DE2311230B2 - Einrichtung zur Korrektur von Bildsignalen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Modifizierung eines Videosignals im Sinne einer deutlicheren Wiedergabe der darin enthaltenen Bildinformation.

Es kommt häufig vor, daß sich eine aufzunehmende Szene aus relativ großflächigen Teilbereichen zusammensetzt, die sich stark in ihrer mittleren Helligkeit unterscheiden. Beispielsweise erscheinen Objekte des Hintergrunds meist im oberen Teil des Bildausschnitts, während der Vordergrund den unteren Bildteil ausmacht. Insbesondere bei Außenaufnahmen hat der Hintergrund fast immer eine größere mittlere Helligkeit als der Vordergrund, da er den relativ hell leuchtenden Himmel enthält oder da die entfernt liegenden Objekte des Hintergrunds meist von hell wirkendem Dunst überlagert sind. Ein anderes Beispiel sind Szenen mit ausgeprägter Licht- und Schattenverieilung, z. B. wenn ein den Großteil des Bildausschnitts ausfüllendes Objekt einseitig beleuchtet wird. Auch hier setzt sich das Bild aus relativ großflächigen Teilen sehr unterschiedlicher mittlerer Helligkeit zusammen.

Schon der unmittelbare Betrachter der wirklichen Szene hat Schwierigkeiten, Kontraste innerhalb der helleren und der dunkleren Bereiche gleichermaßen gut zu erkennen. Für ihn besteht jedoch die Möglichkeit, verschieden helle Bereiche der Szene selektiv zu betrachten und sein Auge jeweils auf die mittlere Helligkeit des gerade betrachteten Teilbereichs zu adaptieren, so daß Kontraste jeweils optimal wahrgenommen f>5 werden.

Jeder Fotograf oder Fotolaborant kennt jedoch die Probleme, die sich bei der Aufnahme einer solchen Szene ergeben. Wählt man die Belichtung so, daß die relativ dunklen Teilbereiche auf dem Bild kontrastreich werden, dann sind die helleren Bereiche des aufgenommenen Bildes kontrastarm und umgekehrt. Während es bei der Standbildfotografie noch Möglichkeiten gibt, durch bestimmte Auswahl der verwendeten Fotcemulsionen und durch selektive Abschattung beim Kopieren extreme Kontrastunterschiede im begrenzten Maß auszugleichen, sind entsprechende Maßnahmen bei Filmaufnahmen, d. h. bei ständigem Wechsel des Objekts von Bild zu Bild, nicht möglich.

Die gleichen Probleme treten auch beim Fernsehen auf, wo Bildbereiche mit relativ hoher mittlerer Helligkeit kontrastärmer sind als dunklere Bildbereiche. Insbesondere bei Außenaufnahmen macht sich dieser Umstand sehr störend bemerkbar, weil hier nicht wie im Studio die Möglichkeit besteht, durch geschickte Ausleuchtung der Szene Unterschiede in den mittleren Helligkeiten verschiedener Teilbereiche von vornherein auszugleichen. Es gibt also Mangel einer Fernsehwiedergabe, deren Ursache nicht in elektrischen Störungen des Fernsehsystems, sondern in bestimmten charakteristischen Merkmalen der aufgenommenen Szene zu suchen sind. Die Aufgabe der Erfindung be steht darin, solche Mangel durch eine bestimmte Modifizierung des Videosignals zu beseitigen.

Eine Einrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, welche die niederfrequenten Komponenten des Bildinhalts des Videosignals erfaßt und aus dem Videosignal entfernt. Unter »niederfrequent« seien hier Frequenzen von einigen zehn bis mehreren hundert Hz verstanden, also Frequenzen, die deutlich unterhalb der Zeilenfrequenz liegen.

