DE2913116A1

DE2913116A1 - Verfahren zum auslesen von festkoerper- bildsensoren und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2913116A1
Application number: DE19792913116
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr Ing Bock; Hans-Wilhelm Dipl Ing Zappen; Herbert Zettl; Friedrich Dipl Ing Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1980-10-23
Also published as: JPS55135473A; US4292653A

Description

Rl.-Nr. 1895/79

29. Mrz 1979 FE/PLI/Rz/Pe

ROBERT BOSCH GMBH, .7000 Stuttgart 1

Verfahren zum Auslesen von Festkörper-Bildsensoren und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Stand der: Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Auslesen von für die amerikanische Fernsehnorm mit Zeilen vorgesehenen Festkörper-Bildsensoren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Festkörper-Bildsensoren, z. B. CCDs (Charge Coupled Device) oder CIDs (Charge Injection Device), sind derzeit bezüglich ihrer Größe, d. h. Spalten- und

Zeilenzahl, nur für die amerikanische Fernsehnorm 03004 3/0028 - 2 -

ORIGINAL INSPECTED

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mit 525 Zeilen erhältlich.

Um nun diese Festkörper-Bildsensoren für die CCIR-Norm mit 625. Zeilen zu benutzen, wäre es denkbar, eine entsprechende Anfnhl τοπ Zeilen am oberen und unteren Bildrand fehlen zu lassen. Da die sichtbaren Zeilen nach der amerikanischen Norm 487 im Vollbild betragen, nach der CCIR-Norm jedoch 575 pro Vollbild, würden am oberen und unteren Rand je 44 Zeilen im Vollbild bzw. je 22 Zeilen im Halbbild fehlen. Um das notwendige Bildseitenverhältnis von 4 : 3 einzuhalten, bedeutet dies natürlich auch eine Aufteilung der Bildpunkte pro Zeile, was dann an den Bildseiten zu entsprechenden schwarzen Rcändern führt. Insgesamt würde sich also dadurch ein in beiden Bildrichtungen um je 15 % kleineres Bild ergeben, was sehr unbefriedigend wäre.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß an den Bildseiten keine schwarzen Ränder sichtbar sind und das Bild in normaler Größe wiedergegeben wird.

Bei Verwendung eines Festkörper-Bildsensors mit 244 Zeilen, welcher gemäß der amerikanischen Norm nach dem Zeilensprungverfahren so betrieben wird, daß zur Erhaltung eines Vollbildes mit 487 Zeilen jede Zeile zweimal ausgelesen wird, kann durch nochmaliges Wiederholen jeder dritten Sensorzeile ein Bild mit 569 Zeilen (284 Zeilen im ersten Halbbild, 285 Zeilen im zweiten Halbbild) erhalten werden. Gegenüber den geforderten 575 Zeilen fehlen nunmehr nur noch 6 Zeilen, die aber durch das übliche Überschreiben des Heimempfängers nicht sichtbar werden. Dieses zusätzliche Wiederholen jeder dritten Sej^sorzeile führt zwar zu

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einem geringen periodisch in vertikaler Richtung auftretenden Geometriefehler, ist aber beispielsweise für die Färbinformation nur wenig störend.

Durch die iii den tinte ran Sprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen' des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist, daß zur Verringerung des Verkämmungsfehlers von jeder erstmals ausgelesenen Zeile (mit Videoinformation) und der vorangehenden erstmals ausgelesenen Zeile (mit Videoinformation) mit Ausnahme der jeweils auf die dritte Sensorzeile folgenden Zeile (mit Videoinformation) der arithmetische Mittelwert gebildet wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Teil des .erfindungsgemäßen

Ausleseschemas von Festkörper-Bildsensoren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die analoge Bildsignalverarbeitung Fig. 3 ein Blockschaltbild für die digitale Bildsignalverarbeitung

Das Ausleseschema in Fig. 1 enthält in Spalte 1 die oberen JO Zeilen des wiedergegebenen Vollbildes, wobei die ersten drei Zeilen fehlen.

