DE19940385A1 - Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsignals - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsignals, insbesondere des Ausgabesignals eines CCD-Sensors. Das analoge Ausgabesignal des CCD-Sensors wird einer ersten analogen Steuereinheit zugeführt, deren Ausgabesignal wiederum einer zweiten analogen Steuereinheit zugeführt wird. Die Ausgabe der zweiten analogen Steuereinheit wird in ein Digitalsignal gewandelt. Daten entsprechend dem Sensorsignal enthaltener Referenzen werden aus dem analog/digital-gewandelten Sesorsignal aussortiert und einem Mikroprozessor (1) zugeführt. Der Mikroprozessor (1) erzeugt Steuersignale, die über geeignete Digital/Analog-Wandler den ersten und zweiten Steuereinheiten (7, 9) zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsignals, und insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltung, um das Ausgabesignal eines CCD- Sensors (Charge Carpet Device) bezüglich der Nullpunktver­ schiebung und des Verstärkungsfaktors zu regeln.

CCD-Kameras liefern an ihren Ausgängen analoge Videosignale, die vor der Analog/Digital-Wandlung noch aufbereitet werden müssen. Hierbei werden üblicherweise zwei Stellgrößen verän­ dert. Zum einen wird der sogenannte Schwarzwert eingestellt (Nullpunktverschiebung oder Offsetkorrektur). Darüber hinaus wird die Verstärkung des Signals eingestellt, so daß der Si­ gnalpegel an den Arbeitsbereich des nachfolgenden Ana­ log/Digital-Wandlers angepaßt ist.

Für die Einstellung der Nullpunktverschiebung sind einige CCD-Sensoren mit einem Schwarzwertreferenzpixel ausgestattet, dem ein fester Wert zugewiesen ist. Anhand dieses Schwarzwer­ treferenzpixels kann dann der Nullpunkt des CCD-Sensorsignals eingestellt werden. Üblicherweise erfolgt diese Einstellung mit Hilfe von Potentiometern per Hand. Mit diesem Ansatz las­ sen sich zum Beispiel bei einer Endprüfung die gewünschten Werte einstellen. Allerdings ist eine Nachführung bei Tempe­ raturänderungen, bei der Alterung der Bauteile oder bei son­ stigen Driften des Signals nicht möglich.

In letzter Zeit sind CCD-Sensoren eingesetzt worden, die eine Nullpunktverschiebungs-Regelung einhalten. Hierbei wird der im CCD-Sensor untergebrachte Schwarzwertreferenzpixel auf ei­ nen festen Wert (zum Beispiel 2) nachgeregelt. Eine Nachfüh­ rung beim Driften des Signals ist damit möglich. Diese Art von Regelung erfolgt üblicherweise durch eine starre Hardware und hatte keine Flexibilität bezüglich des Regelalgorithums oder der Regelparameter.

Im Zusammenhang mit der Einstellung der Verstärkung waren üb­ licherweise ebenfalls Potentiometer vorgesehen. Auch diese haben den Nachteil, daß bei einem Driften des Signals im Lauf der Zeit eine Nachführung nicht automatisch erfolgt. Dies ist insbesondere deshalb nachteilhaft, da die Verstärkung unter anderem von der Empfindlichkeit des CCD-Sensors, den Eigen­ schaften der Beleuchtung, der Bauteiletoleranz des CCD- Sensors, der analogen Hilfsbauelemente, der Referenzspannung des Analog/Digital-Wandlers, der Umgebungstemperatur und der Alterung des Systems abhängt. Diese Werte sind darüber hinaus jeweils von Liefercharge zu Liefercharge, von der Temperatur und dem Alter der Bauteile beeinflußt. Sie schwanken deshalb auch während der Betriebszeit.

Eine Nachführung der Verstärkung ist das entstehende Bild deshalb von den oben genannten Faktoren abhängig und für eine komplexe Bildverarbeitung bzw. Zeichenerkennung nur schwer brauchbar. Die oben genannten Einflüsse zeigen sich bei Schwarzweiß- bzw. Graukameras in Form von Helligkeitsunter­ schieden. Bei Farbkameras wird das Problem noch durch den zu­ sätzlichen Farbfehler kompliziert.

