DE4300781C1 - Verfahren zur Korrektur von Bildfehlern in von einem bilderzeugenden Sensor erzeugten Bildern - Google Patents
Verfahren zur Korrektur von Bildfehlern in von einem bilderzeugenden Sensor erzeugten BildernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von
Bildfehlern in von einem mit Sensorzeilen ausgerüsteten
bilderzeugenden Sensor erzeugten Bildern, vorzugsweise
von Wärmebildgeräten, wobei die Bildfehler durch Ungleich
mäßigkeiten der eine Szene abtastenden Sensorelemente, ins
besondere durch unterschiedliche Empfindlichkeiten hervor
gerufen werden und sich in den Bildeindruck und weitere
Verarbeitungsmöglichkeiten beeinträchtigenden horizontalen
oder vertikalen Streifen äußern.
Es sind zwei Operatoren bekanntgeworden (Handbuch der
Operatoren für die Bildbearbeitung von Reinhard Klette und
Piero Zamperoni, 1992, Seiten 236 bis 241), die sich mit
linienhaften Mustern befassen, d. h. mit länglichen Bild
gebieten mit etwa konstantem Grauwert und mit einer im
Vergleich mit der Fenstergröße kleinen Linienbreite. Wäh
rend der eine Operator die Hervorhebung der linienhaften
Muster zum Ziel hat, beseitigt der andere Operator derar
tige linienhaften Muster. Bei dem zweiten Operator werden
waagerechte oder senkrechte linienhafte Muster mit der
Breite eines Bildpunktes als Störung betrachtet und von
der Grauwertfunktion linear subtrahiert. Diese Unter
drückung der Streifigkeit am bilderzeugenden Sensor ist
nachteiligerweise durch eine aufwendige Justierung in
einem eingeschränkten Spektral- und Intensitätsbereich
zu erreichen.
Es ist ein Verfahren zur Bildverarbeitung bekanntgeworden
(GB 2 149 260 A), bei dem Störungen aufgrund von Streuungen
der einzelnen Detektorelemente oder aufgrund von defekten
Detektorelemente beseitigt werden. Hierzu werden vor einer
Bilderzeugung die Ausgangssignale der Detektorelemente nor
malisiert, d. h. die Ausgangssignale von streuenden Detek
torelementen werden auf einen Wert geändert, den das Aus
gangssignal eines durchschnittlichen Detektorelementes un
ter der Voraussetzung von gleichen Eingangsbedingungen auf
weisen würde. Extreme, von einem fehlerhaften Detektorele
ment angezeigte Signalwerte werden durch einen Durch
schnittswert ersetzt, der durch Extrapolation oder durch
Mittelwertbildung von gespeicherten Signalwerten erhalten
wird, die von dem defekten Detektorelement benachbarten
Detektorelementen geliefert werden.
Weiterhin ist eine Fernsehkamera mit adaptiver Fehlerkor
rektur für Festkörperbildwandler bekannt (DE 36 02 806 A1).
Bei dieser Fernsehkamera, welche an ihrem Ausgang ein Video
signal liefert und einen Festkörperbildwandler enthält, der
einzelne Niedrigkontrast-Bildelementfehler aufweist, liefert
die adaptive Fehlerkorrektureinrichtung ein fehlerkorrigier
tes Videosignal, welches einen Beitrag zum Ausgangsvideo
signal liefern kann. Die Fehlerkorrektureinrichtung ist in
sofern adaptiv, als der Beitrag des fehlerkorrigierten
Videosignals zum Ausgangsvideosignal von einem Regelsignal
abhängt, das sich entsprechend dem Licht ändert, welches
auf den Festkörperbildwandler auftrifft. Nachteiligerweise
handelt es sich hierbei um eine analog durchgeführte Fehler
korrektur, mit der das von der Fernsehkamera erzeugte Ge
samtbild analog korrigiert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein
korrektes Bild ohne Streifen und andere linienförmige Stö
rungen und somit eine Optimierung der Bilddarstellung ohne
Verlust kleiner Strukturen erzielt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrensschrit
te gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise
eine Verbesserung des Bilddatenmaterials für weitere Bear
beitungsschritte erreicht.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in
den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens ist im Unteranspruch 10 beansprucht,
während die Unteransprüche 11 bis 13 auf Weiterbildungen
der Schaltungsanordnung gerichtet sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 ein von einem bilderzeugenden Sensor erzeugtes
Bild, und
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des er
findungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist die Sensorzeile 17 eines bilderzeugenden Sen
sors dargestellt, dessen Sensorelemente 18 eine Szene in
horizontaler Abtastrichtung abtasten und somit jeweils
eine Zeile des Bildes erzeugen. Eine vertikale Abtastung
der Szene kann alternativ gewählt werden. Die durch die
eindimensionale Abtastung entstehenden eingangs beschrie
benen störenden Effekte, die von der unterschiedlichen
Empfindlichkeit der einzelnen Sensorelemente 18 herrühren
und sich in horizontalen oder vertikalen Streifen äußern,
werden durch die nachstehenden Verfahrensschritte besei
tigt. Hierbei wird im Prinzip für jeden Bildpunkt (Pixel)
eines vom Bildsensor erzeugten Bildes ein Korrekturwert
ermittelt, der zum jeweiligen Bildpunkt addiert wird, um
ein korrektes Bild ohne Streifen und andere linienförmige
Störungen zu erzeugen.
