DE10037701A1

DE10037701A1 - Farbbilderfassungssystem mit Antialiasing

Info

Publication number: DE10037701A1
Application number: DE10037701A
Authority: DE
Inventors: Ricardo J Motta
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: GB2354901A; GB0018383D0; JP3589962B2; GB2354901B; DE10037701C2; US6650795B1; JP2001119707A

Abstract

In einer Digitalstandbildkamera (DSC) liegen eine Mehrzahl von einzelnen RGB-Filterelementen jeweils über einem einer Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen eines Bildsensors, wie z. B. einem Array von ladungsgekoppelten Vorrichtungen (CCDs). Ein beschichteter Spiegel ist entlang eines Lichtwegs zwischen einer Linse und dem Bildsensor zum Verschieben des Lichts, das durch die Linse übertragen wird, positioniert, derart, daß ein Teil des einfallenden Lichts, der sonst auf ein einziges photoempfindliches Element fällt, zwischen mindestens zwei benachbarten photoempfindlichen Elementen geteilt wird. Die Mehrzahl von einzelnen RGB-Filterelementen ist in einem vorbestimmten Mosaikmuster zwischen der Linse und dem Bildsensor angeordnet, um es zu erlauben, daß die photoempfindlichen Elemente die Intensität des Lichts erfassen, das auf dieselben auf eine Art und Weise fällt, die es ermöglicht, daß ein Hochqualitätsfarbbild wiedergegeben wird. Eine Verarbeitungsschaltung ist in dem Gehäuse angebracht und ist mit dem Bildsensor zum Verarbeiten der Ausgangssignale von dem Bildsensor verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Farbbilderfassungssysteme und insbesondere auf ein Farbbild erfassungssystem, das unerwünschte Bildfehler bzw. Artefak te, wie z. B. Farbsäume bzw. Farbfransen an den Kanten, re duziert.

Es gibt viele Anwendungen, bei denen es notwendig ist, ein Farbbild eines interessierenden Objekts oder einer interes sierenden Szene zur Anzeige und/oder Speicherung zu Erfas sen. Diese umfassen Live-Video-Anzeigesystme, Videokamerare korder bzw. Videokameraaufzeichnungsgeräte, digitale Stand bildkameras (DSCs; DSC = Digital Still Camera) etc. Die ur sprünglichen Verfahren für die Farbbilderfassung bei Ver braucherelektronikgeräten bzw. Verbraucherelektronikvorrich tungen besitzen Grenzen bezüglich der Qualität der wiederge gebenen Farbbilder, die verständlich sind, wenn der Betrieb von herkömmlichen DSCs beschrieben wird.

Bei herkömmlichen DSCs ist eine große Anzahl von ladungsge koppelten Vorrichtungen (CCDs; CCD = Charge-Coupled Device) in einer Matrix, die entweder ein quadratisches oder ein rechteckiges Format aufweist, angeordnet. Die meisten DSCs verwenden aufgrund ihrer Fähigkeit, ein Bild, sehr ähnlich wie eine herkömmliche Filmkamera, mehr oder weniger momentan bzw. sofort zu erfassen, eine Matrix oder ein Flächenarray von CCDs. Die Matrix der CCDs erfaßt bei einer Belichtung das gesamte Bild, es können jedoch mehrere Belichtungen erforderlich sein, um die vollständigen Farbinformationen aufzubauen. Dies liegt daran, daß die CCDs monochromatisch sind, d. h. daß dieselben lediglich die Lichtintensität, aber nicht die Farbe, erfassen können. Daher müssen DSCs Farbfiltersysteme in Verbindung mit der CCD-Matrix verwen den, um das eintreffende Licht in Rot, Grün und Blau (RGB); Cyan, Magenta, Gelb (CMY) oder andere Farbkomponenten zu trennen. Es gibt mehrere unterschiedliche Arten, auf die diese Farbtrennung in einer DSC durchgeführt werden kann.

Ein erstes herkömmliches Verfahren der Farbtrennung in einer DSC ist der sogenannte "Ein-Schuß-Drei-Chips"-Lösungsansatz. Die gesamten Farbinformationen, die notwendig sind, um ein digitales Standbild zu erzeugen und zu speichern, werden mit einer Belichtung erfaßt. Sowie das Licht in die Kamera ein tritt, trennt ein Strahlteiler, wie z. B. ein Prisma, das Licht in seine Farbkomponenten und ein dreiliniger CCD-Chip wird verwendet, um die vollständigen RGB-Farbkomponentenin formationen zu erfassen. Drei Bilder, wobei jedes eine der Farben darstellt, werden dann unter Zuhilfenahme von Firmwa re, um das vollständige Farbdigitalstandbild zu erzeugen, wieder ausgerichtet. Da das menschliche Auge gegenüber dem grünen Spektrum des Lichts am empfindlichsten ist, bestehen einige Drei-Chip-DSCs aus zwei Arrays, die die Grünfarbin formationen registrieren, und das dritte Array besteht aus einem Mosaik von Rot- und Blau-Filterelementen. Da Lücken in den Rot- und Blau-Informationen existieren, wird eine Inter polation verwendet, um zusätzliche Farbinformationen zu erzeugen.

