DE4024570A1 - Anordnung zur dunkelstromkompensation in einem bildprozessor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dunkelstromkompensation in einem Bildprozessor und umfaßt daher auch Bildsignalverarbeitungssysteme mit Dunkelstrom­ kompensation. Ein Bildsignalverarbeitungssystem wertet in einem Bild oder einem Abbild vorhandene Objekte aus und macht im allgemeinen von einem CCD-Bildgerät Gebrauch.

Hintergrund der Erfindung

Gleichermaßen wie die automatisierten Fertigungs­ einrichtungen und Roboter immer ausgeklügelter werden, ist es erwünscht, diesen Ausrüstungen und Anlagen Seh­ vermögen zu geben. Diese Fertigungsanlagen wären dann in der Lage, die Position der zu fertigenden Gegenstände zu lokalisieren und die Gegenstände im Hinblick auf das Vorhandensein von Bauteilen oder Baukomponenten zu über­ prüfen als auch den richtigen Ort und die richtige Ab­ messung von spezifischen Eigenheiten zu überwachen. Zu diesem Zweck hat man bereits verschiedenartige Sehsysteme angewendet, um ein- oder zweidimensionale elektrische Bilder von Werkstücken zu erzeugen, die dann elektronisch analysiert werden können.

Herkömmliche CCD-Bildwandler oder Bildsensoren sind häufig in diesen Sehsystemen eingesetzt worden. Ein CCD- Bildgerät besteht aus einer ein- oder zweidimensionalen Anordnung aus Detektorelementen, die im Verhältnis zu der auftreffenden Lichtintensität elektrische Ladung akkumu­ lieren. Nachdem man die Ladung über einen gewissen Zeit­ raum akkumulieren läßt, werden dann die Detektorelemente sequentiell abgetastet und in Entsprechung zu der Ladung in jedem Element wird ein Videosignal gewonnen. Das re­ sultierende Videosignal stellt ein zu analysierendes Bild dar.

In jedem Detektorelement wird eine gewisse Ladung akkumuliert, selbst wenn kein Licht auf das Element auf­ trifft. Tastet man ein solches Detektorelement ab, erhält man einen "Dunkelstrom", der der Eigenladungsakkumulierung entspricht. Der Dunkelstrom ist eine Funktion der Tempe­ ratur, der Zeitspanne, während der es einer Ladung ge­ stattet war, sich in dem Detektorelement aufzubauen, und der elektrischen Eigenschaften des Bildsensors oder Bildwandlers. Selbst Detektorelemente, die Licht ausge­ setzt sind, bilden einen akkumulierten Ladungsanteil, der auf den Aufbau von Eigenladung zurückzuführen ist.

Bei einem gewöhnlichen Bildanalyseverfahren werden solche Bildelemente des Bildes verarbeitet, die eine Luminanz oberhalb oder unterhalb eines eingestellten Schwellenwerts zeigen. So können beispielsweise sehr helle Bildelemente mit einer Luminanz oberhalb eines relativ hohen Schwellenwerts ausgezählt werden, und die entstandene Summe kann als Analyseparameter herangezogen werden. Bei dieser Technik kann der Dunkelstrombeitrag zum Videosignal des CCD-Bildwandlers einen beachtlichen Einfluß auf die Bildanalyse haben, da dadurch der relative Betrag der Videosignalluminanz beeinträchtigt wird.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Ein Bildprozessor enthält drei Teile, und zwar jeweils ein Teil für die Bilderfassung, Bildverarbeitung und Videoausgangssignalerzeugung. Die drei Teile sind über einen Adreßbus, einen Datenbus und einen Satz von Steuer­ signalleitungen miteinander verbunden.

Das Bilderfassungsteil enthält eine CCD-Bildsensor­ anordnung, die ein elektrisches Signal erzeugt, das das Bild darstellt. Der Bildsensor enthält ein Teil, das ein Signal erzeugt, das die Dunkelstromkomponente des Bildsignals dar­ stellt. Ein Analog/Digital-Umsetzer digitalisiert das Bild­ signal des Bildsensors in eine Reihe Multi-Bit-Zahlen.

Eine Verknüpfungs- oder Torschaltung legt einige der niedrigstwertigsten Bits im Ausgangssignal des Analog/ Digital-Umsetzers an eine Steuerschaltung einer Dunkel­ stromreferenzspannungsquelle an. Während des Anfangsab­ schnitts des den Dunkelstrom darstellenden Bildsensor­ ausgangssignals werden diese Bits zu der Steuerschaltung torgesteuert.

