DE19815066A1

DE19815066A1 - Filmabtaster mit Bildstandsfehlerkorrektur

Info

Publication number: DE19815066A1
Application number: DE19815066A
Authority: DE
Inventors: Dieter Fischer; Guido Kohlmeyer; Thomas Leonard
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: DFT Digital Film Technology Holding GmbH
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2018-04-04
Also published as: DE19815066B4; JPH11341302A; GB9906275D0; GB2336060B; GB2336060A; US7099055B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filmabtaster mit einem Bildaufnehmer (4) zur Aufnahme von Filmbildern und einer Abtastvorrichtung (13) wenigstens zur Abtastung eines einem Filmbild zugeordneten Perforationsloches. Zur Bestimmung der Position eines Perforationsloches enthält der Filmabtaster eine Auswertevorrichtung (25), die zur Durchführung einer Kantendetektion in einem von der Abtastvorrichtung (13) gelieferten Meßbild in bestimmten Bereichen zur Bildung von Linien aus den berechneten Kantenpositionen und zur Bestimmung der Abweichung des Mittelpunktes des Perforationsloches von einem Referenzmittelpunkt vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filmabtaster mit einem Bildaufnehmer (4) zur Aufnahme von Filmbildern und einer Abtastvorrichtung (13) wenigstens zur Abtastung eines einem Filmbild zugeordneten Perforationsloches.

Zur Umsetzung von kinematografischem Filmmaterial in elektronische Signale wird ein Film in einem Filmabtaster an einer opto-elektronischen Abtastvorrichtung vorbei- bzw. hindurchgeführt. Hierbei besteht seit jeher das Problem, die Bildlage von aufeinander folgend abgetasteten Bildern konstant zu halten. Die teils periodischen, teils statistischen Schwankungen der Bildlage, die als Bildstandsfehler bezeichnet werden, können verschiedene Ursachen haben. Zum einen kann es sich dabei um Positionierungsfehler sowohl in der Aufnahmekamera als auch in der Negativ-/Positiv-Kopiermaschine handeln. Zum anderen können aber auch Bildlagefehler und Gleichlauffehler des Filmabtasters zu weiteren Bildstandsfehlern führen.

Zur Reduzierung der Bildstandsfehler bestehen verschiedene Lösungsansätze, wobei es u. a. aus DE 37 36 789 C2 bekannt ist, als Bezugspunkt für jedes abgetastete Filmbild jeweils ein, diesem Filmbild zugeordnetes Perforationsloch abzutasten. Durch eine Abtastanordnung, beispielsweise einen Zeilensensor, der gegenüber der Filmlaufrichtung um einen gewissen Winkel geneigt angeordnet ist, werden impulsförmige Signale erzeugt, die mit gespeicherten Referenzmustern verglichen werden. Aus der zeitlichen Ablage von dem jeweils aktuell abgetastetem impulsförmigen Signal zu dem gespeicherten Referenzmuster werden in einer Rechenschaltung die Horizontal- und Vertikalablage des jeweils abgetasteten Perforationslochs als Horizontal- und Vertikal-Vektorsignale bestimmt. Diese Vektorsignale werden einer Korrekturschaltung zugeführt, in welcher das abgetastete Filmbild entsprechend der vermessenen Horizontal- und Vertikalablage des Perforationslochs in jeweils entgegengesetzter Richtung verschoben wird. Die Verwendung der Perforationslöcher als Bezugspunkte für die Filmbilder hat den Vorteil, daß mechanisch bedingte Positionierungsfehler des Films weitgehend kompensiert werden können, weil die Positionen des jeweils abgetasteten Positionslochs und des zugeordneten Filmbildes mit meist sehr geringer Toleranz miteinander verkoppelt sind.

Die Bestimmung der Position eines Perforationsloches nach dem bekannten Stand der Technik setzt jedoch voraus, dass die Geometrie eines abgetasteten Perforationsloches mit dem Referenzmuster möglichst exakt übereinstimmt. Beschädigungen oder Verschmut zungen der Perforationslöcher werden lediglich ausgemittelt und führen vor allem bei zufällig verteilten Fehlern unweigerlich zu einer fehlerhaften Bildstandskorrektur.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Position eines Perforationsloches auch dann sicher zu bestimmen, wenn das Perforationsloch Beschädigungen oder Ver schmutzungen aufweist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Auswertevorrichtung

