Verfahren und Vorrichtung zur FPN-Korrektur von Bildsianalwer- ten eines Bildsensors Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur FPN- Korrektur von Bildsignalwerten eines Bildsensors, der eine Vielzahl von Bildzellen aufweist, mit den Schritten - Auslesen der Bildsignalwerte aus den Bildzellen - Addieren von individuellen Korrekturwerten zu den Bildsig- nalwerten, wobei die Korrekturwerte als analoge Größen über einen Signal- pfad mit einer definierten Transferfunktion zu den Bildsignal- werten addiert werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur FPN- Korrektur von Bildsignalen eines Bildsensors, der eine Vielzahl von Bildzellen aufweist, mit einer Einrichtung zum Auslesen der Bildsignalwerte aus den Bildzellen, mit einem ersten Speicher zum Aufnehmen von individuellen Korrekturwerten und mit einem Addierer zum analogen Addieren der individuellen Korrekturwerte zu den Bildsignalwerten, wobei der erste Speicher und der Ad- dierer über einen Signalpfad mit einer definierten Transfer- funktion verbunden sind.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind bei- spielsweise aus einer Veröffentlichung der vorliegenden Anmel- derin mit dem Titel"HDRC VGA Imager and Camera Data and Fea- tures"bekannt.

Moderne Bildsensoren zum Aufnehmen von Bildern besitzen eine Vielzahl einzelner Bildzellen (Pixel), die aus zum Teil licht- empfindlichen elektronischen Bauelementen aufgebaut sind. Die Bildzellen erzeugen in Abhängigkeit des auftreffenden Lichtes analoge Bildsignalwerte, die in einer nachfolgenden Verarbei- tungsstufe mit einem A/D-Wandler in digitale Bildsignalwerte umgesetzt werden. Die digitalen Bildsignalwerte aller Bildzel- len stellen ein digitales Abbild der aufgenommenen Szene dar, das später auf einem Monitor, einem Drucker und dergleichen wiedergegeben werden kann.

Ein bekanntes Problem bei derartigen Bildsensoren ist das soge- nannte Fixed-Pattern-Rauschen (Fixed-Pattern-Noise, FPN). Damit werden Inhomogenitäten bei einem eigentlich homogenen Bild be- zeichnet, die vor allem durch Fertigungstoleranzen der einzel- nen Bildzellen hervorgerufen werden. Beispielsweise lassen sich bei der Herstellung von CMOS-Bildsensoren mit logarithmischer Kennlinie Variationen hinsichtlich der Schwellspannungen der Logarithmiertransistoren nicht vermeiden. Das durch derartige Fertigungstoleranzen hervorgerufene Fixed-Pattern-Rauschen äu- ßert sich beim Betrachten eines aufgenommen Bildes darin, daß an sich gleichmäßige (homogene) Flächen ein in der Realität nicht vorhandenes Muster aufweisen.

Zur Reduzierung bzw. Beseitigung des Fixed-Pattern-Rauschens ist es bekannt, zu den Bildsignalwerten der einzelnen Bildzel- len individuelle Korrekturwerte zu addieren. Durch Addition ne- gativer Korrekturwerte kann auch eine Subtraktion im mathemati- schen Sinne durchgeführt werden. Ziel der Maßnahme ist es, die infolge der Fertigungstoleranzen bestehenden Unterschiede zwi- schen den Bildsignalwerten der einzelnen Bildzellen durch Addi- tion geeigneter Korrekturwerte auszugleichen. Die Korrekturwer- te können dabei für den Bildsignalwert jeder Bildzelle aus ei- nem Speicher entnommen werden. Eine solche FPN-Korrektur ist beispielsweise auch aus der JP 5-137073 A bekannt, wobei nach dieser Druckschrift eine Korrektur der bereits digitalisierten Bildsignalwerte stattfindet.

Wie leicht nachzuvollziehen ist, hängt die Qualität der FPN- Korrektur entscheidend von der Auswahl und Bestimmung der indi- viduellen Korrekturwerte ab. Es stellt sich daher das Problem, für einen bestimmten Bildsensor geeignete individuelle Korrek- turwerte zu bestimmen. Für die in der eingangs genannten Veröf- fentlichung beschriebenen Bildsensoren ist die Anmelderin der vorliegenden Erfindung dabei bislang folgendermaßen vorgegan- gen : Zunächst wurde ein einheitlicher (statischer) Korrekturwert für alle Bildzellen des Bildsensors vorgegeben. Anschließend wurde ein homogenes Referenzbild mit dem Bildsensor aufgenommen. Als Referenzbild eignet sich beispielsweise eine gleichmäßig be- leuchtete Fläche (bekannt vom sogenannten Weißabgleich bei Ka- meras). Da die Korrekturwerte aller Bildzellen bei der Aufnahme dieses Referenzbildes identisch sind, spiegeln die Bildsignal- werte der einzelnen Bildzellen in diesem Fall das Fixed- Pattern-Rauschen exakt wieder.

Im nächsten Schritt wurde aus den aufgenommenen Bildsignalwer- ten des Referenzbildes ein Mittelwert über alle Bildzellen ge- bildet. Dieser Mittelwert wurde anschließend als einheitlicher Zielbildwert für alle Bildzellen zugrunde gelegt. Um nun die geeigneten individuellen Korrekturwerte für alle Bildzellen zu bestimmen, wurden sämtliche Korrekturwerte aus der Menge aller möglichen Korrekturwerte für alle Bildzellen testweise durch- laufen. Bei Korrekturwerten mit einer Breite von 8 Bit waren somit 256 Schleifendurchläufe pro Bildzelle erforderlich. Als geeigneter individueller Korrekturwert wurde für jede Bildzelle jeweils derjenige Korrekturwert ausgewählt, bei dem der zugehö- rige Bildsignalwert dem einheitlichen Zielbildwert am nächsten kam.

Das Verfahren stellt eine einfache Möglichkeit dar, geeignete individuelle Korrekturwerte mit geringen Anforderungen an die verwendete Hardware zu bestimmen. Das Fixed-Pattern-Rauschen läßt sich mit den auf diese Weise gefundenen Korrekturwerten beträchtlich reduzieren.

Die Durchführung dieses Verfahrens erfordert jedoch aufgrund der zahlreichen Schleifendurchläufe eine gewisse Verarbeitungs- zeit. Die Verarbeitungszeit ist um so höher, je größer die Men- ge an möglichen Korrekturwerten, d. h. die Datenbreite der ein- zelnen Korrekturwerte, ist. Dies hat zur Folge, daß eine Ver- besserung der FPN-Korrektur durch Erhöhung der Datenbreite der Korrekturwerte zu noch sehr viel längeren Verarbeitungszeiten führt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternati- ves Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die eine genaue und schnelle FPN-Korrektur ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem Parameter, die für die definierte Transfer- funktion charakteristisch sind, in einem Speicher bereitge- stellt werden und bei dem die individuellen Korrekturwerte un- ter Verwendung der bereitgestellten Parameter in einer Korrek- turwerteberechnungseinheit zumindest einmal berechnet werden.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein zweiter Speicher sowie eine Korrektur- werteberechnungseinheit vorgesehen sind, wobei der zweite Spei- cher zum Bereitstellen von Parametern, die für die definierte Transferfunktion charakteristisch sind, ausgelegt ist und wobei die Korrekturwerteberechnungseinheit dazu ausgelegt ist, die individuellen Korrekturwerte unter Verwendung der bereitge- stellten Parameter zu berechnen.

Das neue Verfahren und die entsprechende Vorrichtung beruhen auf einer Berechnung der geeigneten Korrekturwerte im mathema- tischen Sinne, wohingegen die Korrekturwerte beim bisherigen Verfahren eher durch einen Suchprozeß bestimmt wurden. Die neue Vorgehensweise macht es allerdings erforderlich, zunächst die Transferfunktion zumindest näherungsweise zu bestimmen, nach der die Korrekturwerte beim Einspeisen in den Korrekturwerte- signalpfad beeinflußt werden. Diese Maßnahme ist bei dem bisher praktizierten Ansatz nicht erforderlich. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der hiermit verbundene Aufwand durch die erreichbare Genauigkeit und Geschwindigkeit des neuen Verfah- rens kompensiert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die FPN-Korrektur für einen Bildsensor wiederholt durchgeführt wird, beispielsweise um eine optimale Anpassung an neue Umge- bungsverhältnisse zu erreichen. Die Parameter, die die defi- nierte Transferfunktion charakterisieren, müssen in einem sol- chen Fall nicht unbedingt erneut bestimmt werden, so daß der entsprechende Zusatzaufwand hier nur einmal anfällt. Darüber hinaus erlaubt das neue Verfahren eine iterative Anwendung, so daß negative Einflüsse aufgrund einer ungenauen Parameterbe- stimmung und/oder aufgrund dynamischer Effekte beim Einstellen der Korrekturwerte sehr erfogreich reduziert werden können. Da- mit läßt sich auch eine Verbesserung der Korrekturqualität er- reichen.

Darüber hinaus hängt die Geschwindigkeit, mit der die individu- ellen Korrekturwerte bestimmt werden, bei dem neuen Verfahren sehr viel weniger von der Datenbreite der verwendeten Korrek- turwerte ab. Eine Erhöhung der Datenbreite zur weiteren Verbes- serung der Korrekturqualität hat daher einen geringeren Anstieg der Verfahrensdauer zur Folge als bei dem bisher verfolgten An- satz. Geht man von einer Korrekturwertbreite von 8 Bit aus und verzichtet man auf iterative Schleifendurchläufe, ermöglicht das neue Verfahren eine Beschleunigung bis zum Faktor 256, da die individuellen Korrekturwerte durch die. analytische Berech- nung direkt ermittelt werden.

Die bei einer Korrekturwertbreite von 8 Bit bislang erforderli- chen 256 Schleifendurchläufe, mit denen der beste Korrekturwert gesucht wurde, sind hier nicht mehr erforderlich. Der Geschwin- digkeitsvorteil reduziert sich zwar etwas durch die zusätzliche Bestimmung der Parameter der Transferfunktion. Überraschender- weise bleibt jedoch auch unter ungünstigen Bedingungen ein Ge- schwindigkeitsvorteil bestehen. Wenn die Parameter einmal zur Verfügung stehen, kommt der Geschwindigkeitsvorteil voll zum Tragen.

Wie im Folgenden näher ausgeführt wird, haben sich vergleichs- weise einfache Möglichkeiten gefunden, bei einem bestimmten Bildsensor geeignete Parameter der Transferfunktion zu bestim- men. Insgesamt ermöglichen das neue Verfahren und die daran an- gepaßte Vorrichtung daher eine schnelle Bestimmung der Korrek- turwerte, wobei Geschwindigkeitsvorteile gegenüber dem bisheri- gen Verfahren selbst bei einer Erhöhung der Korrekturqualität erhalten bleiben. Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.

In einer Ausgestaltung werden zur Bestimmung der Parameter zu- mindest zwei verschiedene Korrekturwerte aus einer Menge mögli- cher Korrekturwerte mit einem konstanten Bildsignalwert addiert und zu jedem dieser Korrekturwerte wird ein korrigierter Bild- signalwert aufgenommen. Als konstanter Bildsignalwert wird hier bevorzugt der Bildsignalwert bei völliger Dunkelheit oder bei einer homogenen Beleuchtung verwendet.

In dieser Ausgestaltung wird die Transferfunktion, der die ein- zelnen Korrekturwerte unterworfen sind, gewissermaßen ausgemes- sen. Es werden verschiedene Korrekturwerte eingestellt und an- schließend wird zu jedem der eingestellten Korrekturwerte das Ergebnis am Ausgang aufgenommen. Dabei umfaßt die auf diese Weise aufgenommene Transferfunktion nicht nur den Weg der Kor- rekturwerte bis zu dem Addierer, sondern auch den nachfolgenden Signalpfad, der gemeinsam mit den Bildsignalwerten durchlaufen wird. Wie sich gezeigt hat, stellt dies jedoch keinen Nachteil dar. Ganz im Gegenteil, in dieser Ausgestaltung lassen sich die funktionalen Zusammenhänge, denen die Korrekturwerte bei der bestimmungsgemäßen Signalverarbeitung unterworfen sind, sehr einfach und mit hinreichender Genauigkeit bestimmen. Im ein- fachsten Fall genügt es, zwei verschiedene Korrekturwerte und die mit ihnen verbundenen zwei korrigierten Bildsignalwerte zu bestimmen, so daß die Transferfunktion anschließend durch eine Gerade angenähert werden kann. Den hiermit verbundenen Ungenau- igkeiten steht ein enormer Geschwindigkeitsvorteil bei der Be- stimmung der Transferfunktion gegenüber. Höhere Genauigkeiten bei der Bestimmung der Transferfunktion lassen sich erreichen, wenn man die Transferfunktion an mehr als nur zwei Stellen aus- mißt. Als Parameter der Transferfunktion können im einfachsten Fall die angelegten Korrekturwerte und die jeweils zugehörigen Ausgangswerte in einer Tabelle abgespeichert werden. Die gemes- senen Funktionswerte sind dann Stützstellen der tatsächlichen Transferfunktion. Begnügt man sich demgegenüber mit einer line- aren Näherung der Transferfunktion, genügt es, die Steigung der Näherungsgeraden zu berechnen und als Parameter in dem Speicher abzulegen. Der Speicher kann in diesem Fall auch ein Register eines vorhandenen Mikrocontrollers sein.

In einer weiteren Ausgestaltung werden alle Korrekturwerte aus der Menge möglicher Korrekturwerte mit dem konstanten Bildsig- nalwert addiert.

In dieser Ausgestaltung wird die Transferfunktion vollständig ausgemessen, was die exakteste Bestimmungsmethode darstellt.

Wie bereits erwähnt, können als Parameter der Transferfunktion dann alle angelegten Korrekturwerte mit den jeweils zugehörigen Ausgangswerten in einer Tabelle abgelegt werden. Die Transfer- funktion ist in diesem Fall tabellarisch erfaßt. Die Korrektur- werteberechnungseinheit kann auf die Tabelle zugreifen und die geeigneten individuellen Korrekturwerte dadurch sehr einfach bestimmen.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Parameter anhand ausgewählter Bildzellen, bevorzugt anhand einer einzelnen Bild- zelle, bestimmt.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Parameter der Trans- ferfunktion für jede Bildzelle einzeln zu bestimmen. Da die Transferfunktion, der die individuellen Korrekturwerte unter- liegen, jedoch von den Fertigungstoleranzen der einzelnen Bild- zellen weitgehend unabhängig ist, kann man den Rechenaufwand erheblich reduzieren, indem man eine oder wenige Bildzellen ex- emplarisch herausgreift. Zieht man mehrere Bildzellen zur Be- stimmung der Transferfunktion heran, lassen sich durch Mittel- wertbildung negative Einflüsse statistischer Schwankungen redu- zieren. Insgesamt wird die Durchführungsgeschwindigkeit des neuen Verfahrens in dieser Ausgestaltung weiter optimiert.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Parameter anhand von Referenzdaten typgleicher Bildsensoren bereitgestellt.

In dieser Ausgestaltung wird auf eine individuelle Bestimmung der Transferfunktion bzw. deren Parametern gänzlich verzichtet.

Statt dessen werden die Parameter typgleicher Bildsensoren, beispielsweise bei der Produktion der Bildsensoren, hersteller- seitig eingespeichert. Die sich hieraus ergebenden Nachteile, daß nämlich die Transferfunktion nicht anhand des konkret vor- liegenden Bildsensors bestimmt wurde, können durch eine itera- tive Wiederholung des Verfahrens, wie sie nachfolgend näher er- läutert ist, zumindest soweit reduziert werden, daß der Ge- schwindigkeitsvorteil überwiegt.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Parameter einer ma- thematischen Umkehrfunktion der definierten Transferfunktion in dem Speicher bereitgestellt.

Diese Maßnahme führt zu einer weiteren Beschleunigung des Ver- fahrens, da nicht die Transferfunktion selbst, sondern deren mathematische Umkehrung für die Berechnung der geeigneten Kor- rekturwerte benötigt wird. Indem bereits die Parameter der Um- kehrfunktion in dem Speicher abgelegt werden, wird die Korrek- turwerteberechnungseinheit von der Aufgabe, die Umkehrfunktion zu bilden, entlastet. Dementsprechend reduziert sich auch der Hardwareaufwand bezüglich der Korrekturwerteberechnungseinheit.

In einer weiteren Ausgestaltung werden zum Berechnen der indi- viduellen Korrekturwerte folgende Verfahrensschritte zumindest einmal durchgeführt : a) Bereitstellen eines ersten Korrekturwertes für die Bild- signalwerte der Bildzellen, b) Aufnehmen eines homogenen Referenzbildes und Auslesen der zugehörigen Bildsignalwerte, c) Bestimmen eines einheitlichen Zielbildwertes und d) Berechnen der individuellen Korrekturwerte unter Verwen- dung der Bildsignalwerte des homogenen Referenzbildes, des einheitlichen Zielbildwertes sowie der Parameter der Transferfunktion.

In dieser Ausgestaltung werden die Größen, die für die Bestim- mung der Korrekturwerte benötigt werden, meßtechnisch erfaßt.

Insbesondere wird das vorhandene Fixed-Pattern-Rauschen des Bildsensors hier durch Aufnahme des homogenen Referenzbildes meßtechnisch erfaßt. Die Berechnung der individuellen Korrek- turwerte kann sich dann auf die Durchführung weniger Rechenope- rationen beschränken, wie nachfolgend anhand der Ausführungs- beispiele näher erläutert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der erste Korrekturwert für alle Bildzellen einheitlich bereitgestellt.

In dieser Ausgestaltung wird das vorhandene Fixed-Pattern- Rauschen des Bildsensors unverfälscht bei der Aufnahme der Bildsignalwerte in Schritt b) aufgenommen. Dies führt dazu, daß bereits die einmalige Durchführung des neuen Verfahrens gute Ergebnisse bei der FPN-Korrektur liefert. Aufgrund der Möglich- keit, daß Verfahren iterativ durchzuführen, ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, mit unterschiedlichen ersten Kor- rekturwerten zu beginnen.

In einer weiteren Ausgestaltung werden zumindest die Verfah- rensschritte b) und d) iterativ durchlaufen.

Diese Ausgestaltung führt zu einer weiteren Steigerung der Kor- rekturqualität, da durch die Iterationen dynamische Effekte, insbesondere Einschwingvorgänge im analogen Signalpfad, Berück- sichtigung finden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der einheitliche Zielbild- wert als Mittelwert der in Verfahrensschritt b) ausgelesenen Bildsignalwerte bestimmt.

Der Zielbildwert kann als arithmetisches Mittel zwischen dem maximalen und dem minimalen Bildsignalwert der im Verfahrens- schritt b) ausgelesenen Bildsignalwerte bestimmt werden. Noch mehr bevorzugt ist allerdings eine Mittelwertbildung unter Ein- beziehung aller ausgelesenen Bildsignalwerte. Die Maßnahme be- sitzt den Vorteil, daß der durch die Datenbreite der Korrektur- werte bestimmte Korrekturbereich optimal ausgenutzt wird und daß im Mittel nur vergleichsweise geringfügige Korrekturen er- forderlich sind.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste- henden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur des Fixed-Pattern-Rauschens bei einem Bildsensor, Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens und Fig. 3 ein weiteres Flußdiagramm zur beispielhaften Erläute- rung, wie die Transferfunktion bestimmt werden kann.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Ge- samtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Die Vorrichtung 10 beinhaltet hier einen an sich bekannten Bildsensor 12 mit einer Vielzahl von Bildzellen 14. Entspre- chend dem bevorzugten Tätigkeitsgebiet der Anmelderin handelt es sich bei dem Bildsensor hier um einen CMOS-Bildsensor. Das Verfahren ist jedoch grundsätzlich auch bei Bildsensoren ande- rer Technologie, beispielsweise CCD-Bildsensoren anwendbar.

Mit der Bezugsziffer 16 ist eine Adressierungseinheit bezeich- net, die von einem Mikrocontroller 18 angesteuert wird. Die Ad- ressierungseinheit 16 adressiert einzelne Bildzellen 14 des Bildsensors 12 zum Auslesen der entsprechenden Bildsignalwerte.

Mit der Bezugsziffer 20 ist Lichtquelle bezeichnet. Zwischen der Lichtquelle 20 und dem Bildsensor 12 ist ein Diffusor 22 angeordnet, so daß homogenes Licht den Bildsensor 12 beleuch- tet. Das homogene Licht ist hier durch einen Pfeil mit der Be- zugsziffer 24 angedeutet. Es stellt ein homogenes Referenzbild für die Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens dar. Alternativ ist eine homogene Beleuchtung beispielsweise auch mit Hilfe einer Ulbrichtkugel oder einer sonstigen homoge- nen Beleuchtungseinrichtung möglich.

Mit der Bezugsziffer 26 ist ein analoger Addierer bezeichnet, der eingangsseitig über eine Signalleitung 28 mit der Adressie- rungseinheit 16 verbunden ist. Ein zweiter Eingang ist über ei- ne Signalleitung 30 mit einem D/A-Wandler 32 verbunden. Der Ausgang der Addierers 26 ist mit einem Verstärker 34 verbunden, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsbeispiel einen variablen Verstärkungsfaktor v besitzt. Hierdurch kann der Signalpegel der ausgelesenen Bildsignalwerte optimal an den Arbeitsbereich eines am Ausgang des Verstärkers angeordneten A/D-Wandlers 36 angepaßt werden. Der Ausgang des A/D-Wandlers 36 ist mit dem Mikrocontroller 18 verbunden.

Mit der Bezugsziffer 38 ist ein Speicher bezeichnet, beispiels- weise ein Flash-EPROM oder ein SRAM. Der Speicher 38 wird eben- falls von dem Mikrocontroller 18 angesteuert. Er dient zur Auf- nahme von individuellen Korrekturwerten, die zur Reduzierung bzw. Beseitigung des Fixed-Pattern-Rauschens zu den ausgelese- nen Bildsignalwerten des Bildsensors 12 addiert werden. Da der Speicher 38 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Korrekturwerte in digitaler Form speichert, ist er über den D/A-Wandler 32 mit dem Addierer 26 verbunden.

Mit der Bezugsziffer 40 ist ein weiterer Speicher bezeichnet, in dem der Mikrocontroller 18 FPN-korrigierte Bildsignalwerte für eine weitere Verarbeitung abspeichert.. Mit der Bezugsziffer 42 ist ein weiterer Speicher bezeichnet, der gemäß dem hier be- vorzugten Ausführungsbeispiel zum Abspeichern von Parametern der Transferfunktion dient, nach der die Korrekturwerte aus dem Speicher 38 bei der Signalverarbeitung hier beeinflußt werden.

Im wesentlichen entspricht die Transferfunktion hier der Über- tragungskennlinie des D/A-Wandlers 32. Der Speicher 42 kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auch ein Register des Mikrocontrollers 18 sein.

Mit der Bezugsziffer 44 ist eine hier nur schematisch angedeu- tete externe Einheit bezeichnet, von der die Parameter der Transferfunktion in den Speicher 42 geladen werden können. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geschieht dies bei der Herstellung der Vorrichtung 10.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die hier gezeigten Komponenten mit Ausnahme der Lichtquelle 20 und des Diffusors 22 in einem einzigen Mikrochip integriert sein können. Alterna- tiv können einige oder mehrere der gezeigten Komponenten auch separat vom Bildsensor 12 realisiert sein. In einigen Anwendun- gen ist der Mikrocontroller 18 ein vom Bildsensor 12 unabhängi- ger Rechner, beispielsweise ein PC, in dem die Aufbereitung der Bildsignalwerte und die Berechnung der Korrekturwerte durchge- führt wird.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flußdiagramms dargestellt.

Zu Beginn des Verfahrens wird in Verfahrensschritt 50 zunächst ein einheitlicher Korrekturwert FPC (x, y) = 128 für alle Bild- zellen eingestellt. Der Korrekturwert FPC = 128 entspricht ei- ner Korrektur mit 0, da 128 bei der hier verwendeten Korrektur- wertbreite von 8 Bit (=256 Korrekturwerte) in etwa den symmet- rischen Mittelwert darstellt. Korrekturwerte kleiner als 128 führen im D/A-Wandler 32 zu negativen analogen Größen, so daß in diesem Fall ein Korrekturwert von dem zugehörigen Bildsig- nalwert subtrahiert wird. Korrekturwerte größer als 128 führen zu positiven analogen Größen, was eine Addition im eigentlichen mathematischen Sinne zur Folge hat.

Im Verfahrensschritt 52 werden die Bildsignalwerte IMFpN (x, y) der Bildzellen 14 in den Speicher 40 eingelesen. Die Variablen x und y bezeichnen dabei die Zeilen-und Spaltenposition der einzelnen Bildzellen 14 auf dem Bildsensor 12. Da die Bildsig- nalwerte der Bildzellen 14 beim Einlesen hier nicht mit indivi- duellen Korrekturwerten korrigiert werden, spiegeln die Bild- signalwerte IMFpN (x, y) das Fixed-Pattern-Rauschen des Bildsen- sors 12 wieder.

Im Verfahrensschritt 54 wird ein einheitlicher Zielbildwert IM- target als Mittelwert aller Bildsignalwerte IMFpN (x, y) bestimmt.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden dabei für die Mittelwertbildung die Bildsignalwerte aller Bildzellen 14 herangezogen. Alternativ kann auch eine repräsentative Aus- wahl von mehreren Bildzellen 14 verwendet werden, die über die gesamte Bildfläche des Bildsensors 12 verteilt angeordnet sind.

In Verfahrenschritt 56 werden die individuellen Korrekturwerte FPC (x, y) für die einzelnen Bildzellen 14 nach folgender Formel berechnet : FPC (x,y) = g-1[IMtarget - IMFPN(x,y) + g(128)].

Darin bezeichnen : FPC (x, y) die individuellen Korrekturwerte, IMtaryet den einheitlichen Zielbildwert, IMFpN (x, y) die eingelesenen Bildsignalwerte g'1 die Umkehrfunktion der Transferfunktion g, der die Korrekturwerte FPC (x, y) auf ihrem Weg vom Speicher 38 bis zum Mikrocontroller 18 unterliegen, und g (128) den Funktionswert der Transferfunktion g für den Kor- rekturwert 128 Die Umkehrfunktion g-1 der Transferfunktion wird hier separat in einem Block 58 bestimmt. Parameter der Umkehrfunktion sind dann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Speicher 42 der Vorrichtung 10 abgelegt. Alternativ und/oder ergänzend ist es auch möglich, die Umkehrfunktion g-1 bzw. die Transferfunktion g als funktionale Rechenregel in dem Mikro- controller 18 abzulegen. Der Mikrocontroller 18 fungiert hier als Korrekturwerteberechnungseinheit.

Im Verfahrensschritt 60 wird jeder berechnete individuelle Kor- rekturwert FPC (x, y) im Speicher 38 abgespeichert.

Gemäß der Schleife 62 können die Verfahrensschritte 52 bis 60 hier iterativ durchgeführt werden, wodurch die berechneten Kor- rekturwerte weiter optimiert werden. Auch ohne diese Iteratio- nen erreicht das neue Verfahren jedoch bereits dieselbe Korrek- turwertqualität wie das eingangs beschriebene, bislang verwend- te Verfahren. Schritt 54 kann bei der Iteration übergangen wer- den, wenn man weiterhin den Zielbildwert IMtarget aus dem ersten Durchlauf verwendet. Dasselbe gilt für die Bestimmung der Para- meter der Transferfunktion g bzw. deren Umkehrfunktion g-1 gemäß Schritt 58.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Transferfunktion, die insbesondere durch die Kennlinie des D/A- Wandlers 32 bestimmt wird, durch eine Gerade angenähert. In diesem Fall genügt als Parameter der Transferfunktion die Stei- gung m der Näherungsgeraden. Die Berechnung der Korrekturwerte FPC (x, y) erfolgt hier nach folgender Formel, wobei hier außer- dem Indizes für mehrfache Iterationsdurchläufe angefügt sind : FPC, ( x,y) = FPCn + 1/m [IMtarget - ImFPN,n(x,y)].

Darin bezeichnen : FPCn+1 (x, y) die berechneten Korrekturwerte im Iterationsdurch- gang n+1, IMtarget den einheitlichen Zielbildwert, IMFpN (x, y) die eingelesenen Bildsignalwerte, m die Steigung der Näherungsgeraden der Transferfunk- tion g und n die Anzahl der Iterationen.

Als Startwert wird hier bei einer Korrekturwertbreite von 8 Bit bevorzugt FPC0 = 128 gesetzt. In Fig. 3 ist anhand eines weiteren Flußdiagramms ein bevorzug- tes Ausführungsbeispiel dargestellt, um die Transferfunktion g bzw. deren Umkehrfunktion g-1 zu bestimmen. Dabei wird die Transferfunktion g hier meßtechnisch erfaßt, indem alle Korrek- turwerte einmal durchlaufen und die zugehörigen Funktionswerte aufgenommen werden.

In Verfahrensschritt 70 wird zunächst der Korrekturwert einer ausgewählten Bildzellen mit den Koordinaten xo, yo auf den nied- rigsten Wert FPC (x0, yo) = 0 (negativer Korrekturwert) einge- stellt. Anschließend wird gemäß Schritt 72 der zugehörige Bild- signalwert IM (oxo, yo) vom Mikrocontroller 18 eingelesen. Wenn der Bildsensor 12 dabei vollständig abgedunkelt ist, erhält man den kleinstmöglichen korrigierten Bildsignalwert. Wenn der Bildsensor 12 homogen beleuchtet ist, erhält man eine zusätzli- che additive Konstante, die sich jedoch rechnerisch leicht kor- rigieren läßt. Die additive Konstante spiegelt sich in dem Term "g (128)" in der weiter oben angegebenen allgemeinen Berech- nungsformel wider.

In Schritt 74 wird das in den Schritten 70 und 72 bestimmte Wertepaar im Speicher 42 der Vorrichtung 10 abgespeichert. Im Schritt 76 wird der eingestellte Korrekturwert FPC (xo, yo) in- krementiert, und zwar in Schritten von l. Gemäß Schritt 78 er- folgt sodann eine Abfrage, ob der maximale Korrekturwert FPC (oxo, yo) = 255 (bei 8 Bit Korrekturwertbreite) erreicht ist. Wenn ja, sind sämtliche Wertepaare der Transferfunktion im Speicher 42 abgespeichert. Zur Bildung der Umkehrfunktion ge- nügt es dann, die erhaltenen Koordinatenpaare jeweils zu ver- tauschen. Dadurch erhält man gemäß Schritt 80 die Umkehrfunkti- on g-1 der Transferfunktion g.

Ist der maximale Korrekturwert noch nicht erreicht, erfolgt ge- mäß Schleife 82 ein neuer Schleifendurchlauf.

In einem ebenfalls bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Be- stimmung der Transferfunktion g bzw. deren Umkehrfunktion g-1 eine Näherungsgerade herangezogen. In diesem Fall genügt es, zwei Wertepaare der Transferfunktion in der anhand Fig. 3 be- schriebenen Art und Weise einzulesen. Anschließend wird durch an sich bekannte Differenz-und Quotientenbildung die Steigung m der Näherungsgeraden bestimmt. Bei einer Korrekturwertbreite von 8 Bit werden bevorzugt die Funktionswerte zu den Korrektur- werten 178 (= 128 + 50) und 78 (= 128-50) aufgenommen, da dies zu einer Näherungsgeraden führt, die die Transferfunktion sehr gut annähert. Anschaulich wird die Transferfunktion hier- durch um ihren symmetrischen Nullpunkt herum linearisiert.

Je genauer die Steigung m der Transferfunktion im Bereich der Linearisierung bekannt ist, desto schneller erreicht das in Fig. 2 beschriebene Verfahren die optimalen Korrekturwerte. Mit den angegebene Werten konnten Korrekturwerte, die dem herkömm- lichen Verfahren entsprechen, bereits im ersten Iterations- schritt erreicht werden. Bereits nach zwei Iterationsschritten waren sehr gute Ergebnisse erreicht.

In bevorzugten Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbei- spiele wird die Transferfunktion bzw. deren Umkehrfunktion an- hand der Bildsignalwerte mehrerer Bildzellen bestimmt. Des wei- teren können anstelle eines einzelnen Bildsignalwertes pro Bildzelle mehrere Bildsignalwerte pro Bildzelle hintereinander, beispielsweise 16, aufgenommen werden. Dann wird deren zeitli- cher Mittelwert zur Bestimmung der Transferfunktion bzw. deren Umkehrfunktion verwendet. Dadurch werden statistische Schwan- kungen der Bildsignalwerte über der Zeit eliminiert. In einer bevorzugten Abwandlung des anhand Fig. 2 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels wird eine zeitliche Mittelung auch in den Schritten 52 und 56 sowie gegebenenfalls auch 54 durchgeführt.

Wenn man die Bestimmung der Transferfunktion, insbesondere die Bestimmung der Steigung m, für jeden Bildsensor 12 und zu Be- ginn jeder Aufnahme ermittelt, wird der Einfluß des variablen Verstärkers 34 auf die FPN-Korrektur eliminiert. Man erhält da- durch eine gleichbleibend optimale Bildqualität.