Das Bilderfassungsteil weist eine Einrichtung auf, die das Ausgangssignal der Dunkelstromreferenzspannungs­ quelle von dem Bildsensorsignal subtrahiert. Während der Erfassung des Anfangsabschnitts des Sensorausgangssignals wird eine Rückführschleife gebildet, um die Referenz­ spannungsquelle einzustellen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Dunkelstrom proportional ist. Das Aus­ gangssignal der Referenzspannungsquelle bleibt erhalten und wird dann fortwährend von dem Teil des Sensorsignals subtrahiert, welches das Bild darstellt. Das resultierende Bildsignal wird auf diese Weise gegenüber Auswirkungen durch Dunkelstrom kompensiert.

Generelle Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, die ein Signal von einem Bild­ wandler, insbesondere einem CCD-Bildsensor, gegenüber Dunkelstrom kompensiert.

Nach der Erfindung wird insbesondere eine digitali­ sierte Form des Dunkelstroms vom Bildsensor verwendet, um die Kompensation auszuführen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine bildliche Darstellung eines programmierbaren Steuerungssystems, das von einem nach der Erfindung ausgebildeten Bildprozessor Gebrauch macht, und

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der elektrischen Schaltungsanordnung des Bildprozessors.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche speicherprogrammier­ bare Steuerung 10, beispielsweise ein Allen-Bradley PLC-2/ 15 System, die Programmbefehle ausführt, um eine Maschine zu betreiben. Die Steuerung 10 enthält ein Gestell oder einen Rahmen 11, in welchem eine Anzahl Funktionsmodule 13 bis 17 untergebracht sind, die über eine Mutterplatte innerhalb des Rahmens miteinander verbunden sind. Der Rahmen 11 enthält eine Energieversorgung 12, die elek­ trische Energie für alle Funktionsmodule bereitstellt. Ein Prozessormodul 13 dient zur Speicherung und Ausführung eines anwenderdefinierten Steuerprogramms, das den Be­ trieb der Maschine leitet. Im Gestell oder Rahmen 11 be­ findet sich noch eine Anzahl Eingabe/Ausgabe (E/A)- Module 14 bis 17, die den Prozessormodul 13 mit Fühl- und Betätigungsvorrichtungen der gesteuerten Maschine schnittstellenmäßig verbinden. Zu diesen Modulen zählt ein analoger Eingabemodul 15, der von einer Fühlvorrich­ tung Daten in Form eines analogen Stromsignals zwischen 4 und 20 mA erhält. Dieser Eingabemodul 15 digitalisiert das analoge Signal zur Übertragung zum Prozessormodul 13. Ein herkömmlicher diskreter Gleichsignal-Eingabemodul 16 hat acht Eingangsanschlüsse 19, an die separate Gleich­ spannungen gelegt werden können. Typischerweise stellt jede dieser Gleichspannungen den Zustand eines Fühl- oder Sensorschalters dar, der auf einen bestimmten Zustand der gesteuerten Maschine anspricht. Ein serieller Kommunika­ tionsmodul 17 sorgt für den Datentransfer zwischen dem Rahmen 11 und einem Ferngerät, und zwar unter Verwendung eines standardisierten seriellen Protokolls.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten System sind die Eingangsanschlüsse sowohl des analogen Eingabemoduls 15 als auch des Gleichsignal-Eingabemoduls 16 an Ausgänge angeschlossen, die von einem Zeilenabtastbildprozessor 20 stammen. Der Bildprozessor 20 ist oberhalb eines Werk­ stücks 18 so positioniert, daß Kennzeichen oder Merkmale des Werkstücks mittels einer Linse 21 auf einen Zeilen­ abtastsensor innerhalb des Bildprozessors geworfen wer­ den. Das Werkstück 18 kann von Hand unterhalb des Bild­ prozessors 20 angeordnet werden, es kann aber auch längs einer Fertigungsstraße (nicht gezeigt) bewegt werden. Der Bildprozessor 20 erzeugt ein zweidimensionales Video­ bild, das auf einem mit dem Prozessor verbundenen Moni­ tor 22 angezeigt oder dargestellt wird. Die Darstellung auf dem Monitor 22 zeigt die Luminanzpegel von Bildele­ menten in dem linearen Bild des Zeilenabtastsensors und veranschaulicht die Ergebnisse der Bildverarbeitung. Der hier benutzte Begriff "Bildelement" bezieht sich auf den Teil des linearen Bildes, der jedem Bildort oder jeder Bildstelle eines Bildsensors im Prozessor 20 ent­ spricht.

