DE19652477A1 - Electronic camera with controllable pixels - Google Patents

Electronic camera with controllable pixels

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

The camera includes light sensitive elements or groups of light sensitive elements which have time variable reception characteristics. Preferably, each picture element or group of picture elements is coupled to at least an adjustable electronic amplifier. The variation of the reception characteristics is carried out using the adjustable electronic amplifier. Each pixel or group of pixels is coupled to a static electronic filter. The variation of the reception characteristics is carried out using the filter action of the filter in connection with the modulation of the light signals.

Description

Die erfindungsgemäße elektronische Kamera enthält Bildelemente, die in ihren Eigenschaften insbesonders in ihrer Lichtempfindlichkeit, der Signalverstärkung und der Speicherung des empfangenen Signals steuerbar sind. In verschiedenen Versionen sind die Änderungen in einer festen zeitlichen Abfolge programmiert oder jedoch flexibel einstellbar. Je nach Ausführung ist die Abfolge in der Kamera gespeichert oder sie wird von außen gesteuert.The electronic camera according to the invention contains picture elements with their properties especially in their sensitivity to light, the signal amplification and the storage of the received signal are controllable. In different versions, the changes are in one fixed time sequence programmed or however flexibly adjustable. Depending on the version, the Sequence stored in the camera or controlled from the outside.

Den einzelnen Pixeln oder Gruppen von Pixeln (z. B. einer Kamerazeile) kann so ein Verhalten gegeben werden, wie es von elektronischen Signal-Demodulatoren, -Demultiplexern oder von geschalteten oder analogen elektronischen Filtern und Empfängern bekannt ist.The individual pixels or groups of pixels (e.g. a camera line) can behave in this way be given, as by electronic signal demodulators, demultiplexers or by switched or analog electronic filters and receivers is known.

In weiteren Ausführungsformen sind die Signale bzw. Signalwege der einzelnen Bildelemente, insbesonders örtlich benachbarter Bildelemente statisch oder programmierbar miteinander so vernetzt, daß sich eine zu neuronalen Netzen vergleichbare Struktur ergibt.In further embodiments, the signals or signal paths of the individual picture elements are especially locally neighboring picture elements statically or programmable with each other like this networked that results in a structure comparable to neural networks.

Vorteil der ErfindungAdvantage of the invention

Für die Messung im Bild werden häufig sogenannte aktive und strukturierte Beleuchtungstechniken eingesetzt. Das heißt, die Lichtquelle kann geschaltet bzw. analog moduliert werden und erzeugt in zeitlicher Folge unterschiedliche Lichtstrukturen auf dem zu vermessenden Objekt.So-called active and structured lighting techniques are often used for measurement in the image used. This means that the light source can be switched or analog modulated and generated in different light structures on the object to be measured.

Beim aktuellen Stand der Technik wird das so beleuchtete Objekt von der Kamera für jede projizierte Lichtstruktur in einem eigenen Bild (Frame) aufgenommen. Dies dauert für manche Meßaufgabe zu lange und kann bei schwachen projizierten Lichtsignalen zu einer Übersteuerung aufgrund des Fremdlichtes führen.In the current state of the art, the object illuminated in this way is used by the camera for everyone projected light structure recorded in a separate image (frame). This takes time for some Measurement task too long and can overdrive if the projected light signals are weak lead due to extraneous light.

Bei der erfindungsgemäßen Kamera kann beispielsweise die Lichtempfindlichkeit im Takt des gepulsten Projektors invertiert und das so gewonnene Signal über eine gewählte Zeit integriert werden. Wenn der Projektor beispielsweise nur bei jedem 2. Takt eingeschaltet wird, werden die Gleichlichtanteile des Fremdlichtes bei der zeitlichen Integration eliminiert und die geschalteten Projektionssignale kumuliert. Dabei kann die Taktzeit ein Bruchteil der Integrationsdauer des Bildes sein. Dieses schnelle Umschalten wird hier dazu genutzt, um die Gesamtintegrationszeit zur Ermittlung des Signals aufzuspalten in eine Serie von Einzelintegrationszeiten mit unterschiedlicher Gewichtung des Lichtsignals. Das Verfahren ist jedoch nicht nur auf die Integration bzw. Summierung der Signale beschränkt. Die Signale in beliebiger Weise elektronisch und/oder rechnerisch weiter verarbeitet werden. So können in den einzelnen Takten unterschiedliche Muster projiziert und die empfangenen Lichtsignale der einzelnen Takte unterschiedlich ausgewertet oder in unterschiedliche Bildspeicher geleitet und anschließend ausgewertet werden.In the camera according to the invention, for example, the light sensitivity in time with the pulsed projector inverted and the signal thus obtained integrated over a selected time will. For example, if the projector is only turned on every 2nd beat, the Uniform light components of the extraneous light are eliminated during the time integration and the switched Projection signals accumulated. The cycle time can be a fraction of the integration time of the Picture. This quick switchover is used here to reduce the total integration time Determination of the signal to split into a series of individual integration times with different Weighting of the light signal. However, the process is not only based on integration or Sum of the signals limited. The signals in any way electronically and / or further processed arithmetically. Different patterns can be used in the individual measures projected and the received light signals of the individual cycles evaluated or different into different image memories and then evaluated.

