DE3211668C2

DE3211668C2 - Verfahren zur Erhöhung der Auflösung von Fernsehkameras

Info

Publication number: DE3211668C2
Application number: DE3211668A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Reimers
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1984-12-13
Also published as: JPS58179087A; US4507677A; DE3211668A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung von Fernsehkameras mit drei Halbleiter-Bildsensoren vorgeschlagen, welche durch horizontalen Versatz um jeweils ein Drittel der Bildpunktperiode gegeneinander drei um 120 ° phasenverschobene Ausgangssignale abgeben. Hierbei wird zu dem einen als Bezugssignal dienenden Signal der Signalanteil oberhalb von ca. 3 MHz der beiden anderen Signale addiert, welche gleichzeitig jeweils auf ca. 3 MHz bandbegrenzt werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erhöhung der Auflösung von Fernsehkameras mit drei Halbleiter-Bildsensoren nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie es aus der US-PS 39 75 760 bekannt ist.

Im Gegensatz zu Bildaufnahmeröhren stellen Halbleiter-Bildsensoren Abtastsysteme dar, bei denen die aufbelichtete optische Information in zwei Dimensionen durch diskrete Bildpunkte abgetastet wird. Die Auflösung des erzeugten Videosignals errechnet sich daher nach dem Abtasttheorem direkt aus der auf dem Bildsensor realisierten BildpunktzahL Eine Erhöhung der Auflösung ist daher nur durch technologisch außerordentlich problematische Vergrößerung der Bildpunktzahl des Halbleiter-Bildsensors möglich.

Nach genauer Untersuchung des Signalspektrum? am Ausgang eines Halbleiter-Bildsensors, haben sich jedoch Möglichkeiten ergeben, die Auflösung durch eine geeignete Signalverarbeitung auch ohne technologische Maßnahmen zu vergrößern. Das Spektrum ist das eines pulsamplitudenmodulierten Signales, das aus einem Anteil im Basisband sowie aus Anteilen besteht, die sich um Vielfache einer Trägerfrequenz gruppieren. Die eigentliche Begrenzung der Auflösung nach dem Abtasttheorem resultiert nun daher, daß die trägerfrequenten Si gnalanteile Anteile im Basisband erzeugen, die das Basisbandsignal verfälschen. Gelingt es jedoch, die trägerfrequenten Anteile zu eliminieren, so steht auch bei begrenzter Bildpunktzahi eine höhere Auflösung zur Verfügung.

Aus der genannten US-PS 39 75 760 sowie aus der DE-OS 28 39 651 ist bereits jeweils eine Festkörper-Fernsehkamera mit mehreren Halbleiter-Bildsensoren bekannt, bei welchen durch geeignete geometrische An-Ordnung und Auslesetakt-Ansteuerung der Halbleiter- Bildsensoren sowie entsprechende Signalverarbeitung ebenfalls die Auflösung verbessert werden kann. Die bei diesen bekannten Festkörper-Kameras vorgesehene Signalverarbeitung zur Abgabe drei getrennter Farbsignalkomponenten ist jedoch relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung von Fernsehkameras mit Halbleiter-Bildsensoren anzugeben, bei welchem die Signalverarbeitung wesentlich einfacher durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Patentanspruch 2 zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß es nicht nur weniger aufwendig ist, sondern daß damit auch noch vorhandene Störanteile praktisch vollständig eliminiert werden können.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens bei einer Farbfernsehkamera, bei welcher die drei Halbleiter-Bildsensoren mit je einem Farbfilter zur Erzeugung des Grün-, Rot- und Blausignals versehen sind. so Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei nur die für die Erfindung wichtigen Teile eingezeichnet sind. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 das Frequenzspektrum eines an den Bildsensoren abnehmbaren Videosignals.

In F i g. 1 ist ein Teil einer Farbfernsehkamera mit drei Halbleiter-Bildsensoren 1,2,3 und entsprechenden (in F i g. 1 nicht sichtbaren) Farbfiltern zur Erzeugung eines Grünsignals G, eines Rotsignals R und eines Blausignals B eines einzigen auf den Bildsensoren t, 2, 3 fokussierten Bildes dargestellt. Die drei Bildsensoren 1, 2,3 weisen jeweils eine beliebige Anzahl diskreter Bildpunkte auf, deren Periode th beträgt. Durch einen horizontalen Versatz der einzelnen Bildsensoren 1, 2, 3 gegeneinander um ein Drittel der Bildpunktperiode (Tu/ j)

werden drei Ausgangspektren (gemäß F i g. 2) erzeugt, bei denen die trägerfrequenten Anteile erster Ordnung gegeneinander um 120° phasenverschoben an den Klemmen 4,5,6 abnehmbar sind.

Eine Addition dieser trägerfrequenten Anteile aller drei Ausgangssignale G, R, B würde daher bei gleichen Signalamplituden zu einer Auslöschung des Störträgers führen. Diese Tatsache wird erfindungsgeinäß ausgenutzt, inde.ra der trägerfrequente Anteil (oberhalb ca. 3 MHz) des Blausignals B übet ein Bandfilter 7 einer im Grünkanal angeordneten Addierstufe 8 und der des Rotsignals R über ein Bandfilter 9 einer weiteren im Grünkanal angeordneten Addierstufe 11 zugeführt werden. Damit wird im Grünsignal G der Störträger eliminiert, und die ausnutzbare Grünsignal-Bandbreite erhöht sich bis auf ca. 5 MHz (siehe dazu auch das dargestellte Frequenzspektrum am Ausgang 12 des Grünkanals). Das Rot- bzw. Blausignal wird außerdem einem Tiefpaßfilter 13 bzw. 14 (mit der Grenzfrequenz von ca.

