AT390343B - Festkoerper-fernsehkamera - Google Patents

Description

Nr. 390 343

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Fernsehkamera mit mindestens einer Festkörper-Bildabtasteinrichmng, die eine Vielzahl von einzelnen Lichtabtasteinheiten aufweist, die sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Reihen angeordnet sind, um der Reihe nach ein Signal, das einem Bild entspricht, dadurch zu erzeugen, daß eine von den Lichtabtasteinheiten erzeugte Ladung übertragen wird, mit einem Synchronisiersignalgenerator, welcher 5 Zeilen- und Bildsynchronisiersignale erzeugt, einem mit dem Synchronisiersignalgenerator gekoppelten Taktimpulsgenerator, der von den Synchronisiersignalen gesteuert wird und verschiedene Arten von Taktimpulsen erzeugt, die eine Übertragung der Ladung steuern, welche in den Lichtabtasteinheiten erzeugt wird, einer vor der Festkörper-Bildabtasteinrichtung angeordneten Blendeneinrichtung, welche die Lichtmenge des Bildes regelt, die auf die lichtabtasteinheiten fällt, und mit einem Antrieb zur Steuerung der Blendeneinrichtung. 10 In Übereinstimmung mit dem Fortschreiten der Halbleitertechnologie wurden in letzter Zeit in vielen Laboratorien Festkörper-Bildabtastvorrichtungen entwickelt Unter den verschiedenen Arten von Festkörper-Bildabtastern ist ein Bildabtaster mit ladungsgekoppelter Vorrichtung besonders interessant.

In Abhängigkeit von der Anordnung der ladungsgekoppelten Vorrichtung gibt es zwei Arten von Abtasteinrichtungen mit ladungsgekoppelter Vorrichtung. Bei der einen handelt es sich um die sogenannte 15 "Bildübertragunsgart" und bei der anderen um die sogenannte "ZwischenzeilenQbertragungsart". Die erste Art der

Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung besitzt eine Bildabtastmatrix mit einer Vielzahl von einzelnen Lichtabtasteinheiten, die sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Reihen angeordnet sind, Zwischenspeichereinrichtungen, die in der gleichen Anzahl wie die Lichtabtasteinheiten vorhanden sind, um die in den Lichtabtasteinheiten erzeugten Ladungen zu speichern und zu übertragen, und ein Schieberegister, um die 20 Ladungen von den Speichereinheiten der Reihe nach zu empfangen und ein Signal zu erzeugen, das das Bild kennzeichnet. Wenn bei dieser Art einer Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung die Lichtabtasteinheiten während des Übertragungsintervalls für die Ladung von der Bildabtastmatrix zum Zwischenspeicherbereich mit dem Licht des Bilds angestrahlt werden, wird die unerwünschte Ladung mit der übertragenen Ladung gemischt, die das Bild kennzeichnet. Infolge dieser unerwünschten Ladung enthält das 25 Ausgangssignal der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung ein sogenanntes Verschmierungssignal, das dazu führen kann, daß der schwarze Teil des Bildes weißlich wird, besonders dann, wenn das Bild einen hohen Kontrast besitzt, wie dies bei Außenaufnahmen der Fall ist Die Abtasteinrichtungen mit ladungsgekoppelter Vorrichtung der Zwischenzeilen-Übertragungsart erzeugen das Verschmierungssignal ebenfalls, obgleich sich der Entstehungsgrund von jenem bei Abtasteinrichtungen mit ladungsgekoppelter 30 Vorrichtung der Bildübertragungsart unterscheidet, da die ladungsgekoppelte Vorrichtung unterschiedlich angeordnet ist. Das Auftreten der Verschmierung ist bei Festkörper-Abtastvonichtungen unvermeidlich und führt zu Beeinträchtigungen im erzeugten Signal.

Im allgemeinen besitzt eine Fernsehkamera eine Blendenvomchtung in einem optischen System, das vor der Lichtabtasteinrichtung angeordnet ist, um die Lichtmenge zu regeln, die auf die Bildabtastvomchtung fällt, so daß 35 das Ausgangssignal den richtigen Pegel besitzt. In jüngster Zeit besitzen viele Fernsehkameras eine automatische

