DE3734957C2

DE3734957C2 -

Info

Publication number: DE3734957C2
Application number: DE3734957A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Musashino Tokio/Tokyo Jp Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DE3744910C2; US4926247A; DE3734957A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2 beschriebenen, aus der US 45 84 606 bekannten, Art.

Bekanntlich beträgt der Dynamikbereich einer Bildaufnahmevorrichtung etwa 50 dB. Der Helligkeitsunterschied jedoch, das heißt der Dynamikbereich eines abzubildenden allgemeinen Gegenstandes, ist oft größer als dieser Wert und manchmal größer als 100 dB. Aus der vorstehend erwähnten US 45 84 606 ist eine Bildverarbeitungsvorrichtung bekannt, bei der der Dynamikbereich dadurch erhöht wird, daß der Lichtweg aufgeteilt, die dort geführten Lichtsignale in ihrer Leistung unterschiedlich gedämpft und die entsprechend umgesetzten elektrischen Signale einem Addierer zugeführt werden. Diese Bildverarbeitungsvorrichtung bezieht sich im Detail auf die Verarbeitung von Schwarzweißbildern. Zwar ist auch auf die Verarbeitung von Farbbildern allgemein hingewiesen, wie jedoch die weitere Verarbeitung der R-, G- und B-Signale erfolgen soll, ist nicht offenbart. Im Falle von Farbbildern ist es jedoch notwendig, abhängig von den für Farbbilder spezifischen Eigenschaften ein spezielles Verfahren durchzuführen. Hierfür gibt es jedoch noch keine konkreten Einrichtungen. Es ergeben sich demzufolge bei der Farbabwicklung die verschiedensten Schwierigkeiten, so daß sich gute Farbbilder nicht erzielen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildverarbeitungsvorrichtung anzugeben, bei der sich unter Verwendung einer einen engen Dynamikbereich aufweisenden Bildaufnahmevorrichtung ein Farbbild mit großem Dynamikbereich ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 18.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 und Fig. 3 Blockschaltbilder des gesamten Aufbaus des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Kennlinien einer Bildaufnahmevorrichtung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Kennlinien im Falle, daß die Ausgangssignale zweier Bildaufnahmevorrichtungen einfach addiert werden,

Fig. 6 ein Diagramm des inneren Aufbaus eines logarithmischen Verstärkers,

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des logarithmischen Verstärkers nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Delogarithmierungsschaltung,

Fig. 9 ein Schaltbild des inneren Aufbaus eines Delogarithmierverstärkers,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Bildverarbeitungsvorrichtung,

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Standardabweichungserzeugungsschaltung mit einem Aufbau, der sich von demjenigen in Fig. 10 unterscheidet,

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer γ-Korrekturschaltung des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 13 eine Darstellung zur Erläuterung des Schaltvorgangs eines Multiplexers, der eine weitere Gleitkomma-Rechenschaltung darstellt,

Fig. 14 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Einheit zum Einstellen einer Fensterbreite mit dem Maximalpegel eines Eingangssignals als Bezugswert,

Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung eines Hilfsfarbfilters bei dem dritten Ausführungsbeispiel einer Bildverarbeitungsvorrichtung,

Fig. 16 ein Schaltbild einer Farbsignalverarbeitungsschaltung des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 17 ein Schaltbild einer Farbsignalverarbeitungsschaltung eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 18 eine Darstellung zur Erläuterung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eines fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 19 eine Darstellung des logarithmischen Kompressionsvorgangs durch Variieren der Tiefe eines Potentialtopfes einer Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in Fig. 18 mit der Belichtungszeit,

Fig. 20 eine Kurve zur Erläuterung der Kennwerte für den Fall, daß die Tiefe des Potentialtopfes gemäß Fig. 19 für eine logarithmische Kompression eingestellt ist,

Fig. 21 ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung des Eingangs- und Ausgangssignals der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung im Falle, daß diese für eine logarithmische Kompression eingestellt sind,

Fig. 22 Signalformen eines Steuersignals, das an eine Übersteuerungsgateelektrode angelegt ist,

Fig. 23 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Schaltung zur Erzeugung des an die Übersteuerungsgateelektrode angelegten Steuersignals,

Fig. 24 eine Darstellung zur Erläuterung des an die Übersteuerungsgateelektrode angelegten Steuersignals,

Fig. 25 den Aufbau einer Farbvideoverarbeitungs- Einheit des fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 26 den Aufbau einer Farbvideoverarbeitungs- Einheit gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 27 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 28 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Erzeugung eines Steuersignals für ein akkumuliertes Potential gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 29 eine Darstellung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel,

Fig. 30 eine Darstellung zur Erläuterung des internen logarithmischen Kompressionsvorgangs bei der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Fig. 29,

Fig. 31 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer digitalen Steuersignalerzeugungsschaltung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel,

Fig. 32 ein Signalformdiagramm des Steuersignals, wie es durch die Steuersignalerzeugungsschaltung der Fig. 31 erzeugt wird,

Fig. 33 eine Darstellung zur Erläuterung der logarithmischen Kompression innerhalb der Vorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel,

Fig. 34 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung des neunten Ausführungsbeispiels,

Fig. 35 eine Darstellung des Aufbaus und der äquivalenten Schaltung eines Bildelements gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 36 eine Darstellung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit logarithmischer Kompression in der Vorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 37 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung des zehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 38 ein Signalformdiagramm von Steuersignal- Impulsen, die in einem analogen Schieberegister angelegt werden,

Fig. 39 eine Darstellung eines BBD, das das analoge Schieberegister bei dem zehnten Ausführungsbeispiel bildet,

Fig. 40 eine Darstellung der Struktur und der äquivalenten Schaltung eines Bildelementes einer CMD-Vorrichtung bei dem elften Ausführungsbeispiel,

Fig. 41 ein äquivalentes Schaltbild eines Bildelementes einer AMI-Einrichtung in dem zwölften Ausführungsbeispiel,

Fig. 42 ein Schaltbild einer Vorrichtung mit interner logarithmischer Abbildung unter Verwendung einer AMI-Einrichtung,

Fig. 43 ein Schaltbild einer Videoverarbeitungs- Einheit, die eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit logarithmischer Kompression innerhalb der Vorrichtung verwendet,

Fig. 44 ein Schaltbild einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit Teilbildern mit verschachtelten Zeilen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 45 eine Darstellung der geschnittenen Struktur und der Potentialverteilung eines Bildelementteils des dreizehnten Ausführungsbeispiels,

Fig. 46 ein Signalformdiagramm eines Steuersignals, das an ein Übertragungstor angelegt wird,

Fig. 47 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des dritten Ausführungsbeispiels

Fig. 48 ein Kennliniendiagramm mit der Ausgangskennlinie für eine Einfall- Lichtstärke bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 49 ein Signalformdiagramm für den Fall, daß ein Steuersignal angelegt wird, das in eine Vielzahl von Zeitperioden aufgeteilt ist, um die Ladungssättigungsmenge zu erhöhen,

Fig. 50 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise bei Verwendung des Steuersignals nach Fig. 49,

Fig. 51 eine Darstellung einer Ausgangskennlinie für eine Eingangslichtstärke im Falle, daß die Ladungssättigungsmenge groß gemacht wird,

Fig. 52 den Aufbau einer Videoverarbeitungseinheit, die geeignet ist, ein Abbildungssignal entweder logarithmisch oder mit Indexkennlinie zu verarbeiten,

Fig. 53 eine Darstellung der geschnittenen Struktur und der Potentialverteilung in der Nähe einer MOS-Fotodiode gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 54 ein Signalformdiagramm eines Steuersignals, das an eine MOS-Fotodiode angelegt wird,

Fig. 55 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise,

Fig. 56 eine Darstellung des Aufbaus einer elektronischen Endoskopeinrichtung mit Teilbildfolge gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel,

Fig. 57 eine Darstellung zur Erläuterung eines RGB- Rotationsfilters für eine Zeitfolge-Beleuchtung,

Fig. 58 ein Zeitdiagramm für einen Teilbildspeicher und eine Halteschaltung zur Zeit der Beleuchtungsbetriebsart,

Fig. 59 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung angewandt auf eine elektronische Kamera,

Fig. 60 den Aufbau eines 16. Ausführungsbeispiels mit einer Einrichtung mit logarithmischer Abbildungs- Verarbeitungsfunktion auf der Seite der Bildaufnahmevorrichtung,

Fig. 61 den Aufbau eines siebenten Ausführungsbeispiels mit logarithmischer Bildverarbeitungsfunktion auf der Seite der Wiedergabevorrichtung,

Fig. 62 den Aufbau eines 18. Ausführungsbeispiels,

Fig. 63 den Aufbau eines 19. Ausführungsbeispiels, bei dem die logarithmische Kompression nur in einer Bildaufnahmevorrichtung durchgeführt wird,

Fig. 64 den Aufbau eines 20. Ausführungsbeispiels mit einem IC-Speicher als Aufzeichnungsmedium und

Fig. 65 den Aufbau eines elektronischen Endoskops gemäß dem 21. Ausführungsbeispiel.

Die Arbeitsweise der Bildverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beispielsweise erläutert.

Ein Farbraum dargestellt durch die drei Primärfarbenvektoren R, G und B kann durch eine Matrixumwandlung durch ein Helligkeits- bzw. Leuchtdichtesignal Y und eine Farbtonebene M (dargestellt durch die sich rechtwinkelig schneidenden Koordinaten von R-Y und B-Y) dargestellt werden, wobei die Farbtonebene vertikal zu Y steht. In Fig. 1 bedeutet R die Färbung oder den Farbton, γ eine Farbart bzw. den Farbgrad und CB stellt einen Farbvektor dar. Um nun den Dynamikbereich eines Farbbildes zu dehnen, braucht nur das Leuchtdichtesignal Y komprimiert zu werden; da jedoch der sichtbare Farbgrad γ durch die Leuchtdichte Y normiert wird (auch wenn der Absolutwert des Farbgrades der gleiche ist, wenn die Leuchtdichte doppelt so hoch wird, wird der Farbgrad zu ½), muß der Farbgrad mit dem Kompressionsverhältnis der Leuchtdichte Y multipliziert werden. Dies bedeutet, daß für eine logarithmische Komprimierung der Leuchtdichte Y die Werte R-Y und B-Y mit log Y/Y (= 1/Y·log Y) multipliziert werden müssen. Somit wird mit den Vorrichtungen aller Ausführungsbeispiele der Dynamikbereich ohne Beeinträchtigung des sichtbaren Farbgrades und des Farbtones gedehnt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Blockschaltbilder des Gesamtaufbaus der Bildverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 2 tritt ein durch eine Bildformungslinse 1 und einen Strahlenteiler 2 in Form eines Halbspiegels gelaufenes Lichtbild in Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b ein, die von einer Treiberschaltung 4 erregt werden und das Lichtbild in ein elektrisches Signal umwandeln. Es sei bemerkt, daß auf den Lichtempfangsflächen der entsprechenden Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b mosaikartige Farbtrennfilter 5a und 5b beispielsweise der Farben R (Rot), G (Grün) und B (Blau) derart angebracht sind, daß entsprechende Bildelemente zu R-, G- und B-Bildelementen werden. Das Signal wird zu RGB-Farbsignaltrennschaltungen 6a und 6b übertragen und in zwei Gruppen von RGB-Signalen aufgetrennt. Wenn nun der Dynamikbereich der Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b mit 50 dB gewählt ist und das Verhältnis (durchgelassene Lichtmenge)/(reflektierte Lichtmenge) des Strahlenteilers 2 auf 50 dB eingestellt ist, dann ergeben sich Abbildungskennlinien der Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b gemäß Fig. 4. Die Eingangskoordinaten in Fig. 4 haben einen logarithmischen Maßstab. Fig. 4 zeigt die Abbildungs- oder Bildaufnahmekennlinie der Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b. Werden die Ausgangssignale dieser beiden Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b lediglich addiert, dann ergibt sich eine logarithmische Abbildungskennlinie von 100 dB dargestellt durch eine geknickte Linienannäherung (oder eine gekrümmte Linienannäherung) im logarithmischen Maßstab, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die gestrichelte Linie in Fig. 5 zeigt eine ideale logarithmische Kennlinie. Zur optimalen Anpassung dieser gekrümmten Linienannäherung an die Idealkennlinie werden logarithmische Verstärker 7 bis 12 gemäß Fig. 2 verwendet.

Fig. 6 zeigt den inneren Aufbau der logarithmischen Verstärker 7 bis 12, wobei beispielsweise der Bereich (50 dB) der gekrümmten Linie in Fig. 5 in vier Stufen von gekrümmten Linien der logarithmischen Kennlinien angenähert wird. Fig. 6 zeigt Verstärker 13 bis 15 mit einer entsprechenden Verstärkung von 12,5 dB. Fensterschaltungen 16 bis 19 dienen als Begrenzer mit einer entsprechenden Amplitude von 12,5 dB, während ein Addierer mit 20 bezeichnet ist.

Fig. 7 erläutert die Arbeitsweise der logarithmischen Verstärker nach Fig. 6. Die Fensterschaltungen 16, 17, 18 und 19 geben entsprechende Ausgangssignale 21, 22, 23 und 24 ab, die im Addierer 20 der Fig. 6 addiert werden, so daß eine Annäherung an die logarithmische Kennlinie 25 mit einem Dynamikbereich von 100 dB erreicht wird.

Es sei bemerkt, daß beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zwar vier Stufen verwendet werden, daß diese Anzahl von Stufen für eine bessere Annäherung noch erhöht werden kann. Andererseits ist es auch möglich, durch Verwendung der logarithmischen Kennlinien von Halbleitervorrichtungen, die in den Fensterschaltungen 16 bis 19 verwendet werden, mit weniger Stufen auszukommen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die RGB- Ausgangssignale der zwei vorgenannten Gruppen ideale logarithmische Eigenschaften erhalten, wenn sie durch die logarithmischen Verstärker 7 bis 12 geschickt werden. Nach Addition in Addierern 26, 27 und 28 (Fig. 2) für die entsprechenden R-, G- und B-Signale ergeben sich Signale log R, log G und log B mit einem sehr genauen Dynamikbereich von 100 dB.

Für Farbbilder ist es nun erforderlich, daß die Signale log R, log G und log B in die Form log Y, log Y·(R-Y)/Y, und log Y·(B-Y)/Y umgewandelt werden. Hierfür werden die folgenden Einrichtungen verwendet.

Im Prinzip werden die Signale rückgewandelt durch delogarithmische Verstärker und die entsprechenden Farbsignale R, G und B werden extrahiert, mittels einer linearen Matrixschaltung umgewandelt in Y, R-Y und B-Y und dann wieder umgewandelt in log Y, log Y·(R-Y)/Y und log Y·(B-Y)/Y. Bezüglich des Dynamikbereichs der elektrischen Schaltung selbst ist bezüglich des Nutz- /Störsignal-Verhältnisses zu beachten, daß es unmöglich ist, mittels delogarithmischen Verstärkern die Signale in R-, G- und B- Signale mit einem Dynamikbereich von 100 dB umzuwandeln und sie dann zu verarbeiten. Allerdings ist es nicht erforderlich, daß das Verhältnis von R, G und B in der visuellen Charakteristik über 40 dB liegt. Dies bedeutet, daß selbst bei einem Wert oberhalb 40 dB die Differenz in der Helligkeit bzw. Leuchtdichte, im Färbungsgrad und dem Farbton vom Auge nicht wahrgenommen wird. Unter Verwendung dieser visuellen Eigenschaft läßt sich eine delogarithmische Umwandlungsschaltung für die Signale log R, log G und log B mittels eines Gleitpunktsystems realisieren. Die konkreten Vorrichtungen hierfür werden nachstehend erläutert.

Zuerst werden die Signale log R, log G und log B mittels Verstärkern 29, 30 und 31 gemäß Fig. 3 auf die doppelte Größe verstärkt, wie dies bei 32 in Fig. 8 angedeutet ist. Dann erfolgt mittels Subtrahierern 33, 34 und 35 eine dynamische Subtraktion, so daß der aktuelle Mittelwert dieser Ausgangssignale immer die Hälfte des Begrenzerwertes W der Fensterschaltungen 36, 37 und 38 in Fig. 3 hat, das heißt, daß W/2 einen Verlauf hat, wie er bei 39 in Fig. 8 angegeben ist. O bis W stellen die Fensterbreiten von 50 dB dar. Das Ergebnis log M der vorgenannten Subtraktion ergibt sich als

log M = [(log R + log G + log B)/3] - W/2.

Der vorgenannte Wert log M ergibt sich in einer Mittelwertbildungsschaltung 40 gemäß Fig. 3. Der Begrenzerwert W der Fensterschaltungen 36, 37 und 38 entspricht dem dynamischen Bereich von 50 dB des Ausgangssignals der Verstärker 29, 30 und 31. Dies bedeutet, daß Signale im Bereich von ± 25 dB mit dem Mittelwert der Signale log R, log G und log B als Mitte ausgegeben werden. Die Fensterbreite wird deshalb mit 50 dB bemessen, weil bei 50 dB ein Abstand von 10 dB über den vorgenannten 40 dB vorhanden ist. Mit einem Dynamikbereich von 50 dB kann ein delogarithmischer Verstärker (Indexverstärker) mit einem günstigen Nutz-/Störsignal-Verhältnis aufgebaut werden und die nachfolgende Matrixumwandlung wird sehr einfach.

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus der delogarithmischen Verstärker 41, 42 und 43. Fig. 9 zeigt Subtrahierer 61 bis 63, Verstärker 64 bis 67 mit negativer Verstärkung, und Abschneideschaltungen 68 bis 71 zum Abschneiden von Werten unterhalb 0 und einen Addierer 72.

Die entsprechenden Ausgangssignale der Fensterschaltungen 36, 37 und 38 gemäß Fig. 3 werden den delogarithmischen Verstärkern 41, 42 und 43 mit einem Dynamikbereich von 50 dB zugeführt, in lineare Werte umgewandelt und in eine Umwandlungsmatrix 44 eingegeben. Die Ausgangssignale der Umwandlungsmatrix 44 ergeben sich als:

Y = 0,3 [log-¹ (log R - log M) + 0,59 [log-¹ (log G - log M)] + 0,11 [log-¹ (log B - log M)]
= 1/M (0,3 R + 0,59 G + 0,11 B).
R-Y = 0,7 [log-¹ (log R - log M)] - 0.59 [log-¹ (log G - log M)] - 0,11 [log-¹ (log B - log M)]
= 1/M (0,7 R - 0,59 G + 0,11 B).
B-Y = - 0,3 [log-¹ (log R - log M)] - 0,59 [log-¹ (log G - log M)] + 0,89 [log-¹ (log B - log M)]
= 1/M (- 0,3 R - 0,59 G + 0,89 B).

log-¹ ist ein Bereich von 50 dB. Dies bedeutet,

wobei M gleich (R·G·B)^¹/₃ ist, wie zuvor beschrieben.

Die Ausgangssignale dieser Umwandlungsmatrix 44 werden wiederum logarithmischen Verstärkern 45, 46 und 47 mit 50 db zugeführt, logarithmisch komprimiert und mittels Addierern 48, 49 und 50 wird der vorgenannte Mittelwert log M gebildet. Das Ergebnis sind die Signale log Y, log (R-Y) und log (B-Y) mit einem Dynamikbereich von 100 dB. Hiernach erfolgt für log Y mittels eines Addierers 51 eine Verstärkungsjustierung und eine automatische Verstärkungsregelung sowie eine Justierung des Dynamikbereichs mittels eines Multiplizierers 52 unter Zuordnung eines Koeffizienten S. Die hierfür verwendeten technischen Vorrichtungen sind in der eingangs genannten US 45 84 606 offenbart.

