WO1992006560A1 - Opto-electronic camera - Google Patents

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WO1992006560A1
WO1992006560A1 PCT/DE1991/000802 DE9100802W WO9206560A1 WO 1992006560 A1 WO1992006560 A1 WO 1992006560A1 DE 9100802 W DE9100802 W DE 9100802W WO 9206560 A1 WO9206560 A1 WO 9206560A1
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WO
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image
shadow mask
camera according
optoelectronic camera
image sensor
Prior art date
Application number
PCT/DE1991/000802
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German (de)
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Inventor
Peter Diedrich
Michael Puhlmann
Original Assignee
Peter Diedrich
Michael Puhlmann
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Peter Diedrich, Michael Puhlmann filed Critical Peter Diedrich
Publication of WO1992006560A1 publication Critical patent/WO1992006560A1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26—Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58—Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic camera of the type specified in the preamble of claim 1.
  • German patent application DE-37 33 593 AI describes a device for photographing an object, in particular for later display on the screen.
  • an image pickup that is smaller than the image through the lens is slidably arranged in the image plane. Any section of the image field can be made visible by moving the image sensor in the image plane.
  • the advantage here is that the particular made visible is displayed with very good reproduction quality and high resolution.
  • the disadvantage of this device is that it is not possible to grasp the entire image field at a glance, that changing the image section requires a certain amount of time and that the dimensions and the weight are relatively high due to the required lenses with a large image field are.
  • the image sensor is a 6.6 x 8.8 mm a large CCD chip with 580 lines of 499 elements.
  • the pixels are approximately 11 x 17 ⁇ m 2 in size.
  • the CCD matrix is covered by a shadow mask that only leaves an area of less than 3 x 3 ⁇ m a per pixel.
  • the sensor can be moved horizontally in up to 6 intervals and vertically in 4 intervals, which increases the number of pixels by a factor of 24 to almost 7 million pixels.
  • the gradual displacement of the sensor takes place by means of piezoelectric drives, which enable highly precise and fast scanning.
  • Collector electrodes at the output of the individual channels of the microchannel plate collect the electrons and feed them to the processing via memory, transmission element and analog shift register.
  • the resolution of image intensifiers is limited. When using microchannel plates, the resolution is determined by the center distance of the individual channels. It is currently around 20 ⁇ m. With microchannel plates, electron gain factors of 10,000 can be achieved.
  • the invention is based on the object of creating an optoelectronic camera of the type mentioned at the outset which enables high-resolution images (for example up to approximately 500 pixels / millimeter) to be produced in real time without loss of sensitivity compared to known image sensors ⁇ time (25 frames / second).
  • the reason for the low sensitivity of the image sensors, which operate according to the piezocontrolled aperture shift method, is the reduction in the effective pixel area by masking, which results in a reduction in the proportion of the sensitive area in the total area of the Sensor is connected.
  • the sensitivity is indirectly further reduced in that the exposure time per pixel is limited in accordance with the image frequency and the number of steps per image. This results in
  • the factor K for reducing the sensitivity compared to the unmasked sensor.
  • an additional image intensifier is arranged between the components present in the recording unit of an optoelectronic camera, in a known manner, a shadow mask! and an image sensor.
  • the image intensifier has a photocathode, which is followed, in particular, by a microchannel plate.
  • a channel of the microchannel plate is directly assigned to each hole of the shadow mask. Due to the image brightness on the photo
  • Electrons generated in the region of the individual holes of the shadow mask are preferably multiplied or accelerated under the effect of a high voltage source within the individual channels of the microchannel plate. After passing through the individual channels, the electrons corresponding to the image content hit the image sensor directly and generate a corresponding charge image there.
  • the smallest part of the image that can be read out depends on the step pattern of the drives for aperture shifting and the diameter of the holes in the shadow mask.
  • the invention is based on the knowledge that it is possible by means of an image intensifier to increase the amount of light reduced by the diaphragm arrangement to such an extent that it corresponds to a light yield that could be achieved without a diaphragm arrangement. This refuted the previously prevailing opinion that it can be assumed that only either the resolution or the sensitivity could be chosen to be large. With the measures of the invention, however, a high resolution can be achieved even with high sensitivity, so that the use of the generic optoelectronic camera is no longer - as was previously the case - restricted to fields of application with high light intensity.
  • the lack of real-time capability at high resolution in the prior art was due to the limited data rate of the CCD image sensor and the fact that the entire image had to be read out at all times.
  • the increase in the data rate also reaches technical and economic limits in image processing. With 25 frames / second, 25 million pixels and 8-bit gray value quantization, this results in a data rate of 5 gigabits / second.
  • the high resolution for image processing is only partially necessary and sensible.
  • the entire image can be captured with normal resolution and, on the other hand, sections of the image can be accessed, which means that the entire image does not have to be read out.
  • the optoelectronic camera is provided with a selection circuit by means of which different image resolutions and sections can be freely selected taking into account the data processing capacity of the downstream processor.
  • an increased resolution can be maintained while maintaining the sensitivity. Achieve similarity of comparable devices of the prior art.
  • the resolution is reduced, the sensitivity is increased.
  • a switch is preferably made to partial image reproduction at high resolution. This applies to the conditions of real-time transmission.
  • the changing sensitivity is usually borrowed by changing the gain accordingly.
  • this area can also be examined or measured more precisely with the highest sensitivity and in high resolution when the scanning rate is slowed down.
  • the optoelectronic camera When the optoelectronic camera is operated, according to the method, in the "overall image acquisition” operating mode, essential parts of the image of the overall image are determined with a relatively low resolution, whereas in the "partial image acquisition” operating mode the previously determined or further image sections are acquired with a higher resolution.
  • the resulting charge image of the xy-addressable image sensor is integrated and read out pixel by pixel during a complete cycle of mechanical scanning in the "total image acquisition” operating mode, so that the number of pixels of the keyed image corresponds to the number of pixels of the xy-addressable image sensor.
  • the integration time is advantageously divided equally between the individual raster steps within a complete cycle of the mechanical scanning.
  • the position and size of the restricted image parts read out in the "partial image acquisition" operating mode can be freely programmed.
  • the device according to the invention and the method according to the invention thus enable the recording of images of an object with normal resolution and the recording of high-resolution partial images in real time with a minimum of image data.
  • the new technical principle is comparable to that of the human eye.
  • the entire object field is captured with a relatively low resolution.
  • the essential parts of the image of the object are determined and recorded with a much higher resolution.
  • the object is scanned by the eye with a "sharp view" that is locally limited in resolution.
  • the visual process can be clearly followed when measuring with a ruler.
  • the length of a line is determined by only bringing the start and end points of the line into line with marks of the ruler and reading the distance on the scale.
  • the amount of data to be processed can be drastically reduced according to this principle in automatic image processing by preprocessing or selection.
  • a picture section with variable size, position and resolution is made possible.
  • the sensitivity of the optoelectronic camera can thus be adapted to the circumstances by variation within wide limits.
  • the usable scope within the dependence on resolution, sensitivity, number of pixels and frame frequency is significantly expanded with the optoelectronic camera according to the invention. According to the requirements, the camera can be adapted to a wide variety of application conditions.
  • the electronic selection of image sections can be implemented without any further mechanical aids, since the camera according to the invention has a much higher resolution than can be displayed on conventional monitors.
  • the selection of the image section can be made, for example, from the overall image using a mouse or automatically, so that mechanical panning, tilting or zooming processes of the camera are eliminated.
  • the invention is explained in more detail below in connection with the enclosed drawing using exemplary embodiments. Show it:
  • FIG. 1 shows a representation of the device according to the invention in the main section
  • FIG. 2 is an illustration of the method for operating the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a block diagram for the control of a device according to the invention
  • FIG. 4 shows the time course of essential control signals in the overall image acquisition mode
  • FIG. 5 shows the time course of essential control signals in the partial image acquisition mode
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an arrangement for the selection of the different operating modes of the camera according to the invention.
  • the lens of an optoelectric camera designs the optical image of an object in its image plane 13.
  • a shadow mask 1 which has a regular hole structure 2 with a hole diameter of 5 ⁇ m, has a hole spacing in the horizontal and vertical direction of 20 ⁇ m and a number of 512 x 512 holes.
  • the shadow mask is applied to the photocathode 3 of an image intensifier, which also consists of a microchannel plate 4 with 512 x 512 microchannels, which are arranged such that a microchannel is assigned to each hole of the mask.
  • an xy-addressable image sensor 6 On the output side of the image intensifier there is an xy-addressable image sensor 6, the pixels of which are designed as collector electrodes 5, which collect the electrons emitted by the individual microchannels and feed them to a storage capacitor. Each microchannel is assigned a collector electrode and thus a pixel of the image sensor.
  • the image intensifier and the surface of the image sensor are in a vacuum.
  • a high voltage source 7 supplies DC voltage pulses, the amplitude and position of which is variable. With these pulses, the image intensifier is operated in the manner of an electronic shutter, so that in this way the integration time becomes independent of the readout regime.
  • Hole mask, image intensifier and xy-addressable image sensor are firmly connected to each other and are deflected by two piezo translators in the x and y directions at a maximum of 4 x 5 ⁇ m in steps, relative to the optical image of the object, in such a way that that the image is scanned without gaps.
  • the pixels of the image sensor are addressed using an address decoder and MISFET switches.
  • the xy-addressable image sensor has the special that the pixels can be reset together and regardless of whether they have been read out. In this way, partial images can also be read out or the readout process can be interrupted and restarted at any time if this is necessary within the scope of the invention.
  • FIG. 3 schematically shows an arrangement for controlling the recording unit of an optoelectronic camera according to the invention (the modules analog amplifiers, filters, in particular suppression of the fixed pattern noise, and A / D converters are not explicitly designed) .