- zur Ermittlung von Kantenpositionen in einem von der Abtastvorrichtung gelieferten Meßbild in bestimmten Bereichen,
- zur Bildung von Linien aus den ermittelten Kantenpositionen und
- zur Bestimmung der Abweichung des Mittelpunktes des Perforationslochs von einem Referenzmittelpunkt vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß werden Rauscheinflüsse oder Fehler im Kantenverlauf durch Bildung einer Linie nach einer Kantendetektion ausgeglichen. Linien sind hierbei als Kurven oder Geraden aufzufassen. Aus den ermittelten Linien kann der Mittelpunkt des abgetasteten Perforationslochs ermittelt werden (vgl. Anspruch 8). Die Mittelpunktsberechnung kann auch direkt nach der Kantendetektion ohne Bestimmung von Linien durchgeführt werden. Hierbei werden Symmetrieachsen bestimmt, deren Schnittpunkt den Mittelpunkt bilden (vgl. Anspruch 9). Dieser Mittelpunkt wird mit einem Referenzmittelpunkt verglichen und daraus Verschiebedaten zur Korrektur des Bildstandes berechnet, was Patentanspruch 2 beschreibt.

Die Synchronisation zwischen Abtastvorrichtung und Bildaufnehmer beschreibt Anspruch 3. Anspruch 4 zeigt, daß außer dem Perforationsloch auch dessen Umgebung abgetastet wird, um eine Kante zu detektieren. Aus dieser Abtastung ergibt sich ein Meßbild, welches von der Auswerteschaltung bearbeitet wird.

Um die Rechenzeit in der Auswerteschaltung so gering wie möglich zu halten, wird nicht das gesamte Meßbild von der Auswerteschaltung untersucht, sondern nur vier Bereiche, in denen auch im schlechtesten Fall (extremer vertikaler und/oder horizontaler Bildstands fehler) Kantenpositionen detektiert werden können (Anspruch 5). Bei der Ermittlung von Kantenpositionen wird eine Schwellwertuntersuchung und Interpolation durchgeführt, was Anspruch 6 zeigt. Alternativ kann eine zweite Ableitung des Helligkeitsverlaufes gebildet und eine nachfolgende Interpolation durchgeführt werden (Anspruch 7). Damit sind Kantenpositionen im Subpixelbereich ermittelbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Filmabtaster,

Fig. 2 eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung von in dem Filmabtaster erzeugten Video- und Meßdaten,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines von dem Filmabtaster abzutastenden Filmes,

Fig. 4 und 5 zwei Arten von Perforationslöchern,

Fig. 6 und 7 beispielhafte Grauwertverläufe an einer Kante,

Fig. 8 eine grafische Erläuterung zur linearen Interpolation und

Fig. 9 und 10 grafische Erläuterungen zur Ermittlung des Mittelpunktes eines Perforationsloches.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau eines Filmabtasters dargestellt, der einen Film 1 kontinuierlich abtastet. Hierzu wird der abzutastende Film 1 mittels eines Capstans 2 angetrieben und durch eine, zwischen einer Beleuchtungsquelle 3 zur Durchbelichtung des Filmbildes und einem Bildaufnehmer 4 hindurchgeführt, wobei im Bildaufnehmer 4 Sensoren 5 zur Abtastung des durchbeleuchteten Films 1 enthalten sind. Zwischen Beleuchtungsquelle 3 und Bildaufnehmer 4 ist eine Filmtragevorrichtung 6 angeordnet, die zur Führung des Films 1 kufenartige Führungselemente 7 enthält. Die Führungselemente 7 erzwingen, daß der Film 1 außerhalb der Filmbilder aufliegt und auf einer gekrümmten Bahn gleitet.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Korrektur von vertikalen und horizontalen Bildstandsfehlern nur eines der beiden zur Abtastung in Frage kommen den Perforationslöcher abgetastet. Zur Beleuchtung eines Perforationsloches wird im Aus führungsbeispiel infrarotes Licht verwendet, welches die Kanten der Perforationslöcher besonders kontrastreich abbildet. Dieses infrarote Licht wird mittels einer Infrarotdiode 8 erzeugt. Die Infrarotdiode 8 ist an einen Lichtleiter 9 lose angekoppelt, welcher das Licht der Infrarotdiode zu einer Aussparung 10 innerhalb der kufenförmigen Führungsele mente 7 leitet. Die Aussparung 10 ist mit einer optisch durchlässigen Deckscheibe 11 abgeschlossen, so daß eine Verschmutzung der Ausparung 10 durch Filmabriebschmutz vermieden wird.

