Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bildaufnahmevorrichtungen,
wie z. B. Digitalkameras, wie z. B. wiederum digitale Standbild-
oder Videokameras sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer Aufnahme.The
The present invention relates to image pickup devices,
such as B. digital cameras, such. B. again digital still picture
or video cameras as well as a method for creating a recording.
In
der digitalen Bilderzeugung spielt die korrekte Belichtung eine
entscheidende Rolle während der Bildaufnahme. Die empfangene
Lichtmenge bzw. Lichtenergie Qv sollte sich
innerhalb eines bestimmten Bereiches befinden, denn elektronische
Schaltungen erlauben lediglich einen bestimmten minimalen Wert (min) und
einen maximalen Wert (max), die durch das Gesamtrauschen in dem
System bzw. die Sättigungsladung (full well capacity) eines
Sensors bestimmt sind. Objekte unterhalb eines bestimmten Pegels
werden in dem Kamerarauschen nicht sichtbar sein und für
Objekte Oberhalb des Maximums werden die entsprechenden Pixel geclippte
bzw. abgeschnittene Werte liefern. In beiden Fällen werden
alle Details dieser Bildbereiche verloren sein und es ist keine
Wiederherstellung mittels Bildnachverarbeitung möglich.
Das Verhältnis zwischen Dynamikbereich 900 einer
Digitalkamera, der oberen Grenze max und der unteren Grenze min
desselben sowie die Folgen für Bereiche eines Bilder, bei
denen die entsprechenden Pixel zu hell oder zu dunkel ausgeleuchtet
sind, für den Fall einer herkömmlichen Belichtung über
ein Belichtungszeitfenster einer bestimmten Zeitdauer bzw. Belichtungszeit
bezogen auf die Lichtenergie Qv ist noch
einmal in 12 gezeigt. Der Bereich 900 zwischen
minimaler und maximaler Lichtenergie, der weder zu einer Sättigung
des Energiespeichers bzw. Ladungsspeichers des Sensors führt
noch zu einem nicht-sichtbaren, da im Rauschen untergehenden Ausschlag
führt, wird Dynamikbereich 900 eines Kamerasystems
genannt.In digital imaging, correct exposure plays a crucial role during image acquisition. The amount of light or light energy Q v received should be within a certain range, because electronic circuits only allow a certain minimum value (min) and a maximum value (max), the (by the total noise in the system or the saturation charge full well Capacity) of a sensor are determined. Objects below a certain level will not be visible in the camera noise, and for objects above the maximum, the corresponding pixels will provide clipped or truncated values. In both cases, all details of these image areas will be lost and no image postprocessing will be possible. The relationship between dynamic range 900 a digital camera, the upper limit max and the lower limit min thereof, and the sequences for areas of an image in which the respective pixels are illuminated too brightly or too dark, in the case of a conventional exposure over a shutter speed window of a certain period of time or exposure time to the light energy Q v is again in 12 shown. The area 900 between minimum and maximum light energy, which leads neither to saturation of the energy storage or charge storage of the sensor nor to a non-visible, as in the noise sinking rash leads is dynamic range 900 called a camera system.
Für
das Aufnehmen eines Bildes integriert ein Sensor den Lichtfluss
F während der Belichtungszeit. Anders ausgedrückt,
akkumuliert der Sensor eine dem einfallenden Lichtstrom F entsprechende
Energiemenge, wie z. B. eine Ladungsmenge. Die so akkumulierte Lichtmenge
ergibt sich zu Qv = ∫Fdt (1) For taking a picture, a sensor integrates the light flux F during the exposure time. In other words, the sensor accumulates an amount of energy corresponding to the incident luminous flux F, such as. B. a charge amount. The amount of light thus accumulated becomes too Q v = ∫Fdt (1)
Steht
die Belichtungszeit fest, legen die Lichtenergiedynamikbereichsgrenzen
max und min unmittelbar die Dynamikbereichsgrenzen bezogen auf den
Lichtfluss fest. 13 zeigt die Lichtstromdynamikbereichsgrenzen
bzw. den Dynamikbereich bezogen auf den Lichtstrom F am Beispiel
einer kurzen und einer langen Belichtungszeit. Für eine
gegebene Szene kann folglich eine korrekte Belichtung durch die
Belichtungszeit gesteuert werden. Der Lichtfluss ist durch geeignetes
Anpassen der Szene, durch zusätzliches optisches Filtern
oder durch Einstellen der Apertur der Linse steuerbar.If the exposure time is fixed, the dynamic range limits max and min immediately set the dynamic range limits with respect to the light flux. 13 shows the luminous flux dynamic range limits or the dynamic range with respect to the luminous flux F for the example of a short and a long exposure time. Thus, for a given scene, correct exposure can be controlled by the exposure time. The light flux is controllable by suitably adjusting the scene, by additional optical filtering or by adjusting the aperture of the lens.
Unglücklicherweise
sind in dem Fall einer High-End-Bewegungsbildaufnahme viele dieser
Faktoren zumeist festgelegt: die Linsenapertur stellt nämlich
gleichzeitig den Tiefenschärfenbereich ein, der wiederum wichtig
für die Szenenkomposition ist. Umgekehrt bestimmt die Belichtungszeit
die Bewegungsverschmierung, die für eine natürlich
aussehende Szene bei der Bewegungsbildaufzeichnung erforderlich
ist. Eine „ISO-Einstellung” einer Kamera liefert
Bilder mit unterschiedlicher Helligkeit, aber lediglich unter Verwendung
einer internen Verstärkung, die die Bilddatenwerte umskaliert.
Die zugrunde liegende Sensorempfindlichkeit bleibt bestehen, oder
zumindest bleibt der Dynamikbereich unverändert, denn verlorengegangene
Informationen aufgrund einer Über- und Unterbelichtung
bleiben auch weiterhin verloren.Unfortunately
are many of these in the case of high-end motion capture
Factors are usually fixed: the lens aperture is in fact
at the same time the depth of field range, which in turn important
for the scene composition. Conversely, the exposure time determines
the movement smear that for a natural
Looking scene required for motion picture recording
is. An "ISO setting" of a camera provides
Pictures with different brightness, but only with use
an internal gain that resizes the image data values.
The underlying sensor sensitivity persists, or
at least the dynamic range remains unchanged, because lost
Information due to overexposure and underexposure
remain lost.
Es
bleibt also lediglich die Menge an Licht aus der Szene, die für
eine korrekte Belichtung einstellbar wäre. In einem Studio
ist die Helligkeit des Lichtes vielleicht einstellbar. Bei Außenaufnahmen
ist dies aber bereits nicht mehr möglich. Am häufigsten
wird eine zusätzliche optische Filterung verwendet, um
die Empfindlichkeit der Digitalkamera zu reduzieren. Spezielle Neutraldichte-(ND)Filter
können verwendet werden, um eine bestimmte Menge des einfallenden
Lichtes zu entfernen. Echt farbneutrale und homogene optische Filter sind
aber teuer und stellen einen empfindlichen bzw. zerbrechlichen Ausrüstungsgegenstand
dar. Solche Filter erhöhen das Gewicht und die Größe
des Kamerasystems. Bisher existiert keine elektronische Option zum
Einstellen der Empfindlichkeit auf eine neutraldichte Art und Weise.It
So only the amount of light from the scene that remains for
a correct exposure would be adjustable. In a studio
the brightness of the light may be adjustable. When shooting outdoors
but this is already no longer possible. Most frequently
An additional optical filtering is used to
to reduce the sensitivity of the digital camera. Special neutral density (ND) filters
Can be used to a certain amount of the incident
To remove light. True color neutral and homogeneous optical filters are
but expensive and make a delicate or fragile piece of equipment
Such filters increase weight and size
of the camera system. So far there is no electronic option for
Adjust the sensitivity in a neutral density manner.
Abgesehen
von der optischen Filterung existieren einige andere Optionen zur
Erfassung von Szenen mit einem höheren Dynamikbereich.
Z. B. wird eine Kombination von Frames verwendet:
In MANN,
Steve; MANDERS, Corey; FUNG, James: Painting with looks: photographic
images from video using quantimetric processing. In: Proceedings
of the tenth ACM international conference on Multimedia, New York, NY,
USA: ACM, 2002, S. 117–126 wird beispielsweise
die Kombination mehrerer linearer Aufnahmen zur Erzeugung von Stand bildern
mit einem höheren Dynamikbereich beschrieben. Dieses Vorgehen
funktioniert allerdings lediglich für statische Szenen,
da jedes sich bewegende Objekt ansonsten an unterschiedlichen Positionen
aufgenommen wird. Dies würde wiederum zu Bildartefakten
führen, wenn auf diese Art und Weise Bilder sich bewegender
Szenen erzeugt werden würden.Apart from optical filtering, there are several other options for capturing scenes with a higher dynamic range. For example, a combination of frames is used:
In MAN, Steve; MANDERS, Corey; FUNG, James: Painting with looks: photographic images from video using quantimetric processing. In: Proceedings of the tenth ACM International Conference on Multimedia, New York, NY, USA: ACM, 2002, pp. 117-126 For example, the combination of multiple linear images to produce still images with a higher dynamic range is described. However, this procedure works only for static scenes, since each moving object is otherwise recorded at different positions. This would in turn lead to image artifacts if in this way Bil which would be generated from moving scenes.
In LIU,
Xinqiao; Gamal, Abbas E.: Synthosis of high dynamic range motion
blur free image from multiple captures. In: IEEE Transactions on
Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications 50 (2003),
April, Nr. 4, S. 530–539 und KANG, S.
B.; UYTTENDAELE, M.; WINDER, S.; SZELISKI, R.: High dynamic range
video. In: ACM Transactions on Graphics 22 (2003), Nr. 3, S. 319–325 wird
beispielsweise eine Nachverarbeitung von Videosequenzen zur Verbesserung
bzw. Erhöhung des Dynamikbereiches beschrieben, wobei diese
Verfahren auf eine Rekonstruktion ohne Bewegungsverschmierung abzielen.
Dies ist aber für Bewegungsbilder nicht wünschenswert,
da die korrekte Erzeugung der Bewegungsverschmierung für
die wahrgenommene Natürlichkeit einer Szene essentiell
ist.In LIU, Xinqiao; Gamal, Abbas E .: Synthesis of high dynamic motion blur free image from multiple captures. In: IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications 50 (2003), April, No. 4, pp. 530-539 and KANG, SB; UYTTENDAELE, M .; WINDER, S .; SZELISKI, R .: High dynamic range video. In: ACM Transactions on Graphics 22 (2003), No. 3, pp. 319-325 For example, a post-processing of video sequences to improve or increase the dynamic range is described, these methods are aimed at a reconstruction without Bewegungsverschmierung. However, this is not desirable for moving pictures because the correct generation of motion blur is essential to the perceived naturalness of a scene.
In WANG,
Hongcheng; RASKAR, Ramesh; AHUJA, Narendra: High dynamic range video
using split aperture camera. In: IEEE 6th Workshop on Omnidirectional
Vision, Camera Networks and Non-classical Cameras OMNIVIS, 2005 werden
wiederum Lösungsansätze beschrieben, die die Bewegungsverschmierung zwar
bewahren, aber zumindest zwei Kameras, zusätzliche Optiken
und eine Ausrichtung erfordern.In WANG, Hongcheng; RASKAR, Ramesh; AHUJA, Narendra: High dynamic range video using split aperture camera. In: IEEE 6th Workshop on Omnidirectional Vision, Camera Networks and Non-classical Cameras OMNIVIS, 2005 again solution approaches are described, which preserve the Bewegungsverschmierung, but require at least two cameras, additional optics and alignment.
Spezielle
Architekturen für Bildsensoren zum Erfassen eines höheren
Dynamikbereiches einer Szene sind ebenfalls bereits bekannt.Specific
Architectures for image sensors to capture a higher
Dynamic range of a scene are also already known.
In KAVUSI,
Sam; GAMAL, Abbas E.: Quantitative study of high-dynamic-range image
sensor architectures. In: SPIE Sensors and Camer Systems for Scientific,
Industrial, and Digital Photography Applications V Bd. 5301, SPIE,
2004, S. 264–275 werden beispielsweise spezialisierte
Sensoren zur Erfassung eines erhöhten Dynamikbereiches
miteinander verglichen, darunter auch spezielle logarithmische Bildsensoren,
die eine Szene direkt mit einem großen Dynamikbereich erfassen
können. Leider lassen sich allerdings bei solchen Sensoren
der Dunkelbildfehler bzw. das Festmusterrauschen (fixed pattern
noise = FPN) nur schwer kompensieren.In KAVUSI, Sam; GAMAL, Abbas E .: Quantitative study of high-dynamic-range image sensor architectures. In: SPIE Sensors and Camer Systems for Scientific, Industrial, and Digital Photography Applications V Vol. 5301, SPIE, 2004, pp. 264-275 For example, specialized sensors for detecting increased dynamic range are compared with each other, including special logarithmic image sensors that can capture a scene directly with a large dynamic range. Unfortunately, dark sensors and fixed pattern noise (FPN) are difficult to compensate for such sensors.
