DE102012107191A1 - Method for high-resolution digital color imaging in microscopy, involves making additional images using different settings or shutter speed settings of color sensor for generating high-dynamic-range imaging at each scanning position - Google Patents

Method for high-resolution digital color imaging in microscopy, involves making additional images using different settings or shutter speed settings of color sensor for generating high-dynamic-range imaging at each scanning position Download PDF

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Abstract

The method involves integrating intermediate scans with scanning steps from a fraction of center distances of sensor elements of the color sensor, as an additional scan positions in the scanning movement of color co-site sampling produced by micro-scanning additional unit image capture. The additional images are made using different settings or shutter speed settings of the color sensor for generating high-dynamic-range imaging at each scanning position, both by Color co-site sampling positions of sensor elements and by the additionally extended intermediate scan sampling positions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochauflösenden digitalen Bildaufnahme mit hohem Dynamikbereich, bei dem mittels Scanbewegung eines zweidimensionalen Farbsensors eine Auflösungserhöhung der Bildaufnahme durch sukzessive Überdeckung der unterschiedlich farbempfindlichen Sensorelemente mittels Color-Co-site-Sampling vorgenommen wird.  The invention relates to a method for high-resolution digital image recording with a high dynamic range, in which by means of scanning movement of a two-dimensional color sensor, an increase in resolution of image acquisition by successive coverage of different color-sensitive sensor elements by means of color co-site sampling is performed.

Zur Aufnahme von Bildern jeglicher Objekte werden heutzutage insbesondere CCD- oder CMOS-Kameras verwendet. Um Farbbilder zu erzeugen, ist es bekannt, mit Hilfe einer aufgebrachten Farbmaske einen CCD- oder CMOS Sensor durch eine aufgebrachte Farbmaske in drei Farbkanäle, bspw. rot, grün und blau, zu unterteilen. Dabei ist es üblich in einer Zeile grün- und rotempfindliche Pixel und in der unmittelbar benachbarten Zeile blau- und grünempfindliche Pixel in Wechsel anzuordnen. Jeweils eine Gruppe von benachbarten grün-/rot- und blau-/grünempfindlichen Pixeln bildet dann im weitesten Sinne einen Bildpunkt im Bild. Um trotz der Ausfallpixel gegenüber der nominellen Anzahl der Sensor-Pixel das mögliche Auflösungsvermögen zu erreichen, wird üblicherweise eine sogenannte Interpolation durchgeführt. Die Interpolation hat den Nachteil, dass nur genäherte Farbwerte bereitgestellt werden können (keine gemessenen Farben).  In particular, CCD or CMOS cameras are used to capture images of any objects. In order to produce color images, it is known to subdivide a CCD or CMOS sensor by means of an applied color mask into three color channels, for example red, green and blue, by means of an applied color mask. It is customary to arrange in one line green and red sensitive pixels and in the immediately adjacent line blue and green sensitive pixels in alternation. Each group of adjacent green / red and blue / green sensitive pixels forms a pixel in the image in the broadest sense. In order to achieve the possible resolution despite the failure pixels compared to the nominal number of sensor pixels, usually a so-called interpolation is performed. The disadvantage of interpolation is that only approximate color values can be provided (no measured colors).

Zur vollständigen Kompensation des Farbverlustes ist es bekannt, das sogenannte Color-Co-Site-Sampling-Verfahren anzuwenden, das z.B. in der DE 38 37 063 C1 beschrieben ist. Dazu wird der CCD-Sensor durch eine hochpräzise Piezomechanik relativ zu dem aufzunehmenden Objekt derart verschoben, dass nacheinander jeweils an vier Positionen jeweils ein Bild erstellt wird, die eine gleiche Relativlage zueinander haben wie vier Pixel einer Gruppe. Dadurch wird ein und derselbe Bildpunkt des Objekts nacheinander zweimal durch den grünen sowie jeweils einmal durch den roten und blauen Farbkanal detektiert, wobei sich die Aufnahmezeit für ein Objekt vervierfacht, wenn man die Zeit zur Umpositionierung vernachlässigt. Durch Verkämmung der zeitlich nacheinander erstellten Bilder wird dann ein Gesamtbild erstellt. For complete compensation of the color loss, it is known to use the so-called color co-site sampling method, for example, in the DE 38 37 063 C1 is described. For this purpose, the CCD sensor is moved relative to the object to be recorded by a high-precision piezo-mechanics such that in each case an image is created one after the other at four positions which have the same relative position to each other as four pixels of a group. As a result, one and the same pixel of the object is successively detected twice through the green and once through the red and blue color channels, whereby the recording time for an object quadruples, if the time for repositioning is neglected. By concatenating the temporally successively created images, an overall image is then created.

Es ist des Weiteren bekannt, dass durch ein zusätzliches Microscanning die Auflösung erhöht werden kann. Dabei werden in Positionen zwischen den Sensorelementen zusätzliche Aufnahmen erstellt. Ein Gesamtbild wird dann folglich nicht nur aus vier, sondern aus 16 oder 36 (in Subpixelschrittabständen) örtlich verschoben ausgelesenen Teilbildern erstellt. Auf Grund der endlichen Apertur der Pixel ist dieses Verfahren jedoch auf maximal 50% Pixelüberlappung begrenzt.  It is further known that the resolution can be increased by additional microscanning. In this case, additional images are created in positions between the sensor elements. Consequently, an overall picture is then created not only from four, but from 16 or 36 (subpixel pitches) spatially shifted partial images. However, due to the finite aperture of the pixels, this method is limited to a maximum of 50% pixel overlap.

Bei der Aufnahme von fluoreszierenden Präparaten, treten Artefakte im Gesamtbild auf, die durch die abnehmende Fluoreszenzintensität der zeitlich nacheinander aufgenommenen Bilder entstehen. In der US 5,682,567 wird zur Vermeidung derartiger Artefakte beschrieben, dass die von Bild zu Bild abnehmende Fluoreszenzintensität durch eine zunehmende Verlängerung der Belichtungszeit für die einzelnen Bilder kompensiert wird. Die dafür erforderliche Korrektur der Belichtungszeit wird jeweils vorher berechnet anhand der Kenntnis der Abnahme der Fluoreszenz. Dies setzt allerdings voraus, dass der zeitliche Fluoreszenzverlauf bekannt ist und die Abnahme der Fluoreszenz, die sich für Präparate unterschiedlicher Inhaltsstoffe unterscheiden kann, dann auch tatsächlich diesem vorbekannten Verlauf entspricht. When taking up fluorescent specimens, artifacts appear in the overall image caused by the diminishing fluorescence intensity of the sequentially acquired images. In the US 5,682,567 In order to avoid such artifacts, it is described that the fluorescence intensity decreasing from image to image is compensated by an increasing extension of the exposure time for the individual images. The required correction of the exposure time is calculated in advance on the basis of the knowledge of the decrease in fluorescence. However, this presupposes that the temporal fluorescence profile is known and the decrease in fluorescence, which may differ for preparations of different ingredients, then actually corresponds to this previously known course.