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß eine Szene mit relativ großflächigen Bereichen unterschiedliche·· mittlerer Helligkeit zu einem Videosignal führt, dessen Bildteil ausgeprägte Modulationskomponenten hat, deren Frequenzen wesentlich unterhalb der Zeilenfrequenz liegen. Wenn diese ModulationskomDO-nenten eliminiert werden und das resultierende Signal eine Bildröhre steuert, dann sind im wiedergegebenen Bild die Unterschiede in der mittleren Helligkeit großflächiger Bereiche nicht mehr so stark ausgeprägt, so daß Kontraste gleichermaßen gut über das gesamte Bild erscheinen. Die Detailkontraste selbst werden nicht verwischt, weil die von ihnen verursachten Modulationskomponenten des Bildsignals weit höhere Frequenz haben und daher von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht beseitigt werden. Bei einer Landschaftsaufnahme, deren Hintergrund im (hellen) Dunst liegt, erscheint also dieser Hintergrund mit größerer Deutlichkeit als bisher, wenn auch in seiner mittleren Helligkeit unter Umständen dunkler. Hierdurch büßt das wiedergegebene Bild nichts an seiner Natürlichkeit ein, denn auch der unmittelbare Beschauer der Landschaft würde bei Konzentration seines Blicks auf den hellen Hintergrund diesen durch Pupillenverengung seines Auges »dunkler« machen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beseitigt jedoch nicht nur die Mangel einer unvorteilhaft ausgeleuchteten Sz.ene, sondern erhöht auch die Deutlichkeit der Bildwidergabe einer durch Erschütterungen der Kamera verwackelten Szene. Bei solchen Eischütterungen enthält das Bildsignal ebenfalls zusätzliche Modulationskomponenten der in Rede stehenden niedrigen Frequenz, die zu einer welligen Verzerrung des wiedergegebenen Bildes führen. Die Beseitigung dieser

Modulationskomponenten verbessert auch in diesem FaU die Deutlichkeit des Bildes.

In vielen Fällen kann es ausreichend sein. Modulationskomponenten bis zur Größenordnung von mehreren zehn Hz aus den Bildsignalen zu entfernen. Andererseits gibt es jedoch auch Fälle, in denen eine Entfernung von Modulationskomponenten bis zu mehreren 100 Hz erwünscht ist. Natürlich ist die Gefahr, da3 gewisse Bildeinzelheiten verlorengehen, um so größer, je höher die Frequenz der aus dem Bildsignal entfernten Modulationskomponenten ist. Die große Mehrheit der nutzbaren Bildinformation liegt jedoch meist bei se'nr viel höheren Frequenzen als die Komponenten, die zur Erzielung des beabsichtigten Effekts aus dem Bildsignal zu entfernen sind. ,₅

Es ist im allgemeinen nicht ausreichend, das Videosignal zur Entfernung der niederfrequenten Komponenten der Bildsignale durch ein einfaches ^ießpaßfilter zu leiten, da hierdurch der notwendige konstante Gleichspannungs-Bezugspegel verlorengeht. Besser ist es, ein gesondertes Korrektursignal zu gewinnen und dieses dem Videosignal zur Eliminierung der niederfrequenten Komponenten des Bildinhalts zu überlagern. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierzu eine das Videosignal empfangende Schahung zur Demodulation niederfrequenter Komponenten des Videosignals und eine Korrekturschaltung vorgesehen, welche die Amplitude während der Bildsignalzeiten gegensinnig /um demodulierten niederfrequenten Signal verändert.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 17 62 04b ist es an sich bekannt, aus dem Videosignal eine Korrekturschwingung abzuleiten und sie anschließend mit dem Videosignal zu vereinigen, um unerwünschte Amplitudenmodulationen des Videosignals zu kompensieren. Im bekannlen Fall handelt es sich jedoch bei den zu beseitigenden Modulationskomponenten um die niederfrequente Störmodulation der Hüllkurve der Zeilensynehronisierimpulse. und entsprechend wird eine das Korrektursignal gewinnende Demodulatorschaltiing während der Bildsignalzeiten ausgetastet. Nieder-I quente Komponenten der Bildinformation werden in bekannten Fall weder erfaßt noch aus dem Videosignal entfernt.

