DE3629009A1 - Method and device for increasing the image quality of faulty semiconductor image sensors - Google Patents
Method and device for increasing the image quality of faulty semiconductor image sensorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Bildqualität von fehlerhaften Halbleiterbildsensoren. Außerdem ist eine geeignete Schaltungsanordnung angege ben.The invention relates to a method for increasing the Image quality of defective semiconductor image sensors. A suitable circuit arrangement is also indicated ben.
Halbleiterbildsensoren, wie sie beispielsweise in "Funk schau" 12/1986, S. 34 bis 37 beschrieben sind, werden in Videokameras oder Zeilenabtastern verwendet. Halbleiter bildsensoren sind beispielsweise Multidioden vidikons oder CCD-Bildaufnehmer (Charge-Coupled-Device). Bei der Ferti gung solcher Halbleitersensoren bedingt die große Anzahl der Bildpunkte entsprechenden Sensorelemente, das nur eine geringe Ausbeute an fehlerfreien Bausteinen er zielt wird. Bauteile mit nur wenigen fehlerhaften Sensorelementen werden bei der Herstellung dagegen in weitgrößerer Anzahl erzielt. Da sich bereits ein einziges ausgefallenes Sensorelement störend bemerkbar machen kann, kommen bei höheren Qualitätsanforderungen für Videokameras nur einwandfreie Bildsensoren oder solche mit sehr wenigen fehlerhaften Sensorelementen zur Anwen dung. Bei geringeren Anforderungen werden Sensorelemente niedrigerer Qualitätsstufen verwendet.Semiconductor image sensors, as described, for example, in "Funk schau "12/1986, pp. 34 to 37 are described in Video cameras or line scanners are used. Semiconductors Image sensors are, for example, multi-diode vidikons or CCD image sensor (charge-coupled device). At the Ferti Such semiconductor sensors require the large number the sensor elements corresponding to the pixels, that only a low yield of error-free building blocks is aimed. Components with only a few faulty ones Sensor elements are used in the manufacture achieved in greater numbers. Since already one only failed sensor element noticeable can come with higher quality requirements for video cameras only perfect image sensors or such with very few faulty sensor elements for use dung. With lower requirements, sensor elements lower quality levels used.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Bildqualität von fehlerhaften Halbleiterbildsensoren anzugeben. The object of the invention is a method for increasing the image quality of defective semiconductor image sensors specify.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange gebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the in claim 1 given characteristics solved. Advantageous training of the Invention are specified in the subclaims.
Außerdem wird eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.In addition, a circuit arrangement for implementation of the procedure.
Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß die Adressen der fehlerhaften Sensorelemente fest abgespeichert sind und somit eine Erkennung fehlerhafter Bildsignalwerte nicht mehr durchgeführt werden muß. Anstelle eines fehler haften Bildsignalwertes wird ein Schätzwert zur Weiterver arbeitung ausgegeben, der aus den angrenzenden Bildsignal werten errechnet wird.It is advantageous with this method that the addresses of the faulty sensor elements are permanently stored and thus a detection of incorrect image signal values no longer has to be carried out. Instead of a mistake liable image signal value is an estimated value for further processing work output from the adjacent image signal values is calculated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schätzwert durch Interpolation gewonnen wird.It is particularly advantageous if the estimated value by Interpolation is obtained.
Vorteilhaft ist es, daß entsprechend der Struktur der fehlerhaften Bildsensoren ein unterschiedlicher Interpola tionsalgorithmus gewählt werden kann, so daß keine weiteren fehlerhaften Bildsignalwerte zur Ermittlung des Schätzwertes beitragen.It is advantageous that according to the structure of the defective image sensors a different interpola tion algorithm can be selected so that no further incorrect image signal values to determine the estimated value contribute.
Vorteilhaft ist eine rekursive Ausführung der Korrektur schaltung. Hier wird statt eines fehlerhaften Bildsignal wertes der Schätzwert zwischengespeichert und steht für weitere Interpolationsberechnungen zur Verfügung. Hier durch kann auch bei fehlerhaften Sensorelementen - beispielsweise einer fehlerhaften Sensorspalte - der Interpolationsalgorithmus gleichbleiben.Recursive execution of the correction is advantageous circuit. Here is instead of a faulty image signal value the cached value and stands for further interpolation calculations are available. Here due to defective sensor elements - For example, a faulty sensor column - the Interpolation algorithm remain the same.
