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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Endoskop mit einem Videobeobachtungsteil
und einem Bildprozessor. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
Signalverarbeitung, die es ermöglicht,
ein zu betrachtendes Bild darzustellen, während ein Standbild aufgezeichnet
wird.
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In
einem elektronischen Endoskop wird ein Zwischenzeilen-Transfer-CCD,
auch als Interline-Transfer-CCD oder kurz IT-CCD bezeichnet, eingesetzt,
um ein bewegtes Bild auf einem Sichtgerät oder Monitor darzustellen.
Dabei werden auf ein ungeradzahliges Halb- oder Teilbild bezogene
Bildpixelsignale und auf ein geradzahliges Halb- oder Teilbild bezogene
Bildpixelsignale abwechselnd in einem Ausleseintervall, das für ein (1)
Halbbild vorgesehen ist, aus dem CCD ausgelesen. Wird ein Einzel-
oder Standbild, das durch eine einmalige Belichtung erzeugt wird,
dargestellt oder aufgezeichnet, so wird ein Abschattungs- oder Blendenelement
so angesteuert, dass es das von einer Lampe ausgesendete und auf
ein Objekt gerichtete Licht in dem für ein Halbbild vorgesehenen
Ausleseintervall blockiert. Auf diese Weise werden nacheinander
auf eine ungeradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale und auf
eine geradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale in einem für ein Vollbild
(zwei Halbbilder) vorgesehenen Ausleseintervall aus dem CCD ausgelesen,
so dass man ein unschärfenfreies
Stand- oder Einzelbild hoher Qualität erhält.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein elektronisches Endoskopsystem anzugeben,
das im Stande ist, ein zu betrachtendes Bild ohne eine Unterbrechung
der Bilddarstellung gleichmäßig und
kontinuierlich darzustellen, während
ein Standbild aufgezeichnet wird.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein
elektronisches Endoskop nach der Erfindung hat eine Lichtquelle,
die Beleuchtungslicht abstrahlt, einen Bewegtbildprozessor und einen
Standbildprozessor. Der Bewegtbildprozessor liest abwechselnd Bildpixelsignale
entsprechend einem ungeradzahligen Halbbild und Bildpixelsignale
entsprechend einem geradzahligen Halbbild aus, um ein Bewegtbild
zu erzeugen. Beispielsweise werden Bildpixelsignale entsprechend
einem Halbbild in jedem Halbbildintervall temporär in einem Speicher in Form von
Bilddaten gespeichert und aktualisiert. Der Standbildprozessor liest
abwechselnd Bildpixelsignale entsprechend einer ungeradzahligen
Zeile und Bildpixelsignale entsprechend einer geradzahligen Zeile über zwei
Halbbildintervalle aus, um auf Grundlage von Bildpixelsignalen entsprechend
einem Vollbild, die in einer einmaligen Belichtung (im Folgenden als
Standbildbelichtung bezeichnet) erzeugt werden, ein Standbild zu
erzeugen. Das Beleuchtungslicht wird während des letzteren der zwei
Halbbildintervalle blockiert. Beispielsweise wird ein Blockierelement wie
ein Zerhacker oder Chopper eingesetzt. Zur Einstellung einer Belichtungszeit
ist beispielsweise eine drehbare Blende vorgesehen, die eine Öffnung und einen
Abblendteil aufweist. Die Öffnung
und der Abblendteil sind dabei so geformt, dass sie abwechselnd
das Beleuchtungslicht durchlassen und blockieren. Die Blende dreht
sich, um die Belichtungszeit einzustellen.
