DE3645184C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auf dem Gebiet der Bildverarbeitung ist häufig eine Filterung zur Ausblendung von Störungen bzw. Rauschen und dergleichen aus den Bildsignalen erwünscht. Die Filterung kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden: Zunächst wird ein Bild in Bildelement-Anordnungen aufgeteilt und die Bildelemente werden anschließend gelesen, wonach der Wert eines jeweiligen Bildelements als gewichteter Durchschnitt einer Vielzahl benachbarter Bildelemente, einschließlich des gegebenen Bildelements, berechnet wird. Bei einer solchen Filterung wird das Ausgangssignal eines Bildsensors unter Verwendung eines speziell programmierten Rechners oder spezieller Hardware-Schaltungen berechnet (d. h. durch wiederholte Multiplikationen und Additionen). Wenn die Zahl der zu verarbeitenden Bildelemente groß ist, wird die Verarbeitungszeit jedoch entsprechend lang oder es muß eine teuere Rechen/Verarbeitungseinheit verwendet werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Eine derartige Bildfilterung auf elektronischem Wege ist z. B. aus der DE 30 24 126 A1, die ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechendes Verfahren offenbart, bekannt. Die Bildfilterung dient dort zum Hervorheben der Reproduktions-Bildschärfe. Diese elektronische Bildfil­ terung begründet allerdings, wie ausgeführt, höheren schaltungs- und steuerungstechnischen Aufwand.

Aus der DE 32 20 667 A1 ist es bekannt, bei einem Fest­ körper-Bildsensor die in den einzelnen Sensoren erzeugten Signale teilweise mit Signalanteilen benachbarter Sensorzellen zu addieren, um hierdurch zusätzliche Bildsignale zu schaffen, die als zusätzliche Interpolationssignale dienen und eine scheinbare Erhöhung des Auflösungsvermögens des Bildsensors bewirken. Die Signaladdition erfolgt dort beim Auslesen der Signale aus dem Bildsensor. Eine Bildfilterung zusätzlich zu dieser Signalinterpolation ist dort nicht angestrebt.

Aus der DE 33 23 956 C1 ist ein elektrooptisches Empfangssystem bekannt, das einen als ladungsgekoppelter Bauteil ausgebildeten Mosaik-Detektor aufweist. Um die Zwischenräume zwischen den Detektorelementen des Mosaik-Detektors zu überdecken, ist das Gesichtsfeldbild periodisch längs einer geschlossenen Bahn verlagerbar, wobei die so nacheinander erhaltenen Bildinformationen gespeichert werden. Aus diesen wird ein hochaufgelöstes elektronisches Bild für die digitale Bildverarbeitung gewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart auszugestalten, daß sich eine einfache und mit geringem Aufwand durchführbare Bildfilterung ergibt.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird somit eine mehrfache Bildbelichtung durchgeführt, wobei die Abbildungsposition des Bilds zwischen den Belichtungen des Bildsensors verschoben wird, so daß in den einzelnen Sensorzellen Ladungen akkumuliert werden, die jeweils unterschiedlichen Bildpunkten entsprechen. Die aus dem Bildsensor ausgelesenen Signale sind damit bereits einer Filterung unterzogen, ohne daß größerer elektronischer oder sonstiger Aufwand bei dieser Art der Bildfilterung erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einer Draufsicht einen Teil eines Bildes,

Fig. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Bildverarbeitungsgerätes,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt eines Bildsensors zur Erläuterung des Filtgerungsprinzips bei dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 in einer Draufsicht einen Bildsensor zur Erläuterung des Prinzips einer zweidimensionalen Filterung bei dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 schematisch die Reihenfolge einer Bildverschiebung in Fig. 4,

Fig. 6 schematisch eine Bildverschiebungseinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung des Prinzips der Bildverschiebung bei der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung,

Fig. 8 schematisch eine Bildverschiebungseinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9A und 9B schematische Querschnitte weiterer Ausführungsformen von Prismen mit variablem Scheitelwinkel der Einrichtung gemäß Fig. 8,

Fig. 10 in einem Prinzipquerschnitt eine Bildver­ schiebungseinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels, und

