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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Anordnung zur Korrektur von Videosignalen, deren Verarbeitung
auf mehrere Segmente verteilt ist, die unterschiedliche Übertragungskennlinien
aufweisen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Zur Erzielung einer höheren Auflösung bzw. Anzahl
von Bildelementen (Pixel) werden zeilenförmige optoelektronische Wandler
aus mehreren, vorzugsweise zwei Segmenten zusammengesetzt. Sowohl
die eigentlichen optoelektronischen Wandler selbst als auch die
Schaltungen zum Auslesen und Verstärken der Videosignale sind
mit Fertigungstoleranzen behaftet, die sich auf die Linearität, die Verstärkung und
einen Offset (Schwarzwert) auswirken. Das heißt, dass auch die verschiedenen
Segmente eines auf einer integrierten Schaltung aufgebrachten elektronischen
Wandlers unterschiedliche Übertragungskennlinien
aufweisen. Insbesondere an der Grenze zwischen zwei Segmenten können diese
Unterschiede bei der Wiedergabe von Filmen oder anderen abgetasteten
Bildern sichtbar sein und damit stören.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Korrektur von mit derartigen
Fehlern behafteten Videosignalen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
dadurch vorgenommen, dass aus Werten jeweils einer vorgegebenen
Anzahl von Bildelementen vor der Grenze zweier Segmente jeweils der
Wert mindestens eines nach der Grenze liegenden Bildelements geschätzt wird
und dass aus Differenzen zwischen dem mindestens einen geschätzten Wert
und dem tatsächlichen
Wert des mindestens einen nach der Grenze liegenden Bildelements
des folgenden Segments Korrekturwerte abgeleitet werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die eingangs genannten Fehler automatisch korrigiert werden, so
dass keine Unterschiede zwischen den Segmenten im wiedergegebenen
Bild erkennbar sind. Wert bedeutet im vorliegenden Zusammenhang so
viel wie "Abtastwert" oder im Englischen "sample".
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Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen, dass nur Differenzen, die einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten,
zur Bildung der Korrekturwerte benutzt werden. Damit wird verhindert,
dass Signalsprünge,
die tatsächlich im
Bild vorhandene Kanten wiedergeben, in die Bildung der Korrekturwerte
eingehen.
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Zum weiteren Anschluss von störenden Signalsprüngen im
Bereich der Grenze kann vorgesehen sein, dass ferner die Differenzen
nur zur Bildung der Korrekturwerte benutzt werden, wenn Unterschiede
der Werte der vorgegebenen Anzahl von Bildelementen vor der Grenze
kleiner als ein vorgegebener Wert sind.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass die Differenzen zur Bildung der Korrekturwerte
getrennt nach den jeweiligen Werten der Videosignale gemittelt werden.
Diese Weiterbildung ermöglicht
in vorteilhafter Weise die Korrektur von Linearitätsfehlern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bereits vorteilhaft
anwendbar, wenn nur die Weite der Bildelemente auf der einen Seite
der Grenze zur Schätzung
der Werte der Bildelemente auf der anderen Seite benutzt werden.
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Eine genauere Bildung der Korrektursignale ergibt
sich jedoch mit Hilfe einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch, dass jeweils die zeitliche Reihenfolge der vorgegebenen
Anzahl von Bildelementen nach der Grenze zweier Segmente vertauscht
wird, dass aus den vertauschten Werten der Wert des mindestens einen
letzten Bildelements vor der Grenze geschätzt wird, dass aus dem für das mindestens
eine vor der Grenze liegende letzte Bildelement geschätzten Wert
und dem tatsächlichen
Wert des mindestens einen vor der Grenze liegenden letzten Bildelements
weitere Differenzen gebildet werden, dass aus den Differenzen und den
weiteren Differenzen jeweils ein Mittelwert gebildet wird und dass
aus den Mittelwerten der Korrekturwert abgeleitet wird.
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Diese Weiterbildung kann vorzugsweise
derart ausgestaltet sein, dass die Differenzen und die weiteren
Differenzen jeweils voneinander subtrahiert werden und dass der
jeweilige Mittelwert der Differenzen nur zur Korrektur benutzt wird,
wenn der durch Subtraktion der Differenz und der weiteren Differenz
entstandene Wert kleiner als ein weiterer vorgegebener Wert ist.