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Das
elektronische Endoskop hat ferner einen Bildänderungsprozessor sowie ein
Anzeigemittel. Der Bildänderungsprozessor
schaltet zwischen dem Betrieb des Bewegtbildprozessors zur Darstellung des
Bewegtbildes und dem Betrieb des Standbildprozessors zur Darstellung
des Standbildes um. Beispielsweise ist an dem Videobeobachtungsteil
eine Schalttaste zur Darstellung und/oder Aufzeichnung eines Standbildes
vorgesehen. Während
der Standbildprozessor die auf eine ungeradzahligen Zeile und eine
geradzahligen Zeile bezogenen Bildpixelsignale über die zwei Halbbildintervalle
ausliest, stellt das Anzeigemittel ein provisorisches Bild auf Grundlage der
auf ein ungeradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignale und
der auf ein geradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignale dar,
die in einer Belichtung erhalten werden, die zeitlich vor der Standbildbelichtung,
d.h. der einmaligen Belichtung zur Aufzeichnung eines Standbildes,
liegt.
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Während die
auf eine ungeradzahlige Zeile und die auf eine geradzahlige Zeile
bezogenen Bildpixelsignale über
die zwei Halbbildintervalle ausgelesen werden, wird das zu betrachtende
Bild ungeachtet der Blockierung des Beleuchtungslichtes dargestellt.
Auf diese Weise entsteht kein Leer- oder Dunkelintervall, in dem
das zu betrachtende Bild nicht angezeigt und der Bildschirm dunkel
wird. Der Benutzer kann so seine Arbeit, beispielsweise eine mittels
eines elektronischen Endoskops vorgenommene Operation, während der
Aufzeichnung eines Standbildes in geeigneter Weise fortsetzen.
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Um
das provisorische Bild durch Einstellen der zeitlichen Steuerung,
mit der die Aktualisierung vorgenommen wird, darzustellen, ändert beispielsweise
das Anzeigemittel ein Aktualisierungsintervall für die Bilddaten von einem Halbbildintervall
auf zwei Halbbildintervalle, wenn mit dem Betrieb des Standbildprozessors
begonnen wird. Optional stoppt das Anzeigemittel eine Aktualisierung
der Bilddaten, während
die Bildpixelsignale entsprechend einem Vollbild, die in der Standbildbeleuchtung
erzeugt werden, über
die zwei Halbbildintervalle ausgelesen werden.
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Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Hand bevorzugter
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines elektronischen Endoskops nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
Draufsicht auf eine drehbare Blende;
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3 eine
Draufsicht auf einen Zerhacker;
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4 ein
Zeitdiagramm eines Aufzeichnungsprozesses; und
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5 ein
Zeitdiagramm eines Aufzeichnungsprozesses nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines elektronischen Endoskops nach einem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Das
elektronische Endoskop hat einen Videobeobachtungsteil 50 mit
einem CCD 54 und einen Video- oder Bildprozessor 10,
der eine Lampe 12 hat und Bildpixelsignale verarbeitet,
die aus dem CCD 54 ausgelesen werden. Der Videobeobachtungsteil 50 ist
lösbar
mit dem Bildprozessor 10 verbunden. Ein Monitor 52 sowie
ein Aufzeichnungsgerät 53,
das ein Stand- oder Einzelbild aufzeichnet, ist mit dem Bildprozessor 10 verbunden.
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Wird
eine nicht gezeigte Lampentaste eingeschaltet, so speist eine Lampensteuerung 11 die Lampe 12 mit
elektrischer Energie, so dass die Lampe 12 Beleuchtungslicht
abstrahlt. Das von der Lampe 12 abgestrahlte Licht tritt über eine
drehbare Blende 15 und eine Sammellinse 16 in
eine Eintrittsfläche 51a eines
Lichtleiters 51 ein. Der Lichtleiter 51 besteht
aus einem Lichtleitfaserbündel
und richtet das Licht auf das distale Ende des Videobeobachtungsteils 50.
Das Licht tritt aus einem Endabschnitt 51b des Lichtleiters 51 aus
und beleuchtet über
eine nicht gezeigte Zerstreuungslinse ein zu betrachtendes Objekt.
