EP1393113A2 - Device for determining a location-dependent intensity profile and color profile and/or sharpness profile of optical lens systems - Google Patents

Device for determining a location-dependent intensity profile and color profile and/or sharpness profile of optical lens systems

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EP1393113A2
EP1393113A2 EP02738120A EP02738120A EP1393113A2 EP 1393113 A2 EP1393113 A2 EP 1393113A2 EP 02738120 A EP02738120 A EP 02738120A EP 02738120 A EP02738120 A EP 02738120A EP 1393113 A2 EP1393113 A2 EP 1393113A2
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EP
European Patent Office
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sharpness
measuring
color
intensity
profile
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02738120A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Wilfried Donner
Christian WÖHLER
Detlef Grosspietsch
Sebastian SCHRÖDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SCHROEDER, SEBASTIAN
Original Assignee
Donner Wilfried
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10126546A external-priority patent/DE10126546A1/en
Priority claimed from DE20111617U external-priority patent/DE20111617U1/en
Application filed by Donner Wilfried filed Critical Donner Wilfried
Publication of EP1393113A2 publication Critical patent/EP1393113A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
    • G01M11/0264—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested by using targets or reference patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • G02B7/365—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals by analysis of the spatial frequency components of the image

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharpness profile and / or distortion profile of optical lens systems with a test image and an optical measuring field array.
  • a conventional device comprises a test pattern, e.g. B. a television test image, the test image comprising individual measuring fields, each of which is only suitable for assessing sharpness, color or intensity, distributed over the test image and relatively large.
  • a test pattern e.g. B. a television test image
  • the test image comprising individual measuring fields, each of which is only suitable for assessing sharpness, color or intensity, distributed over the test image and relatively large.
  • test image consists of large individual measuring fields, which are each only suitable for assessing sharpness, color or intensity.
  • the object of the invention is to provide a device and a method which provide a complete quality assessment of an image field of a lens system and thereby provide correction data for electronic image improvement, which are to be provided on a data carrier or in a processor for image processing. This object is achieved according to the invention by the device of claim 1.
  • Data carriers with stored test image data and those with correction data that are generated with the device are further protected objects.
  • a sharpness index is determined by analyzing the distribution of the gray values in the measurement field.
  • the line structures in a test pattern e.g. that shown in FIG. 2, which are projected onto the sensor field, produce a high variance of the gray values with high image sharpness and a small variance with low sharpness.
  • a unimodal distribution function is advantageously adapted to the distribution of the gray values, which has at least one parameter each that characterizes the maximum of the distribution and at least one parameter that characterizes the width of the distribution.
  • a Gaussian function with the parameters mean value and variance of the Gray values are used for the gray value measurement signals of the line structures.
  • a multimodal distribution function is adapted to the respectively measured gray value distribution, which is particularly advantageous if it has several maxima.
  • a distribution function is adapted to each maximum, which has at least one parameter that characterizes the mean value of the maximum and at least one parameter that characterizes the width of the maximum.
  • a total of several Gaussian functions is obtained, each of which describes a mean and a variance; see. "Mixture of Gaussians", CM. Bishop, Neural Networks of Pattern Recognition; Clarendon Press, Oxfor, 1995.
  • a low variance corresponds to a high sharpness and a large variance to a low sharpness.
  • Fig. 1 shows a device with a lens system
  • Test image and an image of the test image on a sensor field to which an evaluation device is connected are provided.
  • Fig. 3 shows a measuring field of the test image.
  • a device according to the invention in FIG. 1 comprises a test image 1, which is imaged on a sensor field 6 by means of an optical lens system 3 to be measured.
  • the test image 1 can be displayed on a monitor or a photo.
  • the test image is imaged with the optical lens system 3, the profile (s) of which is to be created, with a certain aperture setting, uniform illumination of the test image and a plane-parallel arrangement of the camera with the test image on a specific imaging scale.
  • Figure 6 can be taken directly from the sensor field of an electronic camera or fed to a scanner as a photo.
  • the electronic image signals of the camera or the scanner are fed to a computer 60, which uses suitable programs to determine the distribution of the sharpness, the intensity and the colors of the test patterns distributed over the grid via the illustration 6.
  • These distributions are structured in profiles, which are transferred to an image processing system 62 either immediately or after temporary storage on a data carrier 61
  • the image processing system 62 can be located in a camera which is equipped with the lens system 3 itself or with the same lens system. However, images B from such a camera or via a scanner can also be recorded in the processing system 62, to which the profiles are fed, and which creates corrected image data, which have been corrected from the image errors, and which are output as a corrected image KB to a printer P. This enables corrected, high-quality images to be generated in cameras with simple lens systems.
  • the sensor means of the image of the test image must have a suitably large resolution of intensity and lines or areas (pixels) so that the test patterns shown are each completely resolved.
  • the test image in FIG. 2 has several identical measurement fields, which are only partially completed in the image, and which are preferably arranged periodically in both dimensions on a test image.
  • Each measuring field comprises measuring cells, which are shown in detail in FIG. 3, by means of which the intensity, color and sharpness in the area of each individual measuring field can be measured (so-called color, intensity and sharpness measuring cells).
  • the intensity, color and sharpness can thus be measured in the respective measuring cell of the measuring field for each area of the distributed measuring fields 5, whereby the accuracy of the intensity and color profiles and / or sharpness profiles created depends directly on the size of the measuring field.
  • the typical imaging systems represent all colors visible to humans. This is usually achieved by the three primary colors, i.e. the basis of the color space, typically red, yellow and blue, are mixed in different intensities. In general, however, it is possible to choose any base of the color space visible to humans. By choosing different intensities of the respective primary colors, i.e. different color values in the color space, it is possible to display all colors visible to humans.
  • the measuring field comprises measuring cells which are each filled with a basic color. In order to adapt the test image to most known imaging systems, the colors red, green and blue are preferably used as the primary colors.
  • the measuring field also includes gray measuring cells in order to be able to determine location-dependent discoloration of the lens system.
  • the measuring field comprises measuring cells which are each filled with a line pattern of different line density.
  • the line patterns of adjacent measuring cells preferably have a different one Orientation on.
  • the measuring field comprises an edge transition, in the present case a black and white edge transition.
  • the respective measuring cells are expediently completely filled with the respective object to be measured, i.e. the "blue" measuring cell is expediently completely filled with blue, for example.
  • the device with the test pattern which has measuring fields, which are preferably arranged periodically in both dimensions of the test pattern, and each measuring field has different measuring cells (intensity and color and / or sharpness measuring cells), and with an optical lens system and a device for measuring the color values and determination of the sharpness, in particular a CCD camera with a connected computer or a scanner with a computer for scanning a test image projection of the lens system, is used to carry out a method for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharpness profile of the optical lens system.
  • the positions of all measurement fields in the display of the test image are determined.
  • the sharpness profile is created as follows: First, a measuring cell with maximum sharpness is determined in a partial step, in a further partial step parameter P j (x ⁇ , y ⁇ , by the sharpness measurement number S j (X, yj . ) to approach each measuring cell to that of the reference cell for sharpness, and in a third sub-step creates a continuous sharpness profile by interpolation between the sharpness measuring cells.
  • a number of primary colors are imaged by the optical lens system in a first sub-step, in a second sub-step for each intensity and color measuring cell the representation of the test image is the respective intensity - And color value measured in the respective color space, the measuring cell with the maximum color or intensity value being used as a reference cell in a third sub-step, in a fourth sub-step a correction factor for each measuring field and the intensity is calculated, based on the respective reference value, and in a fifth sub-step a complete intensity and color profile is created by interpolation between the intensity or color measuring cell results.
  • This method can also be used separately for each color plane and separately for radial or tangential image structures.
  • the step of creating the intensity and color profile and that of creating a sharpness profile can be carried out separately from one another and are therefore fundamentally interchangeable. It is therefore not mandatory to create both profiles or one profile in front of the other.
  • the position of all measuring fields in the representation of the test image is determined with an undistorted representation of the test image.
  • at least three points are used in the representation, which correspond to known positions in the template, in order to calculate the orientation and the magnification of the representation.
  • the position of all intensity and color and / or sharpness measuring cells in the display of the test image is thus known.
  • a distortion in the representation of the test image such as can occur due to a defective lens or near the edge of the lens, a distortion coefficient must be determined with which the distortion can be calculated from the representation.
