DE2844332A1

DE2844332A1 - Schaltungsanordnung zur herbeifuehrung einer amplitudenuebereinstimmung von videosignalen

Info

Publication number: DE2844332A1
Application number: DE2844332A
Authority: DE
Inventors: Robert Adams Dischert; Robert Earl Flory
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-04-12
Also published as: US4141040A; DE2844332C2; JPS5464418A; JPS5834070B2

Description

-A-

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Schaltungsanordnung zur Herbeiführung einer Amplitudenübereinstimmung von Videosignalen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Fernsehkamera, mit Hilfe deren sich sicherstellen läßt, daß die Amplituden der von mehreren Bildaufnahmeeinrichtungen einer Fernsehkamera gelieferten Signale übereinstimmen.

Bei Fernsehkameras mit mehreren Bildaufnahmeeinheiten, wie es bei modernen Farbkameras der Fall ist, muß man sicherstellen, daß die von jeder der Bildaufnahmeeinheiten erzeugten Raster übereinstimmen und daß die Amplituden der von jeder Bildaufnahmeeinheit erzeugten Videosignale, beispielsweise für die roten, grünen und blauen Farbauszüge, sowohl beim Schwarzwert (fehlendes Licht) als auch beim Weißwert übereinstimmen, welcher volle Beleuchtung bedeutet und gleichen Beträgen von Rot-, Grün- und Blaufarbsignalen entspricht. Es sind zwar automatische Verstärkungsregelschaltungen bekannt, bei welchen die Videosignalamplituden in eine Vergleichsschaltung mit einem vorgegebenen Bezugssignal verglichen werden und aus diesem Vergleich ein Steuersignal erzeugt wird, das zur Regelung der Amplituden der Videosignale zu einem Verstärkungsregelelement zurückgeführt wird. Jedoch arbeiten diese bekannten Schaltungen im allgemeinen analog, während der Trend bei Fernsehkamerasystemen heutzutage zu digitaler Steuerung all solcher automatischer Funktionen geht. Es ist daher wünschenswert, die erforderlichen Steuersignale preiswert und direkt in digitaler

90981S/1081

Form abzuleiten, so daß sie mit bekannten digitalen Steuereinrichtungen, wie Mikroprozessorsystemen, verarbeitet werden können.

Die Erfindung sieht gemäß einer Ausführungsform eine Anordnung, welche Videosignalamplituden in Übereinstimmung bringt, für ein Fernsehkamerasystem vor, bei dem mindestens zwei Bildaufnähmevorrichtungen oder -einheiten und Mittel zur Ableitung zusammengehöriger Signale vorhanden sind, die sich in ihrer Amplitude unterscheiden. Das System enthält eine Schaltung, welche ein Bezugselement, das ein gemeinsames Signal erzeugt, in den Bildweg der Bildaufnahmevorrichtungen einfügt, so daß in den Bildaufnahmevorrichtungen ein erstes und ein zweites Videosignal erzeugt wird, welche in Beziehung zueinander stehen. Ferner ist eine Anordnung zur Erzeugung eines sich verändernden Bezugssignals vorgesehen, welches dem ersten und dem zweiten Videosignal gemeinsam ist und seine Amplitude von einem Anfangspunkt des Bezugs unter dem erwarteten Minimalwert des Videosignals bis zu einem Punkt oberhalb des erwarteten Maximalwertes des Videosignals erhöht. Weiterhin sind ein erster und ein zweiter Signalübertragungskanal vorhanden, die je einen Signaldetektor zur Ableitung eines ersten bzw. zweiten Torsignals enthalten, wenn das sich verändernde Bezugssignal das erste und das zweite zusammengehörige Videosignal überschreitet. Ferner sind ein erster und ein zweiter Zähler an einem eine Bezugsfrequenz erzeugenden Taktgeber angeschlossen und zählen unter Steuerung durch das erste bzw. zweite Taktsignal die Bezugsfrequenz vom Anfangspunkt des gemeinsamen Bezugssignals bis zum ersten und zweiten Torsignal, wobei die Zählstände der beiden Zähler das Amplitudenverhältnis der beiden zusammengehörigen Videosignale wiedergeben. Die beiden Zähler sind mit einer Steuerschaltung verbunden, welche ein Steuersignal angibt, das die Amplitudendifferenz der beiden zusammengehörigen Videosignale wiedergibt. Mit den Bildaufnahmevorrichtungen ist weiterhin eine Anordnung gekoppelt, welche unter Einfluß des Steuersignals die Differenz zwischen den Videosignalamplituden minimal macht.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der beiliegenden Darstellungen eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