- a) Von jedem von dem bilderzeugenden Sensor erzeugten Bild wird ein Bildausschnitt 19 (Speicherbereich für Anfangs mittelwert) in einem Speicher gespeichert, wobei der Bildausschnitt so gewählt wird, daß genügend Daten für eine ausreichende Berechnung von Intensitätsmittelwer ten zur Verfügung stehen. Die Abspeicherung des Bild ausschnittes erfolgt, da eine Abspeicherung des Gesamt bildes aus Zeitgründen nicht möglich ist.
- b) Es wird der Mittelwert der Intensität jeder einzelnen Zeile des Bildausschnittes nach der Formel berechnet, wobei n die Anzahl der Bildpunkte pro Zeile bezeichnet. Hierbei werden vorzugsweise die Mittelwerte der Intensitäten jeder Zeile des Bildausschnittes in Abhängigkeit von der Abtastrichtung der eine Szene ab tastenden Sensorelemente ermittelt. Die berechneten Mittelwerte bilden die Grundlage für die zeilenweise Korrektur der Ungleichmäßigkeiten der einzelnen Sensor elemente. Hierbei können gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Pixel des Bildausschnittes, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, bei der Ermittlung der Mittelwerte der Intensität jeder ein zelnen Zeile unberücksichtigt bleiben. Vorzugsweise wer den zur Erzielung von Mittelwerten, die weitgehend vom Bildhintergrund abhängen, die einen vorgegebenen Schwell wert überschreitenden Pixel durch einen vorbestimmten Aus tauschwert ersetzt.
- c) Die errechneten Mittelwerte der Intensitäten jeder ein zelnen Zeile werden als Anfangswerte der laufenden Mittel werte für das jeweils erste Pixel der zugehörigen Zeilen verwendet als Mittelwertlfd für Pixel 1 = MittelwertZeile.
- d) Es wird für jedes Pixel ein Pixel-Korrekturwert Δ Pixel nach der Formel Δ Pixel = Pixeln - Mittelwertlfd für Pixel (n-1)ermittelt.
- e) Der jeweilige aktuelle laufende Mittelwert für jede Zei le des Gesamtbildes wird nach der folgenden Formel ermittelt: wobei durch den Faktor eine vorgegebene Anpassung an In tensitätssprünge im Bild festgelegt wird. Der skalierte Unterschied zwischen dem aktuellen Bildpunkt und dem letzten laufenden Mittelwert dient somit zur Ermittlung des aktuellen laufenden Mittelwertes.
- Jeder korrigierte Bildpunktwert des Gesamtbildes wird aus der Summe des Pixel-Korrekturwertes und des Hauptoffset wertes nach der Formel Pixel nneu - Δ Pixel + Hauptoffsetwertgebildet, wobei der Hauptoffsetwert einen konstanten In tensitätswert darstellt. Dieses kann der Gesamt-Mittelwert der Anzahl aller Mittelwerte Zeilen sein, der als Bezugs wert dient, um das korrigierte Bild nicht heller oder dunkler erscheinen zu lassen als das Originalbild. Durch die Ermittlung eines individuellen Korrekturwertes für jeden Bildpunkt des Gesamtbildes und seine Addition zu dem zugehörenden Bildpunkt wird das eingangs erwähnte korrekte Bild ohne Streifen und andere linienförmige Störungen er zeugt.
- Eine Kontrastverbesserung des Gesamtbildes für jeden Bildpunkt n wird nach der Beziehung Pixel nverbessert = Δ Pixel × Faktor + Hauptoffsetwertdurchgeführt, wobei für den Faktor ein vorgegebener Wert zwischen 1 und 2 gewählt wird.