  • the distortion coefficient is calculated on the basis of points in the representation which correspond to known positions in the test image. In general, it can be assumed that the distortion coefficient is not constant for all positions of the test pattern.
  • the measuring field with maximum sharpness is first determined in the second step.
  • This measuring field can be determined on the one hand by visual impression, i.e. by the user himself, and on the other hand with the help of an automatic procedure.
  • a sharpness index is determined for each measuring field Measuring field with the largest measure of sharpness is used as a reference field for sharpness.
  • the reference field is intended for sharpness
  • a computational method is required to increase the sharpness of an image or to approximate the sharpness measurements of all measuring fields to that of the reference field of sharpness.
  • these methods can also be used to determine a sharpness measurement number, in particular if the reference field for sharpness was determined by visual impression.
  • the parameters P j to be varied in the method which, after variation thereof, give the best approximation of the sharpness measurement number of the measuring field to the sharpness measurement number of the reference field for sharpness, are themselves considered to be a sharpness measurement number.
  • the frequency spectrum of the respective measuring field is matched to that of the reference field, with those parameters which provide the best match serve as a sharpness index.
  • a method for unsharp masking which implicitly likewise uses a correction function K (f) in the spatial frequency space can be used as the computational method for increasing the image sharpness.
  • K (f) the correction function
  • the radius of the mask and the intensity are generally used as parameters.
  • the quantities determined so far are discrete, ie they relate to a specific measuring field. Interpolation is necessary to achieve a continuous profile. This can be achieved, for example, in the third step by interpolating the parameters P j (x ⁇ , y) to parameters P j (x, y) or in the second step of the third step by bilinear or bicubic interpolation.
  • the intensity and color profiles and / or sharpness profiles created are used to improve the quality of representations created with the same or a same optical lens system.
  • this can be done, for example, by storing the profiles for this camera in the camera and improving the image using the profiles, preferably automatically.
  • the profiles can also be stored in a postprocessor in order to save storage space in the camera, and the images can be improved, preferably automatically, when downloading from the camera using the profiles.
  • profiles can also be used to improve scanned images.
  • the digital image present in the computer is improved with the profiles which are assigned to the lens system with which the representation was created.
  • the profiles required for this can be stored on any data carrier.
  • Line patterns are arranged in two lines, each with a line number increasing by a factor of 1: 1.5 with a correspondingly decreasing line width.
  • the lines in the measuring cells 27, 29, 31 are alternately oriented horizontally and vertically, and in the second line in the measuring cells 33, 35, 37 are respectively oriented perpendicularly thereto. This enables the frequency components in both axes to be determined.
  • the other cells 15, 17, 19, 21, 23, 25 are gray cells with different gray levels, light gray, medium gray and dark gray.
  • the center of the measuring field 5 is covered with a black circle 41 as a locating aid.
  • a quadrant 16 of the measuring field 5 has a defined gray level, which serves as a brightness reference.
  • the last quadrant of the measuring field is each occupied by a white measuring cell 39, a red measuring cell 9, a green measuring cell 14 and a blue measuring cell 13, which are used for color measurement.
  • a distortion profile can also be determined from the evaluation of the projection of the known test image 5 onto the measurement field 6 from FIG. 1 , with the aid of which corresponding images can be rectified.
  • the respective position of the centering points 41 in the test image is known, so that the location of the images of the centering points 41 reflects distortions.
  • Starting from the The position of the outermost centering points is to be determined in the known grid, the target positions of the other centering points. With the actual positions measured in each case, the distortion results in accordance with the deviations in the individual reference locations.
  • the interpolated compilation of the distortion values is the distortion profile.
  • the distortion profile can be used to edit images similarly projected through the same object, as can the sharpness profile or color profile.
  • corrections or partial corrections of the individual courses are not tied to a specific order, but in individual cases, a certain order can show advantageous differences in the result from others.

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Abstract

The invention relates to a device for determining an intensity profile and/or color profile and/or sharpness profile of an optical lens system (3), which projects a test image (1) comprised of measuring fields (5). The projection is indirectly or directly fed to one respective sensor field (6) of electronic color and brightness sensors of a high resolution whose measurement signals that are correlated to the measuring fields (5) are fed to a computer (60). Said computer determines, from the measurement signals, the intensity profile and/or color profile and/or sharpness profile and/or the distortion progression profile, outputs them to an image processing system (62), which serves to electronically correct image defects of images (B) produced by an identical lens system (3), or stores or temporarily stores the profiles on a data carrier (61).

Description

Vorrichtung zur Ermittlung eines ortsabhängigen Intensitats- und Farbprofils und/oder Scharfeprofils optischer LinsensystemeDevice for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharp profile of optical lens systems
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines ortsabhängigen Intensitats- und Farbprofils und/oder Schärfeprofils und/oder Verzerrrungsverlaufprofil optischer Linsensysteme mit einem Testbild und einem optischen Meßfeldarray.The invention relates to an apparatus and a method for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharpness profile and / or distortion profile of optical lens systems with a test image and an optical measuring field array.
Eine herkömmliche Vorrichtung umfaßt ein Testbild, z. B. ein Fernsehtestbild, wobei das Testbild einzelne Meßfelder umfaßt, die jeweils nur zur Beurteilung von Schärfe, Farbe oder Intensität geeignet, über das Testbild verteilt und relativ groß sind.A conventional device comprises a test pattern, e.g. B. a television test image, the test image comprising individual measuring fields, each of which is only suitable for assessing sharpness, color or intensity, distributed over the test image and relatively large.
Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß keine Ortsauflösung möglich ist, da das Testbild aus großen individuellen Meßfeldern besteht, die jeweils nur zur Beurteilung von Schärfe, Farbe oder Intensität geeignet sind.The disadvantage of this device is that no spatial resolution is possible, since the test image consists of large individual measuring fields, which are each only suitable for assessing sharpness, color or intensity.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die eine vollständige Gütebeurteilung eines Bildfeldes eines Linsensystems erbringen und dabei Korrekturdaten für eine elektronische Bildverbesserung liefern, die auf einem Datenträger oder in einem Prozessor zu einer Bildbearbeitung bereitzustellen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung des Anspruchs 1.The object of the invention is to provide a device and a method which provide a complete quality assessment of an image field of a lens system and thereby provide correction data for electronic image improvement, which are to be provided on a data carrier or in a processor for image processing. This object is achieved according to the invention by the device of claim 1.
Eine verfahrensmäßige Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen 24 - 39 angegeben.A procedural solution to the problem is given in claims 24-39.
Datenträger mit gespeicherten Testbilddaten und solche mit Korrekturdaten, die mit der Vorrichtung erzeugt sind, sind weitere Schutzgegenstände .Data carriers with stored test image data and those with correction data that are generated with the device are further protected objects.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.Advantageous developments of the invention are shown in the subclaims.
Alternativ wird eine Schärfemeßzahl mittels einer Analyse der Verteilung der Grauwerte im Maßfeld bestimmt. Die Linienstrukturen in einem Testbild, z.B. dem in Fig. 2 dargestellten, die auf das Sensorfeld projiziert sind, erbringen eine hohe Varianz der Grauwerte bei hoher Bildschärfe und eine Geringe Varianz bei geringer Schärfe. Vorteilhaft wird an die Verteilung der Grauwerte eine unimodale Verteilungsfunktion angepaßt, die mindestens je einen Parameter besitzt, der das Maximum der Verteilung kennzeichnet, sowie mindestens einen Parameter, der die Breite der Verteilung kennzeichnet, Hierzu wird beispielsweise eine Gaußfunktion mit den Parametern Mittelwert und Varianz der Grauwerte für die Grauwert-Meßsignale der Linienstrukturen verwandt .Alternatively, a sharpness index is determined by analyzing the distribution of the gray values in the measurement field. The line structures in a test pattern, e.g. that shown in FIG. 2, which are projected onto the sensor field, produce a high variance of the gray values with high image sharpness and a small variance with low sharpness. A unimodal distribution function is advantageously adapted to the distribution of the gray values, which has at least one parameter each that characterizes the maximum of the distribution and at least one parameter that characterizes the width of the distribution.For example, a Gaussian function with the parameters mean value and variance of the Gray values are used for the gray value measurement signals of the line structures.