909815/1081

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Signalamplitudendetektors gemäß der Erfindung und

Fig. 3 Schwingungsformen zur Erläuterung der Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Bezugsmusterkarte 100, beispielsweise mit einem festen weißen Untergrund, im Bildweg C-C einer Fernsehkamera 120 angeordnet. Die Bezugsmusterkarte kann alternativ auch im Bildweg C-C angeordnet werden, indem sie in das Linsensystem eingefügt wird, wie dies durch die gestrichelte Linie D-D' angedeutet ist. Im Bildweg C-C der Fernsehkamera 120 befindet sich ferner eine Linsenkappe 110, die in den und aus dem Bildweg bewegt werden kann, wie dies durch den Doppelpfeil symbolisiert ist. Befindet sich die Linsenkappe 110 im Bildweg, dann blendet sie das gesamte äußere Licht aus dem Linsensystem ab. Die weiße Musterkarte 100 kann auch durch eine feste schwarze Karte oder durch eine mit einem kombinierten Schwarz-Weiß-Muster versehene Karte ersetzt werden.

Die Videokamera 120, die eine typische Farbfernsehkamera mit beispielsweise drei Bildaufnahmevorrichtungen und den zugehörigen (nicht dargestellten) Rastergeneratoren sein kann, erzeugt drei Videoausgangssignale V₀, V_, und V', welche geregelten Videoverstärkern 130, 140 bzw. 150 für die roten, grünen und blauen Farbauszüge der im Bildweg C-C erscheinenden Szene zugeführt werden.

Die Funktion der Linsenkappe 110 und/oder die Abtastung des Bezugsmusters 100 ist für den Bildweg C-C aller drei Bildaufnahmevorrichtungen gleich, und da ein abgedecktes Linsensystem kein Bild ergibt und ein Weißbezug gleiche Beträge roter, grüner und blauer Farbe darstellt, ist die Amplitude der Videoausgangssignale V_n, V~ und V- ein Maß für den Betrieb der drei Bildaufnahmevorrichtungen hinsichtlich Empfindlichkeit, Verstärkung und zugehöriger Parameter.

909815/1081

Es ist bereits erwähnt worden, daß die Amplituden der Videosignale sowohl beim Schwarzpegel (kein Szenenlicht) als auch beim Weißpegel gleich sein müssen, wenn die Farbfernsehkamera richtig arbeiten soll. Der Amplitudendetektor 160 ermittelt die Amplitudendifferenzen zwischen den drei seinen Eingängen zugeführten Videosignalen V_R, V_G und V und erzeugt ein Ausgangssignal, das einer Steuersignalverarbeitungsschaltung 170 zugeführt wird, welche Größe und Richtung der Amplitudenabweichungen sowohl beim Schwarzpegel als auch beim Weißpegel der Videosignale jeder Bildaufnahmevorrichtung ermittelt, wobei eines der zusammengehörigen Videosignale als Bezug benutzt wird.

Die Größe und Richtung der Amplitudenabweichung des Rotsignals und des Blausignals jeweils gegenüber dem Grünsignal ergibt zwei Steuersignale, welche die Videoamplitudenabwexchung auf das Grünsignal bezogen wiedergeben. Die Rot- und Blauamplitudendifferenzsignale werden den Steuersignaleingängen von Videoverstärkern 130 und 150 zugeführt, um deren Verstärkungsgrade so zu regeln, daß die Eingangssignale V_n und V an den Eingängen des Amplitudendetektors 160 im wesentlichen gleich der Amplitude des Signals V„ gemacht werden.