Oberhalb der Austrittsfläche des Infrarotlichtes ist eine optische Umlenkeinrichtung 12 angeordnet, mittels welcher das Abbild des jeweiligen Perforationsloches zu einer räumlich abgesetzten Zeilenkamara 13 geführt wird. Im Ausführungsbeispiel besteht diese optische Umlenkeinrichtung 12 aus einem justierbaren Spiegel.

Die vom Bildaufnehmer 4 aufgenommenen Filmbilder werden als Videodaten einer Signalprozessoreinheit 14 (Fig. 2) geliefert, welche auf elektronischem Weg vertikale und horizontale Bildstandsfehler in Abhängigkeit von Verschiebedaten korrigiert, die von einem Prozessor 15 geliefert werden. Die Signalprozessoreinheit 14 und der Prozessor 15 sind Bestandteil der in Fig. 2 dargestellten Auswerteeinheit 25, die ferner zwischen der Zeilenkamera 13 und dem Prozessor 15 einen Zwischenspeicher 16 und einen Ringspeicher 17 enthält. Die Signalprozessoreinheit 14 sendet zur Synchronisation filmge schwindigkeitsabhängige Steuerdaten an die Zeilenkamera 13.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Films 1 mit drei Bildern 18, 19 und 20. Jedem Bild sind auf den Außenseiten jeweils vier Perforationslöcher zugeordnet. Das Bild 19 weist z. B. an einer Außenseite die vier Perforationslöcher 21, 22, 23 und 24 auf. Die Zeilenkamera 13 tastet auf einer Außenseite eines Bildes jedes Perforationsloch ab. Die Daten eines mit der Zeilenkamera 13 abgetasteten Perforationsloches werden im folgenden als Meßdaten bezeichnet und die Gesamtmenge der zu einem Perforationsloch gehörenden Meßdaten als Meßbild bezeichnet. Die Meßdaten eines Meßbildes umfassen nicht nur das Perforationsloch sondern auch die Umgebung um das Perforationsloch.

Ein von der Zeilenkamera 13 aufgenommenes Meßbild wird jeweils in dem Zwischen speicher 16 zwischengespeichert und gesteuert von der Signalprozessoreinheit 14 in den Ringspeicher 17 eingeschrieben. Der Ringspeicher 17 enthält mindestens vier aufein anderfolgende Meßbilder. Von vier aufeinanderfolgenden Meßbildern wird nur ein Meß bild vom Prozessor 15 zur Berechnung von Verschiebedaten benötigt. Beispielsweise werden die Meßdaten des Perforationsloches 24 des Bildes 19 des in Fig. 3 dargestellten Ausschnittes verwendet.

Im Prozessor 15 wird nach Lieferung eines Meßbildes zuerst eine Kantendetektion durchgeführt. In bestimmten Bereichen wird die Position einer Kante des als Graustufenbild vorliegenden Meßbildes detektiert. Es lassen sich prinzipiell zwei Arten von Perforationslöchern unterscheiden, wie die Fig. 4 und 5 zeigen. Die erste Art des Perforationsloches nach Fig. 4 wird als N-Loch bezeichnet und weist an der Unter- und Oberseite einen geraden und an den Außenseiten einen kreisförmigen Verlauf auf. Das in Fig. 5 gezeigte Perforationsloch, welches als P-Loch bezeichnet wird, hat an der Unter- und Oberseite und ebenfalls an den Außenseiten einen geraden Verlauf. Die Ecken des P-Loches sind dagegen jeweils abgerundet. Um die Rechenzeit des Prozessors 15 nicht unnötig zu verlängern, wird nur in vier Bereichen des Meßbildes eine Kante gesucht. Diese Bereiche sind rechteckförmig und überstreichen jeweils den mittleren Teil der Ober- und Unterseite und der Außenseiten. Die rechteckförmigen Bereiche sind in den Fig. 4 und 5 jeweils als Rechtecke mit unterbrochenem Linienverlauf angedeutet. Aus den detektierten Daten über Kantenpositionen des Meßbildes werden vom Prozessor 15 Linien, d. h. eine Gerade oder Kurve, berechnet, da die ermittelten Kantenpositionen aufgrund von Rauscheinflüssen oder Fehlern im Kantenverlauf des Perforationsloches in der Regel nicht eine Linie bilden. Anschließend ermittelt der Prozessor 15 den Mittelpunkt des Meßbildes oder Perforationsloches und vergleicht die Position des Mittelpunktes mit den gespeicherten Daten eines Referenzmittelpunktes. Der Referenzmittelpunkt gibt die ideale Lage des Perforationsloches und damit des von dem Bildaufnehmer 4 aufgenommenen, korrespondierenden Videobildes an. Nach der Berechnung der Abweichung des Mittelpunktes des Meßbildes vom Referenzmittelpunkt werden die berechneten Daten als Verschiebedaten an die Signalprozessoreinheit 15 geliefert.

