DE3515020C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ortsfrequenzfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zweidimensionale Festkörperbildfühler werden in großem Umfang in verschiedensten Vorrichtungen wie Fernsehkameras, Faseranwendungen etc. eingesetzt. Videoinformation erhält man vom Bildfühler durch diskrete Abtastung der Ortsinformation eines optischen Bildes. Die Frequenz der Abtastung hängt von der Konfiguration des optischen Systems und von der Anordnung der Öffnungen der Pixel (Bildelemente) des Bildfühlers ab. Ein solcher Bildfühler ist mit einem Ortsfrequenzfilter (oder optischen Tiefpaßfilter) versehen. Die Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) des Bildfühlers ist durch die Nyquistgrenze (oder die Nyquistfrequenz) begrenzt, die dem einzelnen Bildfühler eigen ist. Darüber hinaus wird Videoinformation einer hohen Frequenz, die die Nyquistgrenze überschreitet, in den Frequenzbereich unterhalb der Nyquistgrenze zurückgefaltet. Dieses Zurückfalten bezeichnet man als "Alias", das eine unechte Videoinformation erzeugt und damit die Qualität der erhaltenen Videoinformation verschlechtert.

Damit man bei einer Farbfernsehkamera mit einem Ein-Platten- Festkörperbildfühler Farbsignale erhält, wird einfallendes Licht ortsmoduliert, und es werden die durch diese Ortsmodulation erhaltenen Signale in bekannter Weise verarbeitet. Dabei beinhaltet Information des einfallenden Lichts einer Frequenz gleich der Ortsmodulationsfrequenz ein unechtes Farbsignal oder Farbnebensignal. Ein Ortsfrequenzfilter mit einer Falle (Nullstelle) entsprechend der Ortsmodulationsfrequenz ist erforderlich, um das Farbnebensignal zu vermindern. Wenn dieses Ortsfrequenzfilter jedoch eine steile Filterkennlinie besitzt, dann bleibt ein gewisser Betrag restlicher Farbnebensignale um die Nullstelle herum erhalten.

Damit man Farbsignale der drei Primärfarben erhält, ist es nötig, daß nicht nur ein Basisbandsignal für die Leuchtdichteinformation, sondern auch zwei modulierte Farbsignale erzeugt werden. Diese Farbmodulationssignale werden durch geeignete Verarbeitung von Multiplexsignalen erzeugt, die mit Hilfe eines Farbmosaikfilters gewonnen werden. In solch einem Farbmosaikfilter sind spezielle Pixel für eine Farbinformation in einem Streifenmuster angeordnet, während andere Pixel in einem Schachbrettmuster angeordnet sind. Dabei wird ein Farbnebensignal aufgrund des streifenförmigen Pixelmusters von einem Signal verursacht, das von einer horizontalen Linie in der zweidimensionalen Ortsfrequenzebene repräsentiert wird, während ein Farbnebensignal aufgrund des schachbrettartigen Musters von einem Signal verursacht wird, das von einer schrägen Linie in dieser Ortsfrequenzebene repräsentiert wird.

Ein Ortsfrequenzfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das dazu vorgesehen ist, den Einfluß des Alias auszuschließen, ist in der Druckschrift JP-59-279 A offenbart. Es sei angenommen, daß Px den Pixel- (Mitten-)Abstand in Richtung der horizontalen Achse eines zweidimensionalen Festkörperbildfühlers und Py den Pixelabstand in Richtung seiner Vertikalachse bezeichnet. Das Ortsfrequenzfilter der erwähnten Druckschrift ist aus zwei optischen Filtern zusammengesetzt, wodurch Fallen (Nullstellen, MÜF=0) des Ortsfrequenzfilters auf einer Linie gebildet werden, die durch die Punkte (Px/2, Py/2) und (-Px/2, Py/2) geht, auf einer Linie, die durch die Punkte (Px/2, -Py2) und (-Px/2, -Py/2) geht, auf einer Linie, die durch die Punkte (Px/2, Py/2) und (Px/2, -Py/2) geht sowie auf einer Linie, die durch die Punkte (-Px/2, Py/2) und (-Px/2, -Py/2) geht. (In diesem Fall bilden die Nullstellenlinien ein Rechteck.)

Die erwähnte Druckschrift zeigt ein anderes Ortsfrequenzfilter, die dem die Nullstellen auf schrägen Linien liegen, die jeweils durch die Punkte (Px/2, Py/2), (-Px/2, Py/2), (-Px/2, -Py/2) und (Px/2, -Py/2) gehen. (In diesem Fall bilden die Nullstellenlinien einen Rhombus.)

Wenn das Ortsfrequenzfilter mit den rechteckigen Nullstellenlinien verwendet wird, kann unnötige Videoinformation jenseits der Nyquistgrenze, die zur Schrägachse der zweidimensionalen X-Y-Ebene des Bildfühlers gehört, nicht ausreichend unterdrückt werden. Solche unnötige Videoinformation könnte zu (unechten) Nebensignalen führen, wenn eine Ortsmodulation längs der Schrägachse ausgeführt wird. Wenn andererseits das Ortsfrequenzfilter mit den rhombischen Nullstellenlinien verwendet wird, kann unnötige Videoinformation der Schrägachse unterdrückt werden. In diesem Fall jedoch ist die Unterdrückung der (unechten) Nebenvideoinformation jenseits der Nyquistgrenze, die zur horizontalen (oder vertikalen) Achse der X-Y-Ebene des Bildfühlers gehört, unzureichend.

Gemäß dem bekannten Ortsfrequenzfilter hat die MÜF abgesehen von den vier Kreuzungspunkten der vier Nullstellenlinien einen Absolutwert des Produkts einer Cosinusfunktion einer gegebenen Frequenz mit einer anderen Cosinusfunktion einer anderen gegebenen Frequenz (siehe ausgezogene Linien in den Fig. 3 bis 5). Aufgrund dessen ist, obwohl die Signalunterdrückungsrate unmittelbar auf den Nullstellenlinien ausreicht (z. B. Punkte 1/Py, -1/Py in Fig. 3), die Signalunterdrückungsrate nahe den jeweiligen Nullstellenlinien nicht ausreichend. Wenn daher das bekannte Ortsfrequenzfilter für eine Farbfernsehkamera eingesetzt wird, dann enthält das Farbvideosignal Farbnebensignale, die etwas abseits der Nullstellenlinien liegen. Dies führt zur Erscheinung eines Nebenfarbbildes bei der Farbbildwiedergabe.

Die amerikanische Patentschrift 42 27 208 offenbart ein Ortsfrequenzfilter, das als optisches Kammfilter für eine Farbfernsehkamera eingesetzt werden soll, um unerwünschte Nebensignale zu unterdrücken. Das bekannte Ortsfrequenzfilter setzt sich aus mehreren Filterteilen zusammen, bei denen es sich um doppelbrechende Platten handelt, zwischen denen notwendigerweise eine Phasenplatte angeordnet ist. Die voranstehend erläuterten Probleme lassen sich mit diesem bekannten Ortsfrequenzfilter nicht lösen.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ortsfrequenzfilter zu schaffen, das die Forderungen nach Unterdrückung von Nebeninformationen der Schrägachsen und der Horizontal- (oder Vertikal-)Achsen eines zweidimensionalen Bildfühlers erfüllt.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Farbfernsehkamera geschaffen werden, die einen zweidimensionalen Festkörperbildfühler mit einem derartigen Ortsfrequenzfilter verwendet und Nebenfarbbilder aufgrund von Nebeninformation nahe den Nullstellenlinien des Ortsfrequenzfilters im wesentlichen vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Ortsfrequenzfilter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem Ortsfrequenzfilter mit diesem Aufbau dienen die erste bis vierte Nullstellenlinie (3a, 3b, 4a, 4b in Fig. 2) dazu, Nebeninformation der Schrägachsen (z. B. ωs in Fig. 2) der ωx-ωy-Ebene wirkungsvoll zu unterdrücken. Die fünfte und die sechste Nullstellenlinie (5 a, 5 b) dienen zusammen mit der ersten bis vierten Nullstellenlinie (3a, 3b, 4a, 4b) dazu, wirkungsvoll Nebeninformationen einer horizontalen Achse (ωx-Achse) der ωx-ωy-Ebene zu unterdrücken.

Wenn die fünfte Nullstellenlinie durch den ersten und den zweiten vorgegebenen Punkt P1, P2 geht und die sechste Nullstellenlinie durch den dritten und den vierten vorgegebenen Punkt P3, P4 geht, dann dienen die fünfte und die sechste Nullstellenlinie dazu, Nebeninformation einer vertikalen Achse (ωy-Achse) der ωx-ωy-Ebene zu unterdrücken.

Wenn das Ortsfrequenzfilter eine fünfte Nullstellenlinie liefert (6a in Fig. 20), die durch einen fünften vorgegebenen Punkt P10 in dem ersten Quadranten A1 und einen sechsten vorgegebenen Punkt P20 im zweiten Quadranten A2 geht, eine sechste Nullstellenlinie (6b), die durch einen siebten vorgegebenen Punkt P30 im dritten Quadranten A3 und einen achten vorgegebenen Punkt P40 in dem vierten Quadranten A4 geht, eine siebte Nullstellenlinie (7a), die durch den fünften und den achten vorgegebenen Punkt (P10, P40) geht, und eine achte Nullstellenlinie (7b), die durch den sechsten und den siebten vorgegebenen Punkt (P20, P30) geht, dann dienen die fünfte und die sechste Nullstellenlinie (6a, 6b) zur Unterdrückung von Nebeninformation der Vertikalachse der ωx-ωy-Ebene, und die siebte und die achte Nullstellenlinie (7a, 7b) dienen zur Unterdrückung von Nebeninformation der Horizontalachse dieser Ebene.

Zur Lösung des letzteren Aufgabenteils wird das Ortsfrequenzfilter gemäß der Erfindung für einen zweidimensionalen Bildfühler einer Farbfernsehkamera verwendet.

Erfindungsgemäß wird die MÜF des Bildfühlers nahe jeweiliger Kreuzungspunkte der Nullstellenlinien (3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b in Fig. 2) des Ortsfrequenzfilters eine quadratische Cosinusfunktion (siehe gestrichelte Linien in den Fig. 3 bis 5). Daher läßt sich eine ausreichende Signalunterdrückungs- oder Reduktionsrate um die jeweiligen Nullstellenlinien herum erzielen. Wenn daher ein Ortsfrequenzfilter gemäß der Erfindung für eine Farbfernsehkamera verwendet wird, enthält ein Farbvideosignal wenig Farbnebeninformation, so daß Farbnebenbilder in der Farbbildwiedergabe im wesentlichen vermieden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung eines Farbmosaikfilters angepaßt für eine Festkörperfarbfernsehkamera, die nach der Bildintegrations-Frequenzverschachtelungsmethode arbeitet,

Fig. 2 typische Nullstellenlinien, wie sie auf der ωx-ωy-Ebene eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung erscheinen,

Fig. 3 die Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) des Ortsfrequenzfilters längs der Vertikalachse ωy der ωx-ωy-Ebene in Fig. 2, wobei die ausgezogene Linie die MÜF (ωy) eines herkömmlichen Ortsfrequenzfilters und die gestrichelte Linie die MÜF (ωy) des Ortsfrequenzfilters der Erfindung darstellen,

Fig. 4 die MÜF des Ortsfrequenzfilters längs der Schrägachse ωx-ωy-Ebene in Fig. 2, wobei die ausgezogene Linie die MÜF (ωs) eines herkömmlichen Ortsfrequenzfilters und die gestrichelte Linie die MÜF (ωs) des Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung darstellen,

Fig. 5 die MÜF des Ortsfrequenzfilters längs der horizontalen Achse ωx der ωx-ωy-Ebene in Fig. 2, wobei die ausgezogene Linie die MÜF (ωx) eines herkömmlichen Ortsfrequenzfilters und die gestrichelte Linie die MÜF (ωx) des Ortsfrequenzfilters der Erfindung wiedergeben,

Fig. 6 zur grundsätzlichen Erläuterung ein zweidimensionales Ortsfrequenzfilter, das aus einem ersten Teil (S1), S2) von Savartschen Platten, einem zweiten Teil (S3, S4) von Savartschen Platten und einem dritten Teil (S5) einer Savartschen Platte gebildet ist, wodurch die Nullstellenlinien in Fig. 2 erhalten werden,

Fig. 7 die Polarisationseigenschaften des ersten Teils (S1, S2), des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6,

Fig. 8 die Polarisationseigenschaften des zweiten Teils (S3, S4) des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6,

Fig. 9 die Polarisationseigenschaft des dritten Teils (S5) des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6,

Fig. 10 ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung, das aus einem ersten Teil (S11), einem zweiten Teil (S12) und einem dritten Teil (S13) von Savartschen Platten zur Erzielung der Nullstellenlinien in Fig. 2 gebildet ist,

Fig. 11 die Polarisationseigenschaften des ersten bis dritten Teils (S11, S12, S13) des Ortsfrequenzfilters von Fig. 10,

Fig. 12 eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von Fig. 10,

Fig. 13 die Polarisationseigenschaften des Ortsfrequenzfilters von Fig. 12,

Fig. 14 typische Nullstellenlinien, die auf der ωx-ωy-Ebene eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters erscheinen, das die in Fig. 13 gezeigten Eigenschaften besitzt,

Fig. 15 und 16 andere Beispiele von Polarisationseigenschaften des Ortsfrequenzfilters der Fig. 10 oder 12,

Fig. 17 ein zweites Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung, welches aus einem ersten Teil (S40), einem zweiten Teil (S11), einem dritten Teil (S12) und einem vierten Teil (S13) von Savartschen Platten gebildet ist,

Fig. 18 die Polarisationseigenschaften des ersten bis vierten Teiles (S40, S11, S12, S13) des Ortsfrequenzfilters von Fig. 17,

Fig. 19 andere Polarisationseigenschaften des ersten bis vierten Teils (S40, S11, S12, S13) des Ortsfrequenzfilters in Fig. 17,

Fig. 20 typische Nullstellenlinien, die auf der ωx-ωy-Ebene eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters mit den in Fig. 18 oder Fig. 19 gezeigten Eigenschaften erscheinen,

Fig. 21, 22, 31 und 32 andere Modifikationen der Filteranordnung von Fig. 1, wobei eine Bildintegrations- Frequenzverschachtelungsmethode verwendet wird,

Fig. 23 bis 26 jeweils Modifikationen der Filteranordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wobei eine Bildintegrations- Frequenzverschachtelungsmethode verwendet wird,

Fig. 27 bis 30 andere Modifikationen der in Fig. 1 gezeigten Filteranordnung, wobei eine Bildintegrations- Zeilenfolge-Farbdifferentialmethode verwendet wird,

Fig. 33 und 34 andere Modifikationen der in Fig. 1 gezeigten Filteranordnungen, wobei eine Bildintegrations- Zeilenfolge-Farbdifferentialmethode verwendet wird, und

Fig. 35 ein Blockschaltbild einer CCD-Farbfernsehkamera, die mit einem Ortsfrequenzfilter (optisches Tiefpaßfilter) gemäß der Erfindung versehen ist.

In der folgenden Beschreibung sind durchgehend für alle Zeichnungen gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszahlen bezeichnet, damit überflüssige Erläuterungen vermieden werden können.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Farbmosaikfilters für einen zweidimensionalen Festkörperbildfühler für eine Farbfernsehkamera. Diese Anordnung ist angepaßt an die Bildintegrations- Frequenzverschachtelungsmethode [1].

Obwohl nicht gezeigt, besitzt ein zweidimensionaler Festkörperbildfühler, etwa ein CCD-Bildfühler (Bildfühler mit einer ladungsgekoppelten Einrichtung) zahlreiche lichtempfindliche Teile, mit vorgegebenen Öffnungen für jeweilige Pixel. Diese lichtempfindlichen Teile sind diskret aber regelmäßig auf dem zweidimensionalen Ortsbereich des Bildfühlers angeordnet, und eine Videoinformation wird durch Ortsabtastung des Bildfühlers erhalten. Bei dieser Ortsabtastung ist die obere Grenze der Frequenz der gewonnenen Videoinformation durch die Nyquistfrequenz (entsprechend der Hälfte der Abtastfrequenz) begrenzt, und die Ortsfrequenzantwort (entsprechend der MÜF) bei der Nyquistfrequenz hängt von der Öffnung der lichtempfindlichen Teile ab. Die erhaltene Videoinformation enthält infolge der erwähnten Alias Nebenkomponenten (unechte Komponenten). Insbesondere, wenn ein Ein-Chip-Bildfühler mit einem Farbmosaikfilter verwendet wird, wie es bei Heim-Videokameras der Fall ist, werden komplexe Nebensignale nicht nur durch ein Alias infolge der Pixelabstände, sondern auch durch ein Alias infolge der Abtastung der Farbinformation verursacht.

Die vorliegende Erfindung soll ein Ortsfrequenzfilter schaffen, das optisch den Einfluß der Pixelabstandsalias sowie den Einfluß der Alias in bezug auf die beiden Farbsignale (R, B) verringert.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 11 vom Pixeln in einem Farbmosaikfilter, das für eine CCD-Farbfernsehkamera mit Bildintegrations- Frequenzverschachtelung verwendet werden kann. In Fig. 1 bedeuten die Symbole W, G, Ye und Cy:

W = übertragenes weißes Licht,
G = übertragenes grünes Licht,
Ye = übertragenes gelbes Licht,
Cy = übertragenes zyanfarbenes Licht.

W entspricht hier der Summe von R (rot), G (grün) und B (blau) der drei Primärfarben. Wenn die Anordnung 11 des Farbmosaikfilters in die drei Primärfarben zerlegt wird, dann wird sie gleich der Kombination der zerlegten Filteranordnungen 12, 13 und 14. Wie aus der Illustration von Fig. 1 hervorgeht, ist das R-Filtermuster zwischen benachbarten horizontalen Zeilen (n, n+1, n+2,; oder n+263, n+264) phaseninvertiert, während die Phase des B-Filtermusters fest ist. Mit solchen Filteranordnungen können durch Addition/Subtraktion von Videosignalen vom Bildfühler mit Hilfe eines Kammfilters mit einer 1H-Verzögerungsschaltung R- und B-Farbsignale abgetrennt werden.

In Fig. 1 bedeutet Px den Pixelabstand längs einer x-Achse (horizontal) der Filterebene und Py den Pixelabstand längs einer y-Achse (vertikal) der Filterebene. Die Nyquistgrenze der Horizontalrichtung in der Filterebene ist durch 1/2Px gegeben und die Nyquistgrenze der Vertikalrichtung in der Filterebene durch 1/2Py. Höhere Ortsfrequenzkomponenten über diese Nyquistgrenze hinaus werden in untere Frequenzbereiche zurückgefaltet.

Fig. 2 zeigt typische Nullstellenlinien (Fallenlinien), die auf der ωx-ωy-Ebene eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung erscheinen. Nullschwebungspunkte unter den zurückgefalteten Komponenten und den Signalkomponenten unterhalb der Nyquistgrenze erscheinen an Ortsfrequenzpunkten ±1/Px und ±1/Py. An jedem der Nullschwebungspunkte wird die Höhe eines Nebensignals maximal. Wenn dieses Nebensignal nicht ausreichend unterdrückt wird, wird ein von dem Bildfühler erhaltenes Leuchtdichtesignal durch dieses Nebensignal stark beeinträchtigt. Für ein Farbsignal erscheinen, wenn an den von einer Rasteranordnung von 2 × 2 Pixeln erhaltenen Videosignalen keine korrelative Verarbeitung ausgeführt wird, die Nullschwebungen an einem Ortsfrequenzpunkt unter dem Ortsfrequenzpunkt des Leuchtdichtesignals.

Wie in Fig. 1 gezeigt, erscheinen, da der Abtastabstand des B-Farbsignals 2Px ist, die Nullschwebungspunkte des B-Farbsignals an Ortsfrequenzpunkten ±1/2Px. Hieraus folgt, daß, falls keine Filterung an diesen B-Farb-Nullschwebungspunkten durchgeführt wird, ein starkes Nebensignal der B-Farbe (oder ein Nebensignal der zur B-Farbe komplementären Farbe) im erhaltenen Farbsignal enthalten ist. In bezug auf die Vertikalrichtung (y-Achse) wird eine Zweizeilenkorrelation ausgeführt. In diesem Fall wird die Auflösung der Vertikalrichtung halb so groß wie die Auflösung des Leuchtdichtesignals. Die Nullschwebungspunkte der Vertikalrichtung erscheinen bei ±1/2Py. Die obigen Nullschwebungspunkte von ±1/2Px und ±1/2Py sind in Fig. 2 durch dreieckförmige Markierungen angezeigt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besitzt die Musteranordnung 13 des R-Farbsignals ein Schachbrettmuster oder Schottenmuster mit Perioden von 2Px und 4Py. Bei einem solchen Schachbrettmuster ist die Auflösung des Videosignals in bezug auf die Schrägrichtung der Filterebene verschlechtert, und die Nullschwebungspunkte dieses R-Farbsignals erscheinen bei ±1/2Px, ±1/4Py (Punkte P1 bis P4 in Fig. 2).

Daraus folgt, daß, falls keine Filterung an diesen Nullschwebungspunkten der R-Farbe vorgenommen wird, ein starkes Nebensignal der R-Farbe (oder ein Nebensignal der zu R komplementären Farbe) im gewonnenen Farbsignal enthalten ist.

Entsprechend der Filteranordnung von Fig. 1 erscheinen die Nullschwebungspunkte des R- und des B-Signals in bezug auf die Vertikalrichtung bei ±1/2Py auf der Ortsfrequenzachse ωy, da eine Zweizeilenkorrelation bei der Verarbeitung der beiden Farbsignale (R, B) angewendet wird. Diese Nullschwebungspunkte des R- und des B-Signals sind identisch mit der Hälfte der Nullschwebungspunkte ±1/Py des Leuchtdichtesignals.

Das Nebensignal der Nullschwebungspunkte, das durch das Alias verursacht wird, kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ortsfrequenzfilters reduziert oder im wesentlichen eliminiert werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei anhand von Fig. 6-9 zunächst grundsätzlich ein zweidimensionales Ortsfrequenzfilter beschrieben, das aus Sarvatschen Platten S1 und S2 (erster Teil), Savartschen Platten S3 und S4 (zweiter Teil) und einer Savartschen Platte S5 (dritter Teil) gebildet ist. Der erste Teil von Platten S1 und S2 ist mit Hilfe eines Depolarisationsfilters Rh1 vom zweiten Teil der Platten S3 und S4 optisch isoliert. Der zweite Teil der Platten S3 und S4 ist mit Hilfe eines Depolarisationsfilters Rh2 vom dritten Teil der Platte S5 optisch isoliert. Die Depolarisationsfilter Rh1 und Rh2 dienen dazu, optische Interferenzen zwischen den benachbarten Savartschen Platten auszuschließen. Wenn Depolarisationsfilter Rh1 und Rh2 verwendet werden, dann ist die Reihenfolge, mit der die drei Teile von Savartschen Platten S1 bis S5 aufeinandergestapelt werden, beliebig. Das so erhaltene Ortsfrequenzfilter kann als ein optisches Kammfilter angesehen werden.

Fig. 7 zeigt die Polarisationseigenschaften des ersten Teiles von Savartschen Platten S1 und S2 des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6. In Fig. 7 bedeutet die Darstellung S1 + S2 die Kombination der Eigenschaften der beiden Savartschen Platten S1 und S2. Fig. 8 zeigt die Polarisationseigenschaften des zweiten Teils von Savartschen Platten S3 und S4. In Fig. 8 bedeutet die Darstellung S3 + S4 die Kombination der Eigenschaften der beiden Savartschen Platten S3 und S4. Fig. 9 zeigt die Polarisationseigenschaft des dritten Teils der Savartschen Platte S5. Die gesamte optische Filtercharakteristik des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6 ergibt sich durch Zusammensetzen der jeweiligen Übertragungsfunktionen des ersten bis dritten Teiles der Sarvatschen/Platten S1 bis S5.

Die Filtercharakteristik des Ortsfrequenzfilters von Fig. 6 kann der Darstellung in Fig. 2 entsprechen. In der Darstellung von Fig. 2 werden die Nullstellenlinie 4a, die durch die Punkte 1/2Py und 1/Px geht, und die Nullstellenlinie 4b, die durch die Punkte -1/Px und -1/2Py geht, durch den ersten Teil der Savartschen Platten S1 und S2 erhalten. Die Nullstellenlinie 3a, die durch die Punkte 1/2Py und -1/Px geht, und die Nullstellenlinie 3b, die durch die 1/Px und -1/2Py geht, werden durch den zweiten Teil der Savartschen Platten S3 und S4 erhalten. Die Nullstellenlinie 5a, die parallel zur ωy-Achse durch den Punkt 1/2Px geht, und die Nullstellenlinie 5b, die parallel zur ωy-Achse durch den Punkt -1/2Px geht, werden durch den dritten Teil der Savartschen Platte S5 erhalten.

Die Filtercharakteristik des Filters von Fig. 6 kann durch geeignete Auswahl von Material und Dicke der jeweiligen Savartschen Platten S1 bis S5 beliebig bestimmt werden. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 6 sind Material und Dicke der Savartschen Platten S1 bis S4 so ausgewählt, daß die Nullstellenpunkte ±1/Px in Fig. 2 der Horizontal- Pixel-Übertragungsfrequenz des Bildfühlers (z. B. 7,16 MHz) entsprechen, während die Nullstellenpunkte ±1/2Py in Fig. 2 seiner Farbträgerfrequenz (z. B. 3,18 MHz) entsprechen. Material und Dicke der Savartschen Platte S5 sind so ausgewählt, daßdie Nullstellenpunkte ±1/2Px in Fig. 2 der halben Horizontal-Pixel-Übertragungsfrequenz des Bildsensors entsprechen. Wenn die Filter der Fig. 1 und 6 kombiniert werden, ist es günstig, daß die Nullstellenlinie (oder die Nullstelle von MÜF=0) durch den Nullschwebungspunkt der Rotinformation in bezug auf die Schrägrichtung geht.

Der erste Quadrant der ωx-ωy-Ebene in Fig. 2 sei mit A1, ihr zweiter Quadrant mit A2, ihr dritter Quadrant mit A3 und ihr vierter Quadrant mit A4 bezeichnet. Ferner sei der Kreuzungspunkt (erster vorgegebener Punkt) zwischen den Nullstellenlinien 4a und 5a im ersten Quadranten A1 mit P1 bezeichnet, der Kreuzungspunkt (zweiter vorgegebener Punkt) zwischen den Nullstellenlinien 3a und 5b im zweiten Quadranten A2 mit P2, der Kreuzungspunkt (dritter vorgegebener Punkt) zwischen den Nullstellenlinien 4b und 5b im dritten Quadranten A3 mit P3 und der Kreuzungspunkt (vierter vorgegebener Punkt) zwischen den Nullstellenlinien 3b und 5a im vierten Quadranten mit P4 bezeichnet. Es sei ferner angenommen, daß die Farbnebensignale infolge des Alias an den obigen Punkten P1 bis P4 auftreten.

Das Ortsfrequenzfilter von Fig. 6 wird im wesentlichen gebildet aus einem ersten Filterteil S1, S2 zur Schraffung einer ersten Nullstellenlinie 4a, die durch den ersten Punkt P1 geht, und einer zweiten Nullstellenlinie 4b, die durch den dritten Punkt P3 geht, einem zweiten Filterteil S3, S4 zur Schaffung einer dritten Nullstellenlinie 3a, die durch den zweiten Punkt P2 geht, und einer vierten Nullstellenlinie 3b, die durch den vierten Punkt P4 geht, und einem dritten Filterteil S5 zur Schaffung einer fünften Nullstellenlinie 5b, die durch den ersten und den vierten Punkt P1, P4 geht, und einer sechsten Nullstellenlinie 5b, die durch den zweiten und den dritten Punkt P2, P3 geht.

Im folgenden soll die Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) des in Fig. 6 gezeigten Ortsfrequenzfilters mit der MÜF des eingangs erläuterten herkömmlichen Ortsfrequenzfilters, dessen Nullstellenlinien ein Rechteck bilden, verglichen werden. Zum Vergleich werden hier die MÜF einer Horizontalachse ωx, die MÜF einer Vertikalachse ωy und die MÜF einer Schrägachse ωs verwendet.

(1) Herkömmliches Ortsfrequenzfilter mit Nullstellenlinien in Form eines Rechtecks (2) Ortsfrequenzfilter der Erfindung mit den in Fig. 2 gezeigten Nullstellenlinien 3a, 3b, 4a, 4b, 5a und 5b

MÜF1(ωx) ist in Fig. 5 mit ausgezogener Linie und
MÜF4(ωx) in Fig. 5 mit gestrichelter Linie dargestellt.
MÜF2(ωy) ist in Fig. 3 mit ausgezogener Linie und
MÜF5(ωy) in Fig. 3 mit gestrichelter Linie dargestellt.
MÜF3(ωs) ist in Fig. 4 mit ausgezogener Linie und
MÜF6(ωs) in Fig. 4 mit gestrichelter Linie dargestellt.

Wie aus den gestrichelten Linien in den Fig. 1 bis 5 erkennbar, wird, da die MÜF des Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung eine quadratische Cosinusfunktion ist, die Nebensignalunterdrückungsrate um die jeweiligen Nullinien herum im Vergleich mit der MÜF des bekannten Ortsfrequenzfilters deutlich verbessert. Daraus ergibt sich, daß, wenn das Ortsfrequenzfilter gemäß der Erfindung bei einer Farbfernsehkamera eingesetzt wird, ein reines Farbvideosignal frei von Farbnebensignalen erhalten werden kann, da auch eine leicht von den Nullstellenlinien abweichende Farbnebenkomponente wirksam unterdrückt wird. (Bezogen auf die Spitzenamplitude des neben einer Nullstellenlinie liegenden Nebensignals liegt die Verbesserung in der Nebensignalunterdrückung grob bei 6dB (siehe die ausgezogenen und die gestrichelten Linien in Fig. 5)). Außerdem ist innerhalb des Leuchtdichtesignalfrequenzbandes keine wesentliche Signalabschwächung vorhanden (siehe beispielsweise innerhalb des Bereichs zwischen ±1/Py in Fig. 3 oder zwischen ±1/2Px in Fig. 5).

Da die parallelen Nullstellenlinien 5a und 5b mit den einen Rhombus bildenden Nullstellenlinien 3a, 3b, 4a und 4b kombiniert sind, erfüllt das Ortsfrequenzfilter von Fig. 6 nicht nur die Forderung nach Unterdrückung von Nebeninformation der Schrägachse ωs, sondern auch nach Unterdrückung von Nebeninformation der Horizontalachse ωx.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung. Das Filter nach Fig. 10 wird von einer ersten (S11), von einer zweiten (S12) und einer dritten (S13) Savartschen Platte gebildet, um die in Fig. 2 gezeigten Nullstellenlinien zu erhalten.

Fig. 11 zeigt die Polarisationseigenschaften der ersten bis dritten Savartschen Platte (S11, S12, S13) des Ortsfrequenzfilters von Fig. 10. Wie aus Fig. 11 erkennbar, ist die Polarisationsachse der Savartschen Platte S12 parallel zur Horizontalachse der zweidimensionalen Bildfühlerebene. Die Polarisationsachsen der Savartschen Platten S11 und S13 sind gegebenüber der horizontalen Achse um -45° bzw. -135° geneigt. Wenn der Absolutwert der Neigungswinkel der Polarisationsachsen jeder der Savartschen Platten S11 und S13 zu im wesentlichen 45° gewählt wird und die Differenz zwischen den Neigungswinkeln der Savartschen Platten S11 und S13 im wesentlichen 90° beträgt, können die Depolarisationsfilter Rh1 und Rh2, die in Fig. 6 gezeigt sind, entfallen. Der Schlüsselpunkt der Stapelanordnung aus Savartschen Platten gemäß Fig. 10 liegt darin, daß die Platte S12 mit der horizontalen Polarisationsachse sandwichartig zwischen der Platte S11 mit der um -45° geneigten Polarisationsachse und der Platte S13 mit der um -135° geneigten Polarisationsachse angeordnet ist.

Es ist, nebenbei bemerkt, durchaus bekannt, daß nur, wenn die Polarisationsrichtung einer Savartschen Platte um 45° von der einer benachbarten Savartschen Platte abweicht, die optischen Eigenschaften der beiden Savartschen Platten zusammengefaßt werden. Wenn eine Nullstelle einer speziellen anderen Polarisationsrichtung als 45° erforderlich ist, dann kann man die in Fig. 7 oder Fig. 8 gezeigte Methode der Kombination von Polarisationseigenschaften einsetzen.

Fig. 12 zeigt eine Modifikation des Ortsfrequenzfilters von Fig. 10. Jeweilige Savartschen Platten S11, S12 und S13, die das Filter von Fig. 12 bilden, können die in Fig. 13 gezeigten Polarisationseigenschaften besitzen. Das Filter von Fig. 12 hat ein Nullstellenmuster, wie es durch die gestrichelten Linien von Fig. 14 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 14 zu entnehmen ist, ist bei dem Filter von Fig. 12 die Eckfrequenz, die durch die gestrichelten Linien in Fig. 14 definiert ist, des optischen Tiefpaßfilters für die horizontale Achse ωx höher als diejenige für die Schrägachse ωs. Hierdurch wird ein ausreichend weiter Bereich der Frequenzantwort für Videoinformation der Horizontalachse sichergestellt, so daß die Auflösung der Horizontalachsen-Videoinformation nicht durch die optische Filterung des Ortsfrequenzfilters verschlechtert wird. Auf der anderen Seite ist der Frequenzantwortbereich für Videoinformation der Schrägachse relativ schmal gemacht, so daß ein Nebensignal der Schrägachse wirksam abgeschwächt wird. Solch ein relativ schmaler Frequenzantwortbereich für die Schrägachse bedeutet praktisch keinen Nachteil, da die Auflösung des menschlichen Auges für die Schrägrichtung geringer als diejenige für die Horizontalrichtung ist.

Die Fig. 15 und 16 zeigen jeweils andere Beispiele von Polarisationseigenschaften des Ortsfrequenzfilters, wie es in Fig. 10 oder 12 gezeigt ist.

Fig. 17 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Ortsfrequenzfilters gemäß der Erfindung. Das Filter von Fig. 17 ist aus einer ersten Savartschen Platte (S40) einer zweiten Savartschen Platte (S11), einer dritten Savartschen Platte (S12) und einer vierten Savartschen Platte (S13) gebildet. Das Schlüsselmerkmal beim Auführungsbeispiel von Fig. 17, das nicht bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 6, 10 oder 12 enthalten ist, liegt in der zusätzlichen Verwendung der Savartschen Platten S40. Die Polarisationseigenschaften des Filters von Fig. 17 können gemäß Darstellung in Fig. 18 oder gemäß Darstellung in Fig. 19 sein. Wenn das Ortsfrequenzfilter diese Polarisationseigenschaften besitzt, dann können die Nullstellenlinien der Darstellung in Fig. 20 entsprechen. Es sei angemerkt, daß die in Fig. 6 gezeigten Depolarisationsfilter Rh auch beim Filter von Fig. 17 verwendet werden können.

Die Fig. 21 bis 28 zeigen jeweils Modifikationen der in Fig. 1 gezeigten Filteranordnung, wobei eine Bildintegrations- Frequenz-Verschachtelungsmethode eingesetzt wird. In diesen Figuren bezeichnet n die Anzahl horizontaler Abtastungen, G Grün, Cy Zyan, Ye Gelb und W Weiß.

Wenn bei der Filteranordnung von Fig. 23 W=R + G + B, YE=R + G und Cy=B + G, dann wird das Muster von R streifenförmig (ähnlich der B-Musteranordnung 14 in Fig. 1) und das Muster von B wird schachbrettartig (ähnlich der R-Musteranordnung 13 in Fig. 1).

Bei der Filteranordnung von Fig. 24 wird das Muster von B streifenförmig und das Muster von R schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 25 sind die Muster von R und B in Zeilenrichtung (Horizontalabtastlinie) bei aufeinanderfolgenden Halbbildern phaseninvertiert. Bei jedem Halbbild wird das Muster von R streifenförmig und das von B schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 26 sind die Muster von R und B in Zeilenrichtung bei aufeinanderfolgenden Halbbildern phaseninvertiert. Bei jedem Halbbild wird das Muster von B streifenförmig und das von R schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 27 wird das Muster von Ye und Cy streifenförmig und das von B schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 28 wird das Muster von Ye und Cy streifenförmig und das Muster von W und G wird schachbrettartig.

Die Fig. 29 und 30 zeigen andere Modifikationen der Filteranordnung von Fig. 1, wobei eine Halbbildintegration- Zeilenfolge-Differentialmethode verwendet wird. In diesen Figuren bezeichnet n die Anzahl horizontaler Abtastungen in einem Halbbild A und n* die Anzahl horizontaler Abtastungen in einem Halbbild B, während M Magenta bedeutet.

Bei der Filteranordnung von Fig. 29 wird das Muster von Cy und Ye streifenförmig und dasjenige von M und G schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 30 wird das Muster von M und G streifenförmig und dasjenige von Cy und Ye schachbrettartig.

Die Fig. 31 und 32 zeigen weitere Modifikationen der Filteranordnung von Fig. 1, wobei eine Halbbildintegrations- Frequenz-Verschachtelungsmethode verwendet wird. Dabei bildet ein Paar von Farbfiltersegmenten in Vertikalrichtung ein Bildelement (PEL). In diesen Figuren sind die Segmentpaare beispielhaft durch ein erstes bis ein viertes Bildelement angedeutet.

Wenn bei der Filteranordnung der Fig. 31 das erste Bildelement W + W, das zweite Bildelement Ye + Cy, das dritte Bildelement W + Cy und das vierte Bildelement Ye + W ist, dann wird das Muster von Ye streifenförmig und dasjenige von Cy schachbrettartig. Das Muster von W kann entweder streifenförmig oder schachbrettartig sein.

Bei der Filteranordnung von Fig. 32 wird das Muster von Cy streifenförmig und dasjenige von Ye schachbrettartig. Das Muster von G kann entweder streifenförmig oder schachbrettartig sein.

Die Fig. 33 und 34 zeigen weitere Modifikationen der Filteranordnung von Fig. 1, wobei eine Bildintegrations-Zeilenfolge- Farbdifferentialmethode verwendet wird. Hier bildet ein Paar von zwei Farbfiltersegmenten in Horizontalrichtung ein Bildelement.

Bei der Filteranordnung von Fig. 33 wird das Muster von Ye und Zy streifenförmig und dasjenige von M und von G schachbrettartig.

Bei der Filteranordnung von Fig. 34 ist das Muster von Ye, M, Cy und G in Zeilenrichtung für aufeinanderfolgende Halbbilder phaseninvertiert. In jedem Halbbild wird das Muster von Ye und Cy streifenförmig und dasjenige von M und G schachbrettartig.

Fig. 35 zeigt ein Blockschaltbild einer CCD-Farbfernsehkamera, die von der Halbbildintegrations-Frequenz-Verschachtelungsmethode Gebrauch macht. Die in den Fig. 6, 10, 12 und 17 gezeigten Ortsfrequenzfilter können als das optische Tiefpaßfilter in der Anordnung von Fig. 35 verwendet werden. Da der in Fig. 35 gezeigte Aufbau der Fernsehkamera herkömmlicher Art ist, bedarf Fig. 35 keiner weiteren Beschreibung.

Schließlich sei auf folgende Veröffentlichungen verwiesen, deren Inhalt zur Stützung der Offenbarung in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird:

• (1) Yoshinori Takizawa et al.: "Field Integration Mode CCD Color Television Camera using a Frequency Interleaving Method", IEEE Trans., CE-29, No. 3, Seiten 358-363 (Aug. 1983);
• (2) D. H. Seib: "Carrier Diffusion Degradation of Modulation Transfer Function in Charge Coupled Imager", IEEE Trans., ED-21, No. 3, Seiten 210-217 (März 1974);
• (3) S. G. Clamberlain et al.: "MTF Simulation including Transmittance Effects and Experimental Results of Charge Coupled Imagers", IEEE Trans., ED-25, No. 2, Seiten 145-154 (Feb. 1978);
• (4) J. D. Gaskill: "Linear Systems, Fourier Transforms, and Optics", Seiten 290-348, John Wiley & Sons, Inc. (1978);
• (5) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 57-2 03 389 (13. Dezember 1982);
• (6) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 59-279 (5. Jan. 1984).

Claims (5)

1. Ortsfrequenzfilter mit einer ersten und einer zweiten Savartschen Platte, das in einem orthogonalen Koordinatensystem einer Ortsfrequenzebene zwei Sätze jeweils paralleler Nullstellenlinien (4a, 4b; 3a, 3b) aufweist, von denen die Nullstellenlinien (4a, 4b) des einen Satzes durch einen ersten bzw. einen dritten vorgegebenen Punkt (P1, P3) und die Nullstellenlinien (3a, 3b) des zweiten Satzes durch einen zweiten bzw. vierten vorgegebenen Punkt (P2, P4) des Koordinatensystems gehen und die erste und die zweite Achse (Hy, Hx) des Koordinatensystems kreuzen, wobei der erste vorgegebene Punkt (P1) im ersten (A1), der zweite vorgegebene Punkt (P2) im zweiten (A2), der dritte vorgegebene Punkt (P3) im dritten (A3) und der vierte vorgegebene Punkt (P4) im vierten Quadranten (A4) des Koordinatensystems liegen und die Absolutwerte der Koordinaten des ersten bis vierten vorgegebenen Punkts (P1-P4) in Richtung sowohl der ersten Achse (Hy) als auch der zweiten Achse (Hx) im wesentlichen gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortsfrequenzfilter drei Savartsche Platten (S11, S12, S13) enthält, von denen eine erste (S11) eine gegenüber der ersten Achse (Hy) im wesentlichen um 45° geneigte Polarisationsrichtung aufweist, eine zweite (S13) eine gegenüber der Polarisationsrichtung der ersten Savartschen Platte (S11) um im wesentlichen 90° geneigte Polarisationsrichtung aufweist und die dritte Savartsche Platte (S12), deren Polarisationsrichtung parallel zu einer der beiden Achsen (Hy, Hx) ist, direkt sandwichartig zwischen der ersten und der zweiten Savartschen Platte (S11, S13) angeordnet ist und das Ortsfrequenzfilter einen dritten Satz paralleler Nullstellenlinien (5a, 5b) aufweist, die in bezug auf die erste Achse (Hy) symmetrisch und zu dieser parallel sind.

2. Ortsfrequenzfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vierte Savartsche Platte (S40), deren Polarisationsrichtung zur anderen der beiden Achsen (Hy, Hx) parallel ist, wobei das Ortsfrequenzfilter einen weiteren Satz paralleler Nullstellenlinien (6a, 6b) aufweist, die in bezug auf die zweite Achse (Hx) symmetrisch und zu dieser parallel sind.

3. Ortsfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem Festkörperbildfühler mit einer gegebenen Spektralempfindlichkeit für Farbaufnahmen.

4. Ortsfrequenzfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildfühler horizontale Pixel mit einem Rasterabstand Px aufweist, die parallel zur zweiten Achse (Hx) angeordnet sind, wobei der Absolutwert der Koordinate des ersten bis vierten vorgegebenen Punkts (P1-P4) in Richtung der zweiten Achse (Hx) 1/2Px ist.

5. Ortsfrequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildfühler in bezug auf die gegebene Spektralempfindlichkeit einen horizontalen Wiederholungsabstand von 2 Px aufweist.