Vom Bildsensor erzeugte Bilder mit streifenförmigen Fehlern
in horizontaler und vertikaler Abtastrichtung können kor
rigiert werden, indem die obenbeschriebenen Verfahrens
schritte a bis f zuerst in der einen und dann am einmal
korrigierten Bild in der anderen Richtung durchgeführt wer
den. Eine Kontrastverstärkung wird dabei nur einmal vorge
nommen.
Die in Fig. 2 dargestellte in zwei Phasen arbeitende Schal
tungsanordnung weist einen Bildeingang für die von dem Sen
sor erzeugten Bilder auf. In der ersten Bearbeitungsphase
werden Startmittelwerte zu jeder Zeile eines Bildausschnit
tes gebildet, die sich in der zweiten Bearbeitungsphase lo
kal adaptiv der Szenenhelligkeit jeder Zeile anpassen. In
Phase 1 werden von jedem erzeugten Bild die Bildpunkte
(Bildpixel) eines Bildausschnittes (Speicherbereich 19 für
Anfangsmittelwert gemäß Fig. 1) in einem Verzögerungsspei
cher 5 zwischengespeichert und gleichzeitig einem ersten Se
lektor 6 und einem den ersten Selektor 6 steuernden Kompara
tor 4 zur Ermittlung der Mittelwerte jeder einzelnen Zeile
des Bildausschnittes nach der Formel
zugeführt. Diese ermittelten Mittelwerte werden als Anfangs
werte der laufenden Mittelwerte für das jeweils erste Pixel
der zugehörigen Zeilen verwendet.
An den zweiten Eingang des Komparators 4 ist der Ausgang eines
Schwellwertgebers 1 und an den zweiten Eingang des ersten
Selektors 6 ist der Ausgang eines Ersatzwertgebers 2 ange
schlossen, wobei an die Eingänge des Schwellwertgliedes 1 und
des Ersatzwertgebers 2 der Ausgang eines Mikroprozessors 16
zum Einlesen von vorbestimmten Schwellwerten bzw. Ersatzwer
ten mittels Software angeschlossen ist. Der Ausgang des Mi
kroprozessors 16 ist außerdem an den Eingang eines Hauptoff
setgebers 3 zur Eingabe eines vorbestimmten Hauptoffsetwertes
angeschlossen, wobei als Hauptoffsetwert der Gesamtmittelwert
der Anzahl m aller Zeilenmittelwerte der Bildpunkte eines
zugehörigen Bildausschnittes verwendet werden kann.
Einen vorgegebenen Schwellwert überschreitende Pixel des
Bildausschnittes bleiben bei der Ermittlung der Mittelwerte
der Intensität jeder einzelnen Zeile des Bildausschnittes
dadurch unberücksichtigt, daß die am Bildeingang eingehen
den Pixelwerte im Komparator 4 mit dem vorgegebenen Schwell
wert des Schwellwertgebers 1 verglichen und daß überschwel
lige Pixelwerte durch den vorgegebenen Substitutionswert des
Ersatzwertgebers 2 ersetzt werden, um den Zeilenmittelwert
weitgehend bildinhaltunabhängig zu machen. Hierbei kann das
Maximum der Mittelwerte der Zeilen des Bildausschnittes als
Schwellwert zur Vermeidung von extremen Korrekturwerten her
angezogen werden. Die Pixelwerte werden in einem dem ersten
Selektor 6 nachgeordneten ersten Addierglied 7 zu den aufgelau
fenen Zeilenmittelwerten addiert und über einen zweiten Se
lektor 8 in den Mittelwertspeicher 10 überschrieben, der von
dem Mikroprozessor 16 angesteuert wird. Die den Mittelwerten
zugehörigen Zeilenadressen werden mit der Steuer- und Adreß
einrichtung 9 beigesteuert, so daß nach Eingang einer hin
reichenden Zeilenzahl (z. B. 256) zu jeder Zeilenadresse ein
gültiger Mittelwert zur Verfügung steht. Somit ist die erste
Arbeitsphase der Schaltungsanordnung abgeschlossen.
