DE3106214A1 - Farbcodierfilter - Google Patents

Description

31062H

RCA 74862/Sch/Vu
(Zusatz zu P 31 03 589.2)

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

Farbcodierfilter

Die Erfindung bezieht sich auf Farbcodierfilter und betrifft insbesondere die Verwendung derartiger Filter mit einer ladungsgekoppelten Bildaufnahmeeinrichtung.

Wie in der US-Patentanmeldung Ser. No. 118,301 vom 4. Februar 1980 (Erfinder R. Rhodes; Patentanmeldung P 31 03 589.3) beschrieben ist, ergibt die Verwendung von Vertikalstreifencodierfiltern mit einer nicht ganzzahligen Beziehung zu den CCD-Photosensoren ein Moire-Muster aufgrund der Überlagerungen der vertikalen Streifen mit den vertikalen Reihen der CCD-Bildsensoren. Wenn die Bildsensoren zur Erzeugung eines Kameraausgangssignals abgetastet werden, dann wird ein Signal erzeugt, dessen Frequenzkomponenten sowohl zur Grundwelle der Schwebungsfrequenz wie auch zu deren Harmonischen in Beziehung stehen, wenn ein farbiger Bereich aufgenommen wird. Diese Signalfrequenzen enthalten die Farbinformation, jedoch würde bei ihrer Zuführung zum Wiedergabegerät ein unerwünschtes Vertikalstreifenmuster auftreten, wenn Farbflächen aufgenommen werden.

Es ist daher wünschenswert, die sichtbaren Vertikalstreifen zu reduzieren.

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Ein Filter zur Verwendung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, das eine Mehrzahl von Spalten von Photosensoren enthält und nach der Erfindung aufgebaut ist, zeichnet sich aus durch eine Mehrzahl vertikaler Farbstreifenfilter, die in sich horizontal wiederholenden Zyklen der Farbreihenfolge angeordnet sind und in einer nicht ganzzahligen Beziehung zu den Spalten stehen, sowie durch eine Kontrolleinrichtung, welche die Menge einer bestimmten Farbe, die auf einen bestimmten Photosensor auftrifft, so bestimmt, daß die Grundwelle und keine unerwünschten Harmonischen der Schwebung zwischen den Spalten und den Streifen erzeugt werden und daraus Farbsignale von den Photosensoren erhalten werden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein typisches Ausgangssignal einer Farbcodierkamera bei der Aufnahme eines großen Farbfeldes bei Verwendung üblicher Filter;

Fig. 2 eine erwünschte Kurvenform;

Fig. 3 ein Verfahren, diese zu erreichen, unter Verwendung eines Graustreifenfilters;

Fig. 4 eine zweite Möglichkeit zur Erreichung dieser Kurvenform unter Verwendung eines Vertikalfarbstreifenfilters;

Fig. 5 eine alternative Ausführung eines Filters gemäß der Erfindung; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform.

In der eingangs erwähnten früheren Anmeldung ist eine Kamera mit einer einzigen Bildaufnahmeeinrichtung unter Verwendung eines CCD-Bildsensors mit 320 Photosensoren pro horizontaler Zeile beschrieben. Für den horizontalen Raum, den jeweils 12 dieser Photosensoren einnehmen, sind fünf Dreiergruppen aus Farbfilter mit jeweils roten, blauen und grünen Vertikalstreifen vorgesehen. Man erhält eine Ausgangskurve aus einem "C"-Register, das üblicherweise ein Teil einer CCD-Aufnahmeeinrichtung ist. Die Amplitude

-s-

der Kurve C für die Aufnahme eines roten Feldes ist in Fig. 1 über der horizontalen Lage, definiert durch die Photosensornummer, für die ersten zwölf Photosensoren aufgezeichnet. Da das Ausgangssignal aus dem "C"-Register sequentiell herausgeschoben wird, stellt die Horizontalachse auch die Zeit dar. Die Amplitude der Kurve 10 hängt von dem Betrag bzw. der Stärke ab, in welcher ein roter Streifen über einem bestimmten Photosensor angeordnet ist. Die bei Aufnahme eines blauen bzw. grünen Feldes entstehenden Blau- bzw. Grünkurven sind ähnlich, jedoch sind ihre Einhüllenden um 120 bzw. 240° gegen die Rotkurve gemäß Fig. 1 verschoben. Eine Fourier-Analyse der Kurve 10 nach Fig. 1 ergibt die folgenden relativen Amplituden ihrer Frequenzkomponenten:

Tabelle 1

Frequenz 0,5 (MHz)

Amplitude 0,011 (Spitze-Spitze)

0,079

1,5

2,0

0,039

2,5

0,439

3,0

3,5

0,313

4,0

0,02C

4,5

0,016

Die 3,0 MHz-Komponente ist eine unterdrückte Trägerschwingung, die von der Filtergeometrie verglichen mit derjenigen der CCD-Bildaufnahmeeinrichtung herrührt und wird in der eingangs erwähnten Patentanmeldung genauer erläutert. Die Komponenten von 2,5 und 3,5 MHz sind die am meisten gewünschten Hilfsträgerfrequenzen, welche die Farbinformation tragen, weil sie die stärksten sind, während die übrigen Komponenten nicht benötigt werden und nur ein niederfrequentes Vertikalmuster verursachen, das bei der Aufnahme von Farben auf dem Raster sichtbar wird. Es ist erwünscht, dieses Vertikalmuster zu eliminieren, indem die übrigen Komponenten durch Anwendung der hier beschriebenen Erfindung unterdrückt werden.

Fig. 2 zeigt eine Kurve, die derjenigen gemäß Fig. 1 ähnlich ist, jedoch läßt sich hierdurch eine Fourier-Analyse zeigen, daß sie nur Hilfsträger von 2 1/2 und 3 1/2 MHz, nicht dagegen die übrigen Komponenten enthält, die ein Vertikalmuster entstehen lassen, wenn die Kurve gemäß Fig. 1 mit Hilfe einer Wiedergabeeinrichtung

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dargestellt wird. Die Erfindung umfaßt daher mehrere Ausführungsformen, mit Hilfe deren diese Kurve erreichbar ist.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform zur Erzielung der Kurve 12, die einen Teil einer CCD-Bildaufnahmeeinrichtung 14 darstellt und einen Schwebungszyklus zeigt und eine horizontale Anordnung von Photosensoren 16 umfaßt. Ein Farbfilter 18 mit sich wiederholenden Dreiergruppen von Rot-, Grün- und Blaufarbfiltern ist vor einer Bildaufnahmeeinrichtung 14 angeordnet, wobei die linken Kanten der Einrichtung 14 und des Filters 18 miteinander ausgerichtet sind. Vor dem Farbfilter 18 befindet sich ein Graustreifenfilter 20 neutraler Dichte. Das Filter 20 hat 22 Abschnitte, deren Durchlässigkeit entsprechend der durch die Kurve 12 gemäß Fig. 2 bestimmten Durchlässigkeit variiert. Das Durchlässigkeitsmuster wiederholt sich alle vier Photosensoren. Zur Bestimmung der erforderlichen Durchlässigkeiten der einzelnen Graustreifen im Sinne der Erzielung der Kurve 12 gemäß Fig. 2 ist das nachfolgend beschriebene Verfahren angewendet worden. Beginnend mit dem roten Feld wurde die räumliche Phasenlage, also die horizontale Position, und die Amplitude der 500 kHz-Grundwelle 12 festgehalten. Vor die roten Filterelemente wurde graues Material mit horizontalvariierender Durchlässigkeit gesetzt, also die Durchlässigkeit wurde dort verringert, wo die Spitzenwerte dieser Komponente der Kurve auftreten, und wo die Minima derselben Kurvenkomponente lagen, wurde die Durchlässigkeit vergrößert. Dazwischen wurden Zwischenwerte verwendet. Als Ergebnis erbrachte die Lichtdurchlässigkeit durch die Kombination der roten Streifen mit den grauen Filterstreifen ein Signal, das gleich und entgegengesetzt der durch die Schwebung erzeugten Grundkomponente des Moire-Effektes ist. Das gleiche Verfahren folgte für alle wesentlichen Harmonischen des Moire-Musters mit Ausnahme der gewünschten fünften und siebten Oberwelle, welche die Hilfsträger von 2,5 und 3,5 MHz erzeugen. Dasgleiche wurde dann für die Farben Blau und Grün durchgeführt. Die Ausgangssignale für Rot, Blau und Grün vom "C"-Register stellen damit eine gute Annäherung an die Idealkurve 12 gemäß Fig. 2 dar.

