DE3305027A1

DE3305027A1 - Farbfernsehkamera mit einem dreifarben-matrixfilter

Info

Publication number: DE3305027A1
Application number: DE19833305027
Authority: DE
Inventors: Jean-Yves 49800 Trelaze Moraillon
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1983-09-01
Also published as: FR2522235A1; JPS58153478A; GB2117206B; US4553159A; GB8304237D0; GB2117206A; FR2522235B1; DE3305027C2; HK82494A

Description

$r-PÄ;RTNER

Patentanwälte · *' E'uföpeafV Vättfnt Attorneys 3305027

München ~ Stuttgart

THOMSON - BRANDT
173, Bd. Haussmann

75008 Paris/Frankreich 11. Februar 1983

Unser Zeichen: T 3581

Farbfernsehkamera mit einem Dreifarben-Matrixfilter

Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera mit einem Dreifarben-Matrixfilter.

Die mit sogenannten Festkörpersensoren ausgestatteten Kameras umfassen gewöhnlich eine fotoempfindliche Matrix, die von einem Dreifarben-Matrixfilter bedeckt sind, welches so ausgebildet ist, daß jedes Matrixelement für die Erfassung nur einer einzigen Farbe vorgesehen ist.

Die an jedem Matrixpunkt erfaßten Signale werden häufig durch ladungsgekoppelte (CCD-) Register aufgenommen. Ein solches CCD-Register ist analog einem Schieberegister, speichert jedoch zusätzlich in jeder Stufe die Amplitude des Signals.

Wegen der großen Anzahl von Punkten einer fotoempfindlichen Matrix ist es nicht möglich, alle Signale mit einem einzigen CCD-Register aufzunehmen. Daher werden üblicherweise zwei CCD-Register verwendet, von denen das erste die Signale

aufnimmt, die den Punkten ungerader Ordnung in einer Zeile aufnimmt und das zweite die Punkte gerader Ordnung derselben Zeile aufnimmt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung von derartigen CCD-Registern häufig erkennbare Bildfehler auftreten, die bei der Bilderfassung auf folgende Weise entstehen: Da beide Register Signale derselben Farbe liefern, z.B. der Farbe Grün, sind die Signale dieser Farbe, wenn die beiden Register unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen, mit der Zeilenfrequenz moduliert.

Um diesem Mangel abzuhelfen, ist die erfindungsgemäße Kamera dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Dreifarbenfilter umfaßt, das so ausgebildet ist, daß jedes Register nur eine einzige Farbe speichert.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist das Filter senkrechte Streifen derselben Farbe, vorzugsweise der Farbe Grün, auf, die mit senkrechten Streifen abwechseln, welche aus einer abwechselnden Folge von zwei anderen Farben, z.B. Rot und Blau, gebildet sind, wobei jede Zeile nur die Elemente derselben Farbe zwischen zwei EIementen derselben Farbe aufweist, während in der darauffolgenden Zeile die Elemente einer anderen Farbe zwischen die Elemente der erstgenannten Farbe eingefügt sind.

Bei der oben angegebenen Ausführungsform weist das Filter vorzugsweise keine dunklen waagerechten Trennlinien innerhalb der senkrechten Streifen der ersten Farbe auf. Derartige dunkle Linien, die gewöhnlich zwischen den Elementen unterschiedlicher Farbe angeordnet sind, ermöglichen zwar die Vermeidung der Licht-Querkopplung, jedoch beschränkt die Anwesenheit dieser dunklen Streifen die Empfindlichkeit der Kamera, denn die Streifen verkleinern die Nutzoberfläche der fotoempfindlichen Matrix.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfaßt die Kamera ferner eine Vorrichtung zur Synthese des achromatischen Signals, bei welcher die drei Farben ohne Verwendung einer Verzögerungsleitung ausgenutzt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines an sich be-' kannten Bayer'sehen Filters;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines bei der erfindungs- IQ gemäßen Kamera verwendeten Filters;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Festkörperanalysators, bei dem das in Fig. 2 gezeigte Filter verwendet wird; und

Fig. 4 eine Blockschaltbild zur Erläuterung der Verarbeitung des von dem mit fotoempfindlicher Matrix und zugeordnetem Dreifarbenfilter ausgestatteten Analysator gelieferten Signals.

