DE4309724C2 - Verfahren zur temperaturabhängigen Dunkelstromkompensation bei CCD-Bildsensoren - Google Patents
Verfahren zur temperaturabhängigen Dunkelstromkompensation bei CCD-BildsensorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur temperaturabhän
gigen Dunkelstromkompensation bei CCD-Bildsensoren, mit ab
gedeckten Dunkelpixeln.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dunkelstromkompen
sation und zur Kompensation der thermischen Drift einer CCD-
Einheit wird in der PCT-Anmeldung WO 89/10037 vorgestellt.
Dieses Verfahren erlaubt die Kompensation des Dunkelstroms
einer CCD-Einheit und auch die Kompensation aller tempera
turbedingten Änderungen der Ausgangsspannungen der Bauteile
der zugehörigen Schaltungselemente. Dabei wird das Ausgangs
signal einiger abgedeckter Zellen benutzt, um den Dunkel
strom zu bestimmen. Die analogen Ausgangsspannungen der
Zellen werden in digitale Worte umgewandelt und mit einem
vorbestimmten Wort, repräsentativ für den Dunkelstrom bei
einer ausgewählten Temperatur, verglichen. Abweichungen
zwischen den Worten sind auf thermische Drift zurückzu
führen. Aufgrund des Vergleichs der beiden Worte wird dann
der Arbeitspunkt des Verstärkers entsprechend verändert, um
somit den Einfluß von Temperaturänderungen auf den Dunkel
strom zu kompensieren.
Im Dokument EP-A-0 439 357 wird eine Vorrichtung und ein
Verfahren vorgestellt, mit dem Ungleichförmigkeiten zwischen
den einzelnen CCD-Zellen ausgeglichen werden können. Hiermit
werden sowohl Dunkelstromunterschiede als auch Unterschiede
in der Empfindlichkeit der einzelnen Zellen bei Beleuchtung
kompensiert. Dazu wird für jede Zelle eines CCD-Arrays ein
8-bit langes Wort gespeichert, wobei die ersten beiden Bits
eines Korrektur-Bytes den Dunkelstrom repräsentieren. Die
sechs folgenden Bits stellen ein Korrekturwort für Licht
empfindlichkeit dar. Die Verwendung von zwei Bits erlaubt
es, vier verschiedene Niveauwerte der Dunkelstromkompensa
tion zu speichern, die zur Korrektur aus einem RAM ausge
lesen werden können. Die Daten für die Dunkelstromkompen
sation und der Kompensation für die Lichtempfindlichkeit
werden mit den ausgelesenen Signalen der CCD-Einheit verar
beitet. Daraus resultiert eine Kompensation die individuell
auf die einzelnen Zellen der CCD-Einheit abgestimmt ist.
Eine temperaturabhängige Kompensation des Dunkelstroms ist
mit diesem Verfahren nicht vorgesehen. Ferner stehen hier
nur vier verschiedene digitale Worte oder Niveaus zur Ver
fügung. Dies erlaubt in keinem Fall eine Feinkompensation.
In der Offenlegungsschrift DE-A-40 24 570 ist ebenfalls eine
Anordnung zur Dunkelstromkompensation in einem Bildprozessor
veröffentlicht. Die hier vorgestellte Anordnung weist einen
CCD-Bildwandler auf, bei dem ebenfalls einige Zellen gegen
Beleuchtung abgeschirmt sind, so daß diese Detektorstellen
ein Ausgangssignal erzeugen, das den Dunkelstrom des Bild
wandlers anzeigt. Beim Heraustakten der elektrischen Signale
der Dunkelstrombildelemente stellt eine Verknüpfungs
schaltung fest, ob irgendeines einiger niedrigstwertiger
Bits der Multi-Bit-Zahlen einen vorgegebenen logischen Pegel
hat. Ein von der Verknüpfungsschaltung gesteuerter Schalter
lädt einen Kondensator mit einem Konstantstrom in einer
solchen Weise, daß die Spannung am Kondensator den Betrag
des Dunkelstroms im Bildwandler-Ausgangssignal darstellt. In
einer Subtrahierschaltung wird die Kondensatorspannung vom
Ausgangssignal des Bildwandlers subtrahiert, so daß das
Bildsignal gegenüber den Auswirkungen des Dunkelstroms kom
pensiert ist. Aus dieser Vorrichtung ergibt sich jedoch wie
derum der Nachteil, daß ein konstanter Spannungswert von
allen Bildelementen subtrahiert wird. Individuelle Unter
schiede der einzelnen Bildpunkte in ihrem Dunkelstromver
halten werden dabei nicht berücksichtigt.