In einer Weiterbildung der SchärfenmeßZahlbestimmung wird eine multimodale Verteilungsfunktion an die jeweils gemessene Grauwertverteilung angepaßt, was besonders vorteilhaft ist, wenn diese mehrere Maxima aufweist. An jedes Maximum wird hierbei eine Verteilungsfunktion angepaßt, die mindestens einen Parameter besitzt, der den Mittelwert des Maximums kennzeichnet, sowie mindestens einen Parameter, der die Breite des Maximums kennzeichnet. Es wird insgesamt eine Summe mehrerer Gaußfunkionen gewonnen, von denen jede einen Mittelwert und eine Varianz beschreiben; vgl. "Mixture of Gaussians" , CM. Bishop, Neural Networks of Pattern Recognition; Clarendon Press, Oxfor, 1995. Eine geringe Varianz entspricht einer hohen Bildschärfe und eine große Varianz einer geringen Bildschärfe. In a further development of the determination of the number of focus, a multimodal distribution function is adapted to the respectively measured gray value distribution, which is particularly advantageous if it has several maxima. A distribution function is adapted to each maximum, which has at least one parameter that characterizes the mean value of the maximum and at least one parameter that characterizes the width of the maximum. A total of several Gaussian functions is obtained, each of which describes a mean and a variance; see. "Mixture of Gaussians", CM. Bishop, Neural Networks of Pattern Recognition; Clarendon Press, Oxfor, 1995. A low variance corresponds to a high sharpness and a large variance to a low sharpness.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigt:The invention is explained below using various embodiments with reference to a drawing. It shows:
Fig. 1 eine Vorrichtung mit einem Linsensystem und einemFig. 1 shows a device with a lens system and
Testbild sowie einer Abbildung des Testbildes auf einem Sensorfeld, an dem eine Auswertevorrichtung angeschlossen ist.Test image and an image of the test image on a sensor field to which an evaluation device is connected.
Fig. 2 ein Testbild gemäß der Erfindung; und2 shows a test pattern according to the invention; and
Fig. 3 ein Meßfeld des Testbildes.Fig. 3 shows a measuring field of the test image.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben.A preferred embodiment will now be described.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Fig. 1 umfaßt ein Testbild 1, welches jeweils mittels eines zu vermessenden optischen Linsensystems 3 auf ein Sensorfeld 6 abgebildet wird. Die Darstellung des Testbildes 1 kann auf einem Monitor oder einem Photo erfolgen. Das Testbild wird mit dem optischen Linsensystem 3, dessen Profil (e) erstellt werden soll (en) , bei einer bestimmten Blendeneinstellung einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Testbildes und einer planparallelen Aufstellung der Kamera zu dem Testbild in einem bestimmten Abbildungsmaßstab abgebildet.A device according to the invention in FIG. 1 comprises a test image 1, which is imaged on a sensor field 6 by means of an optical lens system 3 to be measured. The test image 1 can be displayed on a monitor or a photo. The test image is imaged with the optical lens system 3, the profile (s) of which is to be created, with a certain aperture setting, uniform illumination of the test image and a plane-parallel arrangement of the camera with the test image on a specific imaging scale.
Die Abbildung 6 kann unmittelbar von dem Sensorfeld einer elektronischen Kamera aufgenommen werden oder als Photo einem Scanner zugeführt werden. Die elektronischen Bildsignale der Kamera oder des Scanners werden einem Computer 60 zugeführt, der durch geeignete Programme die Verteilung der Schärfe, der Intensität und der Farben der rastermäßig verteilten Testmuster über die Abbildung 6 ermittelt. Diese Verteilungen werden in Profile strukturiert, die entweder unmittelbar oder nach einer Zwischenspeicherung auf einem Datenträger 61 in ein BildverarbeitungsSystem 62 übernommen werdenFigure 6 can be taken directly from the sensor field of an electronic camera or fed to a scanner as a photo. The electronic image signals of the camera or the scanner are fed to a computer 60, which uses suitable programs to determine the distribution of the sharpness, the intensity and the colors of the test patterns distributed over the grid via the illustration 6. These distributions are structured in profiles, which are transferred to an image processing system 62 either immediately or after temporary storage on a data carrier 61
Das Bildverarbeitungssystem 62 kann sich in einer Kamera befinden, die mit dem Linsensystem 3 selbst oder einem gleichen Linsensystem bestückt ist. Es können aber auch Bilder B einer solchen Kamera oder über einen Scanner in das Verarbeitungssystem 62 aufgenommen werden, der die Profile zugeführt sind, und die mit diesen von den Bildfehlern bereinigte korrigierte Bilddaten erstellt, die als korrigiertes Bild KB auf einen Drucker P ausgegeben werden. Dadurch lassen sich in Kameras mit einfachen Linsensystemen korrigierte hochwertige Bilder erzeugen.The image processing system 62 can be located in a camera which is equipped with the lens system 3 itself or with the same lens system. However, images B from such a camera or via a scanner can also be recorded in the processing system 62, to which the profiles are fed, and which creates corrected image data, which have been corrected from the image errors, and which are output as a corrected image KB to a printer P. This enables corrected, high-quality images to be generated in cameras with simple lens systems.
Die Sensormittel der Abbildung des Testbildes müssen eine geeignet große Auflösung von Intensität und Zeilen bzw. Flächen (Pixeln) aufweisen, daß die abgebildeten Testmuster jeweils vollständig aufgelöst sind.The sensor means of the image of the test image must have a suitably large resolution of intensity and lines or areas (pixels) so that the test patterns shown are each completely resolved.
Das Testbild in Fig. 2 weist mehrere identische Meßfelder, die im Bild nur teilweise komplettiert sind, auf, die vorzugsweise periodisch in beiden Dimensionen auf einem Testbild angeordnet sind. Jedes Meßfeld umfaßt Meßzellen, die in Fig. 3 detailliert dargestellt sind, mittels derer die Intensität, Farbe und Schärfe im Bereich jedes einzelnen Meßfeldes gemessen werden können (sogenannte Färb-, Intensitats- und Schärfemeßzellen) . Somit können die Intensität, Farbe und Schärfe in der jeweiligen Meßzelle des Meßfeldes für jeden Bereich der verteilten Meßfelder 5 gemessen werden, wodurch die Genauigkeit der erstellten Intensität- und Farbprofile und/oder Schärfeprofile direkt von der Größe des Meßfeldes abhängt. Zur Farbe :The test image in FIG. 2 has several identical measurement fields, which are only partially completed in the image, and which are preferably arranged periodically in both dimensions on a test image. Each measuring field comprises measuring cells, which are shown in detail in FIG. 3, by means of which the intensity, color and sharpness in the area of each individual measuring field can be measured (so-called color, intensity and sharpness measuring cells). The intensity, color and sharpness can thus be measured in the respective measuring cell of the measuring field for each area of the distributed measuring fields 5, whereby the accuracy of the intensity and color profiles and / or sharpness profiles created depends directly on the size of the measuring field. About the color:
Die typischen Abbildungssysteme (z.B. Monitore, Fernseher und Photographien) stellen alle für den Menschen sichtbaren Farben dar. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, daß die drei Grundfarben, d.h. die Basis des Farbraums, typischerweise Rot, Gelb und Blau, in verschiedener Intensität gemischt werden. Allgemein ist es jedoch möglich, eine beliebige Basis des für den Menschen sichtbaren Farbraums zu wählen. Durch Wahl verschiedener Intensitäten der jeweiligen Grundfarben, d.h. unterschiedlichen Farbwerten im Farbraum, ist es möglich, alle für den Menschen sichtbaren Farben darzustellen. Um ein geeignetes Farbprofil des Meßfeldes erstellen zu können, umfaßt das Meßfeld Meßzellen, die jeweils mit einer Grundfarbe gefüllt sind. Um das Testbild an die meisten bekannten Abbildungssysteme anzupassen, werden als Grundfarben vorzugsweise die Farben Rot, Grün und Blau verwendet. Ferner umfaßt das Meßfeld graue Meßzellen, um ortsabhängige Verfärbungen des Linsensystems feststellen zu können.The typical imaging systems (e.g. monitors, televisions and photographs) represent all colors visible to humans. This is usually achieved by the three primary colors, i.e. the basis of the color space, typically red, yellow and blue, are mixed in different intensities. In general, however, it is possible to choose any base of the color space visible to humans. By choosing different intensities of the respective primary colors, i.e. different color values in the color space, it is possible to display all colors visible to humans. In order to be able to create a suitable color profile for the measuring field, the measuring field comprises measuring cells which are each filled with a basic color. In order to adapt the test image to most known imaging systems, the colors red, green and blue are preferably used as the primary colors. The measuring field also includes gray measuring cells in order to be able to determine location-dependent discoloration of the lens system.