Ein zweites herkömmliches Verfahren der Farbtrennung in ei ner DSC ist als der "Drei-Schüsse-Ein-Chip"-Lösungsansatz bekannt. Bei diesem Lösungsansatz verwendet die DSC ein Fil terrad, durch das drei einzelne Belichtungen durchgeführt werden müssen, um die RGB-Farbkomponenteninformationen für das digitale Standbild aufzuzeichnen. Drei getrennte Bilder werden dann unter Verwendung der Firmware, die in der Kamera aufgenommen ist, kombiniert. Probleme können bei diesem Lösungsansatz dort auftreten, wo Bilder nicht ordnungsgemäß wiederausgerichtet werden. Ferner können Variationen der Lichtemissionen während der drei Belichtungen die Farb balance des Endbilds ändern. Die mechanischen Strukturen, die notwendig sind, um das Filterrad zu drehen, erfordern ferner zusätzlichen Raum für eine Betätigungsvorrichtung und sind Fehlern unterworfen.

Ein drittes herkömmliches Verfahren der Farbtrennung in ei ner DSC ist als der "Ein-Chip"-Lösungsansatz bekannt. Mit diesem Lösungsansatz enthält eine einzige integrierte Schal tung alle CCDs, und Filterelemente werden verwendet, wobei ein Filterelement einer gegebenen Farbe jedem einzelnen CCD-Element zugeordnet ist. Die Rot-, Grün- und Blau-Filter elemente sind entweder in einem Streifenmuster oder einem Mosaik-Muster angeordnet. Einige der Ein-Chip-DSCs weisen Bildsensoren auf, in denen sich mehr Grün- als Rot- und Blau-Filterelemente befinden, um die Tatsache zu berücksich tigen, daß das menschliche Auge im sichtbaren Spektrum ge genüber Grün empfindlicher ist, sowie um die Tatsache zu be rücksichtigen, daß mehr Grün die Bildauflösung verbessert.

Bei dem Ein-Chip-Lösungsansatz funktioniert jedes photoemp findliche CCD-Element, um ein einziges Pixel einer gegebenen Farbe in dem Enddigitalstandbild zu erfassen. Bei einer ge gebenen Pixelposition kann lediglich eine Licht-Farbe erfaßt werden, nämlich die Farbe des Filterelements bei dieser Po sition. Bei dieser Pixelposition gehen zusätzliche Farbin formationen verloren und müssen aus benachbarten Pixeln durch ein Verfahren, wie z. B. die Interpolation, abgeleitet werden. Dieses Verfahren kann zu Problemen führen, wenn in korrekte Farbinformationen Pixeln zugewiesen werden. Dies ist üblicherweise um Kantenbereiche mit hohem Kontrast, wie z. B. schwarzem Text, am offensichtlichsten, bei dem Farb säume in den Text "verlaufen". Ein CCD-Array-Mosaikmuster, das häufig in Ein-Chip-DSCs verwendet wird, ist das soge nannte Bayer-Muster, das in Fig. 1 dargestellt ist.

Einige herkömmliche DSCs verwenden ein minderqualitatives Linsensystem oder ein streuendes Element ohne optische Lei stung, derart, daß das Bild unscharf oder verschwommen ist. Dies ermöglicht es, daß Licht von einer gegebenen Position in dem Bild über mehrere Pixel verteilt wird, was die Bild qualität (Auflösung) beeinträchtigt. Obwohl das resultieren de Digitalstandbild scharf oder weniger scharf sein kann, werden unerwünschte Artefakte, wie z. B. Farbsäume an den Kanten, reduziert, was das Bild für den Benutzer attraktiver macht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Farbbilderfassungssystem und ein Verfahren zum Erfassen eines Farbbilds zu schaffen, die wiedergegebene Bilder er möglichen, die reduzierte unerwünschte Artefakte, wie z. B. ein Verlaufen, Säume und eine Unschärfe, aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein Farbbilderfassungssystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erfassen eines Farbbilds gemäß Anspruch 11 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Farbbilderfas sungssystem einen Bildsensor, der Ausgangssignale erzeugt, die ein Bild eines interessierenden Objekts oder einer interessierenden Szene darstellen. Der Bildsensor umfaßt eine Mehrzahl von einzelnen photoempfindlichen Elementen, die in einem Array angeordnet sind. Jedes photoempfindliche Element stellt eine entsprechende Pixelposition in dem Bild dar. Eine Mehrzahl von einzelnen Farbfilterelementen ist in einem vorbestimmten Muster angeordnet. Jedes Farbfilterele ment ist benachbart zu einem entsprechenden der photoemp findlichen Elemente des Bildsensors positioniert. Ein opti sches Elements verschiebt das Licht, das zu dem Bildsensor übertragen wird, so daß ein Teil des einfallenden Lichts, der sonst auf ein einzelnes photoempfindliches Element fällt, zwischen mindestens zwei benachbarten photoempfindli chen Elementen geteilt wird. Die Unschärfe und unerwünschte Artefakte, wie z. B. Farbsäume an den Kanten, werden dadurch in den wiedergegebenen Farbbildern reduziert.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft das Über tragen von Licht, das durch ein interessierendes Objekt oder eine interessierende Szene auf einen Bildsensor reflektiert wird. Der Bildsensor umfaßt eine Mehrzahl von einzelnen photoempfindlichen Elementen, die in einem Array angeordnet sind, wobei jedes photoempfindliche Element eine entspre chende Pixelposition in dem Bild darstellt. Bevor das Licht auf den Bildsensor trifft, läuft dasselbe durch eine Mehr zahl von einzelnen Farbfilterelementen, die in einem vorbe stimmten Muster angeordnet sind. Jedes Farbfilterelement liegt über einem entsprechenden der photoempfindlichen Ele mente des Bildsensors. Das Licht wird durch einen beschich teten Spiegel, ein Prisma oder ein anderes geeignetes opti sches Element verschoben, bevor dasselbe die Farbfilterele mente erreicht, derart, daß ein Teil des Lichts, der sonst auf ein einziges photoempfindliches Element fällt, zwischen mindestens zwei benachbarten photoempfindlichen Elementen geteilt wird. Die Ausgangssignale von dem Bildsensor werden verarbeitet, und es wird ein Farbbild wiedergegeben. Eine Unschärfe und unerwünschte Artefakte, wie z. B. Farbsäume an den Kanten des wiedergegebenen Farbbilds, werden reduziert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des herkömmlichen Bayer-Mosaik musters von Farbfilterelementen, die in einer digi talen Ein-Chip-Standbildkamera verwendet werden;