In den Spalten 2 und 3 sind jeweils für das erste und zweite Halbbild die jeweils ausgelesenen Sensorzeilen angegeben. Dabei stellen die in den Kreisen befindlichen Zahlen die jeweiligen, zum ersten Male ausge-

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lesenen Sensorzeilen dar, von denen VideoinrOrmaVion und Störsignalinformation abgeleitet wird. Die in den Quadraten angegebenen Zahlen sind die zum zweiten Mal ausgelesenen Sensorzeilen, welche nur noch die Störsignal information enthalten. Dieses beschriebene Ausleseverfahren ist bei DID-Sonsoren üblich.

Schließlich geben die in den Dreiecken befindlichen Zahlen die Sensorzeilen an, welche gemäß der Erfindung zum dritten Mal ausgelesen werden, und ebenfalls nur noch die Störsignalinformation enthalten.

In den Spalten 4- und 5 sind jeweils die Ausgangszeilen des ersten und zweiten Halbbildes nach der Signalverarbeitung in dor Schaltung nach Fig. 2 bzw. 3 eingetragen. Dabei stellen die in den Rhomben eingetragenen Zahlen eine zusätzlich zur ausgelesenen Zeile addierte vorangehende Zeile zur Verringerung des Verkämmungsfehlers dar, wovon der arithmetische Mittelwert gebildet wird.

Wie man leicht erkennen kann, wird jede dritte Sensorzeile nicht nur einmal, sondern zweimal wiederholt, z. B. in dem dargestellten Teil des ersten Halbbildes die Sensorzeilen 5 und 11, so daß dadurch ein 7-Zeilen-Zyklus entsteht;.

Bei der Wiedergabe, beispielsweise nach der Empfänger-PAL-Integration, werden in dem 7-Zeilen-Zyklus ohne die zusätzliche addierte Zeile zwei Zeilen einmal und eine Zeile zweimal wiederholt dargestellt, während mit zusätzlicher addierter Zeile nur die siebte Zeile eine Wiederholung der sechsten darstellt (s. Sp. 6), also eine Verringerung des Verkämmungsfehlers erreicht wird.

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Eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens mit analoger Bildsignalverarbeitung ist in Pig,2dargestellt. Ein Pestkörper-Bildsensor 1 ist über einen Eingangsverstärker 2 mit dem positiven Eingang einer Subtrahierstufe 3 verbunden. An den Ausgang der Stufe 3 sind zwei Zeilenverzögorungsleitungen 4 und 6 in Reihe geschaltet. Der Ausgang der zweiten Zeilenverzögerungsleitung 6 ist mit einem Eingang einer Schaltung 7 zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes verbunden, an deren anderen Eingang der Ausgang der Stufe 3 angeschlossen ist. Die Ausgänge der Stufe 3, der Zeilenverzögerungsleitungen 4 und 6 sowie der Schaltung 7 sind an je einen Eingang eines Multiplexers 8 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Videosignal gemäß der Spalten 4 und 5 der Pig.labnehmbar ist.

Der Ausgang der Zeilenverzögerungsleitung 4 ist außerdem über einen Schalter 9 mit dem negativen Eingang der Stufe 3 verbunden.

Die Punktionsweise dieser Schaltung sei nunmehr anhand der Zeilen 7 bis 11 des ersten Halbbildes gem. Pig. 1 näher erläutert.

Die Videoinformation der erstmals ausgelesenen Zeile des Pestkörper-Bildsensors 1 wird nach Verstärkung im Eingangsverstärker 2 über die Stufe 3 einerseits direkt dem Eingang des Multiplexers 8 und andererseits der ersten Zeilenverzögerungsleitung 4 zugeführt. Am Ausgang des Multiplexers 8 ist somit die Videoinformation der Zeile 7 abnehmbar. Beim nochmaligen Auslesen der Zeile 7 kann von dieser Zeile lediglich eine Störsignalinformation abgeleitet werden, welche ebenfalls nach Verstärkung im Verstärker 2 über die Stufe 3 der. ersten Zeilenverzögerungsleitung 4 zugeführt wird. Während nun diese Information in die erste Zeilen-

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verzögerungsleitung 4 eingelesen wird, wird gleichzeitig die darin gespeicherte Videoinformation der Zeile 7 an den Eingang b des Multiplexers 8 gegeben und in die zweite Zeilenverzögerungsleitung 6 eingelesen. Am Ausgang des Multiplexers 8 int somit nochmals die Videoinformation der Zeile 7 abnehmbar. Danach wird die Zeile 9 erstmals ausgelesen, und deren Videoinformation wird ebenfalls über den Verstärker 2 sowie die Stufe 3 einerseits dem einen Eingang der Stufe 7 zugeführt und andererseits in die erste Zoilenverzögerungsleitung eingelesen. Die darin befindliche Störsignalinformation der Zeile 7 wird dabei gleichzeitig ausgelesen und über den nunmehr geschlossenen Schalter 9 dem negativen Eingang der Stufe 3 zugeführt, wodurch die Störsignalkomponente der Zeile 9 kompensiert wird.