Zur Intensität:About the intensity:
Zur Bestimmung der Intensität in einem Meßfeld werden keine gesonderten Meßzellen in dem Meßfeld bereitgestellt. Vielmehr wird die Darstellung des Testbildes verwendet, um die Intensität im Bereich des Meßfeldes zu bestimmen. Dazu wird ein geeigneter Mittelwert der Farbwerte der Grundfarben eines jeden Meßfeldes berechnet oder es wird mindestens eine graue Meßzelle bekannten Grauwertes verwendet.No separate measuring cells are provided in the measuring field for determining the intensity in a measuring field. Rather, the representation of the test image is used to determine the intensity in the area of the measuring field. For this purpose, a suitable mean value of the color values of the basic colors of each measuring field is calculated or at least one gray measuring cell of known gray values is used.
Zur Schärfe:For sharpness:
Zur Schärfemessung umfaßt das Meßfeld Meßzellen, die jeweils mit einem Linienmuster verschiedener Liniendichte gefüllt sind. Die Linienmuster benachbarter Meßzellen weisen bevorzugt eine andere Orientierung auf. Ferner umfaßt das Meßfeld in einer bevorzugten Ausführungsform einen Kantenübergang, vorliegend einen Schwarz- Weiß-Kantenübergang.To measure the sharpness, the measuring field comprises measuring cells which are each filled with a line pattern of different line density. The line patterns of adjacent measuring cells preferably have a different one Orientation on. Furthermore, in a preferred embodiment, the measuring field comprises an edge transition, in the present case a black and white edge transition.
Die jeweiligen Meßzellen sind zweckmäßig vollständig mit dem jeweiligen zu messenden Objekt gefüllt, d.h. die "blaue" Meßzelle ist zum Beispiel zweckmäßig vollständig mit blau gefüllt.The respective measuring cells are expediently completely filled with the respective object to be measured, i.e. the "blue" measuring cell is expediently completely filled with blue, for example.
Die Vorrichtung mit dem Testbild, das Meßfelder aufweist, die vorzugsweise periodisch in beiden Dimensionen des Testbildes angeordnet sind, und wobei jedes Meßfeld verschiedene Meßzellen aufweist (Intensitats- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen), und mit einem optischen Linsensystem sowie einer Einrichtung zur Messung der Farbwerte und Bestimmung der Schärfe, insbesondere eine CCD-Kamera mit angeschlossenem Computer oder ein Scanner mit einem Computer zum Einscannen einer Testbildprojektion des Linsensystems, dient zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung eines ortsabhängigen Intensitats- und Farbprofils und/oder Schärfeprofils des optischen Linsensystems.The device with the test pattern, which has measuring fields, which are preferably arranged periodically in both dimensions of the test pattern, and each measuring field has different measuring cells (intensity and color and / or sharpness measuring cells), and with an optical lens system and a device for measuring the color values and determination of the sharpness, in particular a CCD camera with a connected computer or a scanner with a computer for scanning a test image projection of the lens system, is used to carry out a method for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharpness profile of the optical lens system.
In einem ersten Schritt des Verfahrens werden die Positionen aller Meßfelder in der Darstellung des Testbildes bestimmt.In a first step of the method, the positions of all measurement fields in the display of the test image are determined.
In einem zweiten Schritt wird das Schärfeprofil wie folgt erstellt: Zunächst wird in einem Teilschritt eine Meßzelle mit maximaler Schärfe bestimmt, in einem weiteren Teilschritt für jede Schärfemeßzelle Parameter Pj (x±, y^ , um die Schärfemeßzahl Sj (X, yj.) jeder Meßzelle an die der Referenzzelle für Schärfe zu nähern, und in einem dritten Teilschritt ein kontinuierliches Schärfeprofil erstellt durch Interpolation zwischen den Schärfemeßzellen. In einem dritten Schritt zur Bestimmung eines Intensitats- und Farbprofils wird in einem ersten Teilschritt eine Anzahl von Grundfarben (die Basis des Farbraums) durch das optische Linsensystem abgebildet, in einem zweiten Teilschritt für jede Intensität- und Farbmeßzelle der Darstellung des Testbildes wird der jeweilige Intensitats- und Farbwert in dem jeweiligen Farbraum gemessen, wobei in einem dritten Teilschritt die Meßzelle mit dem jeweils maximalen Färb- bzw. Intensitätswert als Referenzzelle verwendet wird, in einem vierten Teilschritt für jedes Meßfeld ein Korrekturfaktor für jede Grundfarbe und die Intensität berechnet wird, bezogen auf den jeweiligen Referenzwert, und in einem fünften Teilschritt ein vollständiges Intensitats- sowie Farbprofil durch Interpolation zwischen den Intensitats- bzw. Farbmeßzellenergebnissen erstellt wird. Dieses Verfahren kann auch separat für jede Farbebene sowie separat für radiale bzw. tangentiale Bildstrukturen angewandt werden.In a second step, the sharpness profile is created as follows: First, a measuring cell with maximum sharpness is determined in a partial step, in a further partial step parameter P j (x ± , y ^, by the sharpness measurement number S j (X, yj . ) to approach each measuring cell to that of the reference cell for sharpness, and in a third sub-step creates a continuous sharpness profile by interpolation between the sharpness measuring cells. In a third step for determining an intensity and color profile, a number of primary colors (the basis of the color space) are imaged by the optical lens system in a first sub-step, in a second sub-step for each intensity and color measuring cell the representation of the test image is the respective intensity - And color value measured in the respective color space, the measuring cell with the maximum color or intensity value being used as a reference cell in a third sub-step, in a fourth sub-step a correction factor for each measuring field and the intensity is calculated, based on the respective reference value, and in a fifth sub-step a complete intensity and color profile is created by interpolation between the intensity or color measuring cell results. This method can also be used separately for each color plane and separately for radial or tangential image structures.
Der Schritt zur Erstellung des Intensitats- und Farbprofils und der zur Erstellung eines Schärfeprofils sind getrennt voneinander durchführbar und daher grundsätzlich vertauschbar. Es ist daher nicht zwingend, beide Profile oder ein Profil vor dem anderen zu erstellen.The step of creating the intensity and color profile and that of creating a sharpness profile can be carried out separately from one another and are therefore fundamentally interchangeable. It is therefore not mandatory to create both profiles or one profile in front of the other.
Die Bestimmung der Position aller Meßfelder in der Darstellung des Testbildes erfolgt im einfachen Fall bei einer unverzerrten Darstellung des Testbildes. In diesem Fall werden mindestens drei Punkte in der Darstellung verwendet, die bekannten Positionen in der Vorlage entsprechen, um die Orientierung und den Abbildungsmaßstab der Darstellung zu berechnen. Somit ist die Position aller Intensität- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen in der Darstellung des Testbildes bekannt. Liegt eine Verzeichnung in der Darstellung des Testbildes vor, wie sie z.B. durch eine fehlerhafte Linse oder in der Nähe des Objektivrandes auftreten kann, so ist ein Verzeichnungskoeffizient zu bestimmen, mit dem die Verzeichnung aus der Darstellung herauszurechnen ist. Der Verzeichnungskoeffizient wird anhand von Punkten in der Darstellung, die bekannten Positionen in dem Testbild entsprechen, berechnet. Allgemein ist davon auszugehen, daß der Verzeichnungskoeffizient nicht für alle Positionen des Testbildes konstant ist. Er ist daher zweckmäßig, ihn an verschiedenen Positionen des Testbildes bzw. der Darstellung des Testbildes zu berechnen, ggf. unter Berücksichtigung der Symmetrie des Linsensystems. Auf diese Weise wird für jeden Punkt des Testbildes der korrespondierende Punkt in der Darstellung des Testbildes berechnet und somit die Position aller Intensität- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen in der Darstellung des Testbildes.In the simple case, the position of all measuring fields in the representation of the test image is determined with an undistorted representation of the test image. In this case, at least three points are used in the representation, which correspond to known positions in the template, in order to calculate the orientation and the magnification of the representation. The position of all intensity and color and / or sharpness measuring cells in the display of the test image is thus known. If there is a distortion in the representation of the test image, such as can occur due to a defective lens or near the edge of the lens, a distortion coefficient must be determined with which the distortion can be calculated from the representation. The distortion coefficient is calculated on the basis of points in the representation which correspond to known positions in the test image. In general, it can be assumed that the distortion coefficient is not constant for all positions of the test pattern. It is therefore expedient to calculate it at different positions on the test image or the representation of the test image, taking into account the symmetry of the lens system, if necessary. In this way, the corresponding point in the representation of the test image is calculated for each point of the test image and thus the position of all intensity and color and / or sharpness measuring cells in the representation of the test image.