Das Verfahren kann sowohl mit analogen Bildsignalwerten als auch mit digitalen Bildsignalwerten durchgeführt werden. Bei komplizierteren Berechnungen des Schätzwertes ist die Verwendung digitalisierter Bildsignalwerte vor zuziehen.The method can be used with both analog image signal values as well as with digital image signal values will. For more complicated calculations of the estimate is the use of digitized image signal values move.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on exemplary embodiments explained in more detail. It shows
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Durchführung des Ver fahrens, Fig. 1 is a schematic diagram for carrying out of the proceedings,
Fig. 2 eine einfache Korrekturschaltung, FIG. 2 is a simple correction circuit
Fig. 3 eine Variante dieser Korrekturschaltung, FIG. 3 is a variant of this correction circuit,
Fig. 4 ein Ausschnitt aus einem Videobild, Fig. 4 shows a detail of a video image,
Fig. 5 eine Korrekturschaltung zur Durchführung der Interpolation, Fig. 5 shows a correction circuit for performing the interpolation,
Fig. 6 eine rekursive Ausführung dieser Korrekturschal tung und Fig. 6 shows a recursive execution of this correction circuit and
Fig. 7 eine erweiterte Korrekturschaltung. Fig. 7 shows an extended correction circuit.
Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild enthält einen Halbleiterbildsensor BS dessen Ausgang - bei der Verarbei tung digitalisierter Bildsignalelemente - über einen AD-Wand ler ADW mit dem Eingang EK einer Korrekturschaltung KS ver bunden ist, deren Ausgang mit AK bezeichnet ist. Die Kor rekturschaltung enthält im wesentlichen ein Laufzeitglied LA, eine Schätzwert-Einrichtung IS und einen Umschalter S, der den Ausgang des Laufzeitgliedes LA oder den Ausgang der Schätzwert-Einrichtung IS mit dem Ausgang AK verbin det. Außerdem ist eine Takt-Adressen-Steuerung TAS und ein Speicher SP vorgesehen. Dem Speicher wird von der Takt- Adressen-Steuerung TAS ein Speichertakt T 2 zugeführt; im Speicher SP sind die fehlerhaften Sensorelemente als Kor rekturadresse AK gespeichert. Diese wird der Takt-Adres sen-Steuerung zugeführt. Die Taktadressensteuerung greift außerdem mit einem Arbeitstakt T 1 in den Halbleiterbildsensor BS ein sowie mit einem Steuertakt TS und einem weiteren Takt T 3 in die Korrekturvorrichtung KS ein.The basic circuit diagram shown in FIG. 1 contains a semiconductor image sensor BS whose output - in the processing of digitized image signal elements - is connected via an AD converter ADW to the input EK of a correction circuit KS , the output of which is designated AK . The correction circuit essentially contains a delay element LA , an estimation device IS and a changeover switch S which connects the output of the delay element LA or the output of the estimation device IS to the output AK . A clock address control TAS and a memory SP are also provided. A memory clock T 2 is supplied to the memory by the clock address control TAS ; the faulty sensor elements are stored in the memory SP as a correction address AK . This is fed to the clock address control. The clock address control also intervenes with a work cycle T 1 in the semiconductor image sensor BS and with a control cycle TS and another cycle T 3 in the correction device KS .
Im Halbleiterbildsensor wird ein optisches Bild in ein elektrisches Bild umgesetzt. Dies kann in einem Zeilen abtaster auch zeilenweise durchgeführt werden. Durch die Takt-Adressen-Steuerung TAS werden die einzelnen Sensor elemente abgefragt und die zugehörigen gespeicherten Bild signalwerte am Ausgang des Halbleiterbildsensors ausgege ben. Der Bildsensor wurde bereits geprüft und die Positionen der fehlerhaften Sensorelemente sind als Korrekturadressen im Speicher SP vorhanden. Soll nun ein defektes Sensorele ment abgefragt werden, so wird durch den Steuertakt TS der Umschalter S der Korrekturschaltung betätigt und statt des fehlerhaften Bildsignalwertes X wird ein Schätzwert IW am Ausgang AK zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Die Adressen der fehlerhaften Sensorelemente werden ständig mit der Adresse der abzufragenden Sensorelemente verglichen und bei Übereinstimmung wird korrigiert. Die Arbeitstakte T 1 und T 3 sind nur symbolisch zu verstehen, durch diese Takte erfolgt die gesamte Steuerung.An optical image is converted into an electrical image in the semiconductor image sensor. This can also be done line by line in a line scanner. The individual sensor elements are queried by the clock address control TAS and the associated stored image signal values are output at the output of the semiconductor image sensor. The image sensor has already been checked and the positions of the defective sensor elements are available as correction addresses in the memory SP . If a defective sensor element is now to be queried, the changeover switch S of the correction circuit is actuated by the control clock TS and, instead of the faulty image signal value X , an estimate IW is output at the output AK for further processing. The addresses of the faulty sensor elements are constantly compared with the address of the sensor elements to be queried and, if they match, a correction is made. The work cycles T 1 and T 3 are only to be understood symbolically, the entire control is carried out by these cycles.