Damit werden auch geschätzte Werte
von der Benutzung zur Bildung der Korrekturwerte ausgeschlossen,
wenn beide Schätzungen
zu deutlich verschiedenen Ergebnissen führen, was im Bereich von Kanten
der Fall sein kann.
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Auch bei dieser Weiterbildung kann
eine nach Werten getrennte Bildung der Korrektursignale insbesondere
dadurch erfolgen, dass die Mittelwerte der Differenzen zur Bildung
der Korrekturwerte getrennt nach den jeweiligen Werten der Videosignale gemittelt
werden.
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Grundsätzlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich,
die Signale eines der Segmente zu korrigieren und somit an die Signale
des jeweils anderen Segments anzupassen. Dazu ist bei einer Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass die Korrekturwerte in einen Speicher
eingeschrieben werden und dass die Korrekturwerte in Abhängigkeit von
den jeweiligen Werten der Videosignale mindestens eines zu korrigierenden
Segments aus dem Speicher ausgelesen und auf die Videosignale des mindestens
einen zu korrigierenden Segments angewendet werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
auch beide angrenzenden Segmente soweit korrigiert werden, dass
sie zueinander passen. Dazu ist bei einer anderen Weiterbildung
vorgesehen, dass die Korrekturwerte in einen Speicher eingeschrieben werden
und dass die Korrekturwerte in Abhängigkeit von den jeweiligen
Werten der Videosignale aus dem Speicher ausgelesen und mit entgegengesetztem Vorzeichen
jeweils zur Hälfte
den Werten der Videosignale der angrenzenden Segmente hinzugefügt werden.
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Die Schätzung des Wertes des jeweils
jenseits der Grenze liegenden Bildelements kann vorzugsweise dadurch
erfolgen, dass durch Differenzbildung zwischen Werten jeweils zweier
benachbarter Bildelemente von n Bildelementen eine erste Ableitung
des Videosignals gebildet wird, das durch Differenzbildung der Werte
der ersten Ableitung eine zweite Ableitung gebildet wird bis zu
einer (n – 1)ten Ableitung
und dass die Werte aller Ableitungen addiert werden und den geschätzten Wert
für ein
folgendes Bildelement bilden. Dieses Verfahren ist auch für andere
Schätzungen
geeignet als bei dem Verfahren nach dem Hauptanspruch.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 schematisch
einen optoelektronischen Zeilensensor,
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2 ein
Diagramm mit Werten von Bildelementen beiderseits der Grenze,
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3 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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4 ein
Blockschaltbild eines bei der Erfindung verwendeten Prädiktors.
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Das Ausführungsbeispiel sowie Teile
davon sind zwar als Blockschaltbilder dargestellt. Dieses bedeutet
jedoch nicht, dass die erfindungsgemäße Anordnung auf eine Realisierung
mit Hilfe von einzelnen den Blöcken
entsprechenden Schaltungen beschränkt ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist vielmehr in besonders vorteilhafter Weise mit Hilfe von hochintegrierten
Schaltungen realisierbar. Dabei können digitale Signalprozessoren
eingesetzt werden, welche bei geeigneter Programmierung die in den
Blockschaltbildern dargestellten Verarbeitungsschritte durchführen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
in stark schematisierter Form einen linearen optoelektronischen
Wandler, wie er in Filmabtastern eingesetzt wird, bei dem eine Zeile
optischer Sensoren aus zwei Segmenten 2, 3 zusammengesetzt
ist. Die jeweils der Helligkeit eines Bildelements entsprechende
Ladungen werden aus den einzelnen Sensoren parallel in Register 4, 5, 6, 7 übertragen
und aus diesen seriell ausgelesen. Dabei wird pixelweise im Multiplex
eines der Register 4 und 5 bzw. 6 und
7 benutzt. Eine Erläuterung
dieses Multiplexverfahrens ist jedoch zum Verständnis der vorliegenden Erfindung
nicht erforderlich.
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An den Ausgängen der Register 4, 5, 6, 7 befinden
sich Analog-Verstärker 8, 9, 10, 11,
von deren Ausgängen
die Signale Analog/Digital-Wandlern 13, 14 (3) zugeführt werden.
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Bedingt durch Toleranzen bei der
Fertigung unterscheiden sich die Übertragungskennlinien der Segmente 2, 3 sowie
der nachfolgenden Schaltungen 4 bis 11 voneinander.