Bei der Ermittlung des Schärfeprofils des Linsensystems wird im zweiten Schritt zunächst das Meßfeld mit maximaler Schärfe, das sog. Referenzfeld für Schärfe, bestimmt. Dieses Meßfeld kann zum einen durch visuellen Eindruck bestimmt werden, d.h. durch den Anwender selber, und zum anderen mit Hilfe eines automatischen Verfahrens .When determining the sharpness profile of the lens system, the measuring field with maximum sharpness, the so-called reference field for sharpness, is first determined in the second step. This measuring field can be determined on the one hand by visual impression, i.e. by the user himself, and on the other hand with the help of an automatic procedure.
Ein quantitatives Verfahren zur Bestimmung des Schärfeeindrucks eines Meßfeldes ist z.B. ein Gradientenverfahren im Intensitätsraum, bei dem I (x) die Intensität eines Bildpixels x einer Zeile oder Spalte von Bildpixeln x = 1, ...,N ist, die eine Intensitätskante im Testbild überdecken. Eine Schärfemeßzahl S ergibt sich dann als maximaler Gradient auf dem Intervall x = 1, ..., N durch S = max (dl(x)/dx). Bei den meisten Verfahren wird jedoch eine Schärfemeßzahl für jedes Meßfeld bestimmt, wobei das Meßfeld mit der größten Schärfemeßzahl als Referenzfeld für Schärfe verwendet wird. Aus der DE 44 13 368 ist ein automatisches Verfahren zur Bestimmung einer Schärfemeßzahl bekannt, welches ein diskretes Amplitudenspektrum A(f), f = 1, ..., N/2, auf einer Zeile oder Spalte von Bildpixeln x = 1,...,N verwendet. Eine Schärfemeßzahl S ergibt sich dann als Integral über die hochfrequenten Koeffizienten des Amplitudenspektrums, z.B. durchA quantitative method for determining the sharpness impression of a measuring field is, for example, a gradient method in the intensity space, in which I (x) is the intensity of an image pixel x a row or column of image pixels x = 1, ..., N, which cover an intensity edge in the test image , A sharpness measure S then results as the maximum gradient on the interval x = 1, ..., N by S = max (dl (x) / dx). In most methods, however, a sharpness index is determined for each measuring field Measuring field with the largest measure of sharpness is used as a reference field for sharpness. From DE 44 13 368 an automatic method for determining a sharpness number is known, which has a discrete amplitude spectrum A (f) , f = 1, ..., N / 2, on a row or column of image pixels x = 1, .. ., N used. A sharpness measurement number S is then obtained as an integral over the high-frequency coefficients of the amplitude spectrum, for example by
N/2 N / 2
vorzugsweise mit f0=N/4 oder f0=N/8.preferably with f 0 = N / 4 or f 0 = N / 8.
Ist das Referenzfeld für Schärfe bestimmt, so bedarf es eines rechnerischen Verfahrens, um die Schärfe eines Bildes zu steigern, bzw. die Schärfemeßzahlen aller Meßfelder an die des Referenzfeldes der Schärfe zu nähern.If the reference field is intended for sharpness, a computational method is required to increase the sharpness of an image or to approximate the sharpness measurements of all measuring fields to that of the reference field of sharpness.
Zunächst können diese Verfahren auch dazu verwendet werden, selbst eine Schärfemeßzahl zu bestimmen, insbesondere wenn das Referenzfeld für Schärfe durch visuellen Eindruck bestimmt wurde. Dabei werden die in dem Verfahren zu variierenden Parameter Pj, die nach Variation derselben die beste Näherung der Schärfemeßzahl des Meßfeldes an die Schärfemeßzahl des Referenzfeldes für Schärfe ergeben, selbst als Schärfemeßzahl betrachtet.First of all, these methods can also be used to determine a sharpness measurement number, in particular if the reference field for sharpness was determined by visual impression. The parameters P j to be varied in the method, which, after variation thereof, give the best approximation of the sharpness measurement number of the measuring field to the sharpness measurement number of the reference field for sharpness, are themselves considered to be a sharpness measurement number.
Als Beispiel sei ein Verfahren angegeben, bei dem eine parametrisierte Korrekturfunktion im Ortsfrequenzraum verwendet wird. Diese Funktion K(f) mit f als Ortsfrequenz ist eine beliebige, im allgemeinen monoton mit f steigende Funktion, vorzugsweise K(f) = (1 + af)v mit a und V als Parametern, insbesondere v = 2. Das Frequenzspektrum des jeweiligen Meßfeldes wird an das des Referenzfeldes angeglichen, wobei diejenigen Parameter, die die beste Übereinstimmung liefern, als Schärfemezßzahl dienen.A method is given as an example in which a parameterized correction function is used in the spatial frequency domain. This function K (f) with f as the spatial frequency is any function, generally increasing monotonically with f, preferably K (f) = (1 + af) v with a and V as parameters, in particular v = 2. The frequency spectrum of the respective measuring field is matched to that of the reference field, with those parameters which provide the best match serve as a sharpness index.
Als rechnerisches Verfahren zur Steigerung der Bildschärfe kann im zweiten Teilschritt des zweiten Schrittes ein Verfahren zur Unscharfmaskierung verwendet werden, welches implizit ebenfalls eine Korrekturfunktion K(f) im Ortsfrequenzraum verwendet. Als Parameter werden im allgemeinen jedoch der Radius der Maske und die Intensität verwendet.In the second sub-step of the second step, a method for unsharp masking which implicitly likewise uses a correction function K (f) in the spatial frequency space can be used as the computational method for increasing the image sharpness. However, the radius of the mask and the intensity are generally used as parameters.
Die bisher bestimmten Größen sind diskret, d.h. sie beziehen sich auf ein bestimmtes Meßfeld. Um ein kontinuierliches Profil zu erlangen, ist eine Interpolation notwendig. Dies kann z.B. im dritten Teilschritt dadurch erreicht werden, daß die Parameter Pj (x±, y) interpoliert werden zu Parametern Pj (x, y) oder im zweiten Teilschritt des dritten Schrittes durch ein bilineare oder bikubische Interpolation.The quantities determined so far are discrete, ie they relate to a specific measuring field. Interpolation is necessary to achieve a continuous profile. This can be achieved, for example, in the third step by interpolating the parameters P j (x ± , y) to parameters P j (x, y) or in the second step of the third step by bilinear or bicubic interpolation.
Die erstellten Intensität- und Farbprofile und/oder Schärfeprofile werden zur Verbesserung der Qualität von mit demselben oder einem gleichen optischen Linsensystem erstellten Darstellungen verwendet .The intensity and color profiles and / or sharpness profiles created are used to improve the quality of representations created with the same or a same optical lens system.
Dies kann bei Digitalkameras z.B. dadurch geschehen, daß die Profile für diese Kamera in derselben gespeichert sind und das Bild mit Hilfe der Profile verbessert wird, vorzugsweise automatisch. Andererseits können die Profile auch in einem Postprozessor gespeichert sein, um Speicherplatz in der Kamera zu sparen, und die Bilder beim Herunterladen von der Kamera mit Hilfe der Profile verbessert werden, vorzugsweise automatisch. Die Profile können jedoch auch verwendet werden, um eingescannte Bilder zu verbessern. Das im Computer vorhandene digitale Bild wird mit den Profilen verbessert, die dem Linsensystem zugeordnet sind, mit dem die Darstellung erstellt worden ist. Die dazu notwendigen Profile können auf einem beliebigen Datenträger gespeichert sein.In digital cameras, this can be done, for example, by storing the profiles for this camera in the camera and improving the image using the profiles, preferably automatically. On the other hand, the profiles can also be stored in a postprocessor in order to save storage space in the camera, and the images can be improved, preferably automatically, when downloading from the camera using the profiles. The However, profiles can also be used to improve scanned images. The digital image present in the computer is improved with the profiles which are assigned to the lens system with which the representation was created. The profiles required for this can be stored on any data carrier.