Die in Fig. 1 in groben Zügen dargestellte Schaltung bildet eine geschlossene Schleife zur automatischen Regelung der Amplituden auf Übereinstimmung bei einem Fernsehkamerasystem, wobei die Genauigkeit der Regelung auf Übereinstimmung fast ausschließlich davon abhängt, wie genau der Detektor 160 Unterschiede der Videosignalamplituden der zusammengehörigen Videoausgangssignale bei Schwarz- und Weißpegeln festzustellen vermag.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Amplitudendetektors 160 gemäß der Erfindung. Die beiden zusammengehörigen (in Beziehung zueinander stehenden) Videosignale entsprechen beispielsweise den Signalen V_R und V_ß in Fig. 1 und werden den Eingangsanschlüssen von Videosignaltoren 10 bzw. 12 zugeführt. Von einem nicht dargestellten Generator einer Logikschaltung wird ein Torsignal G abgeleitet und den Toren 10 und 12, den Setzeingängen zweier

90981-6/1081

Flipflops 18 und 20 sowie dem Eingangsanschluß eines Rampengenerators 50 zugeführt. Das Torsignal G öffnet gleichzeitig die Tore 10 und 12, setzt die Flipflops 18 und 20 und läßt den Rampengenerator 50 loslaufen, und zwar alles zum Zeitpunkt t der in den Fig. 3a und 3b veranschaulichten Kurven. Durch das öffnen der Tore 10 und 12 können die Videosignale V_ und V₁, an die Eingänge von Vergleichsschaltungen 14 bzw. 16 gelangen, deren andere Eingänge mit dem Ausgang des Rampengenerators 50 verbunden sind. Der Rampengenerator 50 liefert ein sich veränderndes Bezugspotential, welches zum Zeitpunkt t bei einem niedrigeren Pegel als dem erwarteten Minimalwert des Videosignals entsprechend schwarz beginnt und auf einen Pegel ansteigt, welcher größer als der dem Weißpegel entsprechende Maximalwert des Videosignals ist, wie dies in den Fig. 3a und 3b durch die Linie V_n^ angedeutet ist. Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen 14 und 16 sind .solange niedrig, bis die ansteigende Rampe η spannung ν™_ρ die Videosignalamplitude konstanten Pegels der Eingangsvideosignale A und B übersteigt. Dann werden die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen 14 und 16 hoch, jedoch nicht notwendigerweise zum gleichen Zeitpunkt, wenn nämlich gemäß den Fig. 3a und 3b die Videosignalamplitude V_n oberhalb oder unterhalb der Videosignal-

JtC

amplitude V_r ist. Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen 14 und 16, seien sie nun niedrig oder hoch, werden den Eingängen R der Flipflops 18 und 20 zugeführt, und die Ausgänge dieser Flipflops sind mit je einem Eingang von Torschaltungen 24 bzw. 26 verbunden. Ein weiterer Eingang dieser Torschaltungen liegt am Ausgang eines Taktimpulsgenerators 46, der beispielsweise mit einer Nominalfrequenz von 100 MHz arbeitet. Die Ausgänge der Tore 24 und 26 sind jeweils mit einem Eingang von Zählern 30 bzw. 34 verbunden, deren Ausgänge wiederum an je einem Eingang einer arithmetischen Logikeinheit 32 liegen, die beispielsweise die in den Zählern 30 und 34 gespeicherten Zählstände summiert oder subtrahiert, um am Ausgangsanschluß 0 die Summe oder die Differenz der in den Zählern 30 und 34 gespeicherten Gesamtzählstände zu bilden.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung arbeitet folgendermaßen.

