DE19653740A1

DE19653740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur radiometrischen Abtastung von Bildvorlagen

Info

Publication number: DE19653740A1
Application number: DE19653740A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Scheele; Reinhard Dr Schuster; Hans Dr Driescher; Thomas Terzibaschian; Ralf Dr Reulke; Stefan Hilbert; Andreas Eckardt
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: DE19653740C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur radiometrischen Abtastung von Bildvorlagen.

Zur Archivierung und Sicherung von Bildmaterialien wie z. B. Filmen, Fotos, Gemälden und ähnlichem werden diese optisch erfaßt. Dazu wird die Bild vorlage z. B. abgescannt und die einzelnen Bildpunkte z. B. auf einen CCD- Sensor abgebildet. Die erfaßten analogen Werte eines CCD-Elementes werden digitalisiert und in einem Speichermedium abgelegt. Die radiometrischen Informationen der Bildvorlage werden dabei nicht gesondert untersucht, sondern finden ihren Niederschlag in der Anzahl der generierten Ladungsträger im CCD-Element mit der damit verbundenen Spannungsdifferenz. Da bei den bekannten Bildvorlagen eine radiometrische Auflösung von 8-Bit erwartet wird, ist bei Verwendung eines CCD-Sensors mit größerer radiometrischer Auflösung mit keinem Informationsverlust zu rechnen. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, daß diese davon ausgehen, daß der ermittelte Informationsgehalt erschöpfend ist. Insbesondere bei der Vernichtung der Bildvorlage nach der Archivierung (z. B. eines alten Zelluloid-Filmes) sind aber vorhandene Bildinformationen unwiederbringlich verloren. Dies kann dazu führen, daß bei der Herstellung eines neuen Films aus den archivierten Daten des ursprünglichen Films der neue Film nicht mehr die ursprüngliche Helligkeitsverteilung, Farbabstufung und -sättigung aufweist.

Der Erfindung liegt von daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei der mögliche Informationsverluste vermieden werden.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2. Bei dem Verfahren zur radiometrischen Abtastung wird vorab ohne Bildvorlage die Strahlungsleistung der Lichtquelle und/oder einer möglichen Verstärkung des photosensitiven Bauelementes so eingestellt, so daß die Ansteuerung des photosensitive Bauelement bis zur Grenze der Vollaus steuerung gewährleistet ist. Die mögliche Verstärkung des photosensitiven Bauelementes wird dabei so gewählt, daß auch der Dynamikbereich eines nachgeschalteten AD-Wandlers ebenfalls voll ausgesteuert werden kann. Anschließend wird die radiometrische Verteilung der Bildvorlage und/oder auch nur deren maximale und minimale radiometrische Werte erfaßt und darauf die Integrationszeit und/oder die Verstärkung so gewählt, daß die minimalen Werte in Richtung der rauschbegrenzenden Empfindlichkeit und die minimalen Werte in Richtung der Vollaussteuerung verschoben werden. Findet eine Verschiebung in beide Richtungen statt, so muß sowohl die Verstärkung als auch die Integrationszeit verändert werden. Wird hingegen nur die Ver schiebung in eine Richtung benötigt, so kann gegebenenfalls die Variation eines Parameters ausreichend sein. Die neuen radiometrischen Werte bzw. die neu ausgewählte Auflösung werden zusammen mit den eingestellten Parametern Strahlungsleistung der Lichtquelle, Integrationszeit und/oder Verstärkung, sowie minimaler und maximaler radiometrischer Werte vor der Veränderung der Integrationszeit abgespeichert. Dadurch wird jeweils für jede Bildvorlage der Dynamikbereich des photosensitiven Bauelementes voll aus gesteuert, so daß auch mögliche verdeckte radiometrische Bildinformationen erfaßt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Vorabvermessung des photosensitiven Bauelementes über dessen geometrische Ausdehnung und Erstellung einer Korrekturkurve zur Kompen sation der Empfindlichkeitsverteilung über dem photosensitiven Bauelement werden Abweichungen aufgrund der ungleichmäßigen Abstrahlung der Strah lungsquelle, der verwendeten Abbildungsoptiken und von Fertigungstoleran zen des oder der photosensitiven Bauelemente ausgeglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungs beispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur radiometrischen Abtastung einer Bildvorlage und

Fig. 2 eine Darstellung der aufgenommenen und geänderten radiometrischen Verteilung der Bildvorlage.