Bei der erfind'ingsgemäßen Einrichtung ist Vorzugsweise die Schaltung zur Demodulation niederfrequenter Komponenten des Videosignals ein Tiefpaßfilter, während die Korrekturschaltung eine das demodulierte Signal invertierende Umkehrstufe und eine das invertierende Signal während der Austastzeiten des V.deosignals austastende Schaltung aufweist und einen additiven Mischer enthält, der an einem Eingang das invertierte und ausgetastete Signal und am anderen E'.ingang das Videosignal empfängt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich eine Klemmschaltung vorgesehen, die den Pegel des Ausgangssignals des Mischers auf einen gewünschten Gleichstromwert klemmt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher erläu- (>o tert.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

F i g. 2 enthält drei graphische Darstellungen von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schal- ^C)s tungsanordnung nach Fig. t.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 empfängt an ihrer Eingangsklemme 1 ein Videosignal, wie es von einer Fernsehkamera bei Aufnahme einer Szene gesendet wird. Das Videosignal enthält neben den Austastsignalen Bildsignale, die dem von der Fernsehkamera abgetasteten Bildinhalt der aufgenommenen Szene entsprechen. Diese Bildsignale enthalten hochfrequente Komponenten, die den kleinsten Bilddetails der Szene entsprechen und für die Auflösung des Bildes wichtig sind. Die Bildsignale enthalten jedoch auch die eingangs ausführlich beschriebenen niederfrequenten Komponenten, die durch großflächige Bildbereiche unterschiedlicher mittlerer Helligkeit oder durch Erschütterungen der Kamera entstehen. Diese Komponenten, deren Frequenzen meist in der Größenordnung der Bildwechselfrequenz liegen, gilt es aus dem Videosignal zu entfernen.

Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung enthält eine Mischstufe 3, die an einem Eingang unmittelbar das an der Klemme 1 anstehende Videosignal empfängt. Die Eingangsklemme 1 ist außerdem über ein Filter 4, eine Umkehrstufe 5 und eine Austastschaltung 6 mit einem zweiten Eingang der Mischstufe 3 verbunden. Die Ausgangssignale der Mischstufe 3 werden über eine Klemmschaltung 7 einem Videosignalverstärker 8 zugeführt, der verstärkte Signale an eine Aiusgangsklemme 2 liefert. Der Klemmschaltung 7 werden über einen Anschluß 9 Klemmsignale zugeführt.

Die F i g. 2 zeigt drei Diagramme a, b und c, von denen jedes einen Signalverlauf zeigt, wie er an den gleichartig bezeichneten Stellen der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 erscheint. Die Fig. 2a zeigt das an der Eingangsklemme 1 empfangene Videosignal, welches charakteristisch für eine relativ dunstige Szene ist. Das Diagramm zeigt das Videosignal für die Dauer einer einzelnen Bildperiode, wobei die Zeilenzahl aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung stark reduziert ist. Die zwischen den senkrechten Linien liegenden schmalen Bereiche des Signals entsprechen den Zeilenaustastintervallen. Zwischen den einzelnen Austastintervallen erscheinen als unregelmäßig gezackter Verlauf die Bildinformationen.

Die linke Seite des Diagramms entspricht dem hellen oberen Bildrand, beispielsweise einer hellen Horizontlinie. Die mittlere Helligkeit der Szene nimmt zum nahen Vordergrund hin ab, wobei sich der Bildkontrast, wie sich an der stärkeren Ausprägung der Bildsignale zeigt, zunimmt. Während die Bilddetails durch höherfrequente Komponenten der Bildsignale dargestellt werden, existiert auch eine niederfrequente Hüllkurve It entsprechend der sich vom oberen zum unteren Bildrand vermindernden mittleren Helligkeit. Das Videosignal nach F i g. 2a durchläuft das Filter 4, welches ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz ist, die einige Vielfache der Bildwechselfrequenz beträgt. Im Filter 4 werden daher die hochfrequenten Komponenten der Bildsignale sowie auch die Zeilenaustastsignale unterdrückt. Am Ausgang des Filters erscheint also lediglich die niederfrequente Hüllkurve 11. Diese Hüllkurve wird in der Umkehrstufe 5 invertiert und in der Austastschaltung 6 mit Austastimpulscn an den richtigen Stel-',jn verschen.