Dem anderen Eingang der Stufe 7 wird dabei gleichzeitig die in der zweiten Zeilenverzögerungsleitung 6 gespeicherte Videoinformation der Zeile 7 zugeführt. Am Ausgang der Stufe 7 entsteht somit der Mittelwert der Videosignale der Zeilen 7 und 9· Dieser wird dem Eingang d des Multiplexers 8 zugeführt, so daß an dessen Ausgang e dieser Mittelwert abnehmbar ist.

Beim nochmaligen Auslesen der Zeile 9 wird deren Störsigna !information über den Verstärker 2 und die Stufe 3 der ersten Zeilenverzögerungsleitung 4 zugeführt. Während des Einlesens des Störsignals wird gleichzeitig die gespeicherte Videοinformation der Zeile 9 ausgelesen und einerseits dem Eingang b des Multiplexers 8 sowie andererseits der zweiten Zeilenverzogerungsleitung 6 zugeführt. Am Ausgang e des Multiplexers 8 ist somit die Videoinformation der Zeile 9 abnehmbar.

Danach wird die Zeile 11 erstmals ausgelesen, und deren Videoinformation wird über den Verstärker 2 und die

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Stufe 3 einerseits an den einen Eingang der Stufe 7 und andererseits an die erste Zeilenverzögerungsleitung 4- geleitet. In der Stufe 3 erfolgt ebenfalls eine Störsignalkompensation mit Hilfe des in der ersten Zeilenverzögerungsleitung 4 gespeicherten Störsignals der Zeile 9. Dem anderen Einganp; dor Stufe 7 wird dabei gleichzeitig die in der zweiten Zoilenverzögerungsleitung gespeicherte Videoinformation der Zeile 9 zugeführt« Am Ausgang der Stufe 7 entsteht somit der Mittelwert der Videosignale der Zeilen 9 und 11. Dieser wird dem Eingang d des Multiplexers 8 zugeführt, an dessen Ausgang e dieser Mittelwert abnehmbar ist.

Beim nochmaligen Auslesen der Zeile 11 wird deren Störsignalinformation über den Verstärker 2 und die Stufe 3 der- ersten Zeilenverzögerungsleitung 4- zugeführt. Während des Einlesens wird gleichzeitig die gespeicherte Videoinformation der Zeile 11 ausgelesen und einerseits dem Eingang b des Multiplexers 8 sowie andererseits der zweiten Zeilenverzögerungsleitung 6 zugeführt. Am Ausgang e ist somit die Videoinformation der Zeile 11 abnehmbar.

Nunmehr wird die Zeile 11 zum dritten Mal ausgelesen, und deren Störsignalinformation wiederum über den Verstärker 2 und die Stufe 3 der Zeilenverzögerungsleitung 4- zugeführt. Gleichzeitig wird die in dieser Zeilenverzögerungsleitung 4 gespeicherte Störsignalinformation der zweiten Zeilenverzögerungsleitung 6 zugeführt und die dort gespeicherte Videoinformation der Zeile 11 ausgelesen und dem Eingang c des Multiplexers 8 zugeleitet. Am Ausgang e des Multiplexers 8 ist wiederum die Videoinformation der Zeile 11 abnehmbar.

Dieser beschriebene 7'-ZoiIon-Zyklus wiederholt; sich nun bis zur vollständigen Abtastung des ersten Halbbildes, wonach die Abtastung des zweiten Halbbildes folgt. ·

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Die Umschaltsteuerung des Multiplexers 8 sowie des Schalters 9 erfolgt durch Impulse T, welche von einem in der Pig. nicht dargestellten Taktgeber erzeugt werden.