Ein ähnliches Verfahren ist in der EP 1 235 424 A2 zur Aufnahme von Fluoreszenzbildern angegeben, bei dem die Fading-Artefakte infolge des durch die Vielzahl der Teilbildaufnahmen erhöhten Zeitbedarfs für eine komplette hochauflösende Bildaufnahme nicht durch einen schrittweise verlängerte Aufnahmezeit, sondern durch einen nachgeordneten (nach der Bildverschachtelung) durchgeführten Intensitätsausgleich in Abhängigkeit vom Zeitverlauf der einzelnen Teilbildaufnahmen beseitigt werden. A similar procedure is in the EP 1 235 424 A2 specified for the recording of fluorescence images, in which the fading artifacts due to the increased by the plurality of field recordings time required for a complete high-resolution image acquisition not by a gradually extended recording time, but by a downstream (after image interleaving) intensity compensation depending on the time course of the individual Partial image recordings are eliminated.

Allen vorstehend beschriebenen Lösungsansätzen zur hochauflösenden Farbbildaufnahme haftet der Nachteil an, dass infolge der erforderlichen Sensorverschiebungen zur Aufnahme der Teilbilder, sei es zur Realisierung des Color-Co-Site-Sampling-(CCS-)Verfahrens oder zur Auflösungserhöhung stets die Aufnahmezeit erhöht wird. Zur Einhaltung konstanter bzw. vergleichbarer Bedingungen sind dann gegebenenfalls auch noch Belichtungszeitkorrekturen oder adaptierte Verstärkungsfaktoren erforderlich, die eine HDR-Bildaufnahme (High Dynamic Range Imaging) mit weiteren zusätzlichen Teilbildaufnahmen eigentlich verbietet, wenn man die Korrekturerfordernisse für n mit unterschiedlicher Empfindlichkeit/Belichtungszeit aufgenommene Teilaufnahmen nicht noch vervielfachen will.  All of the approaches described above for high-resolution color image recording have the disadvantage that the recording time is always increased as a result of the required sensor displacements for recording the partial images, be it to realize the color co-site sampling (CCS) method or to increase the resolution. In order to maintain constant or comparable conditions, exposure time corrections or adapted gain factors may also be required, which prohibit HDR (High Dynamic Range Imaging) image acquisition with further additional partial image recordings, if the correction requirements for n partial exposures recorded with different sensitivity / exposure time are not met still want to multiply.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur hochauflösenden Farbbildaufnahme, insbesondere für die Mikroskopie, auch bei Bildaufnahmen mit hoher Farbtiefe und Signaldynamik von anderen kontrastreichen ruhender Szenen, zu finden, bei der der Dynamikbereich der Bildaufnahme deutlich verbessert ist, ohne dass Aufnahmezeit und/oder Korrekturen der unterschiedlichen Belichtungszustände für die Vielzahl der Teilbildaufnahmen unzumutbar erhöht werden.  The invention is based on the object of finding an improved possibility for high-resolution color image recording, in particular for microscopy, even in image recordings with high color depth and signal dynamics of other high-contrast scenes, in which the dynamic range of image acquisition is significantly improved, without recording time and / or corrections of the different exposure states for the plurality of partial image recordings are unreasonably increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur hochauflösenden digitalen Farbbildaufnahme mit hohem Dynamikbereich, bei dem mittels Scanbewegung eines zweidimensionalen Farbsensors eine Auflösungserhöhung der Bildaufnahme durch sukzessive Überdeckung aller unterschiedlich farbempfindlichen Sensorelemente mittels Color-Co-site-Sampling vorgenommen wird, dadurch gelöst, dass Zwischenabtastungen mit Abtastschritten von einem Bruchteil der Mittenabstände der Sensorelemente des Farbsensors als zusätzliche Abtastpositionen in die Scanbewegung des Color-CoSite-Sampling integriert werden, sodass mittels eines so definierten Microscannings zusätzliche Teilbildaufnahmen mindestens eine Verdoppelung der Abtastdichte in jeder Dimension des Farbsensors erzeugen, und dass an jeder Abtastposition, sowohl der vom Color-CoSite-Sampling vorgesehenen Positionen der Sensorelemente als auch der durch Zwischenabtastung zusätzlich angefahrenen Abtastpositionen, zusätzliche Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen oder Belichtungszeiteinstellungen des Farbsensors zur Erzeugung eines High-Dynamic-Range-Imaging vorgenommen werden. According to the invention, the object is achieved with a method for high-resolution digital color image recording with a high dynamic range, in which By means of scanning movement of a two-dimensional color sensor, an increase in resolution of the image acquisition by successive overlapping of all differently color-sensitive sensor elements by means of color co-site sampling is achieved by interim scanning with scanning steps of a fraction of the center distances of the sensor elements of the color sensor as additional scanning positions in the scanning movement of Color-CoSite-Sampling be integrated so that by means of such a defined Microscanning additional partial image recordings generate at least a doubling of the sampling density in each dimension of the color sensor, and that at each sampling position, both provided by the Color-CoSite sampling positions of the sensor elements as well Intermediate scan additionally approached scanning positions, additional partial image recordings with different sensitivity settings or exposure time settings of the color sensor to generate a high-dynamics ic range imaging.

Vorteilhaft wird bei Verwendung eines Farbsensors mit GRBG-Bayerfarbmaske ein Gesamtbild aus Teilbildern von vier Color-Co-site-Sampling-Positionen und von einem mindestens eine Zwischenabtastung je Pixelmittenabstand und Dimension des Farbsensors aufweisendem 4 × 4-Microscanning zusammengesetzt.  Advantageously, when using a GRBG Bayer color mask color sensor, an overall image is composed of sub-images of four color co-site sampling positions and a 4 × 4 microscanning having at least one inter-scan per pixel center distance and dimension of the color sensor.

Zweckmäßig wird das Microscanning mit einem regelmäßigen zeilenförmigen oder spaltenförmigen Scanmuster durchgeführt. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, das Microscanning mit einem regelmäßigen mäanderförmigen Scanmuster durchzuführen. Vorzugsweise kann das Microscanning mit einem regelmäßigen verkürztem maänderförmigen Scanmuster durchgeführt werden, bei dem die Color-Co-site-Sampling-Positionen mit angeglichenem zeitlichen Abstand angefahren werden.  The microscanning is expediently carried out with a regular line-shaped or column-shaped scanning pattern. It proves to be advantageous to carry out the microscanning with a regular meandering scan pattern. Preferably, the microscanning can be carried out with a regular shortened maander-shaped scanning pattern, in which the color-co-site sampling positions are approached with equalized time interval.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Microscanning mit einem unregelmäßigen Scanmuster durchgeführt wird, bei dem die Color-Co-site-Sampling-Positionen und die Zwischenabtastpositonen für die einzelnen Teilbildaufnahmen mit möglichst ähnlichem zeitlichem Abstand angefahren werden, wobei benachbarte Abtastpositionen, die in einem regulären mäanderförmigen Scanraster direkt nacheinander abgetastet würden, mit einem zeitlichen Abstand von mindestens zwei Microscanschritten angefahren werden.  It proves to be particularly advantageous if the microscanning is carried out with an irregular scanning pattern in which the color co-site sampling positions and the Zwischenabtastpositonen for the individual field images are approached with the closest possible time interval, with adjacent sampling positions, the in a regular meander-shaped scan grid would be scanned directly one after the other, be approached with a time interval of at least two Microscanschritten.