Das in Fernsehkameras gebräuchliche Bayer'sehe Filter ist in Fig. 1 dargestellt. Es umfaßt für jedes Teilbild eine Zeile der Ordnungszahl n, die aus miteinander abwechselnden grünen (V) und roten (R) Elementen 1 gebildet ist, während die darauffolgende Zeile der Ordnungszahl n+1 desselben Teilbildes aus Elementen 1 gebildet ist, die abwechselnd blau (B) und grün (V) sind, wobei die grünen (V) Elemente der Zeile n+1 senkrecht unter den roten Elementen (R) der Zeile η liegen und gleichfalls die grünen

(V) Elemente der· Zeile η senkrecht über den blauen (B) Elementen der Zeile n+1 liegen. Um die Licht-Querkopplung zwischen Elementen unterschiedlicher Farbe zu vermeiden, sind diese durch senkrechte und waagerechte dunkle Strei-

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.6-

fen 2,3 voneinander getrennt.

Das in Fig. 2 gezeigte Filter 11 der erfindungsgemäßen Kamera unterscheidet sich von dem Filter nach Fig. 1 dadurch, daß alle grünen Elemente (V) sich in senkrechten Spalten befinden und nicht jeweils gegeneinander versetzt sind. Die Zeile η des Teilbildes 1 des in Fig. 2 gezeigten Filters enthält wie die entsprechende Zeile des Bayer'sehen Filters abwechselnd grüne (V) und rote (R) Elemente, wäh-

IQ rend die Zeile n+1 abwechselnd grüne (V) und blaue (B) Elemente enthält, jedoch befinden sich die grünen (V) Elemente der Zeile n+1 in derselben senkrechten Spalte wie die grünen Elemente der Zeile n. Dieses Filter 11 weist also senkrecht Streifen 4, 5 usw. für die Farbe 5 Grün (V) auf, zwischen denen senkrechte Spalten 6,7 usw. angeordnet sind, die aus miteinander abwechselnden roten (R) und blauen (B) Elementen gebildet sind.

Die Summe der Längen der dunklen senkrechten Streifen ist dieselbe wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Filter. Hingegen ist die Summe der Längen der waagerechten dunklen Trennungsstreifen nur die Hälfte der entsprechenden Summe bei dem Bayer'sehen Filter.

Fig. 3 zeigt einen Analysator mit dem in Fig. 2 gezeigten Filter. Dieser Analysator umfaßt eine fotoempfindliche Matrix 10, die durch das in Fig. 2 gezeigte Filter 11 bedeckt ist. Jedem Element der fotoempfindlichen Matrix entspricht natürlich ein Element des Dreifarbenfilters 11.

Jedes Element der Matrix 10 ist folglich mit der Bezeichnung V, R oder B für eine Farbe bezeichnet.

Die durch die verschiedenen Punkte der fotoempfindlichen Matrix erzeugten Punkte werden von zwei Registern aufgenommen, nämlich von einem oberen Register 12 und einem unteren Register 13. Jedes dieser Register ist ein Schieberegister vom ladungsgekoppelten Typ (CCD).

Das obere Register 12 ist dazu bestimmt, die Signale von Elementen ungerader Ordnung der verschiedenen Zeilen aufzunehmen, während das Register 13 dieselbe Funktion hat, jedoch den Elementen gerader Ordnung dieser Zeilen zugeordnet ist. Jedes dieser Register wird an seinen Eingängen 12., 12₂, usw. 13-, 13₂, usw. parallel geladen, jedoch seriell an seinem Ausgang 12 bzw. 13 entladen.

5 S

Wenn eine Zeilenadressiervorrichtung 14 bzw. 15 mit parallelen Ausgängen, wovon jeder einer Zeile entspricht, ein Steuersignal zum Auslesen der Zeile η liefert, werden die den Elementen der Farbe Grün entsprechenden Signale ungerader Ordnung dieser Zeile in das Register 12 eingeladen, während die den Elementen gerader Ordnung entsprechenden Signale, und zwar bei dem betrachteten Beispiel für die Farbe Rot, in das Register 3 eingeladen werden.