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Eine zweite Möglichkeit, ein Signal mit niedrigem Oberwellengehalt zu bekommen, ist in Fig. 4 gezeigt. Hier ist ein einfaches Dreiergruppen-Farbfilter 18 als Referenz dargestellt, und die zweite Ausführungsform der Erfindung ist mit der Nummer 24 bezeichnet. Sie umfaßt rote, grüne und blaue Vertikalstreifen, wobei die Flächen zwischen den Streifen Mischungen benachbarter Streifen sind. So befinden sich zwischen den roten und grünen Vertikalstreifen gelbe (Ye) Streifen, die durch Überlappung der roten und grünen Streifen entstehen, zwischen den grünen und blauen Vertikalstreifen befinden sich cyanfarbene Streifen (Cy), die durch die Überlappung der grünen und blauen Streifen entstehen, und zwischen den blauen und roten Vertikalstreifen befinden sich magentafarbene Streifen (Mg), welche durch die Überlappung blauer und roter Streifen entstehen. Alternativ könnte ein Filter auch aus magentafarbenen, gelben und cyanfarbenen Streifen gebildet sein, welche sich teilweise zu roten, grünen und blauen Vertikalstreifen überlappen, die zwischen den magentafarbenen und gelben Streifen, den gelbenen und cyanfarbenen Streifen bzw. den cyanfarbenen und magentafarbenen Streifen gebildet werden. Es läßt sich zeigen, daß die Kurve des Ausgangssignals bei der Anordnung gemäß Fig. 4 eine bessere Annäherung an die Idealkurve gemäß Fig. 2 ergibt als die Kurve gemäß Fig. 1, die sich bei dem bekannten Filter ergibt. Dies ist durch die Fourier-Analyse nachweisbar.

Das Filter nach Fig. 3 kann schwierig herstellbar sein wegen der geringen Breite seiner Vertikalstreifen und wegen der vielen variierenden Durchlässigkeiten. Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführung zur Erreichung des gewünschten Ergebnisses, wobei Fig. 5A die Photosensoren der oberen linken Seite einer CCD-Bildaufnahmeeinrichtung 14 darstellt. Die Fig. 5B, C und D zeigen die Durchlässigkeitsfunktionen 26, 28 und 30 für rote, blaue bzw. grüne Filter. Es sei darauf hingewiesen, daß hier nur Durchlässigkeiten der Werte O, 0,5 und 1 auftreten. Fig. 5E führt für jeden in Fig. 5A gezeigten Photosensor die normierte Wechselkomponente (in welcher das Maximum durch 1 dargestellt wird)

eines Photosensorausgangssignals an, wenn verschiedene reine Farbszenen aufgenommen werden. Diese Wechselkomponente entsteht, wenn die Photosensorspalten aus dem "C"-Register ausgelesen werden. Fig. 5F zeigt eine Darstellung des Ausgangssignals bei der Aufnahme einer roten Szene. Man sieht, daß diese Darstellung die gleiche wie die schwebungsfreie Darstellung nach Fig. 2 ist. Fig. 5G zeigt ein Vertikalstreifenfilter 34 mit 12μ breiten Streifen, die zur Erzeugung der Kurve gemäß Fig. 5F dienen kann, wenn eine CCD-Bildau¥nahmeeinrichtung mit 3Ομ breiten Spalten benutzt wird. Die Proportion jeder Farbe in jedem Vertikalstreifen entspricht derjenigen nach den Fig. 5B, C und D. Jedoch kann es bei diesem Filter schwierig sein, die numerisch exakten Farbproportionen korrekt zu erhalten, und es kann auch schwierig sein, die Primärfarben anzupassen, die über verschiedenen Photosensoren erscheinen, weil verschiedene Filtermaterialien multi-

additiv kombiniert werden.