Die Auswerteeinheit 25 kann beispielsweise auch als Computer ausgebildet sein, der Daten von dem Bildaufnehmer 4 und der Zeilenkamera 13 erhält und der die durch die Schaltelemente 14, 15, 16 und 17 durchzuführenden Funktionen ausführt.

Im folgenden wird die vom Prozessor 15 durchzuführende Kantendetektion, Linien bildung und Mittelpunktsberechnung näher erläutert. Bei der Kantendetektion werden - wie oben erwähnt - vier Bereiche des Meßbildes untersucht. Eine Kante gibt einen orts abhängigen Diskontinuitätsverlauf der Grau- oder Helligkeitswerte G im Meßbild an.

Fig. 6 zeigt das Profil einer Kante in horizontaler Richtung x. An einer Kante steigt der Grauwert G an, bis der maximale Grauwert erreicht wird. Bei einer einfachen Art der Kantenerkennung, wird ein Sprung von Hell nach Dunkel bzw. umgekehrt detektiert. Zu diesem Zweck wird ein Schwellwert G₅ festgelegt, mit dem entschieden wird, ob eine Graustufe als hell oder dunkel gilt. Wird dieser Schwellwert über- oder unterschritten, liegt ein Wechsel zwischen Hell und Dunkel, also eine Kante an der Position x_P vor. Fig. 6 zeigt diesen Sprung im Grauwertverlauf G.

Eine weitere Art der Kantenerkennung berücksichtigt z. B. Helligkeitsschwankungen im Bild (vgl. Fig. 7). Es wird hierbei ein relativer Schwellwert G_RS verwendet, der erst durch eine Messung des Graustufenbereiches ermittelt wird.

Bei der Ermittlung der einem Schwellwert G_S bzw. G_RS zugehörigen Kantenposition x_P tritt selten der Fall ein, daß x_P gleich der Position eines Pixels ist. In der Regel liegt eine Kante zwischen zwei Pixel. Zur Ermittlung des Kantenwertes x_P wird erfindungsgemäß eine Interpolation durchgeführt. Eine Methode ist die lineare Interpolation. Der gesuchte Punkt (x_P, G_S) liegt auf der Geraden, die durch das Punktepaar (x_i, G_i) und (x_i+1, G_i+1) gebildet wird. Das Punktepaar (x_i, G_i) und (x_i+1, G_i+1) sind Koordinaten zweier Pixel, wie dies Fig. 8 zeigt. Eine Kantenposition ergibt sich aus der Formel:

Mit dieser Formel läßt sich die Kantenposition im Subpixel-Bereich bestimmen.

Der in Fig. 6 dargestellte Grauwertverlauf weist an einer Kante eine Steigung auf. Diese Steigung kann auch umgekehrt verlaufen. Die erste Ableitung eines solchen Grauwert verlaufes weist an einer Kante einen peakförmigen Verlauf und der ursprüngliche Grauwertverlauf damit einen Wendepunkt auf. Folglich kann das Suchen einer Kante im mathematischen Sinne als "Suchen eines Wendepunktes" bezeichnet werden. Der Vorteil einer solchen "Wendepunktsuche" besteht darin, daß sich z. B. Helligkeitsschwankungen nicht auf die Ableitung auswirken. Die Ableitung einer Folge von diskreten Werten (Sequenz) wird durch Differenzen gebildet:

Hierbei wird die Kantenposition auch bis auf ein Pixel genau bestimmt. Für Zwischen jwerte wird eine quadratische Interpolation verwendet. Eine Kantenposition ergibt sich aus der Formel:

wobei x_i-1 = x_i-1 und x_i+1 = x₁ + 1 ist.

Die bei der Kantendetektion ermittelten Kantenpositionen werden in einem nächsten zu beschreibenden Schritt zu einer Linie zusammengefasst. Die Folge der ermittelten Kantenpositionen liegen in der Regel nicht auf einer Linie (Gerade oder Kurve). Dies liegt an Rauscheinflüssen oder Fehlern im Kantenverlauf. Deshalb ist es in einem nachfolgenden Schritt notwendig, aus den Werten der Kantendetektoren eine Linie zu formen. Eine Gerade kann mittels der linearen Regression ermittelt werden. Eine Gerade und/oder Kurve kann auch aus den ermittelten Kantenpositionen mit Hilfe der Hough Transformation berechnet werden, die beispielsweise in dem Dokument "Peter Haberäcker: Digitale Bildverarbeitung, 3. Auflage, 1989, Seiten 344-348" beschrieben ist.