Ein Lichtstift oder Lichtgriffel 24 ist mit dem Bildprozessor 20 in einer solchen Weise verbunden, daß der Anwender auf dem Schirm des Monitors 22 dargestellte Symbole auswählen kann, um den Prozessor zu konfigurie­ ren. Sobald der Bildprozessor konfiguriert ist und ein Werkstück be- oder auswerten kann, können der Monitor 22 und der Lichtgriffel 24 voneinander getrennt werden, falls eine weitere Überwachung der Arbeitsweise des Prozessors nicht erforderlich ist.

Die Eigenheiten und Arbeitsweise des Bildprozessors 20 entsprechen generell denjenigen eines bereits an anderer Stelle vorgeschlagenen Bildprozessors. Der Bild­ prozessor 20 erzeugt ein lineares Bild des Werkstücks, das in ein binäres Bild digitalisiert wird. Der Anwender definiert einige Bereiche innerhalb des linearen Bildes und der Prozessor wertet die Bildelemente in jedem Be­ reich aus. So kann man beispielsweise die Anzahl der durch Binärumsetzung gewonnenen weißen oder schwarzen Bildelemente in einem definierten Bereich auszählen. Das Ergebnis der Auswertung wird mit den vordefinierten oberen und unteren Grenzen verglichen, und das Ergebnis des Vergleiches wird über ein Kabel 23 in jedem von zwei Formaten der programmierbaren Steuerung 10 zugeführt. Das erste Format ist ein binäres Entscheidungsbit, das dar­ stellt, ob das Auswerteergebnis innerhalb der oberen und unteren Grenzen ist. Dieses Entscheidungsbit wird an einen Eingang des Gleichsignal-Eingabemoduls 16 gelegt. Der Bildprozessor 20 erzeugt auch ein 4 bis 20 mA dar­ stellendes Stromsignal in Entsprechung zu der Größe eines ausgewählten Auswerteergebnisses. Dieses Stromsignal wird an den analogen Eingabemodul 15 gelegt.

Der Bildprozessor 20 enthält nicht nur den Zeilen­ abtastsensor, sondern auch die gesamte Logik zum Inter­ pretieren des linearen Bildes gemäß den anwenderdefinier­ ten Parametern und zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die die Ergebnisse dieser Interpretation darstellen. Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltungsanordnung des Bild­ prozessors, der in ein Bilderfassungsteil 31, ein Bild­ analyseteil 32 und einen Videodisplay- oder Videoanzeige­ signalgenerator 33 unterteilt ist. Jedes dieser drei Teile und deren Bestandteile oder Komponenten sind über einen Satz aus drei Bussen miteinander verbunden, und zwar einen 8-Bit-Paralleldatenbus 26, einen 16-Bit-Parallel- Adreßbus 27 und einen Bus 28 aus einzelnen Steuerleitun­ gen, die sich zwischen verschiedenartigen Komponenten des Bildprozessors 20 erstrecken. Die Abschnitte der Busse 26 bis 28, die sich in das Bilderfassungsteil 31 erstrecken, sind von den Abschnitten, die sich zwischen dem Bild­ analyseteil 32 und dem Videodisplaysignalgenerator 33 erstrecken, getrennt. Diese Trennung erfolgt durch drei Sätze 3-Zustands-Datentrennstufen (Tri-State- Datenpuffer) 34, 35 und 36, die durch ein Signal an einer Leitung 38 vom Bilderfassungsteil 31 gesteuert werden. Wird ein Bild gerade erfaßt, dann sind die Trennstufen in ihrem Tristate-Zustand, in welchem die Busabschnitte innerhalb des Bilderfassungsteils ab­ getrennt sind, um eine Buskonkurrenz oder Busüberlap­ pung mit den anderen Teilen 32 und 33 des Bildprozessors zu vermeiden. Findet keine Bilderfassung statt, dann verbinden die Trennstufen 34 bis 36 die Busabschnitte miteinander, so daß das Bildanalyseteil 32 Zugriff zu den Bilddaten im Abschnitt 31 hat.