Diese Unterschiede können
Nichtlinearitäten,
Verstärkungsfaktoren
oder Offsets betreffen und sind im Wesentlichen an der Grenze 12 beider
Segmente 2, 3 sichtbar.
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Zur Korrektur dieser Fehler sind
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 zwei Prädiktorfilter 21, 22 vorgesehen – im folgenden
auch kurz Prädiktor
genannt. Ein Ausführungsbeispiel
eines Prädiktors
ist in 4 angegeben.
Die Wirkungsweise der Prädiktoren
wird mit Hilfe des Diagramms gemäß 2 erläutert. Beide Filter werten
Bildelemente in der Nähe
der Grenze 12 (1)
aus, wobei der Prädiktor 21 die
(zeitlich) letzten Bildelemente des ersten Segments 2 und
der Prädiktor 22 die
ersten Bildelemente des zweiten Segments 3 auswertet. Um
einen Rückschluss
auf das letzte Bildelement des ersten Segments mit Hilfe des Prädiktors 22 zu
ermöglichen,
ist dem Prädiktor 22 ein
Zwischenspeicher 23 (3)
vorgeschaltet, der eine zeitliche Vertauschung der Bildelemente 1 bis
n vornimmt.
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Es sei angenommen, dass vor der Grenze 12 aus
dem Segment 2 (1)
fünf Pixel
mit den Werten v1, v2, v3, v4 und v5 ausgelesen werden. Aus dem
Verlauf dieser Werte wird auf den Wert des ersten nach der Grenze 12 liegenden
Pixels v6' geschlossen.
Da dieser Wert nur geschätzt
ist, ist er in 3 als
Kreis im Gegensatz zu den übrigen
Werten dargestellt, die durch Kreisscheiben wiedergegeben werden.
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Von den aus dem Segment 3 ausgelesenen Signalen
sind ebenfalls fünf
dargestellt, nämlich
die Bildelemente mit der Nummerierung n bis n – 4, allerdings in zeitlich
vertauschter Reihenfolge. Die Werte dieser Bildelemente sind mit
v6 bis v10 angegeben. Da bei den dargestellten Verläufen der
Videosignale kein Sprung an der Grenze 12 anzunehmen ist,
kann die Differenz v6' – v6 als
Fehler angesehen werden.
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Durch fortlaufende Anwendung der
Schätzungen
sowie der Berechnungen der Differenz v6' – v6
und Mittelungen dieser Differenz werden durch den Bildinhalt bedingte
Einflüsse
minimiert. Hinzu kommt noch, dass Differenzen v6' – v6
nicht zur Bildung des Korrektursignals herangezogen werden, wenn
diese Differenzen oder eine der Differenzen zwischen den vorangegangenen
Pixeln größer als ein
vorgegebener Wert ist. Dieser vorgegebene Wert ist etwas größer als
der maximal zu erwartende Fehler. Somit können grobe Fehlschätzungen
an Sprüngen
des Videosignals verhindert werden.
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Eine Verbesserung der Genauigkeit
kann dadurch erzielt werden, dass mit Hilfe des Prädiktors 22 (3) die Werte v6 bis v10
zu einer Schätzung
des Wertes v5' des
letzten vor der Grenze 12 liegenden Bildelements herangezogen
werden. Zwischen diesem v5' und
dem tatsächlichen
Wert v5 wird ebenfalls die Differenz gebildet. Eine Mittelung der
beiden Differenzen ergibt ein genaueres Maß für die Abweichung.
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Die bei jedem Durchgang durch die
Grenze 12 ermittelten Abweichungen werden getrennt nach Amplitudenstufen
laufend gemittelt, so dass nach einiger Zeit ein Histogramm entsteht,
das weitgehend von zeitlichen und örtlichen Gegebenheiten des
Bildinhalts die Unterschiede der Übertragungskennlinien beider
Segmente repräsentiert.
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Zur Erzeugung des Histogramms wird
gemäß 3 wie folgt vorgegangen.
Wie bereits erwähnt,
erzeugen die Prädiktoren 21, 22 einen
geschätzten
Wert p für
das jeweils auf der anderen Seite der Grenze liegende Pixel, einen
laufzeitangepassten Wert v des Videosignals und Differenzwerte d
zwischen den einzelnen Pixeln. Die Differenzwerte d werden Komparatoren 26, 27 zugeführt, die
jeweils ein Freigabesignal Q1, Q2 für die weitere Bearbeitung nur
dann erzeugen, wenn der größte Differenzwert
d kleiner als der vorgegebene Wert K1 ist.
