DE3531574C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen von Bildinformation unter Verwendung eines mit bildweiser Übertragung arbeitenden Bildsensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Auslesen von Bildinformation unter Verwendung eines solchen Bildsensors.

Wenn die Qualität der von einem Bildsensor gelieferen Bildinformation nicht beeinträchtigt werden soll, muß die Bildinformation aus dem Bildaufnahmeteil mit einer gewissen Mindestfrequenz übernommen werden. Hierzu ist in der US-PS 42 88 820 vorgeschlagen, eine Pufferschaltung vorzusehen, die es ermöglicht, die Bildinformation mit einer gewissen Mindestfrequenz aus dem Bildaufnahmeteil zu übernehmen, um dann die Bildinformation aus dem Pufferspeicher auszulesen. Die mit der Verwendung eines Pufferspeichers verbundene Problematik wird unten noch näher erläutert. Bei dem System nach der genannten US-PS geht es darum, das durch das mit relativ hoher Frequenz arbeitende Bildsensor- Gerät gewonnene Signal auf der Zeitachse derart umzusetzen, daß das Signal über einen Übertragungsweg beschränkter Bandbreite, z. B. eine Telefonleitung übertragen werden kann.

Aus MATTESON, R.: Asynchrons charge-coupled device imager (CCD) architecture. In: Xerox Disclosure Journal, Oct. 1981, Vol. 6, No. 5, S. 277-280 ist das asynchrone Auslesen eines CCD-Elements bekannt. Hierzu ist ein zusätzliches Register vorgesehen, welches zwischen den photoempfindlichen Elementen und einem Schieberegister angeordnet ist. Damit läßt sich das Auslesen bei relativ niedriger Taktfrequenz durch­ führen, indem die Bildinformation abwechselnd in das eine und das andere Register eingespeichert und von dort ausgelesen wird.

Um die hier in Rede stehende Problematik näher zu erläutern, sei auf die Fig. 1 und 2 verwiesen.

Fig. 1 zeigt anhand eines Blickdiagramms eine Schaltungsanordnung, die derzeit zum Auslesen von Bildsignalen verwendet wird, wobei eine Festkörper-Bildaufnahmeröhre zum Einsatz gelangt. Bei dem Bildsensor handelt es sich um ein CCD-Bauelement.

Die Bildinformation wird mit einem Taktsignal CK in einer Bildeinheit 2 synchronisiert und einer fotoelektrischen Umsetzung (IA) unterzogen. Anschließend wird die umgesetzte Information in eine Speichereinheit 3 übertragen (TA). Ein einmal in der Speichereinheit 3 gespeichertes elektrisches Ladungsmuster wird nach herkömmlichen Abtastverfahren übertragen und dann als Bildsignal PS aus einem Ausleseregister 4 ausgelesen (RA). Der Arbeitszyklus der die genannten Schritte der fotoelektrischen Umwandlung (IA), der Übertragung (TA), des Speicherns und des Auslesens (RA) umfaßt, wird gleichmäßig von dem Taktsignal CK gesteuert, welches eine vorbestimmte Frequenz hat und von einem Taktgeber 1 erzeugt wird. Der zeitliche Verlauf des von dem Taktgeber 1 erzeugten Taktsignals CK ist in Fig. 2 dargestellt.

Wenn gemäß Fig. 2 unter der zeitlichen Steuerung des Taktsignals CK im Zeitpunkt t1 die fotoelektrische Umsetzung (IA) und die Übertragung (TA) als Schritte des Bildauslese-Zyklus eines Bildsignals G1 abgeschlossen sind, wird eine akkumulierte oder angesammelte Information (G1) ausgelesen, und es wird der nächste Auslesezyklus des nächsten Bilds G2 begonnen. In ähnlicher Weise wird im Anschluß an einen Zeitpunkt t2, wenn die Übertragung und Speicherung der Bildinformation des Bilds G2 abgeschlossen sind, die akkumulierte Bildinformation (G2) ausgelesen (Schritt RA), und der nächste Auslesezyklus des nächsten Bilds G3 wird begonnen. Diese Auslesezyklen werden in ähnlicher Weise sequentielle fort­ gesetzt.