Fig. 2 ein perspektivische Ansicht einer digitalen Stand bildkamera, die gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der digitalen Standbildkamera von Fig. 2, das die elektronische Schaltungsanordnung derselben darstellt;

Fig. 4 die Anwendung eines beschichteten Spiegels, der in der Kamera von Fig. 2 gemäß der vorliegenden Erfin dung verwendet wird;

Fig. 5 ein Grünerfassungsmuster, das effektiv aus dem Bilderfassungssystem, das in Fig. 4 dargestellt ist, resultiert; und

Fig. 6 Rot- und Blau-Erfassungsmuster, die effektiv aus dem in Fig. 4 dargestellten Bilderfassungssystem resultieren.

Bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 ist ein Farbbilderfas sungssystem in der Form einer digitalen Standbildkamera (DSC) 10 dargestellt. Die Kamera 10 kann digitale Bilder zu einem Drucker 12 (Fig. 3) über eine Kabelverbindung, einen entfernbaren Speicher oder eine drahtlose Übertragung über tragen. Bezugnehmend auf Fig. 2 umfaßt die Kamera 10 einen kompakten allgemein rechteckigen äußeren Kunststoffkamera körper oder ein Gehäuse 14, das die Betriebskomponenten der Kamera auf eine herkömmliche Art und Weise umfaßt und trägt. Eine Linse 16 ist in einer Vorderseitenwand des Gehäuses 14 zum Fokussieren des Vollspektrumlichts, das von den interes sierenden Objekten und interessierenden Szenen reflektiert wird, angebracht. Ein Visier 17a (Fig. 2 und 3) in der Rück seitenwand des Gehäuses 14 bildet einen Teil eines Suchers, der es dem Benutzer ermöglicht, interessierende Objekte und/oder interessierende Szenen durch die Linse 16 zu be trachten, oder um elektronisch aufgezeichnete Bilder, die auf einer kleinen inneren Farbflüssigkeitskristallanzeige (LCD; LCD = Liquid Crystal Display) 17b (Fig. 3) angezeigt werden, zu betrachten. Dies wird unter Verwendung eines Paars von Schwenkspiegeln (die nicht in Fig. 2 und 3 darge stellt sind) innerhalb des Gehäuses 14 erreicht.

Ein Farbbildsensor 18 (Fig. 3), der vorzugsweise die Form eines Arrays von photoempfindlichen Elementen, wie z. B. la dungsgekoppelten Vorrichtungen (CCDs), aufweist, ist in dem Gehäuse 14 hinter der Linse 16 zum Empfangen des Lichts, das durch die Linse 16 übertragen wird, angeordnet. Der Bildsen sor 18 erzeugt analoge Ausgangssignale, die ein Bild des in teressierenden Objekts oder der interessierenden Szene dar stellen. Einer der Spiegel innerhalb des Gehäuses 14 kann schwenkbar sein, um selektiv Licht, das durch die Linse 16 empfangen wird, zu dem Visier 17a oder dem Bildsensor 18 zu senden. Der andere Spiegel kann schwenkbar sein, um es dem Benutzer zu ermöglichen, interessierende Objekte und inter essierende Szenen durch die Linse 16 zu betrachten, oder um elektronische Bilder auf der inneren LCD 17b zu betrachten, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt ist.

Bezugnehmend auf Fig. 3 liegt ein Array 20 von Farbfilter elementen über der Vorderseite des Bildsensors 18. Die ana logen Signale von dem Bildsensor 18 werden seriell zu einer Verstärkungssteuerschaltung 22 gespeist, wobei das Ausgangs signal derselben zu einem Analog-zu-Digital-(A/D-)Wandler 24 gespeist wird. Das digitale Ausgangssignal des A/D-Wand lers 24 wird zu einer digitalen Signalverarbeitungs-(DSP-) Schaltung 26 gespeist, wobei das Ausgangssignal desselben durch einen Pufferspeicher 28 zu einer Steuerschaltung 30 gespeist wird. Die Steuerschaltung 30 empfängt Leistung von einer Batterie 31 und umfaßt eine Mikrosteuerung oder einen Mikroprozessor sowie eine JPEG-Dateiformatumwandlungskompo nente 32 und eine EXIF-Dateiformatkomponente 34.

Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 3 tritt Licht von interssie renden Bildern und interessierenden Szenen in die Kamera 10 durch die Linse 16 ein, wie es schematisch durch die Pfeile gezeigt ist, und läuft durch die Farbfilterelemente 20 bevor dasselbe auf die aktive Fläche des Bildsensors 18 trifft. Die Farbfilterelemente 20, die den verschiedenen Detektoren in dem CCD-Array des Bildsensors 18 zugeordnet sind, bewir ken, daß die Detektoren gegenüber Licht einer speziellen Farbe empfindlich sind. Jeder Detektor des CCD-Arrays sammelt eine Ladung, die die Lichtmenge in einem CCD-Pixel darstellt.