Es können sogar überlagerte dynamische Projektionsmuster in den einzelnen Bildelementen voneinander getrennt werden. Das heißt, es werden gleichzeitig unterschiedliche Sequenzen auf das Meßobjekt projiziert. Sie werden in den dynamischen Pixeln in elektrische modulierte Signale umgewandelt. Die Demodulation der dynamischen Signalanteile erfolgt wie bei modulierten elektrischen Signalen und von Radiowellen z. B. Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Pulslängenmodulation, Pulscodemodulation, Lock-in-Verstärkern etc.There can even be superimposed dynamic projection patterns in the individual picture elements be separated from each other. That means there are different sequences on the Projected object. They are converted into electrical modulated signals in the dynamic pixels transformed. The dynamic signal components are demodulated as in the case of modulated ones  electrical signals and radio waves e.g. B. amplitude modulation, frequency modulation, Pulse length modulation, pulse code modulation, lock-in amplifiers etc.

In einer weiteren Ausbaustufe sind die lichtempfindlichen Elemente nicht nur in einer Eigenschaft wie z. B. Ihrer Lichtempfindlichkeit elektrisch steuerbar sondern in mehreren Eigenschaften. So erhält man mehrere parallele optische Informationskanäle. Es wird beispielsweise die Farbempfindlichkeit durch geeignet angelegte veränderliche Vorspannungen in Grenzen eingestellt. Weiterhin wird durch geeignete Maßnahmen wie z. B. Vorschaltung nematischer Kristalle die Polarisationsrichtung des empfangenen Lichtes verändert und im Zusammenwirken mit Polarisationsfiltern die Empfindlichkeit auf die Polarisationsrichtung des Lichtes moduliert. Die Überlagerung kann sowohl in den optischen Eigenschaften wie Intensität, Farbe, Kohärenzgrad, Polarisationsgrad, -richtung oder -art erfolgen mit dem Vorteil, daß mehrere dieser optischen Kanäle gleichzeitig nutzbar sind.In a further expansion stage, the light-sensitive elements are not just one property such as B. your light sensitivity electrically controllable but in several properties. So you get several parallel optical information channels. For example, it will be the Color sensitivity set within limits by suitably applied variable preloads. Furthermore, through appropriate measures such. B. Upstream nematic crystals Direction of polarization of the received light changed and in cooperation with Polarization filters modulate the sensitivity to the polarization direction of the light. The overlay can be used in optical properties such as intensity, color, degree of coherence, Degree, direction or type of polarization take place with the advantage that several of these are optical Channels can be used at the same time.

Claims (19)

