DE3149744A1

DE3149744A1 - Vorrichtung zur erzeugung von videobildern

Info

Publication number: DE3149744A1
Application number: DE19813149744
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Stemme; Eduard Ing.(Grad.) 8011 Aschheim Wagensonner
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-07-21
Also published as: US4652929A; JPH0155629B2; JPS58106960A

Description

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AGFA-GEVAERT AG LEVERKUSEN
Camera-Werk München
Patent- und Lizenzwesen

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51-vf-ni, 0622C

Vorrichtung zur Erzeugung von Videobildern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Videobildern mit Hilfe einer ein Bild oder einen Gegenstand abtastenden optoelektronischen Wandlervorrichtung und einer elektronischen Auswerteschaltung, durch die zeilenweise Bildpunktsignale erzeugt werden, welche über einen Bildschirm, über eine Kopiervorrichtung oder über eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung mit oder ohne Zwischenschaltung einer Bildpunktspeichervorrichtung wiedergegeben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine bessere Bildqualität dadurch ermöglichen soll, daß das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Rauschsignal vergrößert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die optoelektronische Wandlervorrichtung und Auswerteschaltung eine jedes Bild oder jeden Gegenstand N mal abtastende Wiederhol- und Addierschaltung aufweist, in der

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die Video-Bildpunktsignale korreliert und die zugehörigen Rauschsignale unkorreliert N mal addiert bzw. integriert werden, wobei die Zahl N abhängig ist von der tatsächlichen Größe des Bildsignals in bezug auf die Größe des Rauschsignals sowie vom gewünschten Abstand des Bildsignals vom Rauschsignal.

Hierdurch ist der Vorteil gegeben, daß die korrelierten Signalspännungen der Bildpunktsignale N mal addiert bzw. integriert werden, während die nicht-korrelierten bzw. unkorrelierten Spannungswerte des Rauschens geometrisch addiert werden, so daß im Endeffekt der Rauschpegel sich um den Faktor /N vergrößert hat. Dies bedeutet, daß nach N-maligem Addieren beider Signalspannungen sich der Nutzsignal um den Faktor y N gegenüber dem Rauschsignalpegel vergrößert hat. Hierdurch ist eine einfache Anhebung des Nutzsingais gegenüber dem Rauschsignalpegel erreicht worden.

Gemäß weiterer Ausbildung ist der Wiederhol- und Addierschaltung eine Mittelwertbildungsstufe nachgeordnet, in der die Video-Bildpunktsignale und die zugehörigen Rauschsignale gemittelt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zähl N größer als 50 und kleiner als 100 gewählt. .:

Bei einer Vorrichtung mit einer Kopiervorrichtung und' ohne Zwischenschaltung eines Bildpunktspeichers ist die Lichtmenge bzw. Beleuchtungsstärke auf dem optoelektronischen Wandler um den Faktor l/N gegenüber der Beleuchtungsstärke für richtig belichtete Aufnahmen verringert. Dies bedeutet, daß beim Kopieren eines Gegenstandes oder Bildes auf einem Fotopapier der BeiichtungsVorgang N mal wiederholt werden muß, um eine richtig belichtete Aufnahme zu erzielen. Hat man einen Bildpunkt-Zwischenspeicher, so ist es zweckmäßig, daß nach N-maliger Addition bzw. Integration der Bildpunktsignale und der Rauschsignale anschließend eine Mittelwertbildung erfolgt und daß diese gemittelten Bildpunktsighale in einem Speicher abgespeichert werden, um dann zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stehen. Hierbei ist es in vorteilhafter Weise möglich, die ge-

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speicherten Bildpunktsignale für einen Monitor, für einen Kopiervorgang oder aber für eine Aufzeichnung auf einem Bildträger zu verwenden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführüngsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1,

2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel und

Figuren 4,

5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel und

Figur 7 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Gemäß Figur 1 ist mit 1 eine Filmvorlagevorrichtung bezeichnet, die einen Stehbildnegativfilm oder Stehbildpositivfilm 2 aufweist, der durch eine Lampenanordnung 3 über eine Optik 4, 5 beleuchtet wird. Zwischen den optischen Gliedern 4 und 5 ist eine Blende 6 vorgesehen. Eine weitere Optik ist mit 7 bezeichnet.

Ein Schwingspiegelsystem 8 enthält einen Schleifenschwinger S, sowie einen Schwingspiegel 9. Ein das Kippspiegelsystem 8 periodisch antreibender Generator ist mit 10 bezeichnet. Die Periodendauer dieses Generators ist groß gegenüber der Periodendauer eines Fernsehbildes. Sie liegt vorzugsweise im Bereich von einer Sekunde.

