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Verfahren zur Erhöhung der Zeilenzahl einer Fernsehkamera
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erhöhung
der Zeilenzahl einer Fernsehkamera mit mindestens zwei optoelektronischen Bildwandlern.
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Es sind bereits Farbfernsehkalneras mit Halbleiterbildwandlern vorgeschlagen
worden (z.B. in der DE-OS 30 12 183), bei denen die optische Anordnung eines dieser
Bildwandler in bezug auf einen anderen Bildwandler um den halben Wert eines Bildelementabstes
in vertikaler Richtung verschoben ist, um die Vertikalauflösung zu verbessern. Hiermit
sollen durch Reduzierung der Anzahl der Bildelemente in einem Bildwandler die Abmessungen
und Gestehungskosten
der Bildwandler vermindert werden . dc'0. Eine
darür geeignete Bildsignalverarbeitung ist jedoch hierbei nicht angegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit welchem die Erzeugung eines höherzeiligen Bildes möglich ist.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß mit relativ geringem Aufwand ein
höherzeiliges Bildsignal ohne Interferenzstörungen erzeugbar ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
.Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens
möglich.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei nur die
für die Erfindung wichtigen Teile eingezeichnet sind. Es zeigen: Fig. 1 die vertikal
versetzte Anordnung der Abtastraster, Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Durchführung
des erfindungsgemä ßen Verfahrens, Fig. 3a ein Blockschaltbild zur Erzeugung eines
höherzeiligen Bildsignals, Fg. 3b die zeitlichen Zusammenhänge der in Fig. 3a vorkommenden
Zeilensignale,
Fig. 4 ein Verarbeitungsschema der Zeilenzahlwandlung,
Fig. 5 Sinalspektren der in Fig. 2 vorkommenden Signale.
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In Fig. 1a sind Ausschnitte von drei Halbleiter-Bildwandlern 1, 2,
3 dargestellt, welche um jeweils ein Drittel der Bildpunktgröße gegenüber dem benachbarten
Bildwandler in vertikaler Richtung y versetzt angeordnet sind. Dabei sind die offenen
quadratförmigen Kästchen dem ersten Teilbild und die schräg schraffierten Kästchen
dem zweiten Teilbild zuzuordnen.
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In Fig. 1b sind die entsprechenden Zeilen dreier Abtastraster 4, 5,
6 von Bildaufnahmeröhren dargestellt, welche ebenfalls in vertikaler Richtung um
ein Drittel der zeitlich benachbarten Zeilenabstände gegeneinander verschoben sind.
Diese Anordnung bewirkt nun, daß bei n verwendeten gleichartigen Bildwandlern, idealer
vertikaler Offset-Stellung und identischer optischer Information die n-fache Auflösung
bzw. ein Bild mit n-facher Zeilenzahl erzeugt werden kann.
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In Fig. 2 ist eine Bildsignalverarbeitungssc.haltung für die drei
Halbleiter-Bildwandler 1 (R), 2 (G), 3 (B) in vertikaler Offset-Stellung gemäß Fig.
1a dargestellt.
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Mit Hilfe eines Taktgebers 7 werden die Bildwandler 1, 2, 3 geeignet
angesteuert, so daß an deren Ausgängen 3 je um ein Drittel der Bildpunktgröße in
vertikaler Richtung versetzte Bildsignale abnehmba-r sind. Diese Signale werden
einerseits je einer Interpolationsst-uSe 8, 9, 10 zugeführt, in welcher durch Interpolation
benachbarter Zeilen die Zeilenzahl verdoppelt wird. Andererseits werden diese Signale
gemeinsam einer weiteren Interpolationsstufe 11 zugeführt, in welcher zur Erzeugung
eines hochaufgelösten Luminanzsignals Y' diese Signale zunächst zu einem Signal
mit dreifacher Zeilenfrequenz zusammengefügt und dieses dann in ein Signal mit
%weilacher
7eilenfrequel1z überführt wird.
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In Fig. 3a ist beispielsweise ein Teil einer solchen Interpolationsstufe
11 dargestellt. Die von den drei Bildwandlern 1, 2, 3 abgegebenen Rildsignale werden
jeweils in einen Plfferspeicher 12, 13, 1>4 eingeschrieben und mit der dreifachen
Frequenz sequentiell wieder ausgelesen. Diese Signale werden nun einem Multiplexer
15 zugeführt, mit dem sie so zusammengefügt werden, daß am Ausgang 16 ein Signal
Y' mit dreifacher Zeilenfrequenz zur Verfügung steht. Fig 3b zeigt die zeitlichen
Zusammenhänge der Ausgangsslgnale der drei Bildwandler 1, 2, 3 und des resultierenden
Hochzeilensignals Y' hinter dem Multiplexer 15.
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Dieses Verfahren kann bei einer Farbfernsehkamera mit drei Bildwandlern
für Rot, Grün und Blau ausgenutzt werden, um den Luminanzanteil des optischen Signals
mit höherer Vertikalauflösung zu wandeln. Dies setzt voraus, daß zur Erzeugung dieses
Luminanzsignals die Ausgangssignale der drei Bildwandler 1, 2, 3 zu gleichen Teilen
herangezogen werden milssen. Um gleichzeitig den Anforderungen der Farbmetrik Rechnung
zu tragen, wird dieses Luminanzsignal erst bei höheren vertikalen Frequenzen in
das Signal eingefügt, während für niedrige Frequenzen das Signal des Einzelbildwandlers
verwendet wird.