Da die Frequenz des Taktsignals CK zum Steuern des Auslesezyklus eine relativ hohe Frequenz von einigen hundert kHz bis einigen MHz besitzen muß, und hierbei die Frequenz niedrig ist, kann ein Dunkelstrom in unerwünschter Weise ansteigen und Beeinträchtigungen hervorrufen, da sich die Zeit zum Akkumulieren und die Zeit zum Übertragen verlängern, was insgesamt zu einer Verschlechterung der Qualität der Bilddaten führt. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die peripheren Schaltkreise sehr schnell arbeiten, weshalb das Festkörper-Bildaufnahmegerät dieser Art sehr teuer wird.

Wenn nämlich die Frequenz des Taktsignals als Treibersignal des Bildsensors abgesenkt wird, steigt der Dunkelstrom an, was eine Verschlechterung der Signalqualität zur Folge hat. Erhöht man hingegen die Frequenz des Taktsignals, um die Qualitätsbeeinträchtigung zu vermeiden, so wird das Bildsignal mit einer Geschwindigkeit entsprechend der so erhöhten Frequenz ausgegeben, was eine Abtast- und Halteschaltung erforderlich macht, die eine Anpassung zwischen der Geschwindigkeit der Bildverarbeitung des Systems und des Bildsignals bewirkt. Außerdem ist ein extrem schneller Analog/Digital-Umsetzer erfor­ derlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bzw. bei der ohne Verschlechterung der Qualität der Bildinformation mit einer vergleichsweise billigen und einfachen Schaltung gearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 3 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung erfolgen das Lesen, speziell die fotoelektrische Umsetzung, die Übertragung und die Speicherung mit hoher Geschwindigkeit, während das Auslesen mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführt wird. Dadurch kann auf eine aufwendige Abtast- und Halteschaltung sowie einen teueren Analog/Digital-Umsetzer verzichtet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Ausleseeinrichtung für Bildinformation,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm, welches den zeitlichen Ablauf eiens Auslesezyklus der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung veranschaulicht,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Auslese­ einrichtung,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm, welches den zeitlichen Ablauf eines Auslesezyklus mit der in Fig. 3 gezeigten Ausleseeinrichtung veranschaulicht, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Taktsignal-Umschalteinrichtung der in Fig. 3 gezeigten Ausleseeinrich­ tung.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Einrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet. Ein Taktsignal CK vorgegebener Frequenz kommt von einem Taktgeber 1 und wird in eine Taktsignal-Umschalteinrichtung 5 eingegeben, in der abhängig von bestimmten Verarbeitungszyklen eines Bildsensors zwei Frequenzen f1 und f2 erzeugt werden. Ein Taktsignal KK wird von der Taktsignal- Umschalteinrichtung 5 durch geeignetes Umschalten zwischen den Frequenzen abgegeben. Die Bildinformation wird in einer Bildeinheit 2 mit dem Taktsignal KK synchronisiert und dann fotoelektrisch umgesetzt (IA). Dann wird das umgesetzte und akkumulierte oder angesammelte Signal in eine Speichereinheit 3 übertragen, in der es einmal in Form eines elektrischen Ladungsmusters gespeichert wird, welches anschließend nach einem Standard-Abtastverfahren übertragen und dann von einem Ausleseregister 4 in Form eines Bildsignals PSA ausgelesen wird. Dieser Auslesezyklus ist im wesentlichen der gleiche wie im oben beschriebenen Stand der Technik. Der Zyklus umfaßt die fotoelektrische Umwandlung, die Übertragung, die Speicherung und das Auslesen, und zwar gesteuert durch das Taktsignal KK, welches von der Umschalteinrichtung 5 abgegeben wird.

Anhand von Fig. 4 sollen die zeitlichen Abläufe des Ver­ arbeitungszyklus erläutert werden.