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Das
an dem Objekt reflektierte Licht erreicht über eine nicht gezeigte Objektivlinse
das CCD 54, so dass ein Objektbild auf der lichtempfindlichen
Fläche
des CCDs 54 erzeugt wird. Ein Farbfilter, das eine schachbrettartige
Anordnung aus vier Farbelementen für Gelb (Y), Magenta (M), Cyan
(C) und Grün
(G) bildet, ist auf der lichtempfindlichen Fläche so angeordnet, dass seine
vier Farbelemente Pixeln gegenüberliegen,
die in der lichtempfindlichen Fläche
angeordnet sind. Aus dem Licht, das durch jedes Farbelement tritt,
werden durch fotoelektrische Wandlung analoge Bildpixelsignale erzeugt.
Die erzeugten Bildpixelsignale werden in regelmäßigen Zeitintervallen entsprechend
Taktimpulsen, die von einem CCD-Treiber 54 ausgegeben werden,
aus dem CCD 54 ausgelesen. Eine in dem Videobeobachtungsteil 50 vorgesehene
Zeitsteuerschaltung 58 sorgt für die zeitliche Steuerung zur
Ausgabe der Taktimpulssignale.
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Das
CCD 54 ist ein Interline-Transfer-CCD. Als farbbildgebendes
Verfahren, das mit einem chipintegrierten Farbfilter arbeitet, kommt
das sogenannte "Farbdifferenz-Zeilenfolgesystem" zur Anwendung. Demnach
werden während
der Darstellung eines bewegten Bildes die lichterzeugten Ladungen
in einander benachbarten Pixeln gemischt und abwechselnd Bildpixelsignale,
die auf ein ungeradzahliges Halbbild bezogen sind, und Bildpixelsignale,
die auf ein geradzahliges Halbbild bezogen sind, aus dem CCD 54 ausgelesen.
Als Fernsehstandard kommt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der NTSC-(oder PAL)-Standard zur Anwendung. Dementsprechend werden
die Bildpixelsignale, die auf ungeradzahlige oder geradzahlige Halbbilder
bezogen sind, in Zeitintervallen von 1/60 (oder 1/50) Sekunde aus
dem CCD 54 ausgelesen und dann einem Verstärker 55 zugeführt. Die
Bildpixelsignale werden in dem Verstärker 55 verstärkt und
in einer ersten Signalverarbeitungsschaltung (SVS) 57 in
vorgegebener Weise verarbeitet. Die so verarbeiteten Bildpixelsignale
werden einer zweiten Signalverarbeitungsschaltung (SVS) 28 zugeführt.
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In
der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 28 werden die
Bildpixelsignale verschiedenartigen Prozessen unterzogen, z.B. einer
Gammakorrektur, einem Weißabgleich
und dergleichen. Auf diese Weise werden digitale Bildsignale erzeugt
und in Form von digitalen Bilddaten temporär in einem Bildspeicher 29 gespeichert.
Die digitalen Bildsignale werden aus dem Bildspeicher 29 ausgelesen,
und Videosignale wie NTSC-Signale werden entsprechend einer vorgegebenen
zeitlichen Steuerung an den Monitor 52 ausgegeben, so dass
auf diesem ein zu betrachtendes Bild als bewegtes Bild dargestellt
wird.
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Wird
dagegen ein Standbild auf dem Monitor 52 dargestellt und
dieses Standbild durch Drücken
einer an dem Videobeobachtungsteil 50 angeordneten Einfriertaste 53A in
dem Aufzeichnungsgerät 53 aufgezeichnet,
so wird ein einmaliger Ausleseprozess durchgeführt, in dem durch eine einmalige
Belichtung Bildpixelsignale entsprechend einem (1) Vollbild erzeugt
werden. Werden durch die einmalige Belichtung elektrische Ladungen
akkumuliert, so werden Bildpixelsignale entsprechend einer ungeradzahligen Zeile
in der Pixelanordnung über
das für
ein (1) Halbbild vorgesehene Ausleseintervall aus dem CCD 54 ausgelesen
und als nächstes
Bildpixelsignale entsprechend einer geradzahligen Zeile in der Pixelanordnung über das
für ein
(1) Halbbild vorgesehene Ausleseintervall aus dem CCD 54 ausgelesen.