Blendenregelung, um die Arbeitsweise der Blendeneinrichtung mit dem Mittelwertpegel des Ausgangssignals der Bildabtastvorrichtung zu regeln. Wenn das von der Fernsehkamera aufgenommene Bild einen kleinen, hellen Fleck auf dunklem Hintergrund besitzt, ist der Mittelwerlpegel des Ausgangssignals relativ klein, wobei gemäß dem bestehenden Blendenregelsystem die Blendeneinrichtung so geregelt wird, daß auf die Bildabtastvomchtung 40 mehr Licht fallen soll. Dadurch leuchtet der helle Heck strahlender, das unerwünschte Verschmierungssignal, das infolge des hellen Flecks entsteht, wird größer und das vom aufgenommenen Signal wiedergegebene Bild wird verrauscht. Weiters erfordert die Mittelwertbildestufe einen sehr komplizierten Schaltungsaufbau, besonders dann, wenn das aufgenommene Signal ein digitales Signal ist, da der Halbbild- oder Vollbildspeicher das gesamte Signal während eines Vollbilds oder Halbbilds mittein muß. Schließlich besitzt die Festkörper-45 Bildabtastvomchtung, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, eine Kapazitätsgrenze, um die Ladung zu verarbeiten oder zu übertragen, so daß die Ladung über dem vorgegebenen Pegel beispielsweise in einen Überlauf abgeleitet wird, der auf einem Plättchen für die ladungsgekoppelte Vorrichtung vorgesehen ist. Anders ausgedrückt: Das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung wird auf einen vorgegebenen Überlaufpegel abgeschnitten, wenn das Licht des Bildes sehr hell wird. Das aufgenommene Signal 50 entspricht daher nicht immer der genauen Lichtmenge und die Blendensteuerung mit dem Mittelwertsignal, das nicht der mittleren Lichtmenge des Bildes entspricht, kann keine genaue Regelung durchführen. Da das Verschmierungssignal proportional zur ausgestrahlten Lichtmenge erzeugt wird, vermindert die oben beschriebene Blendenregelung den Pegel des Verschmierungssignals nicht

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Festkörper-Fernsehkamera zu schaffen, die die Nachteile der bisherigen 55 Technik vermeidet und ein verbessertes Blendensteuersystem aufweist, das das Verschmierungssignal verkleinern kann. Die Steuerstufe für die Blendeneinrichtung soll dabei sehr einfach aufgebaut sein, wobei die Blendemegelung mit hoher Güte vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verschmierungssignaldetektor, welcher zwischen dem Ausgang der Festkörper-Bildabtasteinrichtung und dem Antrieb geschaltet ist und ein Verschmierungssignal vom 60 Ausgang der Festkörper-Bildabtasteinrichtung abtastet und ein Steuersignal erzeugt, welches dem Antrieb zugefiihit wird, so daß die Lichtmenge vom Pegel des Verschmierungssignals geregelt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, in denen -2-

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Fig. 1 die Vorderansicht einer Bildabtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung der Bildübertragungsart, wie sie bei der Erfindung verwendet wird; Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Kennlinien des aufgenommenen Videosignals und des Verschmierungssignals in Abhängigkeit von der Eingangslichtmenge, die auf die Festkörper-Bildabtasteinrichtung gelangt; Fig. 3 das Blockschaltbild einer Ausführungsform des Blendenregelsystems gemäß der Erfindung; Fig. 4 die Schwingungsform eines Ausgangssignals, das in einer Festkörper-Abtasteinrichtung erzeugt wird; Fig. 5 das Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines Blendenregelsystems gemäß der Erfindung und Fig. 6 das Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Blendenregelsystems, das in einer Festkörper-Farbfemsehkamera mit drei Plättchen einer ladungsgekoppelten Vorrichtung verwendet wird.

