DE3733074A1 - Schaltungsanordnung fuer eine pixelweise korrektur der bildsignale eines aus mehreren fotoelementen bestehenden bildsensors - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer eine pixelweise korrektur der bildsignale eines aus mehreren fotoelementen bestehenden bildsensorsInfo
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen
elektro-optischen Bildsensor nach den Merkmalen des Ober
begriffs des Anspruchs 1.
Für die Abtastung von Bildern, bei der einzelne Bildpunkte
in elektrische Signale umgesetzt werden, gibt es viele be
kannte Lösungen. Bekanntestes Beispiel sind Fernsehkameras,
deren Übertragungsverhalten für die Bewertung durch das
menschliche Auge optimiert ist. Der abzutastende Gegenstand
braucht nur so weit "richtig" wiedergegeben zu werden, daß
dem Auge praktisch keine Fehler auffallen. So können verhält
nismäßig große Unterschiede zwischen der Helligkeitswieder
gabe von randliegenden und von zentrischliegenden Bilddetails
ohne weiteres erlaubt werden. Nur der Übergang vom Rand zur
Mitte muß gleichmäßig sein.
Anders sind die Anforderungen, wenn aus den elektrischen Bild
signalen automatisch Meßwerte abgeleitet werden sollen, die
quantitative Aussagen über den abgebildeten Gegenstand erlau
ben. Solche Meßwerte können entweder die geometrischen Abmes
sungen bestimmter Bilddetails betreffen oder deren Reflexions
verhalten, deren Farbwerte oder deren Strahlungsintensität.
Moderne Halbleiter-Bildsensoren enthalten viele lichtempfind
liche Teilflächen genau definierter Abmessungen in einem genau
definierten Raster. Zusammen mit verzeichnungsfreien Objektiven
sind daher genaue Geometrie-Aussagen über den abgebildeten
Gegenstand relativ leicht erreichbar.
Größere Probleme ergeben sich dagegen bei Intensitätsmessungen
(zum Beispiel für Pyrometer) und bei intensitätsbezogenen
Meßgrößen wie Reflexionsfaktor (zum Beispiel für Druckkontrast
messungen) und Farbwert (zum Beispiel für die Lackproduktion
und auch für Pyrometer). Hier sind unter anderem folgende
"Gleichmäßigkeits"-Forderungen zu erfüllen:
- - Das Objektiv muß vom Zentrum bis zum Bildrand hin gleich mäßig hell zeichnen,
- - die Objektivergütung muß für alle relevanten Lichtwellen längen und bei allen in Frage kommenden Bildstrahlwinkeln gleichmäßig wirksam sein,
- - die zu den einzelnen Bildelementen ("Pixels") gehörenden Pixel-Fotodioden müssen in bezug auf Dunkelsignal und Empfindlichkeit untereinander gleichmäßig sein,
- - bei der Messung von Reflexionsfaktor oder Körperfarbe kommt hinzu, daß die Beleuchtung über das Gegenstandsfeld hinweg gleichmäßig sein muß.
Angesichts dieser hohen Anforderungen sind Kompromisse inso
fern einzugehen, als man dem Bildsensor möglichst viel "Un
gleichmäßigkeit" zugesteht mit der Folge, daß die Abtastsi
gnale durch Unterschiede in der Elektronenausbeute der ein
zelnen Fotodioden, in den lichtempfindlichen Flächen der Foto
dioden, durch Inhomogenitäten der Beleuchtung und andere
systematische Fehler verfälscht werden. In der Fig. 1 sind
am Beispiel zweier Fotodioden FD 1, FD 2 die aufgrund der
erwähnten Ungleichmäßigkeiten entsprechend unterschiedlichen
Kennlinien dargestellt. Die beiden Kennlinien mit Fotostrom
in Abhängigkeit von der Lichtintensität unterscheiden sich zum
einen durch eine unterschiedliche mittlere Steilheit, was durch
die entsprechend unterschiedlichen Winkel α1 und α2 symbo
lisiert ist, zum anderen durch unterschiedliche Dunkelstrom-An
teile I 01 bzw. I 02, und drittens durch Linearitätsfehler Δ I,
deren Wert von der Lichtintensität abhängt. Vor einer weiteren
Verarbeitung der mit derart unterschiedlichen Fotodioden abge
tasteten Signale ist daher eine entsprechende Korrektur unver
zichtbar. Diese Korrektur betrifft sowohl die empfindlichkeits
artigen, ortsabhängigen Fehler (Photo-Response Non Uniformity
PRNUtanα1-tanα2) als auch sogenannte "Dunkelstrom"
artige Fehler (Dark Signal Non Uniformity DSNUI 01-I 02).
Im ersten Fall erfolgt die Korrektur durch eine Multiplikation
mit einem Koeffizienten, während im zweiten Fall eine Addi
tion von Summanden durchgeführt wird.