In das Register 12 werden also nur die Signale eingeladen, die der grünen Farbe entsprechen, während das Register 13 ^nur Signale enthält, die der Farbe Rot entsprechen. Für die darauffolgende Zeile mit dem Rang n+1 liefert das Register 12 weiterhin Signale für die Farbe Grün, während das Register 13 Signale für die Farbe Blau liefert. Für eine gegebene Zeile überträgt jedes Register also nur eine einzige Farbe.

Das von dem in Fig. 3 gezeigten Analysator empfangene Signal wird vorzugsweise durch eine in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung verarbeitet.

In Fig. 4 ist die Gesamtheit des Analysators und der Register· 12, 13 als einziger Block 20 mit zwei Ausgängen 12 und 13 dargestellt.

In dieser Vorrichtung wird das achromatische Signal, das die Bilddetails wiedergibt, aus den drei Farben gebildet, und nicht aus derselben, grünen Farbe, wie dies bei der bekannten, dem Bayer'sehen Filter zugeordneten Vorrichtung

fr

der Fall ist.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Schaltungszweig 21 zur Bildung des Farbsignals und einen Schaltungszweig 22 zur Synthese des achromatischen Signals.

Der Schaltungszweig 21 umfaßt ein Tiefpaßfilter 30, das eine hohe Grenzfrequenz in der Größenordnung von 500 KHz aufweist und dessen Eingang mit dem Ausgang 12, der ■^0 Gruppe 20 verbunden ist, während sein Ausgang mit dem ersten Eingang 28 eines Addierers 29 verbunden ist.

Der Ausgang 13 der Gruppe 20 ist zum einen direkt mit einem ersten Eingang 31 eines Multiplexers 32 und zum anderen mit dem ersten Eingang 33 eines weiteren Multiplexers 34 über eine Verzögerungsleitung 35 verbunden. Die Verzögerungsleitung 35 verzögert das an ihren Eingang angelegte Signal um eine Dauer, die gleich der Ablenkdauer einer Zeile ist.

Der Ausgang 36 der Verzögerungsleitung 35 ist ferner mit dem zweiten Eingang 37 des Multiplexers 32 verbunden. Ferner ist der Ausgang 13 der Gruppe 20 direkt mit dem zweiten Eingang 38 des Multiplexers 34 verbunden.

Der Ausgang des Multiplexers 32 ist mit dem ersten Eingang 40 eines zweiten Addierers 41 über ein Tiefpaßfilter 42, das analog dem Filter 30 ist, verbunden. Ferner ist der Ausgang des Multiplexers 34 mit dem ersten Eingang 43 eines dritten Addierers 44 über ein Tiefpaßfilter 45 verbunden, das analog den Filtern 30 und 42 ist.

Die zweiten Eingänge der Addierer 29, 41 und 44 empfangen das Ausgangssignal des Schaltungszweiges 22.

Dieser Schaltungszweig 22 umfaßt einen Multiplizierer 50, dessen einer Eingang 51 direkt mit dem Ausgang 25 eines Multiplexers 23 verbunden ist, dessen zwei Eingänge 26

und 27 mit den Ausgängen 12 bzw. 1'3 der Gruppe 20 verbunden sind. Der Andere Eingang 52 des Multiplexers 50 ist mit einem weiteren (nicht dargestellten) Multiplexer verbunden, der synchron mit dem Auslesevorgang des Analysators konstante Koeffizienten K„, K und K_ß liefert, jeweils für die Signale der Farbe Grün, Rot und Blau. Wenn also ein grünes Element ausgelesen wird, so wird der Koeffizient K_v an den Eingang 52 angelegt, und wenn ein rotes oder blaues Element ausgelesen wird, so wird der Koeffizient K_R oder K_ß an den Eingang 52..des Multiplizierers 50 angelegt.

Der Ausgang dieses Multiplizierers 50 ist mit den zweiten Eingängen der Addierer 29, 41 und 44 einerseits über ein

!5 Hochpaßfilter 53 mit niedriger Grenzfrequenz in der Größenordnung von 500 KHz und zum anderen über ein Filter 54 verbunden, welches die Frequenz F .„ unterdrückt, also die halbe Punktfrequenz, die der Abtastfrequenz dieser Farbe entspricht. Beim Fehlen eines solchen Filters würden senkrechte störende Linien in dem reproduzierten Bild in fabigen Bereichen mit kontrastreichen Farben auftreten.