In Fig. 2 ist ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel KS 1 der Korrekturschaltung angegeben. Sie enthält nur ein Laufzeitglied L 1 und den daran angeschalteten Umschalter S. Die Verzögerungszeit des Laufzeitgliedes entspricht dem zeitlichen Abstand zweier Bildsignalwerte.In FIG. 2, a first simple embodiment, KS is indicated 1, the correction circuit. It contains only one delay element L 1 and the switch S connected to it . The delay time of the delay element corresponds to the time interval between two image signal values.
Ist der am Ausgang des Laufzeitgliedes L 1 abzugebende Bildsignalwert gestört, so wird auf den nächstfolgenden Bildsignalwert umgeschaltet, das heißt, der Umschalter S wird mit dem Eingang EK verbunden. If the image signal value to be output at the output of the delay element L 1 is disturbed, the system switches to the next image signal value, that is, the changeover switch S is connected to the input EK .
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel KS 2 der Korrekturschaltung vorgesehen. Der Umschalter S ist im Normalfall mit dem Eingang EK verbunden. Soll nun ein defektes Sensorelement abgefragt werden, so wird auf den Ausgang eines zweiten Laufzeitgliedes L 2 umgeschaltet und anstelle des gestörten Bildsignalwertes der letzte Bild signalwert nochmals ausgegeben.In Fig. 3 a second embodiment of KS 2 of the correction circuit are provided. The switch S is normally connected to the input EK . If a defective sensor element is now to be queried, a switch is made to the output of a second delay element L 2 and the last image signal value is output again instead of the disturbed image signal value.
In Fig. 4 ist zur Klärung von unterschiedlichen Korrek turmöglichkeiten ein Ausschnitt aus einem Videobild dar gestellt. Der aktuelle Bildsignalwert ist mit X bezeich net. Die angrenzenden Bildsignalwerte der darüberliegenden Zeile sind mit A, B, C bezeichnet, die der darunterliegende Zeile mit H, I, K, der vorangehende mit D und die nachfolgen den mit F und G. Ist der aktuelle Bildsignalwert X gestört, so kann in der einfachsten Version der vorangegangene Bild signalwert D oder der nachfolgende Bildsignalwert F aus gegeben werden. Eine wesentliche Verbesserung wird bereits erzielt, wenn eine Interpolation zwischen den Bildpunkten D und F durchgeführt wird. Ebenso kann der Schätzwert aus mehreren angrenzenden Bildsignalwerten errechnet wer den, wobei hier nur die Bildsignalwerte A bis K darge stellt sind. Für die Berechnung des Schätzwertes müssen praktisch die gleichen Kriterien wie bei einer DPCM-Codie rung berücksichtigt werden, wobei hier aber der Vorteil besteht, eine Interpolation durchführen zu können. Auf die Unterschiede einer Halbbild- und einer Vollbildinterpola tion braucht hier nicht eingegangen zu werden.In Fig. 4, a section of a video image is provided to clarify different correction possibilities. The current image signal value is net identified with X. The adjacent image signal values of the line above are denoted by A, B, C , the line below it by H, I, K , the preceding line by D and the succeeding ones by F and G. If the current image signal value X is disturbed, the previous image signal value D or the subsequent image signal value F can be output in the simplest version. A substantial improvement is already achieved if an interpolation between the pixels D and F is carried out. Likewise, the estimated value can be calculated from a plurality of adjacent image signal values, only image signal values A to K being shown here. For the calculation of the estimate, practically the same criteria as for DPCM coding have to be taken into account, but here there is the advantage of being able to carry out an interpolation. The differences between a field and a full frame interpolation need not be discussed here.
In Fig. 5 ist eine Korrekturschaltung KS 3 zur Interpo lation dargestellt. Der Eingang EK ist mit der Serien schaltung des ersten Laufzeitgliedes L 1 und eines dritten Laufzeitgliedes L 3 verbunden. Der Ausgang des ersten Laufzeitgliedes L 1 ist mit einem Eingang des Umschalters S verbunden. Der Eingang EK und der Ausgang des dritten Laufzeitgliedes L 3 sind mit Eingängen eines Addierers AD verbunden, dessen Ausgang über einen Multiplizierer MU mit dem zweiten Eingang des Umschalters S verbunden ist.In Fig. 5, a correction circuit KS 3 for interpo lation is shown. The input EK is connected to the series circuit of the first delay element L 1 and a third delay element L 3 . The output of the first delay element L 1 is connected to an input of the changeover switch S. The input EK and the output of the third delay element L 3 are connected to inputs of an adder AD , the output of which is connected to the second input of the switch S via a multiplier MU .