90981 S/1081

Wird das Eingangsvideosignal A dem Tor 10 zugeführt, dann öffnet ein Torsignal G dieses Tor, läßt den Rampengenerator 50 loslaufen und setzt den Flipflop 80, und diese Vorgänge treten gemäß Fig.3a zum Zeitpunkt t_Q auf. Dieser Figur ist auch zu entnehmen, daß die Videosignale V_ und V_G, die an den Eingängen A und B in Fig. 2 liegen, mit einem Schwarzpegel auftreten, also bei abgedeckter Optik. Wenn das Fiipflop 18 gesetzt ist, dann macht es das Tor 24 durchlässig, so daß der Zähler 30 Taktimpulse vom Taktgenerator 46 zählen und speichern kann. Steigt die Bezugsrampenspannung von einem Punkt unterhalb des erwarteten Minimalsignalpegels (Schwarzwert) vom Zeitpunkt t aus an, dann schneidet sie das Videosignal A bei einem Wert V_n, worauf die Vergleichsschaltung 14 ein hohes Ausgangssignal liefert, infolgedessen das Flipflop 18 seinen Zustand ändert und das Tor 24 sperrt, so daß die Taktimpulse vom Taktgenerator 46 nicht mehr zum Zähler 30 gelangen können. Der Zähler 30 hat in seinen Speichern im Zeitraum von t bis t. einen bestimmten Zählstand gespeichert. In ähnlicher Weise wird das am Eingang B liegende Videosignal V„ über das Tor 12 der Vergleichsschaltung 16 zugeführt und gelangt über das Flipflop 20 und das Tor 26 zum Zähler 34, der in der Zeit von t bis t„ seinen Zählerstand aufsummiert. Wenn das Videosignal V_n eine größere Amplitude als das Signal V_G gehabt hat, wie dies in Fig. 3a durch den Wert V_R' dargestellt ist, dann würde der Zähler 30 in der Zeit von t bis t., zählen.

Die Zähler 30 und 34 haben nun in ihren Speichern Digitalwerte entsprechend den jeweiligen Amplituden der zugeführten Videosignale gespeichert. Die Logikeinheit 32 subtrahiert einen Zählwert vom anderen und liefert am Ausgang 0 eine Digitalzahl entsprechend dem Amplitudenunterschied der beiden Videosignale. Diese Digitalzahl kann beispielsweise unmittelbar in einem Mikroprozessorsystem zur Ableitung des gewünschten Regelsignals verwendet werden, oder sie wird alternativ in einem Digitalakkumulator gespeichert und mit Hilfe eines Digital/Analog-Konverters in ein analoges Steuersignal umgewandelt. Der Ausgang des D/A-Konverters läßt sich in eine Regelgleichspannung umwandeln, die den Regeleingängen des Videoverstärkers 130 (Fig. 1) zur Regelung der

909815/1081

Amplitude des Videosignals V_R auf Übereinstimmung mit der Amplitude des Videosignals V_ß zuführbar ist. Unter Steuerung durch die Systemlogikschaltung kann der in Fig. 2 dargestellte Detektor dann zum Vergleichen der Amplitude des Signals V_ mit derjenigen des Signals V„ verwendet werden, indem das Signal V„ dem Eingang A des Detektors zugeführt wird und die Messung durch ein neues Torsignal G erneut eingeleitet wird.

Die Darstellung gemäß Fig. 3b veranschaulicht den gleichen Betrieb des Detektors gemäß Fig. 2 bei unabgedeckter Kameraoptik, wenn die Kamera die weiße Bezugskarte abtastet. Der Zähler 34 akkumuliert nun Taktimpulse vom Impulsgenerator 46 im Zeitraum von t bis te entsprechend dem Bezugssignal V„, während der Zähler 30 im Zeitraum t bis t, oder t, Taktimpulse zählt, je nachdem, ob die verglichene Videosignalamplitude größer oder kleiner als die Amplitude des Bezugsvideosignals V_G ist, welches dem Videoeingang B des Detektors gemäß Fig. 2 zugeführt wird.

