DE3833080C2 - Steuerschaltung für eine Farbvideokamera - Google Patents
Steuerschaltung für eine FarbvideokameraInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine automatische Steuerschaltung für die Irisblende sowie
den Weiß- und/oder Schwarzausgleich in einer Farbvideokamera, die drei Primär
farbsignale erzeugt.
Beim Aufnehmen eines Bildes mit einer Farbvideokamera wird
der weiße Teil des Bildes durch eine Weißausgleichssteuerung
auch dann konstant gehalten, wenn sich die Farbtemperatur der
Lichtquelle ändert, die den aufgenommenen Gegenstand beleuch
tet. Die Korrektur wird z. B. von Hand vorgenommen, indem ein
weißes Stück Papier vor die Kamera gehalten wird und dann ab
geglichen wird. Teure Kameras führen den Weißausgleich auto
matisch durch. Dabei wird angenommen, daß der hellste Bereich
im aufgenommenen Bild weiß ist. Während eines Torpulses wer
den die drei Farbsignale für rot, grün und blau in ihren Am
plituden gleichgestellt und zu gleichen Teilen addiert. Das
addierte Signal wird mit einer sogenannten Halbspitzenspannung
verglichen, die mit Hilfe einer Diodenklemmspannung erzeugt
wird, was eine vorgegebene Erniedrigung von der Spitzenspan
nung des Additionssignales zur Folge hat. Da jedoch der auf
genommene Gegenstand in der Regel nicht einen völlig weißen
Bereich enthält, oder da weiße Bereiche gelbe Bereiche ein
schließen können, wird der Torimpuls nicht nur abgegeben,
wenn völlig weiße Bereiche vorliegen, sondern auch dann, wenn
ähnlich helle Bereiche vorhanden sind. Genauer Weißausgleich
ist daher nicht möglich.
In bekannten automatischen Irissteuerungen werden ein Spitzen
detektor mit einer Diode und ein Kondensator verwendet, um
Belichtungsdaten zu erhalten, d. h. Daten, die die Menge des
einfallenden Lichtes anzeigen. Die Eigenschaft eines solchen
Spitzendetektors hängt von den Eigenschaften der Diode und
des Kondensators ab, wodurch der Betriebsbereich der automa
tischen Irissteuerung stark eingeengt ist. Die Videokamera
kann daher nur innerhalb eng begrenzter Beleuchtungsbedingun
gen eingesetzt werden.
Es sind auch Kameras bekannt, die über einen Schwarzaus
gleich verfügen. Tritt dieser zu einem Weißausgleich und
einer Irissteuerung hinzu, führt dies zu einer äußerst
komplizierten Schaltung.
Aus der DE 25 43 273 A1 ist ein System zur selbsttätigen
Korrektur der Farbbalance eines Luminanzsignals bekannt, bei
dem das Luminanzsignal einerseits der Basis eines
Transistors und andererseits über einen ersten Widerstand
dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers
zugeführt ist. Der Emitter des Transistors ist über einen
zweiten Widerstand mit dessen Kollektor, weiterhin über
einen Kondensator bzw. einen dritten Widerstand mit Masse
und außerdem mit einem ersten Eingang eines Impedanzwandlers
verbunden. Der Ausgang des Impedanzwandlers ist zu dessen
zweitem Eingang rückgekoppelt und auch an den invertierenden
Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen.
Weiterhin ist aus der US 4 064 529 eine Schwarzausgleich
steuerung bekannt, bei der die Spitzenwerte von Farbsignalen
gespeichert und zum Schwarzabgleich verwendet werden.
Das optische System einer Farbvideokamera verfügt üblicher
weise über eine einstellbare Iris mit beweglichen Blättern,
durch die die Fläche der Lichteintrittsöffnung variierbar
ist. Es kann auch ein optisches Bauteil mit elektrisch
steuerbarer Transmission vorhanden sein. Der Einfachheit hal
ber werden eine mechanische Iris oder ein in der Transmission
einstellbares optisches Element im folgenden unter dem Sam
melbegriff Iris zusammengefaßt. Die Iris wird von Hand oder
automatisch entsprechend der Helligkeit des aufgenommenen Ob
jektes eingestellt. Um dies zu erzielen, ist es bekannt, eine
Schaltung zu verwenden, wie sie nun anhand von Fig. 8 erläu
tert wird. Primärfarbsignale R, G und B von einer Bildauf
nahmeeinrichtung der Videokamera werden Eingängen 1R, 1G bzw.
1B zugeführt. Die Farbsignale werden einem nichtaddierenden
Mischer 50 (NAM) zugeführt. In ihm wird das Primärfarbsignal
mit höchstem Pegel ausgewählt und dann sowohl einem Spitzen
detektor 51 wie einem Mittelwertdetektor 52 zugeführt. Die
Ausgangssignale dieser beiden Schaltungen werden in einem ge
wünschten Verhältnis gemischt, das durch einen einstellbaren
Widerstand 53 gewählt wird. Das gemischte Signal wird einem
Ausgangsanschluß 54 zugeführt und dient zum Steuern der Iris.
Der Spitzendetektor 51 weist z. B. eine Eingangs/Ausgangs-
Charakteristik auf, wie sie in Fig. 9 durchgezogen dargestellt
ist. Demgegenüber weist der Mittelwertdetektor 52 eine Charak
teristik auf, die durch die gestrichelte Linie dargestellt
ist. In Fig. 9 ist auf der Abszisse das prozentuale Verhält
nis der Fläche des weißen Spitzenbereiches (100 IRE) zur Flä
che des Schwarzpegelbereiches (0 IRE) aufgetragen, wobei letz
terer Pegel dem Hintergrund des Bildes im Aufnahmebereich
entspricht. Dieses prozentuale Verhältnis wird als mittlerer
Bildpegel (APL = Average Picture Level) bezeichnet. In Fig. 9
ist auf der Ordinate die Ausgangsspannung von den Schaltun
gen 51 und 52 in Millivolt aufgetragen. Die beiden aufgezeich
neten Kurven schneiden sich in einer Position, die etwa
38% APL entspricht. Durch Ändern des Mischungsverhältnisses
mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 53 kann eine Ein
gangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt werden, die eine (nicht
dargestellte) Kurve ergibt, die zwischen der durchgezogenen
und der gestrichelten Kurve in Fig. 9 liegt. Da die Steuerung
der Iris der von der Änderung der Eingangs/Ausgangs-Charak
teristik abhängt, ist es möglich, mit Hilfe des Mischungsver
hältnisses der Ausgangssignale vom Spitzendetektor 51 und vom
Mittelwertdetektor 52 verschiedene Betriebsarten einzustel
len. Dies erfolgt mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 53
abhängig von der Betriebsweise der Kamera oder der Art der
aufgenommenen Gegenstände. In der bekannten Schaltung gem.
Fig. 8 weist der Spitzendetektor 51 eine Diode D1, einen Kon
densator C1 und einen Widerstand R1 auf. Die Eingangs/Aus
gangs-Charakteristik hängt von den Eigenschaften der Diode D1
und des Kondensators C1 ab. Dies führt dazu, daß der mit
Hilfe des einstellbaren Widerstandes 53 wählbare Mischungs
bereich relativ eng ist. Dementsprechend ist der Einstellbe
reich für die Irissteuerung eng, was den Einsatzbereich der
Kamera einschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung
für eine Farbvideokamera anzugeben, die sowohl für automati
sche Irissteuerung, für Weißausgleich und für Schwarzausgleich
gleichermaßen einsetzbar ist und die es dadurch auch auf ein
fache Art und Weise gestattet, mehrere dieser Funktionen trotz
einfachem Aufbau der Schaltung auszuüben.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Steuerschaltung zeichnet sich dadurch
aus, daß für jede Farbe eine Detektorschaltung verwendet
wird und die Signale dieser Schaltungen auf unterschiedliche
Weise miteinander verknüpft werden, abhängig davon, ob die
Schaltung gerade zur Irissteuerung, zum Weißausgleich oder
zum Schwarzausgleich dienen soll. Dadurch, daß der Schaltungs
aufbau im wesentlichen gleich bleibt und sich nur die Signal
verknüpfung ändert, ist sie auch dann unkompliziert, wenn
nicht nur eine der genannten drei Steuerungen, sondern jeweils
zwei oder gar alle drei genutzt werden. Es ist möglich, die
Signale der Detektorschaltungen so zu verknüpfen, daß guter
Weißausgleich auch dann erzielt wird, wenn der Inhalt der ge
radzahligen und ungeradzahligen Halbbilder schlecht korre
liert. Auch ist es möglich, daß Weißsteuerung nur in bezug
auf tatsächlich weiße Bereiche des aufgenommenen Gegenstandes
durchgeführt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren ver
anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
Fig. 8 und 9 gehören zum Stand der Technik. Es zeigen im
einzelnen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer automatischen Weißaus
gleichsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2A-2C zeitkorrelierte Signalzüge, die dazu dienen,
das Erzeugen eines Torpulses in der Schaltung gem.