Wie aus der Schaltung ohne weiters ersichtlich ist, wird eine lineare Interpolation der Bildsignalwerte D und F durchgeführt. Bei mehreren aufeinanderfolgenden fehlerhaften Bildsignalwerten z. B. X und F kann auch, von der Takt-Adressen-Steuerung veranlaßt, nur der Bild signalwert D als Schätzwert verwendet werden oder - in einer um ein (nicht dargestelltes) weiteres Laufzeitglied erweiterten Schaltung - eine Interpolation zwischen D und G erfolgen.As can easily be seen from the circuit, a linear interpolation of the image signal values D and F is carried out. In the case of several successive defective image signal values, e.g. B. X and F can also, caused by the clock address control, only the image signal value D can be used as an estimate or - in a circuit extended by a (not shown) further delay element - an interpolation between D and G can take place.
In Fig. 6 ist eine rekursiv ausgeführte Korrekturschaltung KS 4 dargestellt. Der Eingang EK ist über das erste Lauf zeitglied L 1 mit dem ersten Eingang des Umschalters ver bunden, dessen Ausgang AK mit dem Eingang eines vierten Laufzeitgliedes L 4 verbunden ist. Dessen Ausgang ist wie in Fig. 5 mit einem Eingang des Addierers AD verbunden. Der zweite Eingang des Addierers ist wiederum mit dem Eingang EK verbunden, und der Ausgang des Addierers ist über den Multiplizierer MU mit dem zweiten Eingang des Umschalters S verbunden.In Fig. 6 is a recursively executed KS correction circuit 4 is shown. The input EK is connected via the first run time element L 1 to the first input of the switch ver, the output AK of which is connected to the input of a fourth run time element L 4 . Its output is connected to an input of the adder AD as in FIG. 5. The second input of the adder is in turn connected to the input EK , and the output of the adder is connected to the second input of the changeover switch S via the multiplier MU .
Wenn keine fehlerhaften Sensorelemente vorhanden sind, wird als Schätzwert IW ebenfalls der Mittelwert aus einem dem aktuellen Bildsignalwert X folgenden Bildsignal wert F und dem vorangegangenen Bildsignalwert D ermittelt. Ist der aktuelle Bildsignalwert X jedoch aufgrund eines fehlerhaften Sensorelementes ebenfalls fehlerhaft, so wird statt dieses fehlerhaften Bildsignalwertes der entsprechende Schätzwert IW in das vierte Laufzeitglied L 4 eingeschrie ben und bei der Ermittlung des nächsten Schätzwertes mit verwendet. Diese Schaltungsanordnung ist bei entsprechen der Erweiterung mit zusätzlichen Laufzeitgliedern besonders bei mehreren aufeinanderfolgenden fehlerhaften Sensorele menten vorteilhaft, da sie zur Fehlerreduktion beiträgt.If there are no defective sensor elements, the mean value of an image signal value F following the current image signal value X and the previous image signal value D is also determined as the estimated value IW . However, if the current image signal value X is also faulty due to a faulty sensor element, the corresponding estimated value IW is written into the fourth delay element L 4 instead of this faulty image signal value and used in determining the next estimated value. This circuit arrangement is in accordance with the expansion with additional delay elements particularly advantageous in several successive faulty Sensorele elements because it contributes to error reduction.