Bezüglich des ersten Bilds H1 wird der Zyklus, der die Schritte fotoelektrische Umwandlung, Übertragung und Speicherung umfaßt, unter Zugrundelegung der hohen Frequenz f1 sehr schnell durchgeführt. Im Zeitpunkt t10 wird nach Abschluß des Übertragungsschritts mit dem eine niedrige Frequenz f2 aufweisenden Taktsignal weiter gearbeitet. Demnach erfolgen also die fotoelektrische Umsetzung, die Übertragung und die Speicherung des Bilds H1 in rascher Folge, so wie es bislang auch der Fall war, während das Auslesen in einer ausreichend langen Zeit mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführt wird. Wenn die Bildinformation mit geringer Geschwindigkeit ausgelesen wird, wird die Bildinformation HH1 parallel dazu fotoelektrisch umgesetzt und akkumuliert. Die Verarbeitung Dunkelstrom, so daß die Bildqualität schlecht ist und diese Bildinformation nicht für das Bildsignal PSA verwendet werden kann. Die Akkumulation der Bildinformation für das zweite Bild HH1 erfolgt unter der gleichen zeitlichen Steuerung wie das Auslesen des ersten Bilds H1, so daß sich die akkumulierte oder aufgelaufene Zeit verlängert und keine gute Bildqualität erhalten wird. Demzufolge wird diese Bildinformation vernachlässigt. Die Bildinformation des dritten Bilds H2 wird dann fotoelektrisch umgesetzt und akkumuliert, und zwar mit einem Taktsignal der Frequenz f1 mit hoher Geschwindigkeit. Dies beginnt beim Zeitpunkt t11 der Bildinformation geringer Qualität, die nicht für das Bildsignal PSA gebraucht wird. Der Auslesevorgang der so akkumulierten Bildinformation wird mit einem Taktsignal der Frequenz f2 im Zeitpunkt t12 nach Abschluß der Übertragung mit geringer Geschwindigkeit begonnen. Während dieser Auslesezeit wird, obschon die Bildinformation des nächsten Bilds HH2 akkumuliert wird, diese Bildinformation nicht für das Bildsignal PSA verwendet, und zwar aus dem gleichen Grund, der oben für das Bild HH1 angegeben wurde. In ähnlicher Weise erfolgen fotoelektrische Umsetzung, Übertragung und Speicherung der Bildinformation durch das Taktsignal KK mit der Frequenz f1 und hoher Geschwindigkeit, sowie das anschließende Auslesen mit Hilfe des Taktsignals KK der Frequenz f2 und niedriger Geschwindigkeit, wobei die Bildinformation, die mit niedriger Geschwindigkeit angesammelt (akkumuliert) wird, nicht als das Bildsignal PSA ausgegeben wird. Demzufolge wird im Hinblick auf die eingegebene Information als Bildsignal PSA nur jedes zweite Bild ausgelesen und ausgegeben.

Da im Stand der Technik der Auslesevorgang mit hoher Geschwindigkeit stattfand, ebenso wie die Übertragung und die Speicherung der Bildinformation, war es notwendig, die Bildinformation mit einer Abtast- und Halteschaltung oder einem Analog/Digital-Umsetzer entsprechend der Aus­ lesegeschwindigkeit zu verarbeiten. Da andererseits erfindungsgemäß die fotoelektrische Umsetzung, die Akkumulation, die Übertragung und die Speicherung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, während das Auslesen mit einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit stattfindet, ist es nicht notwendig, einen schnellen und leistungsstarken Analog/Digital-Umsetzer zu verwenden. Wenn bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Taktsignal mit einer Frequenz von etwa 1,5 MHz für die Übertragung und die Akkumulation der Bildinformation verwendet wird, könnte das Taktsignal auf etwa 20 kHz beim Auslesevorgang herabgesetzt werden, und dementsprechend in eine Abtast- und Halteschaltung des oben beschriebenen Typs nicht notwendig, und der Analog/Digital-Umsetzer braucht keine extrem hohe Arbeitsgeschwindigkeit aufzuweisen, sondern es kann ein billiger normaler Umsetzer verwendet werden. Da außerdem die peripheren Schaltungselemente relativ langsam arbeiten können, lassen sich die zeitlichen Grenzen der verschiedenen Verarbeitungsschritte des Auslesezyklus erweitern, die Schaltung braucht nicht so schnell zu arbeiten, und es ist möglich, Bauelemente mit einer gewissen Streuung, Temperaturabhängigkeit und Rauschempfindlichkeit zu verwenden. Der Wegfall der Abtast- und Halteschaltung verringert die Anzahl von Schaltungselemente beträchtlich, und die Analog- und Digital-Teile lassen sich in einer Karte speichern, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo hierfür zwei Karten benötigt wurden. Man erreicht also eine beträchtliche Platzersparnis. Im Ergebnis ist es durch die Realisierung der digitalen Ausgabe der Bildinformation möglich, eine Schaltung zu verwirklichen, die extrem rauschunempfindlich ist.