Zu Beginn der zweiten Bearbeitungsphase wird in einem dem
Speicher 5 nachgeordneten Subtrahierer 11 ein Pixel-Korrek
turwert
Δ Pixel = Pixeln - Mittelwertlfd für Pixel (n-1)
ermittelt. Dieser Pixel-Korrekturwert, der zum einen zur Modi
fizierung des aktuellen Zeilenmittelwertes benutzt wird, wird
mit Hilfe eines dem Subtrahierer 11 nachgeschalteten
Versatz- und Dividiergliedes 14 und eines zweiten Addierglie
des 15 zur Ermittlung der jeweiligen aktuellen laufenden Mit
telwerte für jede Zeile des Gesamtbildes nach der Formel
verwendet, wobei durch den Faktor eine vorgegebene Anpassung
an Intensitätssprünge im Bild festgelegt wird. Hierbei divi
diert das Glied 14 den Pixel-Korrekturwert Δ Pixel durch einen
Binärwert (z. B. 256) und das Addierglied 15 addiert das Ergeb
nis zum Zeilenmittelwert, wobei der aktuelle laufende Mittel
wert für jede Zeile des Gesamtbildes über den zweiten Selektor 8
in den Mittelwertspeicher eingeschrieben wird. Zum anderen wird
der Pixel-Korrekturwert Δ Pixel einem Eingang eines dritten
Addierers 13 zugeführt, an dessen zweiten Eingang als konstanter
Intensitätswert der Hauptoffsetwert, beispielsweise der Gesamt
mittelwert der Anzahl m aller Zeilenmittelwerte, ansteht und
dessen Ausgang den Bildausgang für jeden korrigierten Bildpunkt
wert des Gesamtbildes nach der Formel
Pixel nneu = Δ Pixel + Hauptoffsetwert
bildet.
Mittels einer zwischen dem Subtrahierer 11 und dem dritten
Addierer 13 angeordneten Spreizeinrichtung 12 kann eine Kon
trastverbesserung des Gesamtbildes für jeden Bildpunkt n
nach der Beziehung
Pixel nverbessert = Δ Pixel × Faktor + Hauptoffsetwert
durchgeführt werden, wobei für den Faktor ein vorgegebener
Wert zwischen 1 und 2 gewählt wird.
Bezugszeichenliste
1 Schwellwertglied
2 Ersatzwertgeber
3 Hauptoffsetwertgeber
4 Komparator
5 Verzögerungsspeicher
6 erster Selektor
7 erstes Addierglied
8 zweiter Selektor
9 Steuerungs- und Adressiereinrichtung
10 Mittelwertspeicher
11 Subtrahierer/Subtrahierglied
12 Spreizeinrichtung
13 drittes Addierglied
14 Versatz- und Dividierglied
15 zweites Addierglied
16 Mikroprozessor
17 Sensorzeile
18 Sensorelemente
19 Speicherbereich für Anfangsmittelwert
2 Ersatzwertgeber
3 Hauptoffsetwertgeber
4 Komparator
5 Verzögerungsspeicher
6 erster Selektor
7 erstes Addierglied
8 zweiter Selektor
9 Steuerungs- und Adressiereinrichtung
10 Mittelwertspeicher
11 Subtrahierer/Subtrahierglied
12 Spreizeinrichtung
13 drittes Addierglied
14 Versatz- und Dividierglied
15 zweites Addierglied
16 Mikroprozessor
17 Sensorzeile
18 Sensorelemente
19 Speicherbereich für Anfangsmittelwert
Claims (13)
1. Verfahren zur Korrektur von Bildfehlern in von einem
mit Sensorzeilen ausgerüsteten bilderzeugenden Sensor er
zeugten Bildern, vorzugsweise von Wärmebildgeräten, wobei
die Bildfehler durch Ungleichmäßigkeiten der eine Szene
abtastenden Sensorelemente, insbesondere durch unterschied
liche Empfindlichkeiten hervorgerufen werden und sich in
den Bildeindruck und weitere Verarbeitungsmöglichkeiten
beeinträchtigenden horizontalen oder vertikalen Streifen
äußern, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- a) von jedem von dem bilderzeugenden Sensor erzeugten Bild wird ein Bildausschnitt in einem Speicher (5) gespei chert, wobei der Bildausschnitt so gewählt wird, daß genügend Daten für eine ausreichende Berechnung von Intensitätsmittelwerten zur Verfügung stehen,
- b) es wird der Mittelwert der Intensität jeder einzelnen Zeile des Bildausschnittes nach der Formel berechnet,
- c) die errechneten Mittelwerte der Intensitäten jeder ein zelnen Zeile werden als Anfangswerte der laufenden Mittelwerte für das jeweils erste Pixel der zugehörigen Zeilen verwendet als Mittelwertlfd für Pixel 1 = MittelwertZeile,
- d) es wird für jedes Pixel ein Pixel-Korrekturwert Δ Pixel nach der Formel Δ Pixel = Pixeln - Mittelwertlfd für Pixel (n-1)ermittelt,
- e) der jeweilige aktuelle laufende Mittelwert für jede Zeile des Gesamtbildes wird nach der folgenden Formel ermittelt: wobei durch den Faktor eine vorgegebene Anpassung an Inten sitätssprünge im Bild festgelegt wird, und