Die
Einstellung der fotoseitigen Ladungskapazität, wie sie
in DECKER, S.; MCGRATH, D.; BREHMER, K.; SODINI, C. G.:
A 256 × 256 CMOS imaging array with wide dynamic range
Pixels and column-parallel digital Output. In: IEEE Journal of Solid-State
Circuits 33 (1995), Dec, Nr. 12, S. 2081–2091 beschrieben
wird, erzeugt ein ähnliches Verhalten. Eine solche Vorgehensweise
erfordert modifizierte Sensoren und kann aufgrund des ungleichmäßigen
Ansprechverhaltens auf Licht für unterschiedliche Belichtungszeiten
zu zusätzlichen Artefakten bei sich bewegenden Objekten
führen.The setting of the photo-side charge capacity as shown in DECKER, S .; MCGRATH, D .; BREHMER, K .; SODINI, CG: A 256x256 CMOS imaging array with wide dynamic range Pixels and column-parallel digital output. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits 33 (1995), Dec, No. 12, pp. 2081-2091 described, produces a similar behavior. Such an approach requires modified sensors and, because of the uneven response to light for different exposure times, may lead to additional artifacts on moving objects.
Räumlich
variierende Belichtungen, wie sie in NAVAR, S. K.; MITSUNAGA,
T.: High dynamic range imaging: spatially varying Pixel exposures.
In: Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern
Recognition Bd. 1, 2000, S. 472–479 und US 5,789,737 beschrieben
wird, reduziert die Empfindlichkeit für einige Pixel. Dies
wiederum reduziert die Auflösung für alle Betriebsbedingungen
und erfordert wiederum eine spezialisierte Sensorhardware und Einstellungen
des Bildrekonstruktionsalgorithmus.Spatially varying exposures, as in NAVAR, SK; MITSUNAGA, T .: High dynamic range imaging: spatially varying pixel exposures. In: Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Vol. 1, 2000, pp. 472-479 and US 5,789,737 described reduces the sensitivity for some pixels. This in turn reduces resolution for all operating conditions and in turn requires specialized sensor hardware and image reconstruction algorithm settings.
Wünschenswert
wäre deshalb eine Möglichkeit zur Empfindlichkeitsverminderung
oder Empfindlichkeitseinstellung, das eine breitere Einsatzmöglichkeit
bezogen auf Sensortechnologie, anwendbare Bildnachverarbeitung und/oder
Szenentyp liefert, eventuell sogar zu qualitativ besseren Aufnahmen
führt, eine Empfindlichkeitseinstellung liefert, die weniger
oder überhaupt nicht abhängig ist von Blenden-,
Szenenhelligkeits- und/oder Belichtungszeiteinstellung und dabei
leicht implementierbar ist.Desirable
would therefore be a possibility for sensitivity reduction
or sensitivity adjustment, the broader use
based on sensor technology, applicable image post-processing and / or
Scene type provides, possibly even better quality recordings
leads, providing a sensitivity setting that is less
or not at all dependent on aperture,
Scene brightness and / or exposure time setting and thereby
easy to implement.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Bildaufnahmevorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung von Aufnahmen zu
schaffen, die diesem Wunsch nachkommen.The
It is therefore an object of the present invention to provide an image pickup device
and a corresponding method for the production of recordings
create that fulfill this desire.
Diese
Aufgabe wird durch eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.These
Object is achieved by an image pickup device according to claim
1 and a method according to claim 14 solved.
Ein
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine
Empfindlichkeitsverringerung relativ unaufwendig, mit Dynamikbereichsvorteilen
und mit wenig Auswirkungen auf restliche Bildaufnahmeeinstellungen
durchgeführt werden kann, indem Auslesewerte durch mehrmaliges
Auslesen des optoelektrischen Sensors, nämlich lückenloses
Auslesen und Zurücksetzen des optoelektrischen Sensors
der Bildaufnahmevorrichtung zumindest einmal während eines
Belichtungszeitfensters und einmal Auslesen am Ende des Belichtungszeitfensters,
zur Erzeugung einer Aufnahme verwendet werden, eine Summe über
diese zumindest zwei Auslesewerte gebildet wird und die Summe um
einen Faktor kleiner 1 verkleinert wird, so dass eine Empfindlichkeit
der Bildaufnahmevorrichtung neutraldichtereduziert wird. Die Lückenlosigkeit
garantiert, dass das Ergebnis der Aufnahme einer herkömmlichen
Aufnahme mit kontinuierlicher Akkumulation innerhalb des Belichtungszeitfensters
im Wesentlichen entspricht, da im Wesentlichen der gesamte Lichtstrom
während der Belichtungszeitdauer zum Ergebnis beiträgt.
Das FPN-Rauschen ist aufgrund der kürzeren Teilbelichtungsintervalle
zwischen den Auslese/Rücksetz-Zeitpunkten reduziert. Es
bleibt zudem korrigierbar. Das dynamische Rauschen wird aufgrund
der eintretenden Mittelung über die Auslesewerte ebenfalls
reduziert. Das Ergebnis ist eine reduzierte untere Schranke für
den Lichtfluss, der noch in den Dynamikbereich fällt. Umgekehrt
ist auch die obere Lichtstromschranke aufgrund der kürzeren
Teilbelichtungsintervalle erhöht. Der Aufwand zur Implementierung
ist einfach, da lediglich wenige Additionen und eine Multiplikation
pro Bildpunkt ausreichend sind.A key concept of the present invention is that sensitivity reduction can be performed relatively inexpensively, with dynamic range advantages and with little effect on residual image pickup settings, by reading readings by reading the optoelectric sensor several times, namely reading and resetting the optoelectric sensor of the image pickup device at least once during a scan Exposure time window and once read at the end of the exposure time window, are used to produce a shot, a sum is formed over these at least two read-out values and the sum is reduced by a factor of less than 1, so that a sensitivity of the image pickup device is neutral density-reduced. The gaplessness guarantees, that the result of the recording of a conventional recording with continuous accumulation within the exposure time window substantially corresponds, since substantially the entire luminous flux during the exposure period contributes to the result. The FPN noise is reduced due to the shorter partial exposure intervals between the read / reset times. It also remains correctable. The dynamic noise is also reduced due to the incoming averaging via the readings. The result is a reduced lower limit to the flow of light that still falls within the dynamic range. Conversely, the upper photocurrent barrier is increased due to the shorter Teilbelichtungsintervalle. The effort for implementation is simple, since only a few additions and one multiplication per pixel are sufficient.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:preferred
Embodiments of the present invention will be
with reference to the accompanying drawings
explained. Show it:
1 ein
schematisches Blockschaltbild einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel; 1 a schematic block diagram of an image pickup device according to an embodiment;
2 eine
schematische Darstellung zum Vergleich einer durchgehenden Belichtung
und einer Aufteilung einer Belichtung in Belichtungsteilintervalle
gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation for comparing a continuous exposure and a division of an exposure in exposure subintervals according to an embodiment;
3 eine
schematische Darstellung der sich ergebenden Dynamikbereiche für
eine durchgehende Belichtung über ein langes Belichtungszeitfenster,
eine durchgehende Belichtung über ein kurzes Belichtungszeitfenster
und eine Unterteilung des langen Belichtungszeitfensters in kürzere
Teilintervalle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 a schematic representation of the resulting dynamic ranges for a continuous exposure over a long exposure time window, a continuous exposure over a short exposure time window and a division of the long exposure time window into shorter sub-intervals according to an embodiment;
4 ein
Blockschaltbild einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel; 4 a block diagram of an image pickup device according to an embodiment;
5 einen
Graphen zum Vergleich des dynamischen Rauschens kontinuierlicher
Belichtung und Belichtung mit Einteilung des Belichtungszeitfensters
in Teilintervalle; 5 a graph comparing the dynamic noise of continuous exposure and exposure with the division of the exposure time window into sub-intervals;
6 einen
Graphen zum Vergleich des FPN-Rauschens bei kontinuierlicher Belichtung
und Einteilung des Belichtungszeitfensters in Teilintervalle; 6 a graph comparing the FPN noise with continuous exposure and dividing the exposure time window into subintervals;
7, 8 und 9 jeweils
ein Frame von Testaufnahmen mit kontinuierlicher Belichtung in langen
Belichtungszeitfenstern, kontinuierlicher Belichtung in kurzen Be lichtungszeitfenstern
bzw. mit Belichtung in Teilintervallen eines Belichtungszeitfensters; 7 . 8th and 9 one frame of test exposures with continuous exposure in long exposure time windows, continuous exposure in short exposure time windows or with exposure in subintervals of an exposure time window;
10 eine
schematische Darstellung einer Standbildkamera gemäß einem
Ausführungsbeispiel; 10 a schematic representation of a still camera according to an embodiment;
11 eine
schematische Darstellung einer Videokamera gemäß einem
Ausführungsbeispiel; 11 a schematic representation of a video camera according to an embodiment;
12 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Dynamikbereiches
bei kontinuierlicher Belichtung; und 12 a schematic representation illustrating a dynamic range in continuous exposure; and
13 eine
schematische Darstellung zum Vergleich der Dynamikbereiche bei langer
und kurzer kontinuierlicher Belichtung. 13 a schematic representation for comparing the dynamic ranges with long and short continuous exposure.
Bezug
nehmend auf 1 wird zunächst eine
Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Bildaufnahmevorrichtung
von 1 umfasst einen optoelektrischen Sensor 12,
einen Ausleser 14 und einen Kombinierer 16. Die
Bildaufnahmevorrichtung von 1 ist dazu
da, in einem Belichtungszeitfenster eine Aufnahme 18 zu
erzeugen und an einem Ausgang 20 auszugeben. Dazu sind
der Ausleser 14 und der Kombinierer 16 in der
genannten Reihenfolge zwischen den optoelektrischen Sensor 12 und
den Ausgang 20 geschaltet.Referring to 1 First, an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The image pickup device of 1 includes an opto-electrical sensor 12 , a read-out 14 and a combiner 16 , The image pickup device of 1 is there to take a shot in a shutter speed window 18 to produce and at an exit 20 issue. These are the readers 14 and the combiner 16 in the order mentioned between the opto-electrical sensor 12 and the exit 20 connected.
Der
optoelektrische Sensor 12 ist beispielsweise ein Bildsensor
mit einem Array von Pixeln 22. Der optoelektrische Sensor 12 bzw.
dessen Bildpunkte oder Pixel 22 sind dazu ausgelegt, während
einer Belichtungszeit einfallendes Licht zu inegrieren, und zwar
durch Umwandlung des Lichts in elektrische Energie und Akkumulation
letzterer. Beispielsweise werden Elektronen-Loch-Paare in pn-Übergängen
der Bildpunkte 22 erzeugt und kapazitiv gespeichert. Die
Beziehung zwischen akkumulierter Ladung und eingefallener Lichtmenge kann
linear sein oder eine andere Funktion aufweisen. Vorzugsweise ist
die vorerwähnte Beziehung für alle Bildpunkte 22 gleich.
Fertigungsbedingt bestehen aber zwischen den einzelnen Bildpunkten 22 Unterschiede, die
zu einem für den optoelektrischen Sensor 12 typischen
Dunkelbild oder FPN-Rauschen führen. Daneben tritt ein
dynamisches Rauschen auf, das bei aufeinanderfolgenden Belichtungen
im Wesentlichen statistisch unabhängig voneinander ist.The optoelectric sensor 12 is, for example, an image sensor with an array of pixels 22 , The optoelectric sensor 12 or its pixels or pixels 22 are designed to integrate incident light during an exposure time by converting the light into electrical energy and accumulating the latter. For example, electron-hole pairs become pn-junctions of the pixels 22 generated and stored capacitively. The relationship between accumulated charge and amount of incident light may be linear or have another function. Preferably, the aforementioned relationship is for all pixels 22 equal. Due to production reasons, however, there are between the individual pixels 22 Differences, the one to the opto-electrical sensor 12 typical dark picture or FPN noise. In addition, dynamic noise occurs, which is essentially statistically independent of each other during successive exposures.