Die Multiplexer 32 und 34 sind so gesteuert, daß beim Erscheinen eines Signals für die Farbe Blau am Ausgang 13 der Gruppe 20 dieses Signal zum Ausgang des Multif plexers 32 durchgelassen wird, während beim Erscheinen eines Signals der Farbe Rot am Ausgang 13„ dieses Signal am Ausgang des Multiplexers 34 erscheint.

In dem Schaltungszweig 21 sind also die Ausgangssignale der Filter 30, 42 und 45 niederfrequente Signale, welche die Farben Grün, Blau bzw, Rot darstellen; diese drei Signale bilden die Farbkomponente des Bildsignals. Die Koeffizienten K„, K_R und K_ß werden so gewählt, daß für ein achromatisches Signal (Weiß oder Grau) konstanter Leuchtdichte die Amplituden der von den verschiedenen Farbpunkten V, R und B gelieferten Signale gleich sind.

Das von diesem Schaltungszweig 22 gelieferte Signal ist ein achromatisches Signal hoher Frequenz, welches die Bilddetails darstellt. Es wird dem Farbsignal durch die Addierer 29, 41 und 44 überlagert.

Bei einer (nicht dargestellten) Ausfuhrungsform ist der

Ausgang 25 des Multiplexers 23 mit dem Eingang eines Demultiplexers verbunden, der zwei Ausgänge aufweist, die mit dem Schaltungszweig 21 verbunden sind, und zwar einer- -,Q seits mit dem Eingang des Filters 30 und andererseits mit dem Filter 31 des Multiplexers 32 sowie mit dem Eingang der Verzögerungsleitung 35.

Die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera, die das in Fig. gezeigte Filter und die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung aufweist, arbeitet vorzugsweise mit digitaler Signalverarbeitung.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält das Filter anstelle der drei Primärfarben Rot, Blau und Grün die Elemente von drei anderen komplementären Farben, z.B. Weiß, Grün und Gelb.

Claims

PRINZ,:BUNKE. &-.PARTNER

Patentanwälte ·"' El/rbpeaVi Patent Attorneys 3305027

München Stuttgart

THOMSON - BRANDT
173/ Bd. Haussmann

75008 Paris /Frankreich 11. Februar 1983

Unser Zeichen: T 3581

Patentansprüche

Qy Farbfernsehkamera mit einer fotoempfindlichen Matrix (10), die von einem Dreifarben-Matrixfilter (11) bedeckt ist, und mit zwei ladungsgekoppelten (CCD-) Registern, wovon das erste (13) die Elemente gerader Ordnung jeder Zeile der Matrix und das zweite (12) die Elemente ungerader Ordnung dieser selben Zeile ausliest, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine solche Ausgestaltung aufweist, daß jede Farbe nur durch ein einziges Register gespeichert wird.
2. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie e;Ln Filter (11) aufweist, in welchem die Elemente einer ersten Farbe, z.B. der Farbe Grün (V), entlang senkrechten Streifen (4,5) angeordnet sind, die durch senkrechte Streifen von miteinander abwechselnden Punktelementen der zweiten und dritten Farbe, z.B. der Farben Rot (R) und Blau (B), getrennt sind, wobei jede Zeile nur zwei Farben enthält, nämlich die erstgenannte Farbe (V) und eine

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weitere Farbe (R oder B).
3. Farbfernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (11) keine dunklen, waagerechten Trennlinien im Inneren der senkrechten Streifen (4,5) der ersten Farbe (V) aufweist.
4. Kamera nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Synthese des achromatischen Signals umfaßt, die alle Punkte der fotoempfindlichen Matrix auswertet.
5. Farbfernsehkamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Synthese des achromatischen Signals einen Multiplizierer (50) aufweist, der jedes einem Punkt entsprechende Signal mit einem Koeffizienten behaftet, der für jede Farbe konstant ist, wobei die drei Koeffizienten (K„, K_n und K) derart gewählt sind, daß sie am Ausgang des Multiplizierers Signale derselben Amplitude für ein achromatisches Bild konstanter Leuchtdichte ergeben.
6. Farbfernsehkamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf den Multiplizierer folgend ein Filter (54) aufweist, welches die Frequenz unterdrückt, die der Abtastfrequenz jeder Farbe entspricht.