Auf eine ungeradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale entsprechend
einem (1) Halbbild und auf eine geradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale
entsprechend einem (1) Halbbild werden jeweils dem Verstärker 55,
der ersten Signalverarbeitungsschaltung 57 und der zweiten
Signalverarbeitungsschaltung 28 zugeführt. Dann werden auf ein ungeradzahliges Halbbild
bezogene Bildsignale und auf ein geradzahliges Halbbild bezogene
Bildsignale jeweils an den Monitor 52 ausgegeben. Ferner
werden auf eine ungeradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale entsprechend
einem (1) Halbbild und auf eine geradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale
entsprechend einem (1) Halbbild, die in der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 28 verarbeitet
werden, in Form von Standbilddaten dem Aufzeichnungsgerät 53 zugeführt.
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Im
Folgenden wird ein Zeitintervall, das auf ein einziges Halb- oder
Teilbild bezogen ist, auch als Halbbildintervall und ein Zeitintervall,
das auf ein einziges Vollbild bezogen ist, auch als Vollbildintervall bezeichnet.
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Eine
Systemsteuerschaltung 22 mit einer nicht gezeigten CPU
steuert alle in dem Bildprozessor 10 vorhandenen Schaltungen
und gibt Steuersignale an die Lampensteuerung 11, die zweite
Signalverarbeitungsschaltung 28 etc. aus. Eine in dem Bildprozessor 10 vorgesehene
Zeitsteuerschaltung gibt an die einzelnen, in dem Bildprozessor 10 vorhandenen
Schaltungen Taktimpulssignale aus, um die zeitliche Prozesssteuerung
einzustellen. Ferner gibt diese Zeitsteuerschaltung an die zweite
Signalverarbeitungsschaltung 28 Synchronisationssignale
aus, die auf die Videosignale addiert werden. Die Systemsteuerschaltung 22 sorgt
für die
zeitliche Steuerung, mit der die Taktimpulse ausgegeben werden,
die den einzelnen Schaltungen zugeführt werden. Beispielsweise
legt die Systemsteuerschaltung 22 die zeitliche Steuerung
für die
Ausgabe von Taktimpulssignalen fest, die an den Bildspeicher 29 mit
Betätigen
der Einfriertaste 53A ausgegeben werden, um Bilddaten zu erneuern
oder neu zu schreiben. Ferner legt die Systemsteuerschaltung 22 beispielsweise
die zeitliche Steuerung für
die Ausgabe von Taktimpulssignalen fest, die von dem CCD-Treiber 59 ausgegeben
werden, um das CCD 54 anzusteuern.
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Eine
Steuerung 56, die in dem Videobeobachtungsteil 50 vorgesehen
ist, steuert die erste Signalverarbeitungsschaltung 55 und
die Zeitsteuerschaltung (ZSS) 58. Die Zeitsteuerschaltung 58 gibt in
Abhängigkeit
der Steuersignale, die von der Steuerung 56 ausgegeben
werden, Treibersignale an den CCD-Treiber 59 aus. Auf diese
Weise wird der Prozessor gesteuert, in dem die Bildpixelsignale
gelesen werden. Ist der Videobeobachtungsteil 50 an den Bildprozessor 10 angeschlossen,
so werden Daten zwischen dem Videobeobachtungsteil 50 und
dem Bildprozessor 10 übertragen.
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Die
drehbare Blende 15 ist an einem nicht gezeigten Motor angebracht
und rotiert in Abhängigkeit
von Antriebssignalen, die ein Motortreiber 23 liefert,
mit einer konstanten Geschwindigkeit. Ein Zerhacker oder Chopper 17,
der das auf den Endabschnitt des Videobeobachtungsteils 50 gerichtete Licht
abblendet oder blockiert, ist zwischen der drehbaren Blende 15 und
der Sammellinse 16 angeordnet und hat ein Gleichstromsolenoid
(nicht gezeigt). Der Zerhacker 17 bewegt sich in Abhängigkeit
einer Reihe von Impulssignalen, die von einer PWM-Treiberschaltung 24 geliefert
werden.