Zur Erhöhung des Dynamikbereichs der Bildaufnahme erweist es sich bereits als zweckmäßig, wenn zur Realisierung eines HDR-Imaging zwei Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen des Farbsensors je Microscanposition aufgenommen werden. Als besonders vorteilhaft können für das HDR-Imaging drei Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen des Farbsensors je Microscanposition aufgenommen werden.  In order to increase the dynamic range of the image acquisition, it has already proven to be expedient if, for the realization of an HDR imaging, two partial image recordings with different sensitivity settings of the color sensor per micro-scan position are recorded. Particularly advantageous for the HDR imaging three partial image recordings can be recorded with different sensitivity settings of the color sensor per Microscanposition.

Um eine besonders flexibel einsetzbare Kamera zur Verfügung zu haben, werden in deren Steuerelektronik zur Realisierung von verschiedenen Auflösungsstufen der Farbaufnahmen unterschiedliche Einstellungen von Microscanmodi des Scanners und Ansteuer- und Auslesemodi des Farbsensors gespeichert.  In order to have a particularly flexible camera available, different settings of Microscanmodi of the scanner and drive and read modes of the color sensor are stored in the control electronics for the realization of different levels of resolution of color images.

Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, dass Profi-Anwender hochauflösender Farbbildkameras, wie z.B. in der Mikroskopie, der Fotografie oder auch generell im Vermessungs- bzw. Analysebereich, wenn digitale Bildaufnahmen zusätzlich mit hohen Dynamikbereichen erfasst werden sollen, gezwungen sind, dieselbe Aufnahme mehrfach mit unterschiedlichen Belichtungszeiten zu wiederholen, damit allen Anforderungen Genüge getan wird. Eine lediglich für makroskopische Szenen hilfreiche Alternative bestünde darin, eine extrem teure HDR-Kamera mit mehrfach höherer Pixelzahl des Bildsensors zu verwenden, um wenigstens die Sensorbewegung für die Auflösungserhöhung (Color Co-site Sampling und/oder Microscanning) bei respektabler Bildrate der verschachtelten Gesamtbilder zu erreichen.  The invention is based on the basic idea that professional users of high-resolution color image cameras, such as e.g. In microscopy, photography or in general in the field of surveying or analysis, when digital image recordings are also to be recorded with high dynamic ranges, it is necessary to repeat the same recording several times with different exposure times, so that all requirements are met. A helpful alternative only for macroscopic scenes would be to use an extremely expensive HDR camera with multiple times the number of pixels of the image sensor to at least increase the sensor resolution for color resolution (color co-site sampling and / or microscanning) at a respectable frame rate of the interlaced total images to reach.

Die Erfindung sucht hier den praktikablen Kompromiss, die an sich bekannten Verfahren von Microscanning zur generellen Auflösungssteigerung, CCS zur Beseitigung von Farbartefakten und HDR-Imaging zur Erhöhung der Farbtiefe (Dynamikbereich) in geeigneter Weise zu kombinieren, indem eine geschickte Verschachtelung von Teilbildaufnahmen für einzelne Schritte verschiedener der drei Verfahren gewählt wird. Im Ergebnis werden wertvolle Aufnahme- und Einstellzeiten (Overhead time) gegenüber den sonst üblichen Mehrfachaufnahmen eingespart.  The invention here seeks the practicable compromise to combine the known per se methods of microscanning for general resolution enhancement, CCS for the removal of color artifacts and HDR imaging for increasing the color depth (dynamic range) in a suitable manner by a clever interleaving of partial image recordings for individual steps different of the three methods is chosen. As a result, valuable recording and setting times (overhead time) are saved compared to the usual multiple recordings.

Die Vereinigung von RGB-Teilbildern im CCS-Modus (vier Sensorverschiebungen im Quadrat mit jeweils 1/1-Pixelabstand) mit zusätzlichen (mindestens einem) Subpixelschritten zwischen den CCS-Positionen sowie mehreren Sensorauslesungen bei unterschiedlichen Integrationszeiten auf jeder Microsan-Position des Matrixsensors ergibt bei erhöhter (wenigstens zweifacher) Auflösung einen Dynamikumfang von 14, 16 oder mehr Bit Farbtiefe des Gesamtbildes. Ferner ist dasselbe Prinzip für Schwarz-Weiß- bzw. Graustufenbilder anwendbar.  The combination of RGB subfields in CCS mode (four sensor displacements squared at 1/1 pixel pitch each) with additional (at least one) subpixel increments between the CCS positions and multiple sensor readings at different integration times at each microsan position of the matrix sensor increased (at least twice) resolution a dynamic range of 14, 16 or more bits of color depth of the overall picture. Further, the same principle is applicable to black-and-white and grayscale images, respectively.

Durch die Erfindung ist es möglich, hochauflösende Farbbildaufnahmen, insbesondere in der Mikroskopie, aber auch bei Bildaufnahmen mit hoher Farbtiefe und Signaldynamik von kontrastreichen ruhenden Szenen, zu realisieren, bei denen der Dynamikbereich der Bildaufnahme verbessert wird, ohne dass sich Aufwände für Aufnahmezeit, Sensorpixelzahl und/oder Korrekturen der unterschiedlichen Belichtungszustände für die Vielzahl der Teilbildaufnahmen unzumutbar erhöhen. The invention makes it possible to produce high-resolution color images, especially in microscopy, but also in image recordings with high color depth and signal dynamics of high-contrast scenes in which the dynamic range of the image acquisition is improved, without unduly increasing the costs for acquisition time, sensor pixel number and / or corrections of the different exposure states for the plurality of partial image recordings.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Dabei zeigen:.  The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and figures. Show :.

1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem 16-Schritt-Microscanning (4 × 4-Microscanning) eines Matrixsensors für eine verschachtelte Microscanning-, CCS- und HDR-Bildaufnahme, die aus 16 × 4 × (2...n) Teilbildaufnahmen zusammengesetzt ist (Ablaufschema von 1a in 1b und 1c fortgesetzt); 1 : A schematic representation of the method according to the invention with a 16-step microscanning (4 × 4 microscanning) of a matrix sensor for a nested microscanning, CCS and HDR image recording, which consists of 16 × 4 × (2 ... n) partial image recordings is composed (flowchart of 1a in 1b and 1c continued);

2: eine schematische Darstellung der 144 Teilbildauslesungen eines Matrixsensors, dargestellt für ein Farbpixel (GRBG-Bayermaske) bei einer 12-Positionen-Microscan-CCS-Abtastung mit integrierter dreifach HDR-Bildabtastung; 2 FIG. 12 is a schematic representation of the 144 field readings of a matrix sensor shown for a color pixel (GRBG Bayermask) in a 12-position microscan CCS scan with integrated triple HDR image sensing;

3: unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Microscanmustern, dargestellt für die örtliche Verschiebung eines Sensorelements des Matrixsensors für eine 16 Positionen-Microscan-CCS-Abtastung (zuzüglich HDR-Abtastung); 3 FIG. 4 shows different embodiments of microscan patterns, represented for the local displacement of a sensor element of the matrix sensor for a 16-position microscan CCS scan (plus HDR scan); FIG.