Die
Bildaufnahmevorrichtung von 1 ist dazu
ausgelegt, die Aufnahme 18 in einem vorbestimmten Belichtungszeitfenster
zu erzeugen. Das Belichtungszeitfenster kann bei spielsweise durch
einen Shutter bzw. Verschluss 24 jenseits des optoelektrischen
Sensors 12 festgelegt werden als ein Zeitraum, bei dem
in die Bildaufnahmevorrichtung einfallendes Licht 26 auf
den optoelektrischen Sensor 12 treffen kann, wohingegen
der Shutter 24 dieses Auftreffen ansonsten verhindert.
Der Shutter 24 kann beispielsweise ein mechanischer Verschluss
sein, wie z. B. ein Spiegel in dem Fall einer digitalen Spiegelreflexkamera
oder eine Umlaufblende in dem Fall einer Videokamera. Ein solcher
zu dem optoelektrischen Sensor 12 externer Verschluss 24 ist
aber nicht notwendigerweise vorhanden. Der optoelektrische Sensor 12 selbst
kann so steuerbar sein, dass die Bildpunkte 22 während
des Belichtungszeitfensters ihre Lichtempfindlichkeit aufweisen
und ansonsten lichtunempfindlich sind.The image pickup device of 1 is designed to take the picture 18 in a predetermined exposure time window. The shutter speed window can, for example, by a shutter or shutter 24 beyond the opto-electrical sensor 12 be set as a period of time in which light incident on the image pickup device 26 on the optoelectric sensor 12 can meet, whereas the shutter 24 otherwise prevents this impact. The shutter 24 For example, may be a mechanical closure, such. A mirror in the case of a digital SLR camera or a rotary shutter in the case of a video camera. Such to the opto-electrical sensor 12 external shutter 24 but is not necessarily present. The optoelectric sensor 12 itself can be so controllable that the pixels 22 during the exposure time window have their photosensitivity and are otherwise insensitive to light.
Der
Ausleser 14 ist dazu ausgebildet, den optoelektrischen
Sensor innerhalb des Belichtungszeitfensters mehrmals einem im Wesentlichen
lückenlosen Auslese- und Zurücksetzvorgang zu
unterziehen, um zumindest zwei Auslesewerte pro Belichtungszeitfenster
und für jeden Bildpunkt 22 zu erhalten. Anders
ausgedrückt, ist der Ausleser 14 dazu ausgebildet,
das Belichtungszeitfenster in Teilbelichtungsintervalle zu unterteilen,
und den optoelektrischen Sensor 12 am Ende jedes Teilbelichtungsintervalles
auszulesen und im Anschluss daran wieder zurückzusetzen.
Für das Auslesen und Zurücksetzen benötigt
der Ausleser 14 eine gewisse Zeit, während der
keine Akkumulation lichtinduzierter elektrischer Energie stattfindet.
Da der Ausleser 14 allerdings im Wesentlichen lückenlos
ausliest und rücksetzt, liegt das Verhältnis zwischen
einer Summe der Zeitdauer der Teilbelichtungsintervalle und einer
Zeitdauer des gesamten Belichtungszeitintervalls, das sich vom Anfang
des ersten Teilbelichtungsintervalls bis zum Ende des letzten Teilbelichtungsintervalls
erstreckt, beispielsweise zwischen 1 einschließlich und
0,9 einschließlich.The reader 14 is designed to subject the optoelectronic sensor to a substantially complete readout and reset operation several times within the exposure time window, in order to obtain at least two readout values per exposure time window and for each pixel 22 to obtain. In other words, the reader is 14 configured to divide the exposure time window into sub-exposure intervals, and the opto-electrical sensor 12 at the end of each partial exposure interval read out and then reset it again. The reader needs reading and resetting 14 a certain amount of time during which there is no accumulation of light-induced electrical energy. Because the reader 14 however, read and reset substantially completely, the ratio lies between a sum of the time duration of the partial exposure intervals and a time duration of the entire exposure time interval extending from the beginning of the first partial exposure interval to the end of the last partial exposure interval, for example between 1 and 0.9 inclusive inclusive.
Der
Kombinierer 16 ist dazu ausgebildet, die Aufnahme 18 und
durch Bilden einer Summe über die zumindest zwei Auslesewerte
pro Bildpunkt 22 und Verkleinern der Summe um einen Faktor
kleiner 1 zu erzeugen, so dass eine Empfindlichkeit der Bildaufnahmevorrichtung
neutraldichtereduziert ist. Es kann sein, dass der Kombinierer 16 die
Auslesewerte von dem Ausleser 14 in analoger Form erhält,
digitalisiert und anschließend addiert, um die Summe in
digitaler Form zu erhalten, und zwar verkleinert um den Faktor kleiner
1 durch beispielsweise wiederum anschließendes Multiplizieren
mit dem Faktor. Ein Beispiel dafür wird später noch
Bezug nehmend auf 4 erläutert. Der Kombinierer 16 kann
die Summe in der digitalen Form durch den zuvor erwähnten
Faktor verkleinern und beim Ausgang 20 ausgeben. Alternativ
könnte der Kombinierer 16 ausgebildet sein, um
die Addition bzw. Summe in analoger Form zu bilden und die Digitalisierung
erst später vorzunehmen.The combiner 16 is trained to take the picture 18 and by forming a sum over the at least two readings per pixel 22 and reducing the sum by a factor less than 1 so that sensitivity of the image pickup device is neutral density reduced. It may be that the combiner 16 the readings from the reader 14 is obtained in analog form, digitized and then added to obtain the sum in digital form, namely reduced by the factor smaller than 1 by, for example, then again multiplying by the factor. An example of this will be made later on 4 explained. The combiner 16 can reduce the sum in the digital form by the factor mentioned above and at the output 20 output. Alternatively, the combiner could 16 be formed to form the addition or sum in analog form and make the digitization later.
Aufgrund
der Einteilung des Belichtungszeitraums in Teilbelichtungsintervalle
gerät, wie es im Folgenden noch näher erläutert
werden wird, jeder Auslesewert verglichen zu einer Aufintegration über
den gesamten Belichtungszeitraum hinweg erst später, d.
h. bei einem höheren Lichtstrom, an einen Sättigungsschwellwert, der
beispielsweise durch den Analog/Digital-Wandler zur Digitalisierung
der Auslesewerte in dem Kombinierer 16 (nicht gezeigt in 1)
festgelegt sein kann oder durch die Größe der
Kapazität zur Akkumulation der der einfallenden Lichtmenge
entsprechenden elektrischen Energie bzw. elektrischen Ladung innerhalb
des optoelektrischen Sensors 12 oder Auslesers 14.
Bei dieser Gelegenheit wird darauf hingewiesen, dass sich der zuvor
erwähnte Energiespeicher wahlweise in dem optoelektrischen
Sensor 12 befinden kann oder im Ausleser 14, oder
aber dass sich in beiden ein entsprechender Energiespeicher befindet,
wobei eine Umspeicherung bzw. Umladung an den Auslese/Rücksetz-Vorgängen
stattfindet.Due to the division of the exposure period into partial exposure intervals, as will be explained in more detail below, each readout compared to an integration over the entire exposure period later, ie at a higher luminous flux, to a saturation threshold, for example by the analog / digital Converter to digitize the readings in the combiner 16 (not shown in 1 ) or by the size of the capacitance for accumulating the amount of electric energy corresponding to the amount of incident light or electric charge within the optoelectric sensor 12 or readout 14 , On this occasion, it should be noted that the aforementioned energy storage is optional in the opto-electrical sensor 12 can be located or in the reader 14 , Or else that in both a corresponding energy storage is, with a re-storage or transhipment takes place at the read / reset operations.
Aufgrund
der kürzeren Teilbelichtungsintervalle macht sich auch
das FPN-Rauschen des optoelektrischen Sensors 12 weniger
bemerkbar. Ferner wird aufgrund der mittelwertartigen Berechnung
der Auslesewerte in dem Kombinierer 16 das dynamische bzw.
statistische Rauschen verringert. Dies wiederum lasst die entstehende
Aufnahme 18 empfindlicher sein für lichtschwache
Signale. Insgesamt ist die Empfindlichkeit der Bildaufnahmevorrichtung
von 1 reduziert gegenüber einer durchgängigen
Belichtung in dem Belichtungszeitfenster. Eine solche Neutraldichtereduzierung
der Empfindlichkeit hätte ansonsten eine der komplizierteren Maßnahmen
aus der Beschreibungseinleitung erforderlich gemacht, wie z. B.
das Verbauen eines optischen Neutraldichtefilters. Umgekehrt sind
die anderen Bildeigenschaften, wie z. B. die Bewegungsverschmierung, in
der aus den Teilbelichtungswerten gewonnenen Aufnahme die gleichen
wie bei einer Aufnahme mit kontinuierlicher Belichtung über
das Belichtungszeitfenster hinweg, da im Wesentlichen die gesamte
Lichtmenge verwendet wird.Due to the shorter partial exposure intervals, the FPN noise of the opto-electrical sensor also makes itself 12 less noticeable. Further, due to the averaging-like calculation of the readings in the combiner 16 reduces the dynamic or statistical noise. This in turn leaves the resulting recording 18 be more sensitive to faint signals. Overall, the sensitivity of the image pickup device is 1 reduced compared to a continuous exposure in the exposure time window. Such a neutral density reduction of the sensitivity otherwise would have required one of the more complicated measures from the introduction to the description, such. B. the installation of a neutral optical density filter. Conversely, the other image properties, such. For example, motion blur in the shot obtained from the split exposure values is the same as in a continuous exposure shot over the exposure time window because substantially the entire amount of light is used.
Die
Bildaufnahmevorrichtung von 1 kann beispielsweise
eine Standbildkamera sein, wobei ein Beispiel hierfür in 10 gezeigt
ist, oder eine Videokamera, was Bezug nehmend auf 11 beschrieben wird.
Allerdings kann die Bildaufnahmevorrichtung von 1 natürlich
auch in anderen elektronischen Geräten integriert sein,
wie z. B. in ein Handy, einen Laptop, einen PDA, eine Spielekonsole
usw., oder aber in optischem oder medizinischen Messgeräten.The image pickup device of 1 may for example be a still camera, an example of this in 10 is shown, or a video camera, referring to 11 is described. However, the image pickup device of 1 Of course, be integrated into other electronic devices, such. B. in a cell phone, a laptop, a PDA, a game console, etc., or in optical or medical gauges.
Es
wurde in 1 noch nicht darauf eingegangen,
dass die Anzahl der Auslesevorgänge pro Belichtungszeitfenster
natürlich auch einstellbar sein könnte. Auf diese
Weise wäre es möglich, für die Bildaufnahmevorrichtung
von 1 eine Einstellbarkeit ihrer Empfindlichkeit zu
realisieren, wobei die Einstellbarkweit kaum Zusatzmaßnahmen
erfordert, da die erforderlichen Operationen im Wesentlichen die
gleichen bleiben, wie z. B. Summenbildung und Verkleinerung um einen
Faktor. Der Faktor, um den die Summe der Auslesewerte verkleinert
wird, fällt vorzugsweise monoton mit der Anzahl der Auslesevorgänge.
Gemäß einem Beispiel beträgt der Faktor
beispielsweise 1/x, wobei x = N ± 5% von N oder x = √N ± 5% von wobei √N die Anzahl der Auslesevorgänge
ist.It was in 1 not yet understood that the number of read-outs per shutter speed window could of course also be adjustable. In this way it would be possible for the image pickup device of 1 adjustability of their sensitivity, the Einstellbarkweit hardly requires additional measures, since the required operations remain essentially the same, such. B. Summation and reduction by a factor. The factor by which the sum of the read-out values is reduced preferably falls monotonously with the number of read-out processes. For example, in one example, the factor is 1 / x, where x = N ± 5% of N or x = √ N ± 5% from where √ N the number of reads is.
Nachdem
nun im Vorhergehenden ein Ausführungsbeispiel für
eine Bildaufnahmevorrichtung beschrieben worden ist, werden im Folgenden
Ausführungen zum zugrunde liegenden Prinzip, den resultierenden
Vorteilen und zu den zugrunde liegenden physikalischen Gegebenheiten
gemacht, die ein Verständnis der Vorteile und der nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiele erleichtern.After this
now in the foregoing an embodiment of
An image pickup device has been described below
Remarks on the underlying principle, the resulting
Advantages and the underlying physical conditions
made an understanding of the benefits and the following
facilitate described embodiments.