3 MHz) zugeführt, an dessen Ausgang jeweils ein (auf ca. 3 MHz) bandbegrenztes und von Störkomponenten freies Rot- bzw. Blausignal an den Klemmen 16 bzw. 17 abnehmbar ist

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sei angenommen, daß jeder Halbleiter-Bildsensor 1,2,3 ca. 420 Bildpunkte pro Zeile aufweist. Die mit diesem Bildsensor konventionell erzeugbare Signalbandbreite beträgt damit etwa 4 MHz. Die optisch aufgelichtete Vorlage besitze jedoch Spektralanteile bis ca. 5 MHz. Bei bisher üblichen Kameraanordnungen tritt nun das Phänomen auf, daß alle Signalanteile oberhalb

4 MHz (das ist die Nyquistgrenze des angenommenen Bildsensors) durch den vorhandenen trägerfrequenten Anteil als Störkomponenten im Basisband auftreten. Störungsfrei wäre daher nur ein Videosignal mit ca. 3 MHz Bandbreite zu erzeugen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung ermöglicht somit eine wesentliche Auflösungserhöhung bei gleichzeitiger Verringerung der Störanteile. Wegen der im Rot- und Blaukanal angeordneten Tiefpaßfilter 13,14 sind diese Signale völlig frei von Störkomponenten. Im Grünsignal ist hierbei jedoch eine völlige Auslöschung des Störträgers nur möglich für unbunte Objekte, während mit zunehmender Farbsättigung zunehmend stärkere Störträgerreste zurückbleiben, was aber — bedingt durch die Eigenschaften des Auges — kaum stören dürfte. Tatsächlich stehen der rote und der blaue Farbauszug ja stets fehlerfrei zur Verfügung, und nur bei hochfrequenten Rot- oder Blaukomponenten auf der Vorlage tritt ein zusätzlicher hochfrequenter Grünanteil auf. Ähnlich wie in diesem Beispiel der grüne Farbauszug läßt sich auch das Luminanzsignal gewinnen, wobei die Luminanzmatrix gleichzeitig iur Störunterdrückung beiträgt.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Auflösung einer Fernsehkamera, in der dasselbe Bild gleichzeitig auf drei Halbleiter-Bildsensoren, die jeweils die gleiche in horizontaler und vertikaler Richtung äquidistante Anordnung von in horizontaler Richtung zeilenweise ausgelesenen optoelektrischer! Sensorelementen aufweisen, projiziert wird, wobei einer der drei Halbleiter-Bildsensoren gegenüber dem Bild um ein Drittel und ein anderer der drei Halbleiter-Bildsensoren gegenüber dem Bild um zwei Drittel des horizontalen Abstandes benachbarter optoelektrischer Sensorelemente in horizontaler Richtung versetzt ist und wobei der Auslesetakt für einen zweiten der drei Halbleiter-Bildsensoren um 120° und der Auslesetakt für einen dritten der drei Halbleiter-Bildsensoren um 240° gegenüber dem Auslesetakt für einen ersten der drei Halbleiter-Bildsensoren bezüglich der durch die Anzahl der je Zeiteinheit ausgelesenen optoelektrischen Sensorelemente gegebenen Auslesefrequenz jedes der drei Halbleiter-Bildsensoren in der Phase verschoben ist, wodurch das Ausgangssignal des zweiten Halbleiter-Bildsensors gegenüber dem Ausgangssignal des ersten Halbleiter-Bildsensors um 120° und das Ausgangssignal des dritten Halbleiter-Bildsensors gegenüber dem Ausgangssignal des ersten Halbleiter-Bildsensors um 240° bezüglich der Auslesefrequenz in der Phase verschoben ist, und wobei zu dem Ausgangssignal von einem der drei Halbleiter-Bildsensoren die beiden Ausgangssignale von den beiden anderen der drei Halbleiter-Bildsensoren zur Bildung eines weiteren Signals für eine folgende Signalverarbeitung addiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem als Bezugssignal dienender, Ausgangssignal von einem der drei Halbleiter-Bildsensoren nur die frequenzmäßig über etwa 3 MHz liegenden Anteile der beiden Ausgangssignale von den beiden anderen der drei Halbleiter-Bildsensoren zur Bildung des weiteren Signals addiert werden und daß die beiden Ausgangssignale von den beiden anderen der drei Halbleiter-Bildsensoren durch jeweils einen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von etwa 3 MHz in ihrer Frequenzbandbreite begrenzt werden und die dabei gebildeten beiden Signale und das aus dem Bezugssignal gebildete weitere Signal für die folgende Signalverarbeitung getrennt abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die drei Halbleiter-Bildsensoren mit je einem Farbfilter zur Erzeugung eines Grün-, Rot- und Blausignals versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal das Grünsignal und die beiden anderen Signale das Rot- und das Blausignal sind.