DE3925375A1 - Verfahren zur erhoehung der aufloesung einer zeilen- oder matrixkamera - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um eine höhere Auflösung eines mit der Kamera aufgenommenen Bildes oder Meßobjektes zu erhalten als wie sie durch Verwendung einer üblichen Zeilen- oder Matrixkamera mit Halbleitersensoren gleicher Pixelzahl erreicht würde. Dazu werden wenigstens zwei dieser Sensoren in einer Kamera so versetzt angeordnet, daß das Bild über Strahlteiler auf jedem Sensor abgebildet wird.

In Fig. 1 wird beispielhaft einer Kamera mit vier Halbleitersensoren dargestellt. Das von der Kamera aufgenommene Bild wird dabei über Strahlteiler in vier Richtungen aufgeteilt. Um Reflexionen an den Grenzflächen zwischen den Strahlteilern zu vermeiden, sollten diese aus einem homogenen Baustein bestehen. Auf den vier Halbleitersensoren wird jeweils das gesamte Bild aufgebildet. Da die Halbleitersensoren um Bruchteile eines Pixels (in Abhängigkeit von der Anzahl der Halbleitersensoren) gegeneinander versetzt angeordnet sind, stehen pro Flächenelement mehr Pixel zur Aufnahme zur Verfügung als bei nur einem Halbleitersensor. Die Lichtempfindlichkeit der Kamera wird bei diesem Verfahren ebenfalls wesentlich gesteigert, da pro Flächenelement mehr Sensorzellen Licht sammeln. Die Erstellung eines hochauflösenden Bildes aus den einzelnen Aufnahmen ist nach dem Stand der Technik realisierbar.

In Fig. 2 ist eine Meßvorrichtung dargestellt, in der das Meßobjekt über parallelisierte Lichtstrahlen auf den Halbleitersensoren abgebildet wird. Eine solche Vorrichtung bietet als Vorteil neben der hohen Auflösung auch eine relativ hohe Meßfrequenz.

Voraussetzung bei Anwendung mehrerer Strahlteiler ist eine ausreichende Brennweite der Kameraoptik, die gegebenenfalls modifiziert werden muß.

Um die Anzahl der Halbleitersensoren für sehr hohe Auflösungen nicht zu sehr zu erhöhen, ist eine Kombination der Strahlteiler mit piezoelektrischen Stellgliedern mögliches, die das Bild zusätzlich abscannen. So kann z. B. für Farbkameras hohe Farbkonvergenz mit sehr hoher Auflösung erzielt werden, da je die Anzahl der Strahlteiler nicht beliebig erhöht werden kann.

Der Einsatz von Zeilen- und Matrixkameras auf Halbleiterbasis ist sowohl als Meßsensor in der Meßtechnik als auch als Bildaufnehmer in Camcordern, TV-Kameras, Bildverarbeitungssystemen usw. bekannt. Die Auflösung des Meßobjektes bzw. des Bildes hängt dabei von der Anzahl der Pixel des Zeilen- oder Matrixsensors ab. Wenn höhere Auflösungen wie in Farbkopierern, Scannern oder Telefaxgeräten oder in der Meßtechnik benötigt werden, benutzt man Zeilensensoren. Eine zweidimensionale Abbildung wird hierbei durch Verfahren des Zeilensensors oder des Meßobjektes bzw. des Bildes erzeugt. Zeilensensoren haben somit eine hohe Bildaufbauzeit und sind z. B. nicht TV-tauglich.

Eine höhere Auflösung kann durch eine größere Pixeldichte des Halbleiterleitersensors erreicht werden, was aber zu hohen finanziellen Aufwendungen für den Sensor führt. In den Anmeldungen DE-OS 30 33 260, DE-OS 34 22 669 und DE-OS 37 31 531 sind Verfahren beschrieben, welche eine erhöhte Auflösung von Zeilen- bzw. Matrixkameras über eine spezielle Auswertung des anliegenden Kamerasignals erreichen. Diese Verfahren sind aber auf Abbildungen intransparenter Objekte beschränkt.

Ein anderes Verfahren, die Auflösung einer Halbleiterkamera zu erhöhen, ist das Verfahren des Sensors mit piezoelektrischen Stellgliedern (VDI Nachrichten Nr. 29, Düsseldorf, 21. Juli 1989, S. 14). Mehrere Aufnahmen eines unbewegten Bildes oder eines Meßobjektes werden über einem Rechner zu einer einzelnen, hochauflösenden Abbildung zusammengesetzt. In Abhängigkeit von der Auflösung kann das Erstellen einer Abbildung mehrere Sekunden dauern. Zudem stellen die einzelnen Aufnahmen das Objekt jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten dar.

In der Meßtechnik werden Halbleitersensoren zur Erhöhung der Auflösung parallel angeordnet. Dabei sind diese Sensoren um Bruchteile einex Pixels nebeneinander versetzt. Die überlagerten Aufnahmen eines Objektes sind jedoch immer Abbildungen eines anderen Teils des Objektes.

In RGB-Halbleiterkameras werden ortsgleiche Aufnahmen für die jeweilige Farbe durch Aufteilen der Farbanteile über einem Prismenblock auf drei Halbleitersensoren erreicht. Nachteilig ist die schlechte Farbkonvergenz durch thermische Drift. Eine andere Möglichkeit ist das pixelweise Verschieben des Halbleitersensors, was aber wiederum zu zeitlich versetzten Aufnahmen führt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erhöhung der Auflösung und Lichtempfindlichkeit von Zeilen- und Matrixkameras mit Halbleitersensoren, gekennzeichnet durch Verwendung von mindestens zwei Halbleitersensoren und von einer entsprechenden Anzahl Strahlteilern, so daß sich die Anzahl Licht sammelnder Pixel pro abgebildetem Flächenelement erhöht. Zeilensensoren sind dabei nur eindimensional, Matrixsensoren können sowohl eindimensional als auch zweidimensional um Bruchteile der Abmessungen eines Pixels relativ zur optischen Achse des Kamerasystems versetzt sein.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein Laserstrahler oder parallelisiertes Licht benutzt wird.

3. Verfahren zur Gewährleistung einer besseren Farbkonvergenz durch gleiche Abtastorte für Rot, Grün und Blau bei Farbkameras auf Halbleiterbasis, gekennzeichnet durch die Verwendung von mindestens drei Halbleitersensoren in Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von Strahlteilern. Die Halbleitersensoren sind dabei um ganze Pixelabstände relativ zur optischen Achse der Kamera versetzt.

4. Verfahren zur Erhöhung der Auflösung und Lichtempfindlichkeit sowie der Farbkonverganz von Halbleiterkameras, gekennzeichnet durch Kombination der Verfahren 1 und 2 mit Verfahren 3.

5. Verfahren zur Erhöhung der Auflösung und Lichtempfindlichkeit sowie der Farbkonverganz von Halbleiterkameras gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch Kombination dieser Verfahren mit mindestens einem Stellglied zum taktweisen Verschieben der Strahlteiler.