Obgleich das Bildanalyseteil 32 und der Video­ displaysignalgenerator 33 Schaltungen enthalten, die vergleichbar zu den an anderer Stelle (US-Patentanmel­ dung Serial No. 07/2 02 198) beschriebenen Schaltungen sind, hat der hier beschriebene Bildprozessor 20 ein neuartiges Bilderfassungsteil, das nachstehend im einzelnen erläutert wird. So enthält das Bilderfassungs­ teil 31 einen Zeilenabtastbildsensor 40, beispielsweise ein Modell TCD 142D, hergestellt von Toshiba America, Inc. Diese Art von Sensor hat 2048 einzelne Detektor­ orte oder Detektorstellen, die längs einer einzigen Linie oder Zeile angeordnet sind, wobei jede Stelle einem Bild­ element in dem vom Sensor erzeugten Bild entspricht. Der Sensor 40 ist ein CCD-Bildwandler (CCD = ladungs­ gekoppeltes Element), der bei Aktivierung innerhalb der Ladungsstellen als Funktion der auf jede Stelle auf­ treffenden Lichtintensität eine Ladung akkumuliert. Die Detektorstellenladungen werden mit Hilfe eines Signals von einem Sensortaktgeber 47 sequentiell herausgetaktet, wodurch an einer Leitung 41 ein analoges Ausgangssignal erzeugt wird, das seriell den Helligkeitspegel jedes Bildelements darstellt. Die Sensorausgangsleitung 41 ist über einen Kondensator 42 und einen Widerstand 43 an einen Eingang eines Bildsignalverstärkers 44 ange­ schlossen. Ein Widerstand 46 sieht einen Rückführpfad vom Ausgang des Verstärkers 44 zu seinem Eingang vor.

Das verstärkte Bildsignal wird an den Eingang eines Analog/Digital-Umsetzers 48 gelegt, der ein Zeit­ gabe- oder Taktsignal vom Sensortaktgeber 47 erhält. Der Analog/Digital-Umsetzer 48 setzt das analoge Signal in eine Reihe von Datenbytes um, von denen jedes die Helligkeit eines Bildelements in Form eines von 64 digitalen Graustufenwerten darstellt. In Abhängigkeit von den Signalen vom Sensortaktgeber 47 wird jeder digitale Graustufenhelligkeitswert auf den Datenbus 26 gegeben.

Der Multi-Bit-Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 48 ist über den Paralleldatenbus 26 mit den Daten­ anschlüssen eines Bildspeichers mit direktem Zugriff (Bild-RAM) 49 verbunden. Der Bild-RAM 49 ist ein sta­ tischer 8K × 8-Speicher, der somit vier Sätze von Speicherplätzen vorsieht, in denen separate Bilder gespeichert werden können. Die Auswahl des spezifischen Satzes von Speicherplätzen in dem Bild-RAM 49, in die Daten eingespeichert oder von denen Daten aufeinander­ folgend ausgelesen werden können, wird durch ein Aus­ gangssignal auf einer Datenverbindung 58 von einem Satz von Steuerdatenlatches 57 gesteuert. Wenn die Hellig­ keitsdaten der Bildelemente vom Analog/Digital-Umsetzer 48 gerade an den Datenbus abgegeben werden, legt eine Bildspeichersteuereinheit 59 ein Steuersignal an den Bild-RAM 49 und setzt ihn dadurch in den Schreibmodus. Gleichzeitig legt die Bildspeichersteuereinheit 59 ein Adreßsignal über den Adreßbus 27 an den Bild-RAM 49, um sequentiell Zugriff zu den Speicherplätzen dieses Speichers zu erlangen und darin das erfaßte Bild zu speichern. Die Sequenz oder Aufeinanderfolge der Adressen geschieht in Abhängigkeit von einem Signal vom Sensor­ taktgeber 47.

Ein anderer Ausgang von einem Steuerlatch innerhalb des Latchsatzes 47 liefert ein Signal, das mit ERFASSEN bezeichnet ist, das dem Sensortaktgeber 47 und der Bildspeichersteuereinheit 59 befiehlt, daß ein neues Bild erfaßt werden soll. Die Steuerlatches 47 sind mit dem Datenbus 26 verbunden und erhalten Steuersignale von den Steuerleitungen 28. Die Steuerbefehle von dem Bildanalyseteil 32 werden in den Steuerlatches 57 ge­ speichert.

Wenn das Bildanalyseteil 32 die Analyse von Bild­ daten anfordert, erzeugt dieses Teil über die Lei­ tungen 28 Steuersignale, um den Bild-RAM 49 in den Lesemodus zu bringen. Es werden dann Speicherplätze in dem Bild-RAM 49 durch das Bildanalyseteil 32 adressiert, um die Bilddaten über den Datenbus 26 zu erhalten. Die Ergebnisse der Analyse werden zu dem Videodisplaysignalgenerator 33 geschickt und zu der programmierbaren Steuerung 10 über die Ausgabesignal­ leitungen des Kabels 23.

