DE3302714A1

DE3302714A1 - Automatisches fokussierungssystem fuer eine videokamera

Info

Publication number: DE3302714A1
Application number: DE19833302714
Authority: DE
Inventors: Kentaro Yokohama Hanma; Toshio Murakami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-01-27
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1983-08-11
Also published as: GB2117539A; DE3302714C2; GB8301982D0; GB2117539B; US4531158A

Description

HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome

Chiyoda-ku

Tokyo, Japan

27. Januar 1983 A 4386

Beschreibung

Automatisches Fokussierungssystem für eine Videokamera

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Fokussierungssystem für Videokameras und insbesondere auf ein solches automatisches Fokussierungssystem, welches Einrichtungen umfaßt, mit deren Hilfe der nachteilige Effekt einer abrupten und starken Änderung zwischen Szenen, die aufgenommen werden, verhindert ist.

Als eines der bekannten automatischen Fokussierungssysteme für Videokameras ist dasj enige System zu nennen, welches auf der sogenannten Anstiegssteuerung basiert, bei der eine hochfrequente Komponente eines Videosignals gewonnen wird, um die Auflösung bzw. Schärfe eines Bildes zu ermitteln. Die Drehung eines Fokussierungsrings (nachstehend als Einst β H-T ing bezeichnet) in einem Linsensystem wird so gesteuert, daß die Auflösung bzw. Schärfe des Bildes maximal wird. Dieses System ist im einzelnen in der Druckschrift ¹¹NHK Technical Rescai-ch

-ΙΟΙ Report", 1^65, Vol. 17> No. 1, Seite 21 unter dem Titel "Automatic Focusing System for Television Camera Based upon Climbing Servo System" von Ishida und anderen sowie in der US-PS 43 20 417 beschrieben. Das angegebene System wird nunmehr kurz unter Bezugnahme auf Fig. 1 und"2 beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm die Struktur des automatischen Fokussierungssystems auf der Grundlage des Anstiegs-Servosysteras. Gemäß Fig. 1 enthält das automatische Fokussierungssystem ein Linseneystem 1, eine Fernsehkameraschaltung 2, einen Videosignal- bzw. Bildsignal-Ausgangsanschluß 3» ein Hochpaßfilter (hPF) 4, einen Detektor 5> der ein Fokusspannungssignal erzeugt, eine Differenz-Halteschaltung 6, die sowohl die Funktion einer Differenzschaltung als auch die Funktion einer Abtast- und Halteschaltung hat, eine Motorsteuerschaltung 7, einen Motor 8, der eine Drehung des Einstellringes in dem Linsensystem 1 hervorruft, einen Verkleinerungsfaktor (f)-Detektor 31s einen Zoom-Faktor (Brennweite; f)-Detektor 32 und eine Linsenbereichs-rRechenschaltung 33· Gemäß Fig. 1 ist mit 9 ein stufenweise arbeitender Steuer-( Anstiegs)-Schaltungsblock bezeichnet, der das Hochpaßf ilter 4, den Folcusspannung-sdetektor 5 und die oben beschriebene Differeriz-llalteschaltung 6 umfaßt.

Die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten automatischen Fokussierungssystems wird unter Bezugnahme auf ein in Fig. 2 dargestelltes Kurvendiagramm erläutert werden.

Licht trifft von einem Objekt her in das Linsensystem

1 ein bzw. auf dieses auf, um durch die Kameraschaltung

2 in ein elektrisches Signal umgesetzt zu werden. Ein derartiges Videosignal tritt an dem Videosignal-Ausgangsanschluß 3 auf. Kine Hochfrequenz-Komponente des

Videosignals wird durclx das Uochpixßf±1 icr h selektiv jewonnen und dann durch den Fokusspaiinungsdetektor 5 ermittelt. Die resultierende Spannung tritt an einem Anschluß 51 auf. Es sei darauf hingewiesen, daß die an dem Anschluß 5I auftretende und der gewonnenen Hochfrequenzkomponeixte des Videosignals entsprechende Spannung (nachstehend als Fokusspannung bezeichnet) kennzeichnend ist für die Auflösung bzw. Schärfe des Bildes. Demgemäß hat, wie dies Fig. 2 veranschaulicht, die Fokusspannung dann ein Maximum, wenn der Einstellring des Linsensystems 1 in einer Stellung A eingestellt ist, in der die Einstell rings te llung sich in Übereinstimmung mit der Entfernung von der Kamera zu dem Objekt befindet. Demgegenüber nimmt die Fokusspannung ab, wenn der Einstell— ring des Linsensystems 1 von der Stellung A vegbewegt ist. Demgemäß zeigt, wie dies Fig. 2 erkennen läßt, die Fokusspannung einen hügelartigen Kurvenverlauf, der dann sein Maximum hat, wenn der Einstellring in die Fokusstellung während seiner Bewegung in einer Richtung von einer einem Brennpunkt sehr nahe der Kamera zu einer Stellung entsprechend einem unendlich entfernten Brennpunkt oder in einer Richtung von einer Stellung entsprechend einem unendlich entfernten Brennpunkt zu einer Stellung hin bewegt wird, die einem Brennpunkt sehr nahe der Kamera entspricht.

Aus Fig. 2 kann ersehen werden, daß die gewünschte automatische Fokussierung dadurch erzielt werden kann, daß die Position des Einstellrings in dem Linsensystem 1 durch irgendeine geeignete Einrichtung derart gesteuert wird,daß der Einstellring stets in die Stellung gebracht ist, in der das am Anschluß 5^ auftretende Fokusspannungs-Ausgangssignal zum Maximum wird. Eine derartige Einrichtung ist durch die Kombination der Differenz-Ilalteschaltung 6, der Motorsteuerschaltung J und des Motors 8 gegeben, wie dies Fig. 1 zeigt. Gemäß Fig. 1 tastet die

Differonz-IIalteschaltung 6 in bestimmten Zeitintervallen die an dem Anschluß $1 auftretende Fokusspannung, wie sie Fig. 2 zeigt, ab, und hält diese Spannung fest; ferner vergleicht die betreffende Schaltung den nunmehr abgetasteten und festgehaltenen Wert mit dem Vei-t ab, der beispielsweise in der vorangehenden Vertikal- bzw. Bildperiode abgetastet und festgehalten worden ist. Die Differenz-Halteschaltung 6 erzeugt eine positive Sx>annung, wenn die Fokusspejnnung in Bezug auf die Zeit ansteigt, und die Differenz ist positiv. Demgegenüber erzeugt die betreffende Schaltung eine negative Spannung, wenn die Fokusspannung in Bezug auf die Zeit abnimmt, und die Differenz ist negativ. Wenn die an dem Anschluß 01 auftretende Ausgangssρannung der Differenz-Halteschaltung 6 positiv ist, steuert die Motorsteuerschaltung 7 den Μου or 8 in der normalen Richtung an, wodurch eine Bewegung des EinsteTLrings in eine Stellung in Vorwärtsrichtung erfolgt. Venn demgegenüber die obige Ausgangsspannung negativ ist, steuert die Motorsteuerschaltung 7 den Motor in der entgegengesetzten Richtung oder in der Rückwärtsrichtung an, wodurch die Einstellung des EinstθHringS eine Bewegung in der Rückwärtsrichtung erfährt.

Obwohl Fig. 2 die Ausgangsspannung der Differenz-Halteschaltung 6 für den Fall veranschaulicht, daß der Einstellring so gedreht wii-d, daß eine Bewegung von der einem Brennpunkt sehr nahe bei der Kamera entsprechenden Stellung zu der Stellung hin erfolgt, die einem unendlich weiten Brennpunkt entspricht, dürfte ohne weiteres einzusehen sein, daß eier Signalverlauf der Ausgangsspannung ähnlich, jedoch invers zu dem äargestellt en Verlauf in dem Fall ist, daß der Einstellring so gedreht wird, daß er eine Bewegung von der einem unendlich entfernten Brennpunkt entsprechenden Stellung zu der Stellung hin erfährt, die einem Brennpunkt sehr nahe bei der Kamera entspricht.

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Aufgrund der obigen Arbeitsweise kann die gewonnene automatische Fokussierung dadurch erzielt werden, daß die Einstellringeinstellsteuerschleife die Einstellung des durch den Motor 8 angetriebenen Einstellrings SO steuert, daß die'Ausgangsspannung der Differenz-Halte-' Schaltung 6 sich in einer auf die Höhe der Fokusspannungskurve ansteigenden Richtung ändert, bis sie schließlich stabilisiert ist, während eine Schwingung bei kleinen Amplituden in der Position erfolgt, die dem Scheitelpunkt der betreffenden Hügelkurve entspricht.