Fig. 5 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Beispiel für die in Fig. 3 gezeigte Taktsignal-Umschalteinrichtung 5. Erfindungsgemäß wird das von dem Taktgeber 1 kommende Taktsignal CK in Frequenzteiler 51 und 52 eingegeben, welche die Frequenz des Taktsignals CK in zwei Frequenzen f1 und f2 unterteilen. Die Signale mit diesen Frequenzen werden dann Gatterschaltungen 53 bzw. 54 zugeführt, welche von einem Zeitsteuerimpuls TP gesteuert werden, der von einer Zeitsteuerschaltung 55 erzeugt wird. Die Folge des Zeitsteuerimpulses TP ist, daß die Gatterschaltungen dem Signal entsprechend geöffnet werden und das Taktsignal KK von einem ODER-Glied 57 abgegeben wird. Bei diesem Beispiel der Taktsignal-Umschalteinrichtung 5 kann man den Frequenzteiler 51 fortlassen, so daß das Taktsignal CK direkt in die Gatterschaltung 53 eingegeben wird.

Bei dem oben bechriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Beschreibung bezogen auf ein FT-System (Halbbild-Übertragungs­ system) des CCD-Teils, jedoch könnte man eine entsprechende Beschreibung auch für ein IL-System (Zwischenzeilen- System) des CCD-Teils angeben.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, schafft die Erfindung eine Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung, die sich durch eine nur geringe Anzahl billiger Bauelemente auszeichnet, und die trotz eines einfachen Aufbaus sehr leistungstark ist. Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, eine Korrektur bei der Herstellung fotografischer Abzüge eines Negativfilms zu verbessern.

Claims (5)

1. Verfahren zum Auslesen von Bildinformation unter Verwendung eines mit bildweiser Übertragung arbeitenden Bildsensors, bei dem die Bildinformation mit einem Taktsignal synchronisiert wird und dann fotoelektrisch umgesetzt, übertragen, gespeichert und als Bildsignal ausge­ lesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bildweise abwechselnd die Information eines gegebenen Bildes mit einer ersten, höheren Frequenz gelesen und mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz des Taktsignals ausgelesen wird, und die Information des dem gegebenen Bild nachfolgenden Bildes, die mit der niedrigeren Frequenz gelesen und der höheren Frequenz ausgelesen wird, vernachlässigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Umsetzung, das Akkumulieren, die Übertragung und die Speicherung der Information des gegebenen Bildes mit der ersten Frequenz des Taktsignals erfolgen und daß das Auslesen der Bildinformation mit der zweiten Frequenz des Taktsignals erfolgt.

3. Vorrichtung zum Auslesen von Bildinformation mit Hilfe eines mit bildweiser Übertragung arbeitenden Bildsensors, umfassend:

• - einen Taktgeber (1) zum Erzeugen eines Taktsignals für die Bildinformation, die von dem Bildsensor (2, 3, 4) geliefert wird,
• - einen Taktsignalumschalter (5), in dem das von dem Taktgeber (1) kommende Taktsignal so verarbeitet wird, daß ein Signal mit einer ersten und ein Signal mit einer zweiten Frequenz entstehen, und der ein umschaltbares Taktsignal (KK) ausgibt, welches wahlweise die erste oder die zweite Frequenz aufweist, und
• - eine Umsetzeinrichtung (2) zum fotoelektrischen Umsetzen des Bildsignals synchron mit dem von dem Taktsignal- Umschalter kommenden Taktsignal,

gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (3), die die von der fotoelektrischen Umsetzeinrichtung (2) kommende Bildinformation bildweise abwechselnd mit der ersten, höheren Frequenz und der zweiten, niedrigeren Frequenz akkumuliert, und
• - eine Auslese-Einrichtung (4), die bildweise abwechselnd gespeicherte Bildinformation mit der zweiten, niedrigeren Frequenz und der ersten, höheren Frequenz ausliest, wobei die mit der niedrigeren Frequenz gelesene Bild­ information vernachlässigt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignal-Umschalter einen Frequenzteiler (51, 52) aufweist, der die Frequenz des von dem Taktgeber kommenden Taktsignals unterteilt in die erste und die zweite Frequenz, daß in eine Gatterschaltung (53, 54) die Signale mit der ersten und der zweiten Frequenz eingegeben werden, daß eine Steuerschaltung (55) zur Steuerung der Gatterschaltung (53, 54) einen Zeitsteuerimpuls erzeugt, und daß ein ODER-Glied (57) vorgesehen ist, durch das ein von der Steuerschaltung gesteuertes Taktsignal für die Auslese­ einrichtung (4) erzeugt wird.