Am Ausgang der Mischstufe 3 erscheint das Signal gemäß dem Diagramm 2b. Dieses Signal setzt sich zusammen aus der invertierten und mit Austastimpulsen versehenen Hüllkurve vom Ausgang der Austastschaltung 6, d. h. dem zwischen der Abszisse und der Linie 12 liegenden Bereich, und dem an der Klemme 1 empfangenen Videosignal, welches dem Bereich oberhalb der Linie 12 entspricht. Man erkennt, daß das resultie-

rende Signal keine niederfrequente Hüllkurve mehr aufweist, d. h., das am Ausgang der Mischstufe 3 erscheinende Signal ist von niederfrequenten Modulationskomponenten der Bildinformation befreit. Dieses Signal wird über die Klemmschaltung 7 geführt, um den Austastpegel durch Steuerung an der Klemme 9 auf einem Wert zu halten, der unmittelbar unterhalb der Linie 13 nach F i g. 2b liegt. Nach Verstärkung im Videoverstärker 8 erscheint somit an der Ausgangsklemme 2 ein Videosignal, welches die in F i g. 2c dargestellte Form hat.

Die gewünschten Videosignale können daher verstärkt werden, ohne daß gleichzeitig die unerwünschte niederfrequente Modulation verstärkt wird. Wenn, wie im vorliegenden Beispiel, die aufgenommene Szene sehr dunstig ist, werden Objekte wie entfernte Gebäude oder Schiffe, die sonst im Dunst kaum unterscheidbar sind, klarer wiedergegeben.

Andere unerwünschte Niederfrequenzmodulationen die durch mechanische Stöße oder Schwingungen an der Aufnahmeapparatur entstehen, können durch geeignete Wahl der Charakteristik des Filters 4 und des Klemmpegels der Klemmschaltung 7 eliminiert oder auf jeden Fall verringert werden. Die Klemmschaltung 7 braucht lediglich eine Schaltung zur Gleichvorspannung zu sein, wobei der Vorspannungspegel durch das

ίο dem Anschluß 9 zugeführte Signal regelbar ist.

Da nach Entfernung der niederfrequenten Komponenten ein viel größerer Teil der Aussteueriingsbrcilc für die Nutzinformation der Bildsignale zur Verfügung steht, läßt sich das Videosignal weit mehr verstärken als bisher. Es kann daher über größere Strecken übertragen werden und/oder mit verbesserter Wiedergabequalität empfangen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Modifizierung eines Videosignals im Sinne einer deutlicheren Wiedergabe der darin enthaltenen Bildinformation, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (Fig. 1), welche die niederfrequenten Komponenten des Bildinhalts des Videosignals erfaßt und aus dem Videosignal entfernt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine das Videosignal (a) empfangende Schaltung (4) zur Demodulation niederfrequenter Komponenten (11) des Videosignals und eine Korrekturschaltung (5, 6, 3), welche die Amplitude des Videosignals während der Bildsignaiszeiten gegensinnig zum demodulierten niederfrequenten Signal (II) verändert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (4) zur Demodulation niederfrequenter Komponenten des Videosignals ein Tiefpaßfilter ist und daß die Korrekturschaltung eine das demodulierte Signal invertierende Umkehrstufe (5) und ein das invertierte Signal während der Austastzeiten des Videosignals austastende Schaltung (6) aufweist und einen additiven Mischer (3) enthält, der an einem Eingang das invertierte und ausgetastete Signal (12) und am anderen Eingang das Videosignal ^empfängt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Klemmschaltung (7), die den Pegel des Ausgangssignals (b) des Mischers (3) auf einen gewünschten Gleichstromwert klemmt.