Die Vorrichtung 1 umfaßt eine Lichtquelle 2, eine Abbildungsoptik 3, mehrere Transportrollen 4 und Führungen 5. Die Lichtquelle 2 ist in ihrer Strahlungs leistung veränderbar und über Befestigungsmittel 6 ortsfest anordbar. Über die Transportrollen 4 wird ein Film 7 kontinuierlich oder diskontinuierlich bewegt. Dabei wird die von der Lichtquelle 2 ausgesandte Strahlung 8 über die Ab bildungsoptik 3 auf eine ausgewählte Bildvorlage des Films 7 abgebildet, wo bei mindestens ein Teil der der Lichtquelle zugewandten Führung lichtdurch lässig ausgebildet ist. Die Abbildungsoptik 3 umfaßt eine Linse 9 und einen Kollimator 10, um die Bildvorlage möglichst parallel zu durchstrahlen. Auf der der Lichtquelle 2 gegenüberliegenden Seite der Bildvorlage ist eine weitere Abbildungsoptik 11 angeordnet, die die Bildvorlage durchstrahlende Strahlung 8 auf einen Vorfeldsensor 12 und einen Hauptsensor 13 abbildet. Der Daten ausgang des Vorfeldsensors 12 ist über einen Datenbus 14 mit den Datenein gängen einer Steuerelektronik 15 verbunden. Der Datenausgang des Haupt sensors 13 ist mit den Dateneingängen eines Speichers 16 über einen Daten bus 17 verbunden. Die Steuerelektronik 15 ist mit ihren Steuerausgängen über eine Verbindung 18 mit den Steuereingängen des Hauptsensors 13 und über eine Verbindung 19 mit den Steuereingängen und Dateneingängen des Speichers 16 verbunden.

Zur radiometrischen Abtastung eines Filmes 7 wird vor dessen Einlegen die Vorrichtung 1 justiert. Dazu wird die Lichtquelle 2 eingeschaltet und der Vor feldsensor 12 und der Hauptsensor 13 mit einer bestimmten Verstärkung an gesteuert, wobei die Ansteuerung des Vorfeldsensors 12 nicht dargestellt ist.

Die Strahlungsleistung der Lichtquelle 2 und/oder die Verstärkung des Vor feldsensors 12 und des Hauptsensors 13 werden dann so eingestellt, daß der Hauptsensor 13 und der Vorfeldsensor 12 noch knapp unterhalb der Vollaus steuerung angesteuert werden. Dies dient dazu, später den vollen Dynamik bereich des Hauptsensors 13 und des Vorfeldsensors 12 auszunutzen. Nach der Justierung wird die Strahlungsleistung der Lichtquelle 2 konstant gehalten.

Anschließend wird der Film 7 in die Vorrichtung 1 eingelegt und soweit vorge spult, bis das erste Bild zwischen den Führungen 5 anliegt. Die Bildvorlage wird von der Strahlung 8 der Lichtquelle 2 durchstrahlt, wobei der Trans missionsgrad von Bildpunkt zu Bildpunkt variieren kann. Die transmittierte Strahlung 8 wird von der Abbildungsoptik 11 auf den Vorfeldsensor 12 abge bildet. Der Vorfeldsensor 12 scannt die Bildvorlage Bildpunkt zu Bildpunkt ab und erfaßt den jeweiligen radiometrischen Wert eines Bildpunktes. Die Reali sierung des Abscannvorganges ist auf vielerlei Arten möglich. Zum einen kann der Vorfeldsensor 12 als matrixförmiges Photosensor-Array (z. B. CCD-Array) ausgebildet sein, auf das die Bildvorlage vollständig abgebildet wird. Zum anderen ist es auch möglich, durch eine Bewegung der Abbildungsoptik 11 und/oder des Vorfeldsensors 12 einen Abscanneffekt zu realisieren. Dies ist z. B. bei Verwendung eines zeilenförmigen Photosensors notwendig. Nach der Abtastung ist somit die radiometrische Verteilung der Bildvorlage bekannt. Die vom Vorfeldsensor 12 erfaßten radiometrischen Werte werden über den Datenbus 14 an die Steuerelektronik 15 übergeben. Anhand der erfaßten Minimal- und Maximalwerte wird die Integrationszeit und/oder die Verstärkung des Hauptsensors 13 von der Steuerelektronik 15 derart ausgewählt bzw. errechnet, daß der volle Dynamikbereich des Hauptsensors 13 ausgenutzt wird. Die Verstärkung des Hauptsensor 13 muß dabei allerdings auch so gewählt werden, daß ein in der Steuerelektronik 15 integrierter AD-Wandler nicht in die Sättigung gerät. Zur Ausnutzung des vollen Dynamikbereiches des Hauptsensors 13 werden die minimalen radiometrischen Werte zum Dunkelstromrauschen und die maximalen radiometrischen Werte in Richtung zur Vollaussteuerung verschoben. Der Hauptsensor 13 scannt dann die Bildvorlage erneut ab und übergibt die erfaßten Werte über den Datenbus 17 an den Speicher 16. Über die Verbindung 19 wird die jeweilige Adresse an den Speicher 16 übergeben, sowie die Werte für die dabei verwendete Integrationszeit und/oder Verstärkung und minimaler und maximaler erfaßter radiometrischer Wert des Vorfeldsensors 12. Bei Bedarf kann dann von den abgespeicherten radiometrischen Werten wieder auf die ursprünglich von Vorfeldsensor 12 erfaßten radiometrischen Werte zurückgerechnet oder diese geeignet manipuliert werden, so daß in der Bildvorlage versteckte radiome trische Informationen auswertbar sind.