Durch den Kippspiegel 9 wird das optische Strahlenbündel des aufzunehmenden Bildes einer CCD-Anordnung 11 zugeführt, die eine CCD-Zeile 12 sowie eine Schieberegisteranordnung 13 aufweist. Ein auf die CCD-Anordnung wirkender Taktgenerator ist mit 14 bezeichnet. Im Takt dieses Taktgenerators 14 werden die einzelnen Bildpunkte der CCD-Zeile 12 über die Schieberegisteranordnung 13 nach draußen geschoben. Ein erster Ausgangskanal R ist der Farbe Rot, ein zweiter Ausgangskanal G der Farbe Grün und ein dritter Ausgangskanal B der Farbe Blau zugeordnet.

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Die Ausgangskanäle R, G, B führen zu einer Addier- bzw. Integrationsschaltung 100, die die Bildsignale und die Rauschsignale N mal addiert. Der Additionsvorgang wird durch einen Zähler 101 gesteuert, der außerdem eine Steuerleitung 102 zur Stufe 10 aufweist. Der Zähler 101 weist außerdem eine Steuerleitung zum CCD-Abtaster 11 auf. Während der N-maligen Addition erhöht sich das Nutzbildsignal auf den N-fachen Wert, während sich das Rauschsignal nur auf den ~j N-fachen Wert vergrößert. Das Nutzsignal ist korreliert, während das Rauschsignal unkorreliert ist. Der Addierschaltung ist eine Mittelwertbildungsstufe 103 nachgeordnet, in der die einzelnen Bildpunktsignale und die zugrhörigen Rauschsignale um den Faktor l/N verringert werden.

Die Ausgangskanäle R, G und B führen über eine Schalteranordnung 15, 16, 17 zu einer Y* -Entzerrerstufe 18 zur Kontrastkorrektur. Hierdurch wird eine sogenannte Schwärzungslinearität erzielt.

Der If-Entzerrungsstufe 18 ist eine Crispening-Stufe 19 nachgeschaltet. Hierunter versteht man eine Anordnung, die bei begrenzter Bandbreite eine Versteilerung der Flanken von übertragenen Impulsen ermöglicht, ohne daß hierbei die Bandbreite des Verstärkerweges vergrößert wird. Aus dem Eingangssignal wird ein Korrektursignal gewonnen, welches zum Ausgangssignal hinzuaddiert wird. Dieses Signal hat eine solche Form, daß die Flanken des Impulses versteuert werden.

Der Crispening-Stufe ist eine Verstärkeranordnung 20 nachgeschaltet.

Von der Verstärkeranordnung führt einerseits für jeden Farbkanal R, G und B eine Verbindung zu einem Fernsehspeicher 21, dessen Ausgänge R', G' und B' mit einer Farbmonitor-Röhre 22 verbunden sind. Ein den Fernsehspeicher 21 taktender Oszillator ist mit 23 bezeichnet. Die Taktfrequenz ist derart gewählt, daß auf dem Monitor ein in etwa flimmerfreies Bild entsteht. Damit der Fernsehspeicher 21 keine zu hohe Kapazität an Speicherplätzen benötigt, wird von den Bildpunkten der CCD-Zeile nur jeder vierte Bildpunktimpuls ausgewertet. Zweckmäßigerweise verwendet man eine CCD-

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Zeile mit 1700 bis 2000 Bildpunkten. Hierbei wird man die Hälfte der Bildpunkte für das Helligkeitssignal und je die Hälfte der verbleibenden Bildpunkte den Farben Rot und Blau zuordnen. Das Grünsignal wird dann aus den Signalen für die Helligkeit gewonnen.

Die y'-Entzerrungsstufe 18 dient in erster Linie zur Linearisierung des Grauwertes für den Monitor 22.

Andererseits führt von den Ausgängen der Verstärkeranordnung 20 jeweils eine Verbindung zu einer weiteren )T-Entzerrungsßtufe 24, deren Ausgänge R, G und B zu Torstufen 25, 26 und 27 führen. Die Ausgänge der Torstufen 25, 26 und 27 sind mit Steuergittern von Farbröhren 28, 29 und 30 verbunden. Die Bildwiedergaberöhre 28 sendet Rotsignale, die Bildwiedergaberöhre 29 Grünsignale und die Bildwiedergaberöhre 30 Blausignale aus. Die drei Röhren 28 bis 30 projizieren auf einem Fotopapier 31 ein Farbbild. Optiken der Farbröhren 28 bis 30 sind mit 32, 33 und 34 bezeichnet.