Wie
in Bezug auf 1 beschrieben, ist es möglich,
eine Neutraldichtereduzierung auf elektronischem Wege zu realisieren,
wie z. B. sogar rein digital, wenn man annimmt, dass die Digitalisierung
der Auslesewerte in Bildaufnahmevorrichtungen zumeist ohnehin schon
vorgesehen ist. Die in 1 beschriebene Unterteilung eines
Belichtungszeitfensters in Teilbelichtungsintervalle mit anschließender
Summenbildung und Verkleinerung der Summe ermöglicht eine
Reduktion der Empfindlichkeit der Bildaufnahmevorrichtung, während
der dynamische Bereich verschoben und ggf. sogar erhöht
wird, wie es im Folgenden noch erörtert wird. Im Folgenden
wird kurz erläutert, wieso sich eine Verschiebung der oberen
sowie der unteren Grenze des dynamischen Bereiches ergibt. Insbesondere
ergibt aus den folgenden Erläuterungen, dass sich
eine
reduzierte Sensorempfindlichkeit,
ein reduziertes dynamisches
Rauschen mit demzufolge vergrößertem Dynamikbereich,
ein
reduziertes FPN-Rauschen mit dementsprechend vergrößertem
Dynamikbereich,
eine korrekte Wiedergabe einer Bewegungsverschmierung
von sich bewegenden Objekten in der Aufnahme,
eine gleichmäßige
Empfindlichkeit für verschiedene Belichtungszeiten,
im
Wesentlichen keine zusätzlichen Artefakte, sowie
Realisierungsmöglichkeiten
unter Verwendung ganz normaler, herkömmlicher Bildsensoren
ergeben.As for 1 described, it is possible to realize a neutral density reduction by electronic means, such. B. even purely digital, if one assumes that the digitization of the readings in image pickup devices is usually already provided anyway. In the 1 The subdivision of an exposure time window into partial exposure intervals with subsequent summation and reduction of the sum described makes it possible to reduce the sensitivity of the image recording device while the dynamic range is shifted and possibly even increased, as will be discussed below. In the following it is briefly explained why a shift of the upper and the lower limit of the dynamic range results. In particular, it follows from the following explanations that
a reduced sensor sensitivity,
a reduced dynamic noise with consequently increased dynamic range,
a reduced FPN noise with correspondingly increased dynamic range,
a correct reproduction of a movement smearing of moving objects in the recording,
a uniform sensitivity for different exposure times,
essentially no additional artifacts, as well
Realize possibilities of realization using normal, conventional image sensors.
All
diese Vorteile lassen sich, wie im Vorhergehenden und im Folgenden
noch beschrieben, durch Einstellung des Sensorauslesemusters und
Durchführen zusätzlicher Pixelbasierter Bildverarbeitung
erzielen. Um das zu erläutern, wird auf 2 Bezug
genommen. Bei a) ist in 2 die Aufnahme eines einzelnen
Frames mit ununterbrochener Belichtung im Belichtungszeitfenster 30 gezeigt.
Die Belichtung startet bei dem Zeitpunkt t1 und
endet nach einer Zeitdauer τexp bei
dem Zeitpunkt t2. D. h., vor dem Zeitpunkt
t1 ist beispielsweise der Bildshutter 24 der
Bildaufnahmevorrichtung geschlossen, zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 geöffnet
und nach dem Zeitpunkt t2 wieder geschlossen.
Während des Belichtungszeitfensters 30 ergibt
die Lichtintegration den Pixelwert I.All of these advantages can be achieved by adjusting the sensor read pattern and performing additional pixel-based image processing, as described above and below. To explain this, it will open 2 Referenced. In a) is in 2 recording a single frame with continuous exposure in the shutter speed window 30 shown. The exposure starts at time t 1 and ends after a time period τ exp at time t 2 . That is, before time t 1 , for example, the image shutter 24 the image pickup device closed, opened between the times t 1 and t 2 and closed again after the time t 2 . During the shutter speed window 30 the light integration gives the pixel value I.
Bei
b) ist in 2 ein Vorgehen gezeigt, wonach
während des Belichtungszeitfensters 30 vier im
Wesentlichen lückenlose Auslese/Rücksetz-Vorgänge 321 –324 durchgeführt
werden, und zwar um genau zu sein drei innerhalb des Belichtungszeitfensters 30 und
einer am Ende beim Zeitpunkt t2, wodurch
das Belichtungszeitfenster 30 in vier Teilbelichtungsintervalle τN unterteilt wird. Wie es zu sehen ist, kann
der letzte Vorgang auf ein Auslesen begrenzt sein und zu Beginn
des Belichtungszeitfensters zum Zeitpunkt t1 wird
oder ist des Sensor noch zurückgesetzt. Das Zurücksetzen
bewirkt ein Voreinstellen des vorerwähnten Akkumulationsspeichers
des optoelektrischen Sensors, der dann mit einer Rate, die dem momentan
einfallenden Lichtstrom entspricht, entladen oder aufgeladen wird.
Das Auslesen ergibt einen Auslesewert des momentanen Ladezustands
des Akkumulationsspeichers. Das Auslesen kann destruktiv sein, d.
h. den Ladezustand verändern, da ja im Anschluss wieder
ein Zurücksetzen erfolgt.At b) is in 2 a procedure is shown, according to which during the exposure time window 30 four essentially complete readout / reset operations 32 1 - 32 4 to be precise, to be precise, three within the shutter speed window 30 and one at the end at time t 2 , which causes the shutter speed window 30 is divided into four partial exposure intervals τ N. As can be seen, the last operation may be limited to reading and at the beginning of the exposure time window at time t 1 , the sensor will still be reset or reset. The resetting causes a presetting of the aforementioned accumulation memory of the opto-electrical sensor, which is then discharged or charged at a rate corresponding to the instantaneous incident luminous flux. The read results in a readout of the current state of charge of the accumulation memory. The reading out can be destructive, ie change the state of charge, since then again a reset takes place.
In 2 wird
das Belichtungszeitfenster 30 exemplarisch in vier Teilbelichtungsintervalle 341 –344 der Länge τN unterteilt, aber natürlich ist
auch eine feinere oder gröbere Unterteilung mit N ≥ 2
möglich.In 2 becomes the shutter speed window 30 exemplary in four Teilbelichtungsintervalle 34 1 - 34 4 The length τ N is divided, but of course, a finer or coarser subdivision with N ≥ 2 is possible.
Zwischen
den Teilbelichtungen 341 –344 wird jeweils der Auslese/Rücksetz-Vorgang 321 –323 durchgeführt.
Die Auslesevorgänge können dabei destruktiv sein,
d. h. den Inhalt des vorerwähnten Energiespeichers bzw.
Ladungsspeichers zerstören. Die Auslese/Rücksetz-Vorgänge 321 –323 im
Inneren des Belichtungszeitfensters 30 weisen, wie es in 2 gezeigt
ist, jeweils einen Auslesevorgang und einen Rücksetzvorgang
auf, die im Wesentlichen unmittelbar aufeinander stattfinden. Zwischen
denselben tritt keine Lichtakkumulation auf. Das Verhältnis
zwischen der Summe dieser zeitlichen Lücken und der Zeitdauer
texp beträgt beispielsweise gleich
oder weniger als 9/10 oder sogar noch bevorzugter weniger als 99/100.
Wie es ferner in 2 gezeigt ist, sind die Teilbelichtungsintervalle 341 – 344 vorzugsweise
gleichlang, nämlich τN =
1/N·τexp. Der schließliche Wert Ī für
das augenblickliche Frame ergibt sich dann beispielsweise gemäß Mittelwertbildung
auf einer pro-Pixel-Basis gemäß Between the partial exposures 34 1 - 34 4 in each case the readout / reset process 32 1 - 32 3 Runaway leads. The readings can be destructive, ie destroy the contents of the aforementioned energy storage or charge storage. The readout / reset operations 32 1 - 32 3 inside the shutter speed window 30 wise, as is in 2 is shown, each a read operation and a reset operation, which take place substantially directly on each other. There is no accumulation of light between them. For example, the ratio between the sum of these time gaps and the time duration t exp is equal to or less than 9/10 or even more preferably less than 99/100. As it is further in 2 are shown, are the Teilbelichtungsintervalle 34 1 - 34 4 preferably the same length, namely τ N = 1 / N · τ exp . The final value Ī for the current frame then results according to averaging on a per-pixel basis, for example
Die
Einstellung von N benötigt vorteilhafterweise keine Einstellung
irgendeiner Kameramechanik. Es ändern sich auch keine optischen
Eigenschaften der Kameras durch eine Verstellung von N. Das gilt
sowohl für die Tiefenschärfe, die durch die Linse
und die Apertur der Bildaufnahmevorrichtung bestimmt ist sowie die Farbcharakteristik
und Auflösung der Kamera bzw. der Bildaufnahmevorrichtung.
Folglich wirkt die Intervallunterteilung des Belichtungszeitfensters 30 mit
Summenbildung und Verkleinerung wie im Vorhergehenden beschrieben
wie ein digitales Neutraldichtefilter mit echtem Neutralverhalten.The adjustment of N advantageously requires no adjustment of any camera mechanics. Also, no optical properties of the cameras are changed by an adjustment of N. This applies both to the depth of field, which is determined by the lens and the aperture of the image recording device and the color characteristics and resolution of the camera or the image recording device. Consequently, the interval division of the shutter speed window works 30 with summation and reduction as described above like a neutral neutral density filter with true neutral behavior.
Im
Folgenden wird kurz auf physikalische Grundlagen bei der Bilderfassung
eingegangen, die zum Verständnis der Vorteile der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beitragen. Der Vorgang der Bilderfassung
ist nicht-ideal und unterschiedliche Typen von Bildstörungen
werden das Signal unweigerlich verschlechtern. Insbesondere kann
zwischen zwei Typen von Rauschen unterschieden werden, die das Erfassen eines
Pixelwertes I beeinflussen: In the following, a brief description will be made of physical fundamentals in image acquisition that contribute to understanding the advantages of the embodiments of the present invention. The process of image capture is non-ideal and different types of image noise will inevitably degrade the signal. In particular, a distinction can be made between two types of noise which influence the detection of a pixel value I:
Die
eigentliche Bildinformation wird beispielsweise durch Integration
eines dem einfallenden Lichtstrom entsprechenden Photostrom iph über die Belichtungszeit τexp erfasst. Sich bewegende Objekte werden verschmiert
erscheinen, was für eine natürliche Szenenerscheinung
wesentlich ist. Die Entstehung bzw. naturgetreue Wiedergabe der
korrekten Bewegungsverschmierung ist wesentlich für hochqualitative
Bewegungsbildaufnahmen.The actual image information is detected, for example, by integrating a photocurrent i ph corresponding to the incident luminous flux over the exposure time τ exp . Moving objects will appear smeared, which is essential for a natural scene appearance. The emergence or lifelike reproduction of the correct Bewegungsverschmierung is essential for high quality motion picture recordings.
Das
statische oder FPN-Rauschen NFPN beschreibt
systematische Störungen, die in einem gewissen Rahmen prädiziert
und nachträglich wieder entfernt bzw. subtrahiert werden
können, wie es beispielsweise im MALUEC, R. M.: Detector
Array Fixed-Pattern Noise Compensation. April 6 1976. – US Patent 3,949,162 beschrieben
wird. Dieses Rauschen besteht hauptsächlich aus Offset-Rauschen
Noffset und Dunkelstromrauschen Ndunkel. Die Belichtungszeitabhängigkeit
kann mit einem konstanten Wert für den Dunkelstrom idunkel für jedes Pixel moduliert
werden, wie es beispielsweise in US
7,092,017 beschrieben wird.The static or FPN noise N FPN describes systematic interference that can be predicted within a certain range and subsequently removed or subtracted again, as for example in the MALUEC, RM: Detector Array Fixed-Pattern Noise Compensation. April 6, 1976. - U.S. Patent 3,949,162 is described. This noise consists mainly of offset noise N offset and dark noise N dark . The exposure time dependency can be modulated with a constant value for the dark current i dark for each pixel, as shown in FIG US 7,092,017 is described.
Die
lineare Abhängigkeit des Dunkelstromes von der Belichtungszeit
resultiert in erheblichen Bildstörungen in dem Fall von
langen Belichtungszeiten. Selbst unter Kompensation des FPN-Rauschens
und der FPN-Kompensation gemäß Gleichung (4) für
jedes Pixel mit Pixel-individuellem Dunkelstrom idunkel verbleiben zwei
Probleme: selbst mit einer perfekten Schätzung und Entfernung
des FPN-Rauschens wird der Dynamikbereich des Bildes reduziert sein.
Dies limitiert wiederum die maximal zugelassene Belichtungszeit.