  • the abbreviations used mean:
  • VBV control voltage for the image intensifier
  • ADBA pixel addresses of the image recorder ADBS ... memory addresses of the image memory T1, T2, T3 ... various clock signals
  • the parameters during image recording are influenced by input variables shown on the left in FIG. 3.
  • An aperture control device (PAD controller) 21 enables the controlled displacement of a shadow mask 22 via a shadow mask drive 23 (PAD - piezoelectric aperture displacement), which is arranged downstream of a lens 24.
  • the input variables "step size" in the x and y directions can be used to scan the object and thus the number of light-sensitive objects areas of an image sensor 25 falling pixels that are to be recorded sequentially in time - and thus the resolution - vary.
  • An image intensifier (BV) controller 26 can be used to influence the corresponding physical quantities of a downstream image intensifier 27 via the input control variables “shutter speed” and “amplification”.
  • An address generator 28 can be used to control the selection of an image section via the input-large “position image section” and “size image section”, the addresses of the separately selectable light-sensitive areas (pixels) of the image sensor containing the relevant image parts being addressable .
  • the above-mentioned modules are controlled under the control of a clock generator 29 with the input variables “clock” and “reset”.
  • a data record (image data) containing the image information is available at the output of the image sensor.
  • the image data are furthermore transferred to an image memory (not shown in FIG. 4) to which control signals ADBS from the address generator 28 are also supplied for image composition.
  • the arrangement is operated in the following manner: For an image, an image area of 20 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m is meandered in 4 ⁇ 4 steps from each pixel stares. At the same time, the arrangement is subjected to high-voltage pulses, so that a charge image results from the integration of 16 sub-images in the image sensor.
  • the integration time is determined exclusively by the microchannel plate operated as an electronic shutter. The result of the meandering scanning is that the arrangement between two sub-images only has to be moved one step (5 ⁇ m) - that is, its positioning time is minimized.
  • the respective signals belonging to the modules indicated in FIG. 3 are given the corresponding designations in FIG. 4. While most of the signals are pulse-shaped signals, the signals "ADBA" and "ADBS" form digital addresses, which are designated by way of example in the figure.
  • the x-y-addressable image sensor is read out regularly line by line in a downstream image memory 17 which is not part of the device according to the invention.
  • the mutually assigned addresses of the pixels of the x-y-addressable image sensor and the memory cells of the image memory are identical except for the offset of the image memory area.
  • the address is generated on the basis of the coordinate designating the image section (address of the upper left pixel of the sub-picture) so that after reading out a line of the sub-picture (128 pixels), the next line with an offset of 384 is jumped to.
  • the address generation for the image memory is carried out in such a way that only every sixteenth memory cell is written to.
  • the other 15 sub-images are read into the intermediate memory cells one after the other.
  • the last 4 bits of the memory address thus correspond to the sequential number of the sub-picture within a picture with increased resolution. In this way, the sub-images in the image memory are interleaved to form an image with 16 times the resolution.
  • the time-related loss of sensitivity is calculated from the reciprocal of the number of subpixels per picture element.
  • the time-related loss of sensitivity is calculated as follows:
  • T p readout time for one pixel
  • T A recording time for a subimage
  • FIG. 6 shows a device for selecting the operating mode of a camera according to the invention as a block diagram.
  • the camera according to the invention can be influenced via an input unit 31 by inputting commands which trigger complex control sequences. These control sequences are stored in memory locations of a memory 32, which can be addressed by the selection made on the input unit. Practically different "control words" are present in the memory locations of the memory 32, which contain the input variables for the desired operating modes of the camera in accordance with the block diagram in FIG. 3. This means that every selection of sensitivity, resolution or image detail can already be stored in advance, so that the required control signals are provided with the selection made.
  • the operation of an image computer 33 which receives the image data and the signal "ABDS" from FIG. 3, can also be controlled.
  • This image calculator contains the necessary memories to buffer the image data for one or more images. With this computer, the vectorial arithmetic operations necessary for the measurement of images are also carried out. The recorded and processed image is then shown, for example, on a display 33, but can also be further processed in some other way and transmitted to a remote location, for example, by data transmission.
  • a shadow mask with a hole diameter of 2.5 ⁇ m which enables the number of pixels to be increased by a factor of 64 with 8 x 8 grid steps.
  • the image can be resolved into a maximum of 4096 x 4096 pixels " . 0.625 ms are available for each sub-image if 64 pixels are to be acquired step by step in 40 ms (25 Hz image frequency).
  • this time is divided into the time for the relative movement of the hole ke by 2.5 ⁇ m, in the exposure time and in the readout time for the integrated image after a complete cycle of the mechanical scanning.
  • a movement time of 0.2 ms per step an exposure time of 0.025 ms and a readout time of 25.6 ms per image, a step frequency of approx. 4.5 kHz and a pixel readout frequency of 10.24 MHz are required.
  • Each pixel 10 can be assigned coordinates which identify its position within the coordinate system 9 of a pixel 11 and the position of this coordinate system in the reference coordinate system 8 of the semiconductor matrix structure. From the overall picture, parts of the picture are determined that are essential for the dimension to be determined. Only these parts of the image are captured with maximum resolution. With the determined coordinates of the relevant pixels, the dimension can be determined by means of vector calculation, as explained with reference to FIG. 6.
  • pixel addressing in the image sensor takes place with the aid of digital shift ghost. These have the peculiarity of enabling forward and backward pushing. In the operating mode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

An otpo-electronic camera for producing high-resolution electronic images, comprising an object lens which forms an image in an image plane (13), a shadow mask (1) lying in the image plane and having a regular hole structure (2), where the dimensions of the holes determine the attainable resolution, an image recorder (6) located behind the shadow mask (1) and generating the transformed image in the form of charges and a device for the shadow mask (1) which moves the shadow mask cyclically in relation to the image in such a way that individual light-sensitive regions of the image recorder (6) have time-sequentially different sequences of image points allocated to them and may be read out in the form of charges. Located between the shadow mask (1) and the image recorder (6) is an image intensifier (4) which uses the radiation passing through the shadow mask on the photocathode (3) of th image intensifier to generate electrons which are multiplied and/or accelerated so that a charge structure corresponding to the radiation passing through the shadow mask (1) is generated directly or indirectly by the image recorder (6).

Description

Optoelektronische Kamera Optoelectronic camera
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Kamera der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an optoelectronic camera of the type specified in the preamble of claim 1.
Die letzte Entwicklung des Standes der Technik bei CCD- Bildsensoren stellt gegenwärtig der Megapixelchip KAF 4200 von Kodak mit 2048 x 2048 Bildelementen dar. Die Pixelgrö¬ ße beträgt dabei 9 x 9 μm2, die Sensorfläche 18,4 x 18,4 mm . Bei Echtzeitbildwiedergabe (Laufbild mit einer Ge¬ schwindigkeit von 25 Bildern/Sekunde) und 8-BitGrauwert- quantisierung ergibt sich eine Datenrate von 840 Megabit/Sekunde. Die damit bei einem monolithisch in¬ tegrierten Halbleiterbildsensor erreichte Pixelanzahl stellt die Grenze dessen dar, was, bedingt durch die hohe Datenmenge, die hohe Datenrate bei Echtzeitanwendungen und die mit steigender Chipfläche und Pixelanzahl exponentiell sinkenden Fertigungsausbeute derzeit sinnvoll erscheint.The latest development of the state of the art in CCD image sensors is currently the KAF 4200 megapixel chip from Kodak with 2048 x 2048 picture elements. The pixel size is 9 x 9 μm 2 , the sensor area 18.4 x 18.4 mm. With real-time image playback (motion picture with a speed of 25 frames / second) and 8-bit gray value quantization, a data rate of 840 megabits / second results. The number of pixels thus achieved in a monolithically integrated semiconductor image sensor represents the limit of what currently seems sensible due to the large amount of data, the high data rate in real-time applications and the exponentially decreasing production yield with increasing chip area and number of pixels.
In der deutschen Offe legungsschrift DE-37 33 593 AI ist eine Vorrichtung zur photografischen Aufnahme eines Gegen- Standes, insbesondere zur späteren Wiedergabe auf dem Bildschirm, beschrieben. Dabei ist ein Bildaufnehmer, der kleiner ist als die Abbildung durch das Objektiv, ver¬ schiebbar in der Bildebene angeordnet. Durch Verschiebung des Bildaufnehmers in der Bildebene kann jeder beliebige Ausschnitt aus dem Bildfeld sichtbar gemacht werden. Dabei besteht der Vorteil, daß die jeweils sichtbar gemachte Einzelheit mit sehr guter Wiedergabequalität und hohem Auflösungsvermögen dargestellt wird. Von Nachteil ist bei dieser Vorrichtung, daß nicht das gesamte Bildfeld im Überblick erfaßt werden kann, daß die Änderung des Bild¬ ausschnittes eine gewisse Zeit erfordert und daß die Ab¬ messungen und das Gewicht auf Grund der erforderlichen Ob¬ jektive mit großem Bildfeld relativ hoch sind.The German patent application DE-37 33 593 AI describes a device for photographing an object, in particular for later display on the screen. In this case, an image pickup that is smaller than the image through the lens is slidably arranged in the image plane. Any section of the image field can be made visible by moving the image sensor in the image plane. The advantage here is that the particular made visible is displayed with very good reproduction quality and high resolution. The disadvantage of this device is that it is not possible to grasp the entire image field at a glance, that changing the image section requires a certain amount of time and that the dimensions and the weight are relatively high due to the required lenses with a large image field are.