Die )p=Entzerrungsstufe 24 dient zur Linearisierung des Grauwertes der Farbröhren 29 bis 30.

Die Eingänge der Torstufen 25, 26 und 27 sind gemeinsam mit einer Gatterstufe 35 verbunden, deren Eingang mit einem Steuerschalter 36 verbunden ist. Der weitere Eingang der Gatterstufe 35 ist über eine Anschlußstelle A mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 37 verbunden. Diese Steuerleitung bewirkt, ^aB nur bei einem bestimmten Steuerpotential die Gatterstufe 35 aufgesteuert wird, um so den Startimpuls des Schalters 36 an die Torstufen 27 bis 25 weiterzuleiten.

Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 ist mit einer Bezugspotentialquelle 38 und der invertierende Eingang mit dem Ausgang eines Schwarzwert-Detektors 39 verbunden. Der Eingang des Schwarzwert-Detektors ist mit dem Ausgang Y einer Rot-, Grün-, Blau-Matrix 40 verbunden. Die drei Eingänge der RGB-Matrix 40 sind mit den entsprechenden Ausgangsleitungen der CCD-Anordnung 11 verbunden.

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Wird als Bildvorlage ein Negativ verwendet, so werden die Schalter 15 bis 17 in ihre zweite Position bewegt, in der für jeden Kanal RGB eine Phasenumkehrstufe wirksam wird. Durch die Phasenumkehr erhält man jeweils um 180 Grad phasengedrehte Bildpunktsignale (Komplementär-Farbbildpunktsignale).

Gemäß Figur 3 weist die CCD-Anordnung 11 ein CCD-Fotodioden-Array 12 auf, welches abwechselnd nebeneinander rot-, grün- und blausensibilisierte Fotodioden aufweist. Der CCD-Fotodiodenzeile 12 ist ein sogenanntes Transfer-Gate 42 nachgeschaltet. Das Transfer-Gate 42 ist mit einem Taktgenerator 43 verbunden. Gemäß Figur 3 werden nur die Signale von Bildsensorelementen oder Fotodioden gleicher Farbempfindlichkeit je einem Analog-Schieberegister 44, 45, 46 über das Transfer-Gate 42 zugeführt. Es ist also je ein Schieberegister für die rot-, grün- und blauempfindlichen Fotodioden notwendig, wobei das Transfer-Gate 42 wieder die Fotodiodenspannungen parallel und gleichzeitig an alle Stellen der Schieberegister abgibt. Beim Herausschieben der Ladungen aus den drei Analog-Schieberegistern 44 bis 46 wird der gleiche Takt verwendet (Bildpunkttakt). Hierdurch stehen die Farbsignale R, G und B bereits parallel an den drei Ausgängen der CCD-Anordnung 11 an. Diese Signale können also ohne weiteres der aus der Fernsehtechnik bekannten Signalaufbereitungs- und Wiedergabeeinrichtung zugeführt werden. Ausgangsverstärker sind mit 47, 48, 49, 50, 51 und 52 bezeichnet.

Die Ausgangskanäle R, G, B führen zu einer Addier- bzw. Integrationsschaltung 105, die die Bildsignale und die Rauschsignale N mal addiert. Der Additionsvorgang wird durch einen Zähler 106 gesteuert. Der Zähler 106 weist außerdem eine Steuer leitung zum' CCD-Abtaster 11 auf. Während der N-maligen Addition erhöht sich das Nutzbildsignal auf den N-fachen Wert, während sich das Rauschsignal nur auf den ψ N-fachen Wert vergrößert. Das Nutzsignal ist korreliert, während das Rauschsignal unkorreliert ist. Der Addierschaltung ist eine Mittelwertbildungsstufe 107 nachgeordnet, in der die einzelnen Bildpunktsignale und die zugehörigen Rauschsignale um den Faktor l/N verringert werden.

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Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die CCD-Anordnung mit 53 bezeichnet. Das Bildsensorsystem weist eine Farbsignalgewinnung durch eine zeit-Demultiplexschaltung auf. Die CCD-Schaltung enthält eine Potodiodenzeile 54, welche über ein Transfer-Gate 55 auf ein Analog-Schieberegister 56 geschaltet ist. Die Taktgabe erfolgt durch einen Taktgenerator 57. Im Ausgangsstromkreis des Analog-Schiebergisters 56 ist ein Ladungsverstärker 58 vorgesehen. Am Ausgang des Ladungsverstärkers 58 steht ein sämtliche Farbanteile jedes Bildpunktes enthaltendes serielles Farbsignal A zur Verfugung.