Ein Zeitgenerator 36 ist zwischen die Steuerschaltung 30 und den Bildsensor 18 gekoppelt. Der Zeitgenerator 36 steuert auf eine herkömmliche Art und Weise das Lesen des Arrays von CCD-Detektoren, die den Bildsensor 18 bilden. Die Ladung, die durch jeden CCD-Detektor angesammelt wird, wird seriell an den Eingang der Verstärkungssteuerschaltung 22 angelegt.

Der Zeitgenerator 36 (Fig. 3) kann periodisch das CCD-Array des Bildsensors 18 räumen bzw. freimachen. Die Verstärkungs steuerschaltung 22 implementiert ein herkömmliches korre liertes Doppelabtastverfahren. Dieses Doppelabtastverfahren begründet Überschwingungen und Unterschwingungen in den Aus gangssignalen der CCD-Detektoren, sowie die Ausgangsspannun gen von jedem der Detektoren in dem CCD-Array gelesen wer den. Der A/D-Wandler 24 wandelt die analogen Spannungen, die von den CCD-Detektoren gelesen werden, nachdem dieselben durch die Verstärkungssteuerschaltung 22 eingestellt wurden, in digitale Werte um.

Die DSP 26 (Fig. 3) verarbeitet die digitalen Signale von dem A/D-Wandler 24, um eine Ent-Mosaik-Funktion zu liefern, und führt ferner eine automatische Weißbalance-Erfassung und -Korrektur sowie Bildschärfefunktionen gemäß gut bekannter Verfahren durch. Die DSP 26 kann beispielsweise in der Form des Artikels Nr. HD49811TFA, der kommerziell von Hitachi erhältlich ist, vorgesehen sein. Das Ausgangssignal der DSP 26 ist ein Satz von Bildpixeln, wobei jedes derselben die Farbe eines speziellen Abschnitts des Bilds darstellt, das durch das CCD-Array des Bildsensors 18 erfaßt wurde. Der gesamte Satz von Bildpixeln, der einem vollständigen Räumen des CCD-Arrays zugeordnet ist, stellt ein einzelnes Bild eines interessierenden Objekts oder einer interessierenden Szene dar, dessen oder deren Farb-"Bild" mit der Kamera 10 "aufgenommen wurde".

Die Mikrosteuerung der Steuerschaltung 30 (Fig. 3) kann Firmware ausführen, um die JPEG-Dateiformatumwandlungskompo nente 32 vorzusehen. Alternativ kann die JPEG-Dateiformat umwandlungskomponente eine zweckgebundene Hardwareschaltung oder eine Kombination aus Hardware und Software sein. Die JPEG-Dateiformatumwandlungsvorrichtung komprimiert das Aus gangssignal, das von der DSP 26 durch den Pufferspeicher 28 empfangen wird, gemäß einem gut bekannten JPEG-Datenkompri mierungsstandard. Die Bildinformationen, die das JPEG-Format aufweist, werden zu der EXIF-Dateiformatkomponente 34 ge speist, die die JPEG-Formatbildinformationen in einer Datei aufnimmt, die dem DIGITAL STILL CAMERA FILE FORMAT STANDARD (Version 1.0, 13. Juli 1995), der allgemein als EXIF bekannt ist, entspricht. Die Mikrosteuerung der Steuerschaltung 30 kann die Firmware ausführen, um die EXIF-Dateiformatkompo nente 34 vorzusehen. Alternativ kann die EXIF-Dateiformat komponente 34 eine zweckgebundene Hardwareschaltung oder eine Kombination aus Hardware und Software sein.

Bezugnehmend wiederum auf Fig. 3 verarbeiten die Abschnitte der Kamera, die durch die Elemente 22, 24, 26, 28 und 36 dargestellt sind, die Ausgangssignale von dem Bildsensor, sowie Bilder folgend aufgenommen werden, um Sätze von Pixeln zu erzeugen, die eine Mehrzahl von Bildern von interessie renden Objekten oder interessierenden Szenen darstellen. Die Steuerschaltung 30 wandelt diese Sätze von Pixeln in eine Mehrzahl von Bilddateien um, die Bilder der interessierenden Objekte und der interessierenden Szenen darstellen. Die Bilddateien weisen das EXIF-Dateiformat auf und stellen eine Folge von Bildern dar, die mit der Kamera 10 aufgenommen werden. Diese Bilddateien können in einem inneren Speicher 38 gespeichert werden, und können über ein Ausgangstor 40, das in dem Gehäuse 14 der Kamera angebracht ist, zu einem Kabel 42 befördert werden, das mit dem Drucker 12 verbunden ist. Beispielsweise kann der Speicher 38 einen nichtflüch tigen Direktzugriffsspeicher- ("NVRAM"-; NVRAM = Non-Vola tile Random Access Memory) Abschnitt und einen flüchtigen RAM-Abschnitt aufweisen. Alternativ ist es für Fachleute offensichtlich, daß das Kabel 42 mit einem PC (nicht darge stellt) verbunden sein kann, so daß die Bilddateien in dem EXIF-Format weiter in dem PC verarbeitet werden können, auf dem Monitor desselben angezeigt werden können oder zu einem Drucker heruntergeladen werden können, der mit dem PC ver bunden ist. Alternativ, wie hierin im folgenden detailliert beschrieben, kann der Benutzer die Kamera 10 auswählen, um ausgewählte Bilddateien zu dem Drucker 12 über einen ent fernbaren Speicher 44 zu übertragen.