Der Zoorafaktor^Brennweite: f)-Detektor 32, der Verkleinerungsfaktor-Detektor 31 ^unc* die Linsenbereichs-Rechenschaltung 33 gemäß Fig. 1 sind vorgesehen, um eine Fokussierung auf ein Objekt innerhalb eines bestimmten Bereichs sicherzustellen, beispielsweise innerhalb eines Bereichs von einem Punkt, der vim einen Abstand von lediglich 1,5m von der Kamera entfernt ist, bis zu einem unendlich entfernt liegenden Punkt (oo) , Der Stand der Technik lehrt, daß der geforderte Bewegungsbereich bzw. verschiebbare Bereicli des Linsensystems 1 von der Brennweite f und dem Verkleinerungsfaktor F des Linsensystems 1 abhängt. Je geringer die Zoom-Vergrößerung des Linsensystems 1 ist und je größer der Verkleinerungsfaktor des Linsensystems 1 ist., umso größer ist die Tiefenschärfe. In einem solchen Fall kann daher der obige Bereich eng sein. Je stärker die Zoom-Vergxößerung des Linsensystems 1 und je kleiner der Verkleinerungsfaktor sind, umso weiter wird der obige Bereich. Die obige Tatsache wird

•50 dazu ausgenutzt, die Zeitspanne zu verkürzen, die für den Fokussierungsbetrieb des automatischen Fokussierungssystems erforderlich ist, und um außerdem vorher ein unerwünschtes Ansteigen der Wahrscheinlichkeit einer Unscharfe aufgrund einer fehlerhaften Arbeitsweise oder dergleichen zu vermeiden, um dadurch eine zufriedenstellend zuverlässige Fokussierung zu gewährleisten.

Das Merkmal des bekannten automatischen Fokussierungssystems für eine Videokamera aufgrund der Anstiegssteuerung v:ird aus der obigen Beschreibung verständlich sein.

Obwohl das oben beschriebene bekannte System eine Leistung zeigt, die bezüglich der Erzielung der Funktion einer automatischen Fokussierung ausreicht, zeigt es dennoch Merkmale, die nunmehr beschrieben werden.

Wenn ein Objekt, welches aufgenommen wird, sich plötzlich aus dem Brennpunkt heraus bewegt, \ίβηη die Videokamera geschwenkt wird, wenn die Kamera vibriert, da sie von Hand nicht festgehalten wird, oder wenn der Bereich unmittelbar vor dem Linsensystem 1 für einen Augenblick erfaßt wird, tx"itt eine starke Änderung im Videosignalinhalt auf, was zujeiner abnormalen Änderung der Fokusspannung führt, die aus dem Videosignal abgeleitet wird. Demgemäß kann ein Fokusspanmmgs-Kennlinie nsigna1verlauf, wie er durch eine typische hügelartige Signalkurve gemäß Fig. 2 dargestellt ist, nicht erhalten werden. Dies ist unerwünscht im Hinblick darauf, daß das Fehlen einer genauen schrittweisen (Anstiegs)-Steuerungzu einem übermäßigen Heß von Unscharfe führt, und eine unnötige Bewegung des Linsensysterns 1 setzt sich solange fort, bis eine genaue Fokussierung erzielt ist. In der vorliegenden Beschreibung wird eine derart starke Änderung im Inhalt des Videosignals nachstehend aJLs Objektänderung bezeichnet werden. Us hat sich bestätigt, daß keine nennenswerte Änderung in der Fokusspannung vorhanden ist, wenn sich das Objekt in einer stetigen Art und Weise bewegt. Dies bedeutet, daß es bekannt ist, daß die automatische Fokussierungsoperation der Bewegung eines sich bewegenden Objekts relativ zufriedenstellend folgen kaiin.

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Der Erf inciting liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes automatisches Fokussierungssystem für eine Kamera bereitzustellen, bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Möglichkeit eines Fehlers der genauen schrittweisen (Anstiegs)-Steuerung aufgrund einer Objektänderung Aireiter herabsetzen.

darüber hinaus soll ein verbessertes automatisches Fokussierungssystem für eine Videokamera geschaffen werden, bei dem eine eine Objektänderung feststellende Detektorschaltung von einfachem Aufbau verwendet werden soll, die mit besserer Genauigkeit bzw. Qualität eine in einem Videosignal eines Objekts auftretende Objektänderung ermitteln kann.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung treten zumindest ein Signal, welches kennzeichnend ist für eine Pegeländerung eines Signals, das dadurch bereitgestellt wird, daß ein Videosignal eines Objekts durch ein Tiefpaßfilter geleitet wird, welches eine niedrige Grenzfrequenz von beispielsweise 30 Hz bis 100 Urs aufweist, sowie ein Signal, welches kennzeichnend ist für eine Änderung der Ausgangs spannung eines Verkleinerungsfaktor-Detektors, die für die Berechnung dos bewegbaren Bereiches eines L'insensystems ausgenutzt wird, tind ein Signal auf, welches kennzeichnend ist für eine momentane abrupte Änderung der Fokusspannung (0-Fokusspannung wird während der schrittweisen Steueroperation auftreten), und zwar lediglich dann, wenn bezüglich des Objektbildes, welches hinsichtlich seiner Bedingung 'Anderunjen erfährt, ein Signal ermittelt vird, welches kennzeichnend ist für duo Objektänderung. Das so er-

•2-2 laittelte Signal vird dazu ausgenutzt, die Unterbrechung und/oder die erneute Inbetriebsetzung der Steuerung des

Linsensystoms jcinüß dem .Anstiegsbetrieb zu steuern.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das rutomatische Fokussierungssystem Einrichtungen, die ein Fokussignal auf der Grundlage eines Videosignals eines " von der Videokamera aufgenommenen Objekts bereitstellen, eine Linsensystem-Positionssteuereini-ichtung mit einem " Motor, mit dessen Hilfe die Position eines Linsensystems auf der Grundlage des Fokussignals derart gesteuert wird. daß die Fokussierung erzielt vird, eine Objektänderungs-Detektoreinrichtung für die Ermittlung einer Objektänderung auf der Grundlage des Videosignals und eine Motoransteuer-Sperreinrichtung und/oder eine Motor-Wiederinbetriebsetzungseinrichtung. Die Objelctänderungs-Detektoreinrichtung umfaßt ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz , die niedriger ist als die Grenzfrequenz des Linsensystems hinsichtlich der äquivalenten Tiefpaßfiltereigenschaft des Linsensysteras, wenn dieses in die am stärksten unscharfe Position gebracht ist, wobei ein Signal erzeugt vird, welches kennzeichnend ist für eine Objektänderung, wenn die Objektänderung aufgrund einer Änderung des Pegels des Signals ermittelt vird, v/elches dadurch abgegeben vird, daß das Videosignal durch das Tiefpaßfilter nacheinander hindurchgeleitet vird. Das ermittelte Objektändei-ungssignal wird wie folgt ausgenutzt: a) wenn das Ob jektänderungssignal vllhrend des schrittveisen Steuerungsbetriebs ermittelt wird, vird der Steuerbetrieb während des Vorhandenseins des ermittelten Objektänderungssignals fortgesetzt, und der Betrieb des Linsensystems wird wieder begonnen, sobald die Objektänderung verschwindet, d.h., daß das ermittelte Signal stabil ist. Bei einer derartigen Funktion wird sogar dann, wenn sich die Fokusspannung abnormal auf die Änderung des Objekts hin ändert und wenn demgemäß das Linsensystem in einer unscharfen Stellung stillgesetzt wird, und zwar aufgrund einer fehlerhaften