Die Ausgangskanäle R, G, B führen 7M einer Addier- bzw. Integrationsschaltung 110, die die Bildsignale und die Rauschsignale N mal addiert. Der Additionsvorgang wird durch einen Zähler 111 gesteuert. Der Zähler 111 weist außerdem eine Steuerleitung zum CCD-Abtaster 53 auf. Während der N-maligen Addition erhöht sich das Nutzbildsignal auf den N-fachen Wert, während sich das Rauschsignal nur auf den J N-fachen Wert vergrößerte Das Nutzsignal ist korreliert, während das Rauschsignal unkorreliert ist» Der Addierschaltung ist eine Mittelwertbildungsstufe 112 nachgeordnet, in der die einzelnen Bildpunktsignale und die zugehörigen Rauschsignale um den Paktor i/N verringert werden.

Das Farbsignal A wird einem dreikanaligen Demultiplexer 59 zugeführt, an dessen Ausgang die Farbsignale R, G und B zur Verfugung stehen» Die Steuerung des Demultiplexers 59 erfolgt über eine zugehörige Decodierungslogik 60„ Sie enthält einen 2 Bit-Digitalzähler Zl, NOR-Gatter 62, 62, 63 und ein NAND-Gatter 64. Der Ausgang Ql des Zählers Zl ist direkt mit dem ersten Eingang des NOR-Gatters 61, mit dem ersten Eingang des dritten NQR-Gatters 63 und mit dem ersten Eingang des NAND-Gatters 64 und über einen Inverter 65 mit dem ersten Eingang des zweiten NOR-Gatters 62 verbunden.

Der zweite Ausgang Q2 des Zählers Zl ist direkt mit dem dritten Eingang des NOR-Gatters 61 und des zweiten NOR-Gatters 62 sowie mit dem zweiten Eingang des NAND-Gatters 64 sowie über einen Inverter 66 mit dem dritten

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Eingang des dritten NOR-Gatters 63 verbunden. Vom Ausgang des NAND-Gatters 64 führt eine Verbindung zum Reset-Eingang des Zählers Zl. Des weiteren ist der Takteingang Tl des Zählers Zl mit dem Taktgenerator 57 verbunden. Die Ausgänge der NOR-Gatter 61 bis 63 führen zu dem dreikanaligen Demultiplexer 59.

Der lichtempfindliche Teil der CCD-Schaltung besteht aus der Fotodiodenzeile 54 mit z. B. 1 800 in einer Reihe angeordneten Silicium-Fotodioden in einem Rasterabstand von z. B. 13 u. Die gesamte Breite der Zeile beträgt ungefähr 24 mm. Ist z. B. zum Zeitpunkt t=0 die erste Zeile des Bildes auf der Fotodiodenzeile 54 abgebildet, so wird mittels einer Impulsflanke das Transfer-Gate 55 kurzzeitig auf Durchlaß geschaltet und das gespeicherte Helligkeitssignal (jedes Bildsensorelement der Fotodiodenzeile ist mit einem Speicherkondensator verbunden) auf das Analog-Schieberegister 56 parallel übertragen. Ab diesem Zeitpunkt schieben die Taktimpulse T das in dem Analog-Schieberegister 56 gespeicherte Signal nach außen. Es ist über den Ladungsverstärker 58 am Ausgang der CCD-Schaltung verfügbar. Die Frequenz der Taktimpulse T ist so gewählt, daß bei 1 800 Bildpunkten in der CCD-Zeile 54 und bei z. B. 1 500 Zeilen sich eine Bildfrequenz von z. B. einer Sekunde ergibt.

Am Ausgang der CCD-Schaltung steht das serielle Farbsignal A zur Verfügung, das alternativ im Dreiertakt die Rot-, Grün- und Blauanteile jedes Bildpunktes enthält. Dieses Signal wird mit Hilfe des dreikanaligen Demultiplexers 59 und der zugehörigen Decodierungslogik 60 in die parallelen Farbsignale R, G und B umgewandelt.

Der Verlauf der Taktsignale sowie der Signale an den Anschlußstellen Tl_r T2 und T3_r sowie in den Leitungen A, R und B sind in Figur 5 dargestellt.

