Wenn Bilder Löcher haben

Schwarze und weiße Defektpixel bei der Abbildung eines monochromen Testcharts. Für das Erkennen von Defektpixeln eigenen sich besonders große helle bzw. dunkele Flächen.
Schwarze und weiße Defektpixel bei der Abbildung eines monochromen Testcharts. Für das Erkennen von Defektpixeln eigenen sich besonders große helle bzw. dunkele Flächen.Bild: Evotron GmbH & Co. KG

Die Folgen sind schwarze, weiße oder Pixel mit kurzfristig alternierender Helligkeit. Diese Pixel liefern keine verwertbaren Informationen. GaAs-Sensoren, wie sie für kurzwelliges Infrarotlicht (NIR) eingesetzt werden, neigen verstärkt zu Pixelfehlern. Alle diese Erscheinungen führen zu einer eingeschränkten Bildqualität, verringerter Genauigkeit beim Erkennen und Vermessen von Objekten oder lokal fehlender Bildinformation. Ab wann ein Pixel als defekt gilt, hängt von der maximal zulässigen Abweichung in Bezug auf die durchschnittliche Reaktion, von der Art des Bildwandlers sowie von der konkreten Anwendung ab. Um eine Fehlerkorrektur durchführen zu können, sind als Defektpixel ausschließlich nicht benachbarte Pixel erlaubt. Bei fehlerhaften benachbarten Pixeln gilt der gesamte Bildsensor als unbrauchbar. Die Anzahl zulässiger Defektpixel ist anwendungsabhängig und wird durch Technologie bestimmte Güteklassen beschrieben.

Vielfach ermöglicht eine intelligente Signalverarbeitung eine Fehlerkorrektur von Defektpixeln bereits in der Kamera. Eine einfache Korrekturvariante für monochrome Bildsensoren besteht darin, den Intensitätswert des defekten Pixels durch den Durchschnittswert der umgebenden Pixel zu ersetzen. Die Kompensation von Daten von Farbsensoren ist je nach Sensortyp aufwändiger (Mosaikfilter oder Mehrchipsensor) und erfolgt nach verschiedenen Verfahren. Bei der statischen Korrektur werden die x-y-Positionen fehlerhafter Pixel ermittelt und während der Sensorkalibrierung im Defektpixelspeicher (Defekt-Pixel-Map) abgelegt. So können die lokalisierten Defektpixel mit Korrekturwerten an festen Orten versehen werden.

Eine dynamische Defektpixelkorrektur wird für jedes aktuell eingezogene Bild durch ein Monitoring der Pixelwerte durchgeführt und kann somit in Echtzeit auf akut auftretende Pixelfehler reagieren. Die dazu notwendigen lokalen Pixeloperationen sind rechenintensiv und müssen sehr schnell erfolgen. Sie werden daher effektiv FPGA-basiert in der Kamera berechnet und belasten so die CPU des zugehörigen Bildverarbeitungssystems nicht.

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