Der Speicher 44 ist vorzugsweise eine Flash-Speicherkarte, die in einen weiblichen Verbinder 46 in einer Aufnahme oder einen Schlitz 48 steckbar ist, der in einer äußeren Oberflä che des Kameragehäuses 14 gebildet ist. Eine Floppy-Diskette bzw. flexible Diskette oder eine andere Form eines entfern baren Speichermediums kann anstelle einer Flash-Speicher karte verwendet werden. Als eine weitere Alternative kann es der Benutzer der Kamera 10 vorziehen, ausgewählte Bilddatei en zu dem Drucker 12 zu übertragen, indem eine drahtlose Datenverbindung, einschließlich einer Infrarot-(IR-)Über tragungsvorrichtung 50 (Fig. 2 und 3), verwendet wird, die in einer äußeren Oberfläche des Kameragehäuses 14 angebracht ist. Bei einem derartigen Fall empfängt der Drucker 12 die IR-Strahlung, in die Bilddaten codiert sind, über einen IR- Empfänger 52 (Fig. 3), der auf dem Äußeren des Druckergehäu ses angebracht ist. Der Drucker 12 weist eine herkömmliche Schaltungsanordnung auf, die mit dem IR-Empfänger 52 zum Decodieren der Bilddaten aus den empfangenen IR-Signalen verbunden ist. Die IR-Übertragungsvorrichtung 50 ist mit einer IR-Treiberschaltung 54 verbunden, die durch die Steu erschaltung 30 gesteuert wird, um die gewünschten Bilddaten, wie im folgenden beschrieben ist, zu übertragen.

Eine Anzeige 56 (Fig. 3) ist in der Oberseite des Kamera gehäuses 14 zum Wiedergeben von Farbbildern zum Betrachten durch den Kamerabenutzer angebracht. Die Anzeige 56 ist vor zugsweise eine LCD, die alphanumerische und graphische In formationen anzeigen kann. Die Anzeige 56 wird auf eine her kömmliche Art und Weise durch die LCD-Treiberschaltung 58 (Fig. 3) getrieben, die durch die Steuerschaltung 30 gesteu ert wird. Die LCD-Treiberschaltung 58 treibt ferner die innere LCD 17b, auf der auf Befehl aufgezeichnete Bilder zum Betrachten durch das Visier 17a des Kamerasuchers angezeigt werden. Die Anzeige 56 kann eine Serie von Menüs anzeigen, die eine Mehrzahl von Anweisungsoptionen liefern, die durch den Benutzer als Teil einer graphischen Benutzerschnitt stelle (GUI; GUI = Graphical User Interface) ausgewählt wer den können, die durch die Steuerschaltung 30 unter Verwen dung eines Steuerprogramms, das in dem inneren Speicher 38 gespeichert ist, erzeugt wird.

Eine Mehrzahl von manuell betätigbaren Steuerungen 62, 64, 66a, 66b, 68, 70a und 70b (Fig. 2 und 3) sind in der äußeren Oberfläche des Kameragehäuses 14 angebracht, so daß diesel ben ohne weiteres durch die Finger des Benutzers manipuliert werden können, während die Anzeige 56 betrachtet wird. Bei spielsweise können die manuell betätigbaren Steuerungen 62, 64, 66a, 66b, 68, 70a und 70b vom Druckknopftyp sein. Die manuell betätigbaren Steuerungen 62, 64, 66a, 66b, 68, 70a und 70b sind mit der Steuerschaltung 30 durch eine Schal ter-Eingangs/Ausgangs-(I/O-)Puffervorrichtung 71 (Fig. 3) auf eine herkömmliche Art und Weise schnittstellenmäßig ver bunden. Der Druckknopf 62 kann gedrückt werden, um die Kame ra 10 EIN und AUS zu schalten, und der Druckknopf 64 kann gedrückt werden, um ein "Bild aufzunehmen". Die manuell be tätigbaren Steuerungen 66a und 66b können gedrückt werden, um durch die Befehlsoptionen nach oben und nach unten zu rollen (scrollen), die auf der Anzeige 56 angezeigt werden. Der Druckknopf 68 wird gedrückt, um die Anweisungsoption, die derzeit hervorgehoben oder markiert ist, mit einem Cur sor auszuwählen. Die anderen Druckknöpfe 70a und 70b können gedrückt werden, um andere Funktionen, wie z. B. die aktu elle Stroboskopmodus-Auswahl bzw. Strobemodus-Auswahl bzw. die Datums/Zeit-Eingabe, zu steuern. Der aktuelle Strobos kop-Modus kann aus einer Gruppe, die "Stroboskop EIN", "Stroboskop AUS", einen "AUTOMATIK-"Stroboskopmodus, einen "ROTE-AUGEN-AUTO"-Stroboskopmodus und einen "ROTE-AUGEN- EIN"-Stroboskopmodus aufweist, ausgewählt werden. Jedesmal, wenn der Druckknopf 70a gedrückt wird, kann eine Anzeige des aktuellen Stroboskopmodus durch die LCD 56 angezeigt werden.

Wenn der gewünschte derzeitige Stroboskopmodus angezeigt wird, kann derselbe in der Kamera 10 ausgewählt und bei spielsweise durch Drücken des Druckknopfes 68 aktiviert werden.