- f) jeder korrigierte Bildpunktwert des Gesamtbildes wird aus der Summe des Pixel-Korrekturwertes und des Hauptoffsetwer tes nach der Formel Pixel nneu = Δ Pixel + Hauptoffsetwertgebildet, wobei der Hauptoffsetwert einen konstanten Inten sitätswert darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittelwerte der Intensitäten jeder einzelnen Zeile des
Bildausschnittes in Abhängigkeit von der Abtastrichtung der
eine Szene abtastenden Sensorelemente ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden
Pixel des Bildausschnittes bei der Ermittlung der Mittel
werte der Intensität jeder einzelnen Zeile unberücksich
tigt bleiben.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erzielung von Mittelwerten, die weitgehend vom Bildhin
tergrund abhängen, die einen vorgegebenen Schwellwert über
schreitenden Pixel durch einen vorbestimmten Austauschwert
ersetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Maximum der Mittelwerte der Zeilen des
Bildausschnittes als Schwellwert zur Vermeidung von extre
men Korrekturwerten herangezogen wird (Maximum = Maximum
der MittelwerteZeile).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kontrastverbesserung des Gesamt
bildes für jeden Bildpunkt n nach der Beziehung
Pixel nverbessert = Δ Pixel × Faktor + Hauptoffsetwertdurchgeführt wird, wobei für den Faktor ein vorgegebener
Wert zwischen 1 und 2 gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeich
net, daß als Hauptoffsetwert der Gesamtmittelwert der An
zahl m aller Mittelwerte Zeilen verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß Bilder mit streifenförmigen Bildfehlern
in vertikaler und horizontaler Richtung durch eine Anwen
dung der Verfahrensschritte in vertikaler und horizontaler
Richtung korrigiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine
einmalige Anwendung des Kontrastverbesserungsverfahrens
nach Anspruch 6.
10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 9 unter Verwendung eines bilderzeu
genden Sensors mit einer Sensorzeile (17), die eine Szene ab
tastende Sensorelemente (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß an den Ausgang des Bildsensors der Eingang eines Verzögerungsspeichers (5) und der Eingang eines ersten Ad diergliedes (7) angeschlossen sind,
- - daß dem ersten Addierglied (7) ein zweiter Selektor (8) und ein Mittelwertspeicher (10) nachgeordnet sind, wobei der zweite Selektor (8) und der Mittelwertspeicher (10) von einer Steuerungs- und Adressiereinrichtung (9) angesteuert sind,
- - daß dem Verzögerungsspeicher (5) ein Subtrahierglied (11), ein Versatz- und Dividierglied (14) und ein zweites Addier glied (15), dessen Ausgang an den zweiten Eingang des zwei ten Selektors (8) geführt ist, nachgeordnet sind,
- - daß der Ausgang des Mittelwertspeichers (10) an die zwei ten Eingänge des ersten Addiergliedes (7), des Subtrahier gliedes (11) und des zweiten Addiergliedes (15) angeschlos sen ist, und
- - daß der Ausgang des Subtrahiergliedes (11) sowohl an den Eingang des Versatz- und Dividiergliedes (14) als auch an einen Eingang eines dritten Addiergliedes (13) angeschlos sen ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang eines Haupt offsetwertgebers (3) verbunden ist und an dessen Ausgang jeder nach der Formel Pixel nneu = Δ Pixel + Hauptoffsetwertkorrigierte Bildpunktwert des Gesamtbildes ansteht.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß an den Ausgang des Bildsensors der erste
Eingang eines ersten Selektors (6), dessen Ausgang an den
ersten Eingang des ersten Addiergliedes (7) angeschlossen
ist, und der erste Eingang eines den ersten Selektor (6)
steuernden Komparators (4) angeschlossen ist, dessen zwei
ter Eingang mit dem Ausgang eines Schwellwertgliedes (1) in
Verbindung steht, und daß der zweite Eingang des ersten Se
lektors (6) mit dem Ausgang eines Ersatzwertgebers (2) ver
bunden ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor 16 vorgesehen ist,
der den Schwellwert in das Schwellwertglied (1), den Substi
tutionswert in den Ersatzwertgeber (2) sowie den Hauptoffset
wert in den Hauptoffsetwertgeber (3) einliest und den Mittel
wertspeicher (10) ansteuert.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Subtrahiergliedes
(11) und dem ersten Eingang des dritten Addiergliedes (13)
eine Spreizeinrichtung (12) zur Kontrastverbesserung des
Gesamtbildes für jeden Bildpunkt n angeordnet ist.
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