Als erstes wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung der Bildübertragungsart zeigt, die bei der Erfindung Verwendung findet. Die Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (5) von Fig. 1 besitzt eine Bildabtasteinrichtung (1), die eine Vielzahl von einzelnen Lichtabtasteinheiten aufweist, die sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Reihen angeordnet sind, Zwischenspeichereinrichtungen (2) sowie ein horizontales Schieberegister (3), um ein Videosignal zu erzeugen. Weiters sind ein Synchronisiersignalgenerator (6), um ein Zeilensynchronisiersignal und ein Bildsynchronisiersignal zu erzeugen, sowie ein Taktsignalgenerator (7) vorgesehen, der mit den Zeilen- und Bildsynchronisiersignalen angesteuert wird und verschiedene Taktsignale erzeugt, um die Arbeitsweise der Bildabtasteinrichtung (1), der Zwischenspeichereinrichtungen (2) und des horizontalen Schieberegisters (3) zu steuern. Die in der Bildabtasteinrichtung (1) erzeugte Signalladung wird vertikal in die Zwischenspeichereinrichtungen (2) übertragen, worauf die Signalladung aus den Zwischenspeichereinrichtungen (2) über das horizontale Schieberegister (3) Zeile für Zeile ausgelesen wird. Während der Übertragung der Signalladung von der Bildabtasteinrichtung (1) zu den Zwischenspeichereinrichtungen (2) fällt bei diesem Vorgang das Licht des Bilds weiterhin auf die Bildabtasteinrichtung (1), so daß infolge des Lichteinfalls während des Übertragungsintervalls eine unerwünschte Ladung erzeugt wird, welche das Verschmierungssignal im ausgelesenen Videosignal hervorruft. Die in Fig. 1 gezeigte Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung besitzt eine Kapazitätsgrenze für die Verarbeitung und Übertragung der Ladung, so daß die Ladung oberhalb des vorgegebenen Pegels in einen Überlauf (nicht dargestellt) abgeleitet wird, der im Plättchen der ladungsgekoppelten Vorrichtung vorgesehen ist. Das in der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (5) erzeugte Ausgangsvideosignal wird daher auch dann auf einen Überlaufpegel abgeschnitten, wenn das Licht des Bilds über den vorgegebenen Wert ansteigt, wie dies in Fig. 2 strichliert dargestellt ist Der Pegel des Verschmierungssignals nimmt andererseits mit der Lichtmenge proportional zu, die auf die Bildabtasteinrichtung (1) fällt, wie dies die Vollinie von Fig. 2 zeigt. Gemäß dem Blendenregelsystem, bei dem die Blende mit dem Mittelwertpegel des Videosignals geregelt wird, das man von der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung erhält, wird das im Videosignal enthaltene Verschmierungssignal nicht verkleinert und man kann keine Blendenregelung von hoher Güte erreicnen.

In Fig. 3, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, wird das Ausgangsvideosignal der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (11) über einen Pufferverstärker (12) an den Schaltarm eines Umschalters (13) gelegt. Ein erster fester Kontakt des Umschalters (13) ist mit einem Mittelwertdetektor (15) verbunden, ein zweiter fester Kontakt des Umschalters (13) liegt an einem Spitzenwertdetektor (16). Der Umschalter (13) wird mit einem Steuersignal des Synchronisiersignalgenerators (6) von Fig. 1 gesteuert, wobei der Schaltarm des Schalters (13) mit dem ersten festen Kontakt während des Bildabtastintervalls (TV) verbunden ist, das Fig. 4 zeigt, wobei das Videosignal während dieses Intervalls am Mittelwertdetektor (15) liegt, und der Kontaktarm des Schalters (13) während der Bildaustastlücke (TB) (siehe Fig. 4) mit dem zweiten festen Kontakt verbunden ist. Während der Bildaustastlücke (TB) enthält das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung nicht jenes Signal, das theoretisch das Bild kennzeichnet, so daß dieses Signal als das Verschmierungssignal betrachtet werden kann. Während der Bildaustastlücke (TB) wird dieses Verschmierungssignal an den Spitzenwertdetektor (16) über einen Verstärker (14) gelegt, der vorgesehen ist, da der Pegel des Verschmierungssignals im Vergleich zum Videosignal während des Bildabtastintervalls (TV) klein ist und das Verschmierungssignal verstärkt werden muß, um einen vergleichbaren Pegel zum Videosignal zu »halten.

Die Ausgänge der Detektoren (15) und (16) werden an eine Mischstufe (17) gelegt, um ein Steuersignal für einen Blendenantrieb (18) einer Blende (19) zu erzeugen, die vor der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (11) angeordnet ist. Die Mischstufe weist einen Vergleicher (17a), um den Ausgang des Spitzenwertdetektors (16) mit einem Bezugspegel zu vergleichen, der einen Schwellwertpegel bildet, eine Gatterstufe (17b), die mit dem Ausgang des Vergleichers (17a) gesteuert wird und den Ausgang des Detektors (16) durchläßt, wenn der Pegel des Spitzenwertdetektorausgangs höher als der Schwellwert ist, sowie eine Addierstufe (17c) auf, um den Ausgang des Mittelwertdetektors (15) und der Gatterstufe (17b) in einem geeigneten Verhältnis zu addieren. Die Blende (19) wird somit nur vom Mittelwertpegel des Videosignals gesteuert, wenn der Pegel des Veschmierungssignals relativ klein ist und das Verschmierungssignal das Videosignal nicht wesentlich stört, das das Bild kennzeichnet Wenn jedoch der Pegel des Verschmierungssignals höher als der Schwellwertpegel ist und das Verschmierungssignal einen schlechten Einfluß auf das Videosignal -3-