Die Druckschrift JP 64-24 564 A2 offenbart ebenfalls ein
Verfahren zur Dunkelstromkompensation, das die Dunkelstrom
kompensation für die individuellen Pixel des CCD-Bildsensors
ermittelt und in einer Tabelle speichert. Die aktuelle
Temperatur wird jedoch mittels eines separaten Temperatur
sensors ermittelt und mit den gespeicherten Dunkelstromwer
ten in Beziehung gesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Dunkelstromkompensation zu schaffen, bei dem für jeden Bild
punkt des CCD-Bildsensors das Ausgangssignal des CCD-Bild
sensors nach den temperaturabhängigen Dunkelstrom korrigiert
wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die folgen
den Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- a) Einmaliges Ermitteln der individuellen Dunkelstrompara meter a* i und bi für jedes Bildpixel des vollständig abgeschirmten CCD-Bildsensors,
- b) Bestimmen der momentanen Sensortemperatur anhand der für die abgedeckten Dunkelpixel ermittelten Dunkel stromparameter,
- c) Berechnung des temperaturabhängigen Dunkelstroms für jedes einzelne Bildpixel und
- d) Berechnung der individuellen Bildsignale des CCD-Bild sensors (4), die gegenüber dem temperaturabhängigen Dunkelstrom kompensiert sind.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin,
daß bei der Dunkelstromkompensation eines CCD-Bildsensors
das Ausgangssignal eines Bildpixels gegen den dazugehörigen
individuellen Dunkelstrom kompensiert wird. Ferner werden
bei diesem Verfahren ebenfalls temperaturbedingte Schwankun
gen des individuellen Dunkelstromes mit berücksichtigt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens liegt vor, wenn die Dunkelstromparameter
des CCD-Bildsensors vor dem Einbau in ein Gerät bestimmt
werden. Alternativ hierzu ist es ebenfalls möglich die Dun
kelstromparameter bei fertig montiertem Gerät zu ermitteln.
Die berechneten Parameter werden zur späteren Verwendung auf
herkömmlichen elektronischen Speichereinrichtungen abgelegt.
Wie bei allen handelsüblichen CCD-Bildsensoren sind einige
Bildpunkte gegen Beleuchtung abgeschirmt. Diese Sensoren
geben während der Bildaufzeichnung einen Dunkelstrom ab, aus
dem sich unter Verwendung der zugehörigen Dunkelstrompara
meter die Sensortemperatur errechnen läßt. Aus der berech
neten Sensortemperatur und den individuellen Dunkelstrom
parametern wird der Dunkelstrom von jedem einzelnen Bild
pixel berechnet. Dieser Dunkelstrom wird mit der Belich
tungszeit multipliziert. Das somit erhaltene individuelle
Dunkelsignal wird von dem individuellen Bildsignal subtra
hiert, woraus dann ein gegen den Dunkelstrom kompensiertes
Nutzsignal resultiert.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiels wird der Gegenstand der Erfindung beschrieben. Die
Zeichnung zeigt in der
Fig. 1 ein Flußdiagramm des Verfahrens zur Ermittlung der
Dunkelstromparameter der individuellen Bildpixel
eines CCD-Bildsensors und
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Verfahrens zur temperatur
abhängigen Dunkelstromkompensation.
Der in Fig. 1 dargestellte Ablaufplan beschreibt das erfin
dungsgemäße Verfahren. Zur Bestimmung der individuellen Dun
kelstromparameter a* i, bi (a* 1, b₁; a* 2, b₂; . . . a* n, bn) aller n
auf dem CCD-Bildsensor 4 vorhandenen Pixel i wird der CCD-
Bildsensor 4 mittels einer Abschirmung 2 vollständig gegen
die Beleuchtung abgeschirmt. Bei mindestens zwei, sich
unterscheidenden, Temperaturmeßpunkten T₁ und T₂ werden die
Dunkelströme Idi der einzelnen Pixel gemessen. Da die
Dunkelströme Idi bei abgedecktem CCD-Bildsensor 4 ermittelt
werden, ist der individuelle Dunkelstrom Idi dem Dunkel
signal Sdi gleichzusetzen. Die für die Dunkelströme reprä
sentativen elektrischen Signale werden aus dem CCD-Bild
sensor 4 ausgetaktet und einer Datenverarbeitungseinheit 6
zugeführt, in der die individuellen Dunkelstromparameter a* i
und bi berechnet werden. Hierzu dient folgende Gleichung:
Idi = a* i exp-(bi/T). (1)
In der Gleichung bedeuten
Idi = Dunkelstrom des i-ten Pixels,
a* i = Dunkelstromparameter des i-ten Pixels,
bi = Dunkelstromparameter des i-ten Pixels,
T = Temperatur am CCD-Bildsensor.
Idi = Dunkelstrom des i-ten Pixels,
a* i = Dunkelstromparameter des i-ten Pixels,
bi = Dunkelstromparameter des i-ten Pixels,
T = Temperatur am CCD-Bildsensor.
Die Daten der damit ermittelten Dunkelstromparameter werden
für die spätere Verwendung in eine herkömmliche elektro
nische Speichereinheit 8 (EPROM, ASIC) abgelegt. Die
Bestimmung der Dunkelstromparameter kann sowohl vor als auch
nach dem Einbau des CCD-Bildsensors in das jeweilige Gerät
erfolgen.