Fig. 6 zeigt ein Filter 36, das leichter als das Filter nach Fig. 5G herzustellen ist und dieselben Ergebnisse bringt. Die größeren Farbfilterabschnitte sind 24μ breit und 2Ομ hoch. Die kleineren Farbfilterabschnitte sind 12μ breit und 1Ομ hoch. Die Summe der Höhen der großen und kleinen Filterabschnitte beträgt 3Ομ und ist gleich der Höhe der Photosensoren. Wenn man die Teilung der 24μ breiten Abschnitte in 12μ breite vertikal verlaufende Streifen betrachtet, dann kann man sehen, daß die Farb-

Streifen identisch mit den Vertikalstreifen des Filters 34 gemäß Fig. 5G ist. Das Filter 36 erzeugt damit dieselbe gewünschte Kurvenform wie das Filter 34. Wenn eine vertikale Fehlausrichtung des Filters 36 bezüglich der CCD-Bildaufnahmeeinrichtung vorliegt oder wenn eine vertikale Überlappung vorliegt, dann bleibt die Farbzusammensetzung über einem bestimmten Photosensor dieselbe.

Es sei darauf hingewiesen, daß viele andere Ausführungen möglich sind, beispielsweise die Linse, welche die roten, blauen und grünen Farbstreifen des Filters nach der eingangs erwähnten

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Patentanmeldung auf das CCD-Element projiziert, defokussiert sein kann. In diesem Falle kann man die AusgangsSignaIe an die Kurve nach Fig. 2 annähern. Damit werden die unerwünschten Streifen weniger sichtbar.

Leerseite

Claims (8)

PATENTA N V AlLT? DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 02 60 D-8OOO MUENCHEN 86 ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ RCA 74862 Sch/Vu U.S. Ser. No. 122,722 vom 19. Februar 1980 (Zusatz zu P 31 03 589.2) RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Patentansprüche

1) Filter zur Verwendung bei einer Bildaufnahmeeinrichtung, die eine Mehrzahl von Spalten mit Photosensoren aufweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vertikalfarbfilterstreifen (R,G,B), die in sich horizontal wiederholenden Zyklen der Farbreihenfolge angeordnet sind und in nicht ganzzahliger Beziehung zu den Spalten stehen, und durch eine Kontrolleinrichtung (20 oder 24 oder Fig. 6) zur Bestimmung der Menge einer bestimmten Farbe, die auf einen bestimmten Photosensor (16) auffällt, derart, daß die Grundwelle und keine unerwünschten Oberwellen der Schwebung zwischen den Spalten und Streifen erzeugt werden, wenn die Farbsignale von den Photosensoren abgenommen werden.

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 69148-800

BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 70 200 40) KTO. 6 060 257 378 SWIFT HYPO DE MM

2) Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung ein Neutraldichte-Graufilter (20) mit vertikalen Streifen (22) horizontalvariierender Durchlässigkeit umfaßt, und daß das Graufilter vor den Photosensoren (16) angeordnet und selektiv mit den Filterstreifen (R,G,B von 18) ausgerichtet sind.

3) Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der Kontrolleinrichtung (24) die Streifen des Farbfilters

(18) teilweise überlappen.

4) Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es rote, grüne und blaue Streifen aufweist und die Überlappungsbereiche zwischen den roten und grünen Streifen gelb sind, die Überlappungsbereiche zwischen den grünen und blauen Streifen cyanfarben sind und die Überlappungsbereiche zwischen den blauen und roten Streifen magentafarben sind.

5) Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es magentafarbene, gelbe und cyanfarbene Streifen aufweist und daß die Überlappungsbereiche zwischen den magentafarbenen und gelben Streifen rot sind, die Überlappungsbereiche zwischen den gelben und cyanfarbenen Streifen grün sind und die Überlappungsbereiche zwischen den cyan- und magentafarbenen Streifen blau sind.

6) Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung Streifen aufweist, die auf den Photosensoren leicht defokussiert sind.

7) Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (Fig. 6) Streifen mit ausgewählten Farbkombinationen aufweist.

8) Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen rechteckförmige Abschnitte haben und daß die Kontrolleinrichtung diese Streifen mit ausgewählten Bereichsverhältnissen aufweist (Fig. 6).