DE3305027C2 - - Google Patents
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- H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
- H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
- H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
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Description
Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera mit einer fo
toempfindlichen Matrix, nach dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1.
Die mit sogenannten Festkörpersensoren ausgestatteten Farb
fernsehkameras, wie sie aus der US-PS 40 54 915 oder der
US-PS 40 01 878 bekannt sind, umfassen 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 durch ladungsge
koppelte (CCD-) Register aufgenommen. Ein solches CCD-Regi
ster ist analog einem Schieberegister, speichert jedoch zu
sätzlich 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 entweder zwei CCD-Re
gister verwendet, von denen das erste die Signale aufnimmt,
die den Punkten ungerader Ordnung in einer Zelle entspre
chen, und das zweite die Punkte gerader Ordnung derselben
Zeile aufnimmt, oder es werden drei Register verwendet, die
je einer Farbe zugeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwen
dung von zwei derartigen CCD-Registern häufig erkennbare
Bildfehler auftreten, die bei der Bilderfassung auf folgende
Weise entstehen: Wenn 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Verwendung
von nur zwei Registern für die drei Farben das Auftreten von
Bildstörungen zu vermeiden, die durch unterschiedliche Emp
findlichkeit der Register für verschiedene Farben verursacht
werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene
Ausbildung der Farbfernsehkamera gelöst.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist das Filter senk
rechte 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 Elementen derselben Farbe auf
weist, 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 inner
halb der senkrechten Streifen der ersten Farbe auf. Derar
tige 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 achro
matischen Signals, bei welcher die drei Farben ohne Ver
wendung einer Verzögerungsleitung ausgenutzt werden.
Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung
und aus der Zeichnung, auf die bezug genommen wird. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines an sich be
kannten Bayer′schen Filters;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines bei der erfindungs
gemäßen Kamera verwendeten Filters;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Festkörperanalysa
tors, bei dem das in Fig. 2 gezeigte Filter ver
wendet wird; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Verar
beitung des von dem mit fotoempfindlicher Matrix
und zugeordnetem Dreifarbenfilter ausgestatteten
Analysator gelieferten Signals.
Das in Fernsehkameras gebräuchliche Bayer′sche Filter (z. B. JP-PS 53 79 430) ist
in Fig. 1 dargestellt. Es umfaßt für jedes Teilbild eine
Zeile der Ordnungszahl n, die aus miteinander abwechseln
den grünen (V) und roten (R) Elementen 1 gebildet ist,
während die darauffolgende Zeile der Ordnungszahl n+1 des
selben Teilbildes aus Elementen 1 gebildet ist, die ab
wechselnd blau (B) und grün (V) sind, wobei die grünen
(V) Elemente der Zeile n+1 senkrecht unter den roten Ele
menten (R) der Zeile n liegen und gleichfalls die grünen
(V) Elemente der Zeile n 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
fen 2, 3 voneinander getrennt.
Das in Fig. 2 gezeigte Filter 11 der erfindungsgemäßen
Kamera unterscheidet sich von dem Filter nach Fig. 1 da
durch, daß alle grünen Elemente (V) sich in senkrechten
Spalten befinden und nicht jeweils gegeneinander versetzt
sind. Die Zeile n des Teilbildes 1 des in Fig. 2 gezeigten
Filters enthält wie die entsprechende Zeile des Bayer′schen
Filters abwechselnd grüne (V) und rote (R) Elemente, wäh
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
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 Tren
nungsstreifen nur die Hälfte der entsprechenden Summe bei
dem Bayer′schen 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 be
deckt ist. Jedem Element der fotoempfindlichen Matrix
entspricht natürlich ein Element des Dreifarbenfilters 11.
Jedes Element der Matrix 10 ist folglich mit der Bezeich
nung V, R oder B für eine Farbe bezeichnet.
Die durch die verschiedenen Punkte der fotoempfindlichen
Matrix erzeugten Punkte werden von zwei Registern aufgenom
men, nämlich von einem oberen Register 12 und einem unte
ren Register 13. Jedes dieser Register ist ein Schiebe
register vom ladungsgekoppelten Typ (CCD) .
Das obere Register 12 ist dazu bestimmt, die Signale von
Elementen ungerader Ordnung der verschiedenen Zeilen auf
zunehmen, während das Register 13 dieselbe Funktion hat,
jedoch den Elementen gerader Ordnung dieser Zeilen zuge
ordnet ist. Jedes dieser Register wird an seinen Eingängen
12 1, 12 2, usw. 13 1, 13 2, usw. parallel geladen, jedoch
seriell an seinem Ausgang 12 s bzw. 13 s entladen.
