DE3744128C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur programmierten Ansteuerung von Halbleiter-Bildsensoren zur Erfassung vorgewählter Teilbereiche eines Bildes. Es umfaßt die schnelle programmierte Generierung von digitalen Steuerworten zur Ansteuerung von CCD- und Photodioden-Matrixarrays (Halbleiter­ bildsensoren/Halbleiterkameras.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese digitalen Steuersignale zu erzeugen. Die erste Möglichkeit ist der Aufbau von Steuerwerken, die durch Zustandsabfrage des Zielsystems, z. B. eines Bildsensors, mit dem Zustand starr verknüpfte Steuersignale erzeugen. Eine zweite Möglichkeit ist die speicherprogrammierbare Steuerung. Hierbei wird jedes einzelne Steuerwort des Steuerablaufs in einem Speicher abgelegt. Die Ansteuerung des Zeilsystems, geschieht dadurch, daß ein DMA-Controller oder Adreßzähler den Speicher adressiert und dadurch die Steuerworte über dem Datenbus am Zielsystem anliegen. Ein drittes Verfahren besteht darin, daß die Steuerwortfolge in Form von Algorithmen auf einem Prozessor programmiert und von diesem direkt ausgegeben wird. Beispielsweise ist in der US-PS 42 76 609 die Anwahl der Elemente eines CCD-Matrixarrays mit Hilfe eines Computers (in einem anderen Sachzusammenhang) beschrieben.

Die Nachteile von Steuerwerken sind ihr hoher Hardwareaufwand und die sehr geringe Flexibilität. Spei­ cherprogrammierbare Steuerungen erfordern einen sehr großen Speicher. Zudem sind extern getriggerte Steuerprogrammsprünge ohne zeitlichen Verzug nicht ausführbar. Der Nachteil einer reinen Prozessorsteuerung ist die relativ geringe Geschwindigkeit, mit der die Steuerworte erzeugt werden. Eine Möglichkeit, dies auszugleichen, sind parallele Prozessorstrukturen, die wiederum sehr aufwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur programmierten Ansteuerung von Halbleiter-Bildsensoren zur Erfassung eines vorgewählten Teilbereiches eines Bildes zur Verfügung zu stellen, welches sich durch hohe Geschwindigkeit und Flexibilität bei relativ geringem technischen Aufwand auszeichnet. Es sollen die Vorteile einer reinen speicher­ programmierbaren Steuerung mit den Vorteilen einer pro­ zessorgeführten Steuerung verbunden werden, ohne die Nachteile beider Methoden in Kauf zu nehmen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird erreicht, daß nicht die Videosignale zu allen Bildpunkten von der Halbleiterkamera ausgegeben und anschließend aus dem Gesamtbild die gewünschten Informationen extrahiert werden, sondern nur vorgewählte Bildbereiche mit dem Sensor erfaßt werden. Dies ist z. B. hilfreich bei der Spektroskopie mit Halbleiter-Bildsensoren, wenn nur bestimmte Spektralbereiche in sehr kurzer Zeit aufzunehmen sind.

DMA-Controller (im folgenden auch als DMAC bezeichnet) sind bekannt (z. B. Intel-Firmenschrift 231202-003 vom Sept. 1986).

Digitale Steuersignale für den Halbleiter-Bildsensor werden gemäß dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel programmiert generiert, indem ein oder mehrere DMA-Controller verwendet werden, der bzw. die eine Registerstruktur nach Fig. 2 aufweisen und so programmiert sind, daß ein Transfer von Daten entsprechend Fig. 3 möglich ist. Fig. 1 zeigt die Busstruktur der Anordnung.

Eine CPU (1) programmiert über die Busschnittstellen (5)/(6) und einem Systembus (8) die Hauptregister (10) (Fig. 2) des DMA-Controllers (2) und lädt Kanalprogramme (12) bestehend aus einer Reihe von Kommandoblöcken in einen Kommandoblockspeicher (3). Anschließend überträgt der DMAC selbständig den ersten Kommandoblock - CCB 1 (13) - aus dem Speicher (3) in seine Kanalregister (11).

