DD248013A1

DD248013A1 - Verfahren zur bildaufnahme mit zeilenfoermigen bildsensoren

Info

Publication number: DD248013A1
Application number: DD28886886A
Authority: DD
Inventors: Holger Schaffrath; Bertram Lenk
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildaufnahme mit zeilenfoermigen Bildsensoren, zur Gewinnung von Bildern von vorzugsweise bereits eindimensional gerasterten Bildvorlagen und zur Verringerung der durch die Wiederabtastung entstehenden Bildfehler. Um dies zu erreichen, wird eine Relativbewegung zwischen zeilenfoermigem Bildsensor und Bildvorlage derart ausgepraegt, dass die bei der schrittweisen Relativbewegung in den Schrittpausen auftretenden gedaempften Schwingbewegungen um den Positionierungszielpunkt durch geeignete mechanische Dimensionierung der die Relativbewegung ausfuehrenden Vorrichtung mit der Bildintegrationszeit synchronisiert werden (Fig. 1), wodurch eine kuenstliche Verbreiterung der abtastenden Apertur erreicht wird. Fig. 1

Description

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Anwendung des Verfahrens bei der Abtastung von gerasterten Bildvorlagen, beispielsweise von Fotografien von Fernsehbildern, auf die Betrachtung des Resultatbildes aus. In diesem Fall ist eine Anpassung des ursprünglichen Abtastrasters an das des Bildsensors praktisch unmöglich und Moire als Folge der ungenügenden Einhaltung des Abtasttheorems tritt besonders bei periodischen Strukturen störend auf.

Bei der schrittweisen Relativbewegung antwortet das bewegte System mit einem von der Masse, der Dämpfung und der Steifigkeit der Systemkomponenten abhängigen Einschwingverhalten, das bei entsprechender Dimensionierung der genannten Parameter einem PT₂-Verhalten entspricht. (Fig. 1)

Fallen Beginn und Ende der Integrationszeit Ti zweckmäßigerweise mit Durchgängen des schwingenden Systems durch den Positionierungszielpunkt Z₀ zusammen, läßt sich die MuF des schwingenden Bildaufnahmesystems in Bewegungsrichtung als Fouriertransformierte der Aperturfunktion näherungsweise angeben:

| Σ

η — Anzahl der erfolgten Schwingungen durch den Positionierzielpunkt Z₀ bei Beginn der Integrationszeit T| m — Anzahl weiter Schwingungen durch den Positionierzielpunkt z₀ bei Ende der Integrationszeit T| Ji(x) — Bessel-Funktion erster Gattung i-ter Ordnung

f— Ortsfrequenz in Bewegungsrichtung

k— Dämpfungskonstante

j — imaginäre Einheit

i, I — Zählindizes

Mit der Positionierweite Z₀ werden die Abtastbedingungen eingestellt und es ergeben sich:

die Abtastfrequenz in Bewegungsrichtung

χ _ 1

^TA —

und die die Systemauflösung in Bewegungsrichtung charakterisierende Nyquistfrequenz

χ ^fA 1

Es gelingt beispielsweise mit η = 2, m = 2, k = 0,8 die Komponente der Systemübertragungsfunktion, die durch das Einschwingen erzeugt wird, so zu gestalten, daß die das Moire hervorrufenden Frequenzanteile des Betragsspektrums im Intervall (f_N,f_A) stark gedämpft werden, andererseits das Phasenspektrum im Intervall (Ο,Ϊν) keine signifikanten Nichtlinearitäten oder Polaritätswechsel aufweist.

Mit der gezeigten Ausprägung der Übertragungsfunktion wird die Positionierweite z_o so eingestellt, daß gilt:

f_A > — > f_N s — Periode der Störstruktur (Fig. 3), s

wodurch ein Kompromiß zwischen den Grenzfällen

(i) f_A = —, (praktisch nicht erreichbare Rasteranpassung von Bildvorlage und Bildaufnahmesystem) und

(ii) f_N = —,(Bedingung zurEinhaltung des Abtasttheorems)

gefunden ist. (Fig.4)