Deshalb sahen bekannte CCD-Kameras bzw. Videogeräte vor, nach der Analog/Digital-Wandlung des CCD-Signals einen Weißab­ gleich durchzuführen.

In letzter Zeit sind CCD-Kameras aufgetreten, die einen Weiß­ abgleich bereits vor der Analog/Digital-Wandlung des CCD- Signals durchführen. Hierfür wird vor dem eigentlichen Ab­ tastbeginn ein Probebild (Prescan) aufgenommen und ausgewer­ tet. Aus diesen Ergebnissen wird die Verstärkung in wenigen Stufen (üblicherweise 4 oder 16) grob nachgestellt und belas­ sen. Die Feinjustierung des Weißabgleichs bleibt weiterhin der nachfolgenden digitalen Signalverarbeitung überlassen. Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte Spitzenwerterfassung, die eine einfache Regelung darstellt. Im digitalen Bildsignal wird in einem Kanal (z. B. grün) über eine starre Hardware der maximale Videowert einer Bildzeile erfaßt und das ganze Kamerasystem global hoch- oder heruntergeregelt. Driften, To­ leranzen in den einzelnen Kanälen und ähnliche Einflüsse kön­ nen erfaßt und nachgeregelt werden.

Üblicherweise erfolgte die Spitzenwerterfassung und die dazu gehörige Regelung mittels einer starren Hardware und bot we­ nig Möglichkeiten der Flexibilität. Da darüber hinaus die Re­ gelung erst nach der Analog/Digital-Wandlung des Signals er­ folgte, waren die Schaltungen kompliziert und aufwendig.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsi­ gnals zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltung für die Regelung der Verstär­ kung eines Sensorsignals enthält eine erste Steuereinheit, die über einen Eingangsanschluß das Sensorsignal und über ei­ nen Steueranschluß ein Nullpunktverschiebungssignal empfängt und die ein nullpunktkorrigiertes Sensorsignal ausgibt, eine zweite Steuereinheit, die über einen Eingangsanschluß das nullpunktkorrigierte Sensorsignal und über einen Steueran­ schluß ein Verstärkungssignal empfängt und die ein verstärk­ tes Sensorsignal ausgibt, einen Analog/Digital-Wandler, der das nullpunktkorrigierte, verstärkte Sensorsignal in ein di­ gitales Sensorsignal wandelt und ausgibt. Die erfindungsgemä­ ße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikro­ prozessor aufweist, der das digitale Sensorsignal empfängt und das Nullpunkt-Verschiebungssignal und das Verstärkungs­ signal ausgibt, wobei der Mikroprozessor das Nullpunkt- Verschiebungssignal und das Verstärkungssignal in Abhängig­ keit von den digitalen Sensorsignalen einstellt.

Entsprechend einem bevorzugten erfindungsgemäßen Aspekt weist die erfindungsgemäße Schaltung darüber hinaus einen Abtaster auf, der die Ausgabe des Analog/Digital-Wandlers abtastet und Bezugsdaten von im digitalen Sensorsignal enthaltenen Bezugs­ punkten aussortiert. Diese Bezugsdaten werden einem FIFO- Speicher (First-In-First-Out-Speicher) zugeführt, zwischen­ gespeichert und an den Mikroprozessor weitergeleitet, wobei der Mikroprozessor die Einstellung des Nullpunkt- Verschiebungssignals und des Verstärkungssignals in Abhängig­ keit von den Bezugsdaten durchführt. Durch das Vorsehen des FIFO-Speichers und des Abtasters ist es möglich, einen einfa­ cheren Mikroprozessor zu verwenden, dem nur ein verringerter Datenstrom mit entsprechend niedrigerem Takt zugeführt wird.

Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfin­ dung umfaßt die Erfindung einen ersten Digital/Analog- Wandler, der das von dem Mikroprozessor ausgegebene Null­ punkt-Verschiebungssignal in ein analoges Nullpunkt- Verschiebungssignal wandelt, und einen zweiten Digi­ tal/Analog-Wandler, der das von dem Mikroprozessor ausgegebe­ ne Verstärkungssignal in ein analoges Verstärkungssignal wan­ delt, wobei die erste und zweite Steuereinheit durch das ana­ loge Nullpunkt-Verschiebungssignal und das analoge Verstär­ kungssignal gesteuert werden. Diese Bauweise ermöglicht es, für die erste Steuereinheit einen analogen Summierer einzu­ setzen, der das analoge Nullpunkt-Verschiebungssignal einfach dem Sensorsignal hinzuaddiert. Ebenso kann für die zweite Steuereinheit ein einfacher analoger Multiplizierer verwendet werden, der das Sensorsignal mit dem analogen Verstärkungs­ signal multipliziert.

Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfin­ dung ist das Sensorsignal das analoge Ausgabesignal eines CCD-Sensors. Durch die erfindungsgemäße Schaltung lassen sich CCD-Kameras erheblich verbessern.

Im Fall des Einsatzes der Schaltung im Zusammenhang mit einem CCD-Sensor ist es vorteilhaft, die erste und zweite Steuer­ einheit jeweils in eine Mehrzahl von Steuerelementen zu un­ terteilen. Üblicherweise geben CCD-Sensoren abwechselnd ein gerades Teilbild (bestehend aus der zweiten, der vierten, der sechsten, . . . . der 2n-ten Zeile) und ein ungerades Teilbild (bestehend aus der ersten, der dritten, der fünften . . . der (2n - 1)-ten Zeile) aus. Indem nun die geraden und ungeraden Teilbilder getrennt voneinander bezüglich der Nullpunktver­ schiebung und der Verstärkung gesteuert werden, kann in wei­ ter verbesserter Art den Besonderheiten des CCD-Sensors Rech­ nung getragen werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Mi­ kroprozessor von außen Regelungsparameter erhalten kann, so daß eine hohe Flexibilität der Regelung möglich ist.

Um abrupte Änderungen im abgetasteten Bild zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Mikroprozessor die Änderungen des Nullpunkt-Verschiebungssignals und des Verstärkungssignals in kleinen Schritten durchführt, die kleiner als die Signal­ schrittweite des Analog/Digital-Wandlers sind.

Im Folgenden wird die Erfindung detailliert anhand der bei­ liegenden Figuren erläutert, in denen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 3 den Signalverlauf einer Abtastzeile ohne die erfin­ dungsgemäße Regelung; und

Fig. 4 den Signalverlauf einer Zeile mit der erfindungsgemä­ ßen Regelung.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung enthält einen Mikroprozessor oder µ-Controller 1. Der Mikroprozessor 1 ist ausgestaltet, um ein Steuersignal an einen ersten und zweiten Digi­ tal/Analog-Wandler 3, 5 auszugeben. Der erste Digital/Analog- Wandler 5 gibt ein analoges Steuersignal an den Steuereingang einer ersten Steuereinheit 7 aus. Die Steuereinheit 7 emp­ fängt ein analoges Ausgabesignal eines Sensors, in der ge­ zeigten Ausführungsform eines CCD-Sensors 15, das Bildinfor­ mation enthält. Die erste Steuereinheit 7 kann beispielsweise ein analoger Summierer sein, in dem das analoge Ausgangs­ signal des Digital/Analog-Wandlers 3 und das analoge Aus­ gangssignal des Sensors 15 miteinander addiert werden.

Das Ausgabesignal der ersten Steuereinheit 5 wird einer zwei­ ten Steuereinheit 9 zugeführt, die ihrerseits an ihrem Steu­ ereingang das Ausgabesignal des zweiten Digital/Analog- Wandlers 5 empfängt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Steuereinheit 9 ein analoger Multiplizierer, der das Eingangssignal mit dem Steuersignal multipliziert.

Der Ausgang der zweiten Steuereinheit 9 ist mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 11 verbunden, der in der ge­ zeigten Ausführungsform ein digitales Bildsignal ausgibt, das in einer nicht gezeigten Schaltung digital weiterverarbeitet wird, beispielsweise durch Hinzufügen von Synchronisiersigna­ len, Korrektur der Verstärkung aufgrund von Schwankungen der einzelnen Sensorelemente des CCD-Sensors 15, χ-Korrektur, Rauschunterdrückung, Kompensation von Verwacklern der Kamera und ähnlichem.