Der Rest der Bilderfassungsteilschaltung, der in Fig. 2 dargestellt ist, sieht einen Kompensations­ mechanismus für den Dunkelstrom vor, der vom Bildsensor 40 erzeugt wird. Dieser Anteil der Schaltung enthält vier NAND-Glieder 51, 52, 53 und 54 mit dualem Eingang und offener Drain. Ein Eingang jedes NAND-Glieds ist mit einer gemeinsamen Steuersignalleitung 50 vom Sensortaktgeber 47 verbunden. Der andere Eingang jedes NAND-Glieds 51 bis 54 ist jeweils mit einer anderen der vier niedrigstwertigen Bit-Leitungen des Datenbusses 26 verbunden. Die Ausgänge der vier NAND-Glieder 51 bis 54 führen zu einem gemeinsamen Knoten 55, so daß die an diesen Ausgängen auftretenden Ausgangssignale einer logischen ODER-Verknüpfung unterzogen werden.

Der Knoten 55 ist über einen Widerstand 56 mit der Gate-Elektrode eines ersten Transistors 60 verbunden. Die Gate-Elektrode ist außerdem über einen Pull-Up- Widerstand 62 mit einer positiven Versorgungsspannung +V verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors 60 ist über einen Widerstand 63 mit der positiven Versor­ gungsspannung +V verbunden und außerdem mit dem Emitter eines zweiten Transistors 64. Die Source-Elektrode des ersten Transistors 60 ist an die Schaltungsmasse ange­ schlossen. Die Base-Elektrode des zweiten Transistors 64 ist mit der positiven Versorgungsspannung +V über einen als Diode geschalteten Transistor und eine Zener-Diode 67 verbunden. Ein Widerstand 68 verbindet außerdem die Base-Elektrode des zweiten Transistors 64 mit Schaltungsmasse. Die Zener-Diode 67, der Transistor 66 und der Widerstand 68 bilden eine temperaturabhängige Vorspannung für die Base-Elektrode des zweiten Transi­ stors 64. Die Leitfähigkeit des zweiten Transistors hängt daher ab von der Temperatur des Bildprozessors.

Die Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors 64 ist mit einem Knoten 69 verbunden, und zwischen diesem Knoten 69 und Schaltungsmasse ist ein Kondensator 70 geschaltet. Ein Entladungstransistor 72 ist mit seiner Source-Drain-Leitbahn dem Kondensator 70 parallelge­ schaltet. Ein Widerstand 74 verbindet die Gate-Elek­ trode des Entladungstransistors 72 mit einer Steuer­ signalleitung 75, die von der Bildspeichersteuerein­ heit 59 kommt. Die Steuersignalleitung 75 ist außerdem mit einem Eingangsanschluß des Sensortaktgebers 47 verbunden.

Die Transistoren 64 und 66, die Zener-Diode 67 und die Widerstände 63 und 68 bilden eine temperatur­ kompensierte Stromquelle, die dazu dient, eine Ladung auf den Kondensator 70 zu geben. Die durch die Ladung des Kondensators 70 hervorgerufene Spannung wird dazu verwendet, um eine Dunkelstromkompensationsspannungs­ quelle vorzusehen. Die durch die Ladung des Kondensa­ tors 70 am Knoten 69 hervorgerufene Spannung entspricht dem Betrag des Dunkelstroms vom Bildsensor 40. Der Knoten 69 der Dunkelstromkompensationsspannungsquelle ist mit dem Eingang eines nicht invertierenden Verstär­ kers 76 mit einem Verstärkungsgrad von 1 verbunden. Ein Widerstand 78 verbindet den Ausgang des nicht invertierenden Einheitsverstärkers 76 mit dem Eingang 45 des Bildsignalverstärkers 44. Diese Verbindung kombiniert die Spannung vom Knoten 69 mit dem Bild­ signal, um aus diesem Signal Dunkelstromeffekte zu entfernen.

Der CCD-Bildsensor 40 enthält eine Vielzahl Detektorstellen, die gegenüber Beleuchtung abgeschirmt sind. Vor dem Heraustakten der Detektorstellen, die Ladung speichern, welche dem abgefühlten Bild entspricht, werden die Ladungen aus den abgeschirmten Stellen herausgetaktet, um ein elektrisches Signal zu gewin­ nen, das repräsentativ für den Dunkelstrom aus dem Sensor ist. Das von jeder abgeschirmten Stelle erzeugte Signal wird nachstehend als Dunkelstrompixel bezeichnet. Diese Dunkelstrompixel werden durch den Bildsignalver­ stärker 44 getaktet und im Analog/Digital-Umsetzer 48 digitalisiert, um auf dem Bus 26 eine Reihe digitaler Multi-Bit-Zahlen zu gewinnen, die der Größe des Dunkelstroms entsprechen. Da, beginnend mit dem ersten, jedes übernächste dieser Dunkelstrompixel aus dem Sensor 40 herausgetaktet und auf den Datenbus 26 gegeben wird, erzeugt der Sensortaktgeber 47 einen Impuls mit einem hohen logischen Pegel an der Leitung 50, der einem Eingang aller NAND-Glieder 51 bis 54 zugeführt wird.