Fig. 1 zu erläutern;
Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen von De
tails einer digitalen Bezugsspannungs-Erzeugungs
schaltung innerhalb der Schaltung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ein Blockschaltbild ähnlich dem von Fig. 1, jedoch
betreffend eine zweite Ausführungsform einer Weiß
ausgleichssteuerschaltung;
Fig. 5 einen Signalzug, der zum Erläutern der Funktion
der Schaltung gem. Fig. 4 dient;
Fig. 6 ein Blockschaltbild zum Erläutern einer dritten
Ausführungsform einer Weißausgleichssteuerschaltung;
Fig. 7A-7F zeitkorrelierte Signalzüge, die zum Erläutern
der Funktion der Schaltung gem. Fig. 6 dienen;
Fig. 8 ein Schaltbild einer bekannten automatischen Iris
steuerung mit einem Spitzendetektor und einem Mit
telwertdetektor;
Fig. 9 ein Diagramm zum Erläutern des Eingangs/Ausgangs-
Verhaltens der bekannten Schaltung gem. Fig. 8;
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen automatischen Irissteue
rung;
Fig. 11A -11D, 12A-12D, 13A-13D Diagramme betreffend
die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des Spitzen
detektors in der Schaltung von Fig. 10, abhängig
von unterschiedlichen Schalterstellungen;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
einer automatischen Irissteuerung;
Fig. 15, 16, 17 und 18 Diagramme betreffend die Eingangs/
Ausgangs-Charakteristik einer Lade/Entlade-Steuer
schaltung, bei verschiedenen Steuerkoeffizienten;
Fig. 19 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform
einer automatischen Irissteuerung;
Fig. 20 ein Blockschaltbild zum Erläutern von Details
eines Zufallszahlgenerators und eines Abtastpuls
generators, wie sie in der Schaltung gemäß Fig. 19
Verwendung finden;
Fig. 21 ein Diagramm zum Erläutern von Abtastpunkten in
einem Videobild, wenn die automatische Irissteue
rung gem. Fig. 19 Verwendung findet; und
Fig. 22 ein Blockschaltbild einer automatischen Steuer
schaltung für eine Farbvideokamera gemäß einer
weiteren Ausführungsform, mit der die Betriebsar
ten der Irissteuerung, des Weißausgleichs und des
Schwarzausgleichs einstellbar sind.
Bei der Steuerschaltung gemäß Fig. 1 werden Eingängen 1R, 1G
und 1B digitale primäre Farbsignale SR, SG bzw. SB zugeführt.
Die digitalen Primärfarbsignale werden über einstellbare Ver
stärker oder einstellbare Abschwächglieder 2R, 2G bzw. 2B
einem Addierer 3 zugeführt, in dem alle drei primären Farb
signale addiert werden. Das addierte Signal wird einem Ein
gang, im Beispielsfall dem nichtinvertierten Eingang eines
Komparators 4 zugeführt. Außerdem gelangt es an den Eingang
einer Ermittlungs- oder Lade/Entlade-Schaltung 5, die in die
sem Fall als Referenzspannungsquelle dient. Die Ausgangsre
ferenzspannung Eth dieser Schaltung 5 wird einer Mittelwert-
Erzeugungsschaltung 6 zugeführt, die den Mittelwert des Aus
gangssignales der Spannung 5 für ein Halbbild des Videosig
nales bildet. Dieser gemittelte Wert wird dem anderen Eingang
des Komparators 4, also seinem invertierten Eingang zugeführt,
wodurch dieser einen Vorpuls PG jedesmal dann liefert, wenn
das addierte Ausgangssignal vom Addierer 3 größer ist als der
Halbbildmittelwert der Referenzspannung von der Schaltung 5.
Dieser Torpuls vom Komparator 4 dient dazu, den ungefähren
Spitzenwert des addierten Signales zu ermitteln.
Die Referenzspannung Eth von der Schaltung 5 ist um eine vor
gegebene Spannung niedriger als die Spitzenspannung Lpk des
addierten Ausgangssignales vom Addierer 3 (Fig. 2A). Wie wei
ter unten ausführlich beschrieben, kann die Referenzspan
nung Eth zwischen zwei Pegeln Eth1 und Eth2 umgeschaltet wer
den, wie in Fig. 2A dargestellt, abhängig von der gewählten
Betriebsart der Videokamera. Steht die Referenzspannung auf
dem Pegel Eth1 , wird vom Komparator 4 ein Torimpuls erzeugt,
der in Fig. 2B mit PG1 bezeichnet ist, während dann, wenn der
Bezugspegel Eth2 ist, ein Torimpuls mit der Bezeichnung PG2
gemäß Fig. 2C erzeugt wird.
Die primären Farbsignale der variablen Verstärker 2R, 2G und
2B werden auch über (Tor-)Schalter 7R, 7G bzw. 7B einer Tor
schaltung 7 Halbbild-Mittelwerterzeugungsschaltung 8R, 8G
bzw. 8B zugeführt. Die Schalter 7R, 7G und 7B sind geschlos
sen, solange der Torpuls PG vom Komparator 4 der Torschal
tung 7 zugeführt wird. Das heißt, die Farbsignale von den
variablen Verstärkern 2R, 2G und 2B werden mit Hilfe der Tor
pulse PG zu den Mittelwertbildnern weitergeleitet und dort
wird ihr Mittelwert gebildet. Die Halbbild-Mittelwerte für
die drei Farbsignale werden einer Steuerschaltung 9 zugeführt,
die vorzugsweise durch eine CPU gebildet ist. In ihr werden
die Spannungspegel des roten und des blauen Farbsignales mit
dem Pegel des grünen Farbsignales verglichen. Abhängig vom
Vergleichsergebnis werden Weißausgleichsdaten erzeugt und den
einstellbaren Verstärkern 2R und 2B während vertikalen Aus
tastlücken zugeführt, wobei die Verstärkungen so eingestellt
werden, daß die Pegel des roten und des blauen Farbsignales
mit dem Pegel des grünen Farbsignales übereinstimmen. Die in
bezug auf Weißausgleich korrigierten Farbsignale von den ein
stellbaren Verstärkern 2R, 2G und 2B gelangen zu Ausgängen
10R, 10G bzw. 10B.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Kürze halber der Begriff
"rotes Farbsignal" statt korrekterweise "Farbsignal für rot"
verwendet wurde und im folgenden auch für diesen und ähnliche
Fälle weiterverwendet wird.
In Fig. 1 ist der Aufbau der Lade/Entlade-Steuerschaltung 5
zum Erzeugen der Referenzspannung Eth etwas genauer darge
stellt. Sie enthält einen Komparator 11, der die Ausgangssig
nale vom Addierer 3 und von der Schaltung 5 miteinander ver
gleicht und ein Torsignal an einen Schalter 12 ausgibt. Der
Schalter 12 läßt das Eingangssignal der Schaltung 5 an einen
ersten Multiplizierer 13 durch, in dem es mit einem ersten
Koeffizienten α multipliziert wird. Ein Addierer 14 addiert
das Ausgangssignal der Lade/Entlade-Steuerschaltung 5 zum
Ausgangssignal vom ersten Multiplizierer 13. Das addierte
Signal wird in einem zweiten Multiplizierer 15 mit einem zwei
ten Koeffizienten β multipliziert. Das Multiplikationsergeb
nis ist das Ausgangssignal. Die Koeffizienten α und β für die
Multiplizierer 13 bzw. 15 werden abhängig von Steuersignalen
über Anschlüsse 16 bzw. 17 eingestellt.
Wenn die Lade/Entlade-Steuerschaltung 5, auch Ermittlungs
schaltung 5 genannt, die oben beschriebene Anordnung hat und
zum Erzeugen einer Referenzspannung verwendet wird, wird der
Schalter 12 immer dann geschlossen, wenn das Eingangssignal
an die Ermittlungsschaltung 5 größer ist als ihr Ausgangssig
nal. In diesem Fall wird das Eingangssignal mit dem ersten
Koeffizienten α multipliziert, das Ausgangssignal wird ad
diert und die Summe wird mit dem Koeffizienten β multipli
ziert. Der Wert des ersten Koeffizienten α ist viel kleiner
als 1, und er entspricht der Ladezeitkonstanten in einer ana
logen Lade/Entlade-Schaltung. Wenn also das Eingangssignal
der Ermittlungsschaltung 5 höheren Pegel einnimmt als das Aus
gangssignal, erhöht sich der Pegel am Addierer 14 mit einer
Steigung, die vom Wert des Koeffizienten α abhängt, da der
Eingangspegel der Ermittlungsschaltung vom Addierer 14 mit
jedem Takt α-mal akkumuliert wird. Der Wert des zweiten Koef
fizienten β ist nur geringfügig kleiner als 1, z. B. 0.99.
Er entspricht der Entladezeitkonstante einer analogen Lade/
Entlade-Schaltung. Wenn der Schalter 12 offen ist, weil der
Eingangspegel der Ermittlungsschaltung 5 höher ist als ihr
Ausgangspegel, erniedrigt sich der Ausgangspegel mit einer
Steigung, die dem Werte in der Form einer geometrischen Reihe
entspricht. Da sich die Koeffizienten α und β mit Hilfe von
Steuersignalen an den Anschlüssen 16 bzw. 17 ändern lassen,
können die äquivalenten Lade- bzw. Entladezeitkonstanten so
eingestellt werden, daß die Referenzspannung Eth einen be
stimmten Pegel einnimmt, z. B. die genannten Pegel Eth1 bzw.
Eth2 gemäß Fig. 2A. Wie oben angegeben, führen die unter
schiedlichen Referenzspannungen zu unterschiedlich langen
Torimpulsen PG1 bzw. PG2. Die Änderungen werden in Anpassung
an Änderungen in der Aufnahmebetriebsart der Farbvideokamera
vorgenommen. So wird der längere Torpuls PG1 (Fig. 2B) ver
wendet, wenn ein aufgenommener Gegenstand einen weißen Be
reich aufweist, der ein Hauptbereich ist. Der kurze Torpuls PG2
wird dagegen vorteilhafterweise dann verwendet, wenn der
weiße Bereich im aufgenommenen Gegenstand nur ein kleiner
Bereich der gesamten Fläche ist oder wenn ein größerer Be
reich des Gegenstandes eine Mischung von gelb und weiß auf
weist. Der Bediener der Kamera wählt die Aufnahmebetriebsart
entsprechend dem Gegenstand, den er aufnehmen möchte, wodurch
die Werte α und β eingestellt werden und dadurch der gewünsch
te Pegel für die Referenzspannung Eth erzielt wird.
Anhand von Fig. 3 wird nun eine Ausführungsform der Ermitt
lungsschaltung 5 näher erläutert. Das Additionssignal vom Ad
dierer 3 wird über einen Eingang 21 einer Halteschaltung 22
zugeführt. Deren Ausgangssignal wird dem nichtinvertierten
Eingang des Komparators 11 zugeführt und geht auch an den
Schalter 12, der abhängig vom Ausgangssignal des Komparators 11
geschaltet wird, wodurch das Signal von der Halteschaltung 22
zeitweilig an den Eingang eines Addierers 24 gelegt wird. Das
Ausgangssignal der Ermittlungsschaltung 5 wird über eine Hal
teschaltung 23 an den invertierten Eingang des Komparators 11
rückgekoppelt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 entsprechen der
Addierer 24, ein Zähler 25, eine Halteschaltung 26, Umschal
ter 27 und 28, ein Addierer 30, ein Umschalter 31 und eine
Halteschaltung 32 der Schaltung mit dem Multiplizierer 13,
dem Addierer 14 und dem Multiplizierer 15 gemäß Fig. 1. Bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Koeffizientenmulti
plizierer durch Ziffer 2n-Bitschieber ersetzt, um den Aufbau
der Schaltung zu vereinfachen. Der Umschalter 27 wählt einen
von drei Ausgängen von 2-10, 2-11 bzw. 2-12 von der Halte
schaltung 26 und gibt das gewählte Ausgangssignal an den
Umschalter 28, der auf einen der Eingänge für 2-1, 2-2, 2-3
bzw. 2-4 des Addierers 30 umschaltet, um den Eingangspegel
des Addierers 30 festzulegen. Das Ausgangssignal vom Umschal
ter 28 wird invertiert, wenn es dem Addierer 30 zugeführt
wird und der digitale Wert "1" von einem Anschluß 29 wird
dem Addierer 30 gleichzeitig mit dem Ausgangssignal vom Um
schalter 28 zugeführt, wodurch der Komplementärwert des Aus
gangssignales der Halteschaltung 26 an den Addierer 30 ge
langt. Daher wird ein ganz kleiner Wert des Ausgangssignals
von der Halteschaltung 26 vom Addierer 30 subtrahiert. Diese
Subtraktion entspricht der Multiplikation des Ausgangssigna
les der Halteschaltung 26 mit einer Ziffer, die nur wenig
kleiner als 1 ist, z. B. 0.99, was dem Koeffizienten β ent
spricht. Der Umschalter 31 ist ähnlich aufgebaut wie der Um
schalter 27 und dient als Bitschieber. Er wählt einen der Aus
gänge für 2-10, 2-11 bzw. 2-12 vom Addierer 30 und gibt das
gewählte Ausgangssignal an die Halteschaltung 32. Die Um
schalter 27 und 31 sind miteinander gekoppelt, so daß sie je
weils gleiche Ausgänge der Halteschaltung 26 bzw. des Addie
rers 30 auswählen.
Die digitale Schaltung gemäß Fig. 3 arbeitet wie folgt. Die
oberen sechs signifikanten Bits des 8-Bit-Signales von der
Halteschaltung 32 werden über die Halteschaltung 23 dem inver
tierten Eingang des Komparators 11 zugeführt, der gleichzeitig
das 6-Bit-Signal von der Halteschaltung 22 an seinem nichtin
vertierten Eingang erhält. Wie oben angegeben, steuert das
Ausgangssignal vom Komparator 11 den Schalter 12. Wenn dieser
geschlossen ist, erhält der Addierer 24 das 6-Bit-Ausgangs
signal von der Halteschaltung 22. Zusammen mit dem Zähler 25
entspricht die Funktion derjenigen des Addierers 14 in der
Ermittlungsschaltung 5 gemäß Fig. 1. Insbesondere wirken der
Addierer 24 und der Zähler 25 zusammen als Akkumulator, der,
mit jedem Takt, den Eingangswert von der Halteschaltung 22
zum Ausgangswert des Multiplizierers addiert, der durch die
Umschalter 27 und 28 um den Addierer 30 gebildet ist. Dieser
Akkumulator entspricht dem Multiplizierer 15 gemäß Fig. 1 zum
Multiplizieren mit dem Koeffizienten β.
Zum Vereinfachen der Erklärung wird angenommen, daß das Ein
gangssignal an die Halteschaltung 22 ein 2-Bit-Signal ist,
statt ein 6-Bit-Signal, wie tatsächlich verwendet. Außerdem
wird angenommen, daß das Ausgangssignal vom Zähler 25 ein
4-Bit-Signal ist statt ein 12-Bit-Signal, wie in Fig. 3 ein
gezeichnet. Wenn das Eingangssignal (1,1) von der Halteschal
tung 22 über den Schalter 12 an den Addierer 24 dann geliefert
wird, wenn das Ausgangssignal vom Zähler 25 (0,0,0,0) ist,
ist das Ausgangssignal vom Addierer 24 (1,1), wenn β gleich 1
ist, da das Ausgangssignal vom Addierer (0,0,0,0,0,0) und
daher das Ausgangssignal vom Zähler 25 auf dem Wert (0,0,0,0)
bleibt. Wenn beim nächsten Takt ein Eingangssignal (1,0) an
den Addierer 24 von der Halteschaltung 22 gelegt wird, wird
das Ausgangssignal vom Addierer 24 (0,1), da der vorige Wert
(1,1) zum neuen Wert (1,0) addiert wird. Der resultierende
Wert ist (1,0,1 (1,1 + 1,0 = 101)). Die unteren zwei signi
fikanten Bits werden vom Addierer 24 an die Halteschaltung 26
geliefert. Ein Übertragssignal vom Addierer 24 wird an den
Zähler 25 gegeben, wodurch dieser den Wert (0,0,0,1) anzeigt.
Wenn beim nächsten Takt das Eingangssignal (1,1) an den Ad
dierer 24 gelegt wird, wird sein Ausgangssignal (0,0), da
der vorige Ausgangswert (0,1) zum neuen Wert (1,1) addiert
wird. Das Ergebnis ist ((1,0,0) (1,1 + 0,1 = 100)). Die un
teren zwei signifikanten Bits werden vom Addierer 24 an die
Halteschaltung 26 gegeben und ein Übertragssignal wird an den
Zähler 25 geliefert, wodurch dessen Ausgangswert (0,0,1,0)
wird. Da diese Abläufe mit jedem Takt ablaufen, werden die
4-Bit-Ausgangssignale vom Zähler 25 und die 2-Bit-Ausgangs
signale vom Addierer 24 akkumuliert. Auch dann, wenn, wie
tatsächlich, das Ausgangssignal vom Addierer 24 ein 6-Bit-
Signal und das Ausgangssignal vom Zähler 25 ein 12-Bit-Signal
ist, ist die Funktion der Schaltungen der besprochenen Funk
tion entsprechend.
Wenn die Funktion des Multiplizierers 15 zum Multiplizieren
des Ausgangssignals vom Addierer 14 durch den Koeffizienten β
bei der Schaltung gemäß Fig. 1 durch die Umschalter 27 und 28
und den Addierer 30 in der praktischen Ausführungsform gemäß
Fig. 3 ersetzt wird, entspricht dies einer Gestaltung des
Koeffizienten β als 1-1/2n. Wenn n 13 oder 14 ist, liegt der
Wert von 1-1/2n dicht bei 1. Die Addierschaltung 13 wird statt
einer Subtrahierschaltung verwendet, da es sehr schwierig ist,
eine Subtrahierschaltung zu gestalten. Die Funktion der Ad
dierschaltung 30 (die tatsächlich als Subtrahierschaltung
wirkt) wird nun unter der Annahme besprochen, daß das Ein
gangssignal ein 4-Bit-Signal ist und daß n gleich 2 ist. Es
wird weiterhin angenommen, daß für das Eingangssignal A = 12
(1,1,0,0) die folgende Gleichung gilt:
A (1-2n) = 12 (1 - 1/4) = 9 (1,0,0,1) (1)
Da ein Verschieben um zwei Bit dem Multiplizieren mit 1/4 ent
spricht, gilt: A (1,1,0,0) × 1/4 = 0,0,1,1 = (A × 1/4). Die
vorstehenden Daten werden invertiert, so daß aus (0,0,1,1)
(1,1,0,0) wird, zu welchem Wert 1 vom Anschluß 29 addiert
wird. Man erhält somit den Wert (1,1,0,1). Der Dateneingang
an den Addierer 30 über Anschlüsse J und C ist demgemäß
(1,1,0,1). Da A (1,1,0,0) ist, gilt für die Berechnung
(1,1,0,0) + (1,1,0,1) = (1,0,0,1) = 9. Dieses Ergebnis ent
spricht dem Ergebnis gemäß der obigen Gleichung (1).
Wenn die Wirkung des Umschalters 27 nicht beachtet wird,
bestimmt die Auswahl eines der Anschlüsse des Umschalters 28
das Ausmaß der Bitverschiebung. Wenn z. B. der unterste An
schluß (2-4) ausgewählt wird, werden die oberen acht signi
fikanten Bits des Ausgangssignals von der Halteschaltung 26
an die Anschlüsse J16, J17, J18, J19, J20 des Addierers 30
für die unteren fünf signifikanten Bits geliefert. Dies be
deutet, daß das Ausgangssignal von der Halteschaltung 26 um
15 Bits nach unten geschoben wird. Wenn das Ausgangssignal
von der Halteschaltung 26 beispielsweise
ist, wird der verschobene Datenwert
Dies entspricht dem Multiplizieren des Ausgangs
signales mit dem Faktor 2-15. Wenn der Ausgang (2-4) des Um
schalters 28 gewählt ist, werden keine Eingangssignale an die
Anschlüsse J13, J14 und J15 des Addierers 30 geliefert. Da
dies jedoch invertierte Anschlüsse sind, werden die Daten in
1en umgewandelt. Der Datenwert "1" vom Anschluß 29 wird den
Anschlüssen J1, J2, J3, . . . J 12 zugeführt und derselbe Daten
wert von einem Anschluß 101 wird an einen Übertragseingang C
geliefert, wodurch er zur Addition im Addierer 30 zur Verfü
gung steht. Der tatsächliche Dateneingangswert am Addierer 30
von den J-Anschlüssen ist also
Dieser
Datenwert ist komplementär zum oben genannten verschobenen
Datenwert
Der Umschalter 31, der dem Multi
plizierer 13 von Fig. 1 entspricht, wählt acht Bits aus dem
18-Bit-Ausgangssignal (0₁, 0₂, 0₃, . . . 0₁₈) vom Addierer 30.
Genauer gesagt, werden die oberen acht Bits von Daten (0₁,
0₂, . . . 0₈) an die Halteschaltung 32 geliefert, wenn der
2-10-Anschluß des Umschalters 31 gewählt wird. Wenn entspre
chend der 2-11-Anschluß des Umschalters 31 gewählt ist, wer
den acht Bits beginnend mit dem zweitsignifikantesten Bit an
die Halteschaltung 32 gegeben, d. h. die Datenbits (0₂, 0₃,
0₇). Die oberen sechs Datenbits vom Ausgangssignal der Halte
schaltung 32 werden über die Halteschaltung 23 an den Kompa
rator 11 gegeben. Andererseits gelangen die unteren sechs
signifikanten Bits (0₁₃, 0₁₄, . . . 0₁₈) vom Addierer 30 an den
Addierer 24 und werden dort zu den sechs Datenbits von der
Halteschaltung 22 gezählt. Die sechs Bits des Eingangsdaten
wertes entsprechen ihrer Signifikanz nach daher den untersten
sechs signifikanten Datenbits (0₁₃, 0₁₄, . . . 0₁₈) des 18-Bit-
Ausgangssignales (0₁, 0₂, . . . 0₁₈) vom Addierer 30. Dies be
deutet, daß die eingegebenen sechs Datenbits addiert werden,
nachdem sie um zwölf Bits nach unten verschoben worden sind;
die Eingangsdaten werden also mit 2-12 multipliziert. Der Um
schalter 27 ist entsprechend mit der Umschaltfunktion des Um
schalters 31 synchronisiert.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Steueranschluß 16,
für die Umschalter 27 und 31 dem Anschluß 16 für den Multi
plizierer 13 in Fig. 1 entspricht und daß der Anschluß 17′
für den Umschalter 28 in Fig. 3 dem Anschluß 17 für den Mul
tiplizierer 15 in Fig. 1 entspricht.
Statt der Schaltung gemäß Fig. 3 kann zum Ausführen der be
schriebenen Funktion der Ermittlungsschaltung 5 auch ein di
gitaler Prozessor mit entsprechendem Programm verwendet wer
den. Wenn die Korrelation zwischen geraden und ungeradzahli
gen Halbbildern des Farbvideosignales nur schwach ist, würde
die mit Hilfe der Ermittlungsschaltung 5 für ein Halbbild
erzeugte Referenzspannung nicht passend sein, um den Weißaus
gleich für das nächste Halbbild zu steuern. Dies ist jedoch
mit einer Ergänzung der Schaltung möglich, die nun anhand von
Fig. 4 erläutert wird. Es sind, zusätzlich zu den Schaltungs
teilen der Schaltung gemäß Fig. 1, noch eine Halbbildverzöge
rungsschaltung 18 und eine Mittelwerterzeugungsschaltung 19
vorhanden, die statt der Halbbild-Mittelwerterzeugungsschal
tung 6 vorhanden sind. Die Referenzspannung Eth von der Schal
tung 5 wird sowohl direkt wie auch indirekt über die Halb
bildverzögerungsschaltung 18 der Mittelwerterzeugungsschal
tung 19 zugeführt. Deren Ausgang ist mit dem invertierten Ein
gang des Komparators 4 verbunden. Die Mittelwerterzeugungs
schaltung 19 erzeugt den Mittelwert der beiden ihr zugeführ
ten Spannungen. Wenn die um ein Halbbild verzögerte Referenz
spannung Eth(2n) ist und die unmittelbar von der Schaltung 5
erhaltene Referenzspannung Eth(2n + 1) ist, gilt für den Mit
telwert EEth(n) das Folgende:
2 × EEth(n) = Eth (2n) + Eth (2n + 1) (2)
Der durch Gleichung (2) gebildete Mittelwert EEth(n) wird dem
Komparator 4 zugeführt, der den Spannungspegel mit demjenigen
des Addierers 3 vergleicht, wie dies oben anhand von Fig. 1
erläutert wurde.
Die Mittelwerterzeugungsschaltung 19 kann durch einen Addie
rer gebildet sein, dessen beiden Eingängen die oben genannten
Signale zugeführt werden, und durch einen 1/2-Multiplizierer,
der z. B. durch einen Widerstand gebildet ist, der zwischen
den Eingang des Addierers und den invertierten Eingang des
Komparators 4 geschaltet ist. Der Widerstandswert wird so ein
gestellt, daß dem Komparator 4 an seinem invertierten Eingang
eine Spannung zur Verfügung gestellt wird, die etwa 1/2 des
Wertes der Ausgangsspannung des Addierers ist.
Die Funktion der Weißausgleichsschaltung gemäß Fig. 4 wird
nun unter Zuhilfenahme von Fig. 5 erläutert, die sich auf
aufeinanderfolgende Halbbilder eines Videosignales F2n, F2n+1,
F2n+2 . . . bezieht. Das Halbbild F ist geradzahlig. Die Re
ferenzspannung Eth(2n), die durch die Ermittlungsschaltung 5
auf Grundlage der gleichberechtigt gemischten Farbsignale für
rot, grün und blau für das Feld F2n gebildet ist, wird zu
einer Referenzspannung Eth(2n + 1) addiert, die auf Grund
lage ds Ausgangssignales vom Addierer 3 für das nächste unge
radzahlige Halbbild F2n+1 in der Mittelwerterzeugungsschal
tung 19 gebildet worden ist, wodurch die Mittelwert-Referenz
spannung EEth(n) entsprechend Gleichung (2) gebildet ist.
Diese Mittelwert-Referenzspannung wird als Schwellspannung
zum Erzeugen des Torpulses PG verwendet, der zum Ermitteln
der Spannungspegel der Farbsignale für rot, grün und blau in
weiterfolgenden Halbbildern F2n+2 und F2n+3 dient, wie oben
anhand von Fig. 2 beschrieben. Mit der Anordnung gemäß Fig. 4
läßt sich auch bei schwacher Korrelation zwischen den Inhal
ten geradzahliger und ungeradzahliger Halbbilder der Weißbe
reich eines Gegenstandes im Kameraaufnahmebereich mit Hilfe
des Torpulses PG gut feststellen, da der Schwellpegel durch
eine Mittelwert-Referenzspannung EEth(n) festgelegt ist. Die
Genauigkeit des Weißausgleichs ist daher verbessert.
Zum Erzeugen des Mittelwertes der Referenzspannung kann z. B.
auch der mittlere Quadratwert (RMS-Spannung) verwendet werden.
Es ist auch möglich, für geradzahlige und ungeradzahlige Halb
bilder jeweils Referenzspannungen zu verwenden.
Anhand von Fig. 6 wird nun eine Ausführungsform einer Weißaus
gleichsschaltung erläutert, die zusätzlich zu den Funktions
gruppen gemäß Fig. 1 eine 2D-Verzögerungsschaltung 41 auf
weist, der der Torpuls PG vom Komparator 4 zugeführt wird,
ein UND-Glied 42, das das Ausgangssignal von der Verzöge
rungsschaltung 41 und den Torpuls PG erhält, eine 2H-Verzö
gerungsschaltung 43, die das Ausgangssignal vom UND-Glied 42
erhält und durch einen 1-Bit-Speicher gebildet sein kann, und
ein UND-Glied 44, das an seinen Eingängen das Ausgangssignal
von der Verzögerungsschaltung 43 und das Ausgangssignal vom
UND-Glied 42 erhält. Darüber hinaus sind 1H-Verzögerungsschal
tungen 45R, 45G und 45B sowie 1D-Verzögerungsschaltungen 46R,
46G und 46B in Reihe zwischen den Verstärker 2R und Schal
ter 7R, den Verstärker 2G und den Schalter 7G bzw. den Ver
stärker 2B und den Verstärker 7B geschaltet.
Mit Ausnahme der Funktionen, die durch die hinzugefügten Ele
mente ausgeführt werden, funktioniert die Weißausgleichs
schaltung gemäß Fig. 6 wie die oben anhand von Fig. 1 be
schriebene, so daß nur die durch die zusätzlichen Elemente
hervorgerufenen Funktionen näher erläutert werden. In bezug
auf die 2D-Verzögerungsschaltung 41 und die 1D-Verzögerungs
schaltungen 46R, 46G und 46B wird darauf hingewiesen, daß
sich D auf eine Verzögerungszeit bezieht, die, wie weiter un
ten genauer erläutert, in bezug auf die Breite von Endkanten
im Spitzensignal des Ausgangssignals vom Addierer 3 bestimmt
werden.
Der vom Komparator 4 erhaltene Impuls (Fig. 7B), der durch
Vergleichen des Signales vom Addierer 3 mit der Referenzspan
nung Eth (Fig. 7A) erhalten wurde, wird dem UND-Glied 42 di
rekt zugeführt, das auch den um 2D verzögerten Impuls (Fig. 7D)
über die Verzögerungsschaltung 41 erhält. Das UND-Glied 42
erzeugt ein logisches UND-Signal (Fig. 7E), das einen Torim
puls darstellt, dessen Breite um 2D geringer ist als die
Breite des Torpulses PG, der ansonsten am Ausgangssignal des
Komparators 4 erhalten werden würde. Das Ausgangssignal vom
UND-Glied 42 (Fig. 7E) wird dem UND-Glied 44 direkt und auch
über die 2H-Verzögerungsschaltung 43 zugeführt. H ist die
horizontale Abtastperiode des Videosignales. Das Ausgangs
signal vom UND-Glied 44 wird der Torschaltung 7 als Weiß
ausgleichs-Korrekturtorpuls zugeführt. Das Verkürzen des Tor
pulses durch die Wirkung der 2D-Verzögerungsschaltung 41 und
des UND-Gliedes 42 dient dazu, daß graue horizontale Randbe
reiche des weißen Bereiches im Aufnahmebereich der Kamera
nicht aufgenommen werden. Entsprechend dient das durch die
2H-Verzögerungsschaltung 43 und das UND-Glied 44 erzeugte
Verzögerung zum Vermeiden des Aufnehmens grauer Randbereiche.
Das Verzögern der Farbsignale für rot, grün und blau von den
Verstärkern in den Verzögerungsschaltungen 46R, 46G und 46B
um die Verzögerungszeit 1D und in den Verzögerungsschaltun
gen 45R, 45G und 45B um die Verzögerungszeit 1H dient zum
Synchronisieren der Farbsignale, wie sie am Schalter 7 ankom
men, mit den gekürzten Torimpulsen zum Steuern des Schalters.
Aus den Fig. 7E und 7F wird deutlich, daß die Verzögerungs
schaltungen 46R, 46G und 46B die zeitliche Beziehung zwischen
dem Torpuls vom UND-Glied 44 und jedem der Farbsignale von
den Verstärkern herstellen. Entsprechend sorgen die Verzöge
rungsschaltungen 45R, 45G und 45B zum Herstellen des gewünsch
ten zeitlichen Zusammenhangs zwischen dem Torpuls von der Ver
zögerungsschaltung 43 und dem UND-Glied 44 und den Farb
signalen von den Verstärkern 2R, 2G bzw. 2B.
Dadurch, daß die Torpulse zum Vermeiden des Aufnehmens grauer
Randbereiche verkürzt werden, wird auch sichergestellt, daß
das durchgelassene Signal, das zum Weißausgleich verwendet
wird, nicht lediglich einem kleinen Bereich hellen Lichts im
Aufnahmebereich entspricht. Es wird sichergestellt, daß graue
Randbereiche um einen weißen Bereich nicht zu den Farbsigna
len beitragen, die für den Weißausgleich verwendet werden.
Das heißt, nur diejenigen Teile der der Torschaltung 7 zuge
führten Farbsignale, die wirklich einem weißen Bereich ent
sprechen, werden durch die Torschaltung 7 durchgelassen, um
für Weißausgleich zu sorgen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 wurde als Anwendungsfall für
ein digitales Farbvideosignal beschrieben. Es ist jedoch ohne
weiteres möglich, dasselbe Verfahren auf ein analoges Farb
videosignal anzuwenden.
Anhand von Fig. 10 wird nun eine erfindungsgemäße Irissteue
rung beschrieben, die den eingangs anhand der Fig. 8 und 9 beschriebenen Nachteil nicht auf
weist. Digitale Primärfarbsignale R, G und B von einer digi
talen Farbbildkamera werden wiederum den Eingängen 1R, 1G bzw.
1B des nichtmischenden Addierers 50 zugeführt. Das Farbsignal
mit höchstem Pegel wird einer Gewichtungsschaltung 5 zuge
führt, die das Signal auf Grundlage seiner vertikalen Lage
im Videobild wichtet. Der Grund für die Wichtung wird dann
verständlich, wenn man bedenkt, daß ein heller Himmel oft den
oberen Teil eines Videobildes einnimmt. Das Signal vom nicht
addierenden Mischer 50, das dem oberen Bereich eines Video
bildes entspricht, wird nicht beachtet, oder es wird durch
die Wichtungsschaltung 55 niedergewichtet. Das Ausgangssignal
von der Wichtungsschaltung 55 wird als Eingangssignal einer
Ermittlungsschaltung 5 zugeführt, die aufgebaut ist, wie die
anhand von Fig. 1 erläutert, die jedoch nun als Spitzendetek
tor wirkt. Das Ausgangssignal der Ermittlungsschaltung 5
gemäß Fig. 10 wird einem Halbbild-Mittelwertdetektor 6 zuge
führt, der den Mittelwert des Spitzensignales für ein Halb
bild bildet. Der Mittelwert wird einem Eingang eines Kompara
tors 56 zugeführt, der an seinem anderen , invertierten Ein
gang, eine Referenzspannung VT erhält, die einem gewünschten
Wert für die Irissteuerung entspricht. Diese Spannung wird
über einen Anschluß 57 zugeführt. Vom Komparator 56 wird ein
Fehlersignal abhängig von der Differenz zwischen der Referenz
spannung VT und dem genannten Mittelwert gebildet. Das Feh
lersignal wird einer Iristreiberschaltung 58 zum Steuern der
Iris zugeführt. Die Iris wird demgemäß automatisch so ge
steuert, daß der Mittelwert des von der Ermittlungsschaltung 5
ermittelten Spitzenwertes im wesentlichen auf dem vorgegebe
nen Wert bleibt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ersetzt
die Ermittlungsschaltung 5 im wesentlichen die herkömmlichen
Detektoren 51 und 52 gemäß Fig. 8. Die Ermittlungsschaltung 5
wird durch die Ausgangssignale geladen und entladen, wie sie
vom nichtaddierenden Mischer 50 über die Vertikal-Gewichtungs
schaltung 55 geliefert werden. Die Charakteristik der Ermitt
lungsschaltung 5 kann automatisch geändert werden. Um zu er
läutern, wie die Ermittlungsschaltung 5, die in den Schaltun
gen gemäß den Fig. 1 und 3 als Referenzspannungsquelle dient,
bei der Schaltung gemäß Fig. 10 als Spitzendetektor wirkt,
wird folgendes näher erläutert. Wie oben angegeben, enthält
der bekannte Spitzendetektor 51 eine Diode D1, einen Konden
sator C1 und einen Widerstand R1. Das Eingangssignal geht mit
einer kleinen, vernachlässigbaren Gleichspannungsverschiebung
durch die Diode D1. Mit der Spitzenspannung am Ausgang der
Diode D1 wird der Kondensator C1 geladen. Er entlädt sich
dann über den Widerstand R1. Die Entladezeit hängt vom Kapa
zitätswert des Kondensators C1 und vom Widerstandswert des
Widerstandes R1 ab. Die als Referenzspannungsquelle wirkende
Ermittlungsschaltung 5 weist ebenfalls eine Lade- und Ent
ladeschaltung auf, wobei die Ladeschaltung durch den Schal
ter 12, den Multiplizierer 13 und den Addierer 14 gebildet
ist und die Entladeschaltung aus dem Addierer 14 und dem
Multiplizierer 15 besteht. In der Funktion als Spitzendetek
tor gemäß Fig. 10 sind die Ladezeitkonstante und die Entlade
zeitkonstante mit Hilfe der Koeffizienten α und β einstellbar,
die zum Ändern der Spitzendetektoreigenschaften über die An
schlüsse 16 bzw. 17 einstellbar sind.
Es sei angenommen, daß die Schaltung gemäß Fig. 3 als Ermitt
lungsschaltung 5 in der automatischen Irissteuerungsschaltung
gemäß Fig. 10 verwendet wird. Die Fig. 11A-11D, 12A-12D
und 13A-13D zeigen Variationen der Charakteristik der Schal
tung abhängig von den Koeffizienten γ(β = 1 - γ) und α, die
durch die Stellung der Umschalter 27 und 28 bzw. 27 und 31
bestimmt sind. In jeder der genannten Figuren ist der APL-
Wert auf der Abszisse und der Ausgangspegel (IRE-Wert) auf
der Ordinate aufgetragen. Die Fig. 11A-11D zeigen die Cha
rakteristiken für die Ermittlungsschaltung 5 für den Fall,
daß die 2-10-Anschlüsse der Umschalter 27 und 31 ausgewählt
sind, daß also der Koeffizient α = 2-10 ist. Entsprechend
gelten die Fig. 12A-12D für den Koeffizienten α = 2-11 und
die Fig. 13A-13D für den Koeffizienten α = 2-12. In allen
Figuren entsprechen die Teilfiguren A, B, C und D einer Aus
wahl der Anschlüsse 2-1, 2-2, 2-3 bzw. 2-4 am Umschalter 28.
Da β = 1- γ ist, sind die zugehörigen Koeffizienten γ für
die Fig. 11A-11D 2-11, 2-12, 2-13 bzw. 2-14. Für die
Fig. 12A-12D sind die Koeffizienten γ = 2-12, 2-13, 2-14
bzw. 2-15 und für die Fig. 13A-13D sind die Koeffizienten γ=
2-13, 2-14, 2-15 bzw. 2-16. Aus den Fig. 11A-11D, 12A-12D
und 13A-13D ist ersichtlich, daß eine große Anzahl von
Charakteristiken durch Ändern der Werte der Koeffizienten
α und β eingestellt werden kann, was durch Schalten der Um
schalter 27, 28 und 31 erfolgt.
Bevor verbesserte Weiterbildungen einer automatischen Iris
steuerung erläutert werden, wird darauf hingewiesen, daß im
Fall des bekannten Spitzendetektors 51 gemäß Fig. 8 die Cha
rakteristik aufgrund temperaturabhängiger Eigenschaften der
Diode D1 und des Kondensators C1 schwanken kann. Dies führt
zu einer Verschiebung des anhand von Fig. 9 erläuterten Über
kreuzungspunktes. Der APL-Wert, der dem Überkreuzungspunkt
entspricht, ändert sich daher mit ändernder Temperatur.
Wenn eine automatische Irissteuerung gemäß Fig. 10 mit der
digitalen Signalverarbeitungsanordnung gemäß Fig. 3 in ihrer
Ermittlungsschaltung 5 versehen wird, erfolgt das Einstellen
der gewünschten Steuerungsbetriebsart durch Einstellen der
Umschalter 27, 28 und 31. Da der APL-Wert für die verschie
denen Spitzendetektorcharakteristiken nicht gleich ist, än
dert er sich mit der ausgewählten Betriebsart. Dies führt
zu Schwankungen in den vom Komparator 26 erzeugten Fehlerda
ten. Auch werden für gleiche APL-Werte unterschiedliche Aus
gangswerte der Ermittlungsschaltung 5 erhalten. Dies führt
dazu, daß die Irissteuerung nicht ganz zufriedenstellend ist,
d. h. daß sich die Helligkeit des auf einem Monitor darge
stellten Bildes unerwünscht ändert.
Der beschriebene Nachteil kann durch Verwenden einer Pegel
steuerungsschaltung 29 zwischen der Ermittlungsschaltung 5
und dem Halbbild-Mittelwertgenerator 6 verhindert werden, was
nun anhand von Fig. 14 erläutert wird. Einem Anschluß 16 wird
ein Betriebsart-Wählsignal zugeführt, das von dort an die Pe
gelsteuerung 59 gelangt, um deren Steuerpegel festzulegen.
Außerdem gelangt das Signal an die Ermittlungsschaltung 5
zum Festlegen der Koeffizienten α und β. Dadurch wird die
Charakteristik des Spitzendetektors festgelegt. Das Betriebs
art-Wählsignal kann durch einen CPU oder eine andere Steuer
einrichtung an den Anschluß 60 gelegt werden.
Da sich die automatische Irissteuerung gemäß Fig. 14 nur durch
die Funktion der Pegelsteuerung 59 von der anhand von Fig. 10
erläuterten Schaltungsfunktion unterscheidet, wird nun anhand
der Fig. 15-18 nur auf die Funktionsunterschiede eingegan
gen. Bei den Diagrammen gemäß den Fig. 15 und 16 ist voraus
gesetzt, daß ein einstellbarer Verstärker als Pegelsteue
rung 59 eingesetzt ist. Die durchgezogene Linie zeigt die
Charakteristik, wenn die Pegelsteuerung 59 nicht vorhanden
ist, während die gestrichelte Linie die Charakteristik mit
Pegelsteuerung zeigt. In Fig. 15 ist der Fall dargestellt,
bei dem α = 2-11 aufgrund entsprechender Einstellung der Um
schalter 27 und 31 ist, während der Koeffizient γ = 2-12 auf
grund entsprechender Einstellung der Umschalter 27 und 28
ist. Daraus folgt der Wert für den Koeffizienten β zu 1- 2-12.
Fig. 16 zeigt den Fall für α = 2-12 und γ = 2¹⁶ (β = 1 - 2-16).
In den beiden Fällen der Fig. 15 und 16 ist der gewünschte
Ausgangswert (IRE-Wert) auf 90 gesetzt. Die Verstärkung der
Pegelsteuerung 59 wird so eingestellt, daß bei einem APL-
Wert von 50% der IRE-Wert 90 ist. Das heißt, daß beim Aus
wählen der Betriebsart gemäß Fig. 19 die Verstärkung in der
Pegelsteuerung 59 so eingestellt wird, daß sie 90/65 ist, um
das Ausgangssignal von der Ermittlungsschaltung 5 vom Wert
65 IRE auf 90 IRE bei einem APL-Wert von 50% zu verstärken.
Wenn dagegen die Betriebsart gemäß Fig. 16 gewählt ist, ist
die Verstärkung auf 90/84 eingestellt, um den von der Er
mittlungsschaltung 5 gelieferten Wert von 84 IRE auf 90 IRE
bei einem APL-Wert von 50% zu erhöhen. Der einstellbare Ver
stärker der Pegelsteuerung 59 wird also so eingestellt, daß
er zu den gestrichelt statt zu den durchgezogenen Charakteri
stiken führt. Um den APL-Wert auf 50% für den vorgegebenen
Ausgangswert von 90 IRE zu halten, wird also die Verstärkung
der Pegelsteuerung 59 entsprechend eingestellt.
Anstatt die Verstärkung eines einstellbaren Verstärkers in
der Pegelsteuerung 59 zu verändern, wie für die Fig. 15 und 16
vorausgesetzt, ist es auch möglich, einen Gleichspannungspe
gel zu steuern, um denselben Zweck zu erzielen. Eine solche
Maßnahme ist für die Fig. 17 und 18 vorausgesetzt, wobei
Fig. 17 einen Fall mit α = 2-11 und β = 1 - 2-12 und Fig. 18
einen Fall mit α = 2-12 und = 1 - 2-16 betrifft. Bei der
Betriebsart, zu der die Charakteristik gemäß Fig. 17 gehört,
verschiebt die Pegelsteuerung 19 gemäß Fig. 14 den Gleichspan
nungspegel um 25 IRE (90-65 = 25), während in der zu Fig. 18
gehörigen Betriebsart eine Verschiebung um 6 IRE (90-84 = 6)
stattfindet. In beiden Fällen bleibt der APL-Wert 50% für den
vorgegebenen IRE-Wert 90.
Statt der Charakteristiken gemäß den Fig. 15-18 können noch
viele andere Charakteristiken durch entsprechendes Einstellen
der Umschalter 27, 28 und 31 eingestellt werden, wobei ent
weder der Verstärkungsgrad oder die Gleichspannung so ange
paßt wird, daß für den IRE-Wert 90 der APL-Wert 50% erhalten
wird. Statt durch eine einstellbare Verstärkung oder eine
einstellbare Gleichspannung kann die Pegelsteuerung auch auf
andere Art und Weise erfolgen. Zum Beispiel kann ein ROM ver
wendet werden, in dem verschiedene Steuerpegel abgelegt sind,
die durch eine CPU adressiert werden, um den gewünschten Pe
gel bereitzustellen.
Auf jeden Fall wird der APL-Wert für einen vorgegebenen IRE-
Ausgangswert konstant gehalten, was dazu führt, daß ein Än
dern der Betriebsart die Irissteuerungscharakteristik nicht
ändert. Da die Steuerung digitalisiert werden kann, ist es
möglich, IC-Technologie zu verwenden, um die Größe der Schal
tung und deren Betriebsleitung zu verringern. Dadurch kann
die Schaltung leicht in digitalen Farbvideokameras eingesetzt
werden.
Bei der automatischen Irissteuerung gemäß den Fig. 10 und 14
wird die Mittelwertschaltung 6 eingesetzt, um den mittleren
Belichtungswert für die Zeit eines Halbbildes oder mehrerer
Halbbilder des Videosignals für die digitale Irissteuerung
zu bestimmen. Es sind jedoch viele Rechnungen vorzunehmen,
was Hochgeschwindigkeitsberechnungsschaltungen erfordert, um
den Mittelwert für alle Daten zu bestimmen, die die Hellig
keit eines Halbbildes oder mehrerer derselben zu bestimmen.
Um die Zahl der Berechnungen für das Erhalten des Mittelwer
tes herabzusetzen, wird ein Ausdünnverfahren verwendet. Die
ses besteht darin, daß Hochfrequenzkomponenten des Videosig
nals durch ein digitales Tiefpaßfilter abgeschnitten werden,
das gefilterte Signal in gleichgehaltenen Abständen abgeta
stet wird, wodurch ausgedünnte Abtastdaten erhalten sind, die
Abtastdaten für ein Feld oder mehrere addiert werden und die
addierten Daten gemittelt werden. Dieses Ausdünnverfahren ist
jedoch nachteilig, weil es aufgrund des digitalen Tiefpaß
filters eine relativ große komplizierte Schaltung erfordert.
Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß aufgrund des fest vor
gegebenen Ausdünnmusters dann, wenn eine starke Korrelation
zwischen dem Ausdünnmuster und dem Muster des Videobildes be
steht, die ausgedünnten Daten den Mittelwert nur ungenau an
geben.
Um diese Nachteile bisher betrachteter Ausdünnmethoden zu
vermeiden, dient eine Schaltung, die in Fig. 19 dargestellt
ist. Sie verfügt über einen ersten und einen zweiten Zufallszahl
generator 61 bzw. 62, die mit einem Abtastpulsgenerator 63
zusammenarbeiten, der Abtastpulse an eine Abtastschaltung 64
liefert, die zwischen der Ermittlungsschaltung 5 und dem Halb
bild-Mittelwertgenerator 6 der Anordnung gemäß Fig. 10 ge
schaltet ist. Funktionsgruppen, die die bereits anhand von
Fig. 10 erläuterte Funktion ausüben, tragen in Fig. 19 die
selben Bezugszeichen wie in Fig. 10.
In der Schaltung gemäß Fig. 19 wird über einen Anschluß 65
ein Datentakt CK an den ersten Zufallszahlgenerator 61 gelie
fert. Dem zweiten Zufallszahlgenerator 62 wird ein Horizontal-
Synchronisiersignal HD über einen Anschluß 66 zugeführt. Sein
Ausgangssignal geht an den ersten Zufallszahlgenerator 61 und
initialisiert diesen. Das Ausgangssignal vom ersten Zufalls
zahlgenerator 61 wird dem Abtastpulsgenerator 63 zugeführt,
der Abtastpulse an die Abtastschaltung 64 liefert. Der Daten
takt CK ist vorzugsweise der Abtasttakt, wie er zum Abtasten
der Bildelemente eines digitalen Videosignales verwendet wird.
Er hat eine Frequenz, die ein Mehrfaches der Frequenz des
Horizontal-Synchronisiersignales ist.
Anhand von Fig. 20 wird nun eine bevorzugte Anordnung für die
Zufallszahlgeneratoren 61 und 62 und den Abtastpulsgenerator 63
erläutert. Der erste Zufallszahlgenerator 61 umfaßt 5D-Flip-
Flops 67-71, die in Serie geschaltet sind, sowie ein XOR-
Glied 72. Die Ausgangsanschlüsse Q der D-Flip-Flops 69 und 71
sind mit den Eingängen des XOR-Gliedes 72 verbunden. Dessen
Ausgang steht mit dem D(Daten)-Eingang des Flip-Flops 67 in
Verbindung. Die Ausgänge Q der D-Flip-Flops 68-71 sind mit
den Eingängen eines NOR-Gliedes 73 verbunden. Der Daten
takt CK wird vom Anschluß 65 den Takteingängen der fünf D-
Flip-Flops 67-71 zugeführt. Diese Anordnung des ersten Zu
fallszahlgenerators 61 erzeugt einen m-Reihenpuls einer Länge
von 31 Bits. Der Abtastpulsgenerator 63 gemäß Fig. 20 weist
ein NOR-Glied 73, ein UND-Glied 74 und einen Schalter 75 auf.
Letzterer steuert entweder den Ausgang des NOR-Gliedes 73 oder
des UND-Gliedes 74 an und führt das von dort abgegriffene
Ausgangssignal an die Abtastschaltung 64 (Fig. 19).
In der Anordnung gemäß Fig. 20 weist der zweite Zufallszahl
generator 62 fünf D-Flip-Flops 76-80 auf, die in Reihe ge
schaltet sind. Außerdem sind drei XOR-Glieder 81-83 vorhan
den. Die Q-Ausgänge der D-Flip-Flops 79 und 80 stehen mit den
Eingängen des XOR-Gliedes 81 in Verbindung, während die Q-
Ausgänge der D-Flip-Flops 77 und 78 entsprechend mit den Ein
gängen des XOR-Gliedes 82 verbunden sind. Die Ausgänge der
XOR-Glieder 81 und 82 sind mit den Eingängen des XOR-Glie
des 83 verbunden, dessen Ausgang an dem D-(Daten)Eingang des
Flip-Flops 76 angeschlossen ist. Das Horizontal-Synchroni
siersignal HD wird vom Anschluß 66 an die Takteingänge der
D-Flip-Flops 76-80 zum Treiben derselben gegeben. Der so
aufgebaute Zufallszahlgenerator 62 erzeugt einen zweiten m-
Reihenpuls einer Länge von 31 Bits. Da das Horizontalsynchro
nisiersignal HD zum Treiben der D-Flip-Flops 76-80 verwen
det wird, wird das Ausgangssignal des zweiten Zufallszahl
generators 62 mit jeder Horizontalperiode des Videosignals
erneuert oder wiederholt. Die Ausgangssignale von den fünf
D-Flip-Flops 76-80 werden den Eingängen der D-Flip-Flops
67-71 des ersten Zufallszahlgenerators 61 zugeführt, wobei
die Flip-Flops gesetzt sind. Das Horizontal-Synchronisier
signal HD wird außerdem vom Anschluß 66 an einen Inverter 84
gegeben, dessen Ausgangssignal dem Takteingang eines D-Flip-
Flops 85 zugeführt wird, das als 1/2-Frequenzteiler wirkt.
Der Pegel des Ausgangssignales am Ausgang Q des Frequenztei
lers 85 wechselt von hohem Pegel H zu niedrigem Pegel L und
umgekehrt mit jedem Auftreten des Horizontal-Synchronisier
signales HD. Das Ausgangssignal vom Frequenzteiler 85 wird
dem Schalter 75 zugeführt, wodurch dieser zwischen den Aus
gängen des NOR-Gliedes 73 und des UND-Gliedes 74 umschaltet.
Bei dieser Anordnung erzeugt der erste Zufallszahlgenerator 61
die folgende 31-Bit-Codefolge: 1111100011011101010000100101100.
Das Ausgangssignal vom NOR-Glied 73 des Abtastpulsgenerators 63
nimmt hohen Pegel H ein, wenn die Ausgangssignale der D-Flip-
Flops 68-71 des ersten Zufallszahlgenerators 61 alle nied
rigen Pegel L einnehmen, d. h., wenn das 4-Bit-Signal (0000)
erzeugt wird. Das Ausgangssignal vom UND-Glied 74 des Abtast
pulsgenerators 63 nimmt hohen Pegel H ein, wenn die Ausgangs
signale der D-Flip-Flops 67-69 niedrigen Pegel L einnehmen
und die Ausgangssignale der D-Flip-Flops 70 und 71 hohen Pe
gel H einnehmen, d. h., wenn der erste Zufallszahlgenerator 61
das 5-Bit-Signal (11000) erzeugt. Diese Bitmuster (0000) und
(11000) sind so ausgewählt, daß der maximale Abstand zwischen
ihnen dann eingestellt ist, wenn die oben genannte 31-Bit-
Codeserie wiederholt vom ersten Zufallszahlgenerator 61 er
zeugt wird. Wie oben angegeben, erhält der Schalter 75 das
Steuersignal vom Frequenzteiler 85 und legt die Ausgangssig
nale vom NOR-Glied 73 oder vom UND-Glied 74 als Abtastpulse
an die Abtastschaltung 64.
Die zweite Codereihe mit 31 Bit Länge, die vom zweiten Zu
fallszahlgenerator 62 auf das Horizontal-Synchronisiersig
nal HD hin erzeugt wird, ist 1111100100110000101101010001110.
Dieses Bitmuster wird wiederholt erzeugt. Fünf Folgebits in
dieser zweiten Codereihe werden von den Ausgängen Q der D-
Flip-Flops 76-80 als Anfangsdaten für den ersten Zufalls
zahlgenerator 61 ausgegeben. Diese fünf Folgebits werden mit
jeder horizontalen Periode um 1 Bit entlang der Codereihe
verschoben. Daher nehmen die mit Hilfe der Abtastschaltung 64
ausgedünnten Elemente in horizontaler und vertikaler Richtung
innerhalb eines Videobildes eine Lage ein, wie sie in Fig. 21
dargestellt ist.
Wenn ein Mittelwert über zwei Halbbilder bevorzugt ist, wird
ein Halbbild-Auswahlsignal über einen Anschluß 86 an eine
logische Schaltung 87 geliefert, die fünf Anfangsbits liefert,
die für geradzahlige und ungeradzahlige Halbbilder unter
schiedlich sind. Die fünf Bits setzen die Flip-Flops 76-80,
damit die Abtastadresse in jeder Zeile für geradzahlige und
ungeradzahlige Halbbilder unterschiedlich wird.
Die Ermittlungsschaltung 5, die gemäß Fig. 1 als Referenz
spannungsgenerator und gemäß Fig. 10 als Spitzendetektor ver
wendet wurde, kann in jeder Video- oder anderen Signalverar
beitungsschaltung verwendet werden, die eine gebogene Charak
teristik erfordert, wie in den Fig. 15-18 dargestellt.
Die Ermittlungsschaltung 5 kann mit Vorteil als digitales
Tiefpaßfilter in einer automatischen Schwarzausgleichsschal
tung verwendet werden, die dazu dient, den Schwarzpegel für
die drei Primärfarben R, G und B jeweils auf demselben Wert
zu halten. Es sind bereits Farbvideokameras mit Weißausgleich,
Irissteuerung und Schwarzausgleich ausgerüstet worden, jedoch
sind die Schaltungen für diese Zwecke voneinander unabhängig,
was zu einem insgesamt großen und komplexen Aufbau führt. Es
ist von besonderer Bedeutung, daß die Schaltungen so klein
wie möglich ausgebildet werden, wenn digitale Signalverarbei
tung für Weißausgleich, Irissteuerung und Schwarzausgleich
mit Hilfe einer integrierten Schaltung in einer Farbvideo
kamera möglich sein soll. Da die automatische Irissteuerung
und der automatische Weißausgleich nicht zusammen mit dem
automatischen Schwarzausgleich betrieben werden müssen, wer
den Schaltungsteile für die letztgenannte Funktion mit denen
für die ersten beiden genannten Funktionen geteilt.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 22 werden für automatische Steue
rung der Iris, des Weißausgleichs und des Schwarzausgleichs
in einer digitalen Farbvideokamera drei Ermittlungsschaltun
gen 5₁, 5₂ und 5₃ verwendet, die den entsprechenden Schal
tungen gemäß den Fig. 1 oder 10 entsprechen. Jede dieser Er
mittlungsschaltungen weist außer einem Komparator 11 und einem
Schalter 12 eine Lade/Entlade-Funktionsgruppe 90 auf, die die
Koeffizientenmultiplizierer 13 und 15 und den Addierer 14
gemäß den Fig. 1 und 10 enthält. Die digitalen Primärfarb
signale R, G und B, wie sie von der Bildaufnahmeeinrichtung
der Farbvideokamera geliefert werden, werden über Eingänge 1R,
1G bzw. 1B Schwarzpegelsteuerungen, wie z. B. Pegelklemm
schaltungen, 91R, 91G bzw. 91B zugeführt. Die Ausgangssignale
der Schwarzpegelsteuerungen 91R, 91G und 91B werden über Ver
stärker 92R, 92G bzw. 92B mit einstellbarem Verstärkungsfak
tor an die Eingänge eines nichtaddierenden Mischers 50 gege
ben, der, wie oben anhand der automatischen Irissteuerung
gemäß Fig. 10 erläutert, das Primärfarbsignal mit der größten
Amplitude an eine Vertikal-Gewichtungsschaltung 55 gibt. Das
Ausgangssignal dieser Schaltung wird dem Eingang "a" eines
Schalters 93₁ zugeführt, dessen anderer Eingang "b" direkt
mit dem Ausgang des einstellbaren Verstärkers 92R verbunden
ist. Der Ausgang des Schalters 93₁ steht mit dem Eingang der
Ermittlungsschaltung 5₁ in Verbindung, deren Ausgang an einen
Halbbild-Mittelwertgenerator 6₁ angeschlossen ist. Das Aus
gangssignal dieser Schaltung wird direkt dem Eingang "b" eines
Schalters 93₂ und über einen Halbbild-Mittelwertgenerator 94
für vier Halbbilder an einen Ausgang 95 gegeben. Ein Steuer
signal zum Festlegen der Lade/Entlade-Charakteristik der Er
mittlungsschaltung 5₁ wird dem Bereich 90 der letzteren über
einen Anschluß 96₁ zugeführt.
Wenn mit der Schaltung gemäß Fig. 22 automatische Irissteue
rung vorgenommen wird, stellt der Schalter 93₁ die Verbindung
zu seinem Eingangsanschluß "a" her, während der Schalter
von seinem Eingangsanschluß "b" abfällt. Mit den derart ge
schalteten Schaltern 93₁ und 93₂ arbeiten der nichtaddierende
Mischer 50, die Gewichtungsschaltung 55, die Ermittlungsschal
tung 5₁ als Spitzendetektor und der Halbbild-Mittelwertgene
rator 6₁ auf die Art und Weise, wie sie oben anhand von Fig. 10
erläutert wurde. Das Ausgangssignal der Schaltung 6₁ erzeugt,
für ein Halbbild des Videosignales, den Mittelwert des Spit
zenwertes des Primärfarbsignales mit der größten Amplitude.
Die Schaltung 94 erzeugt am Ausgang 95 den Mittelwert dieses
Signales für vier Perioden. Dadurch kann das Ausgangssignal
am Anschluß 95 zum Steuern der Iris der Farbbildkamera ver
wendet werden. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal dem nicht
invertierten Eingang des Komparators 56 in der Schaltung gemäß
Fig. 10 zugeführt werden.
Zum Ausführen automatischer Weißausgleichssteuerung verfügt
die Schaltung gemäß Fig. 22 über einen Addierer 33, in dem
die Ausgangssignale von den einstellbaren Verstärkern 92R,
92G und 92B addiert werden. Das Additionssignal wird dem Ein
gang "a" des Schalters 93₃ und außerdem dem nichtinvertierten
Eingang eines Komparators 4 zugeführt. Das Ausgangssignal vom
Schalter 93₃ wird dem Eingang der Ermittlungsschaltung 5₂ zu
geführt, deren Ausgang über einen Halbbild-Mittelwertgenera
tor 6₂ mit dem invertierten Eingang des Komparators 4 verbun
den ist. Die Primärfarbsignale von den einstellbaren Verstär
kern 92R, 92G und 92B werden auch über eine Horizontal/Verti
kal-Phasensteuerschaltung 97 den zugehörigen Schaltern 7R, 7G
bzw. 7B einer Torschaltung 7 zugeführt, die durch die Torpulse
vom Komparator 4 geschaltet wird. Das rote Farbsignal wird
über den Schalter 7R über einen Halbbild-Mittelwertgenerator 6₄
dem Eingang "a" des Schalters 93₂ zugeführt, dessen Ausgang
mit dem Eingang eines Schalters 93₄ verbunden ist. Das grüne
Farbsignal wird über den Schalter 7G entsprechend dem Ein
gang "a" eines Schalters 93₅ zugeführt, dessen Ausgang über
einen Halbbild-Mittelwertgenerator 6₅ mit einem Schalter
in Verbindung steht. Das blaue Farbsignal wird über den Schal
ter 7B dem Eingang "a" eines Schalters 93₇ zugeführt, dessen
Ausgang über einen Halbbild-Mittelwertgenerator 6₃ mit einem
Schalter 93₈ verbunden ist.
In der Betriebsart für automatischen Weißausgleich sind alle
Schalter 93₂ - 93₈ in der Schaltung gemäß Fig. 22 so geschal
tet, daß sie den Kontakt zum jeweiligen Eingang "a" herstel
len. Die Ermittlungsschaltung 5₂ wirkt daher als Referenz
spannungsquelle entsprechend der Schaltung 5 gemäß Fig. 1.
Der Mittelwert dieser Referenzspannung wird im Komparator 4
mit dem Additionssignal vom Addierer 3 verglichen, um Tor
pulse zu erzeugen, durch die Torschaltung 7 so geschaltet
wird, daß die ungefähren Spitzenpegel der Farbsignale für
rot, grün und blau durchläßt. Vom durchgelassenen roten Farb
signal wird im Halbbild-Mittelwertgenerator 6₄ der Mittelwert
gebildet und dieses Signal gelangt an die Schalter 93₂ und
dann 93₄, wo es als Eingangssignal für eine Weißausgleichs
schaltung 9 dient. Entsprechend gelangt das durchgelassene
grüne Farbsignal über den Schalter 93₅ an den Halbbild-Mittel
wertgenerator 65 und das Signal von dort läuft über den Schal
ter 93₆ zum nächsten Eingang der Weißausgleichssteuerschal
tung 9. Das durchgelassene blaue Farbsignal schließlich läuft
über den Schalter 93₇ zum Halbbild-Mittelwertgenerator 6₃ und
der dort gebildete Mittelwert gelangt über den Schalter
zu einem weiteren Eingang der Weißausgleichs-Steuerschaltung 9.
Diese Schaltung kann, wie im Fall der gleichbezifferten Schal
tung gemäß Fig. 1, durch eine CPU gebildet sein, die den Halb
bild-Mittelwert für das rote und blaue Signal mit dem Mittel
wert für das grüne Signal vergleicht und entsprechend dem Ver
gleich ein Korrektursignal an die einstellbaren Verstärker
92R und 92B liefert, um deren Verstärkungsfaktoren so einzu
stellen, daß die Pegel der Farbsignale von allen drei Ver
stärkern gleich sind. Wie entsprechend anhand von Fig. 1 be
schrieben, werden die Ausgangssignale von den einstellbaren
Verstärkern 92R, 92G und 92B Ausgängen 10R, 10G bzw. 10B zu
geführt. Ein Steuersignal zum Einstellen der Lade/Entlade-
Charakteristik der Ermittlungsschaltung 5₂ wird dem Lade/Ent
lade-Bereich 