Zweitens ist bei einer echten Kamera die Schätzung von
idunkel für jedes Pixel sehr wahrscheinlich
nicht perfekt, was weiterhin dazu führt, dass ein erhöhtes
Rauschen bei langen Belichtungszeiten auftritt. In der Praxis wird
sich deshalb das FPN-Rauschen trotz einer FPN-Kompensation mit der
Länge der Belichtungszeit erhöhen.The linear dependence of the dark current on the exposure time results in significant image disturbances in the case of long exposure times. Even under compensation of the FPN noise and FPN-compensation in accordance with equation (4) for each pixel with pixel individual dark current i dark remain two problems: even with a perfect estimation and removal of FPN noise, the dynamic range of the image will be reduced. This in turn limits the maximum allowed exposure time. Second, in a real camera, the estimate of i dark is very likely not perfect for each pixel, which further causes increased noise to occur at long exposure times. In practice, therefore, the FPN noise will increase with the length of the exposure time despite FPN compensation.
Theoretisch
ergibt sich also durch die beschriebene Maßnahme der Intervallteilung
des Belichtungszeitfensters kombiniert mit der Summe über
die resultierenden Auslesewerte und der Verkleinerung der Summe
eine Bildaufnahme mit einer reduzierten Empfindlichkeit, reduziertem
dynamischen Rauschen sowie reduziertem FPN-Rauschen. Das zeigt auch
die Tabelle (1), die im Folgenden erläutert wird. Eine
um den Faktor N kürzere Belichtungszeit bewirkt, dass lediglich
1/N des einfallenden Lichtes bei der Belichtung wirksam ist. Dies
verringert die Empfindlichkeit effektiv um einen Faktor 1/N. Eine
Mittelung über die Abtastwerte ändert nichts an
der Menge des Lichtes. Werden alle Bildinformationen aller Belichtungsteilintervalle 341 –344 verwertet
bzw. bei der Summenbildung umfasst und dabei gleich gewichtet, so
garantiert dies ein gleichmäßiges Verhalten über
die Belichtungszeit. Insbesondere wird die erzeugte Bewegungsverschmierung
zu derjenigen einer einzelnen ununterbrochenen langen Belichtung
gleich sein.Theoretically, therefore, the described measure of the interval division of the exposure time window combined with the sum of the resulting read values and the reduction of the sum results in an image acquisition with a reduced sensitivity, reduced dynamic noise and reduced FPN noise. This is also shown in Table (1), which is explained below. An exposure time that is shorter by the factor N causes only 1 / N of the incident light to be effective during the exposure. This effectively reduces the sensitivity by a factor of 1 / N. Averaging over the samples does not change the amount of light. Will all picture information of all exposure subintervals 34 1 - 34 4 utilized or weighted in the summation and thus weighted, this guarantees a uniform behavior over the exposure time. In particular, the generated motion blur will be equal to that of a single uninterrupted long exposure.
3 zeigt
beispielsweise bezogen auf den Lichtstrom F, der während
des Belichtungszeitfensters auf den optoelektrischen Sensor fällt,
den Dynamikbereich 40 in dem Fall einer durchgehenden langen
Belichtung, den Dynamikbereich 42 in dem Fall einer durchgehenden
kurzen Belichtung und verglichen dazu den Dynamikbereich 44 in
dem Fall eines Dynamikbereiches, wie er sich durch das beschriebene
digitale ND-Filter, d. h. durch Aufteilung des Belichtungszeitfensters
in mehrere Teilbelichtungsintervalle mit Summenbildung über die
Teilbelichtungswerte und Verkleinerung der Summe um die Anzahl der
Teilbelichtungsintervalle ergibt. 3 shows the dynamic range, for example, based on the luminous flux F, which falls on the optoelectrical sensor during the exposure time window 40 in the case of a continuous long exposure, the dynamic range 42 in the case of a continuous short exposure and compared to the dynamic range 44 in the case of a dynamic range as obtained by the described digital LP filter, ie by dividing the exposure time window into several partial exposure intervals with summation over the partial exposure values and decreasing the sum by the number of partial exposure intervals.
Das
dynamische Rauschen bei ununterbrochener Belichtung über
das Belichtungszeitfenster hinweg betrage beispielsweise σa. Wenn eine Mittelung über N unkorrelierte
Zufallsvariablen a durchgeführt wird, wird der Mittelwert ā den
Wert annehmen. Dies reduziert
direkt das dynamische Rauschen um √N , wie es in der Tabelle 1 gezeigt
ist.For example, the dynamic noise with continuous exposure over the exposure window would be σ a . When averaging over N uncorrelated random variables a is performed, the mean value ā becomes the value accept. This directly reduces the dynamic noise √ N as shown in Table 1.
Das
FPN-Rauschen für eine kurze Belichtungszeit ergibt eine
Reduktion des Dunkelstrom-FPN-Rauschens Ndunkel um
einen Faktor 1/N. Das Offset-Rauschen Noffset bleibt
hingegen konstant, was aber lediglich die Gesamtreduktion des FPN-Rauschens
limitiert. Eine Mittelung über den resultierenden gleichen
Betrag des FPN-Rauschens bei den einzelnen Teilbelichtungswerten
beeinflusst den Rauschpegel nicht.The FPN noise for a short exposure time results in a reduction of the dark current FPN noise N dark by a factor of 1 / N. The offset noise N offset, however, remains constant, but merely limits the total reduction of the FPN noise. Averaging over the resulting same amount of FPN noise at each partial exposure value does not affect the noise level.
Das
Ergebnis dieser theoretischen Betrachtungen ist in Tabelle (1) gezeigt.The
Result of these theoretical considerations is shown in Table (1).
Table
1: Erwartetes Verhalten Table 1: Expected behavior
D.
h., eine Unterteilung des Belichtungszeitfensters in N gleichgroße
Teilbelichtungsintervalle mit Bildung einer Summe über
die Teilbelichtungswerte und Reduktion der Summe um einen Faktor
1/N, mit N der Anzahl der Teilbelichtungsintervalle, führt
relativ zu einer durchgehenden Belichtung mit der Belichtungszeitdauer
N mal der Teilbelichtungszeitdauern zu einer um 1/N reduzierten
Empfindlichkeit, einem um 1/√N reduzierten dynamischen Rauschen
Ndyn und einem um 1/N reduzierten Dunkelstrom-FPN-Rauschen
Ndunkel.That is, subdividing the exposure time window into N equally sized partial exposure intervals forming a sum over the partial exposure values and reducing the sum by a factor of 1 / N, where N is the number of partial exposure intervals, results in continuous exposure with the exposure period N times that Partial exposure time to a reduced by 1 / N sensitivity, a 1 / √ N reduced dynamic noise N dyn and a dark N FPN noise N darkened by 1 / N.
Die
Anwendbarkeit dieser Vorgehensweise ist sogar für große
Werte von N unbegrenzt. Allerdings ist die Zunahme der Bildqualität
durch die Reduktion des dynamischen Rauschens durch das konstante
Offset-FPN-Rauschen begrenzt.The
Applicability of this approach is even great
Values of N unlimited. However, the increase in image quality
by the reduction of the dynamic noise by the constant
Offset FPN noise limited.
Bezug
nehmend auf 1 wurde bereits auf ein paar
Möglichkeiten der Integration in ein existierendes Kamerasystem
eingegangen. Im Grunde ist eine Ergänzung eines existierenden
Kamerasystems um eine Vorrichtung gemäß 1 nicht
schwierig. Die Aufteilung des Belichtungszeitfensters in Teilbelichtungsintervalle
mit anschließender mittelwertartiger Verarbeitung der Teilbelichtungswerte
bedarf lediglich einer sehr geringen Rechenkomplexität
und kann einfach in ein existierendes Kamerasystem integriert werden.
N-1 Additionen und eine einzige Multiplikation pro Pixel pro erzeugtes
Frame bzw. pro erzeugter Aufnahme sind beispielsweise ausreichend.
Zur Integration in ein existierendes Kamerasystem ist lediglich
die Existenz einer intern höheren Framerate als die eigentliche
Kameraframerate erforderlich und der Sensor muss zu einem im Wesentlichen
lückenlosen Auslese/Rücksetz-Modus in der Lage
sein.Referring to 1 has already been discussed a few ways of integration into an existing camera system. Basically, a supplement to an existing camera system is a device according to 1 not difficult. The division of the exposure time window into partial exposure intervals with subsequent average processing of the partial exposure values requires only a very low computational complexity and can be easily integrated into an existing camera system. For example, N-1 additions and a single multiplication per pixel per generated frame or per shot are sufficient. For integration into an existing camera system, only the existence of an internally higher frame rate than the actual camera frame rate is required, and the sensor must be capable of a substantially gapless readout / reset mode.
Beispielsweise
müssen alle Komponenten in Verarbeitungsrichtung vor der
Summenbildung, wie z. B. der Sensor und der Analog/Digital-Konverter,
zu einer N-mal höheren Verarbeitungsrate in der Lage sein
als die Framerate. Bei einem typischen Kamerasystem ist eine erhöhte
interne Framerate unmittelbar möglich: ein Kamerasystem
arbeitet nicht immer bei der höchstmöglichen Framerate.
Das ist insbesondere wahr, falls eine reguläre Kamera zur
Zeitrafferaufzeichnung verwendet wird oder falls eine Hochgeschwindigkeitskamera
für reguläre Frameraten verwendet wird. Zweitens
erzeugen einige Kamerasysteme eine Ausgabeframerate, die niedriger
als die maximale interne Sensorauslesegeschwindigkeit ist. Dies
wird beispielsweise bei Drehshutterkameras verwendet, wo eine Auslese
so schnell wie möglich durchgeführt wird. Dies
reduziert Shutterartefakte ohne das Erhöhen der erforderlichen
Verarbeitungsleistung und Speicherdatenrate.For example, all components in the processing direction before the summation, such. B. the sensor and the analog-to-digital converter are capable of processing at a rate n times higher than the frame rate. In a typical camera system, an increased internal frame rate is immediately possible: a camera system does not always work at the highest possible frame rate. This is especially true if a regular camera is used for time-lapse recording or if a high-speed camera is used for regular frame rates. Second, some camera systems produce an output frame rate that is lower than the maximum internal sensor readout rate. This is used, for example, in rotary-shutter cameras where read-out is performed as quickly as possible. This reduces shutter artifacts without increasing the required processing power and memory data rate.
Die
Art und Weise, wie ein lückenloser und verschachtelter
Auslese/Rücksetz-Sensorauslesemodus realisiert ist, hängt
bezüglich seiner Details von dem Sensortyp ab. Typische
High-End-Sensoren unterstützen aber diesen Modus. Für
einige Sensoren erfordert das lückenlose Auslesen einen
Betriebsmodus, der ein höheres dynamisches Rauschen nach
sich zieht. Sogar in diesen Fällen ist aber das hier beschriebene
Aufteilen des Belichtungszeitfensters in mehrere Teilbelichtungsintervalle
mit anschließender mittelwertartiger Verarbeitung der Teilbelichtungswerte
vorteilhaft, da eine äquivalente Rauschreduktion auch bei
N = 2 erzielbar ist.The
Way, like a gapless and nested
Readout / reset sensor readout mode is suspended
in terms of its details of the sensor type. typical
High-end sensors support this mode. For
some sensors require the complete reading one
Operating mode, which is a higher dynamic noise after
pulls. Even in these cases, however, is the one described here
Splitting the shutter speed window into several partial exposure intervals
with subsequent average processing of the partial exposure values
advantageous, since an equivalent noise reduction also at
N = 2 is achievable.
Für
eine korrekte Bewegungsverschmierungsrekonstruktion wird die Mittelwertbildung
oder allgemeiner die mittelwertartige, da nicht unbedingt mit der
Summenteilung mittels N durchgeführte Verarbeitung der Teilbelichtungswerte
vorzugsweise in einem linearen Datenraum durchgeführt.
Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die Teilbelichtungsbilder
kurz nach der A/D-Wandlung addiert bzw. der Summenbildung unterzogen
werden. Eine mögliche Ausführung ist in 4 gezeigt.For proper motion blur reconstruction, the averaging, or more generally the midspecific, because not necessarily the sum division by N performed processing of the partial exposure values is preferably performed in a linear data space. This can be accomplished, for example, by summing the sub-exposure images shortly after the A / D conversion or subjecting them to summation. One possible implementation is in 4 shown.