Eine herkömmliche Stroboskop-Lade/Entlade-Schaltung 72 (Fig. 3) ist zwischen die Steuerschaltung 30 und ein Stroboskop oder einen Blitz 74 (Fig. 2 und 3) geschaltet, der in einer Vorderseite des Kameragehäuses 14 angebracht ist. Das Stro boskop 74 kann eine Gasentladungsröhre aufweisen, die ein helles Licht auf das interessierende Objekt oder die inte ressierende Szene blitzt, wenn dieselbe durch die Strobos kop-Lade/Entlade-Schaltung 72 (Fig. 2) ansprechend auf eine Anweisung von der Steuerschaltung 30 "abgefeuert" oder er regt wird. Das Stroboskop 74 wird gemäß dem aktuellen Stro boskopmodus während einer aktuellen Bildaufnahmesitzung ausgelöst. Die Stroboskop-Lade/Entlade-Schaltung 72 erhält Leistung von der Batterie 31. Wenn die DSC 10 auf einen AUTOMATIK-Stroboskopmodus eingestellt ist, wird die Umge bungslumineszenz durch die Steuerschaltung 30 der DSC 10 jedesmal empfangen, wenn ein Bild aufgenommen wird, und das Stroboskop 74 wird, wenn es gemäß der vorprogrammierten Lu mineszenzpegel notwendig ist, erregt. Um diesen Betrieb zu erleichtern, umfaßt die DSC 10 eine Lumineszenzdetektor schaltung 76 (Fig. 3), die das analoge Ausgangssignal eines geeigneten Lumineszenzdetektors 78 (Fig. 2 und 3) empfängt, der in der Vorderseite des Kameragehäuses 14 angebracht ist.

Die Steuerschaltung 30 bewirkt ferner, daß eine Serie von Menüs auf der Anzeige 56 angezeigt wird, die Anweisungs optionen liefern, die durch eine manuelle Betätigung von einer der Druckknopfsteuerungen ausgewählt werden können. Bei einer manuellen Betätigung von bestimmten Druckknopf steuerungen in der geeigneten Folge bewirkt die Steuerschal tung 30, daß einzeln gespeicherte Bilder auf der kleinen inneren LCD 17b angezeigt werden, so daß dieselben über das Visier 17a (Fig. 2 und 3) des Suchers betrachtet werden können. Die LCD 56 auf dem oberen Ende des Kameragehäuses 14 wird lediglich zum Anzeigen von alphanumerischen Daten und graphischen Symbolen als Teil der GUI verwendet. Die Steu erschaltung 30 bewirkt, daß eine Aufzeichnungsdatei an sprechend auf die Auswahl einer ersten vorbestimmten Folge von Anweisungsoptionen über eine Manipulation der Druck knopfsteuerungen des Benutzers erzeugt wird. Die Aufzeich nungsdatei stellt das Ziel der Bilddateien für ein weiteres Verarbeiten dar. Die Aufzeichnungsdatei kann nicht nur In formationen darüber umfassen, welches Bild ausgewählt wird, sondern auch darüber, wieviele Kopien gewünscht sind. Zu sätzlich kann die Aufzeichnungsdatei ferner Informationen über Bildverbesserungen umfassen, die an den ausgewählten Bildern durchgeführt werden sollen, wie z. B. eine Drehung, ein Schneiden, ein Aufhellen etc. Sobald die Aufzeichnungs datei erzeugt wurde, kann der Benutzer durch Durchlaufen der geeigneten Menüs auf der Anzeige 56 und durch Betätigen der geeigneten Druckknopfsteuerungen die bestimmten Bilddateien zu dem Drucker 12 über das Kabel 42, den entfernbaren Spei cher 44 oder den IR-Sender 50 senden. Ungeachtet des Daten übertragungsmodus empfängt der Drucker 12 alle ausgewählten Bilddateien, die in der Aufzeichnungsdatei bestimmt sind, und alle Informationen über die Menge und die Verbesserun gen.

Bezugnehmend auf Fig. 4 ist gemäß der Erfindung ein Spiegel 80 innerhalb des Kameragehäuses 14 zum Reflektieren von Licht von der Linse 16 zu dem Bildsensor 18 angebracht. Der Spiegel 80 ist mit einer teilweise reflektierenden Beschich tung 82 eines Materials, wie z. B. Glas versehen, das be wirkt, daß das reflektierte Bild verdoppelt wird. Das zweite Bild, das durch die Beschichtung 82 erzeugt wird, wird eine vorbestimmte Menge von dem Original oder dem ersten Bild, das durch die reflektierende, z. B. versilberte, Oberfläche des Spiegels 80 erzeugt wird, verschoben. Die Glasbeschich tung 82 weist einen vorausgewählten Brechungsindex auf, und die Dicke derselben beträgt ein paar Mikrometer oder weni ger. Die vorbestimmte Menge der Verschiebung ist vorzugs weise im wesentlichen gleich einer Breite von einem Pixel, derart, daß das Licht auf eine Art und Weise verdoppelt wird, wie es durch die Ziffern in dem Mosaikmuster, das in Fig. 4 dargestellt ist, und in der folgenden Tabelle gezeigt ist. In Fig. 4 stellt die durchgezogene Linie das Licht dar, das von der Oberfläche des Spiegels 80 reflektiert wird, und die gestrichelte Linie stellt das Licht dar, das von der Be schichtung 82 reflektiert wird.