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Bestimmung der Objektanderdung, eine normale schrittweise Operation des Linsensystems durch den Re-Start-Betrieb wiedergewonnen, b) Wenn das Linsensystem in einer Fokusposition ruhig abwartend steht oder* wenn der den Betrieb des Linsensysteras stoppende Motor wieder in Betrieb gesetzt wird, sobald das Obj ektänderuiigs signal das auf die Änderung des Objekts hin ermittelt ist, stabili siert (verschwinden) ist, ermöglicht dies somit die übliche Steuerung in Übereinstimmung mit dem Anstiegsbetrieb. Eine derartige Wiederiiibetriebsetzungs-Operation verhindert, daß das Linsensystem in fehlerharter Weise aufgrund der Änderung des Objekts in einer unscharfen Stellung stillgesetzt wird, c) Der Betrieb des Linsensystems wird durch einen Motor stillgesetzt, der dann eine Stillsetzung erfährt, wenn das Objektänderungssignal erzeugt wird, während er eine Wiederinbetriebsetzung vornimmt, sobald das Objektänderungssignal verschwindet, so daß ein übermäßiges Ausmaß einer¹ Unscharfe und eine unnötige Bewegung des Linsensystems während einer Objektänderung verhindert werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangssignal von einem Verkleinerungsfaktor-Detektor her als ein Eingangssignal der Objektänderungs-Detektoreinrichtung zugeführt, um das oben beschriebene Objektänderungs-Anzeigesignal zu erhalten. Dieser Aspekt basiert auf der folgenden Tatsache. In dem Objektbild-Auf nähme zustand, in welchem die Stillsetzun^s-Operatioii erfolgt, führt eine Objektänderung zu einer entsprechenden gewissen Änderung der Ausgangsspannung des Verkleinerungsfaktor-Detektors. Dies erfolgt mit iUicksichx darauf, daß der Verk1einerungsfaktor der Stillsetzung des Linsensystems automatisch auf der Grundlage der Spannung gesteuert wird, die dadurch erhalten wird, daß das Videosignal durch den SpannungsdeLektor ermittelt wird. Deshalb resultiert eine Objektänderung

in einer Änderung der Stopp-Steuerspaniiung, und die resultierende Änderung in dem Verkleinerungsfaktor resultiert in einer ent sprechenden Änderung der Ausgangsspannung des Verkleinerungsfaktor-Detektors. Demgemäß ist dann, wenn die Objektänderung verschwindet, die Verkleinerungsfaktor-Anzeigespannung ebenfalls stabilisiert.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Objektänderungs-Detektoreinrichtung einen die Fokusspannung bei abrupter Änderung feststellenden Detektor, wie einen Differentiator, der feststellt, daß die Fokusspannung momentan zu 0 absinkt, venn beispielsweise ein weiterer Körper den Bereich unmittelbar vor der Kamera kreuzt oder wenn die Frontt.eite des Linsensystems momentan abgedeckt ist.

Die Rate, mit der Bilder hoher Qualität aufgrund der automatischen Fokussierungssteuerung bereitgestellt werden, kann dadurch weiter gesteigert werden, daß die verschiedenen Aspekte der oben beschriebenen Objektänderungs-Detektoreinrichtung kombiniert werden und die Kombination bezüglich der Unterbrechung und der Viederinbetriebsetzung der schrittweisen Steue-

'rung durch den automatischen Fokussierungsmotor ausgenutzt wird.

Anhand von Zeichnungen iverden bevorzugte Ausführungsbeispielc* der Erfindung nachstehend im einzelnen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagx-armn den Aufbau des auf

der Anstifi gssteuerung basierenden bekannten automatischen Fokussierungssystems.

Fig. 2 veranschaulicht in einem Signaldiagramn die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten An-Ordnung.

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- 19 Fig. 3 HGici in einem Elockdj acramin den Aufbau eines automatischen Fokussierungssys terns, welches mLt der Funktion einer Objektänderungs-Detektorschaltung im Hinblick auf die Veranschaulichung der Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

Fig. 4 zeigt in einem Blockdiagramm den Aufbau der in Fig. 3 dargestellten Objektänderungs-Detektorschaltung.

Fig. 5 veranschaulicht in einem Signaldiacramin den Verlauf von Signalen, die in verschiedenen Teilen gemäß Fig. k auftreten,
Fig. 6 zeigt in einem Blockdiagramm den Aufbau einer

Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 veranschaulicht in einem Signaldiagramm die Arbeitsweise der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform gemäß der¹ vorliegenden Erfindung. Fig. 8 zeigt in einem Blockdiagramm in weiterer Einzelheit den Aufbau einer Ausführungsforni der Anderungsdetektorschaltung bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform.

Fi£. 9A und 93 veranschaulichen in Si^naldiagramraen die Arbeitsweise der in Fi£. 3 dargestellten Schaltungsanordnung.

-* Fi^.10 zeigt in einem Blockdi&.granin; den Aufbau einer weiteren Ausführungsfoxrn de:r vorliegenden Erfindung .

Fig.11 veranschaulicht in einem Signaldiagramm die Arbeitsweise der in Fig. 10 dargestellten Ausfüh- ^ rungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 12 veranschaulicht in einem Bloc]:diagranim den Aufbau einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fxg.13 veranschaulicht in einem Blockdiagramm Einzel-■^ heiten des Aufbaus eines Teiles der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

Um ein bossei'cs Verständnis- der vorliegenden Erfindung zu ei'ijielcn, wird, bevor die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben werden, zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 3 t>is c-in automatisches Fokussierungssystem beschrieben werden, welches eine Objektänderungs-Detektoreinrichtung enthalt, die darauf basiert, daß die Anzahl von Konturen gezahlt wird, und die εαα anderer Stelle bereits vorgeschlagen ist (siehe japanische Patentanmeldung Kr.

93 870/81 vom 19.6.1931).

Gemäß Fig. 3 entsprechen die Blöcke 1 bis 9 jenen in Fig. 1 gezeigten Blöcken. Drs in Fig. 3 dargestellte automatische Fokussierungssystem weist ferner eine Objektänderungs-Detektorscheiltung 10 und eine Torschaltung 1 1 auf.

Bei Fehlen jeglicher Objektänderung wird das Ausgangssignal einer Fernsehkameraschaltung 2 ausgenutzt, und eine Anstiegs- oder Schrittsteuerschaltung 9 betätigt eine Motorsteuerschaltung 7, welche einen Antriebsmotor 8 derart ansteuert, daß der Einsteilring in einem Linsen- bzw. Objektivsystem 1 so gedreht wird, daß die schrittweise Steueroperat io:i erzielt wird, Demgegenüber wird dann, wenn eine Ob jektl^;ndei-ung auf tritt , die Ob j rktändex-ungs-De tr-ktorschalcung 10 eine solche Objektänderung auf das Ausgangs signal von der Kameraschal tung 2 her ermitteln, und die Torschaltung 11 wirkt derart daß die Motors teuer·- büv. liotovureiberschaltung 7 von der bchri¹" t Steuer schaltung 0 getrennt

wird, wodurch der schrittweise Steuerungsbetrieb unterbrochen \%^rird. Demgemäß kann die Neigung bezüglich eines Ausfalls der schrittweisen Steuerung aufgrund einer Objektänderung vermieden werdeii. An der oben erwähnten -*2 anderen Stelle ist ein Schaltungsavifbau, wie er in Fig. k gezeigt ist, als eine Form der Objektänderungs-Detek-

torschaltung 10 vorgeschlagen worden. Die in verschiedenen Teilen gemäß Fig. k auftretenden SignalverLäufe sind in Fig. 5 veranschaulicht.

Gemäß Fig. k enthält die vorgeschlagene Objoktänderungs-Detektorschaltung 10 eine Bildgewinnungs-Torschaltung 12, ein Tiefpaßfilter (LPF) 13, einen Ver.*·. tärker 14, einen Differentiator 15» ein monostabiles Kippglied 16, einen Impulszähler oder ein Tiefpaßfilter 17 und einen Änderungsdetektor 18.

Ein Videosignal 3» bei dem es sich um das Ausgangssignal der Kameraschaltung 2 handelt, wird von der Kamerasclialtung 2 an die Eildgewinnungs-Torschaltung 12 abgegeben.