4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kamera mit Objektiv, Matrixsensor mit Bayerfarbmaske, Piezoscanner, Sensor- und Scanner-Steuerelektronik und Rechner zur Bildverschachtelung und -normierung. 4 : A schematic representation of a camera according to the invention with lens, matrix sensor with Bayer color mask, piezo scanner, sensor and scanner control electronics and computer for image interleaving and normalization.

Das Verfahren zur hochauflösenden digitalen Farbbildaufnahme mit hohem Dynamikbereich wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – in einer Variante mit einem Microscanning 115 in einem 3 × 3-Microscanraster gemäß der schematischen Darstellung von 2 näher erläutert. The method for high-resolution digital color image recording with high dynamic range is - without restriction of generality - in a variant with a micro-scanning 115 in a 3 × 3 microscan screen according to the schematic representation of 2 explained in more detail.

Dabei ist für eine Pixelgruppe 11 mit vier Sensorelementen, die gemäß dem Bayertyp einer direkt auf dem Chip eines monochromen CCD- oder CMOS-Matrixsensors angeordneten Farbmosaikfiltermaske als True-Color-Bildelement eines Farbsensors 1 ausgeführt ist, das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren für eine komplette (aus 27 Teilaufnahmen bestehende) verschachtelte Bildaufnahme schematisch dargestellt. Zur Kenntlichmachung der örtlich lückenlosen Bildabtastung in Bezug zu den benachbarten True-Color-Bildelementen sind Pixelgruppen 12 bis 14 mit gezeichnet, jedoch als leere Felder belassen, um die Darstellung nicht unübersichtlich werden zu lassen. Für die Pixelgruppen 12 bis 14 laufen die für die Pixelgruppe 11 dargestellten Scanoperationen in gleicher Weise simultan ab. Where is for a pixel group 11 with four sensor elements arranged according to the Bayer type of a color mosaic filter mask arranged directly on the chip of a monochrome CCD or CMOS matrix sensor as a true color picture element of a color sensor 1 is executed, the image recording method according to the invention for a complete (consisting of 27 part recordings) interlaced image recording shown schematically. To identify the spatially seamless image scan with respect to the adjacent true color pixels are pixel groups 12 to 14 drawn with, but left as empty fields, so as not to obscure the presentation. For the pixel groups 12 to 14 run the for the pixel group 11 displayed scan operations in the same way from simultaneously.

Die Sensormatrix weist bei einer On-Chip-Farbmaske des Bayertyps somit regelmäßig wiederkehrend die Pixelgruppe 11 mit vier Sensorelementen, nämlich zwei diagonal angeordneten grünempfindlichen Sensorelementen 111 und 114 sowie einem rotempfindlichen Sensorelement 112 und einem blauempfindlichen Sensorelement 113 auf. The sensor matrix thus regularly has the pixel group in an on-chip color mask of the bayer type 11 with four sensor elements, namely two diagonally arranged green sensitive sensor elements 111 and 114 and a red-sensitive sensor element 112 and a blue-sensitive sensor element 113 on.

Um die vollständige Farbinformation der Farben Rot, Grün und Blau für jede der vier Positionen der Sensorelemente 111 bis 114 zu erhalten, wird für die Pixelgruppe 11 gemäß dem herkömmlichen Color-Co-Site-Sampling-Verfahren (im Folgenden kurz: CCS-Sampling 118) um je einen Pixelmittenabstand in einem Karree verschoben, sodass das Sensorelement 111 nacheinander mit den Ausgangspositionen der Sensorelemente 112 bis 114 zur Überdeckung gebracht wird. Die Überdeckung für die Sensorelemente 112 bis 114 erfolgt mit den im gleichen Farbschema angeordneten Sensorelementen der benachbarten Pixelgruppen 12 bis 14, die nach analoger Systematik die Nummern 121, 124, 131, 142 und 141 tragen müssten (aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen). Alle angefahrenen CCS-Sampling-Positionen 119 sind in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Das dabei abgefahrene Muster des CCS-Sampling 118 kann einem Rechteckumriss folgen (nicht gezeichnet) oder – wie in 2 für das Sensorelement 114 angezeigt – ein sich kreuzendes Zick-Zack-Muster sein. Die letztere Scanreihenfolge entspricht dem zeitlichen Ablauf, wenn zusätzlich ein mäanderförmiges Microscanning 115, wie nachfolgend beschrieben, erfolgt. For the complete color information of the colors red, green and blue for each of the four positions of the sensor elements 111 to 114 get is for the pixel group 11 according to the conventional color co-site sampling method (hereinafter referred to as: CCS sampling 118 ) are each shifted by a pixel center distance in a square, so that the sensor element 111 successively with the starting positions of the sensor elements 112 to 114 is brought to cover. The coverage for the sensor elements 112 to 114 is done with the arranged in the same color scheme sensor elements of the adjacent pixel groups 12 to 14 , which according to analogous system the numbers 121 . 124 . 131 . 142 and 141 would have to wear (omitted for clarity). All approached CCS sampling positions 119 are in 2 shown with dashed lines. The worn-out pattern of CCS sampling 118 can follow a rectangle outline (not drawn) or - as in 2 for the sensor element 114 displayed - be a crossing zig-zag pattern. The latter scan sequence corresponds to the time sequence, if in addition a meandering microscanning 115 as described below.

Zur Steigerung der Auflösung – z.B. wegen der lichtunempfindlichen Lücken zwischen den Sensorelementen 111 bis 114 und ebenso zu denen der benachbarten Pixelgruppen 12, 13, 14 usw., aber auch zur Vermeidung des Einsatzes von teuren höchstauflösenden Farbsensoren 1 mit vielfacher Anzahl oder Dichte der Sensorpixel – erfolgt entsprechend der Darstellung von 2 eine Zwischenabtastung 116, bei der in den lichtunempfindlichen Lücken des Sensors durch Microscanning 115 weitere Teilbildaufnahmen durchgeführt werden (in diesem Beispiel genau eine, d.h. ein Microscanning 115 mit einem halben Pixelabstand). Die zugehörigen Positionen der Sensorelemente 111 bis 114 sind mit feinen Punktlinien dargestellt. Die Schrittgröße ist im Fall von 2 auf eine Zwischenabtastung 116 (3 × 3-Microscan) festgelegt, wodurch sich bei Vorgabe von drei HDR-Abtastungen ein Gesamtbild aus 27 Teilbildern ergibt. To increase the resolution - eg because of the light-insensitive gaps between the sensor elements 111 to 114 and also to those of the adjacent pixel groups 12 . 13 . 14 etc., but also to avoid the use of expensive high-resolution color sensors 1 with multiple number or density of the sensor pixels - takes place in accordance with the representation of 2 an intermediate scan 116 , in which in the light insensitive gaps of the sensor by microscanning 115 more field recordings are performed (in this example exactly one, ie a microscanning 115 with a half pixel pitch). The associated positions of the sensor elements 111 to 114 are shown with fine dotted lines. The step size is in the case of 2 to an intermediate scan 116 (3 × 3 microscan), resulting in a total image of 27 fields given three HDR samples.