Fig. 11 und 12 Draufsichten, die die gegenseitige Beziehung zwischen Bildelementen und einem lichtempfangenden Abschnitt eines Bildverarbeitungsgeräts zeigen.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten vergrößerten Bildausschnitt wird ein Bild 1 entsprechend nachfolgender Verarbeitung gefiltert: Wenn ein Bildelementbereich zur Berechnung eines gewichteten Durchschnitts eines gegebenen Bildelements eine 3×3-Matrix ist, ist ein gefiltertes Ausgangssignal beispielsweise eines Bildelements X₅ durch folgende Gleichung gegeben:

wobei mit X_i die Dichte des Bildelements und mit ai der Gewichtungskoeffizient für jedes Bildelement bezeichnet sind. Für die anderen Bildelemente wird derselbe Gewichtungs­ koeffizient verwendet und das Gesamtbild entsprechend gefiltert.

Ein auf der lichtempfangenden Oberfläche eines Bildsensors erzeugtes Bild kann optisch verschoben werden. Nachfolgend wird ein dementsprechendes Ausführungsbeispiel erläutert.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Bildverarbeitungsgeräts, das ein Abbild eines abzutastenden Vorlagebilds 52, wie z. B. eines Films, eines bedruckten Papierblatts o. dgl., erzeugt. Ein erster Spiegel 55 lenkt aus einer Linse bzw. einem Objektiv 53 austretendes Licht um. Ein zweiter Spiegel 55 lenkt das von dem ersten Spiegel 54 reflektierte Licht in einer zu diesem senkrechten Ebene um. Motoren 56 und 57 treiben die Spiegel 54 bzw. 55 an und sind vorzugsweise Schrittmotoren.

Ein Bildsensor 58 ist im Brennpunkt des Objektivs 53 angeordnet und ist vorzugsweise ein CCD (Ladungskopplungsvorrichtung) oder ein BBD (Eimerkettenschaltung). Eine Motor- Ansteuerschaltung 60 steuert die Motoren 56 und 57 an. Eine Bildsensor-Ansteuerschaltung 61 steuert den Bildsensor 58 an. Die Ansteuerschaltungen 60 und 61 werden ihrerseits von einer Steuereinheit 64 gesteuert. Ein aus dem Bildsensor 58 ausgelesenes elektrisches Signal 62 wird von einem Verstärker 63 verstärkt. Ein Filter 65 mit variablem Durchlässigkeitsfaktor wie z. B. ein räumlich-optischer Modulator wird zur Veränderung der Belichtungsstärke in Übereinstimmung mit einem Signal aus der Steuereinheit 64 verwendet.

Das abzutastende Bild 52 wird auf dem Bildsensor 58 von dem Objektiv 53 über die Spiegel 54 und 55 erzeugt. Der Spiegel 54 wird von dem Motor 56 gedreht und ein Abbild des abzutastenden Bilds 52 wird auf dem Bildsensor 58 in x-Richtung verschoben. In ähnlicher Weise wird der Spiegel 55 von dem Motor 57 gedreht und ein Abbild des abzutastenden Bilds 52 auf dem Bildsensor 58 in y-Richtung verscho­ ben.

Nachfolgend wird das Filterungsprinzip unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher beschrieben, wobei des leichteren Verständnisses halber nur bezüglich einer Dimension erläutert wird. Gemäß Fig. 3 wird ein Bild 70 des zu lesenden Bilds 52 auf dem Bildsensor 58 erzeugt. Durch Rotation des Spiegels 54 wird ein Bild 71 erhalten, bei dem das zu lesende Bild 52 auf dem Bildsensor 58 um ein Bildelement in x-Richtung verschoben ist. Auf ähnliche Weise wird ein Bild 72 erhalten, indem das Bild 52 um zwei Bildelemente in x-Richtung verschoben wird. Der Bildsensor 58 hat lichtempfangende Abschnitte 73 bis 76. Die Dichten des Bilds 70 in den Abschnitten 73 bis 76 sind jeweils mit X₁ bis X₄ bezeichnet. Wenn ein Bildelementbereich zur Berechnung eines gewichteten Durchschnitts als eine Reihe aus drei Bildelementen gegeben ist, wird ein gefiltertes Ausgangssignal Y₂ an einer X₂ entsprechenden Position durch folgende Gleichung ausgedrückt:

wobei mit ai ein Gewichtskoeffizient für jedes Bildelement bezeichnet ist.