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Die geschätzten Werte p und die Werte
v werden über
Kreuz jeweils einem Subtrahierer 28, 29 zugeleitet,
an dessen Ausgang die Differenzwerte a1 und a2 anstehen. Diese werden
einem Mittelwertbildner 30 zugeführt, dessen Ausgang den Mittelwert
a aus den Differenzwerten a1 und a2 führt. Außerdem gelangen die Differenzwerte
a1 und a2 zu einem weiteren Subtrahierer 31, dem ein Komparator 32 folgt. Dieser
leitet ein Freigabesignal Q3 nur dann weiter, wenn die Differenz
zwischen beiden Differenzwerten a1 und a2 kleiner als ein vorgegebener
Wert ist. Hiermit wird ebenfalls verhindert, dass Signalverläufe, die sich
nicht zu einer Schätzung
im Sinne der Erfindung eignen, nicht zur Bildung der Korrektursignale
verwendet werden.
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Der Wert v, das Mittel a der Differenzwerte sowie
die Freigabesignale Q1 bis Q3 werden einem Akkumulator 33 zugeleitet,
der für
jeden Wertebereich von v getrennt die Mittelwerte a akkumuliert, wenn
die Freigabesignale Q1 bis Q3 anliegen. Dabei wird ferner je Wertebereich
von v die Häufigkeit
des Auftretens gezählt.
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In einem anschließenden Akkumulator 34 werden
getrennt nach Werten v alle a akkumuliert. Außerdem wird für jeden
Wert v die Anzahl c der akkumulierten a gezählt. Daran nehmen nur diejenigen a
teil, für
welche die Freigabesignale Q1 bis Q3 vorliegen.
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Die akkumulierten Werte ac(v) sowie
die dazugehörigen
Zählwerte
c(v) werden an einen Interpolator 34 übertragen, in dem die jeweils
durch c(v) geteilten Werte ac(v) interpoliert werden, so dass sich eine
von zufälligen
Unstetigkeiten befreite Korrekturkurve ergibt. Dabei werden Werte
ac(v) nicht berücksichtigt,
für die
c(v) kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Die interpolierten
Werte werden in einer Tabelle 35 unter Adressen abgelegt, welche
den Werten v entsprechen.
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Zur Korrektur der aus den Segmenten 2, 3 (1) ausgelesenen Werte werden
diese dann als Adressen der Tabelle 35 zugeführt, wodurch dann die unter
der jeweiligen Adresse abgelegten Korrekturwerte über je einen
Multiplizierer 36, 37 und einen Addierer 38, 39 den
Signalen vorzeichenrichtig hinzugefügt werden. An den Ausgängen 40, 41 stehen dann
korrigierte Videosignale zur Verfügung.
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4 zeigt
einen Prädiktor,
bei dem die an einem Eingang 51 eintreffenden, digitalen
Videosignale mit den Werten v(0) bis v(n) mit Hilfe von Registern 52 bis 55,
die mit dem Pixeltakt getaktet werden, jeweils um eine Pixelperiode
verzögert
werden. Zwischen zwei aufeinander folgenden Werten wird mit Hilfe
von Subtrahierern 56 bis 59 jeweils die Differenz gebildet.
Weitere Subtrahierer 60, 61, 62 bilden
aus den Differenzen wiederum Differenzen. Dieser Vorgang wird mit
den Subtrahierern 63, 64 und einem letzten Subtrahierer 65 fortgesetzt.
In einer Summierschaltung 66 werden die Ausgangssignale
der Subtrahierer 56, 60, 63, 65 summiert
und die Summe einem Ausgang 67 als Schätzwert p(n + 1) zugeführt. Außerdem wird
das Videosignal unverändert
einem Ausgang 68 zugeleitet. Zu dem betrachteten Zeitpunkt
steht der Wert v(n) zur Verfügung.
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Der Schätzwert p(n + 1) wird bei 69 um
eine Pixelperiode verzögert
einem Subtrahierer 70 zugeleitet und dort von v(n) abgezogen.
Damit entsteht ein Differenzwert d(n), der dem Ausgang 75 entnommen werden
kann. Durch Verzögerungen 71 bis 74 werden
die vorangegangenen Differenzen an den Ausgängen 76 bis 79 verfügbar gemacht.