In der Torschaltung 12 wird ein Signalteil, welcher einem bestimmten Teil des Schirmes entspricht ·*- gewöhnlich handelt es sich dabei um einen Signalton, der dem Viertel der Gesamtfläche des mittleren Bereiches des Schirmes entspricht ... auf die Abgabe eines Bildgewinnungs-Torsignals 112 an die Torschaltung 12 gewonnen. Ein derartiges Signal 121 wird von der Torschaltung 12 an das Tiefpaßfilter I3 abgegeben. Die Bildgewirmungs-Torschaltung 12 und das Bildgewinnungs-Torsignal 122 sind an anderer Stelle bereits angegeben worden (siehe US-Anmeldung, Serial ϊίο. 390 6h'J vom 21.6.19S2 - auf der Grundlage der japanischen Palontanineldungen Nr. 9S 2^6/81 und No. 51 250/82). Diese Bildgewinnungs-Torschaltung 12 ist vorzugsweise an der Stelle angeordnet, die der Position des in der schrittweisen Steuerungnoperation benutzten Videosignals entspricht. Das Tiefpaßfilter 13 weist eine Grenzfrequenz von mehreren 100 kHz auf, so daß das Ausgangssignal nicht nachteilig beeinträchtigt werden kann, und zwar auch dann nicht, wenn die Kamera in den Unscharfebereich gelangen kann. Das Signal 121,

*2 welches dem Tiefpaßfilter I3 zugeführt wird, ist nach Ilindui'Chtreten durch das Tiefpaßfilter 13 in seinem

Signalverla uf abgerundet. Das betreffende Signal vii~d dann du"ch den Verstärkei" Ik verstärkt, bis es einen bestimmten Graupegel erreicht oder in Bezug auf einen Schvellwertpegel gesattigt ist, bei dem es sich um den mittleren Pegel des Eingangssignals handeln kann. Infolgedessen v.'ix'd von dem Verstärker 14 eine Impulsfolge 141 abgegeben, vie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Impulsfolge 141 wird dann durch den Differentiator 15 differenziert, dessen Ausgangssignal durch das monostabile Kippglied 16 in eine Impulsfolge 116 von bestimmter Impulsbreite umgesetzt wird. Der Impulszähler 17 zählt die Anzahl der Impulse der Impulsfolge 161 und gibt ein analoges Ausgangssignal 171» wie ^{es in} Fig. 5 dargestellt dst, an den And ex-ungs detektor 18 ab. Demgemäß stellt das von dem Iniptils zähler 17 abgegebene analoge Aausgangsignal 171 ein Spannungssignal dax", welches für eine gegebenfalls in dem von der Kamera aufgenommenen Bild aufgetretenen Änderung kennzeichnend ist. Ein Rückstellsignal 172, bei dem es sich um das Vertikal-Synchronisiersignal der Kamera handeln kann und welches dem Bildgewinnungs-Torsignal 122 entspricht, wird dem Impulszähler 17 zugeführt, um diesen am Ende jedexv Bildperiode zurückzusetzen, d.h. auf die Beendigung der Zählung der Anzahl von Konturen in einer Vertikal-Periode, so daß dor Impulszähler ¹T auf eine momentane ioide.'unij ansni-echen kann, die in der.i von ck;i Kamera aufgenoinmonen Bild aufgetreten ist. Das Vorhandensein oder Fehlen bzw. das Vorhandensein des Ausbleibens einer Cbjektänderung kann durch den Änderungsdetektor 18 ermittelt verden, der eine derartige Änderung, sofern sie vorhanden ist, ertaittelt. was durch das analoge Ausgangssignal I7I von dem Impulszähler 17 her angezeigt wird.

'..'ie oben beschrieben, z^.Llt bei der den in Fig. h gezeigten Aufbau aufweisenden Objektänderungs-Detektorschaltung 10 der Impulszähler I7 die Anzahl der je Bild

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ermittelten Konturen, und der And c; run ^s de traktor 18 identifiziert das Vorhandensein einer Objektänderung, verm er eine abrupte Änderung in der Anzahl von Kontui-en feststellt. Obwohl die in Fig. k dargestellte Objel^- änderungs-Detektorschaltung 10 in erheblichem Ausmaß die Högliclikeit des Auftretens eines Ausfalls der Anstiegs- oder schrittweisen Steuerung aufgrund einer Objektanderung herabsetzt, veist diese Detektorschaltung dennoch einen Mangel auf. der nunmehr beschrieben werden wird. In Übereinstimmung¹ mit dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau kann eine Änderung in der Anzahl der Konturen, die aus einer Änderung in einem von der Kamera aufgenommenen Bild resultieren, lediglich in der Nähe des Brennpunkts (d.h. in der Nähe des Schoitelwerts der in Fig. k dargestellten Fokusspannungskurve) mit guter Genauigkeit identifiziert vei-den, ohne durch eine schwache Bewegung der Einstellung des Linsensystems in der Nähe des Brennpunkts nachteilig beeinflußt zu werden. Wenn jedoch die Einsteilung des Linsensystems aus irgendeinem Grund stark von dein Brennpunkt abweicht, dann wird der Signalverlauf des Videosignals von der das Bild eines Objekts aufnehmenden Kameraschaltung vollständig verschliffen bzw. verrundet sein, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Tief paüf il t.ercherakteristik des Linsensystems ziemlich flach verläuft. (Die Grenzfrequenz liegt dabei bei einem niedrigen Wert von beispielsweise etwa 20 kHz bis 30 kHz.) In einem solchen Fall kann die Anzahl der bezüglich des Bildes des Objekts ermittelten Konturen nicht mit hoher Güte gezählt werden, oder die Zählers teilung des xmpulszählers kann mit der Bewegung der Einr, teilung des Lins ensyst eins verschieden sein, vas zu einer fehlerhaften Zählung führt. In einei.i extremen Fell kann dor Impulszähler überhaupt nicht imstande sein, die Anzahl der KoeUiren zu zählen. Demgemäß kann der Anderun^sdotektor 18 ein Objelctänderungs-Anzeigesignal aufgrund der 3ewegung

dor Einstellung des Linsensystems sogar bei Fehlen jeglicher Objektänderung erzeugen, wodurch die Schrittstcuorung dos Linsensystems unterbrochen wird. Das Linsen- bzw. Ob j ektivsystem kann in einer außerhalb des Brennpunkts liegenden Position stillgesetzt werden, vas zu der Unmöglichkeit der Durchführung einer genauen Fokussierungsoperation führt. Ferner sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau die die Impulsschaltung und lineare Schaltung enthaltenden Schal-Lungen erforderlich, was zu einem erheblich komplizierten Schaltungsaufbau führt.

Fig. 6 zeigt den Aufbau einer AusfÜhrungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Form der verbesserten Objektänderungs-Derektorschaltung 10. Jn Fig. 6 sind lediglich die wesentlichen Schaltungsteilo dargestellt, um eine Verwirrung ?u verinciden; die übrigen Schaltungsteile entsprechen jenen, die in Fig. 3 gezeigt sind.

Gemäß Fig. 6 ist an dem ein Videosignal von der Video-Lamer aschal tung 2 aufnehmenden Eirigangsanschluß 3 ein Tiefpaßfilter 19 angeschlossen, dessen Grenzfrequenz f so festgelegt iso, aiiß sie ziemlich ni edriger ist als die Gronzf rc-quenz f _T (2u IdIz bis 30 JcHz) in der äquivalenten Tief^c2filtercliarale-Leris'.ik dos Linsen- "* systems, wenn dieses in die Stellung gebracht ist, in der die gx'ößte Unscharfe vorliegt. (Beispielsweise ist diese Grenzfrecuenz f bei etwa 30 Hz bis 100 Kz

cc

ausgewähl r.. und es gilt die Beziehung f ^f .) Das

C C Cl-/

Tiefpaßfilter 19 ist über einen Verstärker 20 an einem Xnderungsdetektor 13 ähnlich jenem in Fig. K gezeigten •uigeschlosson.

nunmohi.· ein Videosignal von der das Bild eines Obje3:tP ; li'iiehncndeii Videokauorüschc.ltuns 2 hei" dcr.i

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3 zugeführt, und d.-jin durch das Tiefpaßfilter 19 hindurch-elcitet -.:i^d und wenn das Ausgfuigs signal ^^es Tiefpaßfilters 19 durch den Verstärker 20 verstärkt wird, demn tritt am Ausgangsanschluß 171 des Verstärkers 20 ein Signal mit einem Signalverlauf auf. wie er durch die voll ausgezogene Kurve in Fig. 7 veranschaulicht ist. Di-. dieser Signalverlauf dadurch erhalten wird, da" das VideosigiEl durch das Tiefpaßfilter 19 geleitet wird, dessen Grenzfrequenz f so gewählt ist, daß ;ie ziemlich niedriger ist als die Grenzfrequenz f _T des Linsen-