Das digitale Ausgabesignal wird außerdem einem Abtaster 13 zugeführt, dessen Ausgabe der gezeigten Ausführungsform über einen FIFO-Speicher (First-In-First-Out-Speicher) 17 wieder­ um dem Mikroprozessor 1 eingegeben wird.

Im Folgenden wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung erläutert.

Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Sensor, bei­ spielsweise der CCD-Sensor 15 enthält in dem erfaßten Bereich eine Weißreferenz. Bei heute verwendeten CCD-Sensoren sind Schwarzreferenzen bereits üblich geworden. Die Weiß- bzw. Schwarzreferenz ist eine Folge von Pixeln, die eine exakte Wiedergabe einer weißen bzw. schwarzen Fläche darstellen. Durch das Vorsehen dieser Weiß- und Schwarzreferenz in dem CCD-Sensor 15 enthält das Ausgabesignal des Sensors in peri­ odischer Wiederholung Signale, die der Wiedergabe einer schwarzen Fläche bzw. einer weißen Fläche entsprechen. Der Abtaster 13 ist ausgestaltet, um aus dem Strom digitale Aus­ gabedaten des Analog/Digital-Wandlers 11 die Daten bezüglich der Schwarz- und Weißreferenz herauszufiltern. Diese Daten werden dann über den FIFO-Speicher 17 mit einer geeigneten Zeitsteuerung dem Mikroprozessor 1 eingegeben. Der Mikropro­ zessor 1 regelt dann die beiden Ausgabesignale für die erste Steuereinheit 7 und die zweite Steuereinheit 9 zur Optimie­ rung der Signale für die Schwarz- bzw. Weißreferenz. Hierzu wird zunächst das Ausgabesignal für die erste Steuereinheit 5 angepaßt, so daß der Schwarzreferenz der Nullpegel des Ausga­ besignals zugeordnet wird. Anders gesagt, die Addition des Ausgabesignals des Analog/Digital-Wandlers 3 und des Signals entsprechend der Schwarzreferenz durch den CCD-Sensor 15 in der ersten Steuereinheit 5 wird auf Null geregelt.

Beim nächsten Erfassen der Schwarzreferenz und der Weißrefe­ renz durch den Abtaster 13 und den Mikroprozessor 1 wird dann die zweite Steuereinheit 9 so geregelt, daß der Signalbereich des dem Analog/Digital-Wandlers 11 zugeführten Signals für diesen optimal ist, um den gesamten Bereich des Wandlers aus­ zunutzen. Hierfür wird das Steuersignal, das über den zweiten Analog/Digital-Wandler 5 der zweiten Steuereinheit 9 zuge­ führt wird, so geregelt, daß die Multiplikation des Steuersi­ gnals mit dem Ausgabesignal des CCD-Sensors 15 für die Weiß­ referenz dem Maximalwert der Wandlung durch den Ana­ log/Digital-Wandler 11 entspricht.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat ein Ausmaß an Flexibili­ tät, da die für die Regelung benötigten Sollwerte und Steuer­ größen über den Mikroprozessor frei programmierbar sind und auch während des Betriebs leicht geändert werden können. Durch das periodische Wiederholen der Regelung, beispielswei­ se bei jeder Abtastung durch den CCD-Sensor 15, wird ein Nachregeln während des Betriebs gewährleistet, so daß ein Da­ vonlaufen der optimalen Abtastung aufgrund von Temperatur­ schwankungen oder Spannungsschwankungen vermieden wird. Das von dem Mikroprozessor 1 zur Steuerung verwendete Programm kann entsprechend den jeweiligen Erfordernissen ausgestaltet sein. Bei dem gezeigten CCD-Sensor 15 wäre es beispielsweise unerwünscht, innerhalb eines Abtastvorganges eines Bildes sichtbare Kanten aufgrund der Regelung zu erhalten. Daher kann es angebracht sein, die Regelschritte kleiner als die Schrittweite des Analog/Digital-Wandlers 11 zu wählen. Wich­ tig ist hierbei nur, daß die Software des Mikroprozessors 1 einen geeigneten Korrekturwert ermitteln kann. Dieser Korrek­ turwert wird dann über die Digital/Analog-Wandler 3 und 5 wieder in ein Analogsignal umgewandelt und dient der eigent­ lichen analogen Signalaufbereitung durch die Steuereinheiten 7 und 9 als Stellgröße.