Fig. 3 zeigt ein Meßfeld 5 vergrößert.3 shows a measuring field 5 enlarged.
In zwei Zeilen sind Linienmuster mit jeweils sich etwa um den Faktor 1:1,5 erhöhender Linienzahl bei entsprechend abnehmender Linienbreite angeordnet. Dabei sind in der ersten Zeile die Linien in den Meßzellen 27, 29, 31 abwechselnd horizontal und vertikal orientiert und in der zweiten Zeile in den Meßzellen 33, 35, 37 jeweils entsprechend senkrecht dazu orientiert. Dadurch lassen sich die Frequenzanteile in beiden Achsen bestimmen. Die weiteren Zellen 15, 17, 19, 21, 23, 25 sind Grauzellen mit verschieden vorgegebenen Graustufen, hellgau, mittelgrau und dunkelgrau.Line patterns are arranged in two lines, each with a line number increasing by a factor of 1: 1.5 with a correspondingly decreasing line width. In the first line, the lines in the measuring cells 27, 29, 31 are alternately oriented horizontally and vertically, and in the second line in the measuring cells 33, 35, 37 are respectively oriented perpendicularly thereto. This enables the frequency components in both axes to be determined. The other cells 15, 17, 19, 21, 23, 25 are gray cells with different gray levels, light gray, medium gray and dark gray.
Das Zentrum des Meßfeldes 5 ist als Ortungshilfe mit einem schwarzen Kreis 41 belegt. Ein Quadrant 16 des Meßfeldes 5 weist eine definierte Graustufe auf, die als Helligkeitsreferenz dient. Der letzte Quadrant des Meßfeldes ist je mit einer weißen Meßzelle 39, einer roten Meßzelle 9, einer grünen Meßzelle 14 und einer blauen Meßzelle 13 belegt, die der Farbvermessung dienen.The center of the measuring field 5 is covered with a black circle 41 as a locating aid. A quadrant 16 of the measuring field 5 has a defined gray level, which serves as a brightness reference. The last quadrant of the measuring field is each occupied by a white measuring cell 39, a red measuring cell 9, a green measuring cell 14 and a blue measuring cell 13, which are used for color measurement.
In einem anderen Verfahrensschritt läßt sich aus der Auswertung der Projektion des bekannten Testbildes 5 auf das Maßfeld 6 aus1 den Meßsignalen auch ein Verzerrungsverlaufprofil bestimmen, mit dessen Hilfe eine Entzerrung entsprechender Abbildungen erfolgen kann. Bekannt ist die jeweilige Lage der Zentrierpunkte 41 im Testbild, so daß die Ortsbestimmung der Abbildungen der Zentrierpunkte 41 Verzerrungen wiederspiegelt. Ausgehend von der Lage der äußersten Zentrierpunkte sind die Sollpositionen der anderen Zentrierpunkte in dem bekannten Raster zu bestimmen. Mit den jeweils gemessenen Istpositionen ergibt sich die Verzerrung entsprechend den Abweichungen in den einzelnen Referenzorten. Die interpolierte Zusammenstellung der Verzerrungswerte ist das Verzerrungsverlaufprofil .In another process step, a distortion profile can also be determined from the evaluation of the projection of the known test image 5 onto the measurement field 6 from FIG. 1 , with the aid of which corresponding images can be rectified. The respective position of the centering points 41 in the test image is known, so that the location of the images of the centering points 41 reflects distortions. Starting from the The position of the outermost centering points is to be determined in the known grid, the target positions of the other centering points. With the actual positions measured in each case, the distortion results in accordance with the deviations in the individual reference locations. The interpolated compilation of the distortion values is the distortion profile.
Das Verzerrungsverlaufprofil läßt sich zur Bearbeitung von ähnlich durch das gleiche Objekt projizierten Bildern verwenden, ebenso wie das Schärfeprofil oder Farbverlaufsprofil.The distortion profile can be used to edit images similarly projected through the same object, as can the sharpness profile or color profile.
Selbstverständlich sind die Korrekturen oder Teilkorrekturen der einzelnen Verläufe nicht an eine bestimmte Reihenfolge gebunden, doch können sich in einzelnen Fällen bei einer bestimmten Reihenfolge vorteilhafte Unterschiede im Ergebnis zu anderen zeigen. Of course, the corrections or partial corrections of the individual courses are not tied to a specific order, but in individual cases, a certain order can show advantageous differences in the result from others.
Bezugszeichenliste :Reference symbol list:
1 Testbild1 test pattern
3 optisches Linsensystem3 optical lens system
5 Meßfeld5 measuring field
6 Sensorfeld mit Abbildung6 sensor field with illustration
60 Computer60 computers
61 Datenträger61 data carriers
62 BildverarbeitungsSystem62 Image processing system
7 Meßzelle7 measuring cell
9 rote Meßzelle9 red measuring cell
11 grüne Meßzelle11 green measuring cell
13 blaue Meßzelle13 blue measuring cell
15, 16, 17, 19, 21, 23, 25 graue Meßzelle15, 16, 17, 19, 21, 23, 25 gray measuring cell
27, 29, 31, 33, 35, 37 Meßzelle mit Linienmuster27, 29, 31, 33, 35, 37 measuring cell with line pattern
39 weiße Meßzelle39 white measuring cell
41 schwarzer Kreis41 black circle
43 Darstellung des Testbildes43 Presentation of the test pattern
B BildB picture
S ScannerS scanner
P PrinterP Printer
KB korrigiertes Bild KB corrected image

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Ermittlung jeweils eines Intensitätsund/oder Färb- und/oder Schärfeprofils eines optischen Linsensystems (3), welches ein Testbild (1) projiziert, das aus Meßfeldern (5) besteht, wobei die Projektion mittelbar oder unmittelbar jeweils einem Sensorfeld (6) elektronischer Färb- und Helligkeitssensoren hoher Auflösung zugeführt ist, dessen zu den Meßfeldern (5) korrelierten Meßsignalen einem Computer (60) zugeführt sind, der daraus das Intensitats- und/oder Farb- und/oder Schärfeprofil und/oder Verzerrungsverlaufprofil ermittelt und an ein Bildverarbeitungssystem (62) zu einer elektronischen Bildfehlerkorrektur von mit einem gleichen Linsensystem (3) erstellten Bildern (B) ausgibt, speichert oder auf einen Datenträger (61) zwischenspeichert.1.Device for determining an intensity and / or color and / or sharpness profile of an optical lens system (3) which projects a test image (1) consisting of measuring fields (5), the projection directly or indirectly in each case one sensor field (6 ) electronic color and brightness sensors of high resolution is supplied, the measurement signals correlated to the measurement fields (5) are fed to a computer (60), which determines the intensity and / or color and / or sharpness profile and / or distortion profile from it and to one Outputs, stores or temporarily stores image processing system (62) for electronic image error correction of images (B) created with the same lens system (3) on a data carrier (61).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) verschiedene Meßzellen (9, 11, 13 bis 39) für eine Messung von Intensität, Intensitätsmeßzellen (15, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 39, 41) und zur Messung von Farbe, Farbmeßzellen (9, 11, 13, 39) und/oder zur Messung von Schärfe, Schärfemeßzellen (27, 29, 31, 33, 35, 37) aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring field (5) different measuring cells (9, 11, 13 to 39) for measuring intensity, intensity measuring cells (15, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 39 , 41) and for measuring color, color measuring cells (9, 11, 13, 39) and / or for measuring sharpness, sharpness measuring cells (27, 29, 31, 33, 35, 37).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmeßzellen (9, 11, 13) mit Farben, vorzugsweise jeweils mit einer anderen Grundfarbe (rot, grün, blau) , gefüllt sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the color measuring cells (9, 11, 13) are filled with colors, preferably each with a different basic color (red, green, blue).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) mindestens eine graue Intensitätsmeßzelle (16) umfaßt. 4. The device according to claim 1, characterized in that the measuring field (5) comprises at least one gray intensity measuring cell (16).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) Intensitätsmeßzellen (15, 16, 17, 19, 25, 39, 41) mit verschiedenen Grauwerten, sowie mit Weiß und mit Schwarz umfaßt.5. The device according to claim 4, characterized in that the measuring field (5) comprises intensity measuring cells (15, 16, 17, 19, 25, 39, 41) with different gray values, as well as with white and with black.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) mindestens eine Schärfemeßzelle (27, 29, 31, 33, 35, 37) mit einem Linienmuster umfaßt.6. The device according to claim 1, characterized in that the measuring field (5) comprises at least one sharpness measuring cell (27, 29, 31, 33, 35, 37) with a line pattern.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) Schärfemeßzellen (27, 29, 31, 33, 35, 37) mit Linienmustern verschiedener Liniendichte und verschieden orientiert aufweist.7. The device according to claim 6, characterized in that the measuring field (5) sharpness measuring cells (27, 29, 31, 33, 35, 37) with line patterns of different line density and differently oriented.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Meßfelder (5) in verschiedenen Helligkeitsstufen auf dem Testbild8. The device according to claim 1, characterized in that the measuring fields (5) in different brightness levels on the test image
(1) abgebildet sind.(1) are shown.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld weiße Meßzellen (39) umfaßt.9. The device according to claim 1, characterized in that the measuring field comprises white measuring cells (39).