CL

systems hinsichtlich der äquivalenten Tief^E~3filter-charakteristik des Linsensystems, wenn dieses, wie oben beschrieben, in die Stellung höchster Unscharfe gebracht ist, ändert sich der Signalverlauf sehr schwach. Eine .derartige Änderung ist nahezu vernachlässigbar, wie dies die gestrichelte Kurve in Fig. 7 veranschaulicht, und zwar sogar dann, wenn das Linsensystem 1 aus der Fokusstellung in die Position höchster Unscharfe bewegt wird. Demgegenüber ergibt sich dann, wenn sich das Objekt selbst, d.h. dessen Bild ändert, eine Änderung nicht nur der niederfrequenten Komponente (dos ist die Luminanz- und Tonkomponente), sondern es ergibt s<ch auch eine Änderung der hochfre-

^ uuencen Komponenie des Frec-uenzsρektruras des Bildes. Deshalb ändert sich sogar dann, wenn lediglich die niederfrequente Komponente gewonnen wird una wenn die hochfrequente Komponente abgetrennt wird, der Signalverlauf des Ausgangssignals des Verstärkers 20 in starkern Maße, wie dies durch die Strichpunktlinde in Fig. veranschaulicht ist. Dies bedeutet, daß eine starke Pegeländerung aufgrund der Objektänderung im Signalverlauf auftritt, der am Anschluß 171 vorhanden ist. Der Anderungsdetektor· 18 ermittelt eine derart starke Pe-

^ geländerung und erzeugt sein für eine solche Pegeländerung kennzeichnendes Ausgangssignal 181. (Der Ände-

-2G-

rungsdetektor 18 ermittelt eine derartige Pegeländerung beispielsweise zu einem Zeitpunkt A für jedes Bild.) Eine aus der kontinuierlichen Bewegung des Objekts resultierende Pegeländerung vird nicht ermittelt, da der Pegel den Schwellwert nicht übersteigt. Sogar dann, wpm eine derartige Pegelanderung aufgrund der Bewegung des Objekts ermittelt wird, kann die Viederinbetriebnahme des Systems für eine Neufokussierung die Unnatürlichkeit des Bildes ohne weiteres eliminieren.

Fig. 8 zeigt den Aufbau einer Ausführungsforni des in Fig. 6 dargestellten Änderungsdetektors 18 im einzelnen. In Fig. 9-A und 9B sind in Signaldiagrammen Signalverläufe gezeigt, die die Arbeitsweise des Änderungsdetektors 18 veranschaulichen. Gemäß Fig. 8 wird das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 19 nach Passieren des Verstärkers 20 an zwei Abtast- und Halteschaltungen 22 und 23 abgegeben, die das Eingangssignal auf die Abgabe von Abtästimpulssignalen P_C1 und P₀ hin abtasten, welche um eine Teil-

Ol OjC

bildperiode T_. (eine Vertikal-Periode) voneinander verschiedene Phasen und jeweils eine Impulsperiode aufweisen, die gleich der Zvei-Teilbild-Periode T^₀ ist. Die

Γ et

betreffenden Schaltungen halten die Ergebnisse der Abtastung fest. Die Ausgangssignale der beiden Abtast- und Halteschaliungen 22 und 23 weraen einer Spannungskomparatorschaiiung 2k zugeführt, Kelche die Eingangsspannungen vergleicht. Genauer gesagt vergleicht die Spannungskomparatoi-schaltung 2k aufeinanderfolgende zwei Teilbilder miteinantlor. Diese Spamiungskomparatorschaltung 2^ weint zwei öperationsverstürker auf, die jeweils mit ihrem PIus-EingangsanschluQ an der zugehörigen einen Schaltung do-r beiden Schaltungen 22 und 23 angeschlossen sind. Außerdem onthäJt die Komparaturschaltunö zwei Schwellwertschaltungen, die dem Eingangssignal eine Be-

*2 zugsgleichspannung V überlagern und die resultierende Spannung den Minus-Eingang?anschlussen der Operations-

JOUZ / I

verstärker zuführen. Außerdem ist ein ODEft-Glied vorgesehen, welches an den Ausgangsanschlüssen der Operationsverstärker angeschlossen ist. An dem Ausgangsanschluß der Spannungskomparatorschaltung 2k tritt eine Impulsspannung während einer Zeitspanne T_p auf, innerhalb der die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen einen bestimmten Vert übersteigt, oder während einer bestimmten Zeitspanne, nachdem die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen die bestimmte Einstellung überschritten hat. Diese Impulsspannung liefert das Signal 181, welches kennzeichnend ist für- die Objektänderung. Demgemäß kann der Änderungsdetektor 18, der den in Fig. 8 gezeigten Aufbau hat, eine Pegeländerung zwischen den Bildsignalen zweier aufeinanderfolgender Teilbilder (das sind zwei Vertikal-Perioden) ermitteln.

Die Punktion des Anderungsdetektors 18 wird weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. ^A und 9B beschrieben werden. Es SQi angenommen, daß ein Standbild a sich zu einem Bild T₃ aufgrund einer Objektändei'ung oder einer Schwenkung der Videokamera ändert. Demgemäß wird ein Signal V₁ , wie

JL

es in Fig. 9-A gezeigt ist, von dem Verstärker 20 her auftreten, der das Ausgangssignal des Tiefpaßfdlters 19 verstärkt. Dieses Signal V wird den Abtast- und Halteschaltungen 22 und 23 zugeführt, um abgetastet unu festgehalten zu werden. Demgemäß tritt ein Spannungssignal V , wie es durch die Strichpunktlinie dargestellt ist, am Ausgangsanschluß der Abtast- und Halteschaltung 23 auf, und ein Spannungssignal V₁, wie es durch öle voll ausge-

zogene Linie dargestellt ist, tritt am Ausgcuigsanschluß der Abtast- und Halteschaltung 22 auf.

Fig. 9B zeigt die Differenz zwischen diesen neiden Spannungen V und V„. Venn die L>if f erenzspannung die bestimni-■52 te Schwellwertspannung V übersteigt, erzeugt die Spannungskomparatorschaltung 2h das Impulssigiu. L während

einer Zeitspanne, innerhalb der d:i e Spnmungsdifferenz die Spannung V übersteigt, oder während einer bestimmten Zeitspanne, nachdem die Spannungsdifferenz die Spannung ν,._λ1_. überschritten hat. Die Schwellwertspannung V„ ,.

ist so gewählt, daß die Spannungskomparatorschaltung 24 auf eine geringfügige Spannung nicht anspricht, die beispielsweise einer Spannung-sdrift in der Schaltung zuschreibbar ist. Die Schwellwertschaltungen, welche die Schwellwertspannung V^ liefern, zeigen außerdem die Funktion einer Stö'rungsunterdrückung.

Fig. 10 zeigt den Aufbau einer weiteren Ausführungsform des automatischen Fokussierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform stellt eine Verbesserung der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform dar. Gemäß Fig. 10 ermittelt der Änderungsdetektor 18, der in Fig. 6 gezeigt ist, eine Pegeländerung aufgrund einer Bildänderung zum Zeitpunkt A. In Abhängigkeit, vom Inhalt eines Bildes kann jedoch eine Pegeländerung, die zu einem Zeitpunkt B zu sehen ist, aber auch zum Zeitpunkt A auftreten, obwohl die Frequenz des Auftretens einer derartigen Pegeländerung niedrig sein kann. In einem solchen Fall ist der ./üiderungsdetektor 18, der in Fig. 6 gezeigt ist, nicht imstande, eic Objektänderung zu ermitteln. Bezüglich der in Fig. 10 dai^estellten verbesserten Objektänderungsuetektorschalrung 10 wird der am Anschluß 171 auftretende Sign.?..! verlauf, der in Fig. 7 durch die Kurve 17I opr^est el] L ist, einer Int egx'n t ovsrhi/ltung 21 züge fühl¹1 , um einer Vollweggleichrichtung \md Glättung unterzogen zu werden, hin Rückstellsignal wird einem Rücksr.ell-üint_an,5sanschlu3 172 der Integra torschaltung 21 am linde der jeweiligen Teilbildperiode (aas ist die Vertikal-Periode) zugeführt, um die Integratorschalt\ing 21 zurückzustellen, so daß eine durch die Umsetzung des analogen Signalverlaufs bereitgestellte Gleichspannung an dem Ausgangsan-