Bei der in J¹Xg. 3 dargestellten Schaltung zur digitalen Bildsignalverarbr:i fcimg ist ebenfalls der Festkörper-Bildsensor 1 übηr einen Eingangsverstärker 2 mit dem positiven Eir.nang einer Subtrahierstufe verbunden. An den Ausgang dor Stufe 3 ist ein A/D-Wandler 11 angeschlossen, dessen Ausgänge mit drei Tri-State-Schaltstufen 12, 13, 14- verbunden sind. An den Ausgang jeder TH -.^r'i;-i1;e-Schaltstuf e 12, 13, 1^;l- ist ,je ein digitale!· ?,<■ i .1 onspeicher 16, 17, 18, z. B. EAM, angeschlossen.

Der Ein- und Ausgang den Zeilenspeichers 16 ist dabei über einen D/A-Wandler 19 mit dem negativen Eingang der Stufe 3 verbunden, während die Ein- und Ausgänge der Zeilerspeicher 17 und 18 einerseits an je einen Eingang f, g, eines Multiplexers 21 und andererseits an je einen Eingang einer Stufe 22 zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes angeschlossen sind. Der Ausgang der Stufe 22 ist mit einem dritten Eingang h des Multiplexers 21 verbunden, an dessen Ausgang i ein digitales Videosignal gemäß der Spalten 4- und 5 der Fig. 1 abnehmbar ist.

I Die vom Pestkörper-Bildsensor 1 ausgelesenen Si- ι

gnale werden nach Verstärkung in Verstärker 2 t über die Subtrahierstufe 3 dem A/D-Vandler 11 zugeführt, an dessen Ausgängen die digitalisierten ! ,jeweiligen Signale abnehmbar sind. ί

Entsprechend dem in Pig. 1 dargestellten Schema '

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werden diese digitalisiertan Signale jeder Zeile ebenfalls wie in Fig. 2 bohnndelt.

Der Speicher 16 nimmt l)oj ninem ersten Schaltzustand (leitend) der.Tri-Stato-Stufe 12 jeweils die Störsignale der mehrfach auspolosenen Zeilen auf und gibt sie bei einem zweiten Schaltzustand (gesperrt) über den D/A-Vandler 19 aiii analoge Signale an die Stufe 3 zur Störsignalkompensation wieder ab.

Die Speicher 17 "und 18 τιοίηιιοη bei einem ersten Schaltzustand (leitend) der Tri-State-Stufen 13 und 1A- jeweils die Videoinf ormo l;i on ,ie einer nacheinander ausgelesenen Zeile auf und prob on sie bei einem zweiten Schaltzustand (gesperrt) der Tri-State-Schaltstufen 13 und 14 gemäß den SpOten 4 und 5 der Fig. 1 entweder direkt an den Mvltiplexer 21 oder an die Stufe 22 zur Mittelwertbilrhmp; urr! danach an den Multiplexer 21 ab. Außerdorn besteht auch die Möglichkeit der direkten Zuleitung des Videosignals vom A/D-Wandler 11 über die Tri-State-Stufe 13 bzw. 14 an den Multiplexer 21 (ζ. Β. erstmaliges Auslesen der Zeile 7)? so daß am Ausgang i des Multiplexers 21 das entsprechende Videosignal gem. Sp.-4 und 5 der Fig. 1 in digitalisierter Form abnehmbar ist.

Die Umschaltsteuerung der Stufen 12 bis 14, 16 bis 18 sowie 21 und 22 erfolgt mittels von den H-Impuls en abgeleiteten Steuerimpulsen T, welche von einem in der Fig. nicht dargestellten Taktgebor erzeugt werden.

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29. März 1979 FE/PLI/Rz/J'e

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

ZusammenfasunK

Es wird ein Verfahron zum Auslesen von für die 525-Fernsehzeilennorm vorgesehenen Festkörper-Bildsensoren vorgeschlagen, welche nach dem Zeilensprungverfahren mifc dem einmal wiederholten Auslesen jeder Sensorzeile betrieben werden. Zur Verwendung der Festkörper-Bildsensoren für die 625-Fernsehzeilennorm wird jede dritte Sensorzeile zweimal wiederholt

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Claims

29. März 1979 ΪΈ/PLI/Rz/Pe ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche

1. Verfahren zum Auslesen von für die 525-I¹ernsehzeilennorm vorgesehenen Festkörper-Bildsensoren, welche nach dem Zeilensprungverfahren mit dem einmal wiederholten Auslesen jeder Sensorzeile betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der IPestkörper-Bild sensoren für die 625-B'ernsehzeilennorm jede dritte Sensorzeile zweimal wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweimalige Wiederholung jeder dritten Sensorzeile durch dreimaliges Auslesen dieser Zeile erfolgt.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweimalige Wiederholung jeder dritten Sensorzeile durch Speicherung bzw. Verzögerung dieser jeweils zum zweiten Mal ausgelesenen Zeile erfolgt.