4 zeigt
eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Sensor 52, einen
A/D-Wandler (Analo-to-digital converter = ADC) 54, einen
Teilbelichtungswertzwischenspeicher 56, wie z. B. einen
RAM, wie es in 4 exemplarisch gezeigt ist,
einen Addierer 58, einen Multiplizierer 60 und
eine Weiter- bzw. Nachverarbeitungseinrichtung 62. Einander
entsprechende Komponenten aus 4 und 1 sind
in 4 entsprechend gekennzeichnet. Demnach umfasst
der Sensor 52 von 4 intern
einen optoelektrischen Sensor 12 und einen entsprechenden
Ausleser 14. Die von dem Ausleser 14 pro Pixel
und Belichtungszeitintervall sequenziell ausgegebenen Teilbelichtungswerte 64 werden
von dem A/D-Wandler 54 digitalisiert. Die so digitalisierten
Teilbelichtungswerte 66 werden von dem Addierer 58 der
Reihe nach mit dem in dem Zwischenspeicher 56 zwischengespeicherten
Zwischenergebnis verrechnet bzw. summiert, wobei das Summenergebnis
wieder in dem Zwischenspeicher 56 abgelegt wird bzw. der
Inhalt des Zwischenspeichers 56 mit dem Ergebnis der aktuellen
Addition aktualisiert wird, wie es mit dem Pfeil 68 angezeigt
ist. Sobald die N Teilbelichtungswerte summiert worden sind, gelangt
die Summe, wie es mit dem Pfeil 70 gezeigt ist, zu dem
Multiplizierer 60. Dort wird die Summe mit dem Faktor 1/N 72 multipliziert
bzw. reduziert. Das Ergebnis der Multiplikation stellt den entsprechenden Pixelwert 74 dar,
der dann zusammen mit den anderen Pixelwerten das Rohbild darstellt,
das der Weiterverarbeitung 62 zugeführt wird,
um an dem Rohbild beispielsweise eine FPN-Kompensation mit Pixel-individueller FPN-Korrekturfunktion
durchzuführen, eine Farbkorrektur durchzuführen
und/oder eine Farbinterpolation durchzuführen. Also wird
gemäß 4 jegliche Weiterverarbeitung,
wie z. B. die FPN-Entfernung oder eine Bayer-Farbrekonstruktion,
erst dann durchgeführt, wenn für jedes Pixel die
Summenbildung der Teilbelichtungswerte und der Reduktion mit einem
Faktor kleiner 1 durchgeführt worden ist. Die Operationen
der Einrichtung 62 müssen also nur einmal durchgeführt
werden für das Rohbild bzw. bei der Integration der Vorrichtung
von 4 in ein existierendes Kamerasystem müssen
diese Operationen weiterhin nur einmal pro erzeugtes Frame durchgeführt
werden und nicht etwa N mal. Die Integration bleibt also hinsichtlich
seiner Komplexität gering. 4 shows an image pickup device with a sensor 52 , an analog-to-digital converter (ADC) 54 , a partial exposure value buffer 56 , such as B. a RAM, as in 4 is shown as an example, an adder 58 , a multiplier 60 and a post-processing device 62 , Corresponding components from 4 and 1 are in 4 marked accordingly. Accordingly, the sensor includes 52 from 4 internally an opto-electrical sensor 12 and a corresponding reader 14 , The from the reader 14 sequentially output partial exposure values per pixel and exposure time interval 64 be from the A / D converter 54 digitized. The thus digitized partial exposure values 66 be from the adder 58 in turn with the one in the cache 56 cached intermediate result is calculated or summed, the sum result again in the cache 56 is stored or the contents of the cache 56 is updated with the result of the current addition, as with the arrow 68 is displayed. Once the N partial exposure values have been summed, the sum passes as indicated by the arrow 70 is shown to the multiplier 60 , There, the sum with the factor 1 / N 72 multiplied or reduced. The result of the multiplication represents the corresponding pixel value 74 which, together with the other pixel values, then represents the raw image, that of further processing 62 is supplied to perform on the raw image, for example, an FPN compensation with pixel-individual FPN correction function to perform a color correction and / or perform color interpolation. So according to 4 any further processing, such as As the FPN removal or a Bayer color reconstruction, carried out only when for each pixel, the summation of the partial exposure values and the reduction has been performed with a factor less than 1. The operations of the institution 62 must therefore be performed only once for the raw image or in the integration of the device of 4 in an existing camera system, these operations still need to be done only once per generated frame and not about N times. The integration therefore remains low in terms of its complexity.
Zur
Simulation bzw. zum experimentellen Test des oben skizzierten digitalen
ND-Filters wurden Testsequenzen mit verschiedenen Frameraten und
Kameramodi aufgenommen. Die Testszene umfasste eine rotierende Scheibe
mit einem schmalen Schlitz zur Überprüfung der
Bewegungsartefakte und zur Überprüfung des lückenlosen
Auslesens. Zur Bewahrung des originären Kamerarauschens
wurden unkomprimierte Sequenzen in Voll-AD-Auflösung, d.
h. 1920×1080 Pixel, von einem High-End-Kamerasystem aufgezeichnet.to
Simulation or experimental test of the above outlined digital
ND filters were test sequences with different frame rates and
Camera modes recorded. The test scene included a rotating disk
with a narrow slot for checking the
Motion artifacts and to check the gapless
Reading. To preserve the original camera noise
were uncompressed sequences in full AD resolution, d.
H. 1920 × 1080 pixels, recorded by a high-end camera system.
Zur
Auswertung der wahren Leistungsfähigkeit des digitalen
ND-Filters wurde eine FPN-Kompensation gemäß US 7,092,017 , ein Demosaiking
bzw. eine Farbinterpolation durchgeführt und eine Sicht-Gamma-Korrektur
angewendet.To evaluate the true performance of the digital ND filter, an FPN compensation according to US 7,092,017 , a demosaiking or a color interpolation performed and a visual gamma correction applied.
Insbesondere
wurde eine Bildsequenz mit τexp =
16.6 Millisekunden bei durchgängiger Belichtung über die
Belichtungszeitfenster pro Frame hinweg aufgezeichnet. Anschließend
wurde die Belichtungszeit verdoppelt, wobei eine äquivalente
Lichtreduktion in dem optischen Pfad durchgeführt wurde.
Für die Digital-ND-Sequenzen wurde eine einzige Bildsequenz
mit lückenloser Auslese/Rücksetzung mit Belichtungsintervallen τN = 16,6 Millisekunden aufgezeichnet, wobei
aus den Bildern dieser Bildsequenz Digital-ND-Sequenzen mit N =
2, 3, 4, ..., 8 erzeugt wurden.In particular, an image sequence with τ exp = 16.6 milliseconds was recorded with continuous exposure over the exposure windows per frame. Subsequently, the exposure time was doubled, whereby equivalent light reduction was performed in the optical path. For digital ND sequences, a single image sequence with gapless readout / reset with exposure intervals was τ N = 16.6 milliseconds recorded, wherein from the images of this image sequence digital ND sequences with N = 2, 3, 4, ..., 8 were generated.
In
allen aufgezeichneten und erzeugten Sequenzen wurde das FPN-Rauschen
und das dynamische Rauschen in einem homogen Bereich des Bildes
analysiert. Das Ergebnis der Analyse des dynamischen Rauschens ist
in 5 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die herkömmliche
Auslese mit ununterbrochener Belichtung während des Belichtungszeitfensters
ein im Wesentlichen konstantes dynamisches Rauschen zeigt. Für die
lückenlose Auslese benötigt der verwendete Sensor
in etwa 2 dB mehr dynamisches Rauschen. Mit größer werdendem
N ist unmittelbar eine Reduktion der Rauschpegel verbunden, und
zwar nahe an der erwarteten idealen Kurve. Das Ergebnis der Analyse
des FPN-Rauschens ist in 6 gezeigt. Für die
herkömmliche Belichtung mit ununterbrochener Belichtung
während des Belichtungszeitfensters ist eine Erhöhung
des FPN-Rauschens mit größer werdender Belichtungszeit
erkennbar, und das trotz der verwendeten linearen FPN-Kompensation.
Eine in SCHÖBERL, Michael; SENEL, Cihan; BLOSS,
Hans; FOESSEL, Siegfried; KAUF, André;: Non-linear Dark
Current Fixed Pattern Noise Compensation for Variable Frame Rate
Moving Picture Cameras. In: 17th European Signal Processing Conference
EUSIPCO 2009, Glasgow, Scotland, United Kingdom, 8 2009 postulierte
Ungenauigkeit des linearen Modells wird hier also bestätigt.
Mit der Digital-ND-Bildaufnahme mit Unterteilung des Belichtungszeitfensters
in Teilbelichtungsintervalle und anschließender Mittelwertbildung
der Teilbelichtungswerte bleibt, wie es in 6 zu sehen
ist, das FPN-Rauschen sowohl niedrig als auch konstant. Auch hier
folgt der Rauschpegel der erzeugten Sequenzen eng der idealen Kurve.In all recorded and generated sequences, FPN noise and dynamic noise were analyzed in a homogeneous area of the image. The result of dynamic noise analysis is in 5 shown. It can be seen that the conventional continuous exposure readout during the exposure time window shows substantially constant dynamic noise. For seamless reading, the sensor used requires about 2 dB more dynamic noise. As N increases, there is a direct reduction in noise levels close to the expected ideal curve. The result of the FPN noise analysis is in 6 shown. For the conventional exposure with continuous exposure during the exposure time window, an increase in the FPN noise with increasing exposure time can be seen, despite the linear FPN compensation used. An in SCHOBERL, Michael; SENEL, Cihan; BLOSS, Hans; FOESSEL, Siegfried; BUY, André ;: Non-linear Dark Current Fixed Pattern Noise Compensation for Variable Frame Rate Moving Picture Cameras. In: 17th European Signal Processing Conference EUSIPCO 2009, Glasgow, Scotland, United Kingdom, 8 2009 postulated inaccuracy of the linear model is thus confirmed here. With digital ND image acquisition, subdividing the shutter speed window into sub-exposure intervals and then averaging the partial exposure values, as shown in 6 You can see FPN noise both low and constant. Again, the noise level of the generated sequences closely follows the ideal curve.
Die
Beispiele in den 7, 8 und 9 zeigen
ein einzelnes Bild aus der Sequenz für τexp = Millisekunden mit N = 4. Die oberen
Bilder dieser Figuren zeigen jeweils die vollständige aufgenommene
Szene, wohingegen in den jeweiligen Figuren die unteren Bilder eine
vergrößerte Region der Testschablone aus der linken
Seite der Szene zeigen. Die herkömmliche Bildaufnahme mit
durchgehender Belichtung im Belichtungszeitfenster ist in 7 dargestellt.
Sie zeigt viel Rauschen. Eine optische Filterung wurde verwendet,
um die Lichtmenge um einen Faktor von 4 zu reduzieren. In 8 ist
das Ergebnis mit einer einzelnen kurzen Belichtung gezeigt. Die
Bildaufnahme weist ein niedrigeres FPN-Rauschen auf. In 9 ist
das Ergebnis unter Verwendung der Einteilung in vier Teilbelichtungsintervalle
mit Mittelwertbildung über die Teilbelichtungswerte gezeigt.
Wie es in 9 zu sehen ist, ist auch zusätzlich
zu dem Fall von 8 auch das dynamische Rauschen reduziert,
also zusätzlich zu der Reduktion des FPN-Rauschens. Das
erzeugte Bild weist zudem die gleiche Bewegungsverschmierung auf
wie die herkömmliche Belichtung mit durchgehender Belichtung
im Belichtungszeitfenster. Die Szenenhelligkeit in dem Fall der
digitalen ND-Filterung gemäß 9 ist
identisch zu dem Ergebnis durch die optische Filterung, wie sie
bei 7 verwendet worden ist. D. h., die Empfindlichkeit
konnte um einen Faktor von 4 reduziert werden, wobei sowohl das
dynamische als auch das statische Rauschen um 4 dB bzw. 9 dB verbessert
worden ist. Diese Reduktion des Rauschens entspricht einer Erhöhung
des Dynamikbereiches, wie es im Vorhergehenden beschrieben worden
ist.The examples in the 7 . 8th and 9 show a single image from the sequence for τ exp = milliseconds with N = 4. The upper images of these figures respectively show the complete recorded scene, whereas in the respective figures the lower images show an enlarged region of the test template from the left side of the scene. Conventional image exposure with continuous exposure in the exposure time window is in 7 shown. It shows a lot of noise. Optical filtering was used to reduce the amount of light by a factor of 4. In 8th the result is shown with a single short exposure. Image capture has lower FPN noise. In 9 the result is shown using the division into four sub-exposure intervals with averaging over the subexposure values. As it is in 9 is also seen in addition to the case of 8th also reduces the dynamic noise, in addition to the reduction of the FPN noise. The generated image also has the same motion blur as the conventional continuous exposure exposure in the exposure time window. The scene brightness in the case of digital ND filtering according to 9 is identical to the result of the optical filtering, as with 7 has been used. That is, the sensitivity could be reduced by a factor of 4, with both dynamic and static noise improved by 4 dB and 9 dB, respectively. This reduction in noise corresponds to an increase in the dynamic range, as described above.