3 3U27

schluß 173 der Integratorschaltung auftritt. Venn eine Objektänderung in einem Teilbild auftritt und das resultierende Gleichspannungssignal am Anschluß 173 auftritt, dann ermittelt der Änderungsdetektor 18 somit die Pegeländerung der Gleichspannung, um das für die Objektänderung kennzeichnende Signal 181 zu erzeugen. Fig. 11 zeigt, die Spannungsverläufe V und V , die am Anschluß 173 auftreten. Derartige Sparmungsvorläufe werden durch Gleichrichtung und Glättung der in Fig. 7 S^c~ zeigten SignalverlKufe erhalten und stellen die Integratorschaltung 21 am Ende der jeweiligen Vertikal-Periode zurück. Gemäß Fig. 11 weist die Spannung V. zwei Pegel auf, die durch die voll ausgezogene Linie und durch die gestrichelte Linie angedeutet sind, und zwar als Ergebnis eier Bewegung des Linsensystcias. Aus Fig. 11 geht jedoch hervor, daß zwischen den betreffenden Pegeln keine nennenswerte Pegeländerung vorhanden ist, wie dies bereits unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben worden ist, auf die zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der Objektänderungsdetektorschaltung 10 Bezug genommen worden ist. Deshalb ist die Pegeländerung aufgrund der Bewegung des Linsensysteins unerheblich. Demgegenüber resultiert eine Bildanderung in einer entsprechenden Pegeländerung, wie dies durch die Strichpunktlinie V in Fig. 11 vcranschtmlicht ist. Dieser Pegel V^ ist über eine Vertikal-Periode (entsprechend einer Teilbildperiode) mit Ausnahme der Rückstellperiode konstant. Deshalb ist die Unzulänglichkeit der Leistung der ersten Ausführungsform der Objektänderungsdetektorschaltung 10 auf der Grundlage des Punktkontrastvergleichs weiter verbessert.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß in Übereinstimmung mit den bei der vorliegenden Erfindung angewandten verschiedenen Formen der Objektänderungsdetektorschaltung ein aus der Bewegung des Linsensystems re-

sultierendes fehlerhaftes Signal niemals erzeugt vird und daß lediglich ein für eine Objektänderung kennzeichnendes Signal zuverlässig erzeugt werden kann. Durch Ausnutzung eines derartigen Objektänderungs-Anzeigesignals zur Unterbrechung und/oder Viederinbetriebnahme der schrittweisen Steuerungsoperation kann ein Ausfall der richtigen schrittweisen Steuerung aufgrund einer Objektänderung in zufriedenstellender VTeise zuverlässig verhindert werden. Die Objektänderungsdetektorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft gegenüber der für das Zählen der Anzahl von Konturen von Bildern ausgelegten bekannten Schaltungsanordnung insofern, als ihr Aufbau ziemlich einfach ist.

Fig. 12 zeigt eine noch weitere Ausführungsform des automatischen Fokussierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung .

In Fig. 12 sind dieselben Bezugszeichen für die Bezeich-Hung derselben oder äquivalenten Teile verwendet, die in Fig. 1 vorhanden sind, um anzuzeigen, daß derartige Teile in derselben Art und Weise funktionieren. So sind beispielsweise der Aufbau und die Funktion des Verkleinerungsfakt oxl^(f) -Detektors 31 und des Zoomfaktor-(f)-Detektors 32 ähnlich der Struktur bzw. Funktion, wie sie in der bereits ^ensjuiten US-PS 43 20 417 angegeben ist.

Gemäß Fig. 12 wird das Ausgangssignal des Verkleinerungsfaktor-Detektors 31 sjn d.ie Linsenbereichs-kechenschalf.ung 33 und außerdem an eine Verkleinerungsfaktoränderungs-Detektorschaltung 3^ abgegeben. Venn eine Änderung im Inhalt eines Bildes aufgrund einer Objektändelunfj, p.ufgrund einer Schwenkung der Videokamera oder aufgrund des Vorbeibewegens eines Körpers unmittelbar vor dem Linsensystem 1 auftritt, dann ändert sich die Ausgangsspannung F des Verkleinerungsfaktor-Detektors 31

entsprechend. Venn die VerhlcinfrunfjsfaktoräJiderungs-Detektorschaltung 3^ feststellt, daß ddc Pegeländerun^ der Ausgangsspannung F des Verkleinerungsfaktor-Detektors 31 größer ist als ein bestimmter Schwellwertpegel V™, während einer bestimmten Zeitspanne von beispielsweise 0,27 s, dann gibt die betreffende Schaltung ein Motor-Aberregungssignal an eine Motorsteuerschaltung 7' ab, die sowohl die Funktion der Torschaltung· 11 als auch die Funktion aer Motorsteuer- bzw. MotortreiberschalLung 7 hat. Wenn demgegenüber die Verr.leinerung-sfaktoränderungs-Detektorschaltung 3^ feststelJf , daß die Pegeländerung während der bestimmten Zeitspanne von beispielsweise 0,27 s kleiner ist als der bestimmte ichwellwertpegel V_n,,, oder kleiner als beispielsweise 3 ^c/^ci dann entschei-

JLiI

det sie, daß der Verkleinerungsfaktor F stabil ist, d.h., daß der Zustand des Objekts stabil ist, und von der betreffenden Schaltung wird ein Motor-Viederinbetriebsetzungssignal an die Motorti'eiber-Steuerschaltung bzw. an die Motorsteuerschaltung 7¹ abgegeben, so daß der norraa-Ie oder übliche schrittweise Steuerbetrieb fortgesetzt oder wiederaufgenommen werden kann.

Wie oben beschrieben, gibt die Verlzleinerungsfaktoränderungs-Detektorschaltung 3^» solange sie ein«; Pegeländerung der Verklednerungsfaktor-Spannung feststellt, welche kleiner oder" grüßer als der bestimmte Schwellvert pegel V ,_r vährend der bestimmten Zeitspanne ist, ein Motor-Stoppsignal an die Motorsteuerschaltung 7' ab, um den Motor stillzusetzen und dann wieder in Betrieb zu setzen, sobald die Objektänderung verschvindet. JJies fülnrt zu einer guten aur.omatischen Fokussierungsoperation. l>ie Motorsteuerschaltung bzw. die Motortreiber-Steuerschaltung 7' kann außerdem die Funktionen der Motortreibe r schal txing 7 ^un<A der Torschaltung 1 1 haben. Diese Verkleinerimgsfakt.oranderungs-Detektorsclialv.ung 3k kann einen ähnlichen Aufbau wie beispielsweise die Kombi nation der

Abtast- und Halteschaltungen 22, 23 und der in Fig. 8 dargestellten Komparatorschaltung 2k haben. Das Verkleinerungsfaktor-Anzeigesignal von dem Verkleinerungsfaktor-Detektor 31 kann den Abtast- und Halteschaltun- gen zugeführt werden.

Die von der Fokusspannungs-Erzeugungsschaltung 5» welche in der schrittweise arbeitenden Steuerschaltung 9 enthalten ist, erzeugte Fokusspannung wird an eine Schwellwertschaltung 35 abgegeben. Die Schwellvertspannung dieser Schwellwertschaltungen 35 ist auf einen bestimmten Pegel nahe 0 V eingestellt, um eine Stöx-ung zu eliminieren. Wenn ein sich bewegender Körper, wie ein Mensch, unmittelbar vor dem Linsensystem 1 vorbeiläuft oder wenn die Fi'ontseite des Linsensystems 1 von seiner Hand abgedeckt wird, dann nimmt die Fokusspannung für einen Augenblick einen Vert von 0 V an. Deshalb stellt die Detektorschaltung 35 zu dem betreffenden Augenblick/ daß die Fokusspannung auf einen Pegel abgesunken ist, der niedriger ist als der Schwellwertpegel, und sie speist eine Zeitsteuereinrichtung JG. Am Ende der Zeitspanne von beispielsweise 0,5 s - zu diesem Zeitpunkt wird der Objpktbild-Aufnahmezustand als von der abnormalen Situation stabilisiert betrachtet - gibt die Zeitsteuereinrichtung j6 ein Wiederstartsignal an die Motorsteuerschaltung 7' üb, um den Motor 7 wieder zu starten, so daß der normale oder übliche schrittweise Steuerbetrieb wieder begonnen werden kann.

Xebcn den Detektor 3¹^ und der Zeitst euer einrichtung 36 ist eine Kameraschvenkungs- und Objektänderungs-Detektorschaltung 10' ähnlich der in Fig. 6 und 10 gezeigten Objektänderungs-Detektorschaltung 10 vorgesehen, so daß das Objektänderungs-Anzeigesignal an die Motorsteuer- bzw. Motortreiber-Steuerschaltung 7' abgegeben werden kann. Ähnlich den Fällen der anderen Objektänderungs-

OOUZ. / I

Detektorsignale kann der Motor während des Auftretens des Detektorsignals abgeschaltet oder stillgesetzt verden.