Ursprünglich
Neu
14	13, 14
13	12, 13
12	11, 12
24	23, 24
23	22, 23
22	21, 22
34	33, 34
33	32, 33
32	31, 32
44	43, 44
43	42, 43
42	41, 42

In der Kamera 10 sind die Farbfilterelemente in einem vor bestimmten Mosaikmuster, wie z. B. dem Bayer-Muster, das in Fig. 1 dargestellt ist, angeordnet. Andere Farbfilterele mentmuster, die Fachleuten gut bekannt sind, wie z. B. Streifenmuster, können verwendet werden. Ohne den teilweise reflektierenden Spiegel 80 ist die Pixelposition 13 ledig lich gegenüber grünem Licht bei dieser Pixelposition emp findlich, und die Pixelposition 14 ist gegenüber rotem Licht lediglich bei dieser Pixelposition empfindlich. Folglich ist die Intensität des Grünlichts, das auf die Pixelposition 14 fällt, nicht direkt meßbar. Dieselbe kann lediglich unter Verwendung von verschiedenen Algorithmen abhängig von der Lichtmenge, die durch benachbarte Pixelpositionen erfaßt wird, geschätzt werden.

Fig. 5 und 6 stellen Grünerfassungs- und Rot- und Blau-Er fassungsmuster dar, die effektiv aus dem Bildverschiebespie gel 80 resultieren. Ein Teil des einfallenden Lichts, das sonst auf die Pixelposition 14 trifft, wird zu der Pixelpo sition 13 umgelenkt, die gegenüber Grün empfindlich ist. Folglich ist die Summe der Intensität des Grünlichts bei den Pixelpositionen 13 und 14 in dem ursprünglichen Bild bei der Pixelposition 13 vorhanden. Die resultierenden breiten Grün farberfassungsregionen 84 (Fig. 5) stellen schematisch das Mitteln dar, das bezüglich der Erfassung des einfallenden Grünlichts stattfindet. Die resultierenden schmalen Grün farberfassungsregionen 86 stellen lediglich die Empfindlich keit an der Kante des Bildsensors 18 dar. Es ist natürlich offensichtlich, daß der Bildsensor 18 Tausende von einzelnen photoempfindlichen Elementen aufweist. Die resultierenden Rotfarberfassungsregionen 88 (Fig. 6) sind in abwechselnden Reihen mit den resultierenden Blaufarberfassungsregionen 90 angeordnet. Wie es durch die Erfassungsmuster von Fig. 5 und 6 dargestellt ist, wird die gesamte Grünfarbkomponentenin formation in dem ursprünglichen Bild zusammen mit 50% der Rotfarbkomponenteninformationen und, 50% der Blaufarbkompo nenteninformationen erfaßt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sieht folglich die Erfindung eine Kamera mit einer verbesserten Bildfarberfas sung vor. Eine Unschärfe und unerwünschte Artefakte, wie z. B. Farbsäume an den Kanten des Farbdigitalstandbilds, werden reduziert. Das Verfahren zum Erreichen dieser Ziele kann als ein Antialiasing-Verfahren dahingehend charakterisiert wer den, daß dasselbe allgemein gesprochen eine Form des Mittelns verwendet, um Säume an den Kanten der Objekte, die in dem Farbbild dargestellt sind, zu reduzieren.

Es ist für Fachleute offensichtlich, daß die Farbbilderfas sungserfindung auf andere Vorrichtungen neben DSCs, wie z. B. Videokamerarekorder, Direktanzeigesysteme und andere Farbbildverarbeitungssysteme, anwendbar ist. Die Muster, die in Fig. 5 und 6 dargestellt sind, können gegenüber horizon talen Linien weniger empfindlich gemacht werden, indem die selben um 90 Grad aus ihren dargestellten Ausrichtungen ver dreht werden. Ungleichmäßige Beschichtungen können verwendet werden, um ein Moire- (d. h. welliges) Muster zu erzeugen, das Teile des Lichts von anderen Pixelpositionen auf eine einzige vorbestimmte Pixelposition umrichtet. Zusätzliche Bildverschiebevorrichtungen können in den optischen Weg ein gebracht werden, wie z. B. ein zweiter Spiegel, derart, daß die Farbinformationen über mehr als ein Pixel sowohl zeilen weise als auch spaltenweise gemittelt werden können. Die Menge der Verschiebung kann variiert werden, z. B. um ein halbes Pixel, ein Pixel, zwei Pixel. Abhängig von der Natur des Farbbilderfassungssystems können andere Bilderzeugungs vorrichtungen, einschließlich Prismen, Spiegeln und faser optischen Vorrichtungen, neben üblichen Linsen verwendet werden, um das einfallende Licht durch die Farbfilter auf die Bildsensoren zu richten. Die Bildverschiebeeinrichtung kann ähnlicherweise derartige Vorrichtungen umfassen. Es ist nicht notwendig, daß Bilddaten gespeichert werden, da die selben direkt angezeigt werden können. RGB, CMY, CMYA und andere übliche Filterelementkombinationen können in gut be kannten Mosaik- oder Streifen-Mustern verwendet werden, die das Bayer-Muster umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind.