Andererseits wird von log (R-Y) und log (B-Y) mittels Subtrahierern 53 und 54 log Y als Ausgangssignal des logarithmischen Verstärkers 45 subtrahiert, dann umgewandelt in die Form log [(R-Y)/Y] und log [(B-Y)/Y], worauf in den delogarithmischen Verstärkern 55 und 56 eine Umwandlung stattfindet in (R-Y)/Y und (B-Y)/Y. Nun erfolgt mittels Multiplizierern 57 und 58 eine Multiplikation mit log Y als Ausgangssignal eines Multiplizierers 52 und eine Umwandlung in die Form

log Y/Y · (R-Y) und
log Y/Y · (B-Y),

und eine Umwandlung in Signale R′, G′ und B′ durch eine Umkehrmatrix 59 und schließlich eine Umwandlung in NTSC- Signale für eine Verarbeitung als normale Farbfernsehsignale.

Obwohl bei dem vorgenannten ersten Ausführungsbeispiel eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem engen Dynamikbereich verwendet wird, kann der Dynamikbereich des Farbbildes erheblich verbessert werden, so daß ein wesentlich günstigeres Farbbild erzeugt wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bildverarbeitungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. Hierbei sollen die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Schaltungen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden.

Die Ausgangssignale der Verstärker 29, 30 und 31 gemäß Fig. 3 des ersten Ausführungsbeispiels werden entsprechend an γ-Korrekturschaltungen 72, 73 und 74 in Fig. 10 für eine γ-Korrektur angelegt. Da die Ausgangssignale der Verstärker 29, 30 und 31 logarithmisch komprimiert werden zu log R, log G und log B, werden diese Signale für eine γ-Korrektur mit γ multipliziert, so daß sich die folgenden Formeln ergeben:

log R = γ · log R,
log G = γ · log G und
log B = γ · log B.

Da nun gewöhnlich γ < 1 ist, kann die γ-Korrekturschaltung in einfacher Weise durch Subtrahierer gebildet werden unter Widerstandsteilung, bei der Widerstände R 1 und R 2 verwendet werden, wie dies bei 72, 73 und 74 in Fig. 10 gezeigt ist. Damit jedoch der maximale Amplitudenwert (Sättigungswert) nach der γ-Korrektur mit demjenigen vor der Korrektur übereinstimmt (vgl. Fig. 12), wird die Bezugsspannung V_R der Dämpfung derart eingestellt, daß sie gleich dem maximalen Amplitudenwert (Sättigungswert) vor der γ-Korrektur ist. Die γ-korrigierten Signale log R^γ, log G ^γ und log B^γ werden in die Mittelwertbildungsschaltung 40 über drei Eingänge eingegeben sowie an die Subtrahierer 33, 34 und 35 und die Addierer 75, 76 und 77 angelegt. Die Funktion der Mittelwertbildungsschaltung 40, der Subtrahierer 33, 34 und 35, der Fensterschaltungen 36, 37 und 38 und der delogarithmischen Verstärker 41, 42 und 43, sowie der Umwandlungsmatrix 78, des logarithmischen Verstärkers 45 und des Addierers 48 ist die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die Umwandlungsmatrix 78 gibt nur das Y-Signal ab. Bei dem Signal log Y (mit einem Dynamikbereich von 100 dB), das ein Ausgangssignal des Addierers 48 ist, wird mittels des Addierers 79 die Verstärkung bzw. die automatische Verstärkungsregelung justiert und der Dynamikbereich oder der automatische Dynamikbereich wird mittels eines Multiplizierers 80 justiert. Wird die an den Addierer angelegte bezüglich der Verstärkung justierte Spannung dargestellt durch log b und die an den Multiplizierer angelegte bezüglich des Dynamikbereichs justierte Spannung mit a bezeichnet, dann ist das Ausgangssignal des Multiplizierers 80 gleich a log (b Y). Umschalter 81 und 82 dienen zur Auswahl entweder der automatischen Regelung oder manuellen Steuerung der Verstärkungsjustierung und der Justierung des Dynamikbereichs.

Das Prinzip der automatischen Verstärkungsjustierung und der automatischen Dynamikbereichsjustierung soll nachstehend erläutert werden. Die automatische Verstärkungsjustierung erfolgt durch Regeln der Rückkopplung, so daß der Mittelwert einer Bildebene der Mittelwert (der das quadratische Mittel sein kann) eines Teiles der Bildebene oder der Mittelwert eines gewichteten Teiles der Bildebene eines Leuchtdichtesignals konstant ist. Die automatische Dynamikbereichjustierung wird unter Regeln der Rückkopplung derart durchgeführt, daß die Standardabweichung einer Bildebene, die Standardabweichung eines Teiles der Bildebene oder die Standardabweichung eines gewichteten Teiles der Bildebene eines Leuchtdichtesignals konstant ist. Ein Tiefpaßfilter 83 (Fig. 10) dient zum Bestimmen des vorgenannten Mittelwertes des Leuchtdichtesignals. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 83 wird verstärkt (differentiell verstärkt) und zwar verglichen mit einer Verstärkungsbezugsspannung 86 (die mittels eines veränderbaren Widerstandes VR 1 eingestellt werden kann) und zwar durch einen Vergleichsverstärker 84, und dann an den Addierer 79 über den Umschalter 81 angelegt. Hierdurch ergibt sich eine Rückkopplungsschleife und der Mittelwert (Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 83) des Leuchtdichtesignals wird automatisch derart geregelt, daß er gleich der Verstärkungsbezugsspannung 86 ist. Das in seiner Verstärkung automatisch geregelte Helligkeitssignal wird an den Multiplizierer 80 angelegt und dessen Ausgangssignal wird einer Standardabweichungsermittlungsschaltung 100 zugeführt, die die Standardabweichung bestimmt. Zuerst wird der Mittelwert (Ausgangswert des Tiefpaßfilters 83) des Leuchtdichtesignals mittels eines Subtrahierers 100-1 subtrahiert, worauf eine Detektion mittels eines Rechteckwellendetektors 100-2 erfolgt. Der Mittelwert wird über ein Tiefpaßfilter 100-3 bestimmt und an eine Quadratwurzelschaltung 100-4 angelegt, die die Standardabweichung des Leuchtdichtesignals bestimmt. Dieser Wert wird einem Vergleichsverstärker 85 zugeführt, dort (differentiell) verstärkt unter Vergleichen mit einer Dynamikbereichbezugsspannung 87, die mittels eines veränderbaren Widerstandes VR 2 einstellbar ist, dann dem Multiplizierer 80 über dem Umschalter 82 zugeführt und mit dem Leuchtdichtesignal multipliziert. Hierdurch wird eine Rückkopplungsschleife gebildet und die Standardabweichung des Leuchtdichtesignals wird automatisch derart geregelt, daß sie gleich der Dynamikbereichbezugsspannung 87 ist. Es sei bemerkt, daß die Standardabweichungsermittlungsschaltung 100 gemäß Fig. 10 zu einer Standardabweichungserzeugungsschaltung 100′ gemäß Fig. 11 vereinfacht werden kann. Dies bedeutet, daß der Mittelwert mittels der Subtraktionsschaltung 100-1 subtrahiert, dann der Absolutwert mittels einer Signalformdetektorschaltung 100-5 detektiert und der Mittelwert der Varianz des Leuchtdichtesignals bestimmt wird. Das Leuchtdichtesignal, das so in seiner Verstärkung und seinem Dynamikbereich geregelt wird, wird dann einem logarithmischen Verstärker 92 zugeführt.

Es sei bemerkt, daß gemäß Fig. 10 bei auf den Kontakt Sa umgeschaltetem Umschalter 81 bzw. 82 eine Verstärkungseinstellspannung oder eine Dynamikbereicheinstellspannung, wie sie mittels eines veränderbaren Widerstandes VR 3 bzw. VR 4 eingestellt wird, zur Anwendung kommt, so daß die Verstärkung bzw. der Dynamikbereich manuell eingestellt werden kann. Es sei ferner bemerkt, daß die Verstärkung oder der Dynamikbereich derart ausgewählt werden kann, daß eine manuelle oder eine automatische Steuerung bzw. Regelung oder umgekehrt stattfindet.

Nun wird bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Multiplizieren der Farbsignale R-Y und B-Y mit dem Kompressionsfaktor log Y/Y des Leuchtdichtesignals Y nur das Leuchtdichtesignal Y ohne Beeinträchtigung des Farbtones und Farbgrades komprimiert. Auch wenn die R-, G- und B-Werte mit dem Kompressionsfaktor log Y/Y des Leuchtdichtesignals Y multipliziert werden, so daß sich entsprechend log Y/Y · R, log Y/Y·G und log Y/Y · B ergibt, sind die Ergebnisse die gleichen. Dies ergibt sich auch aus der Tatsache, daß beim Hindurchleiten von log Y, log Y/Y · (R-Y) und log Y/Y · (B-Y) durch eine Umkehrmatrix sich die Werte log Y/Y · R, log Y/Y · G und log Y/Y · B ergeben. Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Ausgangssignal des Multiplizierers 80, das heißt der Wert a log (b Y) einmal mittels eines logarithmischen Verstärkers 92 mit 100 dB komprimiert, so daß sich ergibt log (a log b Y). Durch Subtrahieren des Ausgangssignals log Y des Addierers 48 von diesem Signal ergibt sich dann log (a log b Y/Y). Wird das Ausgangssignal des Subtrahierers 88 zu log R, log G und log B entsprechend mittels der Addierer 75, 76 und 77 addiert, dann erhält man log (a log b Y/Y · R), log (a log b Y/Y · G), und log (a log b Y/Y · B). Unter Verwendung der delogarithmischen Verstärker 89, 90, 91 von 100 dB erhält man entsprechend a log b Y/Y · R, a log b Y/Y · G und a log b Y/Y · B. Als Ergebnis wird somit das Leuchtdichtesignal komprimiert, ohne daß der Farbton und der Farbgrad beeinträchtigt wird. In diesem Zusammenhang sei die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels mit derjenigen des ersten verglichen. Da beim ersten Ausführungsbeispiel die Farbsignale R-Y und B-Y positive und negative Amplituden haben, müssen die logarithmischen Verstärker 46 und 47, die Addierer 49 und 50, die Subtrahierer 53 und 54 und die delogarithmischen Verstärker 55 und 56 die Signale unter Berücksichtigung der positiven und der negativen Signale berechnen, so daß die Schaltung etwas komplizierter wird. Dies gilt insbesondere für die Delogarithmierung, da nur positive Werte logarithmiert werden können; da beim zweiten Ausführungsbeispiel die Verarbeitung nur mit positiven Werten der Signale R, G und B erfolgt, kann die Schaltung vereinfacht werden.

Ein anderes System mit Gleitpunktdarstellung, wie sie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Verwendung gefunden hat, wird nun nachstehend anhand der Fig. 13 und 14 erläutert. Bei dem zuvor beschriebenen System mit Gleitpunktdarstellung werden zur delogarithmischen Umwandlung beispielsweise gemäß Fig. 10 die Eingangssignale log R^γ, log G^γ und log B^γ (in Fig. 3 log R, log G und log B) verwendet und der Mittelwert dieser Signale wird in die Mitte der Fensterbreite gelegt. Andererseits wird bei diesem anderen Gleitpunktvorgang das größte Signal der Eingangssignale log R^γ, log G^γ, log B^γ (die log R, log G und log B sein können) festgestellt und an die Obergrenze des Fensters gelegt, so daß die Fensterbreite der Bereiche bis zum Pegel -50 dB unter dieser Obergrenze ist. Auch wenn das Signal kleiner als die Fensterbreite ist, das heißt das Signal unter -50 dB von dem größten Signalpegel ist, so wird dieses mit der gleichen Amplitude wie zuvor beschrieben verarbeitet und es ergibt sich überhaupt keine Beeinträchtigung des menschlichen Sichtempfindens für das Farbbild und es erfolgt ein einmaliges Abschneiden. Bei der tatsächlichen Schaltung nach Fig. 14 werden die Signale log R^γ log G^γ und log B^γ entsprechend an Vergleicher 93, 94 und 95 angelegt, die entsprechend log R^γ mit log G^γ, log G^γ mit log B^γ und log B^γ mit log R^γ vergleichen. Die entsprechenden Vergleichsausgangssignale werden an einen Festwert-Speicher ROM 96 (Aufruftabelle) zur Prüfung auf den Maximalwert angelegt. Das Prüfsignal vom Festwert-Speicher 96 wird an einen Hochgeschwindigkeitsmultiplexer 97 angelegt und dient als Schaltsignal zur Schaltung des Dynamikbereichs. Bei dieser Folge von Vorgängen gemäß Fig. 13 wird immer das größte Signal von den Signalen log R^γ, log G^q und log B^γ ausgewählt. Es sei erwähnt, daß das Tiefpaßfilter 98 Schaltprellsignale aufnimmt. Bei einer Bandbreite -50 dB von dem Maximalwert, wird zu dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 98 eine Spannung W entsprechend der Fensterbreite von 50 dB in einer Addierschaltung 90 addiert und deren Ausgangssignal wird an die Subtrahierschaltungen 33, 34 und 35 angelegt, dort subtrahiert und der Addierschaltung 48 entsprechend 48, 49 und 50 in Fig. 3 zugeführt und einer Matrixoperation eines Gleitpunktsystems unterworfen.

Das vorgenannte Ausführungsbeispiel kann in seiner vorliegenden Form auch in einer Digitalschaltung realisiert werden. Die fließende Matrixverarbeitung für den Analogwert gemäß Fig. 3 und 10 kann realisiert werden durch eine nichtlineare Matrixoperation mittels eines Aufruftabellensystems unter Verwendung des Festwert-Speichers oder dergleichen nach A/D- Umwandlung oder kann realisiert werden mittels eines Digitalsignalprozessors (in hochintegrierter Bauweise) eines Gleitpunkt-Verarbeitungssystems. Dies wird sich insbesondere in Zukunft als praktisch erweisen, wenn die Digitaltechnik weiter fortschreitet.

Ein Beispiel, bei dem eine weitere Funktion zur Bildverarbeitungsvorrichtung hinzugefügt wird, sei nachstehend erläutert. Da das Ausgangssignal des Addierers 48 unter logarithmischer Kompression des Leuchtdichtesignals gebildet wird, können die multiplizierten Störsignale der Beleuchtungsschwankung oder dergleichen entfernt und es kann die Kontur einer Struktur wirksam verbessert werden, wenn ein zweidimensionales Durchschalte- oder Umgehungsfilter hinter dem Addierer 48 eingeschaltet wird. Das Verfahren im einzelnen ist in der vorgenannten US 45 84 606 erläutert und soll deshalb hier nicht weiter beschrieben werden.

Bei den vorstehend erläuterten entsprechenden Ausführungsbeispielen werden die Primärfarbensignale R, G und B von der Bildaufnahmevorrichtung erhalten. Es kann jedoch auch ein Farbfilter etwa einer Hilfsfarbe, nämlich Gelb (Ye), Cyanblau (Cy) oder Magentarot (Mg) für die Bildverarbeitungsvorrichtung verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Bildverarbeitungsvorrichtung wird nachstehend beschrieben.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel eines Hilfsfarbenfilters, bei dem vier Farben Mg, G, Cy und Ye verwendet werden. Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild einer Bildverarbeitungsvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels. Signale log Mg, log G, log Cy und log Ye, die logarithmische Kennlinien haben und sich von einer Bildaufnahmevorrichtung ergeben, bei der ein derartiges Hilfsfarbenfilter gemäß Fig. 15 auf die Lichtempfangsfläche aufgepaßt ist, werden entsprechend an Subtrahierer 102 bis 105 angelegt. Der Wert log M ergibt sich dann als

log M = [(log Mg + log G + log Cy + log Ye)/4] - W/2.

Dieser Wert wird durch eine Mittelwertbildungsschaltung 101 erzeugt. Der aktuelle Mittelwert, der von den Subtrahierern 102 bis 105 abgegebenen Signale ist jeweils halb so groß wie der Begrenzungswert W von Fensterschaltungen 106 bis 109 und kann mittels delogarithmischen Verstärkern 110 bis 113 in Form linearer Signale wiedergegeben werden. Es sei bemerkt, daß die Fensterbreite auch von einem Maximalpegel bis auf 50 dB darunter unter Verwendung des Systems nach Fig. 14 verwendet werden kann. Die linearen Signale Mg, G, Cy und Ye am Ausgang der delogarithmischen Verstärker 110 bis 113 werden umgewandelt in ein Leuchtdichtesignal Y und Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y und zwar mittels einer Umwandlungsmatrix 114. Es ist selbstverständlich, daß der Koeffizient der Matrix in der Umwandlungsmatrix 114 abhängig von der Charakteristik des Hilfsfarbenfilters eingestellt wird. Wenn bei Verwendung eines Hilfsfarbenfilters nach Fig. 15 der Filterdurchlaßgrad geeignet eingestellt wird, dann ergeben sich das Leuchtdichtesignal und die Farbdifferenzsignale wie folgt:

Y= Mg+Cy+G+Ye
R-Y= (G+Cy)-(Mg+Ye)
B-Y= (Mg+Cy)-(G+Ye).

Dies bedeutet, daß der Koeffizient der Matrix 1 ist und die Umwandlungsmatrix einen einfachen Aufbau als Addierer oder Subtrahierer hat. Somit werden diese Signale mittels logarithmischer Verstärker 115 bis 117 logarithmisch komprimiert und mittels Addierer 118 bis 120 wird der Wert log M addiert, so daß sich log Y, log (R-Y) und log (B-Y) ergibt. Das Signal Y wird bezüglich der Verstärkung des Dynamikbereichs in der gleichen Weise wie im Falle der Vorrichtung nach Fig. 10 mittels eines Addierers 121 und eines Multiplizierers 122 geregelt. Andererseits wird mittels Subtrahierer 123 und 124 von den Signalen R-Y und B-Y das Signal Y subtrahiert, dann wird log (log Y) am Ausgang eines logarithmischen Verstärkers 125 mittels Addierer 126 und 127 addiert. Es erfolgt eine Umwandlung in lineare Signale mittels delogarithmischer Verstärker 128 und 129, so daß sich visuell korrigierte Signale (R-Y)′ = (R-Y) log Y/Y und (B-Y)′ = (B-Y) log Y/Y ergeben. Bei Verwendung von Hilfsfarbensignalen wird die übliche γ-Korrektur nicht durchgeführt. Wenn jedoch das logarithmisch komprimierte Leuchtdichtesignal potentiell durch Widerstände R 3 und R 4 geteilt wird, dann durch ein Dämpfungsglied 130 läuft, an das eine Vorspannung angelegt wird, und dann eine γ-Korrektur durchgeführt wird, worauf der Pegel der Farbdifferenzsignale abhängig vom Leuchtdichtesignal eingestellt wird, dann ergibt sich der gleiche Effekt wie bei einer γ-Korrektur.