Gemäß Fig. 3 wird das Bild 70 mit einer Belichtungsstärke auf den Bildsensor 58 projiziert, die proportional zum Gewichtungskoeffizienten a1 ist, indem das Filter 65 mit variablem Durchlässigkeitsfaktor entsprechend eingestellt wird. Die in den zugeordneten Abschnitten 73 bis 76 ge­ speicherten Ladungen sind proportional zu a1X₁, a1X₂, a1X₃ und a1X₄. Der Spiegel 54 wird gedreht, um das Bild 70 um ein Bildelement zur Position des Bilds 71 zu verschieben. Der Durchlässigkeitsfaktor des Filters 65 wird so geändert, daß das Bild 71 mit einer zu a2 proportionalen Belichtungsstärke auf den Bildsensor 58 projiziert wird. Da daher weitere Ladungen zu den Anfangsladungen addiert werden, sind die in den Abschnitten 73 bis 75 gespeicherten Ladungen nunmehr proportional zu a1X₁+a2X₂, a1X₂+a2X₃ und a1X₃+a2X₄. Der Spiegel 54 wird wiederum gedreht, um das Bild 71 um ein Bildelement zur Position des Bilds 72 zu verschieben. Das Bild 72 wird daraufhin mit einer zu a3 proportionalen Belichtungsstärke abgebildet. Die in den Abschnitten 73 und 74 gespeicherten Ladungen werden daher zu a1X₁+a2X₂+a3X₃ und a1X₂+a2X₃+a3X₄. Die im Abschnitt 73 gespeicherte Ladung ist daher proportional zu dem gefilterten Ausgangssignal Y₂ gemäß Gleichung (2). Wenn diese Ladung gelesen wird, erhält man so ein X₂ entsprechendes, gefiltertes Ausgangssignal. Ein X₃ entsprechendes Ausgangssignal Y₃ ist durch folgende Gleichung gege­ ben:

und wird aus der im Abschnitt 74 gespeicherten Ladung berechnet. Auf diese Weise kann das gesamte Bild durch drei Belichtungen und zwei Bildverschiebungen gefiltert werden.

Gemäß Fig. 2 wird der Spiegel 55 vom Motor 57 gedreht, so daß das Abbild des abzutastenden Bilds 52 auf dem Bildsensor 58 in y-Richtung verschoben wird. Mit dem anhand der Fig. 3 beschriebenen Verfahren kann auch eine zweidimensionale Filterung durchgeführt werden, deren Prinzip nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert wird, die eine schematische Draufsicht auf den Bildsensor 58 zeigt. Auf dem Bildsensor 58 wird ein Bild 80 erzeugt. Der Bildsensor 58 lichtempfangende Abschnitte 81 bis 89, deren dem Bild 80 entsprechende Dichten mit X₁ bis X₉ bezeichnet sind. Das Bild 80 wird sequentiell verschoben und von dem Bildsensor 58 abgetastet, um eine zweidimensionale Filterung durchzuführen.

Fig. 5 zeigt schematisch die Abfolge der Bildverschiebung in Fig. 4. Das Bild 80 wird entlang eines Verschiebungswegs 90 auf dem Bildsensor 58 verschoben. Die Pfeile zwischen zwei Kreisen geben die Bewegung des Bilds um jeweils ein Bildelement an. Wenn das Bild 80 auf dem Bildsensor 58 entlang des Verschiebungswegs 90 bewegt wird, werden die entsprechenden Bereiche des Bilds 80 in der Reihenfolge von X₁ bis X₉ abgebildet. Wenn das Filter 65 mit variablem Durchlässigkeitsfaktor so angesteuert wird, daß es sequentiell zu a1 bis a9 proportionale Belichtungsstärken des Bilds 80 auf dem Bildsensor 58 liefert, ist die in dem Abschnitt 81 gespeicherte Ladung proportional zu