Des weiteren ist ein zweiter Zähler Z2 vorgesehen, der dem Zähler Zl gleichartig ist. Dieser Digitalzähler Z2 wird durch einen Taktgenerator 67 angesteuert, dessen Eingang mit dem Schwingspiegelsystem 8 verbunden ist. Demnach ist die Frequenz des Taktgenerators 67 gleich der BiId-

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frequenz. Die Ausgänge Ql und Q2 des zweiten Zählers Z2 sind in derselben Weise wie beim Zähler Zl mit NOR-Gattern 68, 69 und 70 verbunden. Ein NAND-Gatter 71 entspricht dem NAND-Gatter 64 des Zählers Zl. Inverter sind mit 72 und 73 bezeichnet. Hinsichtlich der Farben Rot, Grün und Blau weist der Zähler Z2 die gleiche Codierung auf wie der Zähler Zl. Demzufolge ist der Ausgang des NOR-Gatters 68 mit dem zweiten Eingang des entsprechenden NOR-Gatters 61, der Ausgang des NOR-Gatters 69 mit dem zweiten Eingang des entsprechenden NOR-Gatters 62 und der Ausgang des NOR-Gatters 70 mit dem zweiten Eingang des entsprechenden NOR-Gatters 63 verbunden.

Durch diese Beschaltung wird bewirkt, daß gemäß Figur 6 während der ersten Bildphase nur die Rotsignale, nach der zweiten Bildabtastung nur die Grünsignale und nach der dritten Bildabtastung nur die Blausignale einer nicht dargestellten Schwarz-Weiß-Bildröhre zugeführt werden. In nicht dargestellter Weise wird im Takt der Bildfrequenz vor die Schwarz-Weiß-Bildröhre nacheinander ein Rotfilter, ein Grünfilter und ein Blaufilter bewegt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind die den Teilen gemäß Figur 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezügszeichen versehen. Zur Unterscheidung weisen sie jedoch Indizes auf. Der Mittelwertbildungsschaltung 107' ist ein sogenannter Bildpunktspeicher 120 nachgeschaltet, in dem die einzelnen Bildpunkt beliebig lang gespeichert werden und an den Ausgangsleitungen R, G und B abrufbereit zur Verfugung stehen. In nicht dargestellter Weise enthält der Speicher 120 Schieberegisterstufen, die die einzelnen Bildpunkte der Ausgangsleitungen R, G, B seriell abgeben. Die Bildpunktsignale an den Ausgängsleitungen R, G, B können einerseits einem Monitor zur Sichtbarmachung wiedergegeben werden. Sie können aber auqh in eine nicht dargestellte Aufzeichnungsvorrichtung geleitet werden, um auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet bzw. abgespeichert zu werden.

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Claims

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ÄGFÄ-GBVAERT AG LEVERKUSEN
Camera-Werk München
Patent- und Lizenzwesen

cw 2608.4 pp " A¹T. \Z, i98f

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Ansprüche

,1/ Vorrichtung zur Erzeugung von Videobildern mit Hilfe einer ein Bild oder einen Gegenstand abtastenden optoelektronischen Wandlervorrichtung und einer elektronischen Auswerteschaltung, durch die zeilenweise Bildpunktsignale erzeugt werden, welche über einen Bildschirm, über eine Kopiervorrichtung oder über eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung mit oder ohne Zwischenschaltung einer Bildpunktspeichervorrichtung wiedergegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Wandlervorrichtung und Auswerteschaltung eine jedes Bild oder jeden Gegenstand N mal abtastende Wiederhol- und Addierschaltung aufweist, in der die Video-Bildpunktsignale korreliert und die zugehörigen Rauschsignale unkorreliert N mal addiert bzw. integriert werden, wobei die Zahl N abhangig ist von der tatsächlichen Größe des Bildsignals (Nutzsignals) in bezug auf die Größe des Rauschsignals sowie vom gewünschten Abstand des Bildsignals vom Rauschsignal.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiederhol- und Addierschaltung eine Mittelwertbildungsstufe nachgeordnet ist, in der die Video-Bildpunktsignale und die zugehörigen Rauschsignale gemittelt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N größer als 50 und kleiner als 100 ist.
4. Vorrichtung mit einer Kopiervorrichtung und ohne Zwischenschaltung einer Bildpunktspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmenge bzw. Beleuchtungsstärke auf dem optoelektronischen Wandler· um den Faktor l/N gegenüber der Beleuchtungsstärke für richtig belichtete Aufnahmen verringert ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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