DE3443558C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive automatische Scharfeinstelleinrichtung, mit einer Projektionseinrich­ tung zur Projektion von Licht auf ein Objekt, und einer Lichtempfangseinrichtung zur Erfassung des vom Objekt reflektierten Lichts, wobei die Scharfeinstellung eines photographischen optischen Systems jeweils in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung durchge­ führt und nach erfolgter Scharfeinstellung des photogra­ phischen optischen Systems die Scharfeinstellungsermitt­ lung beendet wird.

In der US-PS 45 91 919, die der JP-OS 59-61 807 ent­ spricht, ist eine aktive automatische Scharfeinstellein­ richtung für eine Videokamera vorgeschlagen worden, bei der als Lichtquelle eine Infrarot-Leuchtdiode Verwendung findet. Da die Hochfrequenzkomponente eines Videosignals bei Scharfeinstellung des Objektbildes einen Spitzenwert erreichen kann, werden Änderungen der Hochfrequenzkompo­ nente des Videosignals überwacht und auf diese Weise er­ mittelt, ob bei den periodisch wiederkehrenden Videobil­ dern eine Scharfeinstellung vorliegt. Bei unscharfen Videobildern wird die Scharfeinstelleinrichtung wieder in Betrieb gesetzt, um einen erneuten Scharfeinstellungsvor­ gang auszuführen. Wird jedoch z. B. bei einem Schwenken der Videokamera ein anderes Objektbild erfaßt, so daß die Hochfrequenzkomponente des Videosignals nur aus diesem Grund zunimmt, kann trotz bestehender Bildunschärfe fälschlicherweise eine Scharfeinstellung ermittelt und der automatische Scharfeinstellungsvorgang beendet werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 33 02 714 eine passive automa­ tische Scharfeinstelleinrichtung für eine Videokamera bekannt, bei der einerseits die Bildschärfe auf der Basis eines von der Hochfrequenzkomponente des Videosignals abgeleiteten Fokussiersignals zur Scharfeinstellung ausge­ wertet und darüber hinaus auch etwaige Objektbewegungen im Rahmen der Scharfeinstellungssteuerung zur Verhinderung von Fehleinstellungen berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird bei Erfassung von Objektbewegungen mit Hilfe eines entsprechenden Detektionssignals der laufende Scharfeinstellvorgang unterbrochen bzw. gesperrt und erst nach Feststellung des Nichtvorliegens von Objektbewegungen wieder freigegeben. Im Rahmen dieser Steuervorgänge ist die gesamte automatische Scharfeinstelleinrichtung jedoch ständig eingeschaltet, was bei einer passiven automati­ schen Scharfeinstelleinrichtung gegebenenfalls noch tole­ rierbar ist, bei einer aktiven automatischen Scharfein­ stelleinrichtung aufgrund des damit verbundenen hohen Stromverbrauchs etwa im Falle einer batteriebetriebenen Kamera jedoch nicht mehr hingenommen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine akti­ ve automatische Scharfeinstelleinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß ein ständiger Betrieb bei möglichst geringem Stromverbrauch realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine De­ tektoreinrichtung zur Überwachung des Scharfeinstellzu­ stands des photographischen optischen Systems nach erfolg­ ter Scharfeinstellung und Ermittlung des Auftretens einer anschließenden Defokussierung des Objektbildes und durch eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Betätigungs­ signals zum erneuten Starten eines Einstellvorgangs der Scharfeinstelleinrichtung in Abhängigkeit vom Ausgangssi­ gnal der Detektoreinrichtung.

Auf diese Weise läßt sich eine insbesondere bei lichtarmen bzw. kontrastarmen Objekten sehr vorteilhafte aktive auto­ matische Scharfeinstelleinrichtung ohne hohen Stromver­ brauch z. B. im Falle einer Videokamera bei Filmaufnahmen ständig in Betrieb halten, ohne die Nachteile einer stets auf ausreichende Objekthelligkeit angewiesenen passiven automatischen Scharfeinstelleinrichtung in Kauf nehmen zu müssen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Auftretens einer Bewegung des Objektbildes vorgesehen, wobei die Schaltungsanordnung das Betätigungssignal zum erneuten Starten eines Einstellvorgangs der Scharfeinstelleinrich­ tung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der zweiten Detek­ toreinrichtung und/oder der ersten Detektoreinrichtung erzeugt.