Eine derartige Korrektur, wie sie beispielsweise mit der aus
der DE-PS 25 34 235 bekannten Schaltung realisierbar ist,
kann nur teilweise befriedigen, weil für jede Fotodiode nur
ein einziger Koeffizient zur Verfügung steht, so daß die
durch die mehr oder weniger krummen oder zackigen Kennlinien
verläufe symbolisierten Empfindlichkeitsschwankungen bei
der Korrektur völlig unberücksichtigt bleiben. Außerdem hat
die bekannte Schaltung den Nachteil, daß für jedes zu korri
gierende Signal ein aufwendiger Multipliziervorgang notwendig
ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
eine Schaltungsanordnung zur Korrektur von Signalen eines aus
einer Vielzahl von Fotosensoren bestehenden Bildsensors einer
seits schaltungstechnisch möglichst einfach zu gestalten und
andererseits so weiterzubilden, daß bei der Korrektur die
unterschiedliche Empfindlichkeit der einzelnen Fotosensoren
bei verschiedenen Rohhelligkeitswerten mitberücksichtigt
werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Diese im Auf
bau sehr einfache Korrekturschaltung hat den Vorteil, daß
die korrigierten Werte ohne Multiplikation lediglich durch
einen einfachen Speicherzugriff auf tabellarisch hinterlegte
Werte unmittelbar zur Verfügung stehen, wobei pro
Pixel nicht nur ein einziger Korrekturwert sondern ent
sprechend der jeweiligen Pixelintensität mehrere unterschied
liche Korrekturwerte vorhanden sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung in Fig. 2 näher erläutert. Diese Fig. 2 zeigt
einen Bildsensor BS mit zum Beispiel 16×64=1024 matrix
artig angeordneten Fotosensoren bzw. Pixeldioden, der ausgangs
seitig mit einem programmierbaren Festwertspeicher PROM ver
bunden ist. In diesen programmierbaren Festwertspeicher PROM
ist für jedes Pixel eine individuelle Korrekturtabelle ent
halten. Der Ausgang des programmierbaren Festwertspeichers
PROM ist schließlich mit dem Eingang einer Bildverarbeitungs
einheit BVE verbunden, die unter anderem einen Taktgeber TG
und einen Zähler Z enthält. Der Taktgeber TG liefert einen
Takt an den Bildsensor BS und veranlaßt diesen, für die
einzelnen Pixeldioden nacheinander je einen n-Bit codierten
Grauwert bzw. Rohhelligkeitswert an den programmierbaren
Festwertspeicher PROM zu liefern. Bei zum Beispiel n=6 Bit
bedeutet dies jeweils einen von insgesamt 2 n=64 Grauwerten.
Mit dem Zähler Z wird jeweils eine m-Bit breite Pixelnummer
an erste Adreßeingänge des programmierbaren Festwertspeichers
PROM übertragen, so daß einerseits mit den m Bits der je
weiligen Pixelnummer (zum Beispiel 10 Bits für 1024 Pixel
dioden) und mit dem jeweils zugehörigen n-Bit breiten Grau
wert des entsprechenden Pixels, der an zweite Adreßeingänge
geführt wird, der dem Pixel und dessen Pixelintensität ent
sprechend korrigierte Wert aus der Korrekturtabelle ausgewählt
werden kann. Dieser ausgewählte korrigierte Pixelintensitäts
wert KPI wird schließlich an die Bildverarbeitungseinheit
BVE zur weiteren Aufbereitung übertragen. Die in der Korrek
turtabelle gespeicherten Korrekturwerte sind so gewählt,
daß sich letztlich für alle Fotosensoren bzw. Pixeldioden FD
eine Schar identischer Kennlinien KFD (siehe Fig. 1) ergibt,
bei denen zusätzlich der Dunkelstrom-Anteil kompensiert und
damit gegen Null korrigiert ist. Die Kennlinien KFD sind vor
zugsweise vom Nullpunkt ausgehende Geraden. Es sind aber auch
andere Kennlinienverläufe, z.B. logarithmische Kennlinien
realisierbar.
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung für einen elektro-optischen Bildsensor
zur Korrektur der aus einer Vielzahl von Fotosensoren gewon
nenen, jeweils einzelnen Bildelementen (Pixeln) zugeordneten
Bildsignale und unterschiedlichen Grauwerts, bzw. unterschied
licher Rohhelligkeit, unter Verwendung eines Korrekturwerte-
Speichers, in welchem pro Fotosensor wenigstens ein Korrektur
wert hinterlegt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß im Korrek
turwerte-Speicher pro Fotosensor mehrere, unterschiedlichen
Grauwerten bzw. Rohhelligkeitswerten zugeordnete Korrektur-
Helligkeitswerte gespeichert sind und daß diese Korrektur-
Helligkeitswerte so gewählt sind, daß sich für alle Fotosen
soren für die Beziehung zwischen Fotostrom und Lichtintensi
tät eine Schar identischer Kennlinien ergibt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrek
tur-Helligkeitswerte so gewählt sind, daß sich Kennlinien
gemäß der Funktion I=I 0+a × L ergeben, wobei I den
Fotostrom, Io den Dunkelstrom, L die Lichtintensität und
a eine Konstante bedeuten.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Korrekturhelligkeitswerte so gewählt sind, daß sich logarith
mische Kennlinien ergeben.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kor
rektur-Helligkeitswerte so gewählt sind, daß der Dunkelstrom
anteil (I 0) gegen Null korrigiert wird.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Korrek
turwerte-Speicher als programmierbarer Festwertspeicher (PROM)
ausgebildet ist, dessen Adreßeingänge in n Eingänge für
2 n Grauwerte (GW) bzw. Rohhelligkeitswerte einerseits und
m Eingänge für 2 m Fotosensoren andererseits aufgeteilt sind.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19873733074 DE3733074A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Schaltungsanordnung fuer eine pixelweise korrektur der bildsignale eines aus mehreren fotoelementen bestehenden bildsensors |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3733074A1 true DE3733074A1 (de) | 1989-04-13 |
DE3733074C2 DE3733074C2 (de) | 1993-03-25 |
Family
ID=6337316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873733074 Granted DE3733074A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Schaltungsanordnung fuer eine pixelweise korrektur der bildsignale eines aus mehreren fotoelementen bestehenden bildsensors |
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DE (1) | DE3733074A1 (de) |
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