In der Fig. 2 sind die radiometrischen Werte in Histogrammform graphisch dargestellt. Auf der X-Achse sind die radiometrischen Werte bei z. B. 12-Bit- Auflösung und auf der Y-Achse die Anzahl der erfaßten Bildpunkte mit einem bestimmten radiometrischen Wert aufgetragen. Die Kurve 20 stellt dabei die vom Vorfeldsensor 12 erfaßte radiometrische Verteilung der Bildvorlage dar, wohingegen die Kurve 21 die vom Hauptsensor 13 erfaßte verschobene radiometrische Verteilung darstellt.

Der Vorfeldsensor 12 und der Hauptsensor 13 können sowohl parallel als auch seriell arbeiten. Unter parallel ist zu verstehen, daß der Vorfeldsensor 12 so angeordnet oder angesteuert wird, daß dieser immer schon das nächste Bild abtastet, während der Hauptsensor 13 die neue radiometrische Verteilung des vorangegangenen Bildes berücksichtigt. Erfaßt der Vorfeldsensor 12 eine radiometrische Verteilung, die bereits dessen ganzen Dynamikbereich aus steuert, so werden Intergrationszeit und Verstärkung für den Hauptsensor 13 nicht geändert. Zur vollen Ausnutzung des Dynamikbereiches ist zu gewähr leisten, daß das Rauschen die kleinste Dynamisierungsstufe des jeweils verwendeten Dynamikbereiches nicht überschreitet. Weiter ist zu beachten, daß die meisten verwendbaren photosensitiven Bauelemente wie z. B. CCD- Arrays temperaturabhängig in ihrer Empfindlichkeit und ihres Rauschver haltens sind. Daher ist es vorteilhaft eine Temperaturstabilisierung für den Vorfeldsensor 12 und den Hauptsensor 13 vorzusehen. Des weiteren ist anzumerken, daß mehrere der Vorrichtungen parallel angeordnet werden können, um so die erreichbare Verarbeitungszeit weiter zu erhöhen.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Lichtquelle

3

Abbildungsoptik

4

Transportrollen

5

Führung

6

Befestigungsmittel

7

Film

8

Strahlung

9

Linse

10

Kollinator

11

Abbildungsoptik

12

Vorfeldsensor

13

Hauptsensor

14

Datenbus

15

Steuerelektronik

16

Speicher

17

Datenbus

18

Verbindung

19

Verbindung

20

Kurve

21

Kurve

Claims

1. Verfahren zur radiometrischen Abtastung von Bildvorlagen mittels mindestens einer Lichtquelle (2) und mindestens eines photosensitiven Bauelementes, umfassend folgende Verfahrensschritte:

a) Einstellen der Strahlungsleistung der Lichtquelle (2) und/oder einer möglichen Verstärkung des photosensitiven Bauelementes, so daß die Ansteuerung des photosensitiven Bauelementes ohne Bildvorlage bis zur Grenze der Vollaussteuerung gewährleistet ist,
b) Ermittlung der radiometrischen Verteilung über der Bildvorlage und/oder Erfassung der maximalen und minimalen radiometrischen Werte der Bildvorlage,
c) Auswahl der Integrationszeit und/oder der Verstärkung des photosensitiven Bauelementes derart, daß die minimalen radiometrischen Werte in die Nähe der rauschbegrenzenden Empfindlichkeit und die maximalen Werte in die Nähe der Vollaussteuerung des photosensitiven Bauelementes verschoben werden und
d) Speicherung der neuen radiometrischen Verteilung, sowie der eingestellten Parameter Integrationszeit und/oder Verstärkung, minimaler und maximaler radiometrischer Wert der Bildvorlage nach Verfahrensschritt b) und der Strahlungsleistung der Lichtquelle (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photosensitive Bauelement vorab über seine geometrische Ausdehnung vermessen und eine Korrekturkurve ermittelt wird, mittels derer Abweichungen aufgrund der Strahlungsquelle (2), verwendeter Abbildungsoptiken (3, 11) und des photosensitiven Bauelementes korrigiert werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Lichtquelle (2), mindestens ein photosensitives Bauele ment, eine Steuerelektronik (15) und einen Speicher (16), bei der die Lichtquelle (2) in einer definierten Lage zu der abzutastenden Bildvor lage angeordnet ist, auf der der Lichtquelle (2) gegenüberliegenden Seite der Bildvorlage das photosensitive Bauelement angeordnet ist, das mit dem Speicher (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenausgang des photosensitiven Bauelementes auch mit einem Dateneingang der Steuerelektronik (15) verbunden ist, deren Steuer ausgänge sowohl mit dem photosensitiven Bauelement als auch mit dem Speicher (16) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das photosensitive Bauelement aus einem Vorfeldsensor (12) und einem Hauptsensor (13) gebildet ist, wobei der Datenausgang des Vorfeld sensors (12) mit einem Eingang der Steuerelektronik (15) und der Datenausgang des Hauptsensors (13) mit dem Dateneingang des Speichers (16) verbunden ist und die Steuerausgänge der Steuer elektronik (15) mit den Steuereingängen des Hauptsensors (13) und des Speichers (16) verbunden sind.