Weiterhin kann eine Video-Signalumsetzereinrichtung zur Umsetzung eines über das photographische optische System aufgenommenen Objektbildes in Videosignale vorgesehen sein, mit denen die erste und die zweite Detektoreinrich­ tung beaufschlagt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der aktiven automatischen Scharfeinstelleinrich­ tung,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Sucherabschnitts der Scharfeinstelleinrichtung gemäß Fig. 1, und

Fig. 3A bis 3M Signalverläufe bei der Scharfeinstelleinrich­ tung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der akti­ ven automatischen Scharfeinstelleinrichtung, mit einem Aufnahmeobjektiv 1, einer Infrarot-Leuchtdiode 2 für den nahen Infrarotbereich, einer Projektionslinse 3, einem Lichtsensor 4 mit zwei Zellen, einer Sammellinse 5 und einem Elektromotor 6 als Antriebsquelle für die automatische Scharfeinstellung. Mit dem Aufnahmeobjektiv 1 ist axial ein Farbfilter 7 ausgefluchtet, dem eine Drei­ fachelektroden-Einröhren-Farbvideokamera 8 nachgesetzt ist, welche Signalverarbeitungsschaltungen 9, 10 und 11 für Blausig­ nale, Grünsignale bzw. Rotsignale, eine Matrixschaltung 12 und einen Farbcodierer 13 aufweist. Ein Schaltglied 21, ein Hochpaßfilter 22, ein Integrator 23, eine Ab­ frage/Halteschaltung 24, ein Zwischenspeicher 25 und ein Vergleicher 26 bilden eine erste Detektoreinrichtung für die Ermittlung, ob das Objektbild scharf eingestellt ist oder nicht. Ein Schaltglied 31, ein Integrator 32, eine Abfrage/Halteschaltung 33, ein Zwischenspeicher 34 und ein Vergleicher 35 bilden eine zweite Detektoreinrichtung für die Ermittlung, ob sich das Objekt bewegt. Mit 41 ist ein ODER-Glied bezeichnet, während mit 51 eine Steuer­ schaltung für die automatische Scharfeinstellung bezeich­ net ist. Fig. 2 zeigt ein Bildfeld 61 eines Suchers der mit der Scharfeinstelleinrichtung nach Fig. 1 ausgestatteten Video­ kamera mit einem Rechteckbereich 62, innerhalb der aus dem Videosignal ermittelt wird, ob das Objektbild unscharf wird, und mit einem Entfernungsmeßpunkt 63 für die aktive automatische Scharfeinstellung.

Die Scharfeinstellung erfolgt folgender­ maßen: Die Infrarot-Leuchtdiode 2 wird eingeschaltet und mittels der Projektionslinse 3 wird auf ein (nicht gezeigtes) Aufnahmeobjekt ein Lichtpunkt projiziert. Das Reflexionslicht von diesem Lichtpunkt wird mittels der Sammellinse 5 aufgenommen, so daß der Lichtpunkt auf dem Lichtsensor 4 abgebildet wird. Sobald sich das Aufnahmeob­ jektiv 1 axial bewegt, werden die Leuchtdiode 2 und der Lichtsensor 4 in Querrichtung bewegt. Eine Servoregelung mit geschlossenem Regelkreis bewirkt, daß bei der Scharfeinstellung das Punktbild in der Querrichtungs- Mitte des Lichtsensors 4 liegt. Wenn der Scharfeinstel­ lungszustand herbeigeführt ist, wird die Stromversorgung der Infrarot-Leuchtdiode 2 abgeschaltet. Dieser Scharfeinstellvorgang wird mittels der Steuerschaltung 51 gesteuert. Hierbei werden das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement gleichzeitig bewegt, so daß bei der Scharfeinstel­ lung des Entfernungsmeßfeld immer in der Mitte des Bild­ feldes liegt.

Die Dreifachelektroden-Einröhren-Farbvideokamera 8 erzeugt mit dem Farbfilter 7, das vertikale Blaufilter-, Grünfilter- und Rotfilter-Streifen hat, an den Ausgängen der jeweili­ gen Signalverarbeitungsschaltungen 9, 10 bzw. 11 ein Blausignal B, ein Grünsignal G und ein Rotsignal R, welche durch die Matrixschaltung 12 in Signale B-Y, Y und R-Y umgesetzt werden, wobei Y ein Helligkeitssignal ist, welches durch Y = 0, 11B + 0, 59G + 0, 3R gegeben ist. Diese Signale werden in dem Farbcodierer 13 so zusammengesetzt, daß kombinierte Farbvideosignale erzeugt werden.