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Die s Hoc Hochzeilensignal wird danach noch in einer (nicht dargestellten)
Schaltung in ein Signal mit zweifacher Zeilenfrequenz umgewandelt. Das läßt sich
mit den bekannten Verfahren digitaler Filtertechnik für die Wandlung von Abtastraten
realisieren, wenn für jedes Verzögerungsglied eines digitalen Filters hier ein Zeilenspeicher
verwendet wird. Eine direktere Lösung der von der Interpolationsstufe 11 durchzuführenden
Verarbeitung ist in Fig. 4 dargestellt.
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Dabei ist zur Erzeugung eines Luminanzsignals doppelter Zeilenfrequenz
(Fig. 4d) beispielsweise das Grünsignal (Fig. 4a) in jeder ungeraden Zeile und der
Mittelwert von Rot und Blau (Fig. >4b und Fig. 4c) in jeder geraden'Zeile zu
berücksichtigen.
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Für farbige Vorlagen ergibt sich für das Luminanzsignal Y' allerdings
eine Störstruktur, indem die Zeilen abwechselnd hell und dunkel erscheinen. Die
auftretende vertikale Störfrequenz entspricht der Zeilenfrequenz des Einzelbildwandlers.
Es ergibt sich hier die Notwendigkeit, zusätzlich in die Interpolationsschaltung
11 oder den Hochpaß 20 eine Nullstelle bei dieser Frequenz zu berücksichtigen.
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Ins Ln dieser oder aufwendigerer Form erzeugte Luminanzsignal Y' steht
nun am Ausgang der Interpolationsstufe 11 parallel zu den drei Farbsignalen doppelter
Zeilenfrequenz zur Verfügung, wie sie in den Interpolationsstufen 8, 9, 10 beispielsweise
durch Verdoppelung der vorhandenen Zeilen bereitgestellt werden. Diese Interpolation
stellt einen reinen Nachfiltereffekt dar und hat keinerlei Auflösungserhöhende Wirkung.
Die Ausgangssignale der Interpolationsstufen 8, 9, 10 werden schließlich noch vertikal
bandbevertikalen grenzt mit Hilfe der rilerpasse 17, 18, 19, während das Luminanzsignal
Y' am Ausgang der Interpolationsstufe 11 einem mit einem zu den vertikalen Tiefpässen
17, 18, 19 vertikalen komplementären Frequenzgang ausgebildeten rocnpau zugeführt
wird. Schließlich wird dieses Luminanzsignal allen drei Farbkanälen gleichgewichtet
über die Addierstufen 21, 22, 23 zugesetzt. Darauf folgend wird die übliche horizontale
Signalverarbeitung in der Stufe 24 durchgeflihrt, in der ggf. im Falle einer Halbleiterkamera
mit zusätzlicher horizontaler Offset-Stellung der Halbleiterbildwandler diesem Umstand
Rechnung getragen wird. An den Ausgangsklemmen 26, 27, 28 der Stufe 24 sind dann
die Farbsignale R,G,B mit doppelter Zeilenzahl abnehmbar.
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In Fig. 5 sind die zu dem Blockschaltbild in Fig. 2 zugehörigen Signalspektren
in vertikaler Richtung dargestellt.
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Fig. 5a zeigt schraffiert das Originalspektrum, das durch Unterabtastung
wegen zu geringer Zeilenzahl teilweise durch Alias frequenzen gestört erscheint.
Die Interpolationsstufen 8, 9, 10 sowie die Tiefpässe 17, 18, 19 können in der Praxis
je Farbkanal zu einem Filter zusammengezogen werden und sind nur der besseren Anschauung
wegen als getrennte Baugruppen in Fig. 2 dargestellt. Interpolationsvertikaler stufe
und tErmlNrtegrenzen zum einen gem. Fig. 5b das Signal bei fG, zum anderen wird
durch den Übergang auf doppelte Zeilenzahl das Spektrum erst bei 2fA reproduziert.
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Die Grenzfrequenz fc G sollte so klein wie möglich gewählt werden.
Sie stellt die vertikale Bandbreite des Chrominanzsignals und farbmetrisch korrekten
Luminanzsignals dar. In Fig. 5c ist das Lum-inanzspektrum hinter der Interpolationsstufe
11 dargestellt, welches eine doppelte Auflösung ohne überlappende Spektren (in diesem
Beispiel) darstellt. Die maximal auflösbare vertikale Signalfrequenz entspricht
der Zeilenzahl des Einzelbildwandlers. Hinter dem Hochpaß 20 ergeben sich nur noch
die Strichrasterfrequenzen oberhalb G in Fig. 5d, die zusammen mit dem Spektrum
der drei Farbkanäle in Fig. 5b das resultierende Spektrum Fig. 5e ergeben.
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Damit löst die beschriebene Farbfernsehkamera unter Verwendung von
herkömmlichen Bildwandlern eine gegebene optische Information mit der doppelten
Zeilenzahl auf. Das gleiche Prinzip kann angewendet werden, wenn es um die Darstellung
eines normalzeiligen Bildes geht, das zwar eine geringere vertikale Auflösung zum
vorher beschriebenen Aufbau aufweist, jedoch durch die beschriebene Filtertechnik
Überlappungen der Spektren unterdrückt.
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Das beschriebene Verfahren kann aber auch in modifizierter Form betrieben
werden, indem nur zwei der drei vorhandenen Bildwandler, vorzugsweise für Rot und
Grün, in einen zwei-Phasen-offset gebracht werden. Hier ergibt sich dann für das
Luminanzsignal Y' eine Auflösungserhöhung um den'Faktor 2. Diese Lösung ist aus
Störabstandsgründen interessant, da der Bildwandler 3 für Blau im allgemeinen den
unempfindlichsten Bildwandler darstellt, der dann nicht zur Erzeugung des Luminanzsignals
Y' herangezogen wird.
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