Die Schrittgröße des Microscanning 115 kann beliebig gewählt werden, wird jedoch zur Begrenzung des Verarbeitungsaufwandes, aber auch wegen des begrenzten Auflösungsvermögens der Kameraoptik 2 vorzugsweise auf zwei Zwischenabtastungen 116 (4 × 4-Microscan) begrenzt, wodurch sich bei Vorgabe von drei HDR-Abtastungen ein Gesamtbild aus 48 Teilbildern ergibt. The step size of microscanning 115 can be chosen arbitrarily, but will limit the processing effort, but also because of the limited resolution of the camera optics 2 preferably on two intermediate scans 116 (4 × 4 microscan), resulting in a total image of 48 fields given three HDR samples.

In der Ausführung gemäß 2 beschreibt das Microscanmuster 117 für ein 4 × 4-Microscanning 115 eine Mäanderform mit sechzehn Abtastpositionen bezogen auf ein ausgewähltes Sensorelement 111 einer Pixelgruppe 11, die für das oben beschriebene CCS-Sampling 118 ein sich kreuzendes Zick-Zack-Muster zwischen den CCS-Sampling-Positionen 119 „auf Umwegen“ (d.h. mit eingelagerten Zwischenabtastungen 116 des Mikrosannings 115) abtastet. Die im hier ausgewählten 4 × 4-Microscanning 115 möglichen vier CCS-Samplings 118 sind unten in 2 mit der realen Scanreihenfolge und den tatsächlichen Abtastpositionen in dem verwendeten mäanderförmigen Microscanmuster 117 dargestellt. In the execution according to 2 describes the microscan pattern 117 for a 4 × 4 microscanning 115 a meandering shape having sixteen sensing positions with respect to a selected sensor element 111 a pixel group 11 for the CCS sampling described above 118 a crossing zigzag pattern between the CCS sampling positions 119 "In a roundabout way" (ie with stored intermediate samples 116 of microsensing 115 ). The 4 × 4 microscanning selected here 115 possible four CCS Samplings 118 are down in 2 with the real scan order and the actual scan positions in the meandering micro scan pattern used 117 shown.

Im Ergebnis eines solchen 4 × 4-Microscannings 115 mit sechzehn örtlich versetzten Abtastpositionen des Sensorpixels 111 entsteht eine 64 Pixel-CCS-Aufnahme für die betrachtete Pixelgruppe 11, aus der vier vollständige CCS-Aufnahmen zusammengesetzt werden können. Aufgrund der noch zusätzlich pro örtlicher Abtastposition des Microscannings 115 durchgeführten (hier: zwei weiteren) HDR-Teilbildaufnahmen ergeben sich in diesem Beispiel 192 Teilbildauslesungen aus sechzehn örtlichen Positionsänderungen (4 × 4-Microscan), an denen je vier Sensorelemente 111 bis 114 vier Farbauszüge mit drei verschiedenen Empfindlichkeitseinstellungen aufnehmen, d.h. es werden an jeder der sechzehn Scanpositionen im Bild zwölf Teilbildauslesungen vorgenommen. Dabei können einige Farbauszüge der Sensorelemente 112, 113 und 114, die sich in der Ausgangsscanposition des Farbsensors 1 mit den Pixeln der Nachbarpixelgruppen 12, 13 und 14 überlappen, sofort verworfen werden, weil sie nicht zum CCS-Sampling 118 der Pixelgruppe 11 beitragen können. As a result of such 4 × 4 microscanning 115 with sixteen spatially offset sampling positions of the sensor pixel 111 creates a 64 pixel CCS image for the pixel group under consideration 11 from which four complete CCS images can be assembled. Due to the additional per local scanning position of the Microscanning 115 In this example, 192 sub-picture readings (in this case two further) HDR sub-picture recordings result from sixteen local position changes (4 × 4 microscan), each of which has four sensor elements 111 to 114 record four color separations with three different sensitivity settings, ie twelve partial image readings are taken at each of the sixteen scan positions in the image. Here are some color separations of the sensor elements 112 . 113 and 114 that are in the original scan position of the color sensor 1 with the pixels of the neighboring pixel groups 12 . 13 and 14 overlap, discard immediately, because they are not for CCS sampling 118 the pixel group 11 can contribute.

Es sind unterschiedlichste Abläufe des Microscannings 115 möglich und sinnvoll. Für die Beschreibung der möglichen Microscanmuster 117 wird – zur Vereinfachung der Darstellung – jeweils nur das obere linke Pixel 111 der Pixelgruppe 11, die für ein vollständiges Farbpixel des Farbsensors 1 steht, betrachtet und gezeichnet. There are different processes of microscanning 115 possible and useful. For the description of the possible microscan patterns 117 becomes - for the sake of simplicity - only the upper left pixel 111 the pixel group 11 , which represents a complete color pixel of the color sensor 1 stands, looks and draws.

Zur Ausführung eines Microscans 115 wird in der Regel der kürzeste Abtastweg gewählt. Es kann aber auch für spezielle Bildaufnahmen (z.B. solchen, die – bei den relativ langen Aufnahmezeiten für ein vollständiges Gesamtbild – statistischen Schwankungen, langsamen Veränderungen oder aber Vibrationen unterliegen) eine Art Chaos-Microscanmuster 117 gewählt werden, bei dem die Abtastreihenfolge so eingestellt wird, dass zwischen allen örtlich direkt benachbarten Microscanning-Positionen möglichst ähnlich große Zeitintervalle von Abtastschritten liegen (s. z.B. DE 102 61 665 C1 oder EP 1 432 231 A2 ) und/oder eine möglichst gleiche Anzahl von Zwischenabtastungen 116 (oder pixelüberdeckende Hauptabtastungen) zwischen den CCS-Sampling-Positionen 119 liegen sollen, wie sie in 3 schematisch angegeben sind. To run a microscan 115 As a rule, the shortest scanning path is selected. However, it can also be a kind of chaos micro-scan pattern for special image recordings (eg, those which, given the relatively long recording times for a complete overall picture, are subject to statistical fluctuations, slow changes or vibrations) 117 can be selected in which the scanning order is set so that between all locally directly adjacent microscanning positions as similar as possible intervals of sampling intervals are (szB DE 102 61 665 C1 or EP 1 432 231 A2 ) and / or an equal number of intermediate scans 116 (or pixel-covering main scans) between the CCS sampling positions 119 should lie as they are in 3 are indicated schematically.

3 zeigt in den Teilabbildungen a) bis c) jeweils ein 4 × 4-Microscanraster einer Sensorelementgruppe 11 (GRBG-Bayer-Farbpixel), von der nur das obere linke Sensorelement 111 betrachtet und in seiner Scanbewegung dargestellt ist. Bei den drei dargestellten Microscanmustern 117 findet das CCS-Sampling 118 jeweils an den bekannten Pixelpositionen statt, wenn – in diesem Beispiel: nach einer Zwischenabtastung 116 im quadratischen 4 × 4-Scanraster – die Position des nächsten Sensorpixels deckungsgleich eingestellt ist, wobei sich die gesamte Sensorelementgruppe 11 im gleichen Microscanmuster 117 mitbewegt. 3 shows in the partial illustrations a) to c) in each case a 4 × 4 microscan grid of a sensor element group 11 (GRBG Bayer color pixel), of which only the upper left sensor element 111 considered and shown in his scanning motion. In the three illustrated microscan patterns 117 finds the CCS sampling 118 in each case at the known pixel positions, if - in this example: after an intermediate scan 116 in the square 4 × 4 scan grid - the position of the next sensor pixel is congruently set, whereby the entire sensor element group 11 in the same microscan pattern 117 moved.