Claims (5)

1. Nr. 390 343 ausübt, wird die Blende (19) mit den zusammengesetzten Ausgängen des Mittelwertdetektors (15) und des Spitzenwertdetektors (16) geregelt Hier ist das Verschmierungssignal eines Zeilenintervalls in der Bildaustastliicke (TB) proportional dem integrierten Signal des Videosignals, das das gesamte Bild vertikal in der Abtasteinrichtung mit ladunsgekoppelter Vorrichtung kennzeichnet und die Signale eines jeden Zeilenintervalls in der Bildanstasüiicke (TB) sind einander sehr ähnlich, so daß das Verschmierungssignal irgendeines Zeilenintervalls so betrachtet werden kann, als ob es die Gesamtinformation der Lichtmenge während eines Halbbilds besitzt Der Spitzenwertdetektor (16) kann daher so aufgebaut werden, daß er den Spitzenpegel des Signals nur während eines Zeilenintervalls in der Bildaustasüücke (TB) abtastet Gemäß der Ausführungsform von Fig. 3 kann, wie später gezeigt wird, die Blendenregelung zur Herabsetzung des Pegels des Verschmierungssignals verwirklicht werden, wenn dieses merklich groß ist, da sowohl der Mittelwertpegel des Videosignals als auch der Spitzenwertpegel des Verschmierungssignals als Steuersignal der Blende (19) verwendet werden. Fig. 5 zeigt eine zweite Ausfiihrungsform der Erfindung, wobei nur das Verschmierungssignal sowohl an den Spitzenwert· als auch den Mittelwertdetektor parallel angelegt wird und das Steuersignal für die Blende (19) nur vom Verschmierungssignal erzeugt wird, während bei der Ausführungsform von Fig. 3 sowohl das Verschmierungssignal als auch das Videosignal für die Erzeugung eines Steuersignals für die Blende verwendet wurden. In Fig. 5 wird das Ausgangssignal des Pufferverstärkers (12) an einen Verschmierungssignal-Torschalter (23) gelegt, der während eines Zeilenintervalls der Bildaustasüücke (TB) eingeschaltet wird, wobei das Verschmierungssignal während dieses Intervalls getaktet und sowohl an den Mittelwertdetektor (15) als auch den Spitzenwertdetektor (16) gelegt wird. Die Ausgänge dieser Detektoren werden in der Mischstufe (17) gemischt, die genauso wie in Fig. 3 aufgebaut sein kann, wobei der Ausgang der Mischstufe (17) den Blendenantrieb (18) der Blende (19) steuert. Da das Verschmierungssignal während eines Zeilenintervalls der Bildaustasüücke die Gesamtinformation des Lichts des Halbbilds während einer Halbbildperiode enthält, wie dies oben beschrieben wurde, kann bei dieser Ausführungsform die gleiche Wirkung wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 erreicht werden, bei der das Videosignal eines Halbbildintervalls vom Mittelwertdetektor abgetastet wird. Besonders dann, wenn das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung ein digitales Videosignal ist, kann der Mittelwertdetektor (15) bei dieser Ausführungsform sehr einfach aufgebaut werden, während bei der Ausführungsform von Fig. 3 oder dem bekannten Blendenregelsystem ein Halbbildspeicher für die Speicherung der digitalen Videoinformation eines Halbbilds erforderlich ist, um den Mittelwertpegel des Videosignals während eines Halbbilds zu erhalten. Im Zusammenhang mit Fig. 6 wird nunmehr die dritte Ausführungsform beschrieben, bei der die Erfindung bei einer Festkörper-Farbfemsehkamera angewandt wird. Die Festkörper-Farbfemsehkamera von Fig. 6 besitzt drei Plättchen von Festkörper-Bildabtastern (11G) für Grün, (11R) für Rot und (11B) für Blau. Die drei Primärfarbsignale, die man von den Bildabtastern (11G), (11R) und (11B) erhält, werden über Verstärker (12G), (12R) und (12B), die zum Weißabgjelch dienen, an die Ausgänge (20G), (20R) und (20B) gelegt. Die Blende (19), die den drei Festkörper-Bildabtastern (11G), (11R) und (11B) gemeinsam ist, um die auf jeden Bildabtaster fallende Lichtmenge einzustellen, wird vom Pegel des Verschmierungssignals eines Zeilenintervalls in der Bildaustasüücke (TB) geregelt. Das bedeutet, daß die Ausgangssignale