4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch"gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Festkörper-Bildsensoren nach dem Zwischenspaltenprinzip zunächst die ungeradzahligen Zeilen für das erste Halbbild mit einmaliger Wiederholung jeder Sensorzeile und nochmaliger Wiederholung jeder dritten Sensorzeile, danach die geradzahligen Zeilen für das zweite Halbbild mit einmaliger Wiederholung jeder Zeile und nochmaliger Wiederholung jeder dritten Sensorzeile ausgelesen werden, welche dann verschachtelt zu

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einem Vollbild zusammengesetzt werden.

5· Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Festkörper-Bildsensoren nach dein bildorganisierten Prinzip zunächst alle Zeilen einmalig und jede dritte Sensorzeile nochmals für das erste Halbbild, danach alle Zeilen wiederholt und jede dritte Sensorzeile nochmals für das zweite Halbbild ausgelesen werden, welche dann verschachtelt zu einem Vollbild zusammengesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung «les Verkämmungsfehlers von jeder erstmals ausgelesenen Zeile (mit Videoinformation) und der vorangehenden erstmals ausgelesenen Zeile (mit Videoinformation) mit Ausnahme der jeweils auf die dritte Sensorzeile folgenden Zeile (mit Videoinformation) der arithmetische Mittelwert gebildet wird.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Festkörper-Bildsensoren (1) einerseits über zwei in Reihe geschaltete Zeilenverzögerungsleitungen (4-, 6) an den einen Eingang einer Schaltung (7) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes und andererseits direkt an den anderen Eingang dieser Schaltung (7) angeschlossen ist, und daß die Ausgänge der Festkörper-Bildsensoren, jeder Verzögerungsleitung sowie der Schaltung zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes an je einen Eingang (a, b, c, d) eines Multiplexers (8) angeschlossen sind, an dessen Ausgang (e) das (zusammengesetzte) Videosignal nach der 625-Zeilennorm abnehmbar ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

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daß zur Störsignalkompensation zwischen Ausgang der Festkörper-Bildsensoren (1) und Eingang der ersten Zeilenverzögerungsleitung (4) eine Subtrahierstufe (3) angeordnet ist, dessen negativer Eingang mit dem Ausgang; der ersten Zeilenverzögerungsleitting (4-) über einen Schalter (9) verbindbar ist.

9. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Festkörper-Bildsensoren (1) an je einen A/D-Vandler (11) angeschlossen ist, daß zwei Zeilenspeicher (17, 18) zur Speicherung je einer Videosignalzeile vorgesehen sind, daß die Ausgänge der A/D-Vandler (11) über je eine Tri-State-Schaltstufe (13, 14) mit ,ie einem Zeilenspeicher (17>18) verbunden sind, daß die Ausgänge der Zeilenspeicher (17, 18) einerseits über eine Schaltung (22) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes und andererseits direkt an einen Multiplexer (21) angeschlossen sind, und daß der Ausgang (i) des Multiplexers (21) mit einem D/A-Wandler verbunden ist,' an dessen Ausgang das Videosignal nach der 625-Zeilennorm abnehmbar ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zur Störsignalkompensation ein weiterer Zeilenspeicher (16) für das Störsignal einer Zeile vorgesehen ist, welcher ebenfalls mit dem Ausgang des A/D-Wandler (11) über eine Tri-State-Schaltstufe (12) verbunden ist, daß der Ausgang des weiteren Zeilenspeichers (16) über einen weiteren D/A-Wandler (19) an den negativen Eingang einer zwischen Pestkörper-Bildsensoren (1) und A/D-Wandler (11) angeordneten Subtrahierstufe (3) angeschlossen ist.

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11. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 betriebene Festkörper-Bildsensoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Bildsensoren für die Aufnahme der Färbinformation in einer Farbfernsehkamera vorgesehen sind.

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