Fig. 3 zeigt das Prinzip der Datenübertragung zwischen Speicher (3), DMAC (2) und Bildsensor (4). Von den Kanalregistern (11) enthält das Register (14) das Steuerwort (15), ein anderes Register bestimmt die Anzahl n, mit der das Steuerwort wiederholt übertragen wird. Zur Anpassung der Steuerworte (15) an die jeweiligen Zeitbedingungen ("timing") des verwendeten Bildsensors (4) muß dem Bildsensor eine geeignete Steuerlogik (16) vorgeschaltet werden.

Gestartet wird der Steuerworttransfer durch ein externes Synchronisationssignal. Wenn der interne Zähler des DMAC die programmierte Anzahl von Transfers erreicht hat, wird der nächste Kommandoblock aus dem Speicher in die Kanalregister (11) geladen - CCB 2 bis CCB N (13). Während dieser Phase verharrt der Bildsensor (4) in dem Zustand, der von dem letzten Steuerwort (15) gesetzt wurde. Durch die Kettung von Kommandoblöcken können komplexe Ablaufprogramme (12) mit Sprüngen und Schleifen erstellt werden.

Die Synchronisation zwischen DMAC und Sensor wird erreicht durch Verwendung des DMA-Transfersignals (17) als Takt für den Bildsensor (4).

Fig. 4 zeigt am Beispiel des Bildsensors MC 9256 der Firma Reticon das Zeitdiagramm der Eingangs- und Ausgangssignale beim gezielten Überspringen von nicht auszulesenden Bildsensorzeilen. Der Masterclock (MCLK) ist das DMA-Transfersignal (17), durch das DMAC und Kamera miteinander synchronisiert werden. Es ist inaktiv, wenn Kommandoblöcke transferiert werden (CBTR-Phase). LTRD (Line Transfer and Row Clock Disconnect), RCLK (Row Clock) und LT (Line Transfer) sind Steuerbits des Steuerwortes (15). Ist LTRD aktiv (= 1), so wirken die Steuersignale MCLK, RCLK und LT direkt auf den Sensor (Modus IV). RCLK betätigt das interne Schieberegister und wählt eine bestimmte Sensorzeile an. Die übersprungenen Zeilen werden dabei nicht ausgelesen. Wenn die zu erfassende Kamerazeile (Zeile N + M) adressiert ist, wird mit einem neuen Steuerwort LT aktiviert. Damit wird eine komplette Zeile in ein Ausleseregister übertragen. Anschließend werden mit MCLK die Videosignale der Zeile seriell ausgelesen.

Das Verfahren ermöglicht eine digitale Steuerung, die in Verbindung mit Halbleiter- Bildsensoren Steuerungen nach anderen Verfahren überlegen ist. Hiermit können komplexe und lange Steuerwortfolgen generiert werden. Dafür wird wesentlich weniger Speicherplatz benötigt als bei den speicher- programmierbaren Steuerungen. Die Geschwindigkeit der Steuersignalerzeugung ist aber hier vergleichbar mit deren hoher Ausgabegeschwindigkeit. Auch kann die Steuerung von einem externen Rechner einfach programmiert und durch Ereignisse von außen zu bestimmten Zeiten getriggert werden. Die Erfindung ist mit relativ geringem technischen Aufwand realisierbar.

Claims (4)

1. Verfahren zur programmierten Ansteuerung von Halbleiter- Bildsensoren zur Erfassung vorgewählter Teilbereiche eines Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerworte für die Erfassung eines vorgewählten Teilbereichs eines Bildes des Halbleiter-Bildsensors mit Hilfe eines DMA-Controllers generiert werden, wobei je ein Steuerwort und eine zugehörige Transferzahl n, mit der das Steuerwort wiederholt an den Halbleiter-Bildsensor zu übertragen ist, als Kommandoblock von dem DMA-Controller selbständig aus einem Kommandoblockspeicher geladen und in Kanalregistern des DMA-Controllers abgelegt wird und die Steuerworte aus den Kanalregistern mehrfach nacheinander entsprechend der Transferzahl n ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation zwischen dem DMA-Controller und dem Halbleiter- Bildsensor das der Transferzahl n zugeordnete Transfersignal als Halbleiter-Bildsensortakt verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transfer der Steuerworte durch eine dem DMA-Controller nachgeschaltete Steuerlogik den Zeitbedingungen des Halbleiter- Bildsensors angepaßt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommandoblockspeicher und der DMA- Controller über umschaltbare Schnittstellen von einem externen Rechner programmiert werden.