Hierbei wird mittels des Schaltglieds 21 das Signal Y für den Rechteckbereich 62 herausgezogen und sodann dessen Hochfrequenzkomponente mittels des Hochpaßfil­ ters 22 abgeleitet, dessen Ausgangssignal in Fig. 3C gezeigt ist. Dieses Signal wird dann für ein Vollbild mittels des Integrators 23 gemäß der Darstellung in Fig. 3D integriert und mittels der Abfrage/Halteschaltung 24 gespeichert. Danach wird durch ein Signal der Steuer­ schaltung 51 im Zwischenspeicher 25 derjenige Daten­ wert gespeichert, der erzielt wird, wenn das Aufnah­ meobjektiv 1 den Scharfeinstellungszustand erreicht. Die Fig. 3E und 3F zeigen den Verlauf des Ausgangssignals der Abfrage/Halteschaltung 24 bzw. des Ausgangssignals des Zwischenspeichers 25. Dieses Ausgangssignal wird mittels des Vergleichers 26 mit dem Datenwert für das nächste Vollbild verglichen. Wenn der Datenwert größer ist, wird das Bild als unscharf bewertet, wobei der Vergleicher 26 ein Ausgangssignal hohen Pegels erzeugt. Nach Fig. 3G hat das Ausgangssignal des Vergleichers 26 niedrigen Pegel, da das Ausgangssignal der Abfrage/Halteschaltung 24 höher als das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 25 ist. Ferner wird mittels des Schaltglieds 31, das eine gleich­ artige Funktion wie das Schaltglied 21 hat, das Signal R-Y für den Rechteckbereich 62 herausgezogen und dann für ein Vollbild mittels des Integrators 32 integriert sowie mittels der Abfrage/Halteschaltung 33 gespeichert. Danach wird durch ein Signal der Steuerschaltung 51 im Zwischenspeicher 34 der Datenwert gespeichert, der erzielt wird, wenn das Aufnahmeobjektiv 1 den Scharfeinstel­ lungszustand erreicht. Die Fig. 3H bis 3K zeigen jeweils Ausgangs- und Eingangssignale dieser Schaltungen. Das gespeicherte Signal wird mittels des Vergleichers 35 mit dem Datenwert für das nächste Vollbild verglichen. Wenn sich der Farbton des Objekts geändert hat, gibt der Vergleicher 35 ein Ausgangssignal hohen Pegels gemäß Fig. 3L ab, womit bewertet wird, daß sich das Objekt bewegt hat. Dadurch erzeugt dann, wenn die Hochfrequenzkomponente des Signals Y für das Objekt abnimmt oder wenn sich der Farbton des Objekts geändert hat, das ODER-Glied 41 ein Ausgangssignal hohen Pegels, das an die Steuerschaltung 51 angelegt wird, welche daraufhin wieder die Stromversorgung der Leuchtdiode 2 einschaltet. Somit wird mittels der aktiven Scharfeinstelleinrichtung wieder ein Scharfein­ stellvorgang ausgeführt.

Zur Erfassung einer Signalände­ rung mittels des Vergleichers 26 oder 35 kann ein Bezugspegel gewählt werden, der um einen vorgeschriebenen Wert niedriger als das Zwischenspeichersignal ist, was den Vorteil hat, daß die Ersparnis elektrischer Energie gesteigert und der Betrieb stabilisiert wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zwar als Farbvideokamera eine Dreifachelektroden-Farbvideokamera in Betracht gezogen worden, jedoch kann die Scharfein­ stelleinrichtung auch bei anderen Kameraausführungen z. B. in Frequenzaufteilungs-Ausführung, Phasenaufteilungs-Ausführung und Energiestufen- Ausführung verwendet werden. Ferner kann außer der beschriebenen Einröhren- Kamera (Einplatten-Kamera) auch eine Kamera mit drei Röhren (drei Platten) verwendet werden.