Die
im Vorhergehenden beschriebene digitale ND-Filterung weist also
gegenüber der herkömmlichen langen ununterbrochenen
Belichtung eine Vielzahl von Vorteilen auf: zur Reduzierung der
Lichtmenge ist kein optisches Filter nötig. Die Handhabung,
das Gewicht der Ausrüstung und schließlich die
Kosten eines Kamerapaketes können verbessert werden. Die
digitale Implementierung ist zudem rechenunaufwendig und kann einfach
in ein Kamerasystem integriert werden und bedarf keiner spezialisierten
Sensoren. Die beschriebene Auslese kann auch für Standbildphotokameras
im Consumer-Bereich verwendet werden und ermöglicht noch eine
weitere Option zur Einstellung der Lichtmenge in einer Szene. Dies
könnte direkt eine Langbelichtungsphotographie während
Tageslicht ermöglichen, wo eine typische Aperturblende
immer noch zu viel Licht durchlässt.The
Thus, the above-described digital ND filtering has
over the conventional long uninterrupted
Exposing a variety of benefits: to reduce the
Amount of light is no optical filter needed. The handling,
the weight of the equipment and finally the
Cost of a camera package can be improved. The
digital implementation is also computationally simple and can be simple
integrated into a camera system and requires no specialized
Sensors. The described readout can also be used for still picture cameras
used in the consumer field and still allows one
another option for adjusting the amount of light in a scene. This
could directly take a long exposure photograph
Allow daylight where a typical aperture stop
still lets in too much light.
Die
Bildrauschpegel werden zudem reduziert, anstatt wie bei der herkömmlichen
Belichtung sich zu erhöhen. Dies liefert schließlich
einen höheren Dynamikbereich. Ein FPN-Kompensationsalgorithmus
ist lediglich im Hinblick auf einen kleineren Bereich von Belichtungszeitdauern
erforderlich. Die Kalibrierungs- und Kompensationsanforderungen
bezüglich des Dunkelstromes sind folglich geringer als
bezüglich der breiten Bandbreite von Belichtungszeitdauern.
Die aufeinanderfolgenden kurzen Belichtungen leiden nicht an den
dynamischen Bereichsgrenzen durch Dunkelstrom und Belichtungszeitdauern
sogar über die maximal nützliche Belichtung des
Sensors können erzeugt werden.The
Image noise levels are also reduced instead of the conventional ones
Exposure increase. This finally delivers
a higher dynamic range. An FPN compensation algorithm
is only in view of a smaller range of exposure times
required. The calibration and compensation requirements
with respect to the dark current are consequently less than
concerning the wide range of exposure times.
The successive short exposures do not suffer from the
dynamic range limits by dark current and exposure time periods
even about the maximum useful exposure of the
Sensors can be generated.
Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele können somit
durch Kombination eines lückenlosen Sensorauslesemodus
mit der Bildverarbeitung realisiert werden, und zwar unter Reduktion
einer Bildsensorempfindlichkeit. Die erzeugten Bilder können
eine erhöhte Bild qualität und die korrekte Bewegungsverschmierung
zeigen. Diese Verschiebung des Dynamikbereiches ist ohne die Notwendigkeit
einer zusätzlichen Mechanik möglich. Die erzeugten
Bilder liefern zudem einzigartige Eigenschaften, wie z. B. die Bewahrung
der Bewegungsverschmierung, eine reduzierte Empfindlichkeit ohne
Hardwaremodifikation und/oder eine verbesserte Bildqualität.The described embodiments can thus be realized by combining a gap-free sensor readout mode with the image processing, with reduction of an image sensor sensitivity. The generated images can show an increased image quality and the correct motion smearing. This dynamic range shift is possible without the need for additional mechanics. The generated images also provide unique features such. B. the preservation of the movement smearing, reduced sensitivity without hardware modification, and / or improved image quality.
Eine
Bildaufnahmevorrichtung gemäß 1 oder 4 mit
den Abwandlungen, wie sie im Vorhergehenden beschrieben worden sind,
können sowohl für Videos bzw. Bewegungsbilder
als auch Standbilder eingesetzt werden. Für Videokameras
bieten die Ausführungsbeispiele eine Möglichkeit
für einen Benutzer-auswählbaren Betriebsmodus
zur Reduktion der Empfindlichkeit der Kamera. Die Implementierung
ist lediglich Firmware-basiert und stört nicht den regulären
Kamerabetrieb. Dies ermöglicht die Aufzeichnung von Zeitrafferszenen
sogar während Sonnenlichtes. Die beschriebene Bildaufnahme
kann auch für Hochgeschwindigkeitskameras verwendet werden,
die bei niedrigeren Frameraten betrieben werden. Eine optische Filterung
ist nicht notwendig, und trotzdem können jedwede Belichtungszeiten
und Linsenaperturen verwendet werden.An image pickup device according to 1 or 4 with the modifications as described above can be used for both motion pictures and still pictures. For video cameras, the embodiments provide a way for a user-selectable mode of operation to reduce the sensitivity of the camera. The implementation is just firmware-based and does not interfere with regular camera operation. This allows the recording of time-lapse scenes even during sunlight. The described image acquisition can also be used for high speed cameras operating at lower frame rates. Optical filtering is not necessary and nevertheless any exposure times and lens apertures can be used.
Für
digitale Standbildkameras kann die vorgestellte digitale ND-Filterung
auch verwendet werden. Sie liefert eine noch weitere Möglichkeit
zur Bestimmung der besten Belichtungseinstellung, zusätzlich
zur Einstellung vermittels der Linsenapertur und der Belichtungszeit.
Falls beispielsweise die durch die Linsenapertur und Belichtungszeit
einstellbare Sensitivitätsspanne nicht ausreicht, kann
die Variation der Anzahl der vorbeschriebenen Teilintervalle zur
Einstellung der Belichtung verwendet werden. Die Spanne von Aperturstopps
für eine Linse könnte sogar reduziert werden,
was Kosten einsparen würde, und die digitale Empfindlichkeitsreduktion, wie
sie im Vorhergehenden beschrieben wurde, könnte stattdessen
verwendet werden.For
Digital still cameras can use the presented digital ND filtering
also be used. It provides another possibility
to determine the best exposure setting, in addition
for adjustment by means of the lens aperture and the exposure time.
For example, if through the lens aperture and exposure time
adjustable sensitivity range is insufficient
the variation of the number of the previously described subintervals
Setting the exposure to be used. The span of aperture stops
for a lens could even be reduced
which would save costs, and the digital sensitivity reduction, such as
as described above could instead
be used.
In 10 ist
exemplarisch eine digitale Standbildkamera 80 gezeigt,
in die die Vorrichtung von 1 oder 4 integriert
sein soll, wobei diese Komponenten in 10 der Übersichtlichkeit
halber aber nicht dargestellt sind. Die Kamera 80 kann
eine Spiegelreflexkamera oder eine Sucherkamera sein. Sie weist
ein Objektiv 82, eine Blende 84, wie z. B. eine
Lamellenblende, und eine Steuerung zur manuellen und/oder automatischen
Einstellung der Blendenöffnung bzw. Blendenzahl, der Belichtungszeit τexp und der Anzahl N der Teilbelichtungsintervalle
und somit zur Einstellung der Empfindlichkeit auf. In dem Fall von 10 weist
die Steuerung exemplarisch drei vom Benutzer bedienbare Drehregler 86, 88 und 90 als
Eingabeschnittstellen auf. Über die Regler 86 und 88 könnte
der Benutzer beispielsweise manuell Blendenöffnung und
Belichtungszeitdauer τexp einstellen,
wobei es ihm über den Regler 90 möglich
wäre, unabhängig von diesen Einstellungen die Kameraempfindlichkeit
einzustellen, indem er über den Regler 90 die
Anzahl N einstellt. Zusätzlich oder alternativ könnte
die Kamera 80 einen oder mehrere der folgenden Automatikprogramme
aufweisen. Gemäß einer ersten Art von Automatikprogramm
ist es dem Benutzer über einen Drehregler oder einer alternativen
Eingabe möglich, einen der Parameter Blendenöffnung,
Belichtungszeitdauer τexp und Anzahl
von Teilbelichtungsintervallen N einzustellen, wobei die Steuerung
die anderen beiden Parameter automatisch einstellt. Gemäß einer zweiten
Art von Automatikprogramm ist das Verhältnis zwischen automatisch
eingestellten Parametern und manuell eingestelltem Parameter umgekehrt,
d. h. zwei stellt der Benutzer manuell ein und der verbleibende wird
von der Steuerung automatisch eingestellt. Gemäß einer
Vollautomatik würden alle drei Parameter von der Steuerung
automatisch eingestellt werden. Wie es in 10 ferner
gezeigt ist, weist die Kamera 80 einen Auslöser 92 auf,
bei Betätigung dessen der Benutzer die Belichtung auslöst
bzw. den Beginn des Belichtungszeitfensters festlegt.In 10 is an example of a digital still camera 80 shown in the device of 1 or 4 should be integrated, these components in 10 but not shown for clarity. The camera 80 can be a SLR camera or a viewfinder camera. She has a lens 82 , a panel 84 , such as As a louver aperture, and a controller for manual and / or automatic adjustment of the aperture or f-number, the exposure time τ exp and the number N of Teilbelichtungsintervalle and thus to adjust the sensitivity. In the case of 10 the controller has three user-definable rotary control as an example 86 . 88 and 90 as input interfaces. About the regulators 86 and 88 For example, the user could manually adjust aperture and exposure time τ exp , giving it the regulator 90 It would be possible, regardless of these settings to adjust the camera sensitivity, by using the controller 90 the number N is set. Additionally or alternatively, the camera could 80 have one or more of the following automatic programs. According to a first type of automatic program, the user is able to set one of the parameters aperture, exposure time τ exp and number of partial exposure intervals N via a rotary control or an alternative input, the controller automatically adjusting the other two parameters. According to a second type of automatic program, the ratio between automatically set parameters and manually set parameter is reversed, ie, the user adjusts two manually and the remaining is set automatically by the controller. According to fully automatic, all three parameters would be set automatically by the controller. As it is in 10 Further, the camera points 80 a trigger 92 upon actuation of which the user initiates the exposure or sets the beginning of the exposure time window.
Natürlich
existieren zu den in 10 gezeigten Drehreglern verschiedenste
Alternativen, wie z. B. Kippschalter oder andere Benutzereingabeschnittstellen.
Insbesondere bei einer Vollautomatikkamera können die Regler
gänzlich fehlen und die Steuerung umfasste lediglich einen
in 10 nicht näher gezeigten Prozessor zur
automatischen Einstellung der drei Parameter Blendenöffnung,
Belichtungszeitdauer und Anzahl an Teilbelichtungsintervallen.Of course, there are those in 10 Rotary controls shown various alternatives, such. As toggle switches or other user input interfaces. In particular, in a full automatic camera, the controller can be completely absent and the control included only one in 10 not shown in detail processor for automatically setting the three parameters aperture, exposure time and number of partial exposure intervals.
11 zeigt
eine Videokamera 100, in die eine Vorrichtung gemäß 1 oder 9 integriert
ist, wobei wiederum die Komponenten aus diesen Figuren in 11 der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt sind. In 11 wurden
aber die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen aus 10 für
Elemente verwendet, die eine gleiche Funktion ausüben.
So umfasst die Digitalkamera 100 ein Objektiv 82,
eine Blende 84, und eine Steuerung zur Steuerung der Blendenöffnung,
Belichtungszeit τexp und der Anzahl
N, wozu die Steuerung wiederum Benutzereingabeschnittstellen 86, 88 und 90 aufweisen
kann. 11 shows a video camera 100 in which a device according to 1 or 9 is integrated, again the components of these figures in 11 for the sake of clarity are not shown. In 11 but were the same reference numerals as those 10 used for elements that perform the same function. So includes the digital camera 100 a lens 82 , a panel 84 , and a controller for controlling the aperture, exposure time τ exp and the number N, to which the controller in turn user input interfaces 86 . 88 and 90 can have.
In
den 10 und 11 ist
jeweils durch gestrichelte Linien angedeutet, dass Blendenöffnung,
Belichtungszeitdauer τexp und Anzahl
an Teilbelichtungsintervallen N manuell einstellbar sein könnten.