der Verstärker (12G), (12R) und (12B) an eine nichtadditive Mischstufe (30) gelegt werden, die ein Ausgangssignal erzeugt, das gleich dem höchsten Pegel der Eingangssignale ist, oder als eine Signalauswahlstufe arbeitet, um ein Signal mit dem höchsten Pegel auszuwählen. Das Verschmierungssignal eines Zeilenintervalls in der Bildaustasüücke (TB), das im Ausgang der nichtadditiven Mischstufe (30) enthalten ist, wird von einem Torschalter (23) getastet und an die Detektoren (15) und (16) gelegt. Der Mittelwertpegel und der Spitzenwertpegel des Verschmierungssignals, das von den Detektoren (15) und (16) äbgetastet wird, liegt an der Mischstufe (17), wobei der Ausgang der Mischstufe (17) als Steuersignal an den Blendenantrieb (18) für die Blende (19) angelegt wird. Die Mischstufe (17) kann so aufgebaut sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist PATENTANSPRÜCHE 1. Festkörper-Fernsehkamera mit mindestens einer Festkörper-Bildabtasteinrichtung, die eine Vielzahl von einzelnen Lichtabtasteinheiten aufweist, die sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Reihen angeordnet sind, um der Reihe nach ein Signal, das einem Bild entspricht, dadurch zu erzeugen, daß eine von den Lichtabtasteinheiten erzeugte Ladung übertragen wird, mit einem Synchronisiersignalgenerator, welcher Zeilen-und Bildsynchronisiersignale erzeugt, einem mit dem Synchronisiersignalgenerator gekoppelten -4- Nr. 390 343 Taktimpulsgenerator, der von den Synchronisiersignalen gesteuert wird und verschiedene Arten von Taktimpulsen erzeugt, die eine Übertragung der Ladung steuern, welche in den Lichtabtasteinheiten erzeugt wird, einer vor der Festkörper-Bildabtasteinrichtung angeordneten Blendeneinrichtung, welche die Lichtmenge des Bildes regelt, die auf die Lichtabtasteinheiten fällt, und mit einem Antrieb zur Steuerung der Blendeneinrichtung, gekennzeichnet durch einen Verschmierungssignaldetektor (13,14,15,16,17), welcher zwischen dem Ausgang der Festkörper-Bildabtasteinrichtung und dem Antrieb geschaltet ist und ein Verschmierungssignal vom Ausgang der Festkörper-Bildabtasteinrichtung (11) abtastet und ein Steuersignal erzeugt, welches dem Antrieb (18) zugeführt wird, so daß die Lichtmenge vom Pegel des Verschmierungssignals geregelt wird.
2. 2. Festkörper-Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschmierungssignaldetektor (13,14,15,16,17) eine Detektorschaltung (14) aufweist, welche während eines Zeilenintervalls in einer Bildaustastlücke das Ausgangssignal der Festkörper-Bildabtasteinrichtung (11) abtastet, sodaß der abgetastete Ausgang das Verschmierungssignal kennzeichnet.
3. 3. Festkörper-Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschmierungssignaldetektor (13,14,15,16,17) einen Spitzenwertdetektor (16) aufweist, welcher den Spitzenwert des Verschmierungssignals abtastet.
4. 4. Festkörper-Fernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschmierungssignaldetektor (13, 14, 15, 16, 17) einen Mittelwertdetektor (15), welcher einen Mittelwertpegel des Ausgangssignals der Festkörper-Bildabtasteinrichtung (11) abtastet, und eine Mischstufe (17) aufweist, welche den Ausgang des Spitzenwertdetektors (16) und des Mittelwertdetektors (15) mischt
5. 5. Festkörper-Fernsehkamera nach Anspruch 1, welche drei Festkörper-Bildabtasteinrichtungen (11G, 11B, 11R) für die drei Primärfarben besitzt, um drei Ausgangssignale zu erzeugen, von denen jedes jeweils einen Farbanteil des Bildes kennzeichnet, wobei die Blendeneinrichtung (19) den drei Festkörper-Bildabtasteinrichtungen (HG, 11B, 11R) gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschmierungssignaldetektor (13,14,15,16,17) eine nichtadditive Mischstufe (30) aufweist, welche ein Ausgangssignal erzeugt, welches gleich dem Maximalpegel der drei Verschmierungssignale der drei Ausgangssignale ist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-