Dies ist ein X₅ entsprechender gewichteter Durchschnittswert für eine 3×3-Bildelementmatrix. Das eine derartige Ladungsspeicherung in allen lichtempfangenden Abschnitten des Bildsensors 58 ausgeführt wird, kann die Filterung des Gesamtbilds bei Verwendung einer 3×3-Matrix bzw. -Maske mit neun Belichtungsschritten und acht Bildverschiebungsschritten durchgeführt werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Bildverarbeitungsgerät führt die vorstehend beschriebene zweidimensionale Filterung durch, wobei die Steuereinheit 64 die nötigen Steuersignale liefert. Auf ein Signal der Steuereinheit 64 hin löscht die Bildsensor-Ansteuerschaltung 61 die im Bildsensor 58 gespeicherten Ladungen und beginnt den Belichtungsvorgang. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuereinheit 64 das Filter 65 mit variablem Durchlässigkeitsfaktor derart an, daß es eine zu a1 proportionale Belichtungsmenge durchläßt. Nachdem der Bildsensor 58 dieser Belichtungsmenge ausgesetzt wurde, liefert die Steuereinheit 64 der Motor-An­ steuerschaltung 59 ein Signal, um den Spiegel 54 so zu schwenken, daß das Abbild des zu lesenden Bilds 52 um ein Bildelement in x-Richtung auf dem Bildsensor 58 verschoben wird. Gleichzeitig ändert die Steuereinheit 64 den Durchlässigkeitsfaktor des Filters 65 so, daß der Bildsensor 58 einer zu a2 proportionalen Belichtungsmenge ausgesetzt wird. Auf ein weiteres Signal der Steuereinheit 64 hin verschiebt der Spiegel 54 das Bild um ein Bildelement in x-Richtung und der Bildsensor 58 wird unter einer ähnlichen Steuerung mit einer zu a3 proportionalen Belichtungsmenge belichtet.

Anschließend liefert die Steuereinheit 64 der Motor-Ansteuerschaltung 60 ein Signal, woraufhin diese den Motor 57 so ansteuert, daß dieser den Spiegel 55 so verstellt, daß das Abbild des zu lesenden Bilds 52 um ein Bildelement in y-Richtung verschoben wird. Nach Belichtung des Bildsensors mit einer zu a6 proportionalen Belichtungsmenge führt die Steuereinheit 64 der Motor-Ansteuerschaltung 59 ein weiteres Signal zu, woraufhin der Motor 56 den Spiegel 54 so schwenkt, daß das Abbild des Bilds 52 um ein Bildelement in x-Richtung verschoben wird. Der Bildsensor wird nunmehr mit einer zu a5 proportionalen Belichtungsmenge belichtet. Das Bild wird in x- und y-Richtung in ähnlicher Weise durch Schwenken der Spiegel 54 und 55 verschoben. Schließlich sind in den lichtempfangenden Abschnitten des Bildsensors 58 Bildsignale gespeichert, die einer zweidimensionalen Filterung des zu lesenden Bilds 52 entsprechen. Nachdem alle Belichtungsschritte durchgeführt sind, führt die Steuereinheit 64 der Bildsensor-Ansteuerschaltung 61 ein Lese-Startsignal zu, auf das hin die Bildsignale 62 aus dem Bildsensor 58 ausgelesen werden. Die Bildsignale 62 werden vom Verstärker 63 verstärkt und einer nachfolgenden Verarbeitungsstufe zugeführt.

Die Bildverschiebungseinrichtung des Ausführungsbeispiels kann auf verschiedenste Weise modifiziert werden. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die perspektivische Darstellung in Fig. 6 ein Ausführungsbeipiel beschrieben, bei dem eine andere Bildverschiebungseinrichtung Verwendung findet, wobei dieselben Teile wie in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht mehr erläutert werden.

Gemäß Fig. 6 sind parallele Platten 91 und 92 vorgesehen, um das abzutastende Bild 52 in x- bzw. in y-Richtung zu verschieben. Die parallelen Platten 91 und 92 sind aus durchsichtigem Glas oder Plastik hergestellt und werden von Motoren 93 und 94 angetrieben. Die Motor-, die Bild­ sensoren-Ansteuerschaltung, das Filter mit variablem Durch­ lässigkeitsfaktor und die Steuereinheit sind dieselben wie in Fig. 2 und daher nicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Abbild des abzutastenden Bilds durch Drehen bzw. Schwenken der Platten 91 und 92 verschoben.