Soweit beschrieben, ist die Auflösung der Videosignalamplitudendifferenz sowohl für Schwarz- als auch für Weißpegelmessungen identisch und hängt zum großen Teil von der Frequenz des Taktgebers 46 ab, der im angegebenen Beispiel eine Nominaltaktfrequenz von 100 MHz hat, ferner geht die Tatsache ein, daß die in den Fig. 3a und 3b dargestellte Bezugsspannung V_REF eine lineare Rampenfunktion ist. Bei linearer Rampenfunktion und nominaler Taktfrequenz von 100 MHz und einem Meßintervall (Rampenzeit) von einer Mikrosekunde entspricht jeder Zählwert etwa einem Prozent des Videopegelmeßbereichs. Normalerweise ist jedoch eine größere Meßgenauigkeit oder Auflösung irgendeiner vorliegenden Signalamplitudendifferenz beim Schwarzpegel größer als beim Weißpegel. Diese höhere Auflösung kann man preiswert ohne Erhöhung der Taktfrequenz erreichen, wenn man V_R™ als nichtlineare Rampenfunktion wählt (wie dies in Fig. 3 durch V^₅,¹ gezeigt ist), indem man nämlich den Rampengenerator 50 als Integrator aufbaut, dessen Zeitkonstante kleiner ist, als es für eine lineare Ausgangsrampenspannung notwendig ist. So können beispielsweise gemäß Fig. 3a die Zähler des Detektors gemäß Fig. 2 Zählwerte vom Zeit-

909815/1081

28A4332

punkt t_Q bis t₂' bzw. t_Q bis t ' im Vergleich zu t bis t₂ bzw. t bis t₁ bei einer linearen Rampenfunktion akkumulieren, ohne daß die Auflösungsgenauigkeit bei Weißpegelmessungen davon beeinflußt würde.

Es ist vorstehend gesagt worden, daß die zusammengehörigen Rotund Blauvideosignale mit dem Grünvideosignal zur Korrektur der Amplitudenübereinstimmung verglichen worden sind; jedoch läßt sich die Erfindung auch dann anwenden, wenn nur ein einziges Videosignal zur Verfügung steht oder die Rot-, Blau- und Grünvideosignale in einer Absolutmessung verglichen werden sollen, beispielsweise mit einem Systembezugspegel für Schwarz- ebenso wie für Weißpegel3ignale. Bei dem oben erwähnten Beispiel eines einzigen Videosignals wird ein Systembezug entsprechend einem Schwarz- oder Weißpegel einem Eingang, beispielsweise dem Eingang A, des Detektors gemäß Fig. 2 zugeführt, während das zu vergleichende Videosignal dem anderen Eingang B zugeführt wird. Wird dem einen Eingang ein festes Bezugssignal zugeführt, dann hätte der Zähler 30 einen Zählstand, der unverändert bliebe, während der Zähler 34 einen Zählstand hätte, der durch eine Amplitudendifferenz, oberhalb oder unterhalb, zum festen Bezugssignal bestimmt ist. Wäre ein Rot-, Grün- und Blauvideosignal mit einem festen Systembezugssignal zu vergleichen, dann würde letzteres einem Eingang des Detektors gemäß Fig. 2 zugeführt und die drei Videosignale würden abwechselnd auf den anderen Eingang des Detektors für aufeinanderfolgende Messungen gegeben. Das Bezugssignal kann natürlich auf dem Schwarzpegel, dem Weißpegel oder irgend einem gewünschten Systembezug liegen.

Die Regelsignale, welche aus dem Signal des Amplitudendetektors 160 (Fig. 1) abgeleitet worden sind, brauchen nicht ausschließlich den Verstärkern 130 und 150 zugeführt werden, sie können beispielsweise auch die Empfindlichkeit der Bildaufnahmeröhren durch Veränderung der Targetspannung verwendet werden oder zur Regelung der Signalpegel oder der Verstärkung anderer zur Kamera 120 gehöriger Signalverarbeitungsstufen.