Die Abtastungen gemäß 3a und 3b erfolgen jeweils in verkürzten Mäanderformen, bei denen die Scanwege pro Scanschritt jeweils genau einen halben Pixelabstand betragen. Dabei entstehen vier zeitlich unterschiedlich verschachtelte CCS-Samplings 118, bei denen die übliche Reihenfolge der CCS-Sampling-Positionen 119 entlang der Sensorelemente 111, 112, 113 und 114 bzw. 111, 112, 114 und 113 zwar eingehalten wird, aber für die Zwischenabtastungen 116 (in 1a1c: Subpixel-Imaging mit SubN-CCS-Sampling 1–4) und zwischen den CCS-Sampling-Positionen 119 unterschiedlich viele Zwischenabtastungen 116 des Microscanmusters 117 liegen. Das kann bei nicht ruhenden Szenen (Objekten 3) zu Artefakten der Farbdarstellung führen. Deutlich wird dies auch bei vollständiger Mäanderabtastung gemäß 2 durch die (in 2 unten separat gezeichneten) CCS-Sampling-Positionen 119 mit den angegebenen Scanschritt-Nummern für die gezeigten vier CCS-Samplings 118. The samples according to 3a and 3b each take place in shortened meander shapes, in which the scan paths per scan step are each exactly half the pixel pitch. This results in four time-varying nested CCS-Samplings 118 where the usual order of CCS sampling positions 119 along the sensor elements 111 . 112 . 113 and 114 respectively. 111 . 112 . 114 and 113 Although adhered to, but for the Zwischenabtastungen 116 (in 1a - 1c Subpixel Imaging with SubN-CCS Sampling 1-4) and between the CCS sampling positions 119 different number of intermediate scans 116 of the microscan pattern 117 lie. This can be done in non-stationary scenes (objects 3 ) lead to artefacts of the color representation. This becomes clear even with complete meander sampling according to 2 through the (in 2 separately drawn below) CCS sampling positions 119 with the specified scan step numbers for the four CCS samplings shown 118 ,

Die Teilabbildung b) von 3 zeigt für dasselbe 4 × 4-Microscanraster einer Sensorelementgruppe 11 ein Microscanmuster 117, das bezüglich des CCS-Samlings 118 zeitoptimiert ist, indem die Positionen der Sensorelemente 111, 112, 114 und 113 in dieser Reihenfolge mit jeweils nur einer oder höchsten zwei Zwischenabtastungen 116 angefahren werden. Dasselbe trifft hier auch für alle SubN-CCS-Samplings (mit N = 1...3) zu. The partial image b) of 3 shows for the same 4 × 4 microscan grid of a sensor element group 11 a microscan pattern 117 that concerning the CCS seedling 118 is time optimized by adjusting the positions of the sensor elements 111 . 112 . 114 and 113 in this order, with only one or two intermediate scans at a time 116 be approached. The same applies here for all SubN-CCS-Samplings (with N = 1 ... 3).

Die Teilabbildung c) von 3 offenbart – im Gegensatz zu den geordneten Microscanmustern 117 – ein bereits oben erwähntes, scheinbar chaotisches Microscanmuster 117, bei dem auf ein „relativ ähnliches“ Zeitintervall zwischen benachbarten Positionen des Microscanrasters einer Sensorelementgruppe 11 geachtet wird, um Bildunschärfe aufgrund statistischer Schwankungen (Schwingungen) zwischen dem Objektabbild und dem Farbsensor 1 (bzw. der Sensorelementgruppe 11) zu unterdrücken. Zusätzlich wird eine möglichst geringe Anzahl der Abtastschritte (< 3) zwischen den CCS-Sampling-Positionen 119 angestrebt, wodurch – insbesondere bei zeitlicher Veränderung der Objektabbildung – die Farbauszüge in enger zeitlicher Reihenfolge erhalten werden. Das hat eine gesteigerte Bedeutung für die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Integration von Teilbildaufnahmen des HDR-Imaging 120, bei dem die zeitlich nacheinander für jede Microscanposition mit unterschiedlichem Dynamikbereich aufgenommenen Farbauszüge dadurch zeitlich enger zusammenliegen und weniger Artefakte bei der Überlagerung (zeitlichen Verschachtelung) des Gesamtbildes aufweisen. The partial picture c) of 3 disclosed - in contrast to the ordered microscan patterns 117 An already mentioned, apparently chaotic microscan pattern 117 in which there is a "relatively similar" time interval between adjacent positions of the microscan grid of a sensor element group 11 attention is paid to image blurring due to statistical fluctuations (oscillations) between the object image and the color sensor 1 (or the sensor element group 11 ) to suppress. In addition, the smallest possible number of sampling steps (<3) is made between the CCS sampling positions 119 sought, which - especially when temporal change of the object image - the color separations are obtained in close temporal order. This has an increased significance for the inventive integration of partial image recordings of HDR imaging described below 120 in which the color separations recorded temporally successively for each microscan position with different dynamic range are thus closer together in terms of time and have fewer artifacts in the overlaying (temporal interleaving) of the overall picture.

Zur Erhöhung des Dynamikbereichs der Bildaufnahme wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Weiteren in jeder angefahrenen Microscanning-Position eine Mehrzahl von Teilaufnahmen mit jeweils abgestuft unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen oder Belichtungszeiten vorgenommen. Diese mit HDR-Imaging (High Dynamic Range Imaging) bezeichneten Teilbildaufnahmen sind durch räumlich perspektivisch versetzte Pixelumrisse mit Strich-Punkt-Linien (für CCS-Sampling-Positionen 119) und Punktlinien (für Positionen von Zwischenabtastungen 116) in 2 dargestellt. Die zeitlich gestaffelten HDR-Teilbildaufnahmen 121 mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen erfolgen nacheinander für jede räumlich separierte Teilbildaufnahme-Position des gewählten Microscanmusters 117, jedoch für alle Sensorelementgruppen 11, 12, 13, 14 usw. gleichzeitig. Mit dieser Maßnahme entsteht ein hochaufgelöstes Farbbild mit zusätzlich erhöhtem Dynamikbereich, d.h. mit hoher Farbtiefe und hohem Kontrast. In order to increase the dynamic range of the image recording, in the method according to the invention, furthermore, a plurality of partial recordings, each with graded different sensitivity settings or exposure times, are made in each approached microscanning position. These field images, which are called HDR imaging (High Dynamic Range Imaging), are spatially perspective pixel outlines with dash-dot lines (for CCS sampling positions 119 ) and dotted lines (for positions of intermediate scans 116 ) in 2 shown. The staggered HDR partial image recordings 121 with different sensitivity settings are carried out in succession for each spatially separated partial image recording position of the selected Microscanmusters 117 , but for all sensor element groups 11 . 12 . 13 . 14 etc. at the same time. This measure produces a high-resolution color image with additionally increased dynamic range, ie with high color depth and high contrast.