Ein weiterer Weg zur Erhöhung der Auflösung elektronischer Kameras wurde mit der Stehbild-Videokamera ProgRes 3000 beschritten, die in der deutschen Patentschrift DE 38 37 063 Cl beschrieben ist. Der Bildsensor ist ein 6,6 x 8,8 mma großer CCD-Chip mit 580 Zeilen zu je 499 Elementen. Die Pixel sind ca. 11 x 17 μm2 groß. Die CCD- Matrix wird durch eine Lochmaske abgedeckt, die pro Pixel nur eine Fläche von weniger als 3 x 3 μma freiläßt. Waage¬ recht ist der Sensor in bis zu 6 Intervallen und senkrecht in 4 Intervallen verschiebbar, womit sich die Anzahl der Bildpunkte um den Faktor 24 auf fast 7 Millionen Bildpunk- te erhöht. Die schrittweise Verschiebung des Sensors er¬ folgt durch piezoelektrische Antriebe, die eine hochgenaue und schnelle Abtastung ermöglichen. Grundsätzlich wäre zwar eine noch höhere Auflösung mit noch kleineren Maske¬ naperturen möglich. Grenzen setzt hier aber vor allem die mit der kleiner werdenden genutzten Pixelfläche quadra¬ tisch sinkende Lichtempfindlichkeit. Nachteilig ist bei dieser Kamera, daß sich eine hohe Bildauflösung und eine große Bildfrequenz nicht gleichzeitig, sondern stets nur alternativ durch entsprechende Programmierung erreichen lassen (vgl. Kontron-Firmenschschrift ProgRes 3000, Photo¬ technik International 12/89, S.84)Another way to increase the resolution of electronic cameras was with the still video camera ProgRes 3000 followed, which is described in the German patent DE 38 37 063 Cl. The image sensor is a 6.6 x 8.8 mm a large CCD chip with 580 lines of 499 elements. The pixels are approximately 11 x 17 μm 2 in size. The CCD matrix is covered by a shadow mask that only leaves an area of less than 3 x 3 μm a per pixel. The sensor can be moved horizontally in up to 6 intervals and vertically in 4 intervals, which increases the number of pixels by a factor of 24 to almost 7 million pixels. The gradual displacement of the sensor takes place by means of piezoelectric drives, which enable highly precise and fast scanning. In principle, an even higher resolution would be possible with even smaller masking apertures. However, limits are set here above all by the diminishing sensitivity to light as the pixel area used becomes smaller. The disadvantage of this camera is that a high image resolution and a high frame rate cannot be achieved at the same time, but only as an alternative by means of appropriate programming (see Kontron's company specification ProgRes 3000, Photo¬ technik International 12/89, p.84)
Bekannt sind auch elektronische Kameras mit Bildverstär¬ kern, die bei extrem geringen Beleuchtungsstärken einge- setzt werden können. Durch Ansteuern mit Hochspannungsim- pulsen wird ein Bildverstärker zum elektrooptischen Kurz¬ zeitverschluß. Mit einem hierfür entsprechend ausgelegten und aus einem geeigneten Impulsgenerator versorgten Nah¬ fokus-Bildverstärker können Öffnungszeiten im Nanosekun- denbereich erreicht werden. Die Kamera SV-553 weist 2 Na- nosekunden als kürzeste Öffnungszeit auf (Phototechnik In¬ ternational 4/89 S.46). In der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 14 803 AI ist weiterhin die Kombination einer Mikrokanalplatte mit einem CCD-Sensor beschrieben. An einer Photokathode werden durch auftreffende Lichtquanten Elektronen erzeugt. Diese werden durch ein elektrostatisches Hochspannungsfeld beschleunigt und durch Sekundärelektronenvervielfachung in einer Mikro¬ kanalplatte verstärkt. Kollektorelektroden am Ausgang der einzelnen Kanäle der Mikrokanalplatte fangen die Elektro¬ nen auf und führen sie über Speicher, Übertragungsglied und Analog-Schieberegister der Verarbeitung zu. Das Auflö¬ sungsvermögen von Bildverstärkern ist begrenzt. Bei Ver¬ wendung von Mikrokanalplatten wird das Auflösungsvermögen durch den Mittenabstand der einzelnen Kanäle bestimmt. Er liegt gegenwärtig bei ca. 20 μm. Mit Mikrokanalplatten sind Elektronenverstärkungsfaktoren von 10 000 erreichbar.Also known are electronic cameras with image intensifiers which can be used at extremely low illuminance levels. By driving with high-voltage pulses, an image intensifier becomes an electro-optical short-time shutter. Opening times in the nanosecond range can be achieved with a near-focus image intensifier designed for this purpose and supplied from a suitable pulse generator. The camera SV-553 has 2 nanoseconds as the shortest opening time (Phototechnik International 4/89 p.46). In the German patent application DE 29 14 803 AI, the combination of a microchannel plate with a CCD sensor is also described. Electrons are generated on a photocathode by incident light quanta. These are accelerated by an electrostatic high voltage field and amplified by secondary electron multiplication in a microchannel plate. Collector electrodes at the output of the individual channels of the microchannel plate collect the electrons and feed them to the processing via memory, transmission element and analog shift register. The resolution of image intensifiers is limited. When using microchannel plates, the resolution is determined by the center distance of the individual channels. It is currently around 20 μm. With microchannel plates, electron gain factors of 10,000 can be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelek¬ tronischen Kamera der eingangs genannten Gattung zu schaf¬ fen, die es ermöglicht, Bilder hoher Auflösung (bei- spielsweise bis ca. 500 Pixel/Millimeter), ohne Empfind¬ lichkeitsverlust gegenüber bekannten Bildsensoren in Echt¬ zeit (25 Bilder/Sekunde), aufzunehmen.The invention is based on the object of creating an optoelectronic camera of the type mentioned at the outset which enables high-resolution images (for example up to approximately 500 pixels / millimeter) to be produced in real time without loss of sensitivity compared to known image sensors ¬ time (25 frames / second).
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maß- nahmen gelöst.This object is achieved with the measures specified in claim 1.
Ursache für die geringe Empfindlichkeit der Bildsensoren, die nach dem Verfahren der piezogesteuerten Aperturver¬ schiebung arbeiten, ist die Verkleinerung der wirksamen Pixelfläche durch Maskierung, die mit einer Verringerung des Anteils der sensitiven Fläche an der Gesamtfläche des Sensors verbunden ist. Bei Echtzeitanforderungen wird die Empfindlichkeit indirekt weiter dadurch verringert, daß die Belichtungszeit pro Bildpunkt entsprechend der Bild¬ frequenz und der Anzahl der Schritte pro Bild begrenzt ist. Damit ergibt sich mitThe reason for the low sensitivity of the image sensors, which operate according to the piezocontrolled aperture shift method, is the reduction in the effective pixel area by masking, which results in a reduction in the proportion of the sensitive area in the total area of the Sensor is connected. In the case of real-time requirements, the sensitivity is indirectly further reduced in that the exposure time per pixel is limited in accordance with the image frequency and the number of steps per image. This results in
x = Faktor für die Erhöhung der horizontalen Auflösungx = factor for increasing the horizontal resolution
y = Faktor für die Erhöhung der vertikalen Auflösungy = factor for increasing the vertical resolution
bei gleicher Bildfrequenz, Integrationszeit (entsprechend 1/Schrittfrequenz) sowie lückenloser und überdeckungsfrei- er Abtastung der sensitiven Fläche der Pixel der Faktor K für die Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber dem un- maskierten Sensor.with the same frame rate, integration time (corresponding to 1 / step frequency) and complete and coverage-free scanning of the sensitive area of the pixels, the factor K for reducing the sensitivity compared to the unmasked sensor.
K = (x * y)2 K = (x * y) 2
Dieser Faktor ist damit das Maß für die erforderliche ver- Stärkung, um die Empfindlichkeitsverluste auszugleichen. Mit x = y = 10 ergibt sich ein Verstärkungsfaktor von 10 000.This factor is therefore the measure of the reinforcement required to compensate for the loss of sensitivity. With x = y = 10, the gain factor is 10,000.
Erfindungsgemäß ist zwischen den in der Aufnahmeeinheit einer optoelektronischen Kamera ;m bekannter Weise vorhan¬ denen Bauteilen, einer Lochmaske! und einem Bildaufnehmer, ein zusätzlicher Bildverstärker angeordnet. Der Bild¬ verstärker weist eine Fotokathode auf, der insbesondere eine Mikrokanalplatte nachgeordnet ist. Dabei ist jedem Loch der Lochmaske ein Kanal der Mikrokanalplatte direkt zugeordnet. Die durch die Bildhelligkeit an der Foto- kathode im Bereich der einzelnen Löcher der Lochmaske erzeugten Elektronen werden bevorzugt unter Wirkung einer Hochspannungsquelle innerhalb der einzelnen Kanäle der Mikrokanalplatte vervielfacht bzw. beschleunigt. Nach Durchlaufen der einzelnen Kanäle treffen die dem Bildin¬ halt entsprechenden Elektronen unmittelbar in den Bildauf¬ nehmer und erzeugen dort ein entsprechendes Ladungsbild. Der kleinste auslesbare Bildanteil ist dabei abhängig vom Schrittraster der Antriebe zur Aperturverschiebung und dem Durchmesser der Löcher der Lochmaske.According to the invention, between the components present in the recording unit of an optoelectronic camera, in a known manner, a shadow mask! and an image sensor, an additional image intensifier is arranged. The image intensifier has a photocathode, which is followed, in particular, by a microchannel plate. A channel of the microchannel plate is directly assigned to each hole of the shadow mask. Due to the image brightness on the photo Electrons generated in the region of the individual holes of the shadow mask are preferably multiplied or accelerated under the effect of a high voltage source within the individual channels of the microchannel plate. After passing through the individual channels, the electrons corresponding to the image content hit the image sensor directly and generate a corresponding charge image there. The smallest part of the image that can be read out depends on the step pattern of the drives for aperture shifting and the diameter of the holes in the shadow mask.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß es mit¬ tels eines Bildverstärkers möglich ist, die durch die Blendenanordnung reduzierte Lichtmenge soweit heraufzuset- zen, daß diese einer Lichtausbeute entspricht, wie sie ohne Blendenanordnung erzielbar war. Damit wurde die bis¬ her herrschende Meinung widerlegt, daß davon auszugehen sei, daß stets nur entweder die Auflösung oder die Emp¬ findlichkeit groß gewählt werden könnte. Mit den Maßnahmen der Erfindung läßt sich hingegen eine große Auflösung auch bei großer Empfindlichkeit erzielen, so daß der Einsatz der gattungsgemäßen optoelektronischen Kamera nicht mehr - wie bisher - auf Anwendungsfelder mit hoher Lichtintensi- tät beschränkt ist.The invention is based on the knowledge that it is possible by means of an image intensifier to increase the amount of light reduced by the diaphragm arrangement to such an extent that it corresponds to a light yield that could be achieved without a diaphragm arrangement. This refuted the previously prevailing opinion that it can be assumed that only either the resolution or the sensitivity could be chosen to be large. With the measures of the invention, however, a high resolution can be achieved even with high sensitivity, so that the use of the generic optoelectronic camera is no longer - as was previously the case - restricted to fields of application with high light intensity.
Besonders vorteilhaft ist dabei, daß nicht nur die Auflö¬ sung, sondern auch die Auswahl der mit hoher Auflösung auszuwertenden Bildteile mit einfachen Schaltmitteln je¬ derzeit veränderbar ist, so daß die Kamera ohne weiteres mit an die jeweiligen Anforderungen angepaßten Eigen¬ schaften betreibbar ist. Andererseits wird dabei die für die nachfolgende Bildverarbeitung anfallende Datenmenge auf das jeweils erforderliche Maß beschränkt, so daß die nachgeschalteten Datenverarbeitungsmittel nicht unnötig aufwendig gewählt werden müssen. Sämtliche Bilderfassungen lassen sich dabei insbesondere in Echtzeit durchführen.It is particularly advantageous that not only the resolution, but also the selection of the image parts to be evaluated with high resolution can be changed at any time with simple switching means, so that the camera can be operated with properties adapted to the respective requirements. On the other hand, the for the subsequent image processing is limited to the amount of data required, so that the downstream data processing means do not have to be selected unnecessarily complex. All image acquisitions can be carried out in real time, in particular.
Die mangelnde Echtzeitfähigkeit bei hoher Auflösung war beim Stand der Technik auf die beschränkte Datenrate des CCD-Bildsensors und darauf zurückzuführen, daß stets das gesamte Bild ausgelesen werden mußte. Auch bei der Bild¬ verarbeitung stößt die Erhöhung der Datenrate an tech¬ nische und ökonomische Grenzen. Bei 25 Bildern/Sekunde, 25 Millionen Bildpunkten und 8-Bit-Grauwertquantisierung ergibt sich eine Datenrate von 5 Gigabit/Sekunde. Anderer- seits ist die hohe Auflösung für die Bildverarbeitung nur partiell erforderlich und sinnvoll. Um die Echtzeitfähig¬ keit zu gewährleisten, kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung einerseits das gesamte Bild mit normaler Auflösung erfaßt und andererseits auf Ausschnitte des Bildes zugegriffen werden, das heißt, daß nicht das gesam¬ te Bild ausgelesen werden muß.The lack of real-time capability at high resolution in the prior art was due to the limited data rate of the CCD image sensor and the fact that the entire image had to be read out at all times. The increase in the data rate also reaches technical and economic limits in image processing. With 25 frames / second, 25 million pixels and 8-bit gray value quantization, this results in a data rate of 5 gigabits / second. On the other hand, the high resolution for image processing is only partially necessary and sensible. In order to ensure real-time capability, on the one hand, according to a further embodiment of the invention, the entire image can be captured with normal resolution and, on the other hand, sections of the image can be accessed, which means that the entire image does not have to be read out.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die optoelektronische Kamera mit einer Auswahlschaltung verse- hen, mittels der unterschiedliche Bildauflösungen und Aus¬ schnitte unter Berücksichtigung der Datenverarbeitungs¬ kapazität des nachgeschalteten Prozessors frei wählbar sind.According to a preferred development of the invention, the optoelectronic camera is provided with a selection circuit by means of which different image resolutions and sections can be freely selected taking into account the data processing capacity of the downstream processor.
Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Kamera läßt sich eine erhöhte Auflösung bei Beibehaltung der Empfind- lichkeit vergleichbarer Geräte des Standes der Technik er¬ zielen. Bei Verringerung der Auflösung ist die Empfind¬ lichkeit noch erhöht. Um die Anforderungen an nachgeschal¬ tete Rechner nicht unnötig zu erhöhen, wird bevorzugt bei hoher Auflösung auf Teilbildwiedergabe umgeschaltet. Dies gilt für die Bedingungen der Echtzeitübertragung.With the optoelectronic camera according to the invention, an increased resolution can be maintained while maintaining the sensitivity. Achieve similarity of comparable devices of the prior art. When the resolution is reduced, the sensitivity is increased. In order not to unnecessarily increase the demands on downstream computers, a switch is preferably made to partial image reproduction at high resolution. This applies to the conditions of real-time transmission.
Normalerweise wird dabei die sich ändernde Empfindlichkeit durch eine entsprechende Änderung der Verstärkung ausgeg- liehen.The changing sensitivity is usually borrowed by changing the gain accordingly.
Wenn bei Aufgaben der hochgenauen Positionierung oder (auch unter relativer Bewegung der Kamera zum Objekt) zu¬ nächst ein niedrig auflösendes Bild mit höchster Empfind- lichkeit verarbeitet werden soll und dabei ein interessie¬ render Ausschnitt gefunden wird, so kann (bei dann still¬ stehender Kamera) dieser Bereich auch mit höchster Emp¬ findlichkeit und hochauflösend bei verlangsamter Abtastra¬ te genauer untersucht oder vermessen werden.If a low-resolution image with the highest sensitivity is to be processed for tasks of high-precision positioning or (also with relative movement of the camera to the object) and an interesting section is found, then (with the image then stationary) Camera), this area can also be examined or measured more precisely with the highest sensitivity and in high resolution when the scanning rate is slowed down.
Beim Betrieb der optoelektronischen Kamera werden verfah¬ rensgemäß bei der Betriebsart "Gesamtbilderfassung" we¬ sentliche Bildteile des Gesamtbildes mit relativ geringer Auflösung ermittelt, wogegen in der Betriebsart "Teilbild- erfassung" die zuvor bestimmten oder weitere Bildaus¬ schnitte mit höherer Auflösung erfaßt werden. Zwecks Li¬ mitierung der Datenmenge wird in der Betriebsart "Gesam - bilderfassung" das entstehende Ladungsbild des x-y-adres- sierbaren Bildaufnehmers während eines vollständigen Zyklus der mechanischen Abtastung pixelweise integriert und ausgelesen, so daß die Anzahl der Bildpunkte des abge- tasteten Bildes der Anzahl der Pixel des x-y-adressier- baren Bildaufnehmers entspricht. Die Integrationszeit wird in vorteilhafter Weise zu jeweils gleichen Teilen auf die einzelnen Rasterschritte innerhalb eines vollständigen Zy- klusses der mechanischen Abtastung aufgeteilt. Die bei der Betriebsart "Teilbilderfassung" ausgelesenen eingegrenzten Bildteile sind in Lage und Größe frei programmierbar.When the optoelectronic camera is operated, according to the method, in the "overall image acquisition" operating mode, essential parts of the image of the overall image are determined with a relatively low resolution, whereas in the "partial image acquisition" operating mode the previously determined or further image sections are acquired with a higher resolution. In order to limit the amount of data, the resulting charge image of the xy-addressable image sensor is integrated and read out pixel by pixel during a complete cycle of mechanical scanning in the "total image acquisition" operating mode, so that the number of pixels of the keyed image corresponds to the number of pixels of the xy-addressable image sensor. The integration time is advantageously divided equally between the individual raster steps within a complete cycle of the mechanical scanning. The position and size of the restricted image parts read out in the "partial image acquisition" operating mode can be freely programmed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen so die Aufnahme von Bildern eines Objektes mit normaler Auflösung und die Aufnahme hochauf¬ lösender Teilbilder in Echtzeit bei einem Minimum an Bild¬ daten. Das neue technische Prinzip ist mit dem des mensch¬ lichen Auges vergleichbar. Das gesamte Objektfeld wird mit relativ geringer Auflösung erfaßt. Die wesentlichen Bild¬ teile des Objektes werden ermittelt und mit wesentlich hö¬ herer Auflösung aufgenommen. Das Objekt wird durch das Au¬ ge mit einem in der Auflösung örtlich begrenzten "scharfen Blick" abgetastet. Der Sehvorgang läßt sich anschaulich beim Messen mit einem Lineal verfolgen. Die Länge einer Strecke wird dadurch bestimmt, daß lediglich Anfangs- und Endpunkt der Strecke mit Marken des Lineals in Überein¬ stimmung gebracht werden und der Abstand auf dem Maßstab abgelesen wird.The device according to the invention and the method according to the invention thus enable the recording of images of an object with normal resolution and the recording of high-resolution partial images in real time with a minimum of image data. The new technical principle is comparable to that of the human eye. The entire object field is captured with a relatively low resolution. The essential parts of the image of the object are determined and recorded with a much higher resolution. The object is scanned by the eye with a "sharp view" that is locally limited in resolution. The visual process can be clearly followed when measuring with a ruler. The length of a line is determined by only bringing the start and end points of the line into line with marks of the ruler and reading the distance on the scale.
Die zu verarbeitende Datenmenge kann nach diesem Prinzip bei der automatischen Bildverarbeitung durch eine Vorver¬ arbeitung bzw. Selektierung drastisch reduziert werden. Die Aufnahme eines Bildausschnittes mit variabler Größe, Lage und Auflösung wird ermöglicht. Die Empfindlichkeit der optoelektronischen Kamera läßt sich damit durch Variation in weiten Grenzen an die Gege¬ benheiten anpassen.The amount of data to be processed can be drastically reduced according to this principle in automatic image processing by preprocessing or selection. A picture section with variable size, position and resolution is made possible. The sensitivity of the optoelectronic camera can thus be adapted to the circumstances by variation within wide limits.
Der nutzbare Spielraum innerhalb der Abhängigkeit von Auf¬ lösung, Empfindlichkeit, Anzahl der Bildpunkte und Bild¬ frequenz wird mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Kamera wesentlich erweitert. Entsprechend den Anforder¬ ungen kann die Kamera an unterschiedlichste Einsatzbe- dingungen angepaßt werden.The usable scope within the dependence on resolution, sensitivity, number of pixels and frame frequency is significantly expanded with the optoelectronic camera according to the invention. According to the requirements, the camera can be adapted to a wide variety of application conditions.
Mit den genannten Vorzügen ergibt sich ein breites Anwen¬ dungsfeld auf den Gebieten der Automatisierungs- und Me߬ technik, der Bildverarbeitung, der Fernsehtechnik und der Satellitenfernerkundung.With the advantages mentioned, there is a broad field of application in the fields of automation and measurement technology, image processing, television technology and satellite remote sensing.
Bei der Fernerkundung kann einerseits ein relativ großes Feld beobachtet und anderseits können interessante Objekte nahezu trägheitslos mit hoher Auflösung bei vergleichs- weise geringem Datendurchsatz erfaßt werden.With remote sensing, on the one hand, a relatively large field can be observed and, on the other hand, interesting objects can be detected almost inertially with high resolution and comparatively low data throughput.
In der Fernsehtechnik läßt sich die elektronische Bildaus¬ schnittwahl ohne weitere mechanische Hilfsmittel verzöge¬ rungsfrei realisisieren, da die erfindungsgemäße Kamera eine wesentlich höhere Auflösung aufweist, als auf übli¬ chen Monitoren dargestellt werden kann. Die Wahl des Bild¬ ausschnittes kann zum Beispiel aus dem Gesamtbild mittels Maus oder automatisch erfolgen, so daß mechanische Schwenk-, Neigungs- oder Zoomvorgänge der Kamera entfal- len. Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der bei¬ liegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläu¬ tert. Es zeigen:In television technology, the electronic selection of image sections can be implemented without any further mechanical aids, since the camera according to the invention has a much higher resolution than can be displayed on conventional monitors. The selection of the image section can be made, for example, from the overall image using a mouse or automatically, so that mechanical panning, tilting or zooming processes of the camera are eliminated. The invention is explained in more detail below in connection with the enclosed drawing using exemplary embodiments. Show it:
Figur 1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Hauptschnitt,FIG. 1 shows a representation of the device according to the invention in the main section,
Figur 2 eine Veranschaulichung des Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 2 is an illustration of the method for operating the device according to the invention,
Figur 3 ein Blockschaltbild für die Ansteuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 3 shows a block diagram for the control of a device according to the invention,
Figur 4 den zeitlichen Verlauf wesentlicher Steuersignale in der Betriebsart Gesamtbilderfassung,FIG. 4 shows the time course of essential control signals in the overall image acquisition mode,
Figur 5 den zeitlichen Verlauf wesentlicher Steuersignale in der Betriebsart TeilbilderfassungFIG. 5 shows the time course of essential control signals in the partial image acquisition mode
sowiesuch as
Figur 6 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung für die Auswahl der verschiedenen Betriebsarten der erfin¬ dungsgemäßen Kamera.FIG. 6 shows a schematic representation of an arrangement for the selection of the different operating modes of the camera according to the invention.
In einem ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Figur 1 bzw. in den Figuren 3 bis 6, entwirft das Objektiv einer optoelektrischen Kamera in seiner Bildebene 13 die optische Abbildung eines Objektes. In der Bildebene des Objektivs befindet sich eine Lochmaske 1, die eine regel¬ mäßige Lochstruktur 2 mit einem Lochdurchmesser von 5 μm, einen Lochabstand in waagerechter und senkrechter Richtung von 20 μm und eine Anzahl von 512 x 512 Löchern aufweist. Die Lochmaske ist auf der Fotokathode 3 eines Bildverstär¬ kers aufgebracht, der außerdem aus einer Mikrokanalplatte 4 mit 512 x 512 Mikrokanälen, die so angeordnet sind daß jedem Loch der Maske ein Mikrokanal zugeordnet ist, be¬ steht. An der Ausgangsseite des Bildverstärkers befindet sich ein x-y-adressierbarer Bildaufnehmer 6, dessen Pixel als Kollektorelektroden 5 ausgebildet sind, die die von den einzelnen Mikrokanälen ausgesendeten Elektronen auf¬ fangen und einem Speicherkondensator zuführen. Jedem Mikrokanal ist wiederum eine Kollektorelektrode und damit ein Pixel des Bildaufnehmers zugeordnet. Der Bildverstär¬ ker und die Oberfläche des Bildaufnehmers befinden sich im Vakuum. Eine Hochspannungsquelle 7 liefert Gleichspan¬ nungsimpulse, deren Amplitude und Lage variabel ist. Mit diesen Impulsen wird der Bildverstärker in der Art eines elektronischen Verschlusses betrieben, so daß auf diese Weise die Integrationszeit unabhängig vom Ausleseregime wird.In a first exemplary embodiment, shown in FIG. 1 or in FIGS. 3 to 6, the lens of an optoelectric camera designs the optical image of an object in its image plane 13. In the image plane of the objective there is a shadow mask 1, which has a regular hole structure 2 with a hole diameter of 5 μm, has a hole spacing in the horizontal and vertical direction of 20 μm and a number of 512 x 512 holes. The shadow mask is applied to the photocathode 3 of an image intensifier, which also consists of a microchannel plate 4 with 512 x 512 microchannels, which are arranged such that a microchannel is assigned to each hole of the mask. On the output side of the image intensifier there is an xy-addressable image sensor 6, the pixels of which are designed as collector electrodes 5, which collect the electrons emitted by the individual microchannels and feed them to a storage capacitor. Each microchannel is assigned a collector electrode and thus a pixel of the image sensor. The image intensifier and the surface of the image sensor are in a vacuum. A high voltage source 7 supplies DC voltage pulses, the amplitude and position of which is variable. With these pulses, the image intensifier is operated in the manner of an electronic shutter, so that in this way the integration time becomes independent of the readout regime.
Lochmaske, Bildverstärker und x-y-adressierbarer Bildauf¬ nehmer sind fest miteinander verbunden und werden relativ zur optischen Abbildung des Objektes durch zwei Piezo- translatoren in x- und y-Richtung maximal jeweils 4 x 5 μm weit schrittweise ausgelenkt, und zwar in der Weise, daß die Abbildung lückenlos abgerastert wird.Hole mask, image intensifier and xy-addressable image sensor are firmly connected to each other and are deflected by two piezo translators in the x and y directions at a maximum of 4 x 5 μm in steps, relative to the optical image of the object, in such a way that that the image is scanned without gaps.
Die Adressierung der Pixel des Bildaufnehmers erfolgt durch einen Adreßdekoder und mit MISFET-Schaltern. Der x-y-adressierbare Bildaufnehmer weist dabei die Beson- derheit auf, daß die Pixel gemeinsam und unabhängig davon, ob sie ausgelesen wurden, rückgesetzt werden können. Auf diese Weise können auch Teilbilder ausgelesen werden bzw. es kann der Auslesevorgang jederzeit unterbrochen und neu begonnen werden, wenn dies im Rahmen der Erfindung notwen¬ dig ist.The pixels of the image sensor are addressed using an address decoder and MISFET switches. The xy-addressable image sensor has the special that the pixels can be reset together and regardless of whether they have been read out. In this way, partial images can also be read out or the readout process can be interrupted and restarted at any time if this is necessary within the scope of the invention.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 3 stellt eine Anordnung zur Ansteuerung der Aufnahmeeinheit einer optoelektronischen Kamera gemäß der Erfindung schematisch dar (die Baugrup¬ pen Analogverstärker, Filter, insbesondere Unterdrückung des fixed pattern noise, und A/D-Wandler sind nicht expli¬ zit ausgeführt). Die verwendeten Kurzbezeichnungen bedeuten:3 schematically shows an arrangement for controlling the recording unit of an optoelectronic camera according to the invention (the modules analog amplifiers, filters, in particular suppression of the fixed pattern noise, and A / D converters are not explicitly designed) . The abbreviations used mean:
A ... High = Bildaufnahme (Belichtung), Low = AuslesenA ... High = image acquisition (exposure), Low = readout
MR ... Rücksetzsignal für alle PixelMR ... reset signal for all pixels
VBV ... Steuerspannung für den BildverstärkerVBV ... control voltage for the image intensifier
ADBA ... Pixeladressen des Bildaufnehmers ADBS ... Speicheradressen des Bildspeichers Tl, T2, T3 ... verschiedene TaktsignaleADBA ... pixel addresses of the image recorder ADBS ... memory addresses of the image memory T1, T2, T3 ... various clock signals
über in der Figur 3 links dargestellte Eingangsgrößen wer¬ den die Parameter bei der Bildaufnahme beeinflußt. Eine Apertur-Steuervorrichtung (PAD-Controller) 21 ermöglicht die gesteuerte Verschiebung einer Lochmaske 22 über einen Lochmaskenantrieb 23 (PAD - piezoelectric aperture dis- placement), welche einem Objektiv 24 nachgeordnet ist. Über die Eingangsgrößen "Schrittweite" in x- und in y- Richtung läßt sich die Abtastung des Objekts und damit die Anzahl der auf jeden der separat erfaßbaren lichtempfind- liehen Bereiche eines Bildaufnehmers 25 fallenden, zeit¬ lich sequentiell zu erfassenden Bildpunkte - und damit die Auflösung - variieren. Über einen Bildverstärker-(BV)-Con¬ troller 26 lassen sich über die Eingangssteuergrößen "Verschlußzeit" und "Verstärkung" die entsprechenden phy¬ sikalischen Größen eines nachgeschalteten Bildverstärkers 27 beeinflussen.The parameters during image recording are influenced by input variables shown on the left in FIG. 3. An aperture control device (PAD controller) 21 enables the controlled displacement of a shadow mask 22 via a shadow mask drive 23 (PAD - piezoelectric aperture displacement), which is arranged downstream of a lens 24. The input variables "step size" in the x and y directions can be used to scan the object and thus the number of light-sensitive objects areas of an image sensor 25 falling pixels that are to be recorded sequentially in time - and thus the resolution - vary. An image intensifier (BV) controller 26 can be used to influence the corresponding physical quantities of a downstream image intensifier 27 via the input control variables “shutter speed” and “amplification”.
Über einen Adreßgenerator 28 läßt sich über die Eingangs- großen "Position Bildausschnitt" und "Größe Bildaus¬ schnitt" die Auswahl eines Bildausschnitts steuern, wobei jeweils die Adressen der die relevanten Bildteile enthal¬ tenden separat auswählbaren lichtempfindlichen Bereiche (Pixel) des Bildaufnehmers adressierbar sind. Die Ansteue- rung der vorgenannten Baugruppen erfolgt unter der Kon¬ trolle eines Taktgenerators 29 mit den Eingangsgrößen "Takt" und "Reset". Ein die Bildinformation beinhaltender Datensatz (Bilddaten) ist am Ausgang des Bildaufnehmers verfügbar. Die Bilddaten werden weiterhin in einen (in Fi- gur 4 nicht dargestellten Bildspeicher überführt) dem zur Bildzusammensetzung ebenfalls Steuersignale ADBS vom Adreßgenerator 28 zugeführt werden.An address generator 28 can be used to control the selection of an image section via the input-large “position image section” and “size image section”, the addresses of the separately selectable light-sensitive areas (pixels) of the image sensor containing the relevant image parts being addressable . The above-mentioned modules are controlled under the control of a clock generator 29 with the input variables “clock” and “reset”. A data record (image data) containing the image information is available at the output of the image sensor. The image data are furthermore transferred to an image memory (not shown in FIG. 4) to which control signals ADBS from the address generator 28 are also supplied for image composition.
In der Betriebsart Gesamtbilderfassung (Darstellung des entsprechenden Impulsdiagramms in Figur 4) wird die Anor- dung in folgender Art und Weise betrieben: Für eine Auf¬ nahme wird von jedem Pixel eine Bildfläche von 20 μm x 20 μm in 4 x 4 Schritten mäanderförmig abgera¬ stert. Synchron dazu wird die Anordnung mit Hochspannungs- impulsen beaufschlagt, so daß im Bildaufnehmer ein La¬ dungsbild aus der Integration von 16 Subbildern entsteht. Die Integrationszeit wird dabei ausschließlich durch die als elektronischer Verschluß betriebene Mikrokanalplatte bestimmt. Die mäanderförmige Abtastung hat zur Folge, daß zwischen zwei Subbildern die Anordnung immer nur um einen Schritt (5 μm) weiterbewegt werden muß - also deren Posi¬ tionierzeit minimiert wird. Die jeweiligen zu den in Figur 3 angegebenen Baugruppen gehörigen Signale sind in Figur 4 mit den entsprechenden Bezeichnungen versehen. Während es sich bei den meisten Signalen um pulsförmige Signale handelt, bilden die Signale "ADBA" und "ADBS" di¬ gitale Adressen, die in der Figur beispielhaft bezeichnet sind.In the overall image acquisition mode (representation of the corresponding pulse diagram in FIG. 4), the arrangement is operated in the following manner: For an image, an image area of 20 μm × 20 μm is meandered in 4 × 4 steps from each pixel stares. At the same time, the arrangement is subjected to high-voltage pulses, so that a charge image results from the integration of 16 sub-images in the image sensor. The integration time is determined exclusively by the microchannel plate operated as an electronic shutter. The result of the meandering scanning is that the arrangement between two sub-images only has to be moved one step (5 μm) - that is, its positioning time is minimized. The respective signals belonging to the modules indicated in FIG. 3 are given the corresponding designations in FIG. 4. While most of the signals are pulse-shaped signals, the signals "ADBA" and "ADBS" form digital addresses, which are designated by way of example in the figure.
Das Auslesen des x-y-adressierbaren Bildaufnehmers erfolgt regelmäßig zeilenweise in einen nachgeordneten Bildspei¬ cher 17, der nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Die einander zugeordneten Adressen der Pixel des x-y-adressierbaren Bildaufnehmers und der Speicherzellen des Bildspeichers sind bis auf den Offset des Bildspeicherbereichs identisch.The x-y-addressable image sensor is read out regularly line by line in a downstream image memory 17 which is not part of the device according to the invention. The mutually assigned addresses of the pixels of the x-y-addressable image sensor and the memory cells of the image memory are identical except for the offset of the image memory area.
Im Gegensatz z.B. zu CCD-Bildaufnehmern laufen Bildinte¬ gration und Auslesen bei dem beschriebenen x-y-adressier¬ baren Bildaufnehmer nacheinander ab. Das hat zur Folge, daß die Lichtempfindlichkeit um den Faktor TA/TB (TA ist die Bildaufnahmezeit, TB ist die Bilderfassungszeit, also Bildaufnahmezeit plus Bildauslesezeit) multipliziert mit dem Tastverhältnis der Spannung VBV reduziert wird, im vorliegenden Beispiel mit dem Faktor 0,2. Dieser Empfind- lichkeitsverlust wird mit dem Bildverstärker problemlos ausgeglichen. In der Betriebsart "Teilbilderfassung"wird ebenfalls von jedem Pixel eine Bildfläche von 20 μm x 20 μm in 4 x 4 Schritten mit Hilfe der Lochmaske abgerastert, jedoch nicht mäanderförmig, sondern zeilen¬ weise, immer mit der 1. Spalte beginnend, da die Positio- nierung, wie aus Fig. 5 ersichtlich, zeitunkritisch ist. Im Unterschied zur oben beschriebenen Betriebsart "Ge¬ samtbilderfassung" wird jetzt nach jedem Rasterschritt und der entsprechenden Aufnahme eines Subbildes von 128 x 128 Pixeln dieses in einen Bildspeicher ausgelesen (Fig. 5). Die Adreßgenerierung erfolgt ausgehend von der den Bild¬ ausschnitt bezeichnenden Koordinate (Adresse des linken oberen Pixels des Subbildes) so, daß nach Auslesen einer Zeile des Subbildes (128 Pixel) zur nächsten Zeile mit ei¬ nem Offset von 384 gesprungen wird. Die Adreßgenerierung für den Bildspeicher erfolgt in der Weise, daß nur jede sechzehnte Speicherzelle beschrieben wird. In die dazwi- schenliegenen Speicherzellen werden nacheinander die ande¬ ren 15 Subbilder eingelesen. Die letzten 4 bit der Spei¬ cheradresse entsprechen also der laufenden Nummer des Sub- bildes innerhalb einer Aufnahme mit erhöhter Auflösung. Damit werden die Subbilder im Bildspeicher zu einem Bild mit 16-facher Auflösung verschachtelt.In contrast to, for example, CCD image recorders, image integration and readout take place successively in the xy-addressable image pickup described. This has the consequence that the light sensitivity is reduced by the factor T A / T B (T A is the image recording time, T B is the image recording time, i.e. image recording time plus image reading time) multiplied by the duty cycle of the voltage V BV , in the present example with the Factor 0.2. This loss of sensitivity is easily compensated for with the image intensifier. In the operating mode "partial image acquisition" an image area of 20 μm x 20 μm in 4 x 4 steps was also scanned from each pixel using the shadow mask, but not meandering, but line by line, always beginning with the 1st column, since the positioning, as shown in FIG. 5 can be seen, is not time-critical. In contrast to the "total image acquisition" operating mode described above, after each raster step and the corresponding recording of a subimage of 128 x 128 pixels, this is then read out into an image memory (FIG. 5). The address is generated on the basis of the coordinate designating the image section (address of the upper left pixel of the sub-picture) so that after reading out a line of the sub-picture (128 pixels), the next line with an offset of 384 is jumped to. The address generation for the image memory is carried out in such a way that only every sixteenth memory cell is written to. The other 15 sub-images are read into the intermediate memory cells one after the other. The last 4 bits of the memory address thus correspond to the sequential number of the sub-picture within a picture with increased resolution. In this way, the sub-images in the image memory are interleaved to form an image with 16 times the resolution.
In dieser Betriebsart gibt es den zeitbedingten und den flächenbedingten Empfindlichkeitsverlust. Der flächenbe- bedingte Empfindlichkeitsverlust errechnet sich aus dem Kehrwert der Zahl der Subpixel pro Bildelement. Der zeit¬ bedingte Empfindlichkeitsverlust errechnet sich wie folgt:
Figure imgf000019_0001
In this operating mode there is the time-related and the area-related loss of sensitivity. The area-related loss of sensitivity is calculated from the reciprocal of the number of subpixels per picture element. The time-related loss of sensitivity is calculated as follows:
Figure imgf000019_0001
für: x ... Zahl der Subpixel/Bildelement in x-Richtung, y ... Zahl der Subpixel/Bildelement in y-Richtung, Tp... Auslesezeit für ein Pixel sowie TA... Aufnahmezeit für ein Subbildfor: x ... number of subpixels / picture element in the x direction, y ... number of subpixels / picture element in the y direction, T p ... readout time for one pixel and T A ... recording time for a subimage
Damit ergibt sich für dieses Ausführungsbeispiel mit Tp = 100 ns, TB = 40 ms der Faktor 0,02154. Multipliziert mit dem flächenbedingten Faktor 1/16 ergibt sich eine Em¬ pfindlichkeitsreduzierung auf 1/743, die durch entsprech- ende Verstärkungseinstellung des Bildverstärkers kompen¬ siert werden muß.This results in the factor 0.02154 for this exemplary embodiment with T p = 100 ns, T B = 40 ms. Multiplied by the area-related factor 1/16, the sensitivity is reduced to 1/743, which must be compensated for by adjusting the gain of the image intensifier accordingly.
Figur 6 ist eine Einrichtung zum Auswählen der Betriebsart einer erfindungsgemäßen Kamera als Blockschaltbild darge- stellt. Über eine Eingabeeinheit 31 läßt sich die erfin¬ dungsgemäße Kamera durch Eingabe von komplexe Steuerse¬ quenzen auslösenden Befehlen beeinflussen. Diese Steuerse¬ quenzen sind in Speicherplätzen eines Speichers 32 abge¬ legt, die durch die an der Eingabeeinheit getroffene Aus- wähl adressierbar sind. In den Speicherplätzen des Spei¬ chers 32 sind damit praktisch verschiedene "Steuerworte" vorhanden, welche die Eingangsgrößen für gewünschte Be¬ triebsarten der Kamera gemäß dem Blockschaltbild in Figur 3 zusammengefaßt enthalten. Damit kann jede Empfindlich- keits-, Auflösungs- oder Bildausschnittwahl bereits vorge¬ speichert sein, so daß mit der getroffenen Auswahl die be¬ nötigten Steuersignale bereitgestellt werden. Weiterhin angesteuert werden kann die Arbeitsweise eines Bildrechners 33, welcher die Bilddaten und das Signal "ABDS" aus Figur 3 zugeführt erhält. Dieser Bildrechner enthält die notwendigen Speicher, um die Bilddaten für eines oder mehrere Bilder zwischen zuspeichern. Mit diesem Rechner werden auch die bei der Vermessung von Bildern notwendigen vektoriellen Rechenoperationen durchgeführt. Das aufgenom¬ mene und verarbeitete Bild wird anschließend beipielsweise auf einem Display 33 dargestellt, kann aber auch in son- stiger Weise weiterbehandelt und beispielsweise durch Da¬ tenübertragung an einen entfernten Ort übermittelt werden.FIG. 6 shows a device for selecting the operating mode of a camera according to the invention as a block diagram. The camera according to the invention can be influenced via an input unit 31 by inputting commands which trigger complex control sequences. These control sequences are stored in memory locations of a memory 32, which can be addressed by the selection made on the input unit. Practically different "control words" are present in the memory locations of the memory 32, which contain the input variables for the desired operating modes of the camera in accordance with the block diagram in FIG. 3. This means that every selection of sensitivity, resolution or image detail can already be stored in advance, so that the required control signals are provided with the selection made. The operation of an image computer 33, which receives the image data and the signal "ABDS" from FIG. 3, can also be controlled. This image calculator contains the necessary memories to buffer the image data for one or more images. With this computer, the vectorial arithmetic operations necessary for the measurement of images are also carried out. The recorded and processed image is then shown, for example, on a display 33, but can also be further processed in some other way and transmitted to a remote location, for example, by data transmission.
In einer weiteren Betriebsart der optoelektronischen Kamera ist es möglich, eine Teilbilderfassung mit ver- ringerter Auflösung durchzuführen. Diese Form stellt eine Kombination der Betriebsarten "Gesamtbilderfassung" und "Teilbilderfassung" dar. Damit ist es möglich, mit einer Lochmaske, deren Löcher kleinere Durchmesser (z.B. 2,5 μm) aufweisen, Bilder variabler Auflösung (Zahl der Bildpunkte pro Bildelement) aufzunehmen.In another operating mode of the optoelectronic camera, it is possible to carry out partial image acquisition with reduced resolution. This form represents a combination of the operating modes "total image acquisition" and "partial image acquisition". It is thus possible to record images of variable resolution (number of pixels per image element) with a shadow mask with holes of smaller diameters (e.g. 2.5 μm).
Bei einer weiteren Ausführung ist eine Lochmaske mit einem Lochdurchmesser von 2,5 μm, die mit 8 x 8 Rasterschritten eine Erhöhung der Anzahl der Bildpunkte um den Faktor 64 ermöglicht. Das Bild kann maximal in 4096 x 4096 Bildpunk¬ te aufgelöst werden". Für jedes Subbild stehen 0,625 ms zur Verfügung, wenn 64 Bildpunkte in 40 ms (25 Hz Bildfre¬ quenz) schrittweise erfaßt werden sollen.In a further embodiment, a shadow mask with a hole diameter of 2.5 μm, which enables the number of pixels to be increased by a factor of 64 with 8 x 8 grid steps. The image can be resolved into a maximum of 4096 x 4096 pixels " . 0.625 ms are available for each sub-image if 64 pixels are to be acquired step by step in 40 ms (25 Hz image frequency).
Diese Zeit unterteilt sich in der Betriebsart "Gesamtbild¬ erfassung" in die Zeit für die Relativbewegung der Lochmas- ke um 2,5 μm, in die Belichtungszeit und in die Auslese¬ zeit für das integrierte Bild nach einem vollständigen Zy¬ klus der mechanischen Abtastung. Bei einer Bewegungszeit von 0,2 ms pro Schritt, einer Belichtungszeit von 0,025 ms und einer Auslesezeit von 25,6 ms pro Bild ist eine Schrittfre uenz von ca. 4,5 kHz und eine Pixelauslesefre¬ quenz von 10,24 MHz erforderlich.In the "total image acquisition" operating mode, this time is divided into the time for the relative movement of the hole ke by 2.5 μm, in the exposure time and in the readout time for the integrated image after a complete cycle of the mechanical scanning. With a movement time of 0.2 ms per step, an exposure time of 0.025 ms and a readout time of 25.6 ms per image, a step frequency of approx. 4.5 kHz and a pixel readout frequency of 10.24 MHz are required.
In der Betriebsart "Teilbilderfassung" können Relativbewe- gung und Auslesen gleichzeitig erfolgen. Bei einer Bewe¬ gungszeit von 0,2 ms stehen bei gleicher Bildfrequenz 0,425 ms für die Belichtung zur Verfügung. Die Schritt¬ frequenz verringert sich auf 1,6 kHz. In den 0,2 ms,die für das Auslesen der Subbilder zur Verfügung stehen, kön- nen 2048 Pixel ausgelesen werden. Das in 40 ms auslesbare Teii ild besteht bei dieser Bewegungszeit aus maximal 2048 x 64 Bildpunkten.In the operating mode "partial image acquisition", relative movement and reading can take place simultaneously. With a movement time of 0.2 ms, 0.425 ms are available for the exposure at the same frame rate. The step frequency decreases to 1.6 kHz. In the 0.2 ms available for reading out the sub-images, 2048 pixels can be read out. The part that can be read out in 40 ms consists of a maximum of 2048 x 64 pixels during this movement time.
Das Messen der Länge eines Objektes 12 wird in Figur 2 veranschaulicht. Jeder Bildpunkt 10 kann mit Koordinaten belegt werden, die seine Lage innerhalb des Koordinaten¬ systems 9 eines Pixels 11 und die Lage dieses Koordinaten¬ systems im Bezugskoordinatensystem 8 der Halbleiterma¬ trixstruktur kennzeichnen. Aus dem Gesamtbild werden Bild- teile bestimmt, die für das zu ermittelnde Maß wesentlich sind. Nur diese Bildteile werden mit maximaler Auflösung erfaßt. Mit den ermittelten Koordinaten der relevanten Bildpunkte kann das Maß mittels Vektorrechnung bestimmt werden, wie es anhand von Figur 6 erläutert ist.The measurement of the length of an object 12 is illustrated in FIG. 2. Each pixel 10 can be assigned coordinates which identify its position within the coordinate system 9 of a pixel 11 and the position of this coordinate system in the reference coordinate system 8 of the semiconductor matrix structure. From the overall picture, parts of the picture are determined that are essential for the dimension to be determined. Only these parts of the image are captured with maximum resolution. With the determined coordinates of the relevant pixels, the dimension can be determined by means of vector calculation, as explained with reference to FIG. 6.
In einem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Pixel¬ adressierung im Bildsensor mit Hilfe digitaler Schiebere- gister. Diese weisen die Besonderheit auf, ein Vorwärts- und Rückwärtsschieben zu ermöglichen. In der BetriebsartIn a third exemplary embodiment, pixel addressing in the image sensor takes place with the aid of digital shift ghost. These have the peculiarity of enabling forward and backward pushing. In the operating mode
"Teilbilderfassung" wird damit ein allerdings mäanderför- miges Auslesen der Pixel um die gewünschte Position herum ermöglicht, nachdem das Register in diese Position gebracht wurde. Das mäanderförmige Auslesen wird bei der"Partial image acquisition" enables a meandering reading of the pixels around the desired position after the register has been brought into this position. The meandering reading is carried out at the
Adreßgenerierung für den Bildspeicher berücksichtigt.Address generation for the image memory taken into account.