90981 B/1081

- Ai-

L e e r s e i t e

Claims

RCA 72,274/Sch/Vu
U.S. Ser. No. 841,194
vom 11. Oktober 1977

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Ea te ή t\a'n Sprüche

(1 )J Schaltungsanordnung zur Regelung von Videosignalamplituden auf Übereinstimmung für ein Fernsehkamerasystem mit mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Anordnung zur Erzeugung eines zugehörigen Videosignals, dessen Amplitude sich von einem gewünschten Bezugspegel unterscheidet, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (100), welche einen ein gemeinsames Signal erzeugenden Bezug in den Bildweg (C-C) der Bildaufnahmevorrichtung (100) zur Erzeugung eines in bezug zum Videosignal stehenden Signals in der Bildröhre einführt,

- eine ein Videoamplitudenbezugssignal ableitende Einrichtung,

- einen Generator (50) zur Erzeugung eines sich verändernden Bezugssignals, welches dem Videoamplitudenbezugssignal und den

909815/1081

Videosignalen gemeinsam ist und seine Amplitude von einem Anfangsbezugspunkt unterhalb des erwarteten Minimalvideosignals zu einem Punkt oberhalb des erwarteten Maximalvideosignals verändert ,

- einen Taktgeber (46) zur Erzeugung einer Taktfrequenz,

- einen ersten und einen zweiten Signalübertragungskanal, die jeweils einen Signaldetektor (14,18;20,26) zur Erzeugung eines ersten bzw. zweiten Torsignals enthalten, wenn das sich verändernde Bezugssignal das Videoamplitudenbezugssignal und das Videosignal übersteigt,

- einen ersten und einen zweiten Zähler (30,34), die mit dem Taktgeber (46) verbunden sind und unter Steuerung durch das erste und zweite Torsignal die Bezugsfrequenz von dem Anfangspunkt des gemeinsamen Bezugssignals bis zum ersten bzw. zweiten Torsignal zählen,wobei ihre Zählstände die Amplitude des Videosignals gegenüber dem Videobezugssignal angeben,

- eine mit den beiden Zählern gekoppelte Steuerschaltung (32)

zur Erzeugung eines Regelsignals, welches ein Maß für die Amplitudendifferenz zwischen Videosignal und Videoamplitudenbezugssignal ist, und

- eine mit der Bildaufnahmevorrichtung gekoppelte Regelschaltung

(130,140,150), welche unter Steuerung durch das Regelsignal den Videosignalamplitudenunterschied minimaIisiert.
2) Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Videoamplitudenbezugssignal durch eine zweite Bildaufnahmevorrichtung geliefert wird.
3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite zusammengehörige Videosignal in einem ersten Fall dem Schwarzpegel und in einem zweiten Fall dem Weißpegel entsprechen.
4) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das gemeinsame Signal erzeugende Bezugseinrichtung eine

90981S/1Ö81

weiße Farbtestkarte zur Bestimmung der Amplitudenübereinstimmung zusammengehöriger Weißpegelvideosignale und eine Schwarzfarbtestkarte zur Feststellung der Amplitudenübereinstimmung zusammengehöriger Schwarzpegelvideosignale ist.
5) Anordnung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die das gemeinsame Signal erzeugende Bezugseinrichtung (100) eine
Testkarte mit schwarzen und weißen Farbflächen zur Feststellung
der Amplitudenübereinstimmung der zusammengehörigen Schwarz- und Weißpegelvideosignale ist.
6) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das sich verändernde Bezugssignal liefernde Generator ein linear arbeitender Rampengenerator ist.
7) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das sich verändernde Bezugssignal liefernde Generator einen nichtlinearen Teil seines Arbeitsbereiches hat, in welchem die Signalauflösung für die Videosignale erhöht ist.

909815/1081