Fig. 7 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Prinzips der Bildverschiebung durch Drehen der parallelen Platten. Licht 95 wird von einem einzelnen Punkt des Bilds 52 ausgesendet und an einem Bildpunkt 96 auf dem Bildsensor 58 fokussiert. Gemäß Fig. 7 wird die Platte 91 in die gestrichelt gezeichnete Lage geschwenkt, so daß Licht 98 an einem Bildpunkt 99 auf dem Bildsensor 58 fokussiert wird.

Das Licht 95 von einem einzelnen Punkt des Bilds 52 wird von der Platte 91 an dem Bildpunkt 96 auf dem Bildsensor 58 fokussiert. Bei in die Lage 97 geschwenkter Platte 91 verläuft das Licht 98 solange entlang desselben optischen Pfads, bis es auf diese auftritt, und wird nach deren Passieren an dem Bildpunkt 99 fokussiert. Der Bildpunktg 99 ist daher gegenüber dem Bildpunkt 96 in x-Richtung verschoben. Bei diesem Beispiel wird die Platte 91 um eine zur Zeichnungsebene senkrechte Ebene geschwenkt. Wenn die Platte 91 hingegen um eine zur Zeichnungsebene parallele Achse geschwenkt wird, kann der Bildpunkt in y-Richtung verschoben werden.

Gemäß Fig. 6 wird die Platte 91 vom Motor 93 gedreht und das Bild 52 auf dem Bildsensor 58 entsprechend in x-Richtung verschoben. Demgegenüber wird die Platte 92 vom Motor 94 gedreht und das Bild 52 in y-Richtung verschoben. In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird auch beim zweiten Ausführungsbeispiel gefiltert, indem wiederholt das Bild bezüglich des Bildsensors 58 verschoben und dieser mit einer zu den Gewichtskoeffizienten ai proportionalen Belichtungsmenge belichtet wird.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten Aus­ führungsbeispiels, bei dem wie in Fig. 6 nur die Bildver­ schiebungseinrichtung dargestellt ist. Ein transparenter elastischer Körper 101 ist von Glasplatten 100₁ und 100₂ eingefaßt. Der elastische Körper 101 kann Silikongummi 36 enthalten (Handelsbezeichnung "KE104Gel" von Shnetsu Kagaku K. K.). Die Platten 100₁ und 100₂ können mit einem Silan- Haftmittel befestigt werden, sind parallel zur y-Achse und bilden zwischen sich einen vorbestimmten Winkel, so daß sie zusammen mit dem elastischen Körper 101 ein Prisma darstellen. Glasplatten 102₁ und 102₂ sowie ein transparenter elastischer Körper 103 sind ähnlich den Glasplatten 100₁ und 100₂ bzw. dem Körper 101. Die Glasplatten 102₁ und 102₂ sind parallel zur x-Achse und bilden zusammen mit dem Körper 103 ein Prisma.

Wenn die Glasplatten 100₁ und 100₂ oder 102₁ und 102₂ bewegt werden, verändert der elastische Körper 101 oder 103 seine Form entsprechend, so daß ein Prisma mit variablem Scheitelwinkel gebildet wird. Wenn ein Prisma in den optischen Pfad eines optischen Abbildungssystems eingefügt wird, wird das einfallende Licht und damit das Bild in Übereinstimmung mit dem Scheitelwinkel verschoben, wie allgemein bekannt ist. Wenn sich daher der Scheitelwinkel des Prismas ändert, wird das Bild kontinuierlich verscho­ ben.

Der Scheitelwinkel des von den Platten 100₁ und 100₂ sowie dem elastischen Körper 101 gebildeten Prismas wird durch Bewegen der Platte 100₂ mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Verstelleinrichtung geändert. Das Abbild des abzutastenden Bilds 52 wird daher auf dem Bildsensor 58 in x-Richtung verschoben. Der Scheitelwinkel des von den Platten 102₁ und 102₂ sowie dem elastischen Körper 103 gebildeten Prismas wird durch Bewegen der Platte 102₂ mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Verstelleinrichtung geändert. Das Abbild des abzutastenden Bilds 52 wird daher auf dem Bildsensor 58 in y-Richtung verschoben.