Handelsübliche CCD-Bildsensoren besitzen einige Pixel, die
gegen die Beleuchtung abgeschirmt sind. Bei der Bildauf
zeichnung durch den CCD-Bildsensor 4 liefern diese Pixel d
lediglich den Dunkelsignalanteil. Dieses Signal wird eben
falls einer Datenverarbeitungseinheit 10 zugeführt, die aus
dem Dunkelsignal und den Dunkelstromparametern die am CCD-
Bildsensor vorherrschende Temperatur T berechnet. Die den
Dunkelpixeln d zugeordneten Dunkelstromparameter werden aus
der elektronischen Speichereinheit 8 abgerufen und für die
Temperaturberechnung verwendet. Hierzu muß die Gleichung 1
invertiert werden und man erhält dadurch die Form:
T = bi/ln(Sdi/a* i) (2)
In der Gleichung bedeutet:
Sdi = Dunkelsignal des i-ten abgeckten Dunkelpixels d, wobei Sdi sich aus dem Produkt von Idi und texp ergibt (texp ist die Belichtungszeit).
Sdi = Dunkelsignal des i-ten abgeckten Dunkelpixels d, wobei Sdi sich aus dem Produkt von Idi und texp ergibt (texp ist die Belichtungszeit).
Die so ermittelte Sensortemperatur wird an eine weitere
Datenverarbeitungseinheit 12 übergeben, die die Dunkelströme
Idi jedes einzelnen Bildpixels i in Abhängigkeit von der
Temperatur berechnet. Dazu werden die ermittelten Dunkel
stromparameter a* i, bi (a*₁, b₁; a*₂, b₂; . . . a* n, bn) aller
Pixel i des CCD-Bildsensors 4 aus der Speichereinheit 8 ab
gerufen. Das Dunkelsignal Sdi der einzelnen Pixel i resul
tiert aus der Multiplikation der berechneten Dunkelströme
Idi mit der Belichtungszeit texp. Diese Daten werden einer
letzten Datenverarbeitungseinheit 16 übergeben, die die tem
peraturkorrigierten Dunkelsignale Sdi von den zugehörigen
Bildsignalen Sbi der einzelnen Pixel i des CCD-Bildsensors
subtrahiert. Hierzu wird folgende Gleichung verwendet:
Sni = Sbi - Sdi (3)
In der Gleichung bedeutet:
Sni = dunkelstromkompensiertes Bildsignal des i-ten Pixels,
Sbi = Bildsignal des i-ten Pixels,
Sdi = temperaturkorregiertes Dunkelsignal des i-ten Pixels.
Sni = dunkelstromkompensiertes Bildsignal des i-ten Pixels,
Sbi = Bildsignal des i-ten Pixels,
Sdi = temperaturkorregiertes Dunkelsignal des i-ten Pixels.
Als Resultat aus dem obigen Verfahren erhält man ein Bild
signal Sn das aus den dunkelstromkompensierten Bildsignalen
Sdi der einzelnen Pixel i zusammengesetzt ist. Dieses Ver
fahren wird für jedes aufgezeichnete Bild wiederholt und
zwar solange bis die Aufzeichnung von Bildern mittels des
CCD-Sensors erfolgt. Im Entscheidungselement 18 wird geprüft
ob das Kompensationsverfahren noch einmal durchlaufen werden
soll. Ist dies nicht der Fall so wird das Verfahren durch
das Beendigungselement 20 gestoppt.
Claims (3)
1. Verfahren zur temperaturabhängigen
Dunkelstromkompensation bei CCD-Bildsensoren (4) mit
abgedeckten Dunkelpixeln (d), gekennzeichnet durch die
folgenden Schritte:
- a) Einmaliges Ermitteln der individuellen Dunkelstromparameter (a* i und bi) für jedes Bildpixel (i) des vollständig abgeschirmten CCD-Bildsensors (4),
- b) Bestimmen der momentanen Sensortemperatur anhand der für die abgedeckten Dunkelpixel ermittelten Dunkelstromparameter;
- c) Berechnung des temperaturabhängigen Dunkelstroms für jedes einzelne Bildpixel (i);
- d) Berechnung der individuellen Bildsignale des CCD-Bildsensors (4), die gegenüber dem temperaturabhängigen Dunkelstrom kompensiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur einmaligen Ermittlung der individuellen Dunkel
stromparameter bei mindestens zwei Temperaturmeßpunkten
(Ti) die Dunkelstromsignale (Sdi) aller Bildpunkte
gemessen, und daß an Hand einer Temperaturabhängig
keitsbeziehung des Dunkelstroms die Dunkelstrompara
meter (a* i und bi) für jeden Bildpunkt ermittelt wer
den.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die ermittelten Dunkelstromparameter (a* i und bi)
gespeichert werden, derart , daß sie für die Berechnung
des temperaturabhängigen Dunkelstroms abrufbar bereit
gestellt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4309724A DE4309724C2 (de) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | Verfahren zur temperaturabhängigen Dunkelstromkompensation bei CCD-Bildsensoren |
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Publications (2)
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---|---|
DE4309724A1 DE4309724A1 (de) | 1994-09-29 |
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- 1993-03-25 DE DE4309724A patent/DE4309724C2/de not_active Expired - Fee Related
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