Es sei erwähnt, daß mittels einer γ-Korrektur- Funktionsumwandlungsschaltung die Farbdifferenz korrigiert werden kann. Das vorstehend genannte Leuchtdichtesignal Y′ und die Farbdifferenzsignale (R-Y)′ und (B-Y)′ werden in NTSC-Signale oder in Signale R′, G′ und B′ mittels einer Umkehrmatrix umgewandelt.

Fig. 17 zeigt eine Bildverarbeitungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Vorrichtung wird ein Farbsignal unter Verwendung eines Hilfsfarbenfilters verarbeitet. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 werden die Signale log Mg, log G, log Cy und log Ye in lineare Signale Mg, G, Cy und Ye mittels eines Gleitpunktsystems umgewandelt. Diese Signale werden mittels eines Addierers 132 addiert, so daß sich das Leuchtdichtesignal Y ergibt. Dieses Leuchtdichtesignal Y wird ferner durch einen logarithmischen Verstärker 115 logarithmisch komprimiert, und dann ein Koeffizient M mittels eines Addierers 118 addiert, damit sich ein Signal log Y ergibt. Dieses Signal log Y wird mittels eines Addierers 121 bzw. eines Multiplizierers 122 bezüglich der Verstärkung bzw. des Dynamikbereichs justiert, damit sich ein komprimiertes Leuchtdichtesignal Y′ ergibt.

Mittels eines Subtrahierers 133 wird das Signal log Y vom Signal Y′ subtrahiert, das durch den logarithmischen Verstärker 125 gelaufen ist, so daß sich log (Y′/Y) ergibt. Dieses Signal wird mittels Addierer 134 bis 137 zu log Mg, log G, log Cy bzw. log Ye addiert, was der Multiplikation der entsprechenden Hilfsfarbensignale mit Y′/Y entspricht. Im weiteren Verlauf ergeben sich an den Ausgängen der delogarithmischen Verstärker 138 bis 141 vier lineare Signale Mg·Y′/Y, G·Y′/Y, Cy·Y′/Y und Ye·Y′/Y. Diese Signale werden Addierern und Subtrahierern 142 und 143 mit vier Eingängen zugeführt, so daß sich visuell korrigierte Farbdifferenzsignale (R-Y)′ und (B-Y)′ ergeben.

Wie zuvor erläutert kann somit auch bei Verwendung von Hilfsfarbenfiltern die gleiche logarithmische Farbabbildung wie bei den Primärfarbensignalen R, G und B erreicht werden.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, etwa demjenigen nach Fig. 2, wurden zwei Bildaufnahmevorrichtungen 3a und 3b verwendet, um ein Signal mit einem weiten Dynamikbereich von beispielsweise 100 dB zu erhalten. Wird jedoch die Ausgangsseite, nämlich die fotoelektrische Umwandlungscharakteristik der Bildaufnahmevorrichtung logarithmisch ausgeführt, dann genügt eine Bildaufnahmevorrichtung, so daß eine Verringerung der Größe möglich ist.

Nachstehend wird das fünfte Ausführungsbeispiel einer Bildverarbeitungsvorrichtung erläutert, bei dem die Ausgangscharakteristik der Bildaufnahmevorrichtung logarithmisch gemacht wird.

Als ein Verfahren, mit dem die genannte Ausgangscharakteristik logarithmisch gemacht werden kann, sei beispielsweise die logarithmische Komprimierung innerhalb der Bildaufnahmevorrichtung genannt. Als konkretes Beispiel soll eine Realisierung erläutert werden, bei der eine ladungsgekoppelte Vorrichtung 145 mit Zwischenzeilenübertragung (IL-CCD) verwendet wird, die horizontale Überlaufdrainelektroden 144 (OFD) aufweist, was in Fig. 18 gezeigt ist.

Bei der vorgenannten IL-CCD-Vorrichtung 145 sind vertikale Schieberegister 147 abwechselnd mit Lichtempfangselementreihen in vertikaler Richtung angeordnet und ein Übertragungstorsignal Φ_TG wird an Übertragungstore 148 angelegt, die zwischen den Lichtempfangselementreihen 146 und dem Vertikalschieberegister 147 angeordnet sind, so daß die in benachbarten Lichtempfangselementreihen 146 akkumulierte Signalladung zu den entsprechenden vertikalen Schieberegistern 147 übertragen werden kann. Durch Anlegen eines vertikalen Übertragungstaktes Φ_V an die vertikalen Schieberegister 147 kann die Signalladung in vertikaler Richtung in ein horizontales Schieberegister 149 übertragen werden. Durch Anlegen eines horizontalen Schiebetaktes Φ_H für die Anzahl der Bildelemente in horizontaler Richtung an dieses horizontale Schieberegister 149 kann ein CCD-Ausgangssignal durch einen Ausgangsverstärker 150 ausgegeben werden. Es sei bemerkt, daß die Überlaufdrainelektroden 144, die benachbart zu den entsprechenden Lichtempfangselementreihen angeordnet sind, gewöhnlich mit einer positiven Spannung mit einem geeigneten Wert (im Falle von n-Kanälen) belegt sind und auf Grund der überlaufenden Lichtempfangselemente eine überschüssige elektrische Ladung akkumuliert haben. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die an diese Überlaufdrainelektrode 144 angelegte Spannung derart gesteuert, daß die Ausgangscharakteristik logarithmisch gemacht wird. Es sei bemerkt, daß die Drainelektroden über einen Widerstand R geerdet sind.

Das Verfahren zum logarithmischen Komprimieren innerhalb der Bildaufnahmevorrichtung besteht im Prinzip darin, die Tiefe des Potentialtopfes der entsprechenden Lichtempfangselemente der Vorrichtung 145 als Funktion V (t) zu variieren, die durch folgende Formel in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt wird:

(BT-t) dV (t)/dt + V (t) = A log {dV (t)/dt·BT + t} (1)

wobei die Zeit t geringer ist als die maximale Belichtungszeit T, das heißt, daß 0≦t≦T, A eine Konstante, die den Grad (Dynamikbereich) der logarithmischen Kompression darstellt, und B eine Konstante ist, die die Verstärkung darstellt.

Zur Erläuterung der vorgenannten Formel (1) soll die Funktion V (t) gemäß Fig. 19 betrachtet werden.

In Fig. 19 stellt die Abszisse die Zeit t dar, während die Ordinate die Tiefe des Potentialtopfes darstellt. Die Kurve V (t) charakterisiert die Veränderung der Tiefe des Potentialtopfes mit der Zeit.

Dies bedeutet, daß während einer Belichtungsperiode zu einem Zeitpunkt kurz nach Beginn der Belichtung die Tiefe des Potentialtopfes flach sein wird, so daß die Lichtsignalladung einer sehr niedrigen Helligkeit bzw. Leuchtdichte vollständig entladen wird, daß jedoch die Signalladung einer stärkeren Helligkeit mit der Tiefe des Potentialtopfes gesättigt wird und die elektrische Ladung, die überschüssig zu dieser Sättigung ist, in die OFD-Vorrichtung 144 entleert wird.

Die Kurve V (t) zeigt, daß sich die Tiefe des Potentialtopfes mit der Zeit vergrößert. In diesem Falle wird die elektrische Ladungsmenge für die Tiefe des Potentialtopfes zu jedem Zeitpunkt t eine jeweils größere Höhe besitzen und die Ansammlung der Lichtsignalladung entsprechend dem Gradienten dV (t)/dt der Tangente von V (t) zum Zeitpunkt t wird sich wiederholen und mit der Funktion V (t) anwachsen. Der Gradient dV (t)/dt der Tangente an die Funktion V (t) zum vorgenannten Zeitpunkt t wird mit der Zeit t größer. Je kleiner die Helligkeitskomponente desto größere elektrische Ladung wird akkumuliert und die wesentliche Belichtungszeit wird länger, wobei der Signalpegel in gleicher Weise ansteigt. Andererseits: Je höher die Helligkeitskomponente, um so kürzer ist die wesentliche Belichtungszeit und der Signalanstieg zum hohen Helligkeitspegel wird gleichermaßen geregelt.

Die Funktion V (t) kann wie folgt bestimmt werden, so daß die Geschwindigkeit der vorgenannten Regelung zu einer logarithmischen Kompression führt:

Die Tangente P (t₁) der Funktion V (t) zum Zeitpunkt t₁ wird dargestellt durch:

p (t₁) = dV/(t₁/dt·t - {dV (t_t)/dt·t₁ - V (t₁)} (2)

Die fotoelektrische Ladung der Helligkeit mit dem Gradienten dV (t₁)/dt wird erzeugt durch

Q (T) = dV (t₁)/dt·T (3)

während der Belichtungsperiode und die Tangente P (T) zum Zeitpunkt maximaler Belichtung ist.

P (T) = dV (t₁)/dt·T - {dV (t₁)/dt·t₁ - V (t₁)} (4)

Aus Formel 2 ergibt sich die Ladung in dem Potentialtopf; damit die Ausgangscharakteristik der Einrichtung logarithmisch wird, ist es erforderlich folgende Beziehung herzustellen

P (T) = A log {Q (T)} (5).

Wenn nun die auffallende Lichtmenge gleich 0 ist (das heißt, daß die elektrische Ladungsmenge 0 ist), dann ergibt sich die obige Formel zu P (T) = -∞. Bei der tatsächlichen fotoelektrischen Umwandlungscharakteristik beginnt die fotoelektrische Ladung bei 0 und somit ist es notwendig, daß auch P (T) bei 0 beginnt. Hiernach sollte die Formel 5 wie folgt aussehen:

P (T) = A log {Q (T) + 1} (5′)

Dies ist äquivalent zur Verschiebung der Ordinate der fotoelektrischen Umwandlungscharakteristik der Vorrichtung um 1 nach rechts. Eine Veränderung der Verstärkung bedeutet, daß auch T veränderbar sein muß. So kann T beispielsweise mit B multipliziert werden und T kann in den Formeln (3) und (4) durch B·T ersetzt werden.

Aus den Formeln (3), (4) und (5′) ergibt sich folgender Ausdruck:

dV (t₁)/dt·B·T - {dV (t₁)/dt·t₁ - V (t₁)} = A log {dV (t₁)/dt·B·T + 1} (6)

Die Zeit t₁ ist irgendeine Zeit t zwischen 0 und T, für die die Formel gültig ist, so daß t₁ durch t ersetzt werden kann und sich ergibt

dV (t)/dt B·T - {dV (t)/dt·t -V (t)·t - V (t)} = A log {dV (t)/dt·B·T + 1} (7)

Durch Umgruppieren der Formel 7 erhält man

(B·T-t) dV (t)/dt + V (t) = A log {dV (t)/dt·B·T + 1}.

Damit ist die Formel (1) bestätigt.

Der Graph der Funktion V (t) der der Formel (1) genügt, ist in Fig. 20 gezeigt.

Bei einer praktischen Schaltung wird für den Fall, daß der Dynamikbereich von 100 dB beispielsweise zu komprimieren ist, eine Konstante A derart bestimmt, daß die akkumulierte Menge einer derartigen Störladung, wie sie beispielsweise von einem Dunkelstrom herrührt, bei t = T beispielsweise ¹/₁₀⁵ des maximalen Sättigungspegels E_max der Vorrichtung gemacht wird, wobei die Verstärkung B derart bestimmt wird, daß das Lichtsignal von 100 dB E_max ist.

Zur Information sei erwähnt, daß für A = 1 und B = 1 die Formel V(t) sich ergibt zu:

V (t) = log {T/(T-t)}-t/T.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß "log" hier den natürlichen Logarithmus darstellt.

Fig. 21 zeigt eine fotoelektrische Umwandlungscharakteristik oder -kennlinie einer Vorrichtung, wenn die logarithmische Kompression innerhalb der Vorrichtung durchgeführt wird. Diese Kennlinie zeigt ein Beispiel, bei dem der Abbildungsdynamikbereich auf 100 dB unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem Dynamikbereich von 50 dB gedehnt wird.

In der vorstehend genannten IL-CCD-Vorrichtung 145 wird die Tiefe des Potentialtopfes variiert durch ein Verfahren, bei dem die OFD- Torspannung kontinuierlich gemäß der vorgenannten Formel (1) von einem Pegel V₂ variiert wird, bei dem die Schranke des OFD-Tores am niedrigsten wird und die gesamte in der Lichtempfangsfläche akkumulierte elektrische Ladung fließt zu der OFD, bis zu einem Pegel V₀, bei dem die Schranke des OFD-Tores am höchsten wird.

Da allerdings die elektrische Ladung negativ ist, kehrt die an das OFD-Tor angelegte Spannung die Polarität der vorgenannten Formel (1) um und es ergibt sich eine fallende Funktion mit absteigenden V₂ gemäß der unterbrochenen Linie in Fig. 22. Die Abszisse stellt dabei die Zeit t dar und T ist beispielsweise ¹/₃₀ s oder ¹/₆₀ s.

Das vorgenannte OFD-Tor-Steuersignal S₃ wird beispielsweise wie folgt erzeugt.

Fig. 23 zeigt ein Blockschaltbild einer OFD-Steuersignalerzeugungsschaltung.

Zuerst soll ein grundlegendes System erläutert werden, bei dem die Verstärkung und der Dynamikbereich festgelegt sind, wobei der Fluß in Fig. 23 durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Von einem Sägezahngenerator 152 wird eine Sägezahnsignalform S₁ gemäß Fig. 24 (a) abgegeben, wobei die Phase synchronisiert wird durch ein Zeitgabesignal von einer Systemsteuereinheit 152. Die Sägezahnsignalform S₁ besitzt eine Frequenz 60 Hz (wenn das Teilbild ausgelesen wird) oder 30 Hz (wenn ein Gesamtbild ausgelesen wird) und eine Spannung von beispielsweise V₁. Der Längsteil an der Oberkante, der erzeugt wird, wenn die Sägezahnsignalform S₁ auf einen Spannungspegel V₂ geringer als die Spitzenspannung V₁ beschränkt wird, wird derart eingestellt, daß er einer Vertikalausblendung entspricht. Die Sägezahnsignalform S₁ wird einer Funktionsgeneratorschaltung 153 zugeführt und ein umgekehrtes Ausgangssignal S₃ einer Funktionskurve V (t) gemäß der vorgenannten Formel (1) wird erzeugt. Dieses Ausgangssignal S₃ besitzt eine Signalform gemäß Fig. 24(c), bei der das Signal S₂ in Fig. 24(b) invertiert ist. Dies bedeutet, daß dieses Signal S₃ einen Spannungspegel V₂ für t=0 besitzt und eine Signalform darstellt, die auf V₀ geklemmt ist. Es sei bemerkt, daß bei der Betrachtung der γ-Charakteristik der Bildaufnahmevorrichtung in der Charakteristik dieser Funktionsgeneratorschaltung 153 der Wert A in der Formel (1) derart gewählt wird, daß sich eine Charakteristik unter Korrektur der γ-Charakteristik ergibt und innerhalb der Vorrichtung korrigiert werden kann. Wird beispielsweise aus dem Steuersignal S₃, das gestrichelt in Fig. 22 gezeigt ist, ein Steuersignal S₃′ gemäß der durchgezogenen Linie erzeugt, dann kann ein γ-korrigiertes Signal ausgegeben werden. Wird somit γ innerhalb der Vorrichtung korrigiert, dann ist in der Videosignalverarbeitungseinheit keine γ-Korrekturschaltung mehr erforderlich und der Aufbau vereinfacht sich. In diesem Falle werden die Einheiten B, die in unterbrochener Linie gezeigt sind, in den Fig. 25 und 43 überflüssig.

Nun kann das abzubildende Objekt ein helles Objekt oder im Gegensatz dazu ein dunkles Objekt sein. Das Objekt kann einen breiten oder einen engen Dynamikbereich haben.

Falls es somit nicht erforderlich ist, die Information sämtlicher Objekte immer mit der gleichen Kompressionscharakteristik abzubilden, dann ist es zweckmäßig die Verstärkung zu regeln, also eine automatische Verstärkungsregelung kurz mit AGC bezeichnet oder eine manuelle Einstellung zu verwenden, oder den Dynamikbereich automatisch zu regeln, was kurz mit ADC bezeichnet sei, oder manuell einzustellen.

Die vorgenannte Verstärkungsregelung kann auf Grund der Einstellung der Belichtungszeit erfolgen und B in Formel (1) kann variabel gemacht werden. In der Steuerschaltung für diese Verstärkungsregelung gemäß Fig. 23 wird das Ausgangssignal S₁ des Sägezahngenerators 152 einem Begrenzer 154 zugeführt, wird auf den Spannungspegel V₂ begrenzt, dann in einen Subtrahierer 155 eingegeben und dort von der Spannung V₂ abgezogen. Das Subtraktionsergebnis gelangt in einen Multiplizierer 156 und wird dort mit einem Verstärkungsregelungssignal S₄ multipliziert, wird wiederum einem Begrenzer 157 zur Begrenzung auf die Spannung V₂ zugeführt und an einen Subtrahierer 158 zur Subtraktion von der Spannung V₂ angelegt. Das Ausgangssignal S₁′ dieses Subtrahierers 158 wird einem Funktionsgenerator 153 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Verstärkungsregelungssignal S₄ ein Signal log Y aus einer logarithmischen Farbabbildungs-Signalverarbeitungs- Einheit (vgl. Fig. 25) für die weitere Verarbeitung. Ein integrierter Wert für ein Teilbild (oder ein Gesamtbild) wird dadurch bestimmt, daß dieses Signal log Y durch ein Tiefpaßfilter LPF 161 geleitet und dem einen Eingang eines Vergleichsverstärkers 163 zugeführt wird, in dem eine an den anderen Eingang angelegte mittels eines veränderbaren Widerstandes 162 auf einen geeigneten Pegel eingestellte Spannung angelegt wird. Das unter Vergleich verstärkte Ausgangssignal S₄ wird über einen Umschalter 164 dem Multiplizierer 156 zugeführt, dort multipliziert und durch die automatische Verstärkungsregelung AGC geregelt. Schaltet der Betrachter diesen Umschalter 164 um, dann kann die Verstärkung von Hand durch Multiplizieren mit der auf einen gewünschten Wert mittels des veränderbaren Widerstandes 165 eingestellten Spannung eingestellt werden.

Das Signal S₄, das über den Umschalter 164 ausgegeben wird, entspricht B in Formel (1).

Auch der Dynamikbereich wird durch Regeln der Charakteristik des Funktionsgenerators 153 mit einem Dynamikregelsignal S₅ geregelt.

Zu diesem Zeitpunkt wird das Dynamikregelsignal S₅ wie folgt erzeugt.

Zuerst wird wie bei der Erzeugung des Verstärkungsregelsignals S₄ das Signal log Y durch das Tiefpaßfilter LPF 161 geleitet und das Signal log Y wird auch vor diesem Tiefpaßfilter 161 einer Standardabweichungserzeugungsschaltung 100 in Fig. 10 (oder 100′ in Fig. 11) zugeführt.

Das Ausgangssignal dieser Standardabweichungserzeugungsschaltung wird an den einen Eingang eines Vergleichsverstärkers 167 angelegt, der unabhängig von der Verstärkungsregelung ist und der einen veränderbaren Widerstand 166 aufweist, der auf einen geeigneten Pegel eingestellt werden kann, der an den anderen Eingang des Vergleichsverstärkers 167 angelegt wird. Das Vergleichsausgangssignal ist das Dynamikbereichregelsignal S₅, das durch den Umschalter 168 dem Funktionsgenerator 153 zur Steuerung des Dynamikbereichs mittels automatischer Regelung ADC zugeführt wird. An Stelle der automatischen Regelung ADC kann der Betrachter den Umschalter 168 auch auf Handbetrieb umschalten und mittels eines veränderbaren Widerstandes 169 die Einstellung von Hand vornehmen. Das Signal S₅ entspricht A in Formel (1).

Bei dem vorstehend beschriebenen, in Fig. 23 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die automatische Regelung bzw. der Handbetrieb durch Umschalten der Schalter 164 und 165 ausgewählt.

Die logarithmische Farbabbildungs-Videosignalverarbeitungseinheit des fünften Ausführungsbeispiels ist in Fig. 25 gezeigt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die logarithmische Charakteristik automatisch geregelt oder von Hand veränderbar eingestellt werden.

Im Falle einer Gleitpunkt-Operation wird das Videosignal einmal linearisiert, dann in einer Matrix umgewandelt und wiederum logarithmisch konvertiert.

Ist die logarithmische Charakteristik des Ausgangssignals der Vorrichtung konstant, dann kann die Verstärkung der delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 und 89 bis 91 sowie der logarithmischen Verstärker 45 und 92 entsprechend konstant sein.

Ist jedoch die logarithmische Charakteristik des Ausgangssignals der Vorrichtung innerhalb derselben oder in der Eingangsstufe der logarithmischen Farbabbildungs-Videosignalverarbeitungseinheit variabel, dann ist es erforderlich die Charakteristik oder Kennlinie der delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 und 89 bis 91 und der logarithmischen Verstärker 45 und 92 entsprechend der jeweiligen logarithmischen Charakteristik zu variieren.

Deshalb wird mittels eines Teilers 171 das Dynamikbereich- Regelsignal S₅ zuerst invertiert zu 1/S₅ und an die delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 und 89 bis 91 angelegt und die Charakteristik oder Kennlinie der delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 und 89 bis 91 wird unter Verwendung dieses Signals 1/S₅ für eine Korrektur geregelt.

Auch erfolgt eine Korrektur durch Regeln der Charakteristik oder Kennlinie der logarithmischen Verstärker 45 und 92 unter Verwendung des Signals S₅.

Mittels der Umwandlungsmatrix 78 wird aus den durch die delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 gelaufenen Farbsignalen MR, MB und MG das Leuchtdichtesignal MY erzeugt und dem logarithmischen Verstärker 45 zugeführt. Falls eine γ-Korrektur innerhalb der Vorrichtung erfolgt, das heißt, daß statt dem Signal S₃ das Signal S₃′ verwendet wird, dann ist der durch die unterbrochene Linie B abgegrenzte Bereich nicht erforderlich.

Bei dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel wird die logarithmische Kompression durch Regelung des OFD-Tores durchgeführt. Beim sechsten Ausführungsbeispiel wird jedoch diese Funktion realisiert durch Regelung des akkumulierten Potentials, d. h. der Tiefe des Potentialtopfes unter Verwendung einer ladungsgekoppelten Gesamtbildübertragungsvorrichtung FT-CCD 173 gemäß Fig. 26. Es sei jedoch bemerkt, daß auch bei Verwendung der IL-CCD-Vorrichtung das gleiche Prinzip angewandt werden kann, wenn die Lichtempfangsrichtung eine MOS-Fotodiode und keine streuende Fotodiode ist.

Gemäß Fig. 26 besitzt die FT-CCD-Vorrichtung 173 eine Übertragungsvorrichtung 175, die benachbart zu der Lichtempfangs- Vorrichtung (oder Akkumulationsvorrichtung) 174 angeordnet ist. Bei einem normalerweise verwendeten Verfahren wird die in der Lichtempfangsvorrichtung 174 akkumulierte Signalladung zu der Übertragungsvorrichtung 175 durch Anlegen eines vertikalen Hochgeschwindigkeits-Übertragungssignals CK₁ übertragen. Nach Übertragung der Ladung zu dieser Übertragungsvorrichtung 175 wird ein Teil derselben in vertikaler Richtung mittels eines vertikalen Übertragungstakts ΦV₂ übertragen (Fig. 27 (c)), dann wiederholt unter Anlegen eines horizontalen Schiebetaktes ΦH (Fig. 27(d)) gemäß der Anzahl der Bildelemente in horizontaler Richtung an das horizontale Schieberegister 176 und es wird ein CCD-Signal über den Ausgangsverstärker abgegeben.

Bevor nun bei diesem Ausführungsbeispiel der vorgenannte vertikale Übertragungstakt CK₁ angelegt wird, erfolgt ein Anlegen eines Regelsignals S₆ für das akkumulierte Potential (Fig. 27(b)), wodurch sich ein elektrisches Ladungssignal mit einer logarithmischen Kompressionscharakteristik ergibt. Dann wird der Hochgeschwindigkeitsübertragungstakt CK₁ wie zuvor beschrieben angelegt und es erfolgt eine Übertragung zu der Übertragungsvorrichtung 175. Dies bedeutet, daß bei diesem Ausführungsbeispiel das Regelsignal S₆ für das akkumulierte Potential und der vertikale Übertragungstakt CK₁ an die Lichtempfangsvorrichtung 174 angelegt und kombiniert werden, so daß sich ein Steuersignal ΦV₁ ergibt.

Wie in Fig. 26 gezeigt, erhält man das vorstehend genannte Steuersignal ΦV₁ durch Subtraktion des vertikalen CCD-Treiber- Übertragungssignals CK₁ von dem Signal S₆ (vgl. Fig. 27(b)), das sich wiederum ergibt aus der Subtraktion des Signals S₃ (Fig. 27 (a)) von der Spannung V₂ mittels des Subtrahierers 177. Das genannte Steuersignal ΦV₁ wird an das akkumulierende Tor der Lichtempfangsvorrichtung 174 angelegt. In diesem Falle kann anstelle der Subtraktion des Signals S₃ von der Spannung V₂ das Signal gemäß Fig. 24(b) vor seiner Invertierung in dem Funktionsgenerator 153 gemäß Fig. 23 zur Spannung V₂ addiert werden.

Es sei bemerkt, daß das Signal ΦV₁ auf den geeigneten Pegel konvertiert wurde, wenn es den Subtrahierer 177 verläßt.

Fig. 28 zeigt die Erzeugung des vorgenannten Steuersignals ΦV₁. Insbesondere wird das Signal CK₁ gemäß Fig. 28(a) von dem Signal S₆ gemäß Fig. 28(b) subtrahiert, das sich durch Subtraktion des Signals S₃ von der Spannung V₂ im Subtrahierer 177 ergeben hatte.

Wird bei dem fünften Ausführungsbeispiel eine IL-CCD-Vorrichtung verwendet, dann wird eine logarithmische komprimierte Charakteristik durch Regelung des OFD-Tores erreicht. Wie bei dem siebenten Ausführungsbeispiel kann jedoch auch die logarithmische Kompression innerhalb der Vorrichtung durch Regeln des Übertragungstores erzielt werden.

Fig. 29 zeigt eine logarithmisch komprimierte IL-CCD-Vorrichtung 178 innerhalb der Bildverarbeitungsvorrichtung gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Übertragungstor- Regelung.

Bei dieser innerhalb der Vorrichtung angeordneten logarithmisch komprimierten IL-CCD-Vorrichtung 178 wird eine positive Spannung V₀ an das OFD-Gate oder Tor der IL-CCD-Vorrichtung angelegt und, falls die in der Lichtempfangsvorrichtung akkumulierte Signalladung einen Überschußwert erreicht, fließt diese zu dem OFD-Torteil ab, wenn dieser über dem V₂-Spannungspegel liegt. Bei einem normalerweise verwendeten Verfahren wird die in der Lichtempfangsvorrichtung akkumulierte Signalladung zu den vertikalen Schieberegistern unter Anlegen des Übertragungsgatetaktes ΦTG übertragen und mit Ausnahme zum Übertragungszeitpunkt daran gehindert zum vertikalen Schieberegisterteil abgeleitet zu werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch ergibt sich die logarithmisch komprimierte Charakteristik durch Anlegen eines derartigen Steuersignals, das teilweise zu der vertikalen Schieberegisterseite während des Akkumulierens der elektrischen Ladung abgeleitet wird.

Deshalb werden in dem Addierer 179 das Steuersignal S₃ gemäß Fig. 30(a) und das Übertragungsgatesignal ΦTG gemäß Fig. 30(b) addiert und das logarithmische Kompressionsregelsignal ΦTG′ gemäß Fig. 30(c) wird erzeugt und an den Übertragungstoreingang angelegt. Es sei bemerkt, daß das vorgenannte Übertragungstor- Signal ΦTG von einer Systemeinheit abgegeben wird.

Es sei ferner bemerkt, daß das Signal V_TG′ auf den geeigneten Pegel konvertiert wurde, wenn es den Addierer 179 verläßt.

Das Steuersignal S₃ gemäß Fig. 30(a) wird während der Zeit des Akkumulierens der elektrischen Ladung (Belichtungszeit) angelegt und der auf Grund dieses Regelsignals S₃ zu der vertikalen Schieberegisterseite zurückleckende Teil der elektrischen Ladung wird mittels des vertikalen Übertragungstaktes ΦV₁ gemäß Fig. 30(d) ausgeleert. Bevorzugt wird deshalb diesem vertikalen Übertragungstakt ΦV₁ eine maximale Taktgeschwindigkeit innerhalb des erlaubten Bereichs der Bildaufnahmevorrichtung zugeordnet. Andererseits wird die Signalladung, die zu dem vertikalen Schieberegister auf Grund des Übertragungsgatesignals Φ_TG übertragen wurde, das nach einer Belichtungszeit abgegeben wird, logarithmisch komprimiert durch den Ausgangsverstärker auf Grund des vertikalen Übertragungstaktes ΦV₂ und des horizontalen Schieberegistertaktes ΦH gemäß den Fig. 30(d) und Fig. 30(e), so daß ein logarithmisch komprimiertes CCD-Signal abgegeben wird. In diesem Falle ist der Takt ΦV₂ und der Takt ΦH miteinander synchronisiert. Es sei jedoch bemerkt, daß ΦV₂ und ΦH mit einer Phasenversetzung von einer halben Periode zueinander angelegt werden.

Bei diesem siebenten Ausführungsbeispiel hat das vertikale Schieberegister einmal die Funktion, daß es überschüssige elektrische Ladung ausleert, und zusätzlich die Funktion, daß Signalladung vertikal übertragen wird, so daß die Fähigkeit des Absorbierens der überfließenden Ladung verbessert wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Steuersignal zur Erzeugung der logarithmisch komprimierten Charakteristik in einer Analogschaltung erzeugt wird. Wie jedoch beispielsweise Fig. 31 zeigt, kann ein Steuersignal auch in einer Digitalschaltung erzeugt werden.

In der Steuersignalerzeugungsschaltung des achten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 31 wird das Ausgangssignal einer Systemsteuereinheit 151 an den Adresseneingang einer Aufruftabelle 180, etwa einer ROM-Tabelle, angelegt, die ausgelesenen Daten werden in einem D/A-Wandler 181 in ein Analogsignal umgewandelt und dieses Analogsignal wird durch ein Tiefpaßfilter LPF 182 mit einer geeigneten Sperrkennlinie zur Glättung angelegt und von diesem LPF 182 als Steuersignal S₃ abgegeben. Das Eingangssignal zu dem D/A-Wandler 181 ist ein feinstufiges Signal gemäß der durchgezogenen Linie in Fig. 32 und wird mittels des D/A-Wandlers in ein Analogsignal umgewandelt. Das Signal läuft dann durch LPF 182 und wird zu dem Steuersignal S₃, das in Fig. 32 in gestrichelter Linie gezeigt ist.

Bei dem vorstehend erläuterten achten Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung geregelt durch Variieren der Taktgeschwindigkeit, abhängig von dem vorgenannten Signal S₄ der Systemsteuereinheit 151, und der Dynamikbereich wird in gleicher Weise geregelt durch Steuern der Adresse der Aufruftabelle 180 unter Ansprechen auf das vorgenannte Signal S₅ und Auslesen der Information der entsprechenden Kurve.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, bei der sich die vorgenannte logarithmisch komprimierte Charakteristik innerhalb der Vorrichtung ergibt, wird das Verfahren gemäß Fig. 34 angewandt.

Bei diesem neunten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 34 erfolgt während einer Belichtungsperiode eine N-malige Belichtung und Übertragung zu den vertikalen Schieberegistern, wobei die Ladungsmengen N-mal an den vertikalen Schieberegistern addiert werden und die logarithmische Kompression erfolgt innerhalb der Vorrichtung.

Hierbei wird jedoch die Belichtungzeit für die erste, zweite, . . ., N-te Zeit nichtlinear reduziert im Einklang mit der Formel (1), wie dies Fig. 33 zeigt, und die OFD-Torspannung wird derart eingestellt, daß der Wert des Gates 1/N des normalen Höhenwertes ist. Nach T Auslesungen zu den vertikalen Schieberegistern wird die Signalladung in gleicher Weise wie bei einer normalen Auslesung ausgelesen.

Wie Fig. 34(a) zeigt, wird unmittelbar nach den entsprechenden Belichtungszeiten t₁, t₂, . . . der Übertragungstortakt Φ_TG angelegt, die während der entsprechenden Belichtungzeiten akkumulierte Signalladung wird zu den vertikalen Schieberegistern übertragen und durch die Schieberegister addiert. (Bezüglich der IL-CCD-Vorrichtung in Fig. 18 gilt das Gesagte). Unmittelbar nach der Addition der Signalladung für die Belichtungzeit von N-Malen (vgl. Fig. 34(b) und 34(c)) werden der vertikale Übertragungstakt ΦV₂ und der horizontale Schieberegistertakt ΦH angelegt, so daß am Ausgang ein CCD-Signal abgegeben wird.

Nun wird während der Ausgabe des CCD-Signals in der gleichen Weise wie bei der gewöhnlichen Auslesung nach N-Übertragungstor- Taktimpulsen Φ_TG, die unnötige oder überschüssige in der Lichtempfangseinheit akkumulierte Signalladung durch Anlegen eines der Übertragungstortakte (mit Φ in Fig. 34(a) gezeigt) und dann Anlegen des vertikalen Übertragungstaktes ΦV₂ für die Anzahl der Bildelemente in vertikaler Richtung (vgl. Fig. 34(b)), und dann durch Anlegen von Taktimpulsen für die Anzahl der horizontalen Bildelemente (nicht gezeigt) an das horizontale Schieberegister ausgeleert. Es sei bemerkt, daß die Spannung V₁, bei der die Torhöhe oder -schwelle gleich 1/N (z. B. ¹/₅) der Spannung V₀ ist, wenn die Torschwelle 1 ist, an das OFD-Tor angelegt wird, wie dies in Fig. 34(d) veranschaulicht ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich eine gekrümmte Charakteristik für die fotoelektrische Umwandlungs- Ausgangscharakteristik der CCD-Vorrichtung angenähert an die logarithmische Charakteristik.

Nachstehend wird nun das zehnte Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die logarithmische Kompression des Signals innerhalb der Bildaufnahmevorrichtung und die entsprechende Ausgabe angewendet wird auf eine Bildaufnahmevorrichtung vom (X-Y)-Adressentyp und nicht auf eine CCD-Vorrichtung. Bei einer Bildaufnahmevorrichtung nach dem (X-Y)-Adressentyp sind wegen der aufeinanderfolgenden Abtastung der Bildelemente innerhalb der Bildebene die Zeitgaben des Beginns und des Endes der Belichtung für die entsprechenden Bildelemente verschieden. Diese Tatsache muß nun bei der Signalkompression in Betracht gezogen werden. Werden die Zeitgaben des Beginns und Endes der Belichtung auch unter Verwendung einer mechanischen Blende oder bei Verwendung der Vorrichtung in einem Endoskop mit Teilbildfolge bestimmt, dann kann wie bei dem zuvor beschriebenen System im Zusammenhang mit einer CCD-Vorrichtung ein Anlegen von Impulsen zur Kompression des Signals mit einer Zeitgabe erfolgen, die allen Bildelementen gemein ist. Im allgemeinen Fall jedoch ist die Belichtungszeitgabe für die entsprechenden Bildelemente verschieden und es ist deshalb erforderlich, Signalkomprimierungsimpulse mit einer unterschiedlichen Zeitgabe anzulegen. Die Anwendung dieses Verfahrens auf einen statischen Induktionstransistor (SIT) als eine Bildaufnahmeeinheit des (X-Y)-Adressentyps wird nachstehend beschrieben.

Fig. 35 zeigt den Aufbau eines Bildelementes 183 eines SIT- Bildsensors, wobei Fig. 35(a) den Aufbau und Fig. 35(b) eine äquivalente Schaltung dafür zeigt. Trifft Licht auf das in Fig. 35 gezeigte Bildelement 183 auf, dann werden an dem Gate 184 Löcher akkumuliert, das Gatepotential steigt an und der zwischen der Sourceelektrode 185 und der Drainelektrode 186 fließende Strom steigt an. Es sei bemerkt, daß mit der Gateelektrode 184 ein Kondensator 187 verbunden ist. Der Strom zwischen der Sourceelektrode 185 und der Drainelektrode 186 wird für jedes Bildelement detektiert und ein Videosignal erzeugt. Das Verfahren zum Komprimieren des Ausgangssignals bei einer derartigen Abbildungsvorrichtung ist in der JP 60-1 05 272 A beschrieben. Hier soll deshalb eine Bildaufnahmevorrichtung beschrieben werden, bei der eine logarithmisch komprimierte Charakteristik unter Verwendung des hier erläuterten Prinzips erzielbar ist. Fig. 36 zeigt den vollständigen Schaltungsaufbau einer Bildaufnahmevorrichtung 188.

Bei dieser Bildaufnahmevorrichtung 188 sind die Bildelemente 183 gemäß Fig. 35 in der Form einer Matrix angeordnet. Die Gateelektroden 184 der entsprechenden Elemente sind in entsprechenden Zeilen 189-1, 189-2, . . ., 189-n verbunden. Die Sourceelektroden 185 sind entsprechend zu Spalten 190-1, 190-2, . . ., 190-m zusammengeschaltet. Die Drainelektroden 186 der entsprechenden Bildelemente 183 sind allen Bildelementen gemeinsam. Die Zeilen 189-i (i = 1, 2, . . ., n) sind mit einer vertikalen Abtastschaltung 191 verbunden. Die Spalten 190-i (i = 1, 2 . . ., m) sind an eine horizontale Abtastschaltung 192 und eine Rückstellschaltung 193 angeschlossen.

Die vertikale Abtastschaltung 191 umfaßt ein vertikales Schieberegister 194, ein analoges Schieberegister 195 und eine Signalmischschaltung 196. Die horizontale Abtastschaltung 192 umfaßt ein horizontales Schieberegister 197, einen horizontalen Auswahlschalter 198 und eine Videoleitung 199. Die Rückstellschaltung 192 besteht aus einem Rückstellschalter 200. Die die Arbeitszeitgabe der vorstehend beschriebenen Abbildungseinrichtung 188 erläuterten Signalformen sind in Fig. 37 gezeigt.

In Fig. 37 stellt ΦS einen Ausgangsimpuls von der horizontalen Abtastschaltung 192 dar. Φ_{G 1}, Φ_{G 2}, Φ_Gn stellen Ausgangsimpulse der vertikalen Abtastschaltung 191 dar. Φ_RS stellt einen Impuls dar, der an die Rückstellschaltung 193 anzulegen ist.

Die Arbeitsweise der in Fig. 36 gezeigten Bildaufnahmevorrichtung 188 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 37 beschrieben.

Bei den entsprechenden Impulsen Φ_{G 1}, Φ_{G 2}, . . ., Φ_Gn ist die Spannung V_RD eine Spannung zum Auslesen der entsprechenden Zeile 189-i. Die Zeitgabe, gemäß der diese Spannung V_RD angelegt wird, ergibt sich durch das vertikale Schieberegister 194. Die Spannung V_OF ist eine Spannung, die für jede horizontale Austastperiode angelegt wird und gegeben ist durch das analoge Schieberegister 195. Die Signalmischschaltung 196 mischt die Ausgangssignale des vertikalen Schieberegisters 194 und des analogen Schieberegisters 195 mit einer geeigneten Zeitgabe und erzeugt die Impulse Φ_{G 1}, Φ_{G 2}, . . ., Φ_Gn. Da das horizontale Schieberegister 197 bei jeder horizontalen Abtastperiode arbeitet, öffnen die horizontalen Auswahlschalter 198, . . ., 198 nacheinander und die Signale der Spalten 190-1, 190-2, . . ., 190-n werden nacheinander über die Videoleitung 199 ausgelesen. In der Rückstellschaltung 193 öffnet der Rückstellschalter 200 synchron mit dem Impuls V_RS für jede horizontale Austastperiode. Es soll nun das mit der Leitung 189-1 verbundene Bildelement 183 betrachtet werden. Wird der Impuls Φ_{G 1} zu V_RD, dann werden die Signale der entsprechenden Bildelemente 183 nacheinander durch das Arbeiten der horizontalen Abtastschaltung 192 ausgelesen. Während der folgenden horizontalen Austastperiode wird V_OF mit einem Wert angelegt, der groß genug ist, um die entsprechenden Bildelemente 183 zurückzustellen, und das Öffnen des Rückstellschalters 200 setzt das Bildelement 183 zurück und die Gateelektrode des Bildelements 183 nimmt einen niedrigen Wert an, wie zur Zeit des Beginns der Integration. Während der nächsten horizontalen Austastperiode nach einer horizontalen Abtastperiode wird der Wert von V_OF ein niedriger Wert sein. Andererseits wird das Gateelektrodenpotential jedes Bildelementes abhängig von der einfallenden Lichtmenge angestiegen sein. Das Gateelektrodenpotential wird für das Bildelement 183 beschnitten, dessen Lichtmenge groß ist, und das Potential des Bildelements mit einer kleinen Lichtmenge bleibt unbeschnitten. Somit wird nur das Signal des Bildelements 183 komprimiert, dessen Lichtmenge groß ist. Selbst während der nächsten Austastperiode wird dieser Signalkompressionsvorgang erneut durchgeführt. Der Grad der Kompression wird durch die Spannung V_OF bestimmt. Dann wird in der gleichen Weise das Signal bei jeder horizontalen Austastperiode komprimiert. Nach einer vertikalen Abtastperiode wird Φ_{G 1} wiederum zu V_RD und das komprimierte Signal wird dadurch ausgelesen. Wenn die Spannung von V_OF gemäß der Formel (1) geändert wird, wie dies bei V_A in Fig. 3 veranschaulicht ist, dann wird ein logarithmisch komprimiertes Signal ausgegeben.

Ein durch die Zeitgabe des Auslesens des Bildelements 93 auf Grund des Arbeitens der vertikalen Abtastschaltung 191 verzögertes Signal Φ_G wird an das Bildelement 183 angelegt, das an eine andere Leitung 189-i (i ungleich 1) angeschlossen ist. Diese Verzögerung ergibt sich durch das vertikale Schieberegister 194 bezüglich der Auslesespannung V_RD und durch das analoge Schieberegister 195 bezüglich der Spannung V_OF. Somit ist die Arbeitsweise für die entsprechenden Bildelemente 183 die gleiche wie für diejenigen der Leitung 189-1 und für alle Bildelemente ergeben sich logarithmisch komprimierte Signale.

Der Grad der Signalkompression kann frei durch Variieren des Impulses Φ_A eingestellt werden, der ein logarithmisches Kompressionsregel-Eingangssignal für das analoge Schieberegister 195 darstellt. Wenn der Impuls Φ_A normalerweise 0V hat, dann ergibt sich eine umkomprimierte lineare Ausgangscharakteristik. Auch wenn der Impuls Φ_A auf eine hohe Spannung und auf eine niedrige Spannung umgeschaltet wird, ergibt sich eine Charakteristik, die durch zwei Kurven dargestellt wird. Im Falle der Übereinstimmung mit der Funktion der Formel (1) kann durch Einstellen der Amplitude, des Gradienten und dergleichen der Dynamikbereich der logarithmischen Kompression variiert werden. Somit wird durch den Impuls Φ_A die zuvor beschriebene ACC- und ADC-Regelung geregelt.

Es sei bemerkt, daß beispielsweise eine BBD-Vorrichtung (Eimerkettenschaltung) als Analogschieberegister 195 in der vertikalen Abtastschaltung 191 verwendet werden kann. Diese BBD- Vorrichtung besteht aus MOS-Transistoren Q₁ und Kondensatoren C₁, die in vielen Stufen miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 39(a) gezeigt ist, und die Vorrichtung hat einen Aufbau gemäß Fig. 39(b). Wird eine BBD-Vorrichtung verwendet, dann ergibt sich für das analoge Schieberegister 195 eine äußerst einfache Schaltung.

Das System der Signalausgabe in logarithmisch komprimierter Form gemäß der vorstehenden Funktion kann auch auf andere Abbildungsvorrichtungen als das (X-Y)-Adressensystem angewandt werden.

Das elfte Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben, bei der eine CMD-Vorrichtung, nämlich eine Ladungsmodulations- Vorrichtung verwendet wird.

Fig. 40 zeigt den Aufbau eines Bildelementes einer CMD-Vorrichtung und zwar Fig. 40(a) die Struktur und Fig. 40(b) eine äquivalente Schaltung dafür. Normalerweise wird an eine Gateelektrode 201 eine negative Spannung angelegt. Trifft Licht auf, dann akkumulieren sich Löcher unterhalb der Gateelektrode 201 und das Potential steigt an. Wenn eine (negative) Spannung höher als zur Zeit der Lichtakkumulation an die Gateelektrode 201 zum Auslesen eines Signals angelegt wird, dann fließt ein Strom zwischen einer Sourceelektrode 202 und einer Drainelektrode 203 in Einklang mit der Lichtmenge und das Signal des Bildelements wird ausgelesen. Wird eine positive Spannung an die Gateelektrode 201 angelegt, dann verschwinden die Löcher unterhalb der Gateelektrode 201 und diese wird zurückgestellt. Der Aufbau der gesamten Bildaufnahmevorrichtung dient dazu, das Bildelement 183 in Fig. 36 durch ein CMD-Bildelement gemäß Fig. 40 zu ersetzen. Die Rückstellschaltung ist nicht erforderlich. Die Signalformen, die Arbeitsweise und Zeitgabe sind die gleichen wie in Fig. 37. Die Spannung der Gateelektrodenimpulse Φ_{G 1}, Φ_{G 2}, . . ., Φ_Gn kann soweit verändert werden, daß sie an die CMD-Vorrichtung angepaßt ist.

Wenn bei einer derartigen Bildaufnahmevorrichtung eine positive Spannung während der horizontalen Austastperiode nach dem Auslesen an die Gateelektrode 201 angelegt wird, dann wird das Bildelement zurückgestellt. Eine Spannung, die geringer als zur Rückstellzeit ist, wird während der nächsten Austastperiode angelegt. In einem Bildelement mit einer großen einfallenden Lichtmenge wird das Gatepotential positiv sein und das Signal wird beschnitten. Andererseits bleibt ein Signal eines Bildelementes mit geringer empfangener Lichtmenge unbeschnitten. Somit wird nur das Signal mit hoher Lichtmenge komprimiert. Dann wird dieser Kompressionsvorgang für jede horizontale Austastperiode vorgenommen; wenn die an die Gateelektrode während der Austastperiode angelegte Spannung gemäß der Funktion der Formel (1) variiert wird, ergibt sich ein logarithmisch komprimiertes Ausgangssignal.

Nachstehend wird anhand eines zwölften Ausführungsbeispiels eine AMI-Vorrichtung, nämlich eine verstärkende MOS- Bildaufnahmevorrichtung als weitere Abbildungsvorrichtung des (X-Y)- Adressentyps erläutert.

Fig. 41 zeigt eine äquivalente Schaltung eines Bildelements 204 einer AMI-Vorrichtung. Eine Fotodiode 205 ist mit einer Gateelektrode eines MOS-Transistors 206 verbunden und die Drainelektrode des MOS-Transistors 206 ist an eine Sourceelektrode eines MOS-Transistors 207 angeschlossen. Die Fotodiode 205 wird mittels einer positiven Spannung durch eine Fotodiode 208 zurückgestellt. Fällt Licht ein, dann reduziert sich das Kathodenpotential der Fotodiode. Somit reduziert sich der Strom des MOS-Transistors 206, wenn das Licht stärker ist, und es ergibt sich ein entsprechendes Ausgangssignal.

Die Ausbildung der gesamten Bildaufnahmevorrichtung dieses Ausführungsbeispieles ist in Fig. 42 gezeigt und im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Vorrichtung nach Fig. 36. Die gleichen Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Für ein Bildelement sind zwei Leitungen und zwar eine Ausleseleitung 209 und eine Rückstelleitung 210 vorgesehen. Die Ausleseleitung 209 ist mit dem vertikalen Schieberegister 194 verbunden, während die Rückstelleitung 210 an das an 61263 00070 552 001000280000000200012000285916115200040 0002003734957 00004 61144aloge Schieberegister 195 angeschlossen ist.

Die an die Rückstelleitung 210 angelegte Spannung V_OF wird zum Zeitpunkt des Auslesens eines Signals auf 0V eingestellt. Nachdem das Signal ausgelesen ist, wird über die Diode 208 bei Anlegen einer hohen Spannung an jedes Bildelement die Fotodiode zurückgestellt. Wenn hiernach V_OF reduziert wird, dann bleibt das Lichtsignal für ein Bildelement mit geringer Lichtmenge erhalten, während für Bildelemente mit großer Lichtmenge die Spannung beschnitten und damit das Signal komprimiert wird. Durch Variieren von V_OF gemäß der Formel (1) ergibt sich ein logarithmisch komprimiertes Signal.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß auch bei einer Bildaufnahmevorrichtung des (X-Y)-Adressentyps bei geeignet variierter Spannung, die das Signal von Bildelementen mit hoher Lichtmenge beschneidet und die in Einklang mit der Zeitgabe des Auslesens des Signals für jedes Bildelement variiert, das Signal innerhalb der Abbildungsvorrichtung logarithmisch komprimiert werden kann.

Bei dem 5. bis 12. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 18 und folgenden wurden Beispiele einer logarithmischen Kompression innerhalb der Vorrichtung erläutert. Wird eine mosaikartige oder ähnliche Farbfilteranordnung auf die Vorderfläche der Vorrichtung aufgesetzt oder wird ein Dreiplattenaufbau verwendet, dann kann eine Farbabbildung realisiert werden.

Eine Farbbildverarbeitungsvorrichtung mit logarithmischer Kompression kann gemäß Fig. 25 unter Verwendung von Vorrichtungen realisiert werden, die eine logarithmisch komprimierte Charakteristik bewirken. Wenn andererseits eine elektrische automatische Verstärkungsregelungsschaltung und eine automatische Dynamikbereichregelungsschaltung in Reihe mit einem Signal log Y geschaltet werden, um innerhalb der Vorrichtung ein automatisches Verstärkungsregelsignal S₄ und ein automatisches Dynamikbereichregelsignal S₅ unter Verwendung der Vorrichtungen dieses Ausführungsbeispiels zu erzeugen, wobei das Ausgangssignal als ein Darstellungssignal log Y verwendet wird, dann kann der Dynamikbereich trotzdem für ein abgebildetes Objekt mit engem Dynamikbereich gedehnt werden.

Bei der Videosignalverarbeitungseinheit gemäß Fig. 43 führt der Abschnitt A, der von einer gestrichelten Linie begrenzt ist, diesen Vorgang aus. In Fig. 43 sind die Elemente die gleichen wie in Fig. 25 abgesehen von dem Abschnitt A. Der Abschnitt A ist in den Fig. 10 und 11 erläutert und soll an dieser Stelle nicht beschrieben werden.

Bei den zuvor erläuterten entsprechenden Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen mit innerer logarithmischer Kompression wurde zumeist auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und insbesondere auf eine CCD-Vorrichtung Bezug genommen.

Als Bildaufnahmevorrichtung kann jedoch auch eine Bildröhre etwa ein Visicon verwendet werden, deren fotoelektrische Umwandlungscharakteristik bereits selbst logarithmisch ist.

Somit kann bei Verwendung eines Visicons zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe das Ausgangssignal als solches zur Eingabe von log R, log G und log B in die logarithmische Farbabbildungs-Videosignalverarbeitungseinheit verwendet werden.

Im derartigen Falle ist jedoch die logarithmische Charakteristik festgelegt und eine automatische Regelung oder eine manuelle Einstellung wird elektrisch in einer späteren Stufe vorgenommen.

Die logarithmische Kompression innerhalb der Vorrichtung gemäß den zuvor beschriebenen 5. bis 12. Ausführungsbeispiel bringt folgende Vorteile mit sich:

1. Das Ausgangssignal von der Vorrichtung selbst ist logarithmisch und damit kann die Signalverarbeitung in einer späteren Stufe einfach sein und erfordert geringen Aufwand.
2. Die logarithmische Kompression kann mit einer Vorrichtung oder einer Gruppe von Vorrichtungen (im Falle einer Dreiplattenanordnung) durchgeführt werden und es ist kein Speicher für die Kompression erforderlich.
3. Der gesamte Dynamikbereich eines abgebildeten Objekts kann an den Ausgang einer Vorrichtung gegeben werden und eine Bildinformation eines beliebigen Helligkeitspegels eines abgebildeten Objekts kann extrahiert und nach einer Verarbeitung in einer späteren Stufe angezeigt werden.
4. Da die logarithmische Kompression innerhalb der Vorrichtung vorgenommen wird, ist das Nutz-/Störverhältnis besser als im Falle, daß die logarithmische Kompression außerhalb der Einrichtung erfolgt, etwa bei Verwendung einer Vielzahl von Vorrichtungen oder bei der Erzeugung einer Vielzahl von Bildern und einer entsprechenden Zusammensetzung in Speichern.

Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen das Signal innerhalb der CCD-Bildaufnahmevorrichtung komprimiert wurde und das Ausgangssignal eine logarithmische Charakteristik aufwies. Soll nun ein Objekt mit geringem Kontrast abgebildet werden, dann ist es besser, dem Ausgangssignal der Vorrichtung eine delogarithmische Charakteristik, das heißt eine Exponential- Charakteristik zu erteilen. Dies entspricht dem Logarithmieren des Signals und dann Multiplizieren und Subtrahieren des positiven Wertes um den darzustellenden Dynamikbereich einzuengen. Es ist vorteilhaft bezüglich des Nutz-/Störverhältnisses, diesen Vorgang innerhalb der Abbildungsvorrichtung durchzuführen und nicht in der Signalverarbeitungsschaltung. Ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Ausgangssignal der CCD-Abbildungsvorrichtung einen Exponentialcharakter besitzt, soll nachstehend beschrieben werden.

Fig. 44 zeigt den Aufbau einer CCD-Einrichtung, wie sie bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Die Figur zeigt einen Lichtempfangsteil 221 und einen abgeschirmten Akkumulationsteil 222. In dem Lichtempfangsteil sind Fotodioden 223 in Zeilen und Spalten angeordnet. Abgeschirmte vertikale Schieberegister 224 und Überlaufdrainelektroden 225 sind benachbart zu den Fotodiodenspalten angeordnet. Ein Übertragungsgate oder -tor 226 steuert die Übertragung von elektrischer Ladung zwischen der Fotodiode 223 und dem vertikalen Schieberegister 224. Ein OFD-Tor 227 kontrolliert den Sättigungspegel der Fotodiode. In dem abgeschirmten Akkumulationsteil 224 sind vertikale Schieberegister 228 mit dem Lichtempfangsteil 221 verbunden, während ein horizontales Schieberegister 229 an die vertikalen Schieberegister 224 angeschlossen ist. Ein Ausgangsverstärker 230 ist am Ende des horizontalen Schieberegisters 229 angeordnet. Dies bedeutet, daß diese CCD-Einrichtung eine sogenannte CCD-Zwischenzeilen- Gesamtbildeinrichtung darstellt (FIT-CCD).

Bei einer derartigen Bildaufnahmevorrichtung wird die akkumulierte Signalladung unmittelbar zu dem abgeschirmten Akkumulationsteil 222 übertragen und die vertikalen Schieberegister 224 sind leer, wenn Licht akkumuliert wird. Wenn somit Licht akkumuliert wird, dann erhält das Ausgangssignal eine Exponentialcharakteristik, wenn das Potential des Übertragungsgate 226 geeignet geregelt und die aus den Fotodioden 223 zu den vertikalen Schieberegistern 224 überfließende Ladung als ein Signal abgenommen wird.

Fig. 45 zeigt eine Darstellung des Aufbaus der Fotodiode, des vertikalen Schieberegisters und der Überlaufdrainelektrode im Schnitt sowie die zugehörige Potentialverteilung. Fig. 46 zeigt einen an das Übertragungsgate angelegten Impuls Φ_TG. Der Impuls Φ_TG ist ein Impuls, der sich von einem positiven Pegel Va, auf dem die Fotodiodenladung jeweils zu den vertikalen Schieberegistern übertragen wird, gemäß einer konvexen Kurve ändert. Wird diese Kurve V(t) dargestellt, dann muß sie für eine exakte Exponentialcharakteristik V(t) folgende Formel abhängig von der Zeit t erfüllen.

V(t) = a exp {-bV(t) + C} (8)

wobei a eine Verstärkung, b ein Dynamikbereich und c eine Konstante zur Einstellung der Gleichspannungskomponente der OFD- Gatespannung bedeuten.

Durch Anlegen des Impulses Φ_TG der Kurve V(t) gemäß Fig. 46, die die vorgenannte Formel (8) erfüllt, an das Übertragungsgate 226 während der Lichtakkumulationsperiode ergibt sich ein Ausgangssignal mit Exponentialcharakteristik.

Es sei erwähnt, daß in der Praxis das Ausgangssignal durch eine gekrümmte (geknickte) Linienapproximation oder eine andere Näherungsfunktion angenähert werden kann.

Wenn eine fotoelektrische Ladung akkumuliert wird, während der Impuls Φ_TG der Kurve gemäß Fig. 46 angelegt wird, dann ist die Potentialschranke zwischen der Fotodiode und dem vertikalen Schieberegister so niedrig wie zu Beginn der Akkumulation, so daß die elektrische Ladung unter Aufteilung auf beide gemäß Fig. 47(a) akkumuliert wird. Die Schranke wird jedoch mit dem Verlauf der Zeit höher und die elektrische Ladung akkumuliert sich nur in der Fotodiode 47(b). In diesem Falle tritt der Zeitpunkt, zu dem die elektrische Ladung nicht über die Schranke gelangen kann, um so früher auf, je geringer die auftreffende Lichtmenge ist. Dies bedeutet bezüglich der in dem vertikalen Schieberegister akkumulierten elektrischen Ladung, daß die Akkumulationszeit um so kürzer ist, je geringer die einfallende Lichtmenge ist, und um so länger, je stärker die einfallende Lichtmenge ist. Somit ergibt sich eine exponentielle Funktion zwischen der einfallenden Lichtstärke zu der Ausgangssignalcharakteristik gemäß Fig. 48. Wenn in diesem Falle die gesättigten Ladungsmengen der Fotodiode und des vertikalen Schieberegisters einander gleich sind, dann ist der Gradient der Tangente in der Nähe der Sättigung des Ausgangssignals doppelt so groß und das logarithmisch konvertierte Signal wird eine doppelt so große Verstärkung besitzen. Um diese Verstärkung weiter zu vergrößern, ist es erforderlich die Sättigungsladungsmenge der Fotodiode zu erhöhen. Dies bedeutet, daß bei einer N-fachen Vergrößerung die Sättigungsladungsmenge der Fotodiode (N-1)-mal so groß gemacht werden muß. Dies heißt wiederum, daß die Abmessungen des Fotodiodenteils vergrößert werden müssen oder daß die angelegte Spannung erhöht wird. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten zum ersten mit der Vergrößerung der Abmessungen der Vorrichtung und zum zweiten auf Grund der Beschränkungen von der Spannungswiderstandsseite her.

Deshalb soll nachstehend ein System zur Erhöhung der Vergrößerung durch Entladung der elektrischen Ladung der Fotodiode mit Impulsen zur Zeit der Lichtakkumulation beschrieben werden.

Fig. 49 zeigt einen Impuls Φ_TG der an ein Übertragungsgate angelegt wird, und einen Impuls Φ_OFDG, der an ein OFD-Tor angelegt wird. Der Impuls Φ_TG fällt gemäß der Formel (8) von Va beginnend ab. Wenn er den Wert 0V erreicht, dann steigt die Spannung wieder auf Va an. Der Impuls Φ_TG verändert sich nun stetig weiter gemäß der Formel (8). Andererseits, gerade bevor Φ_TG den Wert 0V erreicht, wird der positive Impuls Φ_OFDG hinzuaddiert. Diese Änderung wird eine geeignete Anzahl von Malen wiederholt.

Beim Anlegen dieses Impulses Φ_OFDG ist der Vorgang von Beginn der Lichtakkumulation an der gleiche wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Wird der Impuls Φ_OFDG in dem Moment angelegt, zu dem die elektrische Ladung der Fotodiode die Sättigung erreicht, dann wird die elektrische Ladung der Fotodiode in die Überlaufdrainelektrode entladen, wie dies Fig. 50(a) zeigt. Unmittelbar danach verringert sich die Potentialschranke zwischen der Fotodiode und dem vertikalen Schieberegister und die Lichtakkumulation wird wieder aufgenommen (Fig. 50 b). Wird die Potentialschranke mit der Zeit höher, dann wird nun die elektrische Ladung des Bildelements mit hoher Lichtmenge in dem vertikalen Schieberegister akkumuliert (Fig. 50c). Wiederholt sich dieser Vorgang, dann ergibt sich eine Eingangs-/Ausgangs- Charakteristik oder -Kennlinie gemäß Fig. 51. Wird die elektrische Ladung n-mal im Laufe der Akkumulation entladen, dann wird der Gradient in der Nähe der Sättigung (n+2)-mal so groß. Wie Fig. 49 zeigt, wird die Verstärkung viermal so groß, wenn eine zweimalige Entladung erfolgt.

Natürlich kann bei einer CCD-Bildaufnahmevorrichtung, wie sie in Fig. 44 gezeigt wird, eine normale Akkumulation der fotoelektrischen Ladung in der Fotodiode erfolgen. Auch kann, wie dies zuvor beschrieben wurde, bei entsprechender Erhöhung der Potentialschranke zwischen der Fotodiode und der Überlaufdrainelektrode während der Lichtakkumulation die zu akkumulierende Signalladung logarithmisch komprimiert werden. Somit kann die Arbeitsweise von einer logarithmischen Charakteristik zu einer exponentiellen bei Verwendung der gleichen einen Vorrichtung erfolgen. Wird somit der Ausgang einer derartigen Vorrichtung an eine logarithmisch arbeitende Bildverarbeitungsvorrichtung angeschlossen, wie sie bereits beschrieben wurde, dann kann ein Objekt abgebildet werden, während eine Kontraktion oder Dehnung des beobachtenden Dynamikbereichs erfolgt und zwar abhängig vom Objekt.

Die Ausbildung einer logarithmisch abbildenden Signalverarbeitungsschaltung ist in Fig. 52 gezeigt. Der Aufbau ist im Prinzip der gleiche wie in Fig. 3. Gleiche Bezugszeichen werden für die gleichen Elemente verwendet. Die Schaltung umfaßt logarithmische Verstärker 231 bis 232 und die den delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 zugeführten Signale werden mittels Schaltern 234 bis 239 geschaltet. Durch Betätigung dieser Schalter 234 bis 239 werden die Signale den delogarithmischen Verstärker 41 bis 43 für den Fall zugeführt, daß das Ausgangssignal der Vorrichtung eine logarithmische Charakteristik aufweisen soll, und den logarithmischen Verstärkern 231 bis 233 für den Fall, daß das Ausgangssignal der Vorrichtung eine Exponentialcharakteristik haben soll, so daß sich eine Umwandlung in lineare Signale ergibt. Wird der durch die Vorrichtung abzubildende Dynamikbereich als kontinuierlich veränderbar eingestellt, dann können die Verstärkungen der logarithmischen und delogarithmischen Verstärker geregelt werden unter Ansprechen darauf und können in geeigneter Weise umgewandelt werden. Dies ist das gleiche wie dies in Zusammenhang mit Fig. 25 erläutert wurde.

Das Leuchtdichteausgangssignal der Umwandlungsmatrix 44 wird durch Schalter 241 und 242 geschaltet und in den logarithmischen Verstärker 45 oder den Exponentialverstärker 240 eingegeben und wird zurückgebracht auf die logarithmische oder exponentielle Charakteristik wie zum Zeitpunkt der Abbildung. Besitzt das Ausgangssignal der Vorrichtung eine exponentielle Charakteristik, dann ist kein Fließpunktsystem erforderlich, so daß zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal der Mittelwertbildungsschaltung 40 mittels des Schalters 243 auf den 0-Pegel geschaltet wird. Hierdurch erfolgt insbesondere keine Addition bzw. Subtraktion durch die Addierer 48, 49 und 50 bzw. die Subtrahierer 43, 34 und 35 und bei einem Ausgangssignal mit Exponentialcharakteristik kann das Farbdifferenzsignal visuell korrekt korrigiert werden.

Der anderen Vorgänge sind die gleichen wie sie bereits erläutert wurden, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen den Fall, daß die Fotodiode aus einer streuenden oder diffusen Schicht gebildet wird. Bei dem 14. Ausführungsbeispiel wird die Fotodiode gebildet aus einer MOS-Fotodiode, die eine MOS-Gateelektrode verwendet. Fig. 53 ist eine Schnittansicht im Umgebungsbereich der Fotodiode und eine Darstellung der Potentialverteilung. Das Bezugszeichen 244 stellt eine Gateelektrode (PD-Gateelektrode) auf der Fotodiode, 245 eine Gateelektrode für ein vertikales Schieberegister und 246 eine Überlaufdrainelektrode dar. Fig. 54 zeigt einen Impuls Φ_PDG, der an die PD-Gateelektrode angelegt wird. Der Impuls Φ_PDG steigt von einem Wert 0 gemäß der Formel (8) an.

Wird während der Addition dieses Impulses die fotoelektrische Ladung akkumuliert, dann ist zu Beginn der Akkumulation der Potentialtopf unter der PD-Gateelektrode flach und die elektrische Ladung wird auch in dem vertikalen Schieberegister akkumuliert (Fig. 55a). Mit dem Verlauf der Zeit jedoch wird der Potentialtopf tiefer und die elektrische Ladung wird nur in der Fotodiode gesammelt (Fig. 55b). Auf die gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erhält man ein Ausgangssignal mit Exponentialcharakteristik. Je größer die elektrische Sättigungsladungsmenge der MOS-Fotodiode ist, um so größer ist die Verstärkung der Exponentialcharakteristik.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Elektrode auf der Oberseite der Fotodiode angebracht ist, ist die Fotoempfindlichkeit verhältnismäßig gering. Es ist jedoch kein Übertragungsgate und kein Überlaufsteuergate erforderlich, so daß sich der Aufbau vereinfacht.

Es sei bemerkt, daß in Fig. 44 der Aufbau der CCD- Bildaufnahmevorrichtung in Form einer FIT-CCD-Vorrichtung gewählt wurde, um ein Bild kontinuierlich abzubilden. Nachdem eine Bildebene abgebildet wurde, wird während derjenigen Periode, die zum Auslesen des Signals erforderlich ist, die Abbildung bzw. Bildaufnahme unterbrochen und nach Beendigung der Auslesung des Signals beginnt die Lichtakkumulation für die nächste Bildebene. Es kann auch eine IL-CCD-Vorrichtung verwendet werden.

Die Überlaufdrainelektrode ist benachbart zur Fotodiode angeordnet, aber es kann auch eine sogenannte vertikale Überlaufdrainelektrode verwendet werden, die ein n-Substrat durch eine p-Schicht unterhalb der Fotodiode aufweist. Durch Variieren der Potentialschranke zwischen der Fotodiode und der Überlaufdrainelektrode (n-Substrat) unter Anlegen der Spannung an das n-Substrat kann die gleiche Funktion erreicht werden, wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die logarithmische Kompression innerhalb der Vorrichtung. Wird jedoch eine Beleuchtungsvorrichtung wie beispielsweise bei einem elektronischen Endoskop verwendet, bei der die Lichtstärke der Lichtquelle verändert wird, dann kann der Beleuchtungsgrad für das Objekt logarithmisch komprimiert werden.

Wird eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Farbfilteranordnung verwendet, dann erfolgt die Farbbildaufnahme unter Verwendung von weißem Licht gemäß den Systemen der Ausführungsbeispiele älterer Anmeldungen (US-PS 45 84 606).

Andererseits soll nun das 15. Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben werden, daß ein Zeitfolgeabbildungssystem, wie ein RGB-System für eine monochromatische Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen ist, die keine Farbfilteranordnung verwendet. Im Falle eines Teilbild- oder Zeitfolgeabbildungssystems wird das Beleuchtungslicht nach und nach verändert, so daß die Belichtungsmenge (oder die ausgestrahlte Lichtmenge, d. h. Lichtstärke×Zeit) beispielsweise ein Verhältnis von 1 : 300 für die entsprechenden Beleuchtungslichtanteile aufweist, wobei der Dynamikbereich der Vorrichtung 50 dB sei.

Nach jeder Beleuchtungsperiode ist eine Lichtunterbrechungsperiode für die vertikale Übertragungsperiode der Vorrichtung vorgesehen. In diesem Falle kann in der Beleuchtungsvorrichtung das Verhältnis des offenen Fensters jedes Farbfilters für die entsprechenden Farben eines Rotationsfilters für ein RGB-System (Rot-, Grün-, Blau-System) zu 1 : 300 gemacht werden. Im Falle einer Strobe- Beleuchtung des RGB-Systems ist das Verhältnis jeder EIN-Zeit für die entsprechenden Farben 1 : 300.

Somit wird beispielsweise zweimal die Belichtungsmenge durch die gleiche Farbe R geändert, zum ersten Zeitpunkt werden die Ausgangsdaten in einem R-Teilbildspeicher gespeichert, während sie zu einem zweiten Zeitpunkt aufeinanderfolgend aus dem vorgenannten R-Teilbildspeicher ausgelesen werden. Die vom ersten Zeitpunkt herrührenden Daten werden zu den Ausgangsdaten des zweiten Zeitpunkts addiert und dann wird der Inhalt des Teilbildspeichers zu den addierten Daten zurückgeschrieben. Wird dies für die entsprechenden Farben Rot, Grün und Blau durchgeführt, dann werden in den entsprechenden Teilbildspeichern Bilddaten mit einer logarithmischen Charakteristik der geknickten Linienannäherung akkumuliert. Die Daten der entsprechenden Farben R, G und B werden dann in den logarithmischen Farbabbildungs-Videoverarbeitungsteil eingegeben (vgl. beispielsweise Fig. 10) und zwar durch einen Video-Digital/Analog-Wandler, und werden dann auf einem Bildschirmgerät als ein RGB-Ausgangsbild oder ein zusammengesetztes NTSC-Ausgangsbild in Farbe dargestellt.

Es sei bemerkt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Teilbildspeicher für eine Anzahl von Stufen, insbesondere zwei, für die entsprechenden Farben aufgebaut sind. Die Daten werden in den Teilbildspeichern für die entsprechenden Belichtungspegel akkumuliert und dann können zur Auslesezeit der Daten die Bildelementinformationen der entsprechenden Stufen addiert werden.

Fig. 56 zeigt den Aufbau eines elektronischen Endoskops mit einer Teilbildspeichereinheit in der Mitte.

Eine derartige elektronische Endoskopeinrichtung 301 umfaßt ein elektronisches Endoskop 302 in langer, dünner Form, so daß es in eine Körperhöhle oder dergleichen eingeführt werden kann, eine Endoskopsteuervorrichtung 304, die an das elektronische Endoskop 302 angeschlossen ist und in der sich eine Lichtquelle 303, eine Signalverarbeitungseinheit und ein Anzeigemonitor 305 befindet, der an den Videoausgang dieser Endoskopsteuervorrichtung 304 angeschlossen ist.

Die Spitze 306 des elektronischen Endoskops 302 beinhaltet eine Bildformungsobjektivlinse 307 und eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung (SID) 308, die in der Brennebene der Objektivlinse 307 angeordnet ist. Ein Lichtleiter 309 überträgt Beleuchtungslicht durch das elektronische Endoskop 302 und ist an seiner Eingangsstirnfläche mit der Lichtquelle 303 verbunden, so daß weißes Licht von einer Xenonlampe 310 oder dergleichen in Form von Farb-Teilbildfolge-Lichtanteilen für R (Rot), G (Grün), B (Blau) durch ein Rotationsfilter 311 oder 312 gemäß den Fig. 57(a) oder 57(b) ausgestrahlt wird.

Diese Farblichtanteile werden an der Objektseite durch eine Beleuchtungslinse 313 an der Ausgangsstirnfläche des Lichtleiters 309 ausgestrahlt.

Die Xenon-Lampe 310 wird von einer Stromquelle 314 versorgt. Das RGB-Rotationsfilter 311 bzw. 312 wird mittels eines Motors 315 angetrieben, der ein Treibersignal von einem Motortreiber 316 aufnimmt.

Ein nichtveranschaulichter SID-Treiber ist innerhalb der Endoskopsteuervorrichtung 304 angeordnet. Das aus der SID- Vorrichtung 308 unter Anliegen eines Treibersignals von diesem SID-Treiber ausgelesene Signal wird an einen A/D-Wandler 318 in der Teilbildspeichereinheit 317 über ein Signalkabel angelegt und in ein Digitalsignal umgewandelt. Das durch diese A/D-Wandler 318 gelaufene Signal wird über einen Multiplexer 319 an drei Multiplexer 321, 322 und 323 angelegt.

Addiererpaare 324a und 324b; 325a und 325b; 326a und 326b und Paare von Multiplexern 327a und 327b; 328a und 328b; und 329a und 329b sind entsprechend mit diesen drei Multiplexern 321, 322 und 323 verbunden.

Die Ausgangssignale der Paare von Multiplexern 327a und 327b; 328a und 328b; und 329a und 329b, die die Ausgangsklemmen der entsprechenden Addiererpaare 324a und 324b; 325a und 325b und 326a und 326b und die Kontakte auf einer Seite der genannten Multiplexer 321, 322 und 323 zueinanderschalten, werden in Paare von R-Teilbildspeichern 336a und 336b, G-Teilbildspeichern 337a und 337b und B-Teilbildspeichern 328a und 338b durch Pufferpaare 333a und 333b; 334a und 334b und 335a und 335b eingegeben. Diese Paare von Teilbildspeichern 336a und 336b, 337a und 337b und 338a und 338b sind entsprechend mit den Addierern 324a und 324b 325a, und 325b und 326a und 326b über Halteschaltungen 339a und 339b, 340a und 340b und 341a und 341b verbunden. Die aus den Teilbildspeichern 336a und 336b, 337a und 337b und 338a und 338b ausgelesenen Daten und die Daten von den Multiplexern 321, 322 und 323 werden addiert und wiederum in die Teilbildspeicher 336a und 336b und 337a und 337b und 338a und 338b durch Multiplexer 327a und 327b und 328a und 328b und 329a und 329b und die Puffer 333a und 333b, 334a und 334b und 335a und 335b zurückgeschrieben.

Die entsprechenden Paare von Teilbildspeichern 336a und 336b, 337a und 337b und 338a und 338b mit einem Video-D/A-Wandler 345 entsprechend durch Multiplexer 342, 343 und 343 verbunden. Das durch diesen Video-D/A-Wandler 345 umgewandelte Analogsignal wird in eine logarithmische Farbabbildungs-Videoverarbeitungseinheit 346 eingegeben, wie sie beispielsweise in Fig. 10 gezeigt ist, und deren Ausgangssignal wird mittels des Monitors 305 dargestellt.

Die Teilbildspeicher 306a, 307a und 308a des einen Teiles der Paare von Teilbildspeichern 306a und 306b und 307a und 307b und 308a und 308b erlauben ein Lesen und Schreiben beispielsweise in einer geraden Anzahl von Teilbildern und die Teilbildspeicher 306b, 307b und 308b der anderen Seite ein Schreiben und Lesen.

Fig. 57 zeigt das RGB-Rotationsfilter 311 bzw. 312, das in der Lichtquelle 303 enthalten ist.

Insbesondere ist das Filter nach Fig. 57a ein Beispiel für die Verwendung in einem Zeilenübertragungssystem, einem Teilbildübertragungssystem oder einem (X-Y)-Adressensystem für die SID-Vorrichtung 308, die in der Spitze 306 des elektronischen Endoskops untergebracht ist. Fig. 57b zeigt ein Beispiel eines Rotationsfilters für ein Zwischenzeilenübertragungssystem. Gemäß Fig. 57a sind die dichroitischen R-Filter 351a und 351b, die die dichroitischen G-Filter 352a und 352b und die dichroitischen B-Filter 353a und 353b bezüglich ihrer Filterflächen derart gewählt, daß ein Verhältnis von 1 : 300 besteht. Beispielsweise bedeutet 1 R und 300 R ein Flächenverhältnis von 1 : 300.

Bei dem Rotationsfilter gemäß Fig. 57a liegt jeweils ein Lichtunterbrechungsabschnitt zwischen den entsprechenden Filtern, z. B. zwischen den Filtern 351a und 351b. Bei dem RGB- Rotationsfilter 312 gemäß Fig. 57b, das für ein Zwischenzeilenübertragungssystem der SID-Vorrichtung geeignet ist, gibt es keinen Lichtunterbrechungsabschnitt zwischen den entsprechenden R-, G- und B-Filtern 353a und 353b, 355a und 355b und 356a und 356b sondern diese gehen entsprechend ineinander über und sind deshalb mit 353, 355 und 356 bezeichnet.

Die Farben der entsprechenden Filter werden durch die Positionen von Startmarkierungen 357 (Fig. 57a) bzw. 358 (Fig. 57b) unterschieden. Die Zeitgabe des Auslesens nach jeder Belichtung wird durch einen Positionssensor (oder Abtaster) 367 festgestellt (Fig. 56) der die Lesemarkierungen 361a, 361b, 362a und 362b und 363a und 363b (Fig. 57a) und 364a und 364b der 365a und 365b und 366a und 366b (Fig. 57b) abtastet. Es soll nun die Funktion des Filters 311 gemäß Fig. 57a erläutert werden.

Beispielsweise werden die Bilddaten einer geraden Anzahl von durch das dichroitische R-Filter 53a (bzw. G-Filter 352a und B-Filter 353a) für 1R (1G, 1B) belichteten Teilbildern (Feldern) in den R- Teilbildspeicher 336a (G-Teilbildspeicher 337a, B-Teilbildspeicher 338a) durch den A/D-Wandler 318, die Multiplexer 321 (322, 323) und 327a (328a, 329a) und Halteschaltungen 333a (334a, 335a), die in dieser Reihenfolge verbunden sind, eingeschrieben. Hiernach erfolgt eine weitere Belichtung für 300 R (300 G, 300 B) durch das R-Filter 351b (G-Filter 352b, B-Filter 353b) und die Bilddaten werden in den R-Teilbildspeicher 336a (337a, 338a) über den A/D- Wandler 318, den Multiplexer 319, den Multiplexer 321 (322, 323) den Addierer 324a (325a, 326a), den Multiplexer 327a (328a, 329a) und den Puffer 333a (334a, 335) eingeschrieben. Es sei bemerkt, daß bei den entsprechenden Teilbildspeichern 336a bis 338b die Dateneinschreibgeschwindigkeit und -auslesegeschwindigkeit unabhängig bestimmt werden von der Übertragungskapazität der SED- Vorrichtung 308 und der Darstellungszeitgabe des Monitors 305. Auch erfolgt, wie dies für die Schreibzeit der Daten in Fig. 58 dargestellt ist, für die Periode, in der die Adresse gemäß Fig. 58 (a) aufgerufen wird, das Lesen/Schreiben mit einer doppelt so hohen Geschwindigkeit als in Fig. 58b gezeigt, wobei die Datenauslesung aus dem Teilbildspeicher zur Lesezeit (Fig. 58c) in die Halteschaltung erfolgt, wo die Daten für eine Ausgabe zum Zeitpunkt eines Schreibsignals gehalten werden.

Dies bedeutet, daß die Halteschaltungen 339a bis 341b in Synchronisation mit der Lesezeitgabe die Daten von den entsprechenden Teilbildspeichern 336a bis 332b gespeichert halten, wenn die durch das Filter 351b für 300 R abgebildeten Daten eingegeben werden. Dann werden die unter dem Filter 351a von 1 R abgebildeten und durch die Halteschaltung 339a gehaltenen Daten durch den Addierer 324a addiert und dann (im Falle einer geraden Anzahl von Feldern) wieder eingeschrieben in den R- Teilbildspeicher 336a zum Schreibzeitpunkt.

Dies bedeutet insbesondere, daß nach Beendigung aller Belichtungen von R unter Verwendung der R-Filter 351a und 351b die Daten mit einer Beleuchtung von (1 R + 300 R) sich in dem R-Teilbildspeicher 336a befinden. Das gleiche gilt für die Farben Grün und Blau.

Durch Wiederholung dieses Vorgangs für R, G und B, werden die RGB- Daten für ein Teilbild (Feld) gespeichert. Hiernach werden die Multiplexer 323 bis 325 und 342 bis 344 umgeschaltet und der gleiche Vorgang erfolgt für die anderen RGB-Teilbildspeicher 336b, 337b, 338b und die Daten werden aufeinanderfolgend in die Farbteilbildspeicher 336b, 337b und 338b eingeschrieben. Zur gleichen Zeit gilt für die beschriebenen RGB-Farbteilbildspeicher 336a, 337a und 338a die Lesebetriebsart. Die Daten werden gleichzeitig aus diesen Farbteilbildspeichern 336a, 337a und 338a ausgelesen und zu der logarithmischen Farbabbildungs- Videosignalverarbeitungseinheit 346 (z. B. gemäß Fig. 10) in der nachfolgenden Stufe über den Video-D/A-Wandler 345 von drei Kanälen übertragen und das Ausgangssignal wird mittels des Monitors 305 dargestellt.

Es sei erwähnt, daß die Lichtquelleneinheit 303 gemäß Fig. 56 den Motor 315 aufweist, der von einem Motortreiber 316 gesteuert wird, in dem die etwa durch eine Rotationsgeschwindigkeits- Detektorvorrichtung 371 etwa einen Drehkodierer oder einen Tachometer festgestellte Rotationsgeschwindigkeit eingegeben wird, so daß die Rotation mit einer konstanten Geschwindigkeit erfolgt.

Es sei ferner bemerkt, daß die vorgenannte Farbteilbildspeichereinheit 317 und der Motortreiber 316 durch die Systemsteuereinheit 151 gesteuert werden.

Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf die Verwendung des Rotationsfilters 311 gemäß Fig. 57a. Wird für die SID-Einrichtung 308 eine IL-CCD-Vorrichtung verwendet, dann kommt das Rotationsfilter 312 gemäß Fig. 57(b) zum Einsatz und die Daten werden zu dem vertikalen Schieberegister mit einer Zeitgabe entsprechend der Lesemarkierungen 364a bis 366a übertragen, wobei die Belichtung der abzubildenden Ebene mit der gleichen Farbe hintereinander, daß heißt ohne Unterbrechung, erfolgen kann. Nach Eingabe der Daten ist der Ablauf der gleiche wie er zuvor beschrieben wurde.

Die Verwendung einer IL-CCD-Einrichtung hat den Vorteil, daß die Blendenfunktion dieser Vorrichtung ein Ändern der Einstellung des Kompressionsverhältnisses gestattet und daß die Belichtungsperiode (im Umfangsteil des Rotationsfilters) groß gemacht werden kann, da die Belichtung mit der gleichen Farbe hintereinander erfolgt und der Lichtunterbrechungsabschnitt auf ein Minimum begrenzt werden kann.

Bei dem zuvor beschriebenen 15. Ausführungsbeispiel erfolgt die logarithmisch komprimierte Farbabbildung durch Regelung der Beleuchtungsperiode. Es kann jedoch auch eine logarithmische Komprimierung innerhalb der Vorrichtung auf ein elektronisches Endoskop angewandt werden, wenn ein Teil des üblichen elektronischen Endoskops ersetzt wird durch eine Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit logarithmischer Kompression innerhalb der Vorrichtung.

Das Bildaufnahmesystem des elektronischen Endoskops kann ein RGB- Teilbildfolge-Bildaufnahmesystem sein, wenn die vorstehend beschriebene Vorrichtung mit interner logarithmischer Kompression verwendet wird, wobei keine Farbfilteranordnung zum Einsatz kommt, sondern eine einzige Lichtquelle mit beispielsweise einem RGB- Rotationsfarbfilter, ein Multiplexer, ein A-/D-Wandler, ein Teilbildspeicher für drei Farbteilbilder (in der Praxis werden bevorzugt sechs Farbteilbilder verwendet, um die Kapazität für das fünfzehnte Ausführungsbeispiel zu erreichen), ein Video-D/A- Wandler und dergleichen verwendet werden.

Wird ein elektronisches Endoskop mit einer logarithmisch komprimierten Farbcharakteristik ausgestattet, wie dies zuvor beschrieben wurde, dann kann sich der Nachteil ergeben, daß zwar die Charakteristik des allgemeinen elektronischen Endoskops verbessert wird, daß jedoch der Ausgangswert eng ist.

Soll dann ein tief im Körperinneren liegendes Objekt, beispielsweise die Speiseröhre oder der Darm mit einem normalen elektronischen Endoskop betrachtet werden, dann wird der tief im Inneren liegende Teil vollkommen schwarz erscheinen, während der weiter oben liegende Abschnitt weiß gesättigt ist. Bei Verwendung eines elektronischen Endoskops mit logarithmisch komprimierter Charakteristik können derartige Situationen aufgelöst werden und es ist nicht nur eine Beobachtung und Messung mit guter Unterscheidung möglich, sondern die Bildinformation aller Dynamikbereiche des abgebildeten Objekts können beispielsweise auf einem Band oder einer Platte aufgezeichnet werden, so daß sich eine vorteilhafte Routineuntersuchung oder eine Bildverarbeitung ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Verwendung einer logarithmischen Farbabbildung auf eine elektronische Kamera soll nun nachstehend erläutert werden.

Mit der elektronischen Kamera soll ein stationäres Bild aufgezeichnet bzw. wiedergegeben werden und zwar durch Aufzeichnung eines elektrischen Ausgangssignals von einer Bildaufnahmevorrichtung auf einem Aufzeichnungsträger anstelle der Belichtung eines Silbersalzfilmes durch die Kamera. Eine schematische Ansicht der elektronischen Kamera gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 59 gezeigt.

Die elektronische Kamera besitzt einen Aufnahmeteil 401 und einen Wiedergabeteil 402. In dem Aufnahmeteil 401 wird ein Bild eines abzubildenden Objekts über eine Linse 403 auf eine Bildaufnahmevorrichtung 404 projiziert. Das Ausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 404 wird auf einem Aufzeichnungsträger 406 beispielsweise einer magnetischen Platte über eine Signalverarbeitungsschaltung 406 aufgenommen. Diese magnetische Platte wird in den Wiedergabeteil 402 eingesetzt und das über eine Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung ausgelesene Signal wird an einen Fernsehmonitor 408 über eine Signalverarbeitungsschaltung 407 zur Wiedergabe des Bildes ausgegeben. Bei einer logarithmischen Farbabbildung in einem derartigen elektronischen Farbkamerasystem 400 werden verschiedene Einheiten verwendet, abhängig davon, wie die zuvor beschriebene logarithmische Kompression des Signals und die Verarbeitung des Farbsignals erfolgen sollen.

Bei dem 16. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 60 erfolgen alle logarithmischen Abbildungsvorgänge innerhalb des Aufnahmeteils 401. Innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 407 ist beispielsweise eine logarithmische Bildungsverarbeitungsschaltung 409 etwa gemäß Fig. 3 angeordnet, der das Bildausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 404 in dem Aufnahmeteil 401 zugeführt wird. Das Videosignal mit einem Dynamikbereich von beispielsweise 100 dB wird durch Vorrichtungen wie sie zuvor beschrieben wurden, bezüglich des Leuchtdichtesignals logarithmisch komprimiert und das Farbaberrationssignal wird visuell korrigiert und es erfolgt eine Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger 406.

Der Dynamikbereich des wie vorstehend beschrieben verarbeiteten Signals wird auf etwa 50 dB komprimiert, was einem normalen Signal entspricht. Das Signal kann dann mit normaler üblicher Dichte aufgezeichnet werden. Beispielsweise läßt sich mit einer Standard- Videodiskette das Signal eines Feldes oder Teilbildes in einer Spur einer Magnetplatte aufzeichnen.

Das auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnete Signal wird in der Wiedergabeeinheit 402 wiedergegeben und der Signalverarbeitungsschaltung 407 zugeführt. Diese Signalverarbeitungsschaltung 407 kann genau die gleiche sein wie für ein normales Bild, d. h. ohne logarithmische Abbildung. Das Videosignal wird von der Signalverarbeitungsschaltung 407 ausgegeben und einem TV-Monitor 408 zugeführt.

Falls das gesamte logarithmische Farbabbildungsverfahren auf der Seite der Bildaufnahmevorrichtung 404 erfolgen soll, wie dies zuvor beschrieben wurde, dann muß die Verstärkung und der Dynamikbereich des Signals auch ganz auf der Bildaufnahmeseite geregelt werden. Der Aufnahmeteil 401 kann mit einem Schalter zum Einstellen der Verstärkung und des Dynamikbereichs und einem veränderbaren Widerstand oder dergleichen zur Einstellung von Hand ausgestattet sein. Sollen eine Vielzahl von Bildern unter kontinuierlichem Arbeiten der Bildaufnahmevorrichtung 404 (kontinuierliches Fotografieren) aufgenommen werden, dann können die beiden Parameter automatisch eingestellt werden. Dies erfolgt unter Verwendung einer automatischen Verstärkungseinstellschaltung und einer automatischen Dynamikbereicheinstellschaltung, wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, und unter Verwendung des Mittelwertes des Leuchtdichtesignals des vordersten oder ersten Gesamtbildes (Rahmen).

Ist nur ein Bild aufzunehmen, dann läßt sich eine automatische Regelung nicht auf Grund der Information des ersten Bildes durchführen. In diesem Falle ist das Aufnahmeteil 401 mit einem Belichtungsmesser ausgestattet und die Verstärkung und der Dynamikbereich werden unter Verwendung der Lichtmessungs- Information zu Beginn der Bildaufnahme eingestellt und die Abbildung auf Grund der Parameter durchgeführt.

Fig. 61 zeigt ein 17. Ausführungsbeispiel, bei der die logarithmische Abbildung in der Wiedergabeeinheit 402 verarbeitet wird. Beim Aufnahmeteil 401 werden zwei Bilder mit einem Dynamikbereich von 50 dB und mit einem sich um 50 dB unterscheidenden Belichtungswert aufgenommen und auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet. Mittels einer mechanischen Blende wird die Lichtakkumulationszeit beispielsweise der Bildaufnahmevorrichtung 404 auf 16,7 ms eingestellt oder die Blendenfunktion der Bildaufnahmevorrichtung selbst wird auf diesen Wert eingestellt und das Bild aufgenommen. Das Videosignal wird über die Signalverarbeitungsschaltung 405 zu diesem Zeitpunkt auf dem Aufzeichnungsträger 406 aufgezeichnet. Dann wird die Lichtakkumulationszeit auf 0,05 ms eingestellt und das Bild aufgenommen. Dieses Videosignal wird wiederum auf dem Aufzeichnungsträger 406 aufgezeichnet. Hierdurch werden Signale, die sich in der Belichtung um 50 dB unterscheiden, in zwei Spuren, beispielsweise einer Magnetplatte aufgezeichnet. Dies bedeutet, daß die Aufzeichnungskapazität des Aufzeichnungsträgers 406 zweimal so groß als normal sein muß. Andererseits werden in der Wiedergabeeinheit 402 die zwei auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Bilder logarithmisch zu einem Bild abgebildet. Beispielsweise werden die Informationen aus den zwei Spuren der Magnetplatte mittels Doppelköpfen wiedergegeben und die beiden Bilder werden gleichzeitig ausgelesen. Dieses Bildsignal wird mittels einer RGB-Trennschaltung innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 407 zu einem Paar von Primärfarbsignalen verarbeitet und dann mittels des logarithmischen Verstärkers etwa gemäß Fig. 2 logarithmisch umgewandelt. Dann werden die Signale für zwei Teilbilder für jede Primärfarbe zu einem Primärfarbensignal mit einem Dynamikbereich von 100 dB addiert. Nun wird das Leuchtdichtesignal komprimiert und das Farbdifferenzsignal wird in der logarithmischen Bildverarbeitungsschaltung 409 innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 407 korrigiert. Das verarbeitete Videosignal wird von der Wiedergabeeinheit abgegeben und zur Anzeige einem TV-Monitor 408 zugeführt.

Wenn wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die logarithmische Abbildungsverarbeitungsschaltung 409 in der Wiedergabeeinheit 402 vorgesehen ist, dann kann die Verstärkung und der Dynamikbereich des Bildes frei in der Wiedergabeeinheit 402 eingestellt und es kann sogar das bereits auf dem Aufzeichnungsträger 406 aufgezeichnete Bild unter Verändern der Wirkung bzw. der Parameter betrachtet werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen System muß die Kapazität des Aufzeichnungsträgers 406 doppelt so groß wie normal sein; sie kann jedoch durch Komprimieren der Daten verringert werden.

Fig. 62 zeigt ein 18. Ausführungsbeispiel, bei dem die Kapazität des Aufzeichnungsträgers klein sein kann.

Das Ausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 404 innerhalb des Aufnahmeteils 401 wird in der Datenkompressionsschaltung 410 komprimiert und über einen Aufzeichnungsverstärker 411 auf dem Aufzeichnungsträger 406 aufgezeichnet. In der Wiedergabeeinheit 402 wird das Signal vom Aufzeichnungsträger 406 abgelesen und mittels einer Datendekrompressionsschaltung 412 in ein Signal wie vor der Kompression zurückverwandelt und dann an eine Signalverarbeitungsschaltung 413 angelegt. Mittels der logarithmischen Bildverarbeitungsschaltung 409 wird das Leuchtdichtesignal komprimiert und das Farbdifferenzsignal wird ebenfalls komprimiert, wodurch sich ein Videosignal ergibt.

Wie bei dem 17. Ausführungsbeispiel ist eine logarithmische Bildverarbeitungsschaltung 409 in der Wiedergabeeinheit 402 vorgesehen, so daß die Verstärkung und der Dynamikbereich des Bildes frei eingestellt werden kann. Auch eine Funktionsumwandlungsschaltung kann innerhalb der letzten Stufe der Signalverarbeitungsschaltung 413 zum Variieren des Leuchtdichtesignals angeordnet sein. Hierdurch kann das Leuchtdichtesignal nicht nur logarithmisch komprimiert, sondern auch derart eingestellt werden, daß sich die beste Wiedergabe des Bildes ergibt.

Das 19. Ausführungsbeispiel bringt eine logarithmische Bildverarbeitungsschaltung, die, wie nachstehend beschrieben, in ein Bildaufnahmeteil 401 und eine Wiedergabeeinheit 402 aufgeteilt ist. Verschiedene konkrete Ausführungsformen können dabei in Betracht gezogen werden. Fig. 63 zeigt ein Beispiel bei dem im Aufnahmeteil 401 nur eine logarithmische Komprimierung des Signals erfolgt.

Ein logarithmischer Verstärker kann zur logarithmischen Kompression verwendet werden. Bezüglich des Nutz-/ Störverhältnisses ist es jedoch vorteilhaft, die logarithmische Kompression innerhalb des Bildaufnahmeteils selbst auszuführen. Fig. 63 zeigt, daß die Bildaufnahmevorrichtung 404 in dem Aufnahmeteil 401 die logarithmische Kompression im Inneren derselben durchführt, wobei das Ausgangssignal an die Signalverarbeitungsschaltung 405 angelegt wird.

Eine Treiberschaltung 414 dient zum Ansteuern der Bildaufnahmevorrichtung 404. Wie zuvor beschrieben, verändert sich die Verstärkung und der Dynamikbereich, wenn die Form des an die Überlaufdrainelektrode der Bildaufnahmevorrichtung 404 angelegten Impulses von der Treiberschaltung 414 variiert wird.

Für die automatische Durchführung dieser Regelung, wie sie zuvor beschrieben wurde, wird das Signal log Y benötigt. Im Aufbau der Fig. 63 wird das Signal log Y auf der Wiedergabeseite abgegeben, wenn das Signal log G, das sich in der Bildaufnahmevorrichtung 404 ergibt, anstelle des Signals log Y verwendet wird, so daß sich eine praktisch zufriedenstellende automatische Verstärkungsregelung und eine automatische Dynamikbereichregelung ergibt. Das logarithmisch komprimierte Ausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 404 wird auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet, wird frequenzmoduliert mittels eines Frequenzmodulators 415 innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 405, falls der Aufzeichnungsträger beispielsweise eine Magnetplatte 417 ist, wird mittels des Aufzeichnungsverstärkers 416 verstärkt und auf die Magnetplatte 417 aufgeschrieben. Es sei bemerkt, daß bei einer Änderung des Dynamikbereichs zur Zeit der Aufnahme das den Dynamikbereich anzeigende Signal ebenfalls auf der Magnetplatte 417 aufgezeichnet wird.

In der Wiedergabeeinheit 402 wird das Signal von der Magnetplatte 417 ausgelesen, mittels eines Wiedergabeverstärkers 418 verstärkt, mittels eines Frequenzmodulators 419 in das Originalsignal zurückverwandelt und aufgetrennt in die Signale log R, log G und log B mittels einer Farbtrennschaltung 420. Diese Signale werden in lineare Signale mittels eines delogarithmischen Verstärkers 421 umgewandelt. Bezüglich des aufgezeichneten Dynamikbereichs muß zu diesem Zeitpunkt auf eine richtige Rückwandlung geachtet werden. Der delogarithmische Verstärker 421 kann den Aufbau gemäß einem Fließpunktsystem haben, wie dies beispielsweise zuvor beschrieben wurde. Die R-, G- und B-Signale werden nach der in der Matrix 422 erfolgenden Umwandlung in lineare Signale in ein Leuchtdichtesignal Y und die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y umgewandelt. Nun wird das Leuchtdichtesignal wiederum logarithmisch komprimiert durch einen logarithmischen Verstärker 423. Der Kompressionsfaktor kann hierbei den gleichen Wert haben wie der Kompressionsfaktor zur Zeit der Bildaufnahme oder er kann geeignet während der Wiedergabe des Bildes eingestellt werden.

Die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y werden mit log Y/Y in der Korrekturschaltung 424 multipliziert, so daß sich eine visuelle Korrektur ergibt. Diese verarbeiteten Signale Y′, (R-Y)′ und (B-Y)′ werden mittels eines Kodierers 425 in NTSC-Signale umgewandelt und an einen Monitor ausgegeben.

Fig. 64 zeigt ein 20. Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein IC-Speicher (Speicher in integrierter Halbleiterschaltung) 429 als Aufzeichnungsmedium verwendet. In dem Bildaufnahmeteil 401 wird das Ausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 404 mittels eines A/D- Wandlers 426 in einen Digitalwert umgewandelt. Wie zuvor ist es bevorzugt, an die Bildaufnahmevorrichtung 404 einen Signalkomprimierungsimpuls von der Treiberschaltung 414 anzulegen, so daß das Ausgangssignal eine logarithmische Charakteristik erhält. Wenn in diesem Falle acht Quantisierungsbits bei dem A/D- Wandler 426 verwendet werden, dann kann ein Signal mit 48 dB aufgezeichnet werden. Damit jedoch der Quantisierungsfehler bei dem späteren Betrachten eines Bildes mit nur engem Lichtmengenbereich auf der Wiedergabeseite nicht zu groß wird, werden vorzugsweise 10 bis 12 Quantisierungsbits verwendet. Nachdem die Datenmenge durch eine Datenkompressionsschaltung 427 und eine Kodierschaltung 428 reduziert wurde, wird das Videosignal in Digitalform in einen IC-Speicher 429 eingespeichert.

In der Wiedergabeeinheit 402 wird das Ausgangssignal des IC- Speichers 429 mittels einer Datendekompressionsschaltung 430 zu dem Originalsignal rückgewandelt und dann mittels einer Farbtrennschaltung 431 aufgetrennt in die Signale log R, log G und log B. Diese Signale werden dann innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung 432 zu linearen Signalen umgewandelt und mittels einer Matrixoperation erfolgt eine Umwandlung in das Leuchtdichtesignal und die Farbdifferenzsignale. Ferner wird das Leuchtdichtesignal komprimiert und die Farbdifferenzsignale werden korrigiert. Es sei erwähnt, daß bei dem Vorgang in der vorgenannten Wiedergabeeinheit 402 der Ablauf digital weiter erfolgen kann, da das Signal als Digitalwert dem IC-Speicher entnommen wird. Auch in diesem Falle jedoch wird mittels des Digital-/Analogwandlers das endgültige Ausgangsvideosignal zu einem Analogsignal verwandelt.

Es sei erwähnt, daß bei der Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Fig. 56 gezeigt ist, die entsprechend bei Beleuchtungsstärken 1 : 300 aufgenommenen Signale abwechselnd Bild für Bild (ein Rahmen nach dem anderen) mittels des Monitors dargestellt werden können.

Für die logarithmische Kompression werden die Farbdifferenzsignale log (R-Y) und log (B-Y) mit log Y/Y multipliziert, so daß der Farbton nicht versetzt wird. Der Farbton kann jedoch dadurch verstärkt werden, daß dieses Verhältnis variabel gemacht wird.

Fig. 65 zeigt, daß ein elektronisches Endoskop 451 unter Verwendung einer intern eine logarithmische Kompression vornehmenden CCD- Vorrichtung 450 (beispielsweise in Fig. 18 gezeigt) aufgebaut werden kann.

In diesem Falle wird für die Beleuchtung eine Lichtquelleneinrichtung 452 mit Teilbildfolge verwendet. Weißes Licht einer Lichtquellenlampe 453 wird zu aufeinanderfolgenden Teilbildlichtanteilen Y, R und B mittels eines Farbrotationsfilters 455 zeitlich nacheinander aufgeteilt, das von einem Motor 454 angetrieben wird. Die Lichtanteile werden kondensiert und über eine Kondensorlinse 456 auf einen Lichtleiter 457 gerichtet.

Das vorstehend erwähnte Farbrotationsfilter 455 wird gebildet durch ein Helligkeits- bzw. Leuchtdichtefilter 455 Y (hergestellt durch Kombinieren von Farbfilter beispielsweise R, G und B in einem Flächenverhältnis von 0,3:0,59:0,11), einem R-Filter 455R und einem B-Filter 455 B. Es sei erwähnt, daß die Drehposition des Farbrotationsfilters 455 beispielsweise durch einen Rotationspositionssensor 454 festgestellt wird.

Das auf die Einfallsstirnfläche des Lichtleiters 457 auftreffende Beleuchtungslicht wird in Richtung des abzubildenden Objekts durch eine Beleuchtungslinse 462 an der Austrittsstirnfläche des Lichtleiters 457 an der vorderen Seite des elektronischen Endoskops 462 abgegeben und formt ein Bild auf der CCD-Vorrichtung 450, deren Lichtempfangsteil in der Brennebene einer Bildformungslinse 463 angeordnet ist. Wird ein Treibersignal von einer Treiberschaltung 465 innerhalb der Signalverarbeitungseinrichtung 464 zum Auslesen des Bildsignals an die CCD-Einrichtung 450 angelegt, dann wird ein fotoelektrisch umgewandeltes Signal abgegeben.

Somit wird ein logarithmisches Kompressionssteuersignal S₃ beispielsweise an das Überlaufdraintor dieser CCD-Vorrichtung 450 von einer Steuersignalgeneratorschaltung 466 (wie beispielsweise in Fig. 23 gezeigt) zum Zeitpunkt des Empfangs jedes aufeinanderfolgenden Teilbildlichtanteils angelegt, so daß dann ein logarithmisch komprimiertes Signal von dieser CCD-Vorrichtung 450 abgegeben wird.

Das Ausgangssignal von der genannten CCD-Vorrichtung 450 wird mittels eines A/D-Wandlers 467 in ein Digitalsignal umgewandelt und an einen ausgewählten Kontakt eines Multiplexers 468 angelegt. Drei Gruppen von Schaltern 471, 472 und 473 sind auf der Ausgangskontaktseite dieses Multiplexers 468 vorgesehen, wobei Paare von Speichern 474a und 474b, 475a und 475b, und 476a und 476b mit den entsprechenden zwei Kontakten verbunden sind, während die Ausgänge dieser Paare von Speichern 474a und 474b, 475a und 475b und 476a und 476b entsprechend mit den zwei Kontakten der Schalter 474, 478 und 479 verbunden sind. Schalter 471 und 477 an der Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite der Speicher 474a und 474b werden abwechselnd derart geschaltet, daß jeweils andere Speicher ausgewählt werden. Diese Speicher 474a und 474b haben einen Dualanschluß- Speicheraufbau, bei dem Daten asynchron eingeschrieben und ausgelesen werden können. Die anderen Speicher 475a und 475b und 476a und 476b sind in der gleichen Weise aufgebaut.

Für das Beleuchtungslicht, das beispielsweise durch das Helligkeitsfilter 355 Y gelaufen ist, wird in dem Multiplexer 464 der veranschaulichte Kontakt ausgewählt, und das aus der CCD- Vorrichtung 450 ausgelesene Signal wird in den Speicher 474 auf der einen Seite durch den Schalter 471 eingeschrieben. Hierbei werden aus dem Speicher 474b der anderen Seite die vor einer Bildperiode eingeschriebenen Daten über den Schalter 477 ausgelesen. Dieses Auslesen erfolgt gleichzeitig auch aus den anderen Speichern 475b und 476b. Die entsprechenden Daten werden mittels D-/A-Wandlern 481, 482 und 483 in Analogsignale log Y, log R und log B umgewandelt. Diese entsprechenden Signale laufen durch die logarithmischen Verstärkungsschaltungen 484, 485 und 486, so daß sich die Signale Y, R und B ergeben.

Das vorgenannte Signal log Y wird direkt an einen NTSC-Kodierer 487 angelegt, einem Teiler 489 zugeführt und es wird 1 dividiert durch log Y, so daß sich ein Signal 1/log Y ergibt. Dieses Signal 1/log Y wird mit dem Signal Y im Multiplizierer 491 multipliziert, so daß ein Signal log Y/Y erzeugt wird.

Andererseits werden die vorgenannten R- und B-Signale in Subtrahierer 492 und 493 eingegeben und das vorgenannte Signal Y wird von diesen Signalen subtrahiert, so daß sich die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y ergeben. Diese (R-Y) und (B-Y)- Signale werden an Multiplizierer 494 bzw. 495 angelegt und mit dem Wert log Y/Y multipliziert, so daß sich die Signale (R-Y) log Y/Y und (B-Y) log Y/Y ergeben. Diese Signale werden in den NTSC- Kodierer 487 eingegeben, werden in zusammengesetzte NTSC- Videosignale umgewandelt und mittels eines Monitors 496 angezeigt. Es sei erwähnt, daß das Lesen des Speichers und das Einschreiben durch eine Systemsteuereinheit gesteuert wird.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Signal in der CCD- Vorrichtung 450 selbst logarithmisch komprimiert wird, kann das Farbabbildungs- oder Aufnahmeteil klein gemacht werden und ist somit für ein Endoskop mit entsprechend geringen Abmessungen geeignet. Da das Helligkeitsfilter 455Y als Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, ergibt sich eine Vereinfachung des Aufbaus des Signalverarbeitungssystems.

Claims

1. Bildverarbeitungsvorrichtung mit Dynamikerweiterung mittels Aufteilung der Bildinformation in zwei Bildinformationen mit unterschiedlichen Intensitäten,

- mit einem Bildaufnahmeteil (1, 2, 3a, 3b, 4, 5a, 5b) zum Umwandeln der Bildinformation in elektrische Signale,
- mit einer Farbsignaltrennvorrichtung (6a, 6b) zum Auftrennen des Ausgangssignals des Bildaufnahmeteils (1 bis 5b) in entsprechende Primär- oder Hilfsfarbsignale (R, C, B),
- mit einer ersten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (7 bis 12) zum logarithmischen Komprimieren der Ausgangssignale der Farbsignaltrennvorrichtung (6a, 6b) und
- mit einer Farbsignaladdiervorrichtung (26 bis 28) zum Zusammenführen der von der ersten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (7 bis 12) gelieferten Ausgangssignale gleicher Farbe,

gekennzeichnet durch

- eine delogarithmische Umwandlungsvorrichtung (41 bis 43) zum Delogarithmieren der Signale der Farbsignaladdiervorrichtung (26 bis 28),
- eine Umwandlungsmatrix (44) für eine lineare Umwandlung der Ausgangssignale der delogarithmischen Umwandlungsvorrichtung (33 bis 43),
- eine zweite logarithmische Kompressionsvorrichtung (45 bis 47) zum logarithmischen Komprimieren der Ausgangssignale der Umwandlungsmatrix (44) und
- eine Signalzusammensetzungsvorrichtung (48 bis 58), die die Ausgangssignale der zweiten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (45 bis 47) in mit einem durch Division von log Y durch Y gebildeten Kompressionsfaktor des Leuchtdichtepegels multiplizierte Ausgangssignale der Umwandlungsmatrix (44) umsetzt (Fig. 2, 3).

2. Bildverarbeitungsvorrichtung mit Dynamikerweiterung mittels Aufteilung der Bildinformation in zwei Bildinformationen mit unterschiedlichen Intensitäten,

- mit einem Bildaufnahmeteil (1, 2, 3a, 3b, 4, 5a, 5b) zum Umwandeln der Bildinformation in elektrische Signale,
- mit einer Farbsignaltrennvorrichtung (6a, 6b) zum Auftrennen des Ausgangssignals des Bildaufnahmeteils (1 bis 5b) in entsprechende Primär- oder Hilfsfarbsignale,
- mit einer ersten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (7 bis 12) zum logarithmischen Komprimieren der Ausgangssignale der Farbsignaltrennvorrichtung (6a, 6b) und
- mit einer Farbsignaladdiervorrichtung (26 bis 28) zum Zusammenführen der von der ersten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (7 bis 12) gelieferten Ausgangssignale gleicher Farbe,

gekennzeichnet durch

- eine delogarithmische Umwandlungsvorrichtung (41 bis 43) zum Delogarithmieren der Signale der Farbsignaladdiervorrichtung (26 bis 28),
- eine Umwandlungsmatrix (78) zum Umwandeln der Ausgangssignale der delogarithmischen Umwandlungsvorrichtung (41 bis 43) in ein Leuchtdichtesignal (Y),
- eine zweite logarithmische Kompressionsvorrichtung (45) zum logarithmischen Komprimieren des von der Umwandlungsmatrix (78) abgegebenen Leuchtdichtesignals (Y) und
- eine Signalzusammensetzungsvorrichtung (48, 75 bis 77, 88 bis 92) die die Ausgangssignale der Farbsignaladdiervorrichtung (26 bis 28) unter Verwendung des Ausgangssignals der zweiten logarithmischen Kompressionsvorrichtung (45) in mit einem durch Division von log Y durch Y gebildeten Kompressionsfaktors des Leuchtdichtepegels multiplizierte Primär- oder Hilfsfarbsignale umsetzt (Fig. 10).

3. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Farbsignaltrennvorrichtung aus einer Zeitfolge-Beleuchtungsvorrichtung (303) und einer Speichervorrichtung (317) besteht, die die Ausgangssignale des Bildaufnahmeteils speichert (Fig. 56).

4. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnahmeteil (1 bis 5b) eine Bildformungslinse (1), einen Strahlenteiler (2), der längs der optischen Achse der Ausgangslichtseite der Bildformungslinse (1) angeordnet und auf unterschiedliche Verteilungsverhältnisse eingestellt ist, und ein Paar Bildaufnahmevorrichtungen (3a, 3b) zum Empfang der Lichtanteile von dem Strahlenteiler (2) aufweist (Fig. 2).

5. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnahmeteil (302) eine Bildformungslinse (307) und eine einzige Bildaufnahmevorrichtung (308) aufweist, die in der Brennebene der Bildformungslinse (307) angeordnet ist (Fig. 56).

6. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmevorrichtung in ihrem Lichtempfangsteil ein Farbtrennfilter (5a, 5b) aufweist (Fig. 2).

7. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste logarithmische Kompressionsvorrichtung durch eine logarithmische Verstärkervorrichtung (7 bis 12) gebildet wird (Fig. 2).

8. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite logarithmische Kompressionsvorrichtung (45 bis 47) eine erste logarithmische Kompressionsschaltung (45) zum logarithmischen Komprimieren des Leuchtdichtesignals (Y) sowie zwei weitere logarithmische Kompressionsschaltungen (46, 47) zum logarithmischen Komprimieren der Farbdifferenzsignale (R-Y, B-Y) aufweist (Fig. 3).

9. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die delogarithmische Umwandlungsvorrichtung (33 bis 43) eine Mittelwertbildungsschaltung (40) zur Aufnahme mehrerer Ausgangssignale der Farbsignaltrennvorrichtung (6a, 6b) und zur Bestimmung des Mittelwertes, eine Subtrahiervorrichtung (33, 34, 35) zum Subtrahieren des Mittelwertes von den Primär- oder Hilfsfarbsignalen, eine Fensterschaltungsvorrichtung (36, 37, 38) zum Durchlassen der Ausgangssignale der Subtrahiervorrichtung (33 bis 35) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs mit dem Mittelwert als Mitte und eine delogarithmisch verstärkende Einrichtung (41 bis 43) zur Umwandlung der Ausgangssignale der Fensterschaltungsvorrichtung (36 bis 38) aufweist (Fig. 2 und 3).

10. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die delogarithmische Umwandlungsvorrichtung eine Maximalsignal-Feststellschaltung (101), die mehrere Ausgangssignale von der Farbsignaltrennschaltung (6a, 6b) aufnimmt und mit hoher Geschwindigkeit die maximale Signalkomponente feststellt, je eine Fensterschaltung (106 bis 109) zum Durchlassen eines Signals mit einem Pegel, der um einen vorbestimmten Wert niedriger als der genannte Maximalsignalpegel ist, und je eine delogarithmische Verstärkungsschaltung (110 bis 113) aufweist, die die Ausgangssignale jeder Fensterschaltung (106 bis 109) umwandelt (Fig. 2 und 16).

11. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalzusammensetzungsvorrichtung (48 bis 58) eine Verstärkungseinstellvorrichtung (51) aufweist (Fig. 3).

12. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalzusammensetzungsvorrichtung (48, 75 bis 77, 88 bis 92) eine Vorrichtung (80, 85, 100) zum Steuern oder Regeln des Dynamikbereichs aufweist (Fig. 10).

13. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalzusammensetzungsvorrichtung eine γ-Korrekturvorrichtung (72, 73, 74) aufweist (Fig. 10).

14. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellvorrichtung (51) manuell einstellbar ist.

15. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellvorrichtung (51) eine automatische Verstärkungsregelvorrichtung (AGC) ist, die die Verstärkung auf einem Bezugswert hält.

16. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikbereichssteuervorrichtung (80, 85, 100) manuell einstellbar ist.

17. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikbereichssteuervorrichtung (80, 85, 100) eine Standardabweichungsberechnungsvorrichtung (100) für das Leuchdichtesignal (Y) aufweist und die automatische Dynamikbereichregelung den Standardabweichungswert auf einem festen Wert im Vergleich zum eingestellten Wert hält (Fig. 10).

18. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmevorrichtung (450) in der Spitze eines Einführteils (461) eines Endoskops (451) angeordnet ist. (Fig. 65).