Darüber hinaus können als Maßnahme zur Bestimmung der Schärfe oder Unschärfe des Objektbilds andere Verfahren als das vorste­ hend beschriebene angewandt werden, indem beispielsweise gemäß der JP-PS 58-708 der Absolutwert der Differenz zwischen einem zeitlich verzögerten Videosignal und einem unver­ zögerten Videosignal zur Scharfeinstellungssteuerung herangezogen wird, d. h. ein Ver­ fahren zur Nutzung eines Zeitdifferenzsignals angewandt wird. Ein weiteres Verfahren besteht darin, gemäß der JP-OS 47-37 634 die Steuerung derart vorzunehmen, daß der differenzierte Wert des Video­ signals maximal wird. Ein anderes Verfahren besteht in der Nutzung des Differenzsignals zwischen benachbarten Zellen eines Bildsensors gemäß der JP-OS 56-62 210.

Ferner ist es auch möglich, als Verfahren zum Ermitteln einer Bewegung oder Änderung des Objekts aus dem Videosi­ gnal statt des vorstehend beschriebenen, bei dem das Farbdifferenzsignal wie das Signal R- Y oder B-Y benutzt wird, andere Verfahren anzuwenden, bei denen beispielsweise die Videosignale für das Objekt in binäre Form umgesetzt und zum Ermitteln einer Bewegung des Objekts die zeitlichen Änderungen dieses binären Bildsignals ausgewertet werden. Ein wei­ teres mögliches Verfahren besteht darin, zum Herausgreifen von Umrißlinien des Objekts die erste oder zweite Ableitung des Videosignals für das Objekt heranzuziehen. Durch Auswertung von Änderungen dieser Umrißlinien wird hierbei eine Bewegung des Objekts ermittelt.

Gemäß vorstehender Beschreibung findet somit bei der aktiven automatischen Scharfeinstelleinrichtung, von der bei Inbetriebnahme ein Signal auf ein Objekt projiziert und das vom Objekt reflektierte Signal erfaßt wird, bis ein optisches System scharf eingestellt ist, und die durch Erreichen des Scharfeinstellungszu­ stands des optischen Systems automatisch außer Betrieb gesetzt wird, eine erste Detektoreinrichtung, die durch Verarbeiten des Videosignals für das Objekt ermittelt, daß das Bild des Objekts unscharf wird, und eine zweite Detektor­ einrichtung Verwendung, die durch Verarbeiten des Video­ signals für das Objekt eine Versetzung des Bilds des Objekts erfaßt, wobei die Inbetriebnahme der aktiven automatischen Scharfeinstelleinrichtung durch zumindest eines der Ausgangssignale der ersten und zweiten Detektoreinrichtung gesteuert wird. Trotz einer Beschränkung des elektrischen Stromverbrauchs auf ein Mindestmaß kann somit der Scharfein­ stellungsvorgang jeweils wiederholt werden, wenn das op­ tische System nicht mehr scharf eingestellt ist.

Claims (3)

1. Aktive automatische Scharfeinstelleinrichtung, mit einer Projektionseinrichtung zur Projektion von Licht auf ein Objekt, und einer Lichtempfangseinrichtung zur Erfas­ sung des vom Objekt reflektierten Lichts, wobei die Scharfeinstellung eines photographischen optischen Systems jeweils in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Lichtemp­ fangseinrichtung durchgeführt und nach erfolgter Scharf­ einstellung des photographischen optischen Systems die Scharfeinstellungsermittlung beendet wird, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (24, 25, 26) zur Über­ wachung des Scharfeinstellzustands des photographischen optischen Systems (1) nach erfolgter Scharfeinstellung und Ermittlung des Auftretens einer anschließenden Defokussie­ rung des Objektbildes und durch eine Schaltungsanordnung (41) zur Erzeugung eines Betätigungssignals zum erneuten Starten eines Einstellvorgangs der Scharfeinstelleinrich­ tung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Detektorein­ richtung.

2. Scharfeinstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Detektoreinrichtung (33, 34, 35) zur Ermittlung des Auftretens einer Bewegung des Objektbildes vorgesehen ist und daß die Schaltungsanord­ nung (41) das Betätigungssignal zum erneuten Starten eines Einstellvorgangs der Scharfeinstelleinrichtung in Abhän­ gigkeit vom Ausgangssignal der zweiten Detektoreinrichtung und/oder der ersten Detektoreinrichtung erzeugt.

3. Scharfeinstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ge­ kennzeichnet durch eine Video-Signalumsetzereinrichtung (7 bis 12) zur Umsetzung eines über das photographische opti­ sche System (1) aufgenommenen Objektbildes in Videosigna­ le, mit denen die erste und die zweite Detektoreinrichtung beaufschlagt werden.