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2 zeigt
die drehbare Blende 15 in der Draufsicht. 3 zeigt
den Zerhacker 17 in der Draufsicht.
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Die
drehbare Blende 15 weist eine Öffnung 15A, durch
die das von der Lampe 12 ausgesendete Licht tritt, sowie
einen Abblendteil 15B auf, der das Licht abblendet oder
blockiert. Die Öffnung 15A ist
so geformt, dass ein Paar bogenförmige
Löcher
einander gegenüberliegen.
Die Blende 15 rotiert in einem Vollbildausleseintervall
(= 1/30 oder 1/25 Sekunde) um eine Umdrehung. Der in 2 dargestellte
Halbkreis 15P der drehbaren Blende 15 entspricht
demnach dem Halbbildausleseintervall (= 1/60 oder 1/50 Sekunde).
Während
sich die Blende 15 um eine halbe Umdrehung dreht, treten
die Öffnung 15A und
der Abblendteil 15B nacheinander durch den Strahlengang
des von der Lampe 12 ausgesendeten Lichtes. In dem Halbbildausleseintervall
treten also abwechselnd ein Belichtungsintervall und ein Abblendintervall
auf, was in der Funktion einem elektrischen Verschluss entspricht.
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Beim
Darstellen und Aufzeichnen eines Standbildes erhält man durch das Licht, das
durch eine der Öffnungen 15A tritt,
Bildpixelsignale entsprechend einem einzigen Vollbild, indem die
Blende 15 eine halbe Umdrehung ausführt. Diese Bildpixelsignale,
die einem einzigen Vollbild entsprechen, werden während des
Vollbildausleseintervalls (= 1/30 oder 1/25 Sekunde) aus dem CCD 54 ausgelesen. Da
die andere Öffnung 15A in
dem verbleibenden Intervall (= 1/60 oder 1/50 Sekunde) durch den
Strahlengang geht, bewegt sich der Zerhacker 17 so, dass das
Beleuchtungslicht blockiert wird, wenn die andere Öffnung 15A durch
den Strahlengang geht. In 3 ist eine
Stellung des Zerhackers 17, in der das Licht durch eines
der bogenförmigen
Löcher
der Öffnung 15A treten
kann, mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, während die
Stellung des Zerhackers 17, in der das Licht blockiert
wird, wenn das andere bogenförmige
Loch der Öffnung 15A durch
den Strahlengang geht, mit einer gestrichelten Linie dargestellt
ist. Der Zerhacker 17 ist ein gelenkartiges Solenoid, das
ein Gleichstromsolenoid 17A und ein Plattenelement 17B umfasst,
das um eine Mittelachse 17C geschwenkt wird. Wird der Zerhacker 17 bewegt,
um das Beleuchtungslicht abzublenden, so deckt ein Endabschnitt 17D das
Plattenelementes 17B den Strahlengang oder die Öffnung 15A der drehbaren
Blende 15 ab. Die PWM-Treiberschaltung 24 ist
eine PWM-Steuerung, die eine Folge von Impulssignalen an das Solenoid
ausgibt.