Dadurch ist eine erhebliche Erhöhung des Dynamikbereichs eines hochauflösend abtastenden Farbsensors 1 für jede Gesamtbildaufnahme möglich, sodass keine echte HDR-Sensormatrix mit logarithmischem Empfindlichkeitsverhalten der Sensorelemente erforderlich ist (Kostenersparnis) oder nacheinander hochauflösende Gesamtbildaufnahmen mit unterschiedlichen Belichtungseinstellungen wiederholt werden müssen (Zeitersparnis). This is a significant increase in the dynamic range of a high-resolution scanning color sensor 1 for each overall image capture possible, so that no real HDR sensor matrix with logarithmic sensitivity behavior of the sensor elements is required (cost savings) or successively high-resolution overall images with different exposure settings must be repeated (time savings).

Durch Beschränkung der Anzahl der empfindlichkeitsgesteuerten bzw. belichtungszeitgesteuerte Teilbildaufnahmen auf zwei oder drei ist ein guter Kompromiss gefunden, um die benötigte Zeit für die Gesamtbildaufnahme (die im gezeigten Beispiel von 2 aus 27 Teilbildaufnahmen besteht) in vertretbarem Rahmen zu halten. By limiting the number of sensitivity-controlled or exposure-time-controlled partial image recordings to two or three, a good compromise is found in order to reduce the time required for the overall image recording (which in the example shown in FIG 2 consists of 27 partial image recordings) to keep in reasonable frame.

Für ein 4 × 4-Microscanning mit zwei HDR-Aufnahmen je Scanposition ergeben sich 128 Teilbildaufnahmen bei lediglich 32 Sensorauslesungen, woraus mit beispielsweise T1 = 10 ms und T2 = 140 ms eine Gesamtszeit Tgesamt < 16s für eine komplette hochauflösende Bildaufnahme mit zweifach erhöhten Dynamikbereich ergibt.  For 4 × 4 microscanning with two HDR images per scan position, 128 partial image recordings result with only 32 sensor readings, resulting, for example, in T1 = 10 ms and T2 = 140 ms in a total time Ttot <16 s for a complete high-resolution image acquisition with twice the dynamic range ,

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur hochauflösenden digitalen Bildaufnahme mit hohem Dynamikbereich ist in 1a und 1b als Ablaufschema der für die Gesamtbildaufnahme erforderlichen Teilbildabtastungen dargestellt. Dabei wird (wie in 2) von einem 3 × 3-Microscanning mit einem gleichzeitig ablaufenden CCS-Sampling und einem HDR-Imaging (Mehrfachabtastungen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen bzw. Belichtungszeiteinstellungen pro Abtastposition) Gebrauch gemacht. Es werden mehrere Teilaufnahmen verschiedener Zweckbestimmung (in der angegebenen Reihenfolge) zeitlich versetzt mittels einer Kamera mit einem kommerziell verfügbaren Farbsensor 1 (z.B. SONY ICX 285AQ) von einem Objekt 3 aufgenommen. The sequence of the method according to the invention for high-resolution digital image recording with a high dynamic range is described in 1a and 1b shown as a flowchart of required for the overall image sub-image scans. It is (as in 2 ) made use of a 3 × 3 microscanning with a concurrent CCS sampling and an HDR imaging (multiple scans with different sensitivity settings or exposure time settings per scanning position). There are several partial recordings of different purpose (in the order given) offset in time by means of a camera with a commercially available color sensor 1 (eg SONY ICX 285AQ) from an object 3 added.

Wie in 4 schematisch gezeigt, wird das Objekt 3 mittels eines Kameraoptik 2 auf den Farbsensor 1 abgebildet. Der Farbsensor 1 (mit Bayerfarbmaske) ist auf einem X-Y-Scanner 4 (vorzugsweise einem Piezoscanner) aufgebracht, der die erforderlichen Scanbewegungen des Farbsensors 1 für das Microscanning 115 und CCS-Sampling 118 entsprechend dem vorgewählten Microscanmuster 117 vornimmt. Es können aber auch Spiegelscanner (nicht gezeichnet) zum Einsatz kommen, um die relative Bewegung der Objektabbildung gegenüber dem Farbsensor zu realisieren. Die Ansteuerung des Scanners 4 erfolgt durch die Sensor- und Scannersteuerelektronik 5, die zugleich auch die notwendigen Sensorumschaltungen für das HDR-Imaging 120 vorgibt, die unterschiedlichen Auslesemodi des Farbsensors taktet und die geordnete Zwischenspeicherung der Teilbildaufnahmen im Rechner 6 organisiert. Vorteilhaft werden unterschiedliche Abtast- und Auslesemodi in der Steuerelektronik 5 auswählbar abgelegt. As in 4 shown schematically, becomes the object 3 by means of a camera optics 2 on the color sensor 1 displayed. The color sensor 1 (with Bayer color mask) is on an XY scanner 4 (Preferably, a piezo scanner) applied, the required scanning movements of the color sensor 1 for microscanning 115 and CCS sampling 118 according to the selected microscan pattern 117 performs. However, it is also possible to use mirror scanners (not shown) in order to realize the relative movement of the object image relative to the color sensor. The control of the scanner 4 done by the sensor and scanner control electronics 5 , which also provides the necessary sensor switching for HDR imaging 120 pretends, the different readout modes of the color sensor clocks and the orderly temporary storage of partial image recordings in the computer 6 organized. Advantageously, different sampling and readout modes in the control electronics 5 selectable filed.

Im nachgeordneten Rechner 6, der separat, aber auch Bestandteil der Kamera sein kann, werden die Teilbildaufnahmen anschließend zu einem zusammengesetzten Gesamtbild mit höherer räumlicher Auflösung, höherem Dynamikumfang und gemessen oder Farben vereinigt. Das geschieht durch zeitliche und räumliche Verkämmung der Teilaufnahmen entsprechend den Aufnahmemodi von Microscanning 115, CCS-Sampling 118 und HDR-Imaging 120. In the downstream computer 6 , which can be separate, but also part of the camera, the partial image recordings are then combined into a composite overall image with higher spatial resolution, higher dynamic range and measured or colors. This is done by temporally and spatially subdividing the partial recordings according to the recording modes of microscanning 115 , CCS sampling 118 and HDR imaging 120 ,

Dadurch ergeben sich selbst bei Beschränkung auf nur zwei HDR-Abtastungen pro Microscanning-Position bereits brillante hochaufgelöste Farbbilder von hoher Farbtiefe, für deren Aufnahme als Gesamtbild nicht bei einem angenommen 4 × 4-Mikroscanning mit zwei HDR-Aufnahmen von nicht mehr als 16 s benötigt wird. This results in limited to only two HDR scans per Microscanning position already brilliant high-resolution color images of high color depth, for their inclusion as a whole image is not required in an assumed 4 × 4 micro scanning with two HDR images of not more than 16 s.