In gleicher Weise, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wird auch beim dritten Ausführungsbeispiel gefiltert, indem wiederholt das Bild bezüglich des Bildsensors 58 verschoben und dieser mit einer zu den Gewichtungskoeffizienten ai proportionalen Belichtungsmenge belichtet wird.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Prismas mit variablem Scheitelwinkel, das aus einer einzigen Konkav- bzw. Hohllinse 110 und einer einzigen Konvexlinse 111 besteht. Der Krümmungsradius der konkaven Oberfläche der Linse 110 hat einen zu der konvexen Oberfläche der Linse 111 entgegengesetzten Gradienten, jedoch denselben Betrag. Die konkave Oberfläche der Linse 110 und die konvexe Oberfläche der Linse 111 liegen einander gegenüber. Wenn die Konvexlinse 111 leicht verschoben wird, bildet diese Linsengruppe ein Prisma mit einem Scheitelwinkel Φ1 gemäß Fig. 9A. Wenn die Konvexlinse 111 hingegen weiter verschoben wird, bildet die Linsengruppe ein Prisma mit einem Scheitelwinkel Φ2 gemäß Fig. 9B. Mit Hilfe einer derartigen Linsenanordnung kann daher ein Prisma mit variablem Scheitelwinkel gebildet werden. Dadurch kann gefiltert werden, indem dieses Prisma anstelle des Prismas mit variablem Scheitelwinkel, bei dem der transparente elastische Körper verwendet wird, in den optischen Abbildungspfad des dritten Ausführungsbeispiels eingefügt wird.

Fig. 10 zeigt in einem schematischen Querschnitt nur die Bildverschiebungseinrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels. Elektrooptische Materialien 120₁ und 120₂ können BSO, LiNbO, KDP, PLZT und dergleichen enthalten. Transparente Elektroden 121₁, 121₂, 121₃ und 121₄ bilden zusammen mit den Materialien 120₁ und 120₂ elektrooptische Zellen. Die Elektroden 121₁ bis 121₄ enthalten vorzugsweise ITO oder dergleichen. Ein doppeltbrechendes Material 123 besteht vorzugsweise aus Kalzit. Ein weiteres doppeltbrechendes Material 124 ist halb so dick wie das Material 123. Wenn Licht 122 auf diese Bildverschiebungseinrichtung einfällt, breiten sich Normallicht 125 und abgelenktes Licht 126 durch das Material 123, dem Normallicht 125 entsprechendes Normallicht 127 und abgelenktes Licht 128 durch das Material 124 sowie dem abgelenkten Licht 126 entsprechendes Normallicht 129 und abgelenktes Licht 130 durch das Material 124 aus. Austretendes Licht 131 bis 134 entspricht jeweils dem Licht 127 bis 130.

Die transparenten Elektroden 121₁ und 121₂ sind an den beiden Oberflächen des Materials 120₁ angeordnet. Wenn an das Material 120₁ eine Spannung von ungefähr einem kV angelegt wird, dient es als Polarisationselement. Das einfallende Licht 122 wird daher in linear polarisiertes Licht umgewandelt, dessen Polarisationsebene so eingestellt ist, daß sie um 45° bezüglich der beiden Hauptachsen des Materials 120₁ geneigt ist. Wenn eine an die Elektroden 121₁ und 121₂ angelegte Spannung geeignet gesteuert wird, hat das aus dem Material 120 austretende Licht dieselbe lineare Polarisierung als das einfallende Licht 122 oder wird in der zu diesem senkrechten Polarisationsrichtung polarisiert. Das aus dem Material 120₁ austretende Licht wird in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung zu Normallicht 125 oder zu abgelenktem Licht 126 im Material 123. Wenn das abgelenkte Licht 126 an der Oberfläche des Materials 123 gebeugt wird, breitet es sich nicht in einer dem Brechungsgesetz von Snell entsprechenden Richtung, sondern in einer zu der des Normallichts 125 unterschiedlichen Richtung aus. Daher treten das Normallicht 125 und das abgelenkte Licht 126 an unterschiedlichen Stellen aus dem Material 123 aus.