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Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Optoelektronische Kamera zur Gewinnung hochauflösen- der elektronischer Bilder, enthaltend ein objektiv, das ein Objekt in einer Bildebene abbildet, eine Lochmaske, die in der Bildebene liegt und eine regelmäßige Lochstruk¬ tur aufweist, wobei die Abmessungen der Löcher die erziel¬ bare Auflösung bestimmen, einen Bildaufnehmer, der sich hinter der Lochmaske befindet und der das gewandelte Bild in Form von Ladungen erzeugt, sowie eine Vorrichtung für die Lochmaske, welche die Lochmaske derart relativ zum Bild zyklisch bewegt, daß einzelnen lichtempfindlichen Be¬ reichen des Bildaufnehmers zeitsequentiell unterschiedli- ehe Folgen von Objektpunkten zugeordnet werden und in Form von Ladungen auslesbar sind,1. Optoelectronic camera for obtaining high-resolution electronic images, containing an objective that images an object in an image plane, a shadow mask that lies in the image plane and has a regular hole structure, the dimensions of the holes being the achievable resolution determine an image sensor which is located behind the shadow mask and which generates the converted image in the form of charges, and a device for the shadow mask which moves the shadow mask cyclically relative to the image in such a way that individual light-sensitive areas of the image sensor differ in time-sequential manner. before sequences of object points are assigned and can be read out in the form of charges,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,characterized ,
daß zwischen Lochmaske und Bildaufnehmer ein Bildverstär¬ ker angeordnet ist, der die durch die Lochmaske auf die Fotokathode des Bildverstärkers fallende Strahlung zur Er¬ zeugung von Elektronen ausnutzt, die vervielfältigt und/oder beschleunigt werden, so daß mittelbar oder unmit- telbar durch den Bildaufnehmer eine der durch die Lochmas¬ ke fallenden Strahlung entsprechende LadungsStruktur er¬ zeugt wird.that an image intensifier is arranged between the shadow mask and the image pickup, which uses the radiation falling through the shadow mask onto the photocathode of the image intensifier to generate electrons, which are reproduced and / or accelerated, so that the image pickup indirectly or directly by the image pickup a charge structure corresponding to the radiation falling through the perforated mask is generated.
2. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 1, g e ¬ k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schaltervorrich- tung, durch die jeweils eine Anzahl der einem einzelnen lichtempfindlichen Bereich des Bildaufneh¬ mers zugeordneten Objektpunkte gemeinsam ausgelesen wird.2. Optoelectronic camera according to claim 1, ge ¬ characterized by a switch device device, through which a number of the object points assigned to an individual light-sensitive area of the image recorder is read out together.
3. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzahl die gesamte Folge der diesem einzelnen licht¬ empfindlichen Bereich zugeordneten Objektpunkte umfaßt.3. Optoelectronic camera according to claim 2, that the number includes the entire sequence of the object points assigned to this individual light-sensitive area.
4. Optoelektronische Kamera nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ein¬ zelnen lichtempfindlichen Bereiche des Bildaufnehmers ein- zeln adressierbar sind.4. Optoelectronic camera according to claim 1, and that the individual light-sensitive areas of the image sensor can be individually addressed.
5. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 4, g e ¬ k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schaltervorrich- tung, welche es ermöglicht, zum Gewinnen von Teilbildern jeweils nur einen begrenzte Anzahl der einzeln adressier¬ baren lichtempfindlichen Bereiche des Bildaufnehmers aus¬ zulesen.5. An optoelectronic camera as claimed in claim 4, a switch device which makes it possible to read out only a limited number of the individually addressable light-sensitive areas of the image recorder in order to obtain partial images.
6. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 5, g e ¬ k e n n z e i c h n e t d u r c h einen nachgeschalteten Prozessor, dessen Verarbeitüngsgeschwindigkeit an die Ver¬ arbeitung der gesamten Folge der den einzelnen lichtemp- findlichen Bereichen des Bildaufnehmers für ein Gesamtbild oder aber an die Verarbeitung eines Teilbildes in Echtzeit angepaßt ist. 6. Optoelectronic camera according to claim 5, characterized ¬ by a downstream processor, the processing speed of which is adapted to the processing of the entire sequence of the individual light-sensitive areas of the image sensor for an overall image or to the processing of a partial image in real time.
7. Optoelektronische Kamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bildaufnehmer nach dem Auslesen eines Bildes oder Teilbildes jeweils zurückgesetzt wird.7. Optoelectronic camera according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the image sensor is reset after reading an image or partial image.
8. Optoelektronische Kamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung zum relativen Verschieben der Lochmas- ke in bezug auf das Bild mindestens einen piezoelektri¬ schen Antrieb aufweist.8. Optoelectronic camera according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the device for the relative displacement of the shadow mask with respect to the image has at least one piezoelectric drive.
9. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 1, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bildver¬ stärker als Bestandteil eine Mikrokanalplatte aufweist und daß jedem Loch der Lochmaske ein Mikrokanal zugeordnet ist.9. Optoelectronic camera according to claim 1, that the image intensifier has a microchannel plate as component and that a microchannel is assigned to each hole of the shadow mask.
10. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 9, a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unmittelbar hinter jedem Mikrokanal eine Kollektorelektrode angeordnet ist, die es ermöglicht, die Elektronen unmittelbar in den Bildaufnehmer einzuspeisen.10. Optoelectronic camera according to claim 9, a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a collector electrode is arranged immediately behind each microchannel, which makes it possible to feed the electrons directly into the image sensor.
11. Optoelektronische Kamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bildverstärker einen Leuchtschirm aufweist, der mit dem Bildaufnehmer verbunden ist, wodurch mittelbar über Lichtquanten ein Ladungsbild erzeugt wird. 11. Optoelectronic camera according to one of the preceding claims, characterized in that the image intensifier has a luminescent screen which is connected to the image sensor, whereby a charge image is generated indirectly via light quanta.
12. Optoelektronische Kamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Größe des kleinsten auslesbaren Bildelements durch das Schrittraster des Antriebs und den Lochdurchmesser der Lochmaske bestimmt ist.12. Optoelectronic camera according to one of the preceding claims, that the size of the smallest image element that can be read out is determined by the step pattern of the drive and the hole diameter of the shadow mask.
13. Optoelektronische Kamera nach Anspruch l, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ansteuerung des Bildverstärkers als Hochspannungsquelle (7) ausgebildet ist, welche Impulse einstellbarer Länge zur Steuerung der Integrationszeit nach Art eines elektro¬ nischen Verschlusses liefert.13. Optoelectronic camera according to claim 1, that the control of the image intensifier is designed as a high-voltage source (7), which delivers pulses of adjustable length for controlling the integration time in the manner of an electronic shutter.
14. Optoelektronische Kamera nach Anspruch 13, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Höhe der ImpulsSpannung der Hochspannungsquelle (7) zum zweck der Verstärkungsregelung variabel ist.14. Optoelectronic camera according to claim 13, that the level of the pulse voltage of the high-voltage source (7) is variable for the purpose of gain control.
15. Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Kamera nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine erste Betriebsweise zur Erfassung des Gesamtbildes und eine zweite Betriebsweise zur Erfassung lediglich ei¬ nes Teilbildes mit höherer Auflösung im Vergleich zur Ge¬ samtbildwiedergabe.15. A method of operating an optoelectronic camera according to claim 5, a first mode of operation for capturing the overall image and a second mode of operation for capturing only a partial image with a higher resolution compared to the overall image reproduction.
16. Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Kamera nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , daß bei der Betriebsweise zur Erfassung des Ge¬ samtbildes das entstehende Ladungsbild des adressierbaren Bildaufnehmers (6) während eines Zyklus der Abtastung pi¬ xelweise integriert und ausgelesen wird, so daß die Anzahl der Bildpunkte des abgetasteten Bildes der Anzahl der ein¬ zeln adressierbaren lichtempfindlichen Bereiche des Bild¬ aufnehmers entspricht.16. A method of operating an optoelectronic camera according to claim 15, characterized in that net that in the mode of operation for acquiring the total image, the resulting charge image of the addressable image sensor (6) is integrated and read out pixel by pixel during a scan cycle, so that the number of pixels of the scanned image and the number of individually addressable ones corresponds to light-sensitive areas of the image sensor.
17. Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Kamera nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß bei der Betriebsweise zur Erfassung eines Ge¬ samtbildes sich die Integrationszeit auf jeweils gleiche Bruchteile von Rasterschritten, bezogen auf die Anzahl der Rasterschritte innerhalb eines vollständigen Zyklus der Abtastung, aufteilt.17. A method of operating an optoelectronic camera according to claim 15, characterized in that, in the operating mode for acquiring a total image, the integration time is divided into equal fractions of raster steps, based on the number of raster steps within a complete cycle of the scanning .
18. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß bei der Betriebsweise zur Teilbilderfassung ein in Lage und Größe durch Programmie¬ rung auswählbares Teilbild auslesbar ist.18. The method according to claim 15, which also means that in the operating mode for capturing partial images, a partial image that can be selected by position and size by programming can be read out.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 18, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch Kombi¬ nation der Betriebsweisen zur Erfassung eines Gesamtbildes und und zur Erfassung eines Teilbildes das entstehende La¬ dungsbild des Bildaufnehmers (6) während eines vollstän- digen Zyklus der Abtastung jeweils nur für einen Teil der einzeln adressierbaren lichtempfindlichen Bereiche inte- griert wird, so daß die Anzahl der Bildpunkte des abgeta¬ steten Bildes einem Mehrfachen der Anzahl der ausgelese¬ nen, einzeln adressierbaren lichtempfindlichen Bereiche des Bildaufnehmers (6) entspricht.19. The method according to claims 16 and 18, since ¬ characterized in that by combining the modes of operation for capturing an overall image and for capturing a partial image, the resulting charge image of the image sensor (6) during a complete cycle of the scanning in each case only for some of the individually addressable light-sensitive areas is grated so that the number of pixels of the scanned image corresponds to a multiple of the number of read, individually addressable light-sensitive areas of the image sensor (6).
20. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß jedem Bildpunkt Koordinaten zugeordnet sind, welche seine Lage innerhalb des Koordina- tensystems eines einzeln adressierbaren lichtempfindlichen Bereichs des Bildaufnehmers (6) und die Lage dieses Koor¬ dinatensystems im Bezugskoordinatensystem des Bildaufneh¬ mers (6) bezeichnen, und die Ermittlung des Abstandes zwi¬ schen einzelnen Bildpunkten verschiedener Teilbilder vek- torieil erfolgt.20. The method according to claim 15, dadurchge ¬ indicates that each pixel coordinates are assigned, which its position within the coordinate system of an individually addressable photosensitive area of the image sensor (6) and the position of this coordinate system in the reference coordinate system of the image sensor ( 6), and the determination of the distance between individual pixels of different partial images is carried out vectorially.
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