Die erfindungsgemäßen Eigenschaften des Bildaufnahmesystems werden bei der Anwendung eines CCD-Zeilensensors dadurch erreicht, daß das zeitliche Schwingverhalten der die Relativbewegung ausführenden Vorrichtung mit den Zeitpunkten von Beginn und Ende der Integrationszeit T| in einem vorgegebenen Toleranzbereich synchronisiert ist, was durch die mechanische Dimensionierung der schwingenden Einrichtung entsprechend der geforderten Integrationszeit realisiert wird. Das Schwingverhalten (Fig. 1) wird derart ausgeprägt, daß in einer Zeitphase 1 aus der Ruhelage durch die Sprungerregung der Positionierungszielpunktz₀ erreicht und in dieserZeit die Bildladungsausiese aus dem Sensorvollständig abgeschlossen ist. Mit dem η-ten Durchschwingen durch den Positionierungszielpunkt beginnt Zeitphase 2, deren Dauer der Integrationszeit T| entspricht. Daran schließt sich Zeitphase 3 an, in der die Schwingung des Systems derart zusätzlich gedämpft wird, daß mit der nachfolgenden Sprungerregung die Zustandsbedingung für eine Sprungantwort, die einem PT₂-Verhalten entspricht, erfüllt ist, die Bildladungsauslese beginnt und der Zeitzyklus erneut gestartet wird, bis das Bild vollständig abgetastet ist. Dieselben Anfangsbedingungen und die mechanischen Eigenschaften garantieren die gleichen Abtastbedingungen für jeden neuen Abtastvorgang.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Bildaufnahme mit zellenförmigen Bildsensoren, wobei ein zellenförmiger Bildsensor relativ zur optischen Achse schrittweise bewegt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewegung eine durch Schrittbewegung in den Schrittpausen erzeugte gedämpfte Schwingung um den Positionierungszielpunkt ist.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildintegrationszeit des zellenförmigen Bildsensors mit dem zeitlichen Schwingverhalten der Relativbewegung geeignet synchronisiert ist.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß nach Beendigung der Bildintegrationszeit die gedämpfte Schwingung durch zusätzliche Dämpfung zum Abklingen gebracht wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildaufnahme mit zellenförmigen Bildsensoren, das zur Gewinnung von Bildern von vorzugsweise bereits eindimensional gerasterten Vorlagen und zur Verringerung der durch die Wiederabtastung entstehenden Bildfehler eingesetzt wird. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Einsatz in Bildaufnahmesystemen, vorzugsweise bei der Faksimileübertragung und der Abtastung von Bildvorlagen in der Reproduktionstechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt (Huck, F. 0.; Fales, C. L; Park, S. K.; Samms, R. W.; Self, M. D.: Information theory analysis of sensor array-imaging systems for computer vision. SPIE, 397, San Diego, 1983, S. 87-97), daß zur Unterdrückung hoher Raumfrequenzen, speziell derer, die zu Moire führen können, die Defokussierung einen degradierenden Einfluß auf die Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) ausübt. Nachteilig ist, daß die optische MÜF bei vorhandener Defokussierung oszillierenden Charakter aufweist und nicht monoton abfällt. Die Degradierung besteht in allen Richtungen der Bildebene. Es ist weiterhin bekannt, daß die Verminderung von Moire bei der Abtastung gerasterter Vorlagen durch beliebig ausgerichtete lineare Relativbewegung zwischen Vorlage und einer Blende, deren Blendenöffnung, welche beliebige geometrische Form aufweist, dem ganzzahligen Vielfachen der Fläche einer Rastermasche der Vorlage entspricht, erfolgt. (DE OS3217752) Es ist erforderlich, daß die Vorlage keine geometrischen Verzerrungen aufweist, was bei der Verwendung fernsehtechnischer Vorlagen praktisch nicht gewährleistet ist. Es ist weiterhin bekannt, daß zur Verringerung von Fehlern durch Unterabtastung, speziell von Moire bei gerasterten Vorlagen, schlangenförmige Abtastzeilen auf dem Sensor durch einen skannierenden Laserstrahl erzeugt werden, welcher über ein kompliziertes mechanisches System auf die Vorlage reflektiert wird. (DE OS 3126272)

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung „Verfahren zur Bildaufnahme mit zellenförmigen Bildsensoren" eine Bildaufnahme von vorzugsweise eindimensional gerasterten Bildvorlagen derart durchzuführen, daß die durch Wiederabtastung entstehenden Bildfehler verringert werden. Dabei wird die Bildfehlerunterdrückung nur in der Richtung des Bildes durchgeführt, in der die Ausprägung von Bildfehlern am wahrscheinlichtsten ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung „Verfahren zur Bildaufnahme mit zellenförmigen Bildsensoren", das Auftreten von Bildfehlern durch die Wiederabtastung von vorzugsweise eindimensional gerasterten Bildvorlagen, welche als störendes Moire in Erscheinung treten, durch Ausnutzung der mechanischen Eigenbewegungen der Bildaufnahmeeinrichtung zu unterdrücken. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mechanischen Eigenschaften einer Bildaufnahmeeinrichtung, bestehend aus Objektträgervorrichtung und Bildsensorvorrichtung einschließlich Optik, von den eine oder beide die schrittweise Relativbewegung von Bildvorlage und zellenförmigem Sensor realisieren, so ausgeprägt sind, daß die im Resultat der Sprungerregung auftretenden Schwingungsvorgänge vorteilhaft ausgenutzt werden. Der von der optischen Projektionseinrichtung auf dem zellenförmigen Sensor projiziert^ Ausschnitt der Bildvorlage unterliegt als Folge der Schrittpositionierung einer Schwingung, die in Bewegungsrichtung um den Positionierungszielpunkt erfolgt. Mittels geringer mechanischer Dämpfung wird erreicht, daß während einer an die Lichtbedingungen angepaßten Integrationszeit die Schwingamplitude nur geringfügig kleiner als die Schnittweite (Abtastzeilenabstand) ist, sodaß die Apertur der abtastenden Sensorelemente in Bewegungsrichtung künstlich verbreitert wird, was zu einer Verschmierung des Bildes in einer Richtung führt, in der der Entstehung von Moire am wahrscheinlichsten ist, ohne die dazu orthogonale Bildrichtung zu beeinflussen. Mit der Beendigung der Bildintegration der k-ten Abtastzeile wird die die schrittweise Relativbewegung vornehmende Einrichtung in einem Maße gedämpft, daß die Abtastbedingungen für die (k + 1)-te Abtastzeile als Folge der (k + 1)-ten Positionierbewegung denen der bisherigen k Abtastungen entsprechen.

Durch die Synchronisation von Bildintegration und schrittweiser Relativbewegung wird die Unterdrückung von Moire für das gesamte Bildfeld gleichartig durchgeführt.