Wenn eine Zeilenadressiervorrichtung 14 bzw. 15 mit paralle
len Ausgängen, wovon jeder einer Zeile entspricht, ein
Steuersignal zum Auslesen der Zeile n liefert, werden die
den Elementen der Farbe Grün entsprechenden Signale unge
rader 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 Sig
nal wird vorzugsweise durch eine in Fig. 4 gezeigte Vor
richtung verarbeitet.
In Fig. 4 ist die Gesamtheit des Analysators und der
Register 12, 13 als einziger Block 20 mit zwei Ausgängen
12 s und 13 s 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′schen Filter zugeordneten Vorrichtung
der Fall ist.
Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Schal
tungszweig 21 zur Bildung des Farbsignals und einen Schal
tungszweig 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 s der
Gruppe 20 verbunden ist, während sein Ausgang mit dem
ersten Eingang 28 eines Addierers 29 verbunden ist.
Der Ausgang 13 s 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 Multi
plexers 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 s der Gruppe 20 direkt mit dem
zweiten Eingang 38 des Multiplexers 34 verbunden.
Der Ausgang des Multiplexers 32 ist mit dem ersten Ein
gang 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 ver
bunden, 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
mit den Ausgängen 12 s bzw. 13 s der Gruppe 20 ver
bunden sind. Der Andere Eingang 52 des Multiplexers 50
ist mit einem weiteren (nicht dargestellten) Multiplexer
verbunden, der synchron mit dem Auslesevorgang des Ana
lysators konstante Koeffizienten KV, KR und KB liefert,
jeweils für die Signale der Farbe Grün, Rot und Blau. Wenn
also ein grünes Element ausgelesen wird, so wird der
Koeffizient KV an den Eingang 52 angelegt, und wenn ein
rotes oder blaues Element ausgelesen wird, so wird der
Koeffizient KR oder KB 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
Hochpaßfilter 53 mit niedriger Grenzfrequenz in der Größen
ordnung von 500 KHz und zum anderen über ein Filter 54
verbunden, welches die Frequenz Fp/2 unterdrückt, also
die halbe Punktfrequenz, die der Abtastfrequenz dieser
Farbe entspricht. Beim Fehlen eines solchen Filters wür
den senkrechte störende Linien in dem reproduzierten Bild
in farbigen 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 s der Gruppe 20 dieses Signal zum Ausgang des Multi
plexers 32 durchgelassen wird, während beim Erscheinen
eines Signals der Farbe Rot am Ausgang 13 s 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 KV, KR und KB 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) Ausführungsform ist der
Ausgang 25 des Multiplexers 23 mit dem Eingang eines De
multiplexers verbunden, der zwei Ausgänge aufweist, die
mit dem Schaltungszweig 21 verbunden sind, und zwar einer
seits mit dem Eingang des Filters 30 und andererseits
mit dem Filter 31 des Multiplexers 32 sowie mit dem Ein
gang der Verzögerungsleitung 35.
Die erfindungsgemäße Farbfernsehkamera, die das in Fig. 2
gezeigte Filter und die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung
aufweist, arbeitet vorzugsweise mit digitaler Signalver
arbeitung.
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 (6)
1. Farbfernsehkamera mit einer fotoempfindlichen Matrix
(10), die von einem Dreifarben-Matrixfilter (11) bedeckt ist,
und mit ladungsgekoppelten (CCD-)Registern, in denen jeweils
Elemente für nur eine Farbe gespeichert werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß von den ladungsgekoppelten Registern das
erste (13) die Elemente gerader Ordnung der Matrixzeilen und
das zweite (12) die alternierend zwei verschiedenen Farben
entsprechenden Elemente ungerader Ordnung dieser Matrixzei
len ausliest.
2. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie ein Filter (11) aufweist, in welchem die Elemente
einer ersten Farbe, z. B. der Farbe Grün (V), entlang senk
rechten Streifen (4, 5) angeordnet sind, die durch senk
rechte Streifen von miteinander abwechselnden Punktele
menten 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
weitere Farbe (R oder B).
3. Farbfernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filter (11) keine dunklen, waagerechten Trenn
linien im Inneren der senkrechten Streifen (4, 5) der ersten
Farbe (V) aufweist.
4. Kamera nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Synthese des
achromatischen Signals umfaßt, die alle Punkte der foto
empfindlichen Matrix auswertet.
5. Farbfernsehkamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zur Synthese des achromatischen Signals einen
Multiplizierer (50) aufweist, der jedes einem Punkt ent
sprechende Signal mit einem Koeffizienten behaftet, der
für jede Farbe konstant ist, wobei die drei Koeffizienten
(KV, KR und KB) 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 Ab
tastfrequenz jeder Farbe entspricht.
Applications Claiming Priority (1)
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