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld (5) einen (Färb) -Kantenübergang, insbesondere einen von schwarz (39) nach weiß (37), umfaßt.10. The device according to claim 1, characterized in that the measuring field (5) comprises a (color) edge transition, in particular one of black (39) to white (37).
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfelder (5) das Testbild (1) vollständig ausfüllen.11. The device according to claim 1, characterized in that the measuring fields (5) completely fill out the test image (1).
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfelder (5) in Zeilen angeordnet sind.12. The apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring fields (5) are arranged in rows.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfelder (5) in Spalten angeordnet sind. 13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring fields (5) are arranged in columns.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfelder (5) einander berühren.14. The apparatus according to claim 12 and 13, characterized in that the measuring fields (5) touch each other.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfelder (5) derart angeordnet sind, daß eine Matrix aus Meßfeldern gebildet ist.15. The apparatus according to claim 12 and 13, characterized in that the measuring fields (5) are arranged such that a matrix is formed from measuring fields.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellen (9 bis 39) das Meßfeld (5) vollständig ausfüllen.16. The apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring cells (9 to 39) completely fill the measuring field (5).
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellen (9 bis 39) in dem Meßfeld (5) in Zeilen angeordnet sind.17. The apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring cells (9 to 39) in the measuring field (5) are arranged in rows.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellen (9 bis 39) in dem Meßfeld (5) in Spalten angeordnet sind.18. The apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring cells (9 to 39) in the measuring field (5) are arranged in columns.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellen (9 bis 39) einander berühren.19. The apparatus of claim 17 and 18, characterized in that the measuring cells (9 to 39) touch each other.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellen (9 bis 39) in dem Meßfeld (5) derart angeordnet sind, daß eine Matrix aus Meßzellen gebildet ist.20. The apparatus according to claim 17 and 18, characterized in that the measuring cells (9 to 39) in the measuring field (5) are arranged such that a matrix is formed from measuring cells.
21. Testbild mit Meßfeldern (5) zur Verwendung in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20.21. Test pattern with measuring fields (5) for use in the device according to one of claims 1 to 20.
22. Testbild nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einem Datenträger zur Wiedergabe auf einem Farbdrucker gespeichert ist. 22. Test image according to claim 21, characterized in that it is stored on a data carrier for reproduction on a color printer.
23. Datenträger, Kamera oder Postprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm oder auf dem Datenträger (61) mindestens für ein Linsensystem (3) das erzeugte Intensitätsund/oder Färb- und/oder Schärfeprofil gespeichert ist.23. A data carrier, camera or postprocessor according to claim 1, characterized in that the generated intensity and / or coloring and / or sharpness profile is stored in it or on the data carrier (61) at least for a lens system (3).
24. Verfahren zur Ermittlung eines ortsabhängigen Intensitätsund Farbprofils und/oder Schärfeprofils optischer Linsensysteme mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Testbild (1) und einem optischen Linsensystem (3) , wobei das Testbild Meßfelder (5) aufweist, die in beiden Dimensionen des Testbildes angeordnet sind, wobei das Meßfeld (9 - 39) Intensitats- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen aufweist, und auf ein Sensorfeld (6) aus Intensitats- und Farbmeßzellen projiziert wird, deren Sensorsignale dahingehend ausgewertet werden, daß24. A method for determining a location-dependent intensity and color profile and / or sharpness profile of optical lens systems with a device according to claim 1, with a test image (1) and an optical lens system (3), the test image having measurement fields (5) in both dimensions of the Test image are arranged, the measuring field (9 - 39) having intensity and color and / or sharpness measuring cells, and is projected onto a sensor field (6) from intensity and color measuring cells, the sensor signals of which are evaluated such that
I. einem ersten Schritt eine Bestimmung der Positionen aller Intensitats- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen (9 - 39) in der Darstellung des Testbildes (1) erfolgt,I. a first step is to determine the positions of all intensity and staining and / or sharpness measuring cells (9-39) in the representation of the test image (1),
II. in einem weiteren Schritt eine Bestimmung des Schärfeprofils erfolgt, indem a) zu allen Schärfemeßzellen eine Schärfemeßzahl bestimmt wird und die Schärfemeßzelle maximaler Schärfe als eine Referenzzelle für Schärfe bestimmt wird, b) für jede Schärfemeßzelle Parameter Pj (XiYι) bestimmt werden und die Schärfemeßzahl Sj (XiYi) jeder Schärfemeßzelle mit der Referenzzelle für Schärfe vergleichen und einen Korrekturfaktor dabei zu bilden, c) ein kontinuierliches Schärfeprofil durch Interpolation zwischen den Schärfemeßzahlen der SchärfemeßZellen bestimmt wird und/oderII. In a further step, the sharpness profile is determined by a) determining a sharpness measurement number for all sharpness measuring cells and determining the sharpness measuring cell of maximum sharpness as a reference cell for sharpness, b) determining parameters Pj (XiYι) for each sharpness measuring cell and determining the sharpness measuring number Compare Sj (XiYi) of each sharpness measuring cell with the reference cell for sharpness and form a correction factor, c) a continuous sharpness profile is determined by interpolation between the sharpness measuring numbers of the sharpness measuring cells and or
III. in einem dritten Schritt eine Bestimmung einesIII. in a third step a determination of a
Intensitats- und Farbprofils vorgenommen wird, indem a) eine Anzahl von Grundfarben als eine Basis des Farbraums durch das optische Linsensystem (3) abgebildet wird, b) für jede Intensitats- und Farbmeßzelle der Darstellung (6) des Testbildes ein jeweiliger Intensitats- und Farbwert in dem jeweiligen Farbraum gemessen wird, c) die Meßzelle mit dem jeweils gemessenen maximalen Färb- bzw. Intensitätswert als Referenzzelle deklariert wird, d) für jede Meßzelle je einen Korrekturfaktor für jede Grundfarbe und die Intensität, bezogen auf den jeweiligen Referenzwert, berechnet wird und e) ein vollständiges Intensitats- und Farbprofil durch Interpolation zwischen den Meßwerten der Intensitats- und Farbmeßzellen berechnet wird.Intensity and color profile is carried out by a) mapping a number of primary colors as a base of the color space through the optical lens system (3), b) a respective intensity and color value for each intensity and color measuring cell of the representation (6) of the test image is measured in the respective color space, c) the measuring cell with the respectively measured maximum color or intensity value is declared as a reference cell, d) a correction factor for each basic color and the intensity, based on the respective reference value, is calculated for each measuring cell and e) a complete intensity and color profile is calculated by interpolation between the measured values of the intensity and color measuring cells.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt I bei einer unverzerrten Darstellung (6) des Testbildes (1) mindestens drei Punkte in der Darstellung (6), die bekannten Positionen in dem Testbild (1) entsprechen, meßtechnisch genutzt werden, eine Orientierung und einen Abbildungsmaßstab der Darstellung (6) zu bestimmen und somit die Position der Intensitats- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen (9 - 39) in der Darstellung (6) des Testbildes (1) festzulegen.25. The method according to claim 24, characterized in that in the first step I in an undistorted representation (6) of the test image (1) at least three points in the representation (6), which correspond to known positions in the test image (1), used for measurement purposes to determine an orientation and a scale of the representation (6) and thus to determine the position of the intensity and color and / or sharpness measuring cells (9 - 39) in the representation (6) of the test image (1).