Insbesondere ergeben sich bei der Vereinigung von RGB-Farbbildern Gesamtbilder mit hohem Dynamikumfang von 14–16 Bit Farbtiefe und zusätzlich mindestens verdoppelter Auflösung bei einer Zwischenabtastung 116 (im Microscanning 115 mit CCS-Sampling 118). In particular, the combination of RGB color images results in overall images with a high dynamic range of 14-16 bit color depth and additionally at least double resolution in an intermediate scan 116 (in microscanning 115 with CCS sampling 118 ).

Bei der Vereinigung von Schwarz-Weiß- oder Graustufenbildern ergibt sich bei gleichem Grundansatz die gleiche Tiefe des Dynamikumfangs.  When combining black and white or gray scale images, the same depth of the dynamic range is obtained with the same basic approach.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Farbsensor color sensor
11, ..., 14 11, ..., 14
Pixelgruppen pixel groups
111...114 111 ... 114
Sensorelemente sensor elements
115 115
Microscanning Microscanning
116 116
Zwischenabtastung between sampling
117 117
Microscanmuster Microscan pattern
118 118
CCS-Sampling CCS Sampling
119 119
CCS-Sampling-Position CCS sampling position
120 120
HDR-Imaging HDR Imaging
121 121
HDR-Teilbildaufnahme HDR image capture part
2 2
Kameraoptik camera optics
3 3
Objekt object
4 4
Scanner scanner
5 5
Sensor- und Scanner-Steuerelektronik Sensor and scanner control electronics
6 6
Rechner computer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3837063 C1 [0003] DE 3837063 C1 [0003]
  • US 5682567 [0005] US 5682567 [0005]
  • EP 1235424 A2 [0006] EP 1235424 A2 [0006]
  • DE 10261665 C1 [0033] DE 10261665 C1 [0033]
  • EP 1432231 A2 [0033] EP 1432231 A2 [0033]

Claims (9)

Verfahren zur hochauflösenden digitalen Farbbildaufnahme mit hohem Dynamikbereich, bei dem mittels Scanbewegung eines zweidimensionalen Farbsensors eine Auflösungserhöhung der Bildaufnahme durch sukzessive Überdeckung aller unterschiedlich farbempfindlichen Sensorelemente mittels Color-Co-site-Sampling vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – Zwischenabtastungen mit Abtastschritten von einem Bruchteil der Mittenabstände der Sensorelemente des Farbsensors als zusätzliche Abtastpositionen in die Scanbewegung des Color-CoSite-Sampling integriert werden, sodass mittels eines so definierten Microscannings zusätzliche Teilbildaufnahmen mindestens eine Verdoppelung der Abtastdichte in jeder Dimension des Farbsensors erzeugen, und – an jeder Abtastposition, sowohl der vom Color-CoSite-Sampling vorgesehenen Positionen der Sensorelemente als auch der durch Zwischenabtastung zusätzlich angefahrenen Abtastpositionen, zusätzliche Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen oder Belichtungszeiteinstellungen des Farbsensors zur Erzeugung eines High-Dynamic-Range-Imaging vorgenommen werden. Method for high-resolution digital color image recording with high dynamic range, in which by means of scanning movement of a two-dimensional color sensor, an increase in resolution of the image acquisition by successive coverage of all different color-sensitive sensor elements by color co-site sampling is performed, characterized in that - intermediate samples with sampling steps of a fraction of Center distances of the sensor elements of the color sensor are integrated as additional sampling positions in the scanning movement of the Color-CoSite sampling, so that by means of a defined microscanning additional partial images at least a doubling of the sampling density in each dimension of the color sensor generate, and - at each sampling position, both of the Color -CoSite sampling provided positions of the sensor elements as well as additionally sampled by intermediate scanning scanning positions, additional partial image recordings with different Sensl brightness settings or exposure time settings of the color sensor to produce high-dynamic-range imaging. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Farbsensors mit Bayerfarbmaske ein Gesamtbild aus Teilbildern von vier Color-Co-site-Sampling-Positionen und von einem mindestens eine Zwischenabtastung je Pixelmittenabstand und Dimension des Farbsensors aufweisenden 4 × 4-Microscanning zusammengesetzt wird. A method according to claim 1, characterized in that when using a color sensor with Bayer color mask, an overall image composed of sub-images of four color co-site sampling positions and of at least one intermediate sample per pixel pitch and dimension of the color sensor having 4 × 4 microscanning is composed , Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Microscanning mit einem regelmäßigen zeilenförmigen oder spaltenförmigen Scanmuster durchgeführt wird. A method according to claim 1, characterized in that the microscanning is carried out with a regular line-shaped or column-shaped scanning pattern. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Microscanning mit einem regelmäßigen mäanderförmigen Scanmuster durchgeführt wird. A method according to claim 3, characterized in that the Micro scanning is carried out with a regular meandering scanning pattern. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Microscanning mit einem regelmäßigen verkürztem maänderförmigen Scanmuster durchgeführt wird, bei dem die Color-Co-site-Sampling-Positionen mit angeglichenem zeitlichen Abstand angefahren werden. A method according to claim 1, characterized in that the microscanning is carried out with a regular shortened maanderförmigen scanning pattern in which the color co-site sampling positions are approached with adjusted time interval. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Microscanning mit einem unregelmäßigen Scanmuster durchgeführt wird, bei dem die Color-Co-site-Sampling-Positionen und die Zwischenabtastpositonen für die einzelnen Teilbildaufnahmen mit einem möglichst ähnlichen zeitlichen Abstand angefahren werden, wobei benachbarte Abtastpositionen, die in einem regulären mäander-förmigen Scanraster direkt nacheinander abgetastet würden, mit einem zeitlichen Abstand von mindestens zwei Microscanschritten angefahren werden. Method according to Claim 1, characterized in that the microscanning is carried out with an irregular scanning pattern in which the color co-site sampling positions and the intermediate sampling positions for the individual partial image recordings are approached with as similar a time interval as possible, with adjacent scanning positions, which would be scanned directly in succession in a regular meander-shaped scan grid, are approached with a time interval of at least two Microscanschritten. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das HDR-Imaging zwei Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen des Farbsensors je Microscanposition aufgenommen werden. A method according to claim 1, characterized in that for the HDR imaging two partial image recordings are recorded with different sensitivity settings of the color sensor per Microscanposition. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das HDR-Imaging drei Teilbildaufnahmen mit unterschiedlichen Empfindlichkeitseinstellungen des Farbsensors je Microscanposition aufgenommen werden. A method according to claim 1, characterized in that for the HDR imaging three field images are recorded with different sensitivity settings of the color sensor per Microscanposition. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerelektronik zur Realisierung von verschiedenen Auflösungsstufen der Farbaufnahmen unterschiedliche Einstellungen von Microscanmodi des Scanners und Ansteuer- und Auslesemodi des Farbsensors gespeichert werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the control electronics for the realization of different resolution levels of the color images different settings of Microscanmodi the scanner and drive and readout modes of the color sensor are stored.
DE201210107191 2012-08-06 2012-08-06 Method for high-resolution digital color imaging in microscopy, involves making additional images using different settings or shutter speed settings of color sensor for generating high-dynamic-range imaging at each scanning position Ceased DE102012107191A1 (en)

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Citations (7)

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