Wenigstens eines der vier niedrigstwertigen Bits des Digitalwerts des an den Datenbus 26 gelegten ersten Dunkelstrompixels wird einen hohen logischen Wert oder Pegel haben. Daher wird wenigstens bei einem der vier NAND-Glieder 51 bis 54 ein hoher logischer Pegel an beiden Eingängen auftreten, so daß am Knoten 55 ein niedriger logischer Wert oder Pegel entsteht. Dieser niedrige logische Pegel schaltet den ersten Transistor 60 aus, wodurch ein kurzer Stromimpuls durch den zwei­ ten Transistor 64 und den Kondensator 70 gegeben wird. Dieser Impuls addiert zu irgendeiner am Knotenpunkt 69 existierenden Spannung eine inkrementale Spannung hinzu, die gleich dem Produkt aus dem Stromimpulsbetrag und der Stromimpulsbreite geteilt durch die Kapazität des Kondensators 70 ist. Der Betrag des Stromimpulses ist durch die Durchbruchspannung der Zener-Diode 67 divi­ diert durch den Widerstandswert des Widerstands 63 be­ grenzt. Die Breite des Stromimpulses wird festgelegt durch die Breite des Taktimpulses an der Leitung 50. Die Spannung am Knoten 69 wird durch den Verstärker 76 gepuffert und mit dem Ausgangssignal des Bildsensors 40 am Eingang zum Bildsignalverstärker 44 summiert. Die im Kondensator 70 gespeicherte Spannung wird daher in der Tat von dem Signal subtrahiert, das die nachfolgen­ den Dunkelstrompixel vom Sensor darstellt.

Anfangs hat das Signal für die Dunkelstrompixel vom Bildsensor 40 eine höhere absolute Spannung als die Spannung am Knoten 69. Zu dieser Zeit werden daher die vier niedrigstwertigen Bits auf dem Datenbus für die Dunkelstrompixel am Knoten 55 einen niedrigen Wert oder Pegel erzeugen. Wenn daher eins um das andere Dunkelstrom­ pixel durch das Bilderfassungssystem 31 getaktet wird, nimmt die Ladung auf dem Kondensator 70 und damit die Spannung am Knotenpunkt 69 zu. Wenn die Spannung am Knotenpunkt 69 ansteigt, fällt der absolute Wert der Summe der Signale am Eingang 45 des Bildsignalverstärkers ab. Das Ausgangssignal des Analog/Digital-Umsetzers 48 nimmt daher in entsprechender Weise ab. Dadurch daß jedes zweite der Dunkelstrompixel durch die NAND-Glieder 51 bis 54 getaktet wird, hat die Rückführschaltung Gelegen­ heit, sich zwischen den ausgewählten Dunkelstrompixel­ proben zu stabilisieren.

Schließlich wird der Kondensator 70 auf einen Wert aufgeladen, so daß die Spannung am Knoten 69 gleich dem absoluten Wert der ankommenden Dunkelstrompixelspannung vom Bildsensor 40 ist. Die Summierung der Spannungen liefert jetzt ein Nullpotential am Eingang 45 zum Bild­ signalverstärker 44, und der Analog/Digital-Umsetzer 48 liefert einen numerischen Wert von Null am Datenbus 26. Sobald dies der Fall ist, erhalten alle NAND-Glieder 51 bis 54 einen niedrigen logischen Pegel an ihren mit dem Datenbus 26 verbundenen Eingängen, so daß ein hoher logischer Pegel am Ausgang aufrechterhalten wird, wenn mittels des Sensortaktgebers 47 getaktet wird. Das Ergebnis davon ist, daß das Spannungspotential am Kno­ ten 55 hoch bleibt, so daß der Transistor 60 in einem leitenden Zustand gehalten wird und der durch den Widerstand 63 fließende Strom zur Schaltungsmasse gelangt und daher für den Ladungskondensator 70 nicht mehr zur Verfügung steht. Danach bleibt die Ladung am Kondensa­ tor im wesentlichen konstant, und die Spannung am Knoten 69 ist gleich derjenigen Spannungskomponente des Bild­ signals, die durch den Dunkelstrom in den CCD-Detektor­ elementstellen hervorgerufen wird.