Wie oben erwähnt, wäre auch eine automatische
oder gemischt automatisch-manuelle Einstellbarkeit dieser drei Parameter
möglich. In dem Fall von 11 ist
dargestellt, dass die Belichtungszeitdauer τexp kleiner
sein kann als die Bild- bzw. Framewiederholzeitdauer tframe,
so dass zwischen den Belichtungszeitfenstern Dunkelphasen bzw. belichtungsfreie
Phasen 102 vorliegen. Ggf. kann bei der Kamera 100 auch
die Bildwiederholzeitdauer bzw. die Framerate bzw. Bildfrequenz
einstellbar sein.In the 10 and 11 is indicated by dashed lines that aperture, exposure time τ exp and number of Teilbelichtungsintervallen N could be manually adjustable. As mentioned above, automatic or mixed auto-manual adjustability of these three parameters would also be possible. In the case of 11 It is shown that the exposure time period τ exp can be smaller than the frame repetition time t frame , so that between the exposure time windows dark phases or exposure-free phases 102 available. Possibly. can at the camera 100 also the picture repetition time or the frame rate or frame rate be adjustable.
Bezogen
auf beide Ausführungsbeispiele von 10 und 11 kann
die Kamera beispielsweise eine automatische Einstellung auf die
Helligkeit der Szene vornehmen. Dazu stellt eine Vollautomatik beispielsweise
nicht nur Belichtungszeit und Blende geeignet ein, sondern Belichtungszeit,
Blende und Zahl N bzw. den Faktor 1/x, mit dem die Summe der Teilbelichtungswerte
multipliziert wird.Based on both embodiments of 10 and 11 For example, the camera can automatically adjust the brightness of the scene. For example, a fully automatic system not only adjusts the exposure time and aperture suitably, but rather the exposure time, aperture and number N or the factor 1 / x with which the sum of the partial exposure values is multiplied.
Bei
einer manuellen Veränderung einer der Werte, wie z. B.
eine Änderung der Belichtungszeit oder der Framerate, könnten
die anderen Werte durch die Steuerung (nicht gezeigt) so angepasst
werden, dass die Bildhelligkeit gleich bleibt. Bei einer Geschwindigkeitsrampe
beim Filmen mit der Videokamera von 11, d. h.
einer kontinuierlichen Veränderung der Framerate, könnte
somit die Bildhelligkeit konstant gehalten werden. Wird beispielsweise
die Framerate verringert und somit inhärent die Belichtungszeit τexp vergrößert, sorgt beispielsweise
die Steuerung (nicht gezeigt) für eine automatische Anpassung
der Blende. Ebenso ist es denkbar, dass bei einem Photoapparat,
wie z. B. demjenigen von 10, ein
Parameter durch den Benutzer auswählbar ist, wie z. B.
Belichtungszeit oder Blende, wobei die anderen dann durch die Steuerung
angepasst werden. Eine automatische Anpassung von N und 1/x in Abhängigkeit
der manuell gewählten anderen Parameter ist ebenfalls denkbar.
Ebenso andere Kombinationen, wie z. B. die manuelle Auswahl einer
der Parameter und Anpassung der anderen.In a manual change of one of the values, such. For example, if the exposure time or frame rate is changed, the other values could be adjusted by the controller (not shown) so that the image brightness remains the same. At a speed ramp when shooting with the video camera from 11 , ie a continuous change in the frame rate, thus the image brightness could be kept constant. For example, if the frame rate is reduced, thus inherently increasing the exposure time τ exp , for example, the controller (not shown) will automatically adjust the aperture. It is also conceivable that in a camera, such as. B. that of 10 , a parameter is selectable by the user, such as. B. exposure time or aperture, the others are then adapted by the controller. An automatic adaptation of N and 1 / x depending on the manually selected other parameters is also conceivable. Likewise, other combinations, such. For example, manually selecting one of the parameters and adjusting the others.
Zu
den 10 und 11 wird
noch darauf hingewiesen, dass einige der oben als variabel beschriebenen
Einstellungen auch fest sein könnten, wie z. B. Blende
und/oder Blendenzeit.To the 10 and 11 It should also be noted that some of the settings described above as variable could also be fixed, such as: B. Aperture and / or aperture.
Vergleicht
man die oben präsentierten Ausführungsbeispiele
mit optischen ND-Filtern ergibt sich Folgendes. Typische optische
ND-Filter weisen Dichten von d = 0,3 und größer
auf. Diese erzielen eine Lichtdämpfung um einen Faktor
von 10d. Die Lichtreduktion wird auch manchmal
in f-Stopps gemessen. Jede Reduktion um einen Faktor von 2 entspricht
einer Reduktion um einen f-Stopp. Die Tabelle (2) zeigt für
den Fall einer digitalen ND-Filterung mit Aufteilung des Belichtungszeitfensters
in N gleichgroße Teilbelichtungsintervalle und Mittelwertbildung
der entstehenden Teilbelichtungswerte, welches N für ein
zu bestimmten optischen ND-Filtern äquivalentes Digital-ND-Verhalten
notwendig ist.Comparing the above-presented embodiments with optical ND filters, the following results. Typical optical ND filters have densities of d = 0.3 and greater. These achieve a light attenuation by a factor of 10 d. The light reduction is also sometimes measured in f-stops. Each reduction by a factor of 2 corresponds to a reduction by one f-stop. Table (2) shows, in the case of ND digital filtering with the exposure time window divided into N, equal partial exposure intervals and averaging of the resulting fractional exposure values, which N is necessary for a digital ND response equivalent to certain ND optical filters.
Zusätzlich
zu diesen optischen Standarddichten ist es möglich, eine
Reduktion um jeglichen ganzzahligen Faktor zu erzielen. Beispielsweise
ergibt sich eine optische Dichte von 0,48, wenn bei dem digitalen ND-Filter
N = 3 eingestellt wird. Zusätzlich ist es möglich,
Zwischenwerte der Dämpfung zu erzielen: die Multiplikation
der Teilbelichtungswertsumme mit einem Faktor von 1/N, wie sie bei
dem vorhergehenden Ausführungsbeispielen größtenteils
verwendet worden ist, kann beispielsweise mit einer Multiplikation
von 1/√N ersetzt
werden. Dies führt zu einem konstanten Rauschpegel und
einer Dämpfung von lediglich √N . Der Dynamikbereichgewinn geht aufgrund
des Clippens verloren, aber dieses Vorgehen würde auf der
anderen Seite eine Dämpfung von 1,41, 1,73, 2,33, 2,45
usw. ermöglichen. Die folgende Tabelle (2) fasst die typischen
optischen Dichten und die entsprechend erforderlichen Einstellungen
von N für das digitale ND-Filter zusammen. optische
Dichte Dämpfungsfaktor N
für digitales-ND-Filter f-Stopp-Reduktion
0,3 2 2 1
0,6 4 4 2
0,9 8 8 3
1,8 64 64 6
2 100 100 6,66
3 1000 1000 10
In addition to these standard optical densities, it is possible to achieve a reduction by any integer factor. For example, an optical density of 0.48 results when N = 3 is set in the digital ND filter. In addition, it is possible to obtain intermediate values of the attenuation: the multiplication of the partial exposure value sum by a factor of 1 / N, as used to a large extent in the preceding embodiments, can be achieved, for example, by multiplying 1 / √ N be replaced. This leads to a constant noise level and a damping of only √ N , The dynamic range gain is lost due to clipping, but this approach would allow 1.41, 1.73, 2.33, 2.45, and so on. The following table (2) summarizes the typical optical densities and N settings necessary for the digital ND filter. optical density damping factor N for digital ND filter f-stop reduction
0.3 2 2 1
0.6 4 4 2
0.9 8th 8th 3
1.8 64 64 6
2 100 100 6.66
3 1000 1000 10
Die
obigen Ausführungsbeispiele liefern also viele Vorteile:
sie lassen sich digital in bestehende Systeme einbauen und erfordern
nicht zusätzlich Hardware oder Optiken. Zudem lasst sich
die realisierte Empfindlichkeitsreduktion an- und ausschalten. Die
Farb- bzw. Helligkeitsabhängigkeit ist rein neutral: anders
als optische Filter, die eine Verschiebung der Farben vom infraroten
Licht erzeugen können, besitzt das digitale Filter, wie
es im Vorhergehenden beschrieben worden ist, keines dieser Probleme.
Schließlich sind die obigen Ausführungsbeispiele
für jeden Typ von integrierenden Sensor einsetzbar, also
auch für Anwendungen ohne optische Abbildung, vorausgesetzt,
das lückenlose Auslesen ist möglich.The
The above embodiments thus provide many advantages:
they can be installed and required digitally in existing systems
not additional hardware or optics. In addition, let yourself
turn on and off the realized sensitivity reduction. The
Color or brightness dependence is purely neutral: different
as optical filters that shift the colors from the infrared
Can generate light owns the digital filter, such as
it has been described above, none of these problems.
Finally, the above embodiments are
can be used for every type of integrating sensor, ie
also for applications without optical imaging, provided
The complete readout is possible.
Im
vorhergehenden wurde ohne gesonderte Erwähnung davon ausgegangen,
dass es sich bei den Auslesewerten um lineare Auslesewerte handelt,
also solche, die linear von der integrierten Menge einfallenden
Lichtstromes abhängen. Vorzugsweise weisen der optoelektrische
Sensor 12, der Ausleser 14 und, wenn vorhanden,
der ADC innerhalb des Kombinierers deshalb im wesentlichen lineare
Kennlinien auf, d. h. eine lineare Abhängigkeit zwischen
Eingangsvariable, nämlich Lichtstrom, integrierte Lichtmenge
bzw. analoger Auslesewert, und Ausgangsvariable, nämlich
analoger elektrischer Auslesewert bzw. digitalisierter Wert, zumindest
soweit der Wertebereich betroffen ist, der in dem resultierenden
Dynamikbereich liegt. Sie können auch nicht-lineare Kenninien
aufweisen, die sich einan der zu einer linearen Gesamtkennlinie ausgleichen,
die einen integrierten Lichtstrom auf den zu summierenden Auslesewert
abbildet. Der Kombinierer könnte zudem ein eigens vorgesehenes
nichtlineares Modul zur Linearisierung aufweisen, wie z. B. einen
Abbilder (nicht gezeigt) zwischen ADC 54 und Addierer 58 in 4.
Er könnte in Form einer Nachschlagtabelle gebildet sein oder
die Linearisierung analytisch vornehmen. Die Linearisierung könnte
für alle Pixel identisch sein, wohingegen die Weiterverarbeitungseinrichtung
beispielsweise noch eine pixelindividuelle und von τN abhängige FPN-Korrektur vornimmt,
wie es bereits beschrieben wurde. Allerdings ist es nicht unbedingt
zwingend erforderlich, dass lineare Auslesewerte im Gesamten Dynamikbereich
vorliegen. Durch die Anwendung könnte von extern, wie z.
B. durch den Benutzer, sichergestellt werden, dass die einfallende
Lichtmenge nicht nur in einem Maße variiert, so dass innerhalb
dieser Variation die resultierende Kennlinie der Bilderzeugungsvorrichtung
mit digitalem ND Filter annähernd linear ist.In the foregoing, it has been assumed without separate mention that the readings are linear readings, that is, those which are linearly incident on the integrated quantity depend on the luminous flux. Preferably, the optoelectric sensor 12 , the reader 14 and, if present, the ADC within the combiner therefore has substantially linear characteristics, ie a linear dependence between input variable, namely luminous flux, integrated light quantity or analogue readout value, and output variable, namely analog electrical readout value or digitized value, at least as far as the value range is affected, which lies in the resulting dynamic range. They may also have non-linear characteristics which balance one another in to a linear overall characteristic which maps an integrated luminous flux to the reading to be summed. The combiner could also have a dedicated non-linear module for linearization, such as. An image (not shown) between ADCs 54 and adders 58 in 4 , It could be formed in the form of a look-up table or perform the linearization analytically. The linearization could be identical for all pixels, whereas the further processing device, for example, still performs a pixel-individual and τ N- dependent FPN correction, as has already been described. However, it is not absolutely necessary that linear readings are available in the entire dynamic range. Through the application could externally, such. By the user, it is ensured that the amount of incident light does not vary only to an extent such that, within this variation, the resulting characteristic of the digital ND filter imaging apparatus is approximately linear.
Insbesondere
wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten
das erfindungsgemäße Schema auch in Software implementiert
sein kann. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium,
insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren
Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem
zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren
ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit
auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren
Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt
auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann
die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode
zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.Especially
It is noted that depending on the circumstances
the inventive scheme also implemented in software
can be. The implementation may be on a digital storage medium,
in particular a floppy disk or a CD with electronically readable
Control signals are made that way with a programmable computer system
can cooperate that the appropriate procedure
is performed. Generally, the invention thus consists
also in a computer program product with on a machine-readable
Carrier stored program code to carry out
the inventive method, when the computer program product
runs on a computer. In other words, can
the invention thus as a computer program with a program code
to implement the method, if
the computer program runs on a computer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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