Claims

1. Farbbilderfassungssystem (10) mit folgenden Merkmalen:
einem Bildsensor (18) zum Empfangen von Licht, das durch ein interessierendes Objekt oder eine interes sierende Szene, die ein Bild darstellt, reflektiert wird, wobei der Bildsensor (18) eine Mehrzahl von ein zelnen photoempfindlichen Elementen, die in einem Array angeordnet sind, aufweist, wobei jedes photo empfindliche Element eine entsprechende Pixelposition in dem Bild darstellt;
einer Mehrzahl von einzelnen Farbfilterelementen (20), die jeweils benachbart zu einem entsprechenden der photoempfindlichen Elemente des Bildsensors (18) posi tioniert sind;
einer Einrichtung (80, 82) zum Verschieben des Lichts, das durch das interessierende Objekt oder die inte ressierende Szene reflektiert wird, derart, daß ein Teil des Lichts, das ansonsten auf ein einziges photo empfindliches Element fällt, auf mindestens zwei be nachbarte photoempfindliche Elemente aufgeteilt wird; und
wobei die Mehrzahl der Farbfilterelemente (20) in ei nem vorbestimmten Muster angeordnet ist, um es zu er lauben, daß die photoempfindlichen Elemente die Inten sität des Lichts erfassen, das auf dieselben fällt, derart, daß eine Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem Bildsensor (18) verwendet werden kann, um ein Farbbild des interessierenden Objekts oder der interessierenden Szene wiederzugeben.

2. System (10) gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (80, 82) zum Verschieben ein Doppelbild erzeugt, das ein erstes und ein zweites Bild umfaßt, die um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind.

3. System (10) gemäß Anspruch 2, bei dem der vorbestimmte Abstand im wesentlichen gleich einer Breite eines Pi xels ist.

4. System (10) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Einrichtung (80, 82) zum Verschieben einen teilweise reflektierenden Spiegel (80, 82) aufweist.

5. System (10) gemäß Anspruch 4, bei dem der teilweise reflektierende Spiegel (80, 82) eine Beschichtung aus Glasmaterial (82) mit einem vorausgewählten Brechungs index aufweist.

6. System (10) gemäß Anspruch 5, bei dem die Glasmate rialbeschichtung (82) eine Dicke aufweist, die das zweite Bild etwa ein Pixel von dem ersten Bild ver schiebt.

7. System (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die einzelnen Farbfilterelemente (20) Rot-, Grün- und Blau-Filterelemente aufweisen.

8. System (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner eine Einrichtung (16) zum Empfangen des reflek tierten Lichts von dem interessierenden Objekt oder der interessierenden Szene und zum Übertragen des Lichts zu der Einrichtung (80, 82) zum Verschieben aufweist.

9. System (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner eine Einrichtung (22, 24, 26, 28, 36) zum Ver arbeiten einer Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem Bildsensor (18) aufweist.

10. System (10) gemäß Anspruch 9, das ferner eine Steuer einrichtung (30), die mit der Einrichtung (22, 24, 26, 28, 36) zum Verarbeiten, verbunden ist, zum Erzeugen einer Bilddatei und zum Speichern der Bilddatei in ei nem Speicher (38, 44) aufweist.

11. Verfahren zum Erfassen eines Farbbilds mit folgenden Schritten:
Übertragen von Licht, das durch ein interessierendes Objekt oder eine interessierende Szene auf einen Bild sensor (18), der eine Mehrzahl von einzelnen photoemp findlichen Elementen, die in einem Array angeordnet sind, aufweist, reflektiert wird, wobei jedes photo empfindliche Element eine entsprechende Pixelposition in dem Bild darstellt;
wobei das Licht durch eine Mehrzahl von einzelnen Farbfilterelementen (20) läuft, die jeweils benachbart zu einem entsprechenden der photoempfindlichen Elemen te des Bildsensors (18) positioniert sind;
Verschieben des Lichts bevor dasselbe die Farbfilter elemente (20) erreicht, derart, daß ein Teil des Lichts, das ansonsten auf ein einziges photoempfind liches Element fällt, auf mindestens zwei benachbarte photoempfindliche Elemente aufgeteilt wird; und
wobei die Mehrzahl von einzelnen Farbfilterelementen (20) in einem vorbestimmten Muster angeordnet ist, um es zu erlauben, daß die photoempfindlichen Elemente die Intensität des Lichts erfassen, das auf dieselben fällt, derart, daß eine Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem Bildsensor (18) verwendet werden kann, um ein Farbbild des interessierenden Objekts oder der inte ressierenden Szene wiederzugeben.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Verschieben ein Doppelbild erzeugt, das ein erstes und ein zweites Bild aufweist, die um einen vorbestimmten Abstand be abstandet sind.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der vorbestimmte Abstand im wesentlichen gleich einer Breite eines Pi xels ist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem das Verschieben durch Reflektieren des Lichts von dem in teressierenden Objekt oder der interessierenden Szene von einem teilweise reflektierenden Spiegel (80, 82) durchgeführt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der teilweise re flektierende Spiegel (80, 82) eine Beschichtung aus einem Glasmaterial (82) mit einem vorausgewählten Bre chungsindex aufweist.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Farbfilterelemente (20) Rot-, Grün- und Blau-Ele mente aufweisen.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüch 11 bis 16, bei dem die Farbfilterelemente (20) in einem vorbestimmen Mosaikmuster angeordnet sind.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem das reflektierte Licht mit einer Linse (16) übertragen wird, die das reflektierte Licht auf den Bildsensor (18) fokussiert.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, das ferner den Schritt des Verarbeitens der Ausgangssigna le von dem Bildsensor (18) und des Erzeugens einer Bilddatei, die ein Standfarbbild des Bilds darstellt, aufweist.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, das ferner den Schritt des Speicherns der Bilddatei in einem Speicher (38, 44) aufweist.