In Fig. 7 ist eine weitere Korrekturschaltung KS 5 dargestellt, bei der auch die Bildsignalwerte der vorangegangenen Zeile zur Ermittlung des Schätzwertes beitragen. Der Eingang EK ist über das Laufzeitglied L 1 wieder auf den ersten Eingang des Umschalters S geführt. Der Ausgang dieses Laufzeitgliedes ist mit der Reihen schaltung eines fünften Laufzeitgliedes L 5 und einer Zeilenverzögerung LZ verbunden. Einer Schätzwert- Rechenschaltung IR werden von den Eingang EK und den Ausgängen des fünften Laufzeitgliedes L 5 sowie der Zeilenverzögerung LZ die Bildsignalwerte A, B, C, D, und F zugeführt. Der Ausgang der Schätzwert-Rechen schaltung ist mit dem zweiten Eingang des Umschalters S verbunden. In der Schätzwert-Rechenschaltung wird eine Interpolation zur Ermittlung des Schätzwertes IW durchgeführt. Hierbei ist es zweckmäßig, daß der Schätzwert ermittelt wird aus:In Fig. 7 a further correction circuit 5 is shown KS, contributing in the image signal values of the preceding line for the determination of the estimated value. The input EK is routed back to the first input of the switch S via the delay element L 1 . The output of this delay element is connected to the series circuit of a fifth delay element L 5 and a line delay LZ . An image value calculation circuit IR is supplied with the image signal values A, B, C, D , and F from the input EK and the outputs of the fifth delay element L 5 and the line delay LZ . The output of the estimated value calculation circuit is connected to the second input of the changeover switch S. An interpolation for determining the estimated value IW is carried out in the estimated value calculation circuit . It is useful here that the estimated value is determined from:
IW = 1/4 D + 1/4 B + 1/4 F + 1/8 A + 1/8 C IW = 1/4 D + 1/4 B + 1 / 4F + 1/8 A + 1/8 carbon
In der Korrekturschaltung ist noch ein weiteres Laufzeit glied LR zwischen dem Ausgang des ersten Laufzeitgliedes L 1 und dem ersten Eingang des Umschalters S eingezeichnet, dessen Laufzeit der Rechenzeit der Schätzwert-Rechen schaltung IR entspricht. Auch diese Schaltungsanordnung kann zweckmäßigerweise in rekursiver Form aufgebaut wer den, wobei der Eingang des fünften Laufzeitgliedes L 5 mit dem Ausgang AK verbunden wird.In the correction circuit, a further delay element LR is drawn in between the output of the first delay element L 1 and the first input of the switch S , the delay time of which corresponds to the calculation time of the estimated value calculation circuit IR . This circuit arrangement can also be expediently constructed in a recursive form, the input of the fifth delay element L 5 being connected to the output AK .
Eine weitere zweckmäßige Interpolation besteht in der gleichwertigen Berücksichtigung der Bildsignalwerte B, D, F und I. Auf kompliziertere Interpolationsverfahren kann im allgemeinen verzichtet werden, da sie keine merkbare Verbesserung mehr bringen.A further expedient interpolation consists in the equivalent consideration of the image signal values B, D, F and I. More complicated interpolation methods can generally be dispensed with because they no longer bring any noticeable improvement.
Claims (10)
daß die Adressen von fehlerhaften Sensorelementen ermit telt werden,
daß die Adressen der fehlerhaften Sensorelemente gespei chert werden,
daß anstelle eines einem fehlerhaften Sensorelementes zu geordnetem fehlerhaften Bildsignalwertes (X) ein Schätz wert (IW) ausgegeben wird, der aus den benachbarten Bildsignalwerten (A, B, C, D, F, . . .) ermittelt wurde.1. A method for increasing the image quality of faulty semiconductor image sensors, characterized in that
that the addresses of faulty sensor elements are determined,
that the addresses of the faulty sensor elements are saved,
that instead of a faulty sensor element associated with a faulty image signal value (X), an estimated value (IW) is output, which was determined from the adjacent image signal values (A, B, C, D, F ,...).
daß der Ausgang eines Halbleiterbildsensors (BS) mit einer Korrekturschaltung (KS), die eine Schätzwert-Einrichtung (IS) und einem Umschalter (S) enthält, verbunden ist,
daß ein Speicher (PS) vorgesehen ist, in dem die Adressen fehlerhafter Sensorelemente des Halbleiterbildsensors (BS) abgespeichert sind,
und daß eine Takt-Adressen-Steuerung (TAS) vorgesehen ist, die eine Abfrage des Halbleiterbildsensors (BS) steuert und anstelle des fehlerhaften Bildsignalwertes (X) eines fehlerhaften Sensorelementes einen von der Schätz wert-Einrichtung (IS) ermittelten Schätzwert (IW) über den UmschAlter (S) am Ausgang (AK) abgibt.9. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in
that the output of a semiconductor image sensor (BS) is connected to a correction circuit (KS) which contains an estimation device (IS) and a changeover switch (S) ,
that a memory (PS) is provided in which the addresses of defective sensor elements of the semiconductor image sensor (BS) are stored,
and that a clock address control (TAS) is provided, which controls an interrogation of the semiconductor image sensor (BS) and, instead of the defective image signal value (X) of a defective sensor element, an estimate value (IW) determined by the estimate value device (IS) outputs the changeover switch (S) at the output (AK) .
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |