DE3443631C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Festkörper-Kameras z. B. für Fernsehzwecke zur Erzeugung elektrischer Signale, die repräsentativ für eine Bildszene sind. Die Erfindung betrifft insbesondere Farbkameras, in denen eine Bild­ aufnahmeeinrichtung z. B. in Form einer ladungsgekoppelten Schaltungsanordnung (sogenannter CCD-Bildaufnehmer) mit einer anderen solchen Einrichtung ausgerichtet werden muß.

Bei der Herstellung von Farbfernsehkameras, die für Rund­ funkzwecke oder andere Aufgaben dienen und mehrere CCD- Bildaufnehmer enthalten, ist es notwendig, einen Bildauf­ nehmer genau bezüglich eines oder mehrerer andere Bild­ aufnehmer in der Kamera auszurichten. Dieses Problem ist bei Festkörper-Kameras anders als bei Röhrenkameras, weil keine magnetische oder elektrostatische Ablenkung stattfindet, um die Position der Abtastung bezüglich des projizierten Bildes zu bestimmen. Die Ausrichtung von Bildaufnahmeröhren kann elektrisch erfolgen durch Justie­ rung der Ablenkströme und -Spannungen sowie, im Falle ei­ ner magnetischen Ablenkung, durch Positionierung des Ab­ lenkjochs. Die endgültige Feinausrichtung erfolgt elektro­ nisch, so daß die Notwendigkeit feiner mechanischer Mani­ pulationen entfällt und die Kamera infolgedessen billiger wird.

Die derzeitige Methode zur Ausrichtung von CCD-Bildaufneh­ mern, wie sie z. B. in der US-Patentschrift 43 23 918 be­ schrieben ist, erfordert eine äußerst genaue mechanische Einstellung innerhalb des Bruchteils der Ausdehnung eines Bildpunktes. Bei manchen Bildaufnehmern beträgt die Aus­ dehnung eines Bildpunktes z. B. 20 Mikrometer in der Ver­ tikalen und 16 Mikrometer in der Horizontalen, so daß eine Ausrichtung bis auf wenige Mikrometer erforderlich ist. Die Grundidee besteht darin, alle Bildpunkte auf jedem Bildaufnehmer-Chip genau mit entsprechenden Bildpunkten der anderen Chips auszurichten, so daß einander entspre­ chende Teile des Bildes in allen Bildaufnehmern auf je­ weils dieselbe räumliche Bildpunktposition fallen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Alternative für die Ausrichtung der einzelnen Bildaufnehmer geschaffen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine räumli­ che Ausrichtung der Bildpunkte in 1 : 1-Zuordnung nicht not­ wendig ist. Es erfolgt statt dessen eine Ausrichtung in elek­ trischer Weise, um eine zeitliche Deckung der Videoausgangs­ signale mehrerer Bildaufnehmer herbeizuführen, so daß gleich­ zeitige Abschnitte der Videoausgangssignale jeweils demsel­ ben Punkt innerhalb einer Szene entsprechen.

Die Bildpunktgrenzen sind von Bildaufnehmer zu Bildaufneh­ mer nicht notgedrungen in exakter räumlicher Entsprechung miteinander ausgerichtet. Es hat sich gezeigt, daß eine elektrische "Ausrichtung" möglich ist, ohne eine exakte räumliche Ausrichtung zwischen den Bildaufnehmern zu haben. Eine über-abgetastete Szene wird vom Bildaufnehmer exakt reproduziert werden und nach Tiefpaßfilterung keine Aliase- Fehler (Aliasing- oder Umfalteffekt) zeigen. Daher wird das wiedergegebene Bild für jede beliebige Bildpunktposi­ tion das gleiche sein und lediglich zeitlich verschoben erscheinen. Szenen, die unter-abgetastet sind, zeigen Aliase und erscheinen daher beeinflußt von der Lage der Bildpunktmitten. Für die meisten praktischen Bildaufnah­ men ist jedoch die Aliase-Energie der Szene sehr gering im Vergleich zur gültigen Bildinformation der Szene.

Eine Kamera, in welcher die vorliegende Erfindung reali­ siert wird, enthält einen Festkörper-Bildaufnehmer, der Fernsehsignale liefert, die charakteristisch für eine auf eine photoempfindliche Oberfläche des Bildaufnehmers abgebildete Szene sind. Die Kamera enthält ferner einen Taktgeber zur Erzeugung eines Taktsignals. Gemäß der Er­ findung ist eine mit dem Taktgeber zusammenwirkende Aus­ richteinrichtung vorgesehen, die das von einem vorbestimm­ ten Teil der photoempfindlichen Oberfläche erzeugte Signal in den aktiven Teil eines Fernsehsignals einfügt, um ein Fernsehsignal zu liefern, das repräsentativ für die auf den vorbestimmten Teil der photoempfindlichen Oberfläche abgebildete Szene ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise in Blockform eine Kamera, die ein optisches System mit einem viertorigen farbzerle­ genden Prisma, vier Festkörper-Bildaufnehmer mit diskreten Sensoren sowie zugeordnete Signalverar­ beitungsschaltungen enthält;

Fig. 2 zeigt in Blockform den Aufbau eines CCD-Bildauf­ nehmers;

Fig. 3 veranschaulicht, welche horizontalen Positionen ein faktisch wirksamer ("virtueller") Bildaufneh­ mer innerhalb des körperlich vorhandenen ("physika­ lischen") Bildaufnehmers einnehmen kann;

Fig. 4 zeigt teilweise in Blockform eine Schaltung für die Taktsteuerung eines Bildaufnehmers zur Erzie­ lung der Ausrichtung auf elektrische Weise gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 4;

Fig. 6 veranschaulicht, welche vertikalen Positionen der virtuelle Bildaufnehmer innerhalb des physikali­ schen Bildaufnehmers einnehmen kann;

Fig. 7 zeigt in einem Zeitdiagramm das Intervall des Ver­ tikalaustastimpulses zur Erläuterung von Einzelhei­ ten der Erfindung;

Fig. 8 zeigt einen Teil eines Festkörper-Bildaufnehmers zur näheren Erläuterung einer Verfeinerung der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend wird beschrieben, wie eine nahekommende Deckung auf elektrische Weise sowohl in vertikaler als auch in ho­ rizontaler Richtung analog zu Bildaufnahmeröhren erreicht wird. Bei der Ausrichtung mehrerer Bildaufnehmer erfolgt ein bereits nahekommendes Ausrichten der einzelnen Bild­ aufnehmer in elektrischer Weise. Diese elektrische Ausrich­ tung kann bis auf ein Maß innerhalb eines Bruchteils der Ausdehnung eines Bildpunktes durchgeführt werden, so daß die Produktionserfordernisse für präzise mechanische Aus­ richtung weniger hoch sind. So kann z. B. die gesamte me­ chanische Bewegung, die zur Ausrichtung eines der Bildauf­ nehmer mit einem anderen Bildaufnehmer notwendig ist, auf einen Stellbereich von 10 Mikrometern mit einer Genauig­ keit von 2 Mikrometern begrenzt bleiben, während im Falle einer ausschließlich mechanischen Ausrichtung die gleiche Genauigkeit von 2 Mikrometern innerhalb eines Stellbereichs von einigen 100 Mikrometern einzuhalten wäre.

Gemäß der Fig. 1 enthält eine Fernsehkamera ein Zoom- Objektiv 10 mit einem handbetätigten Stellring 12. Das Objektiv 10 bildet eine Szene (nicht gezeigt) über ein Prismasystem 22, das dichroitische Oberflächen und eine 50% neutral reflektierende Oberfläche 24 wie z. B. eine halbversilberte Fläche hat, auf die Oberflächen eines blauempfindlichen Festkörper-Bildaufnehmers 14, eines rotempfindlichen Bildaufnehmers 16 und zweier grünempfind­ licher Bildaufnehmer 18 und 20 ab.

Jeder dieser Festkörper-Bildaufnehmer kann ein mit Voll­ bild- oder Teilbildübertragung arbeitender CCD-Bildauf­ nehmer sein, wie er in Fig. 1b dargestellt ist. Ein sol­ cher Bildaufnehmer hat ein "A"-Register 90, auf welches das Licht fokussiert wird und in dessen Oberflächen Photo­ elektronen erzeugt werden. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf CCD-Bildaufnehmer mit Voll- oder Teil­ bildübertragung beschränkt, sie erstreckt sich auch auf andere Festkörper-Bildaufnehmer. Die Photoelektronen wer­ den durch Kanalbegrenzungen 94 innerhalb vertikaler Kanäle gehalten. Durch Anlegen mehrphasiger (z. B. dreiphasiger) Taktspannungen an Steuerelektroden 96 wird für eine ge­ steuerte Vertikalbewegung der in den Kanälen angesammel­ ten Ladung gesorgt. Nach einer Integrationsperiode werden die Taktsignale eingeschaltet, um die Elektronen in die entsprechenden Teile eines "B"-Registers 98 zu übertragen, das nicht unter Lichteinfluß steht. Die angesammelten La­ dungen werden aus den vertikalen Kanälen des "B"-Registers 98 parallel in ein "C"-Register 99 übertragen, von wo sie mit Hilfe von Taktsignalen, die an Taktelektroden 97 gelegt werden, in serieller Form herausübertragen werden. Die Richtung dieser Herausübertragung wird durch die Phasen­ relation der mehrphasigen Taktsteuerung des C-Registers bestimmt und geht im dargestellten Fall nach rechts.

Wie in Fig. 1a dargestellt, werden die Ausgangssignale der Bildaufnehmer 14, 16, 18 und 20 unter Steuerung durch Takt­ signale, die von einem Taktgeber 34 angelegt werden, auf jeweils einen Vorverstärker 26 bzw. 28 bzw. 30 bzw. 32 ge­ geben. Die Signale vom Taktgeber 36 werden gleichzeitig einem Synchronsignalgenerator 36 zur Erzeugung der ver­ schiedenen Synchronsignale und den Bildaufnehmern ange­ legt. Die an den Grün-Bildaufnehmer 20 gelegten Taktsig­ nale werden mittels einer Verzögerungseinrichtung 38 um 180° gegenüber den Taktsignalen für den anderen Grün- Bildaufnehmer 18 verschoben, um die beiden Grün-Bildauf­ nehmer so taktzusteuern, daß sich eine effektive Verbes­ serung in der Auflösung ergibt, wenn die Bildaufnehmer zueinander um einen halben Bildpunkt physikalisch versetzt sind.

Die von den Vorverstärkern 26 und 28 verstärkten Blau- und Rotsignale werden jeweils einer zugeordneten Signal­ verarbeitungsschaltung 40 bzw. 42 normalen Typs angelegt, die Klemmschaltungen und Einrichtungen zur Schatten- und Gammakorrektur und anderer Arten von Signalverarbeitung enthalten. Die abwechselnd erscheinenden und von den Ver­ stärkern 30 und 32 verstärkten Grünsignale werden auf eine Multiplexschaltung 44 gegeben, die wegen der abwechselnden Taktsteuerung der Bildaufnehmer 18 und 20 die Ausgangssig­ nale von den Grün-Bildaufnehmern abwechselnd empfängt. Die im Multiplex vereinigten Grünsignale worden dann einer nor­ malen Grünsignal-Verarbeitungsschaltung angelegt, die als Block 46 dargestellt ist. Wie in vielen Fällen ist die Ver­ arbeitungsschaltung 46 mit einem Grün-Konturgenerator 48 gekoppelt, um ein Randungssignal zu erzeugen, das zurück zum Grünsignal hinzuaddiert wird. Die verarbeiteten Sig­ nale werden einem Codierer 50 angelegt, worin aus den Rot-, Grün- und Blausignalen (R, G, B) durch Matrizierung z. B. die Y-, I- und Q-Signale gewonnen werden. Die für die Farbe repräsentativen Komponenten dieser Signale werden in Quadraturmodulation einem Hilfsträger aufgeprägt, um ein zusammengesetztes Fernsehsignal wie z. B. ein NTSC- oder PAL-Signalgemisch zu bilden.

Ein Problem, auf dessen Lösung die Erfindung gerichtet ist, sind die Farbdeckungsfehler, die infolge einer me­ chanischen Fehlausrichtung der einzelnen Bildaufnehmer entstehen. Es ist leicht einzusehen, daß die Kompliziert­ heit der mechanischen Ausrichtung abhängig ist von der An­ zahl der Bildaufnehmer und von den Toleranzen, innerhalb derer die Ausrichtung erfolgen muß. Wie oben erwähnt, muß die gegenseitige Ausrichtung oder "Deckung" der Informa­ tionen aus allen Bildaufnehmern innerhalb einer Toleranz liegen, die an den Bildaufnehmern einem räumlichen Maß von einigen wenigen Mikrometern entspricht. Beim Stand der Technik beispielsweise mußten die Bildaufnehmer me­ chanisch bis auf 2 Mikrometer innerhalb einiger 100 Mikro­ meter ausgerichtet werden. Gemäß der Erfindung können die einzelnen Bildaufnehmer nach einer groben mechanischen Aus­ richtung des Bildes auf dem "A"-Register elektrisch bis auf einige wenige Mikrometer (einen Bruchteil eines Bildpunktes) ausgerichtet werden, und eine letzte mechanische Ausrichtung kann z. B. bis auf 2 Mikrometer erfolgen, so daß die für eine präzise Ausrichtung erforderliche mechanische Bewegung ge­ ringer ist.

Die Fig. 2 zeigt einen CCD-Bildaufnehmer 201 mit einem "A"- Register 203, einem "B"-Register 205 und einem "C"-Register 207. Das "A"-Register hat in seinem bildaufnehmenden Be­ reich sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen zusätzliche Elemente. Die Anzahl dieser zusätzlichen Elemen­ te kann in Horizontal- und in Vertikalrichtung z. B. jeweils 30 betragen. Innerhalb des körperlich vorhandenen (d. h. phy­ sikalischen) "A"-Registers ist mit gestrichelten Linien ein faktisch wirksamer oder "virtueller" Bildaufnehmer 209 ein­ gezeichnet. Dieser virtuelle Bildaufnehmer enthält die An­ zahl von Bildpunkten, wie sie tatsächlich für ein Fernseh­ bild benutzt werden. So kann der virtuelle Bildaufnehmer z. B. 403 Bildpunkte in Horizontalrichtung und 244 Bildpunkte in Vertikalrichtung enthalten. Bei dem hier vorgeschlagenen System muß der virtuelle Bildaufnehmer innerhalb der Grenzen des tatsächlich vorhandenen "A"-Registers liegen, von wo er sich auf elektrische Weise in Horizontal- und Verti­ kalrichtung verstellen läßt. Es sei erwähnt, daß es im Falle einer mehrere Bildaufnehmer enthaltenden Farbkamera für die anfängliche mechanische Ausrichtung in Vertikal- und Horizontalrichtung erforderlich ist, daß die Rot-, Blau- und Grün-Bildaufnehmer grob innerhalb von Toleranzen ausgerichtet sind, die bestimmt sind durch die Differenz der Abmessungen zwischen dem virtuellen und dem physikali­ schen Bildaufnehmer.

Das horizontale Ausrichten kann durch Zeitänderung der Takt­ steuerung des "C"-Registers relativ zur aktiven Zeilenperiode erfolgen (Phasenjustierung). Die Taktfrequenz wird so ge­ wählt, daß Bildpunkte des virtuellen Bildaufnehmers in der einer Videozeile zugeteilten Zeitspanne ausgelesen werden. Für einen Bildaufnehmer mit 403 Bildpunkten in der Horizon­ talrichtung und 244 Bildpunkten in der Vertikalrichtung beispielsweise wird eine Taktfrequenz von 7,53 MHz verwen­ det, um eine aktive Horizontalzeile in der aktiven Zeilen­ zeit, z. B. innerhalb 53,5 Mikrosekunden, auszulesen. Die Fig. 3 zeigt drei verschiedene Horizontalpositionen, die der virtuelle Bildaufnehmer einnehmen kann. Für die anhand der Fig. 3 angestellte Analyse sei angenommen, daß der vir­ tuelle Bildaufnehmer in der Vertikalen ausgerichtet ist. Die Fig. 3a zeigt den Fall, daß der virtuelle Bildaufnehmer 209a, der gestrichelt eingezeichnet ist, bezüglich des "A"- Registers 203 nach links verschoben ist. Es sei erwähnt, daß gleiche oder gleichartige Teile in den verschiedenen Figuren mit Bezugszeichen bezeichnet sind, die gleiche Zah­ len enthalten. Die Fig. 3b zeigt den Fall, daß der virtuelle Bildaufnehmer 209b bezüglich des "A"-Registers 203 zentriert ist, und in Fig. 3c ist der Fall dargestellt, daß der vir­ tuelle Bildaufnehmer 209c gegenüber dem "A"-Register 203 nach rechts versetzt ist.

Hinsichtlich der Taktsteuerung des "C"-Registers sind im allgemeinen gewisse Vorgaben zu berücksichtigen. Beim NTSC- Fernsehen dauert die Horizontalaustastzeit ungefähr 10 Mikrosekunden. Diese Zeitspanne muß unterteilt werden in ein Intervall zur Auslesung der zusätzlichen Elemente des physikalischen Bildaufnehmers und in ein Intervall zur Parallelübertragung der Ladungssignale aus dem "B"- Re­ gister in das "C"-Register. Die erforderliche Zeit zur Übertragung zum "B"- zum "C"-Register hängt von der RC- Zeitkonstanten der Gates für die Vertikalübertragung ab. Derzeitige Bildaufnehmer beispielsweise benötigen hierzu im ungünstigsten Fall eine Übertragungszeit von etwa 6 Mikrosekunden. Bei diesem Beispiel bleiben noch 4 Mikro­ sekunden für die Übertragung der zusätzlichen Bildpunkte. Wie weiter unten noch erläutert werden wird, kann die be­ treffende Zusatzabtastung je nach der mechanischen Ausrich­ tung der Bildaufnehmer entweder am Beginn oder am Ende des Horizontalaustastintervalls erfolgen. Bei dem als Beispiel angeführten (403×244)-Bildaufnehmer entsprechen 4 Mikro­ sekunden einer Anzahl von 30 Zusatzbildpunkten, was für die Ausrichtung einen Stellbereich von ± 15 Bildpunkten oder insgesamt 480 Mikrometern bedeutet.

Wenn der virtuelle Bildaufnehmer so ausgerichtet ist, wie es die Fig. 3a zeigt, werden die Zusatzbildpunkte am rech­ ten Rand des Bildfeldes während derjenigen Horizontalaus­ tastperiode aus dem "C"-Register ausgelesen, die der Über­ tragung einer aktiven Horizontalzeile vorangeht. Ist der virtuelle Bildaufnehmer so ausgerichtet, wie es die Fig. 3b zeigt, dann werden die Zusatzbildpunkte am rechten Rand des Bildfeldes während derjenigen Horizontalaustastperiode ausgelesen, die der Übertragung einer aktiven Horizontal­ zeile vorangeht, während die Zusatzbildpunkte am linken Rand während derjenigen Horizontalaustastperiode ausge­ lesen werden, die der Übertragung einer aktiven Horizon­ talzeile folgt. Wenn andererseits der virtuelle Bildauf­ nehmer in der in Fig. 3c gezeigten Weise ausgerichtet ist, dann werden die Zusatzbildpunkte am linken Rand des Bild­ feldes während derjenigen Horizontalaustastperiode ausge­ lesen, die der Übertragung einer aktiven Horizontalzeile folgt. Es sei erwähnt, daß genausogut andere Ausrichtungen vorkommen können, die zwischen den in Fig. 3 gezeigten Beispielen liegen. Mit der vorstehend beschriebenen Aus­ lesemethode ist es möglich, den virtuellen Bildaufnehmer effektiv in diskreten Schritten von ganzen Bildpunkten zu bewegen, falls alle Bildaufnehmer von einem Haupttakt­ geber taktgesteuert werden. Der horizontale Ausrichtfehler kann auf weniger als die Hälfte eines Bildpunktes aufge­ löst werden. Es ist möglich, diesen Fehler weiter zu ver­ mindern, indem man für das Videoausgangssignal jedes Bild­ aufnehmers eine variable analoge Verzögerungseinrichtung vorsieht, mittels derer eine Ausrichtung im Zeitbereich für einen gegebenen Punkt in einer Szene bis auf einen kleinen Bruchteil eines Bildpunktes möglich ist. Als Al­ ternative zur Verzögerung des Videosignals ist es auch möglich, dem Taktsignal für das C-Register eine kontinuier­ liche Verzögerung mitzuteilen.

Die vorstehend beschriebene elektrische Horizontalausrich­ tung kann eine praktisch perfekte Deckung in Horizontal­ richtung ergeben (oder, für den Fall zweier zueinander ver­ setzter grünempfindlicher Bildaufnehmer, einen nahezu per­ fekten 1/2-Bildpunkt-Offset), soweit es sich um seitliche Ausrichtung der Signale für den Fall der Über-Abtastung handelt. Falls jedoch der Szeneninhalt Komponenten ober­ halb der Nyquist-Abtastgrenze enthält, gibt es Aliase- Komponenten, die im wiedergegebenen Bild sichtbar sind. Die Erscheinung dieser Komponenten hängt davon ab, wie die Mitte der Abtastapertur in bezug auf das Bild gelegen ist, das auf den Bildaufnehmer projiziert wird. Daher ist die Erscheinung der Aliase-Komponente im wiedergegebenen Bild abhängig von der tatsächlichen Lage der Bildpunktmitten und somit von der Lage der Abfrage-Bildpunkte des jeweils ver­ wendeten speziellen Bildaufnehmers. Dies bedeutet, daß die Erscheinungsform der Aliase im wiedergegebenen Bild von Kamera zu Kamera unterschiedlich sein kann. Dieses Problem läßt sich durch mechanische Bewegung innerhalb des Bereichs eines halben Bildpunktes lösen, um sicherzustellen, daß die Bildpunktgrenzen in allen Farbkanälen räumlich zusammenfal­ len. Es ist nicht wichtig, daß bestimmte Bildpunkte mit­ einander ausgerichtet sind, es müssen nur Bildpunktmitten in Deckung sein. So beträgt wie weiter oben erwähnt die notwendige mechanische Bewegung zur Ausrichtung eines elek­ trisch vor-ausgerichteten Bildaufnehmers nur etwa 2% der mechanischen Bewegung, die erforderlich ist, wenn ein Bild­ aufnehmer ausschließlich mechanisch ausgerichtet werden soll.

Nachfolgend sei anhand der Fig. 4 die Taktsteuerung des "C"-Registers zur Erzielung der horizontalen Deckung näher erläutert. Ein monostabiler Multivibrator (Monovibrator) 401 empfängt an seinem Triggereingang T Fernseh-Austast­ signale, um durch diese Signale getriggert zu werden. Für den Fall der Horizontalausrichtung beispielsweise spricht der Monovibrator 401 auf den Horizontalaustastimpuls an. Der Q-Ausgang des Monovibrators 401 ist mit dem Trigger­ eingang T eines Monovibrators 403 verbunden, dessen Q-Aus­ gang zu einem Eingang eines NAND-Gliedes 405 und zum Lösch­ eingang CLR eines Zählers 411 führt. Der Ausgang des NAND- Gliedes 405 ist über einen Inverter 406 mit dem Einschalt­ eingang EIN eines Start/Stop-Oszillators 407 gekoppelt. Der Oszillator 407 liefert Taktsignale abhängig vom hohen oder niedrigen Zustand des seinem Einschalteingang ange­ legten Signals. Für die Horizontalausrichtung eines Bild­ aufnehmers mit 403 Horizontalstufen beispielsweise liefert der Oszillator 407 ein Taktsignal mit dem Dreifachen der Bildpunktfrequenz von 7,53 MHz. Das Ausgangssignal des Start/Stop-Oszillators 407 wird einem Taktgenerator 409 angelegt. Der Taktgenerator 409 erzeugt nach bekannter Methode ein mehrphasiges (z. B. dreiphasiges) Ausgangs­ signal, das als Taktsignal verwendet werden kann.

Im vorliegenden Fall wird das Ausgangssignal des Takt­ generators 409 dem "C"-Register angelegt, um eine serielle Übertragung der Signalinformation zum Ausgang dieses Re­ gisters zu bewirken. Eine der Ausgangsphasen des Taktge­ nerators 409 (die Phase 3) wird zum Takteingang eines Zäh­ lers 411 gekoppelt. Der Zähler 411 ist ausgangsseitig mit einem Decoder 413 verbunden, der als HAND-Glied darge­ stellt ist. Das Ausgangssignal des Decoders 413 wird auf den anderen Eingang des NAND-Gliedes 405 gegeben.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 4 sei nachstehend anhand der Fig. 5 erläutert. Der Monovibrator 401 ist als Verzögerungseinrichtung angeordnet, während der Monovibra­ tor 403 zur Lieferung eines Impulses für die Rücksetzung des Zählers 411 und für die Sperrung des Start/Stop-Os­ zillators während des Löschintervalls vorgesehen ist. Wenn ein Horizontalaustastimpuls 501 (Fig. 5a) an den Trigger­ eingang des Monovibrators 401 gelegt wird, dann geht der Q-Ausgang dieses Monovibrators auf hohen Pegel und bleibt für eine vorbestimmte Zeit hoch (Impuls 502 in Fig. 5b). Wenn der Q-Ausgang des Monovibrators 401 niedrig wird (Zeitpunkt t₂ in Fig. 5b), dann wird der Monovibrator 403 getriggert und liefert einen Impuls 503 relativ kurzer Dauer (Fig. 5c). Der Impuls 503 löscht den Zähler 411 und bewirkt, daß das NAND-Glied 405 nach Wegnahme des Impulses 503 von einem Logikzustand "hoch" in einen Zustand "niedrig" geht. Die Fig. 5d zeigt das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 405. Wenn das NAND-Glied 405 niedrig wird, gelangt ein Im­ puls mit hohem Logikpegel (über den Inverter 406) zum Start/ Stop-Oszillator 407, der daraufhin beginnt, Taktimpulse (Fig. 5f) zum Taktgenerator 409 zu senden. Der Taktgenera­ tor liefert ab dem Zeitpunkt t₃ mehrphasige Taktimpulse an das "C"-Register. Der Zähler 411 zählt die Taktimpulse ei­ ner der Phasen des Taktgenerators (z. B. der Phase 3), bis ein vorbestimmter Zählwert (z. B. 433) erreicht ist. Bei Er­ reichen des vorbestimmten Zählwertes geht der Decoder 413 aus einem hohen Logikzustand in einen niedrigen Logikzu­ stand über, was zur Folge hat, daß das HAND-Glied 405 in hohen Zustand übergeht. Hiermit empfängt der Start/Stop- Oszillator 407 (über den Inverter 406) ein Signal mit niedrigem Logikpegel, so daß er mit der Lieferung von Taktimpulsen aufhört. Wenn der Q-Ausgang des Monovibra­ tors 403 wieder niedrig wird, wird der Zähler 411 gelöscht, und der Decoder 413 ändert seinen Zustand, so daß Zähler und Decoder für den nächsten Zyklus eingestellt sind. Die Fig. 5e zeigt das Ausgangssignal des Decoders 413 im ein­ zelnen.

Der auf das Ausgangssignal des Oszillators 407 ansprechen­ de Taktgenerator 409 liefert also ab dem Zeitpunkt t₃ Taktimpulse an das "C"-Register. Bei der Rückflanke des Horizontalaustastintervalls (Zeitpunkt t₄) wird Bildpunkt­ information, die repräsentativ für das Bild im aktiven Bereich (d. h. im virtuellen Bildaufnehmer) ist, aus dem "C"-Register herausgetaktet. Somit stellt die Zeitspanne von t₃-t₄ die zusätzlichen Bildpunkte am rechten Rand des physikalischen "A"-Registers dar. Die Bildpunkte, die re­ präsentativ für den aktiven Bereich (virtueller Bildauf­ nehmer) in einer Horizontalzeile sind, werden während der Zeitspanne t₄-t₅ aus dem "C"-Register herausgetaktet. Der Taktgenerator 409 liefert weiterhin Taktimpulse über die Zeitspanne t₅-t₆, um diejenigen zusätzlichen Bildpunkte auszugeben, die sich am linken Rand des Bildaufnehmers befinden. Zum Zeitpunkt t₆ erreicht der Zähler 411 seinen vorbestimmten Zählwert und bringt dadurch den Start/Stop Oszillator 409 zum Anhalten (über den Decoder 413, das NAND-Glied 405 und den Inverter 406). Es läßt sich somit erkennen, daß man die Horizontalposition des virtuellen Bilaufnehmers auf dem photoempfindlichen "A"-Register effektiv durch Justierung des Monovibrators 401 beeinflus­ sen kann (durch Änderung der Ausgangsimpulslänge des Mono­ vibrators und dadurch Änderung der Zeit des Startens und Stoppens des Oszillators 407). Der virtuelle Bildaufnehmer kann nach rechts oder nach links auf dem Bildfeld "bewegt" werden, um die Horizontalausrichtung des Bildaufnehmers zu justieren.

Durch Steuerung der Impulse, welche die Übertragung vom "A"- zum "B"-Register besorgen, läßt sich der virtuelle Bildaufnehmer in Vertikalrichtung innerhalb des physika­ lischen Bildaufnehmers bewegen. Auf diese Weise kann eine Ausrichtung in diskreten Schritten von ganzen Bildpunkten erfolgen. Unter der Voraussetzung, daß der virtuelle Bild­ aufnehmer wie oben 403×244 Bildpunkte umfaßt und daß im physikalischen "A"-Register 30 zusätzliche Bildpunkte in Vertikalrichtung vorgesehen sind, ergeben sich insgesamt 274 Elemente in Vertikalrichtung. Um die Wahrscheinlichkeit auszuschalten, daß nach der Vertikalübertragung Ladung im "A"-Register übrigbleibt, sollte auch das "B"-Register 274 Speicherstellen in Vertikalrichtung haben. Die Fig. 6 ver­ anschaulicht, wie sich eine Änderung der zeitlichen Lage der für die Übertragung vom "A"- zum "B"-Register benutzten Impulsfolge auswirkt, und zwar unter der Annahme, daß der virtuelle Bildaufnehmer bereits in Horizontalrichtung zen­ triert worden ist. Im Falle der Fig. 6a, wo der virtuelle Bildaufnehmer 209a im untersten Teil des "A"-Registers 203 liegt, ist die unterste Zeile des "A"-Registers 203 die erste über dem "C"-Register 207 liegende Zeile und wird während der Auslesung des aktiven Bildes als erste ausge­ lesen. Nach fertiger Übertragung des Bildes vom "B"- zum "C"-Register bleiben die zusätzlichen 30 Zeilen im "B"- Register 205. Diese Zeilen werden während der nächsten Bildübertragung vom "A"- zum "B"-Register in das "C"-Re­ gister 207 übertragen und seriell vom Ausgangsregister herausgenommen. Im Falle der Fig. 6b, wo der virtuelle Bildaufnehmer 209b ganz oben im "A"-Register 203 liegt, ist es die 31. Zeile oberhalb der Grenze zwischen "A"- und "B"-Register, die bei der aktiven Bildauslesung als erste ausgelesen wird. Die 30 zusätzlichen Zeilen werden bei der Bildübertragung vom "A"- ins "B"-Register in das "C"-Register 207 übertragen und vom "C"-Register weggenommen. In der Fig. 6c ist der zentrierte Zustand dargestellt. In diesem Fall ist es die 16. Zeile oberhalb der Grenze zwischen "A"- und "B"-Register, die bei der aktiven Bildauslesung als erste ausgelesen wird. Die 15 unteren zusätzlichen Zeilen werden in der gleichen Weise wie die 30 überschüs­ sigen Zeilen im Falle der Fig. 6b ausgelesen. Die 15 oberen zusätzlichen Zeilen bleiben im "B"-Register 205 und werden, während die nächste Übertragung vom "A"- zum "B"-Register erfolgt, in das "C"-Register 207 übertragen und am Ende entfernt. Wie im Falle der horizontalen Ausrichtung kann die elektrische Vertikalausrichtung bis auf die halbe Ver­ tikalausdehnung eines Bildpunktes erfolgen, und dieser Rest­ fehler kann mechanisch vermindert werden.

Der Vorgang der vertikalen Ausrichtung wird nachstehend ausführlicher anhand der Fig. 4 erläutert. Es sei erwähnt, daß die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 gleichermaßen für die horizontale wie für die vertikale Ausrichtung benutzt werden kann, wobei nur einige wenige Änderungen erforder­ lich sind. Eine Änderung besteht darin, daß der Austastim­ puls, der zum Triggereingang des Monovibrators 401 gelie­ fert wird, im Falle des vertikalen Ausrichtens der Ver­ tikalaustastimpuls und nicht der Horizontalaustastimpuls ist. Der Start/Stop-Oszillator 407 hat im Falle der Ver­ tikalausrichtung Signale zu liefern, die sich zur Taktsteue­ rung der Signalübertragung vom "A"-Register in das "B"-Re­ gister eignen. Der Decoder 413 muß im Falle der Vertikal­ ausrichtung auf einen anderen vorbestimmten Zählwert an­ sprechen (im Falle des oben erwähnten (403×244)-Bild­ aufnehmers wäre dieser Zählwert die Zahl 274 oder irgend­ eine andere Zahl im Bereich von 244 bis 304, je nach der Position des virtuellen Bildaufnehmers). Ein weiterer Un­ terschied wäre, daß die Übertragung vom "A"- zum "B"-Re­ gister während der Vertikalaustastzeit stattfinden muß.

Die Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm für einen die Vertikalaus­ richtung bewirkenden Betrieb der Schaltung nach Fig. 4.

Die Fig. 7 zeigt ein Videosignal mit einem Vertikalaus­ tastimpuls 601 und einem aktiven Teilbildintervall 603. Der Monovibrator 401 wird zu einem Zeitpunkt t′₀ durch die Vorderflanke des Austastimpulses 601 getriggert. Nach einer geringen Verzögerung, die von der Impulsbreite des Monovibrators 401 abhängt, wird der Start/Stop-Oszillator 407 aktiviert, um über die vom Taktgenerator 409 gesende­ ten Taktsignale die Übertragung vom "A"-Register zum "B"- Register zu beginnen. Es sei erwähnt, daß die vom Mono­ vibrator bewirkte Zeitverzögerung für den Fall der Ver­ tikalausrichtung nicht wichtig ist, ihr einziger Zweck besteht in der Lieferung eines Löschsignals an den Zähler 411. Die Übertragung vom "A"- zum "B"-Register erfolgt so, daß die unterste Zeile des virtuellen Bildaufnehmers mit der untersten Zeile des "B"-Registers übereinstimmt. Wenn also zum Zeitpunkt t′₂ die Übertragung vom "B"- zum "C"- Register beginnt, also am Anfang des aktiven Videointer­ valls, enthält die erste Übertragung in das "C"-Register zum Zeitpunkt t′₂ Videoinformation aus dem virtuellen Bildaufnehmer. Diejenigen zusätzlichen Zeilen, die nach der Übertragung der aus dem virtuellen Bildaufnehmer stam­ menden Information noch im "B"-Register vorhanden sind, werden während der nächsten vom "A"-Register zum "B"- Register laufenden Übertragung aus dem "B"-Register in das "C"-Register übertragen. Während dieser Zeit kann das "C"-Register taktgesteuert werden, um zu verhindern, daß sich darin Ladung aufbaut.

Die elektrische Ausrichtung kann noch weiter verbessert werden, indem man die Integrationsphasen neu definiert. Hierdurch können im Falle eines dreiphasig gesteuerten Bildaufnehmers die Zentren der Sammelstellen in Schritten von jeweils 173 Bildpunkten bewegt werden. Für den Fall der vertikalen Ausrichtung muß nach dem Integrationsinter­ vall die gesammelte Ladung zu der korrigierten Position für die Übertragung vom "A"- zum "B"-Register manipuliert werden. Durch diese Technik können die Bildaufnehmer bis auf 1/3 der Bildpunktausdehnung ausgerichtet werden.

Dieses vorstehend angedeutete Ausrichtverfahren sei nach­ stehend anhand der Fig. 8 erläutert. Die Fig. 8 zeigt ei­ nen Teil eines dreiphasig gesteuerten "A"-Registers 801 in CCD-Bauweise mit Gateelektroden 803, 805, 807, 809, 811, 813. Die Gateelektroden 803 und 809 empfangen die Phase ⌀₁ des Taktsignals, die Gateelektroden 805 und 811 empfangen die Phase ⌀₂, und die Gateelektroden 807 und 813 empfangen die Phase ⌀₃. Bei einem Fernsehsystem mit ⌀₂ Teilbildverschachtelung wird eine der Phasen, z. B. die Phase ⌀₁ während der ungeraden Teilbilder auf hohem Pegel gehalten, und die anderen beiden Phasen, z. B. ⌀₂ und ⌀₃, werden während der geraden Teilbilder auf hohem Pegel gehalten. Somit sind während einer Integrationspe­ riode die Ladungssammelstellen durch diejenige Phase (oder Phasen) definiert, die gerade auf hohem Pegel ge­ halten wird (werden). Durch Heranziehung von Kombinationen der verfügbaren Phasen kann die Position der Ladungssammel­ stellen für die ungeraden und die geraden Teilbilder nach oben und unten im Bildaufnehmerin Schritten von 1/3 Bild­ punkteinheiten verschoben werden, wodurch die Ausrichtung effektiv in Schritten von 1/3 Bildpunktelementen verändert wird. Wenn z. B. die zweite Phase ⌀₂ während der ungeraden Teilbilder auf hohem Pegel gehalten wird und die erste und dritte Phase ⌀₁ und ⌀₃ während der geraden Teilbilder auf hohem Pegel gehalten werden, dann sind die Ladungs­ sammelstellen gegenüber dem obigen Beispiel, bei welchem ⌀₁ während ungerader Teilbilder auf hohem Pegel gehalten wird, um 1/3 eines Bildpunktes verschoben.

Die vorstehend in Verbindung mit CCD-Bildaufnehmern be­ schriebenen Ausführungsarten der Erfindung sind nur als Beispiel zu verstehen und nicht als Einschränkung aufzu­ fassen. So könnte die elektrische Ausrichtung beispiels­ weise auch bei anderen Festkörper-Bauelementen realisiert werden, etwa bei solchen, die mit sogenannter Interzeilen- Übertragung arbeiten (Interline Transfer Devices oder abgekürzt ITD). An solchen Einrichtungen läßt sich die horizontale Ausrichtung gemäß der hier beschriebenen Technik durchführen. Für die vertikale Ausrichtung kann in diesem Fall die Signalladung während des Vertikal­ austastintervalls entlang den vertikalen Kanälen getaktet werden, um den unteren Rand des virtuellen Bildaufnehmers mit dem Horizontalübertragungs-Gate auszurichten. Die zu­ sätzlichen Bildpunkte am oberen Rand des Bildaufnehmers (falls solche vorhanden sind) können nach der im aktiven Bildintervall erfolgenden Übertragung der Bildpunkte her­ ausgetaktet werden.

Claims (7)

1. Fernsehkamera mit mindestens einem Festkörper-Bildauf­ nehmer zur Lieferung von Fernsehsignalen, die repräsen­ tativ für eine Szene sind, ferner mit einer Einrichtung zum Abbilden der Szene auf einen photoempfindlichen Bereich des Bildaufnehmers und mit einem Taktgenerator zur Lieferung eines Signals zum taktgesteuerten Übertra­ gen von Signalen, die repräsentativ für die Information in der Szene sind, durch den Bildaufnehmer, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung zum Einfügen des Signals, das geliefert wird von einem vorbestimmten Teil (209) des photoempfindlichen Bereichs (203), der kleiner ist als der photoempfindliche Bereich, in den aktiven Teil (t₄-t₅ in Fig. 5) eines Fernsehsignals, um ein Fernsehsignal zu erzeugen, das repräsentativ für die auf den vorbe­ stimmten Teil des photoempfindlichen Bereichs abgebil­ dete Szene ist.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildaufnehmer (z. B. 201 in Fig. 2) ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD-Bildaufnehmer) ist.

3. Fernsehkamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ladungsgekoppelte Bauelement ein mit Einzel­ bildübertragung arbeitendes Bauelement ist.

4. Fernsehkamera nach Anspruch 1, 2 oder 3 für den Fall, daß sie als Farbkamera mit einem ersten und einem zwei­ ten Bildaufnehmer ausgelegt ist, um erste und zweite Signale zu liefern, die jeweils Komponenten der Infor­ mation in der Szene darstellen, und daß die Abbildungs­ einrichtung zwischen der Szene und dem ersten und dem zweiten Bildaufnehmer angeordnet ist, um Licht der er­ sten Komponente auf einen Rasterteil des photoempfind­ lichen Bereichs des ersten Bildaufnehmers zu projizie­ ren, wobei dieser Rasterteil eine Fehlausrichtung ge­ genüber einem entsprechenden Rasterteil des photoemp­ findlichen Bereichs des zweiten Bildaufnehmers haben kann, auf den Licht der zweiten Komponente projiziert wird, und daß der Taktgenerator Signale liefert zur taktgesteuerten Übertragung von Signalen, die repräsen­ tativ für die Lichtkomponenten sind, durch die Bildauf­ nehmer, dadurch gekennzeichnet daß die Einfügungseinrichtung mit dem Taktgenerator (34) zusammenwirkt (Fig. 4), um das erste und das zweite Signal auf elektrische Weise miteinander in Deckung zu bringen.

5. Fernsehkamera nach Anspruch 1, die als Farbkamera aus­ gelegt ist und folgendes aufweist:
einen ersten und einen zweiten Bildaufnehmer (14, 16) zur Lieferung eines ersten und eines zweiten Sig­ nals, die jeweils repräsentativ für Information in der Szene sind, wobei der erste und zweite Bildaufneh­ mer jeweils einen photoempfindlichen Bereich (801) und Übertragungs-Gateelektroden (803-813) aufweisen, welche die Orte der Sammelstellen für die Erzeugung von Sig­ nalelementen definieren;
eine Abbildungseinrichtung (10, 22), die zwischen der Szene und dem ersten und dem zweiten Bildaufneh­ mer angeordnet ist, um auf den photoempfindlichen Be­ reich des ersten Bildaufnehmers eine erste Komponente und auf den photoempfindlichen Bereich des zweiten Bildaufnehmers eine zweite Komponente der Szene zu projizieren, wobei die erste Komponente auf einem Rasterteil des photoempfindlichen Bereichs des ersten Bildaufnehmers abgebildet wird und dieser Rasterteil eine Fehlausrichtung gegenüber einem entsprechenden Rasterteil des photoempfindlichen Bereichs des zweiten Bildaufnehmers haben kann, auf dem ein Teil der zwei­ ten Komponente abgebildet wird;
einen mit den Bildaufnehmern gekoppelten Taktgeber (34; 409) zur Lieferung eines dreiphasigen Signals (⌀₁, ⌀₂, ⌀₃) zur taktgesteuerten Übertragung von Sig­ nalen, die repräsentativ für die Information sind, durch die Bildaufnehmer, wobei eine der Phasen des dreiphasigen Signals eine erste der Übertragungs-Gate­ elektroden beaufschlagt, gekennzeichnet durch :
eine Ausrichteinrichtung (Fig. 4), die mit dem Takt­ geber zusammenwirkt, um das erste und das zweite Sig­ nal auf elektrische Weise bis auf einen Bruchteil einer Sammelstelle miteinander auszurichten;
eine Einrichtung zum selektiven Koppeln der besagten einen Phase mit einer zweiten der Übertragungs-Gate­ elektroden eines der Bildaufnehmer, um eine weitere elektrische Ausrichtung der Bildaufnehmer zu bewirken.

6. Fernsehkamera mit einem Festkörper-Bildaufnehmer, der Fernsehsignale liefern kann, die repräsentativ für eins Szene sind, und der einen photoempfindlichen Ra­ ster hat, auf dem die Szene abgebildet wird und welcher eine Vielzahl von Sammelstellen aufweist, die in Reihen in einer ersten Richtung und in Spalten in einer dazu querverlaufenden Richtung angeordnet sind und an denen Signalelemente gebildet werden können, die repräsenta­ tiv für die Information in der Szene sind, da­ durch gekennzeichnet daß die Anzahl der Sammelstellen in mindestens einer der genannten Richtungen größer ist als die Anzahl von Signalelementen in einem aktiven Zeilenbereich der Fern­ sehsignale bzw. größer als die Anzahl von Zeilen in einem aktiven Bildbereich der Fernsehsignale.

7. Fernsehkamera nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mit dem Bildaufnehmer gekoppelte Einrichtung zum taktgesteuerten Auslesen des Bildaufnehmers, die für die erwähnten aktiven Teile des Fernsehsignals diejeni­ gen Signalelemente auswählt, die aus einer vorbestimmten Gruppe von Sammelstellen stammen, die zahlenmäßig klei­ ner ist als die Gesamtheit der Sammelstellen.