Nachdem all die Ladungen aus den abgeschirmten Detektorstellen des Bildsensors 40 getaktet worden sind, werden die Ladungen aus den tatsächlichen Bildstellen herausgetaktet. In dieser späteren Phase legt der Sensor­ taktgeber 47 einen niedrigen logischen Pegel an die Leitung 50, der die NAND-Glieder 51 bis 54 gegen die Ladezustände aufgrund der Datenbusbytes sperrt. Die Dunkelstrompixelspannung vom Knoten 69 wird jedoch weiter­ hin vom Sensorausgangssignal subtrahiert, wenn die tat­ sächlichen Bilddaten aus dem Bildsensor 40 herausgetaktet und an den Eingang des Videoverstärkers 44 gelegt werden. Dadurch erfolgt eine Dunkelstromkompensation des Signal­ eingangs zum Bilderfassungsteil 31. Das Ausgangssignal des Analog/Digital-Umsetzers 48 stellt somit für das tatsächliche Bild die Lichtintensität dar, die auf die entsprechenden Bildelementstellen trifft, und nicht eine Kombination aus dem Dunkelstrom und der Lichtinten­ sität.

Nachdem das Signal aus der letzten Detektorstelle des Bildsensors 40 herausgetaktet worden ist, gibt der Sensortaktgeber einen Impuls über die Leitung 75 ab, der den Transistor 72 einschaltet. Dadurch wird ein Parallelpfad hervorgerufen, der den Kondensator 70 entlädt, und die Schaltung wird für Dunkelstrompixel von einem anderen Bild zurückgesetzt. Dieser Impuls setzt auch den Sensortaktgeber 47 zurück.

Claims (11)

1. Anordnung zur Kompensation eines Dunkelstroms in einem von einem Bildsensor oder Bildwandler stammenden Signal, enthaltend:
eine Einrichtung (48) zum Digitalisieren des Bild­ sensorsignals in eine Reihe Multi-Bit-Zahlen,
eine Logikschaltung (51 bis 56) zum Feststellen, ob irgendeines einer Vielzahl von Bits einer digitalen Multi-Bit-Zahl der Einrichtung zum Digitalisieren einen vorgegebenen logischen Pegel einnimmt, und zum Erzeugen eines Ausgangssignals als Anzeige dieser Feststellung,
eine Spannungsspeichereinrichtung (69, 70),
eine Schalteinrichtung (60, 62, 63, 64, 66, 67, 68) zum Anlegen einer Spannung an die Spannungsspeicher­ einrichtung unter der Steuerung des Ausgangssignals der Logikschaltung, und
eine Einrichtung (43, 44, 45, 46, 76, 78) zum Ver­ einigen der Spannung von der Spannungsspeichereinrichtung mit dem Signal von dem Bildsensor.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Schalteinrichtung enthält:
einen ersten Transistor (60) zum Vorsehen eines Neben­ schlußpfades zwischen einer Spannungspotentialquelle (+V) und Masse und mit einem durch das Ausgangssignal der Logik­ schaltung bestimmten Leitfähigkeitszustand, und
einen zweiten Transistor (64) mit einem zwischen die Spannungspotentialquelle und die Spannungsspeichereinrich­ tung geschalteten Leitfähigkeitspfad sowie mit einer Steuer­ elektrode,
welche Steuerelektrode über eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (67) und einem als Diode geschalteten Transistor (66) mit der Spannungspotentialquelle verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, ferner enthaltend eine Einrichtung (72, 74) zum Rücksetzen des Spannungs­ speicherelements.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Logikschaltung enthält:
eine Vielzahl Logikglieder (51 bis 54), von denen jedes einen Eingang hat, an den ein Bit der digitalen Multi-Bit-Zahl der Einrichtung zum Digitalisieren gelegt ist, und
eine Einrichtung (55, 56) zum Verbinden der Ausgangs­ signale der Logikglieder in einer solchen Weise, daß ein vorgegebenes Signal erzeugt wird, wenn irgendeines der an die Eingänge der Logikglieder gelegten Bits einen vordefinierten Wert hat.