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt I bei einer verzeichneten Darstellung des Testbildes ein Verzeichnungskoeffizient anhand von Meßwerten von Sensorfeldern in Punkten in der Darstellung (6), die bekannten Positionen in dem Testbild (1) entsprechen, berechnet werden, indem an verschiedenen Positionen unter Berücksichtigung der Symmetrie des optischen Systems, für jeden Punkt des Testbildes (1) zum korrespondierenden Punkt in der Darstellung (6) desselben berechnet wird und daraus die Position aller Intensitats- und Färb- und/oder Schärfemeßzellen (9 - 39) in der Darstellung des Testbildes (1) bestimmt wird.26. The method according to claim 24, characterized in that in the first step I in a recorded representation of A distortion coefficient on the basis of measured values from sensor fields in points in the representation (6), which correspond to known positions in the test image (1), by calculating at different positions, taking into account the symmetry of the optical system, for each point of the test image (1 ) is calculated for the corresponding point in the illustration (6) and the position of all intensity and color and / or sharpness measuring cells (9-39) in the illustration of the test image (1) is determined therefrom.
27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ila ein Referenzfeld für die Schärfe durch einen visuellen Eindruck bestimmt wird und der Meßwert-Verarbeitungsvorrichtung27. The method according to claim 24, characterized in that in step Ila a reference field for the sharpness is determined by a visual impression and the measured value processing device
(60) eingegeben wird.(60) is entered.
28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ila automatisch für jede Schärfemeßzelle eine Schärfemeßzahl Sj (xiVi) rechnerisch bestimmt wird und die Schärfemeßzelle mit der maximalen Schärfemeßzahl als Referenzstelle für Schärfe verwendet wird.28. The method according to claim 24, characterized in that in step Ila a sharpness measurement number Sj (xiVi) is automatically calculated for each sharpness measurement cell and the sharpness measurement cell with the maximum sharpness measurement number is used as a reference point for sharpness.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ila mit einem Gradientenverfahren im Intensitätsraum ein Schärfeeindruck einer Meßzelle quantitativ bestimmt wird, indem eine Zeile oder eine Spalte von Bildpixeln I(X), x = 1, ... , N, die eine Intensitätskante in der Darstellung des Testbildes überdecken, die Schärfemeßzahl S als maximaler Gradient (dS/dx) auf diesem Intervall X = 1, ..., N durch S = max. (dl)x)/dx) ergibt.29. The method according to claim 28, characterized in that in step Ila a sharpness impression of a measuring cell is determined quantitatively with a gradient method in the intensity space by a row or a column of image pixels I (X) , x = 1, ..., N, which cover an intensity edge in the representation of the test image, the sharpness measure S as a maximum gradient (dS / dx) on this interval X = 1, ..., N by S = max. (dl ) x) / dx) results.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ila der Schärfeeindruck einer Meßzelle quantitativ bestimmt wird, indem ein Integral über die hochfrequenten Koeffizienten des Amplitudenspektrums gebildet wird, insbesondere30. The method according to claim 29, characterized in that in step Ila the sharpness impression of a measuring cell is quantitative is determined by forming an integral over the high-frequency coefficients of the amplitude spectrum, in particular
N/2N / 2
S = ι A( ) foS = ι A ( ) fo
mit einer Spalte oder Zeile I(x),x = 1, ..., N von Bildpixeln, einem diskreten Amplitudenspektrum A(f), f = 1, ..., N/2 von I(X), und der Schärfemeßzahl S, vorzugsweise mit f0 = N/4 oder f0 = N/8.with a column or row I (x) , x = 1, ..., N of image pixels, a discrete amplitude spectrum A (f) , f = 1, ..., N / 2 of I (X) , and the sharpness measure S, preferably with f 0 = N / 4 or f 0 = N / 8.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ila oder Ilb der Schärfeeindruck einer Meßzelle quantitativ bestimmt wird, indem mit einer parametrisierten Korrekturfunktion im Ortsfrequenzraum das Frequenzspektrum des jeweiligen Meßfeldes an das des Referenzfeldes angeglichen wird, wobei diejenigen Parameter, die die beste Übereinstimmung liefern, als Schärfemeßzahl verwendet werden.31. The method according to claim 30, characterized in that in step Ila or Ilb the sharpness impression of a measuring cell is determined quantitatively by using a parameterized correction function in the spatial frequency space to adjust the frequency spectrum of the respective measuring field to that of the reference field, with those parameters being the best Deliver match, be used as a measure of sharpness.
32. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ilb zu einer rechnerischen Steigerung der Bildschärfe eine Unscharfmaskierung vorgenommen wird.32. The method according to claim 24, characterized in that an unsharp masking is carried out in step Ilb to increase the image sharpness.
33. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Ilb eine rechnerische Steigerung der Bildschärfe durch eine Korrekturfunktion im Ortsfrequenzraum vorgenommen wird, insbesondere durch die Funktion k(f) = (1 + af)v mit f als Ortsfrequenz und a und v als Parameter, vorzugsweise mit v = 2.33. The method according to claim 24, characterized in that in step Ilb a mathematical increase in image sharpness is carried out by a correction function in the spatial frequency domain, in particular by the function k (f) = (1 + af) v with f as the spatial frequency and a and v as parameters, preferably with v = 2.
34. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt IIc das kontinuierliche Schärfeprofil durch eine Interpolation der Parameter Pj (xiYi) berechnet wird. 34. The method according to claim 24, characterized in that in step IIc the continuous sharpness profile is calculated by an interpolation of the parameters P j (xiYi).
35. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt IIc und/oder Ille als Interpolationsverfahren eine bilineare Interpolation verwendet wird.35. The method according to claim 24, characterized in that a bilinear interpolation is used in step IIc and / or Ille as the interpolation method.
36. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt IIc und/oder Ille als Interpolationsverfahren eine bikubische Interpolation verwendet wird.36. The method according to claim 24, characterized in that a bicubic interpolation is used in step IIc and / or Ille as the interpolation method.
37. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt Illb die Intensität der Beleuchtung des einzelnen Meßfeldes (5) im Testbild (1) durch einen geeigneten Mittelwert der Farbwerte der Grundfarben in dem korrespondierenden Sensorfeld ermittelt wird.37. The method according to claim 24, characterized in that in step Illb the intensity of the illumination of the individual measuring field (5) in the test image (1) is determined by a suitable mean value of the color values of the primary colors in the corresponding sensor field.
38. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schärfemeßzahl dadurch bestimmt wird, daß einem Verlauf von gemessenen Grauwerten von projizierten Linienstrukturen einer unimodalen oder multimodalen Verteilung angepaßt wird, die mindestens einen Parameter, der ein Maximum der Verteilung kennzeichnet, und mindestens einen Parameter, der die Breite der Verteilung kennzeichnet, hat, wobei eine große Breite einer geringen Schärfemeßzahl und eine geringere Breite einer größeren Schärfemeßzahl zugeordnet wird.38. The method according to claim 1, characterized in that the sharpness number is determined by adapting a course of measured gray values of projected line structures of a unimodal or multimodal distribution, the at least one parameter, which characterizes a maximum of the distribution, and at least one parameter , which characterizes the width of the distribution, with a large width being assigned to a small measure of sharpness and a smaller width being assigned to a larger measure of sharpness.
39. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen des Meßfeldes (6) jeweils eine Ist-Lage der einzelnen Zentrierpunkte (41) oder einzelner anderer Bildteile bestimmt wird, deren zugeordneten Lagen im projizierten Testbild39. The method according to claim 1, characterized in that an actual position of the individual centering points (41) or individual other parts of the image is determined from the measurement signals of the measuring field (6), their assigned positions in the projected test image
(5) jeweils bekannt sind, die jeweils einer fiktiven verzerrungsfreien Soll-Lage im Meßfeld zuzuordnen sind, und daß jeweilige Abweichungen der Ist- und Soll-Lagen interpoliert als Verzerrungsverlaufprofil zusammengestellt wird. (5) are known, each of which is to be assigned to a fictitious distortion-free target position in the measuring field, and that respective deviations of the actual and target positions are interpolated as a distortion profile.
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