1. Elektronische Kamera dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen lichtempfindlichen Elemente oder Gruppe von lichtempfindlichen Elementen zeitlich veränderliche Empfangseigenschaften aufweisen.1. Electronic camera characterized in that the individual photosensitive elements or group of photosensitive elements have time-varying reception properties. 2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Bildelement oder Gruppe von Bildelementen mit mindestens einem einstellbaren elektronischen Verstärker elektrisch verbunden ist und die zeitliche Veränderung der Empfangseigenschaften durch die einstellbare elektrische Verstärkung der Signale in diesen elektronischen Verstärkern erfolgt.2. Camera according to claim 1, characterized in that each individual picture element or group of picture elements with at least one adjustable electronic amplifier electrically is connected and the temporal change in the reception properties by the adjustable electrical amplification of the signals takes place in these electronic amplifiers. 3. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Bildelement oder Gruppe von Bildelementen mit mindestens einem statischen elektronischen Filter elektrisch verbunden ist und die zeitliche Veränderung der Empfangseigenschaften durch die Filterwirkung der elektronischen Filter im Zusammenwirken mit der Modulation der Lichtsignale erfolgt.3. Camera according to the preceding claims, characterized in that each individual picture element or group of picture elements with at least one static electronic filter electrically is connected and the temporal change in the reception properties due to the filter effect the electronic filter takes place in cooperation with the modulation of the light signals. 4. Kamera nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Filter zeitlich in ihren Filtereigenschaften durch elektrische Steuersignale verändert werden können.4. Camera according to the preceding claim, characterized in that the electronic filter their filter properties can be changed over time by electrical control signals. 5. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Bildelement oder Gruppe von Bildelementen mit mindestens einem elektronischen Schalter, Demultiplexer etc. verbunden ist.5. Camera according to the preceding claims, characterized in that each individual picture element or group of picture elements with at least one electronic switch, demultiplexer etc. connected is. 6. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Bildelement oder Gruppe von Bildelementen mit mindestens einem elektronischen Signalspeicher verbunden ist.6. Camera according to the preceding claims, characterized in that each individual picture element or group of picture elements is connected to at least one electronic signal memory. 7. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale aus den lichtempfindlichen Bildelementen und/oder zugeordneten elektronischen Verstärkern und/oder zugeordneten elektronischen Filtern mit den entsprechenden Signalen von benachbarten oder weiter entfernten Bildelementen ähnlich wie in einem neuronalen Netz vernetzt werden.7. Camera according to the preceding claims, characterized in that the signals from the photosensitive picture elements and / or associated electronic amplifiers and / or assigned electronic filters with the corresponding signals from neighboring or further distant picture elements are networked similarly as in a neural network. 8. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Filter und/oder Netze zeitlich in ihren Eigenschaften durch die empfangenen Lichtsignale und/oder die daraus gewonnen elektrischen Signale verändert werden können.8. Camera according to the preceding claims, characterized in that the electronic filter and / or networks temporally in their properties by the received light signals and / or electrical signals obtained therefrom can be changed. 9. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die netzartige Verknüpfung zeitlich in ihren Eigenschaften durch die empfangenen Lichtsignale und/oder die daraus gewonnen elektrischen Signale verändert werden kann.9. Camera according to the preceding claims, characterized in that the network-like link temporally in their properties by the received light signals and / or obtained therefrom electrical signals can be changed. 10. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente oder Gruppen davon mit mindestens je einem Lock-in-Verstärker elektrisch verbunden sind und die Lock-in-Verstärker durch externe Signale und/oder durch das Lichtsignal selbst gesteuert werden.10. Camera according to the preceding claims, characterized in that the photosensitive Elements or groups thereof are electrically connected to at least one lock-in amplifier each and the lock-in amplifiers by external signals and / or by the light signal itself being controlled. 11. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ihrer Eigenschaften synchron zu einem steuerbaren Musterprojektor erfolgt.11. Camera according to the preceding claims, characterized in that the control of their Properties synchronized to a controllable model projector. 12. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ihrer Eigenschaften synchron zu Signalen erfolgt, die von der Ablaufsteuerung eines Meß- oder Prüfprozesses oder dem Meßobjekt selbst kommen.12. Camera according to the preceding claims, characterized in that the control of their  Properties are carried out synchronously with signals from the sequence control of a measuring or Test process or the test object itself. 13. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder Teile der gewonnen Signale in digitalem oder analogen Signalspeichern für eine feste oder einstellbare Zeit gespeichert werden können.13. Camera according to the preceding claims, characterized in that all or parts of obtained signals in digital or analog signal memories for a fixed or adjustable time can be saved. 14. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder Teile der gewonnen und/oder gespeicherten Signale zu bestimmten Zeiten sequentiell oder parallel ausgegeben werden können.14. Camera according to the preceding claims, characterized in that all or parts of obtained and / or stored signals at certain times sequentially or in parallel can be spent. 15. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbempfindlichkeit der Kamera als Ganzes oder Gruppen von Bildelementen oder individuell für jedes einzelne Bildelement gesteuert werden kann.15. Camera according to the preceding claims, characterized in that the color sensitivity the camera as a whole or groups of picture elements or individually for each one Image element can be controlled. 16. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit für den Polarisationsgrad des empfangenen Lichtes für die Kamera als Ganzes oder für Gruppen von Bildelementen oder individuell für jedes einzelne Bildelement gesteuert werden kann.16. Camera according to the preceding claims, characterized in that the sensitivity for the Degree of polarization of the received light for the camera as a whole or for groups of Picture elements or individually for each picture element can be controlled. 17. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit für die Polarisationsrichtung des empfangenen Lichtes für die Kamera als Ganzes oder für Gruppen von Bildelementen oder individuell für jedes einzelne Bildelement gesteuert werden kann.17. Camera according to the preceding claims, characterized in that the sensitivity for the Direction of polarization of the received light for the camera as a whole or for groups of Picture elements or individually for each picture element can be controlled. 18. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit für die Polarisationsart des empfangenen Lichtes für die Kamera als Ganzes oder für Gruppen von Bildelementen oder individuell für jedes einzelne Bildelement gesteuert werden kann.18. Camera according to the preceding claims, characterized in that the sensitivity for the Type of polarization of the received light for the camera as a whole or for groups of Picture elements or individually for each picture element can be controlled. 19. Kamera nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit für die Kohärenz des empfangenen Lichtes für die Kamera als Ganzes oder für Gruppen von Bildelementen oder individuell für jedes einzelne Bildelement gesteuert werden kann.19. Camera according to the preceding claims, characterized in that the sensitivity for the Coherence of the received light for the camera as a whole or for groups of Picture elements or individually for each picture element can be controlled.
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