Aus den ermittelten Linien berechnet der Prozessor 15 in einem dritten Schritt den Mittel punkt des Meßbildes. Dies kann über beispielsweise zwei unterschiedliche Berechnungs methoden erreicht werden. Bei einer ersten Methode werden aus den horizontalen und vertikalen Linien zwei Symmetrie-Achsen bebildet. Der Schnittpunkt der Symmetrie- Achsen ist der Mittelpunkt des Perforationslochs. Dieses Vorgehen zeigt Fig. 9. Die Symmetrie-Achsen werden durch Mitteilung der jeweils horizontalen und vertikalen Linien errechnet.

Bei der zweiten Methode wird die Bestimmung der Kanten aus den berechneten Kantenpositionen ausgelassen und direkt eine Linie, welche eine Symmetrieachse darstellt berechnet (Fig. 10). Durch eine lineare Regression oder eine Hough-Transformation kann aus den einzelnen Punkten eine Gerade gebildet werden. Diese Methode kann für die kreisförmigen Kanten und für gerade Kanten dann angewendet werden, wenn diese parallel zueinander liegen. Der Mittelpunkt des Perforationslochs wird durch den Schnittpunkt der Symmetrie-Achsen angegeben. Diese zweite Methode hat gegenüber der erstgenannten Methoden den Vorteil, daß nur eine lineare Regression bzw. Hough- Transformation für zwei Kanten des Perforationsloches notwendig sind. Es kann somit Rechenaufwand und somit auch Zeit eingespart werden.

Claims

1. Filmabtaster mit einem Bildaufnehmer (4) zur Aufnahme von Filmbildern und einer Abtastvorrichtung (13) wenigstens zur Abtastung eines einem Filmbild zugeordneten Perforationsloches, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertevorrichtung (25)

- zur Ermittlung von Kantenpositionen in einem von der Abtastvorrichtung (13) gelieferten Meßbild in bestimmten Bereichen,
- zur Bildung von Linien aus den ermittelten Kantenpositionen und
- zur Bestimmung der Abweichung des Mittelpunktes des Perforationslochs von einem Referenzmittelpunkt vorgesehen ist.

2. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) nach Bestimmung der Abweichung zwischen dem Mittel punkt des gemessenen Perforationslochs und dem Referenzmittelpunkt zur entsprech enden Korrektur der vertikalen und horizontalen Bildstandsfehler des von dem Bildauf nehmer (4) aufgenommenen Filmbildes vorgesehen ist.

3. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) zur Sendung vom filmgeschwindigkeitsabhängigen Steuerdaten an die als Zeilenkamera ausgebildete Abtastvorrichtung (13) vorgesehen ist.

4. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) einen Zwischenspeicher (16) zur Zwischenspeicherung eines Meßbildes enthält, das aus durch Abtastung eines Perforationsloches und der Umgebung des Perforationsloches mit Hilfe der Abtastvorrichtung (13) entstandenden

Meßdaten besteht.

5. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (25) bei der Detektion von Kantenpositionen zur Suche von Kantenpositionen in vier Bereichen des Meßbildes vorgesehen ist,
daß die vier Bereiche nur einen Teil des Meßbildes erfassen und
daß die Bereiche so gewählt sind, daß auch bei extremen vertikalen und/oder horizontalen Bildstandsfehlern Kantenpositionen der vier Kanten des Perforationsloches zu detektieren sind.

6. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) die Kantenposition ermittelt, indem eine Schwell wertuntersuchung des Graustufen- oder Helligkeitsverlaufs im Meßbild und eine nachfolgende Interpolation durchgeführt wird.

7. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) die Kantenposition ermittelt, indem eine zweite Ableitung des Graustufen- oder Helligkeitsverlaufs im Meßbild gebildet und eine nachfolgende Interpolation durchgeführt wird.

8. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) bei der Bildung einer Linie, die eine Kurve oder Gerade sein kann, zur Durchführung einer linearen Regression oder Hough Transformation auf die Folge der ermittelten zu einer Kante gehörenden Kantenpositionen vorgesehen ist.

9. Filmabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (25) die ermittelten Kantenpositionen von zwei gegenüber liegenden Kanten verwendet, um mit Hilfe einer linearen Regression oder Hough Transformation eine Symmetrierachse aus der Folge der ermittelten zu den beiden gegenüberliegenden Kanten gehörenden Kantenpositionen zu bilden.