5. Schaltungsanordnung zur Dunkelstromkompensation in einem Bildverarbeitungssystem, das einen Bildwandler oder einen Bildsensor enthält, der eine erste Gruppe Detektor­ stellen aufweist, die in Abhängigkeit von Licht, das von einem auf den Bildsensor projizierten Bild auf die Detek­ torstellen fällt, eine Ladung akkumulieren, und der eine zweite Gruppe Detektorstellen aufweist, die gegenüber ladungsakkumulierendem Licht abgeschirmt sind, wobei der Bildsensor ein Ausgangssignal erzeugt, das den Betrag der Ladung darstellt, die in jeder der Detektorstellen akkumuliert ist, und wobei der Bildprozessor ferner eine Einrichtung zum Digitalisieren des Ausgangssignals in eine Reihe digitaler Multi-Bit-Zahlen enthält, welche Schaltungsanordnung zur Dunkelstromkompensation enthält:
eine Logikeinrichtung (51 bis 56) zum Feststellen, ob wenigstens eines einer Vielzahl ausgewählter Bits einer digitalen Multi-Bit-Zahl, die durch Digitalisieren des Ausgangssignals von der zweiten Gruppe Detektorstellen erzeugt wird, einen vorgegebenen logischen Pegel hat, und zum Erzeugen eines Ausgangssignals als Anzeige dieser Feststellung,
einen Kondensator (70),
eine Einrichtung (60, 62, 63, 64, 66, 67, 68) zum selektiven Anlegen eines Konstantstroms durch den Konden­ sator unter der Steuerung des Ausgangssignals der Logik­ einrichtung, und
eine Einrichtung (43, 44, 45, 46, 76, 78) zum Vereini­ gen einer Spannung an dem Kondensator mit dem Ausgangs­ signal des Bildsensors (40).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtung zum wahlweisen Anlegen eines Konstantstroms eine Konstantstromquelle (63, 64, 66, 67, 68) und eine Schalteinrichtung (60) enthält, die die Konstantstromquelle in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Logikeinrichtung zum Stromfluß durch den Kondensator koppelt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der die Ein­ richtung zum wahlweisen Anlegen eines Konstantstroms enthält:
einen bipolaren Transistor (64) mit einer Basiselektro­ de und einer Emitter-Kollektor-Leitbahn, die zwischen eine Elektrizitätsquelle (+V) und den Kondensator (70) geschal­ tet ist,
einen Steuertransistor (60) zum Vorsehen einer Strom­ bahn von der Elektrizitätsquelle im Nebenschluß zu dem bipolaren Transistor und mit einem durch das Ausgangssignal der Logikeinrichtung bestimmten Leitfähigkeitswert, und
wobei die Basiselektrode des bipolaren Transistors (64) mit einer Vorspannschaltung verbunden ist, die einen als Diode geschalteten Transistor (66), eine Zenerdiode (67) und einen Widerstand (68) enthält, welche in Reihe zwischen die Elektrizitätsquelle und Masse geschaltet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner enthaltend eine Einrichtung (72, 74) zum Entladen des Kondensators (70).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die Ein­ richtung zum Rücksetzen ein Schaltelement (72) enthält, das zum Kondensator (70) parallelgeschaltet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Logikeinrichtung enthält:
eine Vielzahl Logikglieder (51, 52, 53, 54), von denen jedes einen Eingang hat, an den ein Bit der digitalen Multi-Bit-Zahl der Einrichtung zum Digitalisieren angelegt ist, und
eine auf die Ausgangssignale der Logikeinrichtung an­ sprechende Einrichtung (55, 56) zum Erzeugen eines vorge­ gebenen Signals, wenn irgendeines der an die Eingänge der Logikglieder angelegten Bits einen vordefinierten Wert hat.

11. Anordnung zum Kompensieren von Dunkelstrom in einem Signal eines Bildwandlers oder Bildsensors, enthaltend:
eine Einrichtung (48) zum Digitalisieren des Signals des Bildsensors (40) in eine Reihe Multi-Bit-Zahlen,
eine Einrichtung (51, 52, 53, 54, 55, 56) zum Fest­ stellen, ob irgendeines von einigen ausgewählten Bits einer digitalen Multi-Bit-Zahl von der Einrichtung zum Digitalisieren einen vorgegebenen logischen Pegel hat,
eine Quelle zum Bereitstellen eines Spannungspegels (+V),
eine Einrichtung (60, 62, 63, 64, 66, 67, 68, 69, 70, 72, 74) zum Verändern des Spannungspegels der Quelle in Abhängigkeit von der Feststellung eines Bit mit dem vorge­ gebenen logischen Pegel durch die Einrichtung zur Fest­ stellung, und
eine Einrichtung (43, 44, 46, 76, 78) zum Subtrahieren des Spannungspegels der Quelle von dem Signal des Bild­ sensors (40).