Die transparenten Elektroden 121₃ und 121₄ sind auf den Oberflächen des Materials 120₂ ausgebildet. Wenn an das Material 120₂ eine Spannung angelegt wird, wird das einfallende linear polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht mit einer zu diesem um 90° gedrehten Polarisationsrichtung umgesetzt. Die Polarisationsrichtung des Normallichts 125 wird von dem Material 120₂ gesteuert und im Material 124 entweder zu Normallicht 127 oder zu abgelenktem Licht 128. Wie im Material 123 pflanzen sich das Normallicht 127 und das abgelenkte Licht 128 im Material 124 in unterschiedlichen Richtungen fort und treten an verschiedenen Stellen aus. Da das Material 124 nur halb so dick wie das Material 123 ist, ist der Abstand zwischen dem Normallicht 127 und dem abgelenkten Licht 128 im Falle des Materials 124 nur halb so groß. In ähnlicher Weise wird die Polarisationsrichtung des abgelenkten Lichts 126 von dem Material 120₂ gesteuert, so daß dieses zu Normallicht 129 oder abgelenktem Licht 130 wird. Der Abstand zwischen dem austretenden Normallicht 129 und dem austretenden abgelenkten Licht 130 ist derselbe, wie der zwischen dem Normallicht 127 und dem abgelenkten Licht 128.

Die austretenden Lichtstrahlen 131 bis 134 haben den gleichen Abstand zueinander. Welcher der Lichtstrahlen 131 bis 134 schließlich austritt, wird durch entsprechende Kombination der an die Materialien 120₁ und 120₂ angelegten Spannungen festgelegt. Dies kann beispielsweise gemäß folgender Tabelle festgelegt werden:

Da die in Fig. 10 gezeigte Einrichtung eine Bildverschiebung durchführen kann, kann die Filterung mit einer Maske aus 3×3 Bildelementen durch Verschieben des Bilds in x-Richtung unter Verwendung der austretenden Lichtstrahlen 131, 132 und 133 durchgeführt werden. Eine weitere, gleichartig aufgebaute Einrichtung kann in einem Winkel von 90° bezüglich ersterer angeordnet werden, so daß auch eine Verschiebung des Bilds in y-Richtung und damit dieselbe Verarbeitung wie beim ersten Ausführungsbeispiel durchführbar ist.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird ein gewichteter Durchschnittswert in Übereinstimmung mit der Bildelementinformation eines Abbilds eines zu lesenden Bilds 52 berechnet, die der Lage der lichtempfangenden Abschnitte des Bildsensors 58 entsprechen. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, vielmehr können die Werte von Bildelementen an irgendeiner beliebigen Position verwendet wer­ den.

Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf ein Bild und die Lage von Bildelementen, für die ein gewichteter Durchschnitt berechnet wird. Der Bildsensor 58 hat lichtempfangende Abschnitte 140₁ bis 140₉, die einen gegenseitigen Abstand a haben. Bildelemente 141₁ bis 141₉ haben einen gegenseitigen Abstand von b. Bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wurde das Bild 80 um ein ganzzahliges Vielfaches von a verschoben. Ein gefiltertes Ausgangssignal ist jedoch auch dann erzielbar, wenn ein Bild nicht um ein ganzzahliges Vielfaches von a, nämlich um b verschoben wird. So kann z. B. eine Filterung unter Verwendung einer Maske aus 3×3 Bildelementen, deren Zentrum der Abschnitt 140₅ ist, durchgeführt werden, indem die Bilddaten an dem lichtempfangenden Abschnitt 140₅ und des Bilds 80 an den Bildelementen 141₁ bis 141₉ verwendet werden. Bei der herkömmlichen elektrischen Filterung sind die verwendbaren Bildelementdaten auf diejenigen beschränkt, die den licht­ empfangenden Abschnitten des Bildsensors 58 entsprechen. Beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgerät können hingegen Bildelementdaten an beliebigen anderen Punkten verwendet werden, so daß die Flexibilität in bezug auf die Verarbeitung wesentlich erhöht ist.

Mit dem den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Bildverarbeitungsgerät kann die Auflösung beim Lesen bzw. Abtasten des Bilds gegenüber derjenigen erhöht werden, die durch die Anzahl der Bildelemente des Bildsensors vorgegeben ist.

