Messung der Übertragungseigenschaften einer hochauflösenden Farbkamera mit CCD-Flächensensor

Zusammenfassung

In diesem Artikel werden einige neuartige Methoden zur quantitativen Bestimmung der Übertragungseigenschaften abtastender Bildsensoren vorgestellt. Eine zur direkten Ermittlung der Modulations-Übertragungsfunktion und chromatischen Aberrationen des gesamten Systems einschließlich abbildender Optik nahezu ideal geeignete Bildvorlage ist die Fresnel’sche Zonenplatte, deren Eigenschaften und kohärent-optische Herstellung beschrieben werden. Angewandt werden diese Methoden beispielhaft auf die am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik entwickelte digitale Charge Coupled Device (CCD)-Farbkamera ProgRes 3000, die durch piezogesteuerte Aperturverschiebung eine programmierbare Auflösung von bis zu 3000 × 2300 Bildelementen (Pel) je Farbkanal erzielt. Dies entspricht der Qualität eines hochwertigen 35mm-Diapositivs, mit sogar noch verbessertem Signal-zu-Rausch-Verhältnis.

Weiterhin werden Methoden beschrieben zur Quantifizierung der geometrischen Genauigkeit der vorgenannten Kamera. Es handelt sich dabei um überbestimmte Verschiebungsschätzungen nach dem Gradientenverfahren mit lokal quadratisch modelliertem Grauwertverlauf, wobei die Ausgleichsrechnung durch Lösung der diskreten Laplacegleichung auf einem Torus erfolgt. Die typischen Restfehler der Piezoverschiebung von weniger als 200 Nanometer (RMSE) lassen sich erforderlichenfalls wegen der bedingt durch Aperturüberlappung praktisch aliasfreien Bildgewinnung und der extrem genauen Verschiebungsschätzung (≈10nm) durch Resampling im Idealraster systemtheoretisch korrekt noch um ungefähr eine Größenordnung reduzieren.