Die bestimmte Zeitspanne, während der der Vcrkieineruvigsfaktoränderungs-Detektor 3h eine Pegeländerung der Ausgangsspannung F des Verkleinerungsfaktor-Detektors 31 feststellt, beträgt beispielsweise 0,27 s (das ist die Periode von 16 Teilbildem) , wie dies oben bpschrieben worden ist, und der bestimmte Schwellwertpegei V^,. entspricht beispielsweise i/32 des maximalen Verkleinerungsfaktors. Der Verkleinerungsfaktoränderungs-Detektor 3^ unterscheidet sich von dem zuvor erwähnten Detektor insofern, als er einen Analog/Digital-Vandler in seiner ersten Stufe enthält. Dieser Analog/Digital-Vandler setzt die analoge Ausgangsspannung F des Verkleinerungfaktor-Detektors 3I derart um, daß dann, wenn die Detektorausgangsspannung F beispielsweise 7 V beträgt, was das Maximum ist, der digitale Wert dieser Spannung zu einem Binärsignal von 7 Bits (2 =128) für die Bereitstellung des Motor-Aberregungssignals führt. Vienn demgegenüber die Detektorausgangsspannung F beispielsweise 3 V beträgt, wird das Motor-Viederinbetriebsetzungssignal solange abgegeben, eis der einer Analog/Digital-Vandiung unterzogene Wert der Detektorausganjsspannung V ein Binärsignal von meiir als 3 Bits (p.-'-o) liefert, was über die Periode von 1c Tailbilaerii dauert. JJine derartige Schaltung 3^ kann der auf dem vorliegenden Gebiet tätige Fachmann sich ohne weiteres vorstellen, und zwar sov/ohl hinsichtlich der Iiardvnrc als auch hinsichtlich der Software, weshalb jegliche detaillierte Beschreibung des Aufbaus dieser Schaltung unnötig ist. Fig. 13 zeigt ein Beispiel, gemäß dem ein Vier-Bit-Mikrocomputer der Firma Hitachi des Modells HD'-f482OA6O verwendet ist, um den Teil der dritten Ausführungsform des automatischen Fokussierungssystems gemäß der vorliegenden

- 3h -

-| Lrfiridanj zu bilden. Vie dieser Rechner arbeitet, ist an anderer Stolle näher beschrieben (siehe US-Patentanlneldung, Serial No. 377 438, vom 12.5.1982). Aus der Beschreibung der dritten Ausführungsform der vorliegenden L'rfindung dürfte ersichtlich sein, daß die Möglichkeit einer fehlerhaften Betriebsweise des automatischen Fokussierungssys Leins aufgrund einer Änderung der Fokusspannung, die auf eine Objektänderung, auf eine Schwenkung dex" Videokamera oder auf eine Vorbeibewegung eines Körpers unmittelbar· vor dem Linsensystem zurückgellt, stark vermindert werden kann. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit einer fehlerhaften Betriebsweise, wie eines Verschiebens des Linsensystems in eine unscharfe Stellung aufgrund einer fehlerhaften Beurteilung des Ansteigens oder Absinkens der Fokusspannung oder aufgrund eines instabilen automatischen Foküssierungsbetriebs zufolge einer unnötigen Bewegung des Linsensystems stark reduziert werden kann.

Claims

PATLNT- UND HLCHT SANWÄLTE

,BARDEHLE, PAGENBERG, DOST.'^U £?NB.URG"&-PARTNER

RtCHlSANWALTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATCNT ATTOBNf

JOCHEN PAGENBERG or juh , ll ω harvard·· HEINZ BARDEHLE dipl-ing.

BERNHARD FROHWITTER dipl-ing · WOLFGANG A. DOST dr.. dipl -chcm

GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl ing ο=η>· UDO W. ALTENBURG dipl.-pmys.

POSTFACH 86 0620, 8000 MÜNCHEN

TELEFON (089)980361

TELEX 522 791 pad d

CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

BÜRO; GALILEIPLATZ 1, 8 MÜNCHEl·

Datum 27. Januar 1983 A 4386

Patentansprüche

1. Automatisches Fokussierungssystem für eine Videokamera, dadurch gekennzeichnet, a) daß Einrichtungen (i, 2, 9) vorgesehen sind, die ein Pokussignal auf der Grundlage eines Videosignals eines von der Videokamera aufgenommenen Objekts bereitstellen,

b) daii eine Linsensystem-Positionssteuereinrichtung (7» 8). einen Motor enthält, mit dem die Position eines Linsensysteins in Abhängigkeit von dem genannten Fokussignal gesteuert unu das Linsensystem uadurch in eine Fokusstellung gebracht wild,

c) daß eine Bildinhaltsäncerungs-Detektoreinrichtung (1O) Λ Z> vorgesehen ist, die eine Änderung des Inhalts des Bildes des Objekts ernii^elu,

d) daß eine Motox^ansteuer-Sperreinrichtung 0 0 vorgesehen ist, die die Ansteuerung des Motors auf das Ausgangssignal der eine Bildinhaltsänderung ermittelnden Detektoreinrichtung sperrt und dadurch den Fokussierungsbetrieb unterbricht,

e) daß die eine Bildinhaltsänderung ermittelnde Detektoreinrichtung (lO) zumindest eine ein für eine Bildinhaltsänderung kennzeichnendes Signal erzeugende Signalerzeugungseinrichtung (i8, 19» 21 ) mit einem Tiefpaßfilter, welches eine niedrige Grenzfrequenz hat, und einen Pegelkomparator umfaßt, der ein für die Änderung des Bildinhalts kennzeichnendes Signal erzeugt, indem eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters ennittelt wird, über welches das Videosignal von dem Objekt geleitet wird, wobei eine die Änderung eines Verkleinerungsfaktors ermittelnde Detektoreinrichtung (3^) vorgesehen ist, die ein solches, eine Bildinhaltsanderung anzeigendes Anzeigesignal auf der Grundlage einer Änderung der Ausgangsspannung eines Detektors erzeugt, der den Verkleinerungsfaktor der Videokamera ermittelt, und wobei eine eine momentane Änderung ermittelnde Detektoreinrichtung (35» 36) mit einer Schwellwertschaltung und einer Zeitsteuerschaltung vorgesehen ist für die Erzeugung eines solchen, für eine Bildinhaltsanderung kennzeichnenden Anzeigesignals, indem eine abrupte Änderung des Fokussierungssignals ermittelt wird, welches von der das Folcussierungssignal bereitstellenden Eiraichtung erzeugt wird. 25

2. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der das Bildinhaltsänderungs-Anzeigesignal erzeugenden Einrichtung enthaltene Filter (19) eine Grenzfrequenz (fcc) aufweist, die niedriger ist als die Grenzfrequenz (fcL.) des Linsensystems (1) hinsiohtlich. der äquivalenten Tiefpaßfi1tercharakteristik des Linseusysteins in dem Fall, daß das betreffende Linsensystem in die stellung höchster Unscharfe gebracht ist.

3. Automavisches Fokussierungssystem nach Anspruch 2,

• · ι

dadurch gekennzeichnet, deß die das B.i lrlinhaltsänderungs-Anzeigesignal erzeugende Einrichtung einen zwischen dem Tiefpaßfilter (19) und dem Pegelkomparator (18) angeschlossenen Integrator (21) aufweist, mit dessen Hilfe das Ausgangssign&l des Tiefpaßfilters in jeder Bildperiode integriert wird und dessen Ausgangssignal, welches kennzeichnend ist für das Ergebnis der Integration in der vorliegenden Bildperiode, und das Signal, welches kennzeichnend ist für das Ergebnis der Integration in der vorangehenden Bildperiode, als zwei in dem Pegelkomparator miteinander zu vergleichende Eingangssignale abgegeben werden.

k. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Pegelkomparator (18) eine erste Abtast- und Halteschaltung (22), die das in einer Bildperiode erzeugte Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (19) abtastet und festhält ,

eine zweite Abtast- und Halteschaltung (23)» die das in der nachfolgenden Bildperiode erzeugte Ausgangssignal des Tiefpaßfilters abtastet und festhält, zumindest einen Operationsverstärker, der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Abtast- und Halteschaltungen als zwei miteinander zu vergleichende JJingangssignale aufnimmt,

und eine Schwellwertschaltung aufweist, die an der einem der Eingänge des Operationsverstärkers vorangehenden Stufe angeschlossen ist,

wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers an die Motoransteuer-Sperreinrichtung (ii) als Bildinhaltsänderungs-Anzeigesignal abgegeben wird.

5. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Änderung des Verkleinerungsfaktors ermittelnde De-

tektoreinrichtung (3^) eine /btast- und Halteschaltung und eine Komparatorschaltung für die Feststellung einer Änderung zwischen den Werten des Verkleinerungsfaktors enthält, der in zwei aufeinanderfolgenden Bildperioden festgestellt wird, derart, daß die Motoransteuerungs-Sperreinrichtung in dem Fall betätigt wird, daß die ermittelte Änderung des Verkleinerungsfaktors größer als eine bestimmte Einstellung oder gleich dieser ist, während eine Auslösung des Sperrbetriebs der Motoransteue- rungs-Sperreinrichtung in dem Fall erfolgt, daß die ermittelte Änderung des Verkleinerungsfaktors kleiner ist als die vorbestimmte i/instellung.

o. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine momentane Änderung ermittelnde Detektoreinrichtüng eine Zeitsteuereinrichtung (36) aufweist, die auf das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung (35) hin ein den Sperrbetrieb der Motoransteuer-Sperreinrichtung (11) nach einer bestimmten Zeitspanne aufhebendes Signal erzeugt, mit dem der Motor wieder in Betrieb genommen wird.

7. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorans^euer-Sperreinrichtung (ll) eine Torschaltung aufweist, die das Bildinhaltsänderungs-Anzeigesignal als '•forsteuersignal aufnimmt und die derart wirkt, daß sie trennbar zwischen einer stufenweise arbeitenden Steuerschaltung (9)1 die in der das Fokussi;jnal bereitstellenden Einrichtung enthalten ist, und einer Kotorsteuerschaltung (7) angeschlossen ist, die in der Linsensystem-Positionssteuereinrichtung enthalten ist.

8. Automatisches Fokussierungssystem für eine Videokamera, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (i, 2, 9) vorgesehen sind, die ein

Fokussignal auf der Grundlage eines Videosignals eines von der Videokamera aufgenommenen Objekts bereitstellen, daß eine Linsensystem-Positionssteuereinrichtung (7, 8) vorgesehen ist, die einen Motor enthält zur Steuerung der Position eines Linsensystems (1) auf das betreffende Fokussignal hin, derart, daß das Linsensystem in eine Fokusstellung gebracht wird,

daß eine Objektänderungs-Detektoreinrichtung (1O) vorgesehen ist, die eine Objektänderung auf der Grundlage des Videosignals ermittelt,

daß eine Motoransteuer-Sperr- und/oder. Wiederstart-Einrichtung ("M) vorgesehen ist, die derart betätigt wird, daß der Betrieb des Motors unterbrochen und dadurch der Fokussierungsbetrieb unterbrochen und/oder wieder gestartet wird, wenn eine Objektänderung durch die Objektänderungs-Detektoreinrichtung (lO) festgestellt wird, daß die Objektänderungs-Detektoreinrichtung (io) ein Tiefpaßfilter (19) aufweist, welches eine Grenzfrequenz (fcc) aufweist, die niedriger ist als die Grenzfrequenz (fcl) des Linsensystems (i) in der äquivalenten Tiefpaßfilterkennlinie des Linsensystems für den Fall, daß das Linsensystem in die stärkste Unscharfposition gebracht ist, und dem das Videosignal zugeführt wird, und daß eine Objektänderungs-Identifizierungseinrichtung (i8) vorgesehen ist, die das Auftreten einer Objektänderung dadurch identifiziert, daß das Ausgangssignal, welches von dem Tiefpaßfilter in einer Bildperiode abgegeben wird, mit dem Signal verglichen w^rd, welches in der vorangehenden Bildperiode abgegeben worden ist. 30

9. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 8, d a du rch gekennzeichnet, daß die Objektänderungs-Detektoreini'ichtung· (io) eine Einrichtung (21) umfaßt, mit deren Hilfe das Ausgangssignal des Tiefpaßfilxers (19) periodisch in eine Gleichspannung umgesetzt wird, die der ObjokuÜnderunjs-Xdentifi-

- 6 Ί zierungseinrichtung (1S) zugeführt wird.

10. Automatisches Fokussierungssystem für eine Videokamera,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (9) vorgesehen ist, mit der eine Fokusspannung auf der Grundlage einer hochfrequenten Komponente eines Videosignals eines von der Videokamera aufgenommenen Objekts gewonnen wird, um dadurch zu entscheiden, ob die Fokusspannung zunimmt oder abnimmt, daß ein Motor (8) vorgesehen ist, der einen Fokussierungsmechanismus eines Linsensystems (1) solange steuert, bis die Fokusspannung zu einem Maximum wird, um dadurch eine automatische Fokussierung zu erzielen, und daß eine Einrichtung (3^) vorgesehen ist, die auf ein Signal hin, welches kennzeichnend ist für den von der Verkleinerungsfaktor-Dctcktoreinrichtung (31) abgegebenen Verkleinei"ungsfaktor, ein Signal für die Unterbrechung des Betriebs des Motors erzeugt, während eine bestimmte Änderung des Verkleinerungsfaktors innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auftritt, und ein Signal für den erneuten Start des Motors in dem Fall erzeugt, daß die Änderung des Verkleinerungsfaktors auf einen V.'ert vermindert ist, der kleiner· ist als die genannte vorbestiminte Lins teilung, und zwar in der genannten Zeitspanne, wodurch der normale automatische Fokussierungsbetrieb wieder hergestellt ist.

11. Automatisches Fokussierungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellwertschaltung (35) vorgesehen ist, die eine abrupte Änderung der Fokusspannung ermittelt, und daß eine Zeitsteuereinrichtung (3<->) vorgesehen ist, die den betJreffenden Motor zumindest einmal innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach Ermittlung der abrupten Änderung der Fokusspannung wieder in Betrieb setzt.

33027U

12. Automatisches Fokussierungssystem i'ür eine Videokamera,
dadurch gekennzeichnet,

a) daß Einrichtungen (1, 2, 9) vorgesehen sind, die ein

Fokussignal auf der Grundlage eines Videosignals eines von der Videokamera aufgenommenen Objekts bereitstellen,

b) daß eine Linsensystem-Positionssteuereinrichtung (7> S-) mit einem Motor vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Position eines Linsensystems· auf das betreffende Fokussignal hin derart gesteuert wird, daß das Linsensystem in eine Fokusstellung gebracht wird,

c) daß eine Bildinhaltsänderungs-Detektoreinrichtung (1O) vorgesehen ist, die eine Änderung des Bildinhalts des Objekts ermittelt,

d) daß eine Motoransteuereinrichtung (11) vorgesehen ist, welche die Ansteuerung des Motors auf das betreffende Ausgangssignal der Bildinhaltsänderungs-Detektoreinrichtung hin derart steuert, daß eine Wiederinbetriebnähme der Fokussierungsoperation ermöglicht ist,

e) und daß die Bildinhaltsänderungs-Detektoreinrichtung (1O) zumindest eine ein für eine Bildinhaltsänderung kennzeichnendes Signal erzeugende Signalerzeugungseinrichtving (l8, 19; 21) enthält, die ein Tiefpaßfil- · ter mit einer niedrigen Grenzfrequenz und einen Pe^eI-komparator aufweist, dor ein Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist für eine Änderung des Bildinhalts, indem eine Änderung des Pegels des Ausgejn^ssignals des Tiefpaßfilters, durch welches das Videosignal von a_em betreffenden Objekt hindurcligclangt ist, ermittelt wird,

wobei ferner eine eine Änderung des Verkleinerungsfaktors ermittelnde Detektoreinrichtung (3*0 vorgesehen ist, die ein solches für eine Bildinhaltsänderung kennzeichnendes Signal auf der Grundlage einer Änderung der Ausgangsspannung eines Detektors erzeugt,

-S-welcher den Verkleinerungsfaktor der Videokamera ermittelt , und wobei eine eine momentane Änderung ermittelnde Detektoreinrichtung (35» 3^) niit einer Schwellwertschaltung und einer Zeitsteuerschaltung vorgesehen ist, um ein solches für eine Bildinhaltsänderung kennzeichnendes Signal zu erzeugen, indem eine abrupte Änderung des Fokussierungssignals ermittelt wird, welches durch die ein Fokussierungssignal bereitstellenden Einrichtungen erzeugt wird.