Die Regelung durch die erfindungsgemäße Schaltung ist von der nachfolgenden Bildaufnahme bzw. Bildverarbeitung unabhängig und verläuft zu dieser parallel, das heißt gleichzeitig. Es wird keine große Verzögerung eingeführt, da die analogen Steuereinheiten 7 und 9 keine große Signalverzögerung bewir­ ken, was die Synchronisation des CCD-Signals mit den Horizon­ tal- und Vertikalsynchronisiersignalen für die Bildverarbei­ tung erleichtert.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es auch möglich, wäh­ rend des Scannens die Verstärkung nachzuführen. Ein Wegdrif­ ten des Bildes bei länger andauernden Scannvorgängen, wie beispielsweise bei der Stapelverarbeitung von Belegen, ist nicht mehr möglich. Die Bildqualität bleibt über den gesamten Zeitraum konstant und kann durch eine nachfolgende Bildverar­ beitung voll ausgenutzt werden, so daß eine qualitativ ver­ besserte Wiedergabe abgescannter Bilder ermöglicht wird.

Darüber hinaus erspart die erfindungsgemäße Schaltung den Einsatz einer Vielzahl von Stellpotentiometer zur Justage und Einstellung der verschiedenen Spannungspegel.

Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsi­ gnals. Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel bezieht sich auf einen Farb-CCD-Sensor mit 3 × 2 n-Pixeln. Der CCD-Sensor 15 dieser Ausführungsform gibt getrennte Signale für geradzahlige und ungeradzahlige Teilbilder aus. Darüber hinaus werden für je­ des Teilbild drei Farbsignale, beispielsweise in rot, grün und blau ausgegeben. Auch der CCD-Sensor 15 in dieser Ausfüh­ rungsform ist mit einer Schwarzreferenz ausgestattet. Außer­ dem weist er eine Referenz für die Farben rot, grün und blau auf.

Im Unterschied zu der Schaltung aus Fig. 1 gibt der Sensor 15 dieser Ausführungsform somit zwei getrennte Bilder aus, eines für das gerade Teilbild und eines für das ungerade Teilbild. Diese Signale werden in getrennten Verarbeitungssträngen wei­ terverarbeitet. Jeder der Verarbeitungsstränge weist eine Steuereinheit zur Korrektur der Nullpunktverschiebung (Offset) 71, 73 und eine Steuereinheit 91, 93 zur Korrektur der Verstärkung auf, beispielsweise eine AGC-Schaltung (Auto­ matic Game Controll-Schaltung). Die Steuereinheiten 71, 73, 91, 93 werden über Digital/Analog-Wandler 3, 5 mit analogen Steuersignalen versorgt, die auf digitalen Ausgabesignalen beruhen, welche ihrerseits von dem Mikroprozessor 1 ausgege­ ben werden.

Die Ausgabesignale der Steuereinheiten 91, 93 werden getrennt zwei Analog/Digital-Wandlern 111, 113, beispielsweise mit ei­ ner Tiefe von 8 Bit, zugeführt, und die digitalen Ausgabesi­ gnale der beiden Analog/Digital-Wandler 111, 113 werden einem Abtaster oder Multiplexer 13 zugeführt. Wie in der ersten Ausführungsform filtert (fischt) der Abtaster 13 die zu den Referenzstellen gehörige Bildinformation aus dem Datenstrom heraus und liefert die entsprechenden Signale über einen ge­ eigneten Zwischenspeicher, auch hier in FIFO-Speicher 17, an den Mikroprozessor 1.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Zeitsteuerung durch einen Zeitsteuerungsgenerator 19 durchgeführt, dessen Zeitsteuerungssignale sowohl dem FIFO-Speicher 17 als auch dem CCD-Sensor 15 zugeführt werden. Der Zeitsteuerungsgenera­ tor 19 steht auch in Verbindung mit dem Mikroprozessor 1.

Dem Mikroprozessor 1 werden von außen die Regelungsbarometer zugeführt.

Obwohl es detailliert nicht gezeigt ist, kann jede Steuerein­ heit jedes der beiden getrennten Kanäle für die geraden Teil­ bilder und die ungeraden Teilbilder aus drei einzelnen Steu­ erelementen gebildet sein, die voneinander getrennt jeweils die Signale entsprechend einer Farbe rot, grün oder blau be­ arbeiten.

Die einzelnen Steuerglieder oder Untersteuereinheiten können dann, getrennt sowohl den Nullpunkt (Offset), als auch die Verstärkung, getrennt für jede einzelne Farbe und für jedes Teilbild, einstellen. Dies ermöglicht bei der Abtastung von Farbbildern eine optimale Bildqualität. Durch den Einsatz des FIFO und durch geeignete Zeitsteuerung durch den Zeitsteue­ rungsgenerator 19 ist es möglich, den Mikroprozessor 1 in ge­ eigneter Zeitsteuerung nicht mit der gesamten Datenflut der Analog/Digital-Wandler 111, 113 zu versorgen, sondern mit entsprechend langsamerer Taktung nur mit den relevanten Daten für die entsprechenden jeweiligen Referenzen.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind gegenüber dem bekann­ ten Stand der Technik, der eine Einstellung des Nullpunktes sowie der Verstärkung mit Potentiometern vorsah, das Einspa­ ren von 12 getrennt einzustellender Potentiometer möglich, was eine deutliche Vereinfachung für CCD-Sensoren und ähnli­ che bewirkt.

Obwohl der oben beschriebene CCD-Sensor 15 für Farbsignale sechs Ausgänge hatte, also zwei Teilbilder mit je drei Far­ ben, ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Regelung nicht auf sechs Ausgänge beschränkt. Bei anderen Anwendung als bei CCD- Sensoren ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Prinzip eine beliebige Anzahl von Ausgängen getrennt zu regeln. Auch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß die Regelungen voneinander unabhängig sind. Beispielsweise kann durch eine geeignete Software des Mikroprozessors 1 bewirkt werden, daß die Verstärkung durch die Steuereinheiten 91 und 93 in jedem Teilbild so angelegt sind, daß das Aufsummieren der drei Far­ ben einen optimalen Weißabgleich ergibt.

Den Referenzen, etwa der Weißreferenz oder Schwarzreferenz der ersten Ausführungsform, ist es vorzuziehen, daß diese am Rand der Abtastzone des CCD-Scanners sind. Sie brauchen nicht ständig sichtbar zu sein. Um die Abtastzone durch die Refe­ renzen nicht zu verkleinern, kann eine oder auch mehrere Re­ ferenzen zyklisch eingeblendet werden, beispielsweise durch eine weiße Markierung auf einer rotierenden Walze. In einer bevorzugten Ausführungsform entscheidet der Mikroprozessor 1 mittels Plausibilitätsprüfung über die Gültigkeit der Refe­ renz. Es ist desweiteren auch nicht erforderlich, daß sich die Referenz innerhalb der ??? des Sensors befindet.

Bei dem in der zweiten Ausführungsform gezeigten Farb-CCD- Sensor ist es vorzuziehen, daß sich die Regelung nur an einem Meßpunkt also einigen Pixeln pro Auszug orientiert, die über den Mikroprozessor einstellbar sind. Das Referenzsoll ist über den Mikroprozessor, der eine Parameterschnittstelle auf­ weist, von außen für jeden der sechs Kanäle einstellbar. So können beispielsweise die Schwarzreferenz, das heißt, die Nullpunktverschiebung und die Weißreferenz, das heißt, die Verstärkung, getrennt eingestellt werden.

Die Schwarzreferenz muß nicht notwendigerweise als abzuta­ stendes Element vorgesehen sein. Auch eine fest einprogram­ mierte Schwarzreferenz ist möglich.

Fig. 3 zeigt Beispiele für die Abtastung einer Zeile durch einen CCD-Sensor ohne die erfindungsgemäße Regelung. Die ab­ getastete Zeile zeigt das sogenannte "Shadying" der Kamera (Bogen in der Aussteuerung), der nicht weiter Gegenstand die­ ser Erfindung ist und von den in den Ausführungsformen ge­ zeigten Schaltungen auch nicht beseitigt wird. Zur Beseiti­ gung des "Shadying" sind Schaltungen bekannt und im Einsatz, die nach der Analog/Digital-Wandlung des Bildsignals diesen Effekt korrigieren. Beispielsweise kann dies über eine nach­ geschaltete Einheit erfolgen, welche über eine dreifache, pi­ xelweise und multiplikative Shadyingkorrektur verfügt.

Wie die Zeichnung zeigt, schwanken die Signalpegel für die einzelnen Farben sowie für die geraden und ungeraden Teilbil­ der erheblich.

Fig. 4 zeigt den Signalverlauf der Abtastung einer Zeile durch den CCD-Sensor nach der erfindungsgemäßen Regelung. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, können die Schwankungen der ein­ zelnen Ausgabesignale und der Referenzen des CCD-Sensors durch die erfindungsgemäße Schaltung vollständig beseitigt werden, so daß eine optimale Bildaufbereitung durch die nach­ folgende digitale Signalverarbeitung möglich ist.

In den gezeigten Schaltungen der Fig. 1 und 2 sind zwi­ schen dem CCD-Sensor 15 und den Eingängen der ersten Steuer­ einheiten 7, 71, 73 noch Vorverstärken 21 vorgesehen. Anders gesagt, die verwendeten CCD-Sensoren verfügen an jedem ihrer Ausgänge über einen Verstärker.

In den gezeigten Ausführungsformen sind für jedes Signal oder Teilsignal des CCD-Sensors zwei Steuereinheiten vorgesehen. Falls erforderlich, können noch weitere analoge Verarbei­ tungsschritte enthalten sein, etwa eine Verstärkerkaskade oder ähnliches. Jede Stufe einer solchen in Kaskade geschal­ teten Verstärkerkette kann getrennt geregelt werden.

Durch den Mikroprozessor 1 ist es problemlos möglich, für je­ des Teilsignal oder jeden Kanal (bei der Ausführungsform aus Fig. 2 sechs Kanäle) von außen über eine Parameter- Schnittstelle geeignete Sollwerte vorzugeben. Dies kann zum einen durch den Anwender direkt oder alternativ über die nachfolgende digitale Bildverarbeitung erfolgen. Die Regelung sollte so ausgestaltet sein, daß sie darauf hinarbeitet, daß sich die von dem FIFO-Speicher 17 in den Mikroprozessor 1 eingelesenen Istwerte den Sollwerten annähern.

Vorzugsweise werden für jede Referenz mehrere Pixel eingele­ sen, beispielsweise 8. Auf diese Art wird es ermöglicht, daß eine Plausibiltätskontrolle über die Gültigkeit der Referenz entscheidet. Es können beispielsweise Defekte oder schlecht arbeitende Pixel in dem CCD-Sensor oder partielle Verunreini­ gungen der Referenz ausgeglichen werden.

Vorzugsweise werden die innerhalb einer Referenz für gut be­ fundenen Pixel gemittelt und ein aktueller Istwert entspre­ chend diesem Mittelwert mit dem gewünschten Sollwert vergli­ chen. Je nach Höhe der Abweichung kann nun die dazugehörige Stellgröße nachgeführt werden. Hierbei ist allerdings darauf zu achten, daß die Stellgrößen hinreichend schnell arbeiten, ohne ein Schwingen des Regelkreises zu verursachen.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, werden für die eigentlichen Stellgrößen sowohl für die Nullpunktver­ schiebung als auch für die Verstärkung analoge Steuerungen verwendet. Diese Spannungen werden über geeignete Digi­ tal/Analog-Wandler erzeugt. Durch das Vorsehen der erfin­ dungsgemäßen Regelung, die auch als DDC-Regelung (Direct Di­ gital Controll-Regelung) bezeichnet werden kann, kann bei­ spielsweise eine Kamera mit einem CCD-Sensor sehr flexibel und während des eigentlichen Scannvorgangs geregelt werden.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung hier­ auf nicht beschränkt. Beispielsweise kann anstelle des CCD- Sensors ein anderer digital getakteter Sensor mit analogem Ausgabesignal, beispielsweise ein Echolote verwendet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Regelung wurde zunächst der Null­ punkt eingestellt und anschließend die Verstärkung nachge­ führt. Diese Reihenfolge ist für ein schnelles Einstellen der optimalen Steuergrößen zu empfehlen, aber keineswegs zwangs­ weise so vorgegeben. Es ist denkbar, zunächst die Verstärkung an den Wandlungsbereich des Digital/Analog-Wandlers anzuglei­ chen und anschließend die Nullpunktverschiebung auszuglei­ chen.

Claims (9)

1. Schaltung für die Regelung der Verstärkung eines Sensorsi­ gnals mit:
einer ersten analogen Steuereinheit (7), die das Sensorsi­ gnal und ein erstes Steuersignal (Offset) empfängt und ein erstes korrigiertes Sensorsignal ausgibt,
einer zweiten analogen Steuereinheit (9), die das erste korrigierte Sensorsignal und ein zweites Steuersignal emp­ fängt und ein zweites korrigiertes Sensorsignal ausgibt,
einem Analog/Digital-Wandler (11), der das zweite korri­ gierte Sensorsignal in ein digitales Sensorsignal wandelt und ausgibt,
gekennzeichnet durch, einen Mikroprozessor 1, der das digitale Sensorsignal emp­ fängt und das erste Steuersignal (Offset) und das zweite Steuersignal (Amp) ausgibt, wobei der Mikroprozessor (1) das erste Steuersignal (Offset) und das zweite Steuersi­ gnal (Amp) in Abhängigkeit von dem digitalen Sensorsignal einstellt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Steuereinheit die Nullpunktverschiebung des Sensorsignals korrigiert, und wobei die zweite Steuereinheit (9) die Verstärkung des nullpunktkorrigierten Sensorsignals steuert.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Abtaster (13),
der die Ausgabe des Analog/Digital-Wandlers (11) abtastet und Bezugsdaten von digitalen Sensorsignal enthaltenen Re­ ferenzen aussortiert, und
einem FIFO-Speicher (17), der die aussortierten Referenz­ daten empfängt und an den Mikroprozessor (1) ausgibt, wo­ bei der Mikroprozessor (1) die Einstellung des ersten Steuersignals (Offset) und des zweiten Steuersignals (Amp) in Abhängigkeit der Referenzdaten durchführt.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit:
einem ersten Digital/Analog-Wandler (3), der das erste Steuersignal (Offset) in ein analoges erstes Steuersignal wandelt, und einem zweiten Digital/Analog-Wandler (5), der das zweite Steuersignal (Amp) in ein analoges zweites Steuersignal wandelt,
wobei die erste und die zweite Steuereinheit (7, 9) durch das analoge erste Steuersignal und das analoge zweite Steuersignal gesteuert werden.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Sensorsignal das analoge Ausgabesignal eines CCD-Sensors 15 ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, bei der die erste und zweite Steuereinheit (7, 9) eine Mehrzahl Steuerelemente (71, 73, 91, 93) aufweisen, die eine Korrektur der Nullpunktver­ schiebung und eine Einstellung der Verstärkung für gerad­ zahlige Teilbilder und ungeradzahlige Teilbilder des CCD- Sensors (15) getrennt durchführen.

7. Schaltung nach Anspruch 6, bei der der CCD-Sensor (15) ein Farb-CCD-Sensor (15) ist, und wobei die Farben rot, grün, blau für das gerade Teilbild und das ungerade Teilbild ge­ trennt geregelt werden.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Mikroprozessor (1) zum Empfang von Regelungsparametern ausgestaltet ist.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Regelschritte durch die erste Steuereinheit 7 und die zweite Steuereinheit 9 in Schritten erfolgt, die kleiner als die Signalschrittweite des Analog/Digital-Wandlers (11) sind.