Fig. 12 zeigt in einer Draufsicht die Positionen von Bildelementen zum Bildlesen. Bildelementpositionen 143₁ bis 143₁₆ unter Berücksichtigung der Lage der lichtempfangenden Abschnitte 140₁ bis 140₉ sowie durch "Auffüllen" bzw. Verschieben des Bilds 80 in x- und y-Richtung um die Hälfte des Abstands a der lichtempfangenden Abschnitte erhalten.

Das Bild 80 wird an den Positionen der lichtempfangenden Abschnitte 140₁ bis 140₉ abgetastet und in einem Speicher gespeichert. Wenn das Bild 80 anschließend um a/2 in x-Richtung verschoben und abgetastet wird, werden entsprechend die Bildelemente 143₁, 143₂, 143₈, 143₉, 143₁₅ und 143₁₆ gelesen und im Speicher abgelegt. Daraufhin wird das Bild 80 um a/2 in y-Richtung verschoben und die Bildelemente 143₄, 143₆, 143₁₁ und 143₁₄ werden eingelesen und im Speicher abgelegt. Schließlich wird das Bild 80 wiederum um a/2 in x-Richtung verschoben, woraufhin die Bildelemente 143₃, 143₅, 143₇, 143₁₀, 143₁₂ und 143₁₄ eingelesen und gespeichert werden. Wenn die auf diese Weise gespeicherten Bildelementdaten bzw. -signale vorbestimmten Positionen geeignet zugeordnet werden, wird die Auflösung sowohl in x- als auch in y-Richtung jeweils um das Doppelte erhöht, so daß sich die Auflösung, verglichen mit einem vom Bildsensor direkt abgetasteten Bild, insgesamt um das Vierfache erhöht.

Zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch weitere Anwendungen der Erfindung möglich. In vorstehender Beschreibung wurden als Bildverschiebungsverfahren die Bewegung des Bilds und des Bildsensors angegeben. Jedoch ist auch eine Kombination der Belichtung mit gleichzeitiger Ladungsübertragung anwendbar. So kann beispielsweise das Bild in x-Richtung durch Ladungsübertragung und in y-Richtung durch Bildverschiebung verschoben werden, so daß sowohl der Verschiebemechanismus als auch der Bildsensor sehr einfach in ihrem Aufbau gehalten werden können.

Da die Bildverarbeitung unmittelbar am Bildsensor durchgeführt wird, wird erfindungsgemäß kein Computer oder eine spezielle Hardware zur Verarbeitung der ausgelesenen elek­ trischen Signale benötigt, so daß das gesamte Gerät einfach und kostengünstig gehalten werden kann. Da alle Bildelemente zur Verarbeitung ausgerichtet sind, kann selbst dann die Verarbeitungsgeschwindigkeit gesteigert und eine große Zahl von Bildelementdaten mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden, wenn die Zahl der Bildelemente erhöht wird.

Vorstehend wurde ein Bildverarbeitungsverfahren beschrieben, bei dem ein Einzelbild mehrere Male einem Festkörper- Bildsensor ausgesetzt wird. Die auf jede Belichtung hin induzierten und entsprechend bildmäßig verteilten Ladungen werden nach Verschieben der Ladungspositionen im Bildsensor addiert und als elektrische Signale ausgelesen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Filtern eines mittels eines optoelektrischen Abtasters gelesenen Bilds, bei dem den Bildpunkten entsprechende elektrische Größen zur Bildung von Bildpunktsignalen aufsummiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der als Festkörper-Bildsensor ausgebildete optoelektrische Abtaster mehrfach mittels desselben Bilds belichtet wird, daß das Bild zwischen den Belichtungen relativ zum Fest­ körper-Bildsensor verschoben wird und daß nach der letzten Belichtung die in den Sensorzellen des Festkörper-Bildsensors bei den einzelnen Belichtungen akkumulierten Ladungen als Bildpunktsignale ausgelesen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Belichtung mit einer Lichtmenge durchgeführt wird, die proportional zu einem Gewichtungskoeffizienten für jedes Bildelement ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Bildsensor zweidimensional angeordnete lichtempfangende Abschnitte hat und daß die bildmäßige Belichtung durchgeführt wird, während das Bild bezüglich des Festkörper-Bildsensors zweidimensional bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschiebungsstrecke des Bilds zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen geringer als ein vorgegebener gegenseitiger Abstand der licht­ empfangenden Abschnitte des Festkörper-Bildsensors ist.