (Dynamikbereich). Da die Pixelfläche fabrikationsbedingt konstant ist, läßt sich die Fotonenzahl nur über die Verwendung von Dämpfungsfiltern oder über die Belichtungszeit steuern, in welcher das Pixel auf auftreffende Fotonen reagiert (Taktzeit).As a result, CCD components always operate in the range between U m , n and U ma x ZU (dynamic range). Since the pixel area is constant due to production, the number of photons can only be controlled by the use of attenuation filters or the exposure time in which the pixel responds to incident photons (cycle time).

CCD-Bauelemente werden vorwiegend zur optoelektronischen Umsetzung von flächenhaften Hell-Dunkel-Verteilungen eingesetzt. Dabei steht immer das Problem der vollständigen Ausnutzung des Dynamikbereiches unter Vermeidung des Sättigungsfalles. Beides ist im Stand der Technik in der Gemeinsamkeit noch nicht zufriedenstellend gelöst worden. Im Stand der Technik erfolgt eine Einstellung der Taktfrequenz bzw. die Verwendung von Dämpfungsfiltern so, daß an der hellsten Stelle der flächenhaften Hell-Dunkel-Verteilung (also an der Stelle des höchsten Fotonenstromes) der Sättigungsfall gerade noch nicht erreicht wird. Diese Methode hat folgende Nachteile:CCD components are mainly used for the optoelectronic conversion of areal light-dark distributions. There is always the problem of full utilization of the dynamic range while avoiding the saturation case. Both have not yet been solved satisfactorily in the common art in the prior art. In the prior art, an adjustment of the clock frequency or the use of attenuation filters so that at the brightest point of the areal light-dark distribution (ie at the location of the highest photon current) of the saturation case is just not reached. This method has the following disadvantages:

1. Sie muß auch dann angewandt werden, wenn die hellste Stelle nureinen Bruchteil derzu inspizierenden Fläche ausmacht und die Restfläche Fotonenströme weit unterhalb dieses Maximums anbietet. Dabei wird erheblich Dynamikbereich verschenkt.1. It must also be used when the brightest spot is only a fraction of the area to be inspected and the residual area offers photon flux far below that maximum. This dynamic range is given away considerably.

2. Diese Methode ist nicht anwendbar, wenn die hellste zu erwartende Stelle nicht vor der Messung zur Eichung des CCD-Bauelementes betrachtet werden kann (z.B. bei Lichtb'iizen). Hierbleibt nur der Ausweg, mit einem außerordentlich hohen Fotonenstrom zu rechnen, was wiederum mit drastischen Dynamikbereichsverlusten verbunden ist.2. This method is not applicable if the brightest expected location can not be considered prior to measurement for calibration of the CCD (for example, in light biziques). The only solution is to expect an extremely high photon current, which in turn is associated with drastic dynamic range losses.

In der DE-OS 2846662 wird eine Anordnung behandelt, die eine Veränderung des Dynamikbereiches bezüglich der Erfassung von Lichtmengen bei Objektiven im Vergleich zu solchen herkömmlicher Ausführung gestattet.In DE-OS 2846662 an arrangement is discussed, which allows a change in the dynamic range with respect to the detection of light levels in lenses compared to such conventional design.

Erfindungsgemäß wird hierzu in eine bekannte Irisblende ein Dämpfungsfilter eingesetzt, welches über eine kontinuierlich zunehmende Dichte, betrachtet vom Rand des Filters zu seinem Zentrum, durch welches die optische Achse verläuft, verfügt, oder das konzentrische Ringe aufweist, wobei die kleinste Kreisfläche um die optische Achse herum am dichtesten ist. Diese Einrichtung bewirkt zusätzlich zur Abblendung der Iris eine weitere Dämpfung.According to the invention for this purpose in a known iris a damping filter is used, which has a continuously increasing density, viewed from the edge of the filter to its center through which the optical axis passes, or has concentric rings, wherein the smallest circular area around the optical axis around it is the thickest. This device causes in addition to the dimming of the iris further damping.

Dem so ausgestatteten Objektiv nachgeordnete optoelektronische Wandler werden damit in die Lage versetzt, einen erhöhten Kontrastumfang zu verarbeiten, als das mit einem herkömmlichen Objektiv möglich wäre.The so-equipped lens downstream optoelectronic converter are thus able to process an increased contrast range than would be possible with a conventional lens.

Nachteile dieser Lösung sind:Disadvantages of this solution are:

1. Es ist keine automatische Regelung der Blendenstellung in Abhängigkeit von der Helligkeit vorgesehen. Diese muß manuell erfolgen. Damit ist diese Einrichtung nicht für automatisch ablaufende Prozesse mit ständig wechselnden Kontrastverhältnissen einsetzbar.1. There is no automatic control of the aperture depending on the brightness provided. This must be done manually. Thus, this device is not suitable for automatically running processes with constantly changing contrast ratios.

2. Bei Verwendung von CCD-Bauelementen mit flächenhafter Ausdehnung und bei Vorhandensein von Helligkeitsunterschieden im Bildfeld ist trotz der beschriebenen Einrichtung der Sättigungsfall möglich.2. When using CCD devices with areal extent and in the presence of brightness differences in the image field, the saturation case is possible in spite of the described device.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln und eine Anordnung zu schaffen, die es gestatten, den Dynamikbereich von CCD-Bauelementen voll auszunutzen und die im Stand der Technik aufgezeigten Nachteile (Einsatzbeschränkungen, keine Automatisierbarkeit, Vermeidung der Sättigung) zu beseitigen.The aim of the invention is to develop a method and to provide an arrangement which makes it possible to fully exploit the dynamic range of CCD components and to eliminate the drawbacks indicated in the prior art (use restrictions, no automation, avoidance of saturation).

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem der Dynamikbereich von CCD-Bauelementen voll ausgenutzt werden kann, ohne daß Rücksicht auf die Grundhelligkeit und starke Kontrastschwankungen im Bildfeld beim Betrachten zweidimensionaler Hell-Dunkel-Felder genommen werden mußThe object of the invention is to develop a method with which the dynamic range of CCD components can be fully utilized without having to take into account the basic brightness and strong contrast fluctuations in the image field when viewing two-dimensional light-dark fields

Des weiteren soll eine Anordnung zur Realisierung dieses Verfahrens geschaffen werden. Furthermore, an arrangement for implementing this method is to be created.

Die Aufgabe wird unter voller Ausnutzung des Dynamikbereiches von CCD-Bauelementen, deren Pixelinhalte nach einer Analog-Digital-Wandlung einem Speicher zugeführt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Auslesevorgang eines ersten, mit dem vollen Licht der Objektstruktur beaufschlagten CCD-Bauelementes eine Prüfung der Pixelinhalte auf Sättigung und nur eine Abspeicherung der ungesättigten Pixelinhalte erfolgt und daß im Auslesevorgang eines zweiten und gegebenenfalls jedes weiteren CCD-Bauelementes, denen das Licht der Objektstruktur über einen Filter bzw. Filter mit jeweils steigendem Absorbtionsvermögen zugeführt wird, nur noch die im Sättigungsbereich liegenden Pixel des jeweils vorherigen CCD-Bauelementes Berücksichtigung finden und wiederum nur die ungesättigten dem Speicher zugeführt werden. Dieses Verfahren wird durch eine Anordnung, bestehend aus einer Auflicht-oder Durchlichtbeleuchtungseinrichtung zur Objektstrukturbeleuchtung und aus optischen Übertrager- und Filterelementen zur Übertragung und Dämpfung der optischen Informationen von der Objektstruktur zu den CCD-Bauelementen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei CCD-Bauelemente zu einer Objektstruktur ausgerichtet sind und mit dieser über die optischen Übertragungselemente in optischer Verbindung stehen und daß dem ersten CCD-Bauelement kein Graufilter, dem zweiten und gegebenenfalls jedem weiteren CCD-Bauelement Graufilter mit jeweils steigendem Absorbtionsvermögen zugeordnet sind.The object is achieved with full utilization of the dynamic range of CCD devices whose pixel contents are supplied to a memory after an analog-to-digital conversion, according to the invention that in the read operation of a first, acted upon by the full light of the object structure CCD a test of Pixel content to saturation and only a storage of the unsaturated pixel contents is done and that in the read operation of a second and optionally each other CCD component, which is supplied to the light of the object structure via a filter or filter with increasing absorptive capacity, only the lying in the saturation region pixels Consider the previous CCD component and again only the unsaturated are supplied to the memory. This method is achieved by an arrangement consisting of a reflected or transmitted light illumination device for object structure illumination and optical Übertrager- and filter elements for transmitting and attenuating the optical information from the object structure to the CCD components according to the invention that at least two CCD components to a Object structure are aligned and are in optical communication with this on the optical transmission elements and that the first CCD component no gray filter, the second and optionally each other CCD gray filter elements are associated with each increasing absorbance.

Die Anordnung der CCD-Bauelemente zueinander ist vorzugsweise so vorzunehmen, daß sie parallel zueinander liegen und daß die Nummer des Pixels des jeweiligen CCD-Bauelementes, das bei der Abrasterung der Objektstruktur als erstes ein bestimmtes Bildelement erreicht, mit der Pixelnummer des folgenden CCD-Bauelementes übereinstimmt, welches als nächstes dieses Bildelement der Objektstruktur erfaßt.The arrangement of the CCD components to each other is preferably to be made so that they are parallel to each other and that the number of the pixel of the respective CCD device, which first reaches a certain pixel in the scanning of the object structure with the pixel number of the following CCD device which next detects this picture element of the object structure.

Des weiteren kann in Abhängigkeit der Speichergröße, des Speicheraufbaues und der Speicherverwaltung eine Ausrichtung der CCD-Bauelemente so vorgenommen werden, daß sie:Furthermore, depending on the memory size, the memory structure and the memory management, an orientation of the CCD components can be made such that they:

1. alle gleichzeitig das gleiche Bildelement der Objektstruktur betrachten und das Auslesen der Pixelinhalte taktgesteuert seriell erfolgt,1. all at the same time consider the same picture element of the object structure and the readout of the pixel contents is clock-controlled serially,

2. gleichzeitig unterschiedliche Bildelemente der Objektstruktur betrachten und das Auslesen der Pixelinhalte taktgesteuert parallel erfolgt.2. Consider simultaneously different picture elements of the object structure and the reading out of the pixel contents takes place in a clock-controlled manner in parallel.

Die den CCD-Bauelementen, mit Ausnahme des ersten CCD-Bauelementes, vorgeschalteten Graufilter zur Sichtdämpfung werden bildseitig angeordnet und weisen von CCD-Bauelement zu CCD-Bauelement einen genau abgestuften und steigenden Dämpfungsgrad auf. Dem CCD-Bauelement, welches als letztes ausgelesen bzw. als letztes ein entsprechendes Bildelement der Objektstruktur erreicht, muß auch der Filter mit dem höchsten Dämpfungsgrad zugeordnet sein.The gray filters for visual attenuation upstream of the CCD components, with the exception of the first CCD component, are arranged on the image side and have a precisely graded and increasing degree of attenuation from CCD component to CCD component. The CCD component, which is the last to be read out or lastly reaches a corresponding picture element of the object structure, must also be assigned the filter with the highest degree of attenuation.

Mit der beschriebenen Anordnung wird gewährleistet, daß für das gleiche Bildelement der Objektstruktur bei jedem CCD-Bauelement eine andere Kennlinie des Fotonenstroms (Pixelspannung) entsteht, d.h. Umax tritt bei jedem CCD-Bauelement bei einer anderen Fotonenzahl ein, wobei das CCD-Bauelement, welches als letztes ausgelassen bzw. als letztes ein bestimmtes Bildelement der Objektstruktur erreicht, die größte Fotonenzahl zur Erreichung von Umax benötigt.The arrangement described ensures that a different characteristic of the photon current (pixel voltage) arises for the same picture element of the object structure in each CCD component, ie U max occurs at a different number of photons in each CCD component, wherein the CCD component, which last omitted or last reached a certain pixel of the object structure, the largest number of photons to achieve U max needed.

Sinnvollerweise sollte die Dämpfung an diesem letzten CCD-Bauelement so groß gewählt werden, daß der Sättigungsfall nicht mehr erreicht werden kannIt makes sense to choose the attenuation at this last CCD device so large that the saturation case can no longer be achieved

Die beschriebene Anordnung wird durch eine Elektronik ergänzt, die folgende Aufgaben hat: The described arrangement is supplemented by electronics, which has the following tasks:

1. Erreicht das i-te Pixel des ersten CCD-Bauelementes die Sättigungsspannung, so wird durch die Elektronik gewährleistet, daß nicht dieser Wert, sondern der Wert des i-ten Pixels des zweiten CCD-Bauelementes ausgewertet wird.1. If the i-th pixel of the first CCD component reaches the saturation voltage, the electronics ensure that not this value but the value of the ith pixel of the second CCD component is evaluated.

Hat auch dieses Pixel Sättigungsspannung, so wird das i-te Pixel des dritten CCD-Bauelementes ausgewertet usw., so lange, bis ein i-tes Pixel eines K-ten CCD-Bauelementes unterhalb der Sättigungsspannung bleibt. Diejenigen Pixel des ersten CCD-Bauelementes und der jeweils folgenden, die unterhalb der Sättigungsspannung bleiben, werden gleich ausgewertet.Also has this pixel saturation voltage, the i-th pixel of the third CCD device is evaluated, etc., so long until an i-th pixel of a K-th CCD device remains below the saturation voltage. Those pixels of the first CCD and the following ones, which remain below the saturation voltage, are evaluated the same.

2. Erfassen die K-CCD-Bauelemente nicht gleichzeitig, sondern nacheinander gleiche Bildelemente, so werden durch einen seriell organisierten Speicher alle Signale derjenigen Pixel festgehalten, bei denen ein auszuwertender Wert auftaucht. Diese Speicherorganisation muß also auch gewährleisten, daß der Speicherplatz für das i-te Pixel so lange freigehalten wird, bis das CCD-Bauelement das auszuwertende Bildelement erreicht, von dem ein Wert unterhalb der Sättigungsspannung geliefert wird. Dies kann im ungünstigsten Fall bis zum letzten CCD-Bauelement dauern.2. If the K-CCD components do not register simultaneously, but successively identical picture elements, all signals of the pixels in which a value to be evaluated appears through a serially organized memory are recorded. This memory organization must therefore also ensure that the storage space for the ith pixel is kept free until the CCD reaches the pixel to be evaluated, from which a value below the saturation voltage is supplied. This can take in the worst case to the last CCD device.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand derZeichnugen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: Räumliche Anordnung der Funktionselemente Fig.2: Funktioneller Aufbau der SteuerelektronikThe invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1: Spatial arrangement of the functional elements FIG. 2: Functional structure of the control electronics

In Fig. 1 wird eine Objektstruktur 1, welche sich auf einem Koordinatentisch 2 befindet mit Auf-oder Durchlicht beleuchtet. Es erfolgt eine ungedämpfte Abbildung von Bildelementen der Objektstruktur über eine Optik 3, ein Prisma 4 mit der Intensität ΙΊ auf das CCD-Bauelement 5.In Fig. 1, an object structure 1, which is located on a coordinate table 2 with incident or transmitted light illuminated. There is an undamped mapping of pixels of the object structure via an optic 3, a prism 4 with the intensity Ι Ί on the CCD component. 5

-3- 758-3- 758

Gleichzeitig erfolgt eine gedämpfte Abbildung der Bildelemente der Objektstruktur über die Teilerwürfel 6 und 7 auf die CCD-Bauelemente 8, 9 und 10, vor welchen sich Graufilter befinden, mit den lntensitäten'l2,13 und I4. Hierbei ergibt sich folgender Zusammenhang:At the same time, a muted image of the image elements of the object structure via the splitter cube 6 and 7 on the CCD components 8, 9 and 10, in front of which there are gray filters, with the lntenitäten'l 2 , 1 3 and I 4 . This results in the following relationship:

I1 = ungedämpftes LichtI 1 = undamped light

I2<liI 2 <li

I3 <l2 I 3 <l 2

U<l3 U <l 3

Durch Relativbewegungen des Koordinatentisches 2 gegenüber den optischen Bauteilen und den CCD-Bauelementen erfolgt eine kamm- oder mäanderförmige Abrasterung der Objektstruktur. 1. Meßrichtung sollte diejenige sein, die senkrecht zur Zeilenlängsausdehnung der CCD-Bauelemente verläuft.By relative movements of the coordinate table 2 relative to the optical components and the CCD components, a comb-shaped or meander-shaped scanning of the object structure takes place. 1. Measuring direction should be that which is perpendicular to the line length extension of the CCD components.

Des weiteren ist es möglich, daß die CCD-Bauelemente zeitlich nacheinander jeweils ein gleiches Bildelement der Objektstruktur erfassen. In diesem Fall sollte der Abstand der CCD-Bauelemente zueinander gleich gewählt werden. Zum Zeitpunkt To erfaßt CCD-Bauelement 5 das Bildelement A der Objektstruktur in den Abmessungen Pixelbreite und Pixelanzahl. Über eine in Fig. 2 dargestellte Steuerelektronik werden die digitalisierten Spannungswerte aller der Pixel abgespeichert, die unterhalb der Sättigungsspannung bleiben. Zum Zeitpunkt To + ΔΤ erfaßt CCD-Bauelement 8 das Bildelement A. Hier wird durch die Steuerelektronik gewährleistet, daß nur noch die Pixel betrachtet werden, die bei CCD-Bauelement 5 im Sättigungsbereich waren. Die Pixel des CCD-Bauelementes 8, die nun unterhalb der Sättigungsspannung bleiben, werden ausgewertet, d.h., deren digitalisierte Spannungswerte werden abgespeichert.Furthermore, it is possible for the CCD components to record one after the other in each case a same picture element of the object structure. In this case, the distance of the CCD components to each other should be the same. At the time To, the CCD component 5 detects the picture element A of the object structure in the dimensions of the pixel width and the number of pixels. 2, the digitized voltage values of all the pixels which remain below the saturation voltage are stored via an electronic control system shown in FIG. At the time To + ΔΤ CCD device 8 detects the pixel A. Here is ensured by the control electronics, that only the pixels are considered, which were in the CCD device 5 in the saturation region. The pixels of the CCD 8, which now remain below the saturation voltage, are evaluated, i.e., their digitized voltage values are stored.

Zum Zeitpunkt To + 2ATwird Bildelement A durch CCD-Bauelement 9 betrachtet und es wird wie bei CCD-Bauelement 8 verfahren. Dieser Vorgang wird gegebenenfalls bis zum letzten CCD-Bauelement wiederholt, wenn nicht vorher bei einem CCD-Bauelement alle restlichen Pixel beim Betrachten des Bildelementes A unterhalb der Sättigungsspannung bleiben. Die Steuerelektronik muß weiterhin gewährleisten, daß alle Bildelemente, die von CCD-Bauelement 5 im Zeitraum To + ΔΤ, To + 2ATusw., bzw. von den nachfolgenden CCD-Bauelementen betrachtet werden, in digitalisierter Form abgespeichert werden.At time To + 2AT, pixel A is viewed through CCD 9 and the process is the same as for CCD 8. If necessary, this process is repeated until the last CCD component, unless all the remaining pixels in the case of a CCD component remain below the saturation voltage when viewing the pixel A. The control electronics must further ensure that all the pixels which are viewed by the CCD component 5 in the period To + ΔΤ, To + 2ATusw., Or by the subsequent CCD components are stored in digitized form.

Die Größe der geforderten Speicherkapazität des Speichers wächst proportional zu dem Abstand zwischen erstem und zweitem CCD-Bauelement.The size of the required storage capacity of the memory increases in proportion to the distance between the first and second CCD components.

Die erreichbare Abtastgeschwindigkeit hängt davon ab, ob die Videowerte zeitlich nacheinander oder über einen Multiplexer MUX alle gleichzeitig abgespeichert werden, bzw. zur Verfügung stehen.The achievable scanning speed depends on whether the video values are stored simultaneously or are available at the same time or via a multiplexer MUX.

Die Signalauflösung der Analog-Digital-Wandler ADU ist beispielsweise 4 Bit, d.h. 24 = 16 Graustufen. Die CCD-Bauelemente sind so zueinander justiert (durch Dämpfungsfilter u.a.), daß ihre Sättigungswerte jeweils der höchsten Graustufe (Stufe 15) entsprechen. Damit ergibt sich pro Beleuchtungsstufe eine unterschiedliche absolute Beleuchtungsdifferenz pro Graustufe. Zur späteren Rückrechnung oder Weiterbehandlung der Beleuchtungswerte werden die Spannungswerte der einzelnen CCD-Bauelemente mit einer zum jeweiligen CCD-Bauelement gehörenden Konstanten K1 bis K4 (2 Bit breites Wort) gekennzeichnet.The signal resolution of the analog-to-digital converter ADU is for example 4 bits, ie 2 4 = 16 gray levels. The CCD components are adjusted to each other (by attenuation filter, inter alia) that their saturation values each correspond to the highest gray level (level 15). This results in a different absolute illumination difference per gray level per lighting level. For later retroactive calculation or further treatment of the illumination values, the voltage values of the individual CCD components are identified by a constant K1 to K4 (2-bit wide word) belonging to the respective CCD component.

Die in Fig. 2 dargestellten Komparatoren KP 1 bis KP3 unterscheiden die Videosignale der Pixel danach, ob sie größer, gleich oder kleiner als die Graustufe 15 sind. Alle Pixel mit der Bewertung < 15 werden entsprechend ihrer Pixeladresse in den Speicher M eingeschrieben, indem sie das TOR passieren können. Die Adressen der Pixel mit Spannungswerten, die Graustufen >15 entsprechen, werden den Beleuchtungs-(Filter-)stufen entsprechend in den Speichern M1,M2undM3 gespeichert. Die Taktsteuerung der Speicher M 1 bis M 3 stimmt mit der der Pixel überein.The comparators KP 1 to KP 3 illustrated in FIG. 2 distinguish the video signals of the pixels according to whether they are larger than, equal to, or smaller than the gray level 15. All pixels with the rating <15 are written into the memory M according to their pixel address by being able to pass the TOR. The addresses of the pixels having voltage values corresponding to gray levels> 15 are stored in the memories M1, M2 and M3 corresponding to the illumination (filter) levels. The timing of the memories M 1 to M 3 coincides with that of the pixels.

Die Analog-Digital-gewandelten Videosignale der Pixel des CCD-Bauelementes 5 werden, soweit sie Graustufen < 15 aufweisen, unverzögertin den Speicher M 4 eingeschrieben, während die gleichzeitig ausgelesenen Signale der CCD-Bauelemente 8,9 und 10 in den Registern RG1, RG 2 und RG 3 zwischengepuffert werden müssen.The analog-to-digital converted video signals of the pixels of the CCD 5 are, if they have gray levels <15, written into the memory M 4 without delay, while the simultaneously read signals of the CCD components 8,9 and 10 in the registers RG1, RG 2 and RG 3 must be buffered.

Der Multiplexer MUX ordnet die Pixelsignale der drei Beleuchtungsstufen dem Speicher M4 zu, welcher als Umlaufspeicher ausgeführt ist. Die jeweilige Speicherebene wird durch die Umlaufspeichersteuerung STU ausgewählt.The multiplexer MUX assigns the pixel signals of the three illumination levels to the memory M4, which is designed as a circulating memory. The respective memory level is selected by the circular memory controller STU.

Die allgemeine Steuerung AST erhält von der Abtasteinrichtung den Takt der abzutastenden Bildzeilen und steuert ihrerseits die Pixel-Adreßsteuerung STS und die Umlaufspeichersteuerung STU. Durch die Umlaufspeichersteuerung STU wird ebenfalls das Auslesen der Videowerte der Pixel der CCD-Bauelemente 5, 8, 9 und 10 aus dem Umlaufspeicher M4 gesteuert.The general control AST receives from the scanning means the clock of the picture lines to be scanned and in turn controls the pixel address control STS and the circulating memory control STU. The circulation memory control STU also controls the reading out of the video values of the pixels of the CCD components 5, 8, 9 and 10 from the circulating memory M4.

Claims (3)

-1- 758-1- 758 Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur optoelektronischen Informationsgewinnung kontrastreicher Objektstrukturen unter voller Ausnutzung des Dynamikbereiches von CCD-Bauelementen, deren Pixelinhalte nach einer Analog-Digital-Wandlung einem Speicher zugeführt werden, gekennzeichnet dadurch, daß im Auslesevorgang eines ersten, mit dem vollen Licht der Objektstruktur beaufschlagten CCD-Bauelementes eine Prüfung der Pixelinhalte auf Sättigung und nur eine Abspeicherung der ungesättigten Pixelinhalte erfolgt und daß im Auslesevorgang eines zweiten und gegenbenenfalls jedes weiteren CCD-Bauelementes, denen das Licht der Objektstruktur über einen Filter bzw. Filter mit jeweils steigendem Absorbtionvermögen zugeführt wird, nur noch die im Sättigungsbereich liegenden Pixel des jeweils vorherigen CCD-Bauelementes Berücksichtigung finden und wiederum nur die ungesättigten dem Speicher zugeführt werden.1. A method for optoelectronic information acquisition of high-contrast object structures with full utilization of the dynamic range of CCD components, the pixel contents are fed to a memory after an analog-to-digital conversion, characterized in that in the read operation of a first, loaded with the full light of the object structure CCD Component, an examination of the pixel contents to saturation and only a storage of the unsaturated pixel contents and that in the read operation of a second and against each other CCD component to which the light of the object structure is fed via a filter or filter, each with increasing Absorbtionvermögen, only the be considered in the saturation region pixels of the respective previous CCD device and again only the unsaturated are supplied to the memory. 2. Anordnung nach Punkt 1 zur optoelektronischen Informationsgewinnung kontrastreicher Objektstrukturen unter voller Ausnutzung des Dynamikbereiches von CCD-Bauelementen, bestehend aus einer Auflicht- oder2. Arrangement according to item 1 for optoelectronic information acquisition of high-contrast object structures with full utilization of the dynamic range of CCD components, consisting of a Auflicht- or Durchlichtbeleuchtungseinrichtung zur Objektstrukturbeleuchtung und aus optischen Übertrager- und Filterelementen zur Übertragung und Dämpfung der optischen Informationen von der Objektstruktur zu den CCD-Bauelementen, gekennzeichne dadurch, daß mindestens zwei CCD-Bauelemente zu einer Objektstruktur ausgerichtet sind und mit dieser über die optischen Übertragungselemente in optischer Verbindung stehen und daß dem ersten CCD-Bauelement kein Graufilter, dem zweiten und gegebenenfalls jedem weiteren CCD-Bauelement Graufilter mit jeweils steigendem Absorbtionsvermögen zugeordnet sind.Transmitted light illumination device for object structure illumination and optical Übertrager- and filter elements for transmitting and attenuating the optical information from the object structure to the CCD devices gekennzeichne characterized in that at least two CCD components are aligned to an object structure and with this via the optical transmission elements in optical communication stand and that the first CCD component no gray filter, the second and optionally each other CCD component gray filter associated with each increasing absorptivity. 3. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Graufilter mit steigendem Absorbtionsvermögen als Graukeil ausgeführt sind.3. Arrangement according to item 2, characterized in that the gray filters are designed with increasing Absorbtionsvermögen as a gray wedge.
DD85275847A 1985-05-02 1985-05-02 METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE OPTOELECTRONIC INFORMATION EFFECT OF CONTRASTING OBJECT STRUCTURES USING CCD COMPONENTS DD236811A1 (en)

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