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4 zeigt
ein Zeitdiagramm des Aufzeichnungsprozesses. In einem Zustand, in
dem die Einfriertaste 53A nicht gedrückt ist, d.h. in dem ein bewegtes
Bild dargestellt wird, werden auf ein ungeradzahliges Halbbild bezogene
Bildpixelsignale und auf ein geradzahliges Halbbild bezogene Bildpixelsignale
abwechselnd in einem zeitlichen Abstand von 1/60 (oder 1/50) aus
dem CCD 54 ausgelesen, während benachbarte Pixelsignale
gemischt werden, wie oben beschrieben wurde. Da das CCD 54 ein
CCD vom Interline-Typ ist, werden die lichterzeugten Ladungen, die
zu einem gegebenen Belichtungszeitpunkt akkumuliert werden, in dem
nächsten
Belichtungszeitpunkt ausgelesen. Beispielsweise werden Bildpixelsignale,
die zur Belichtungszeit "n–1" akkumuliert werden
und einem geradzahligen Halbbild entsprechen, zur Belichtungszeit "n" aus dem CCD 54 ausgelesen,
wie in 4 gezeigt ist. Taktimpulssignale, die die Bilddaten
in dem Bildspeicher 29 aktualisieren, werden in Zeitabständen von
1/60 (oder 1/50) Sekunde an den Bildspeicher 29 ausgegeben.
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Wird
die Einfriertaste 53A gedrückt, um mit der Aufzeichnung
eines Standbildes zu beginnen, so werden sämtliche Pixelsignale, die während der
für eine
einmalige Belichtung vorgesehenen Zeit erhalten werden (in 4 die
Signale in der Folge "n"), während eines
Vollbildausleseintervall aus dem CCD 54 ausgelesen. Konkret
werden dabei auf eine ungeradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale
und auf eine geradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale nacheinander über zwei
Halbbildintervalle aus dem CCD 54 ausgelesen. Während des
Auslesens sämtlicher
Bildpixelsignale bewegt sich der Zerhacker 17 so, dass
er das Beleuchtungslicht blockiert.
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Wird
der Aufzeichnungsprozess durchgeführt, so wird das Intervall
für die
Ausgabe der Taktimpulssignale, die der Aktualisierung dienen, von
einem (1) Halbbildintervall auf zwei Halbbildintervalle (entsprechend
einem (1) Vollbild) geändert.
Die zwei Halbbildintervalle basieren auf Impulssignalen SP, die
zu einer Belichtungszeit ausgegeben werden, die unmittelbar vor
der Belichtungszeit für
die Aufzeichnung des Standbildes liegt. Folglich werden die auf ein
ungeradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignale und die auf
ein geradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignale jeweils genutzt,
das zu betrachtende Bild über
zwei Halbbildintervalle darzustellen. Ein Bild, das aus den auf
ein ungeradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignalen erzeugt
ist, wird 1/30 (oder 1/25) Sekunde lang dargestellt, und auch ein
Bild, das aus den auf ein geradzahliges Halbbild bezogenen Bildpixelsignalen
erzeugt ist, wird 1/30 (1/25) Sekunde lang dargestellt. Nachdem
aus dem CCD 54 Bildpixelsignale entsprechend einem (1) Vollbild
(auf eine ungeradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale und auf
eine geradzahlige Zeile bezogene Bildpixelsignale) ausgelesen worden
sind, wird das für
die Aktualisierung vorgesehene Intervall wieder auf das Halbbildintervall
zurückgesetzt.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird im Folgenden ein zweites
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
die Bilddaten während
der Aufzeichnung des Standbildes nicht erneuert werden.
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5 zeigt
ein Zeitdiagramm eines Aufzeichnungsprozesses nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Wird
der Aufzeichnungsprozess gestartet, indem die Einfriertaste 53A gedrückt wird,
so werden für
die Aktualisierung vorgesehene Taktimpulssignale über zwei
Halbbildintervalle nicht dem Bildspeicher 29 zugeführt. Dann
werden auf ein ungeradzahliges Halbbild bezogene Bildpixelsignale,
die durch eine Belichtung, die zeitlich unmittelbar vor der Belichtung zur
Aufzeichnung des Standbildes liegt, erhalten werden, genutzt, um
das zu betrachtende Bild darzustellen, bis die Bild pixelsignale
entsprechend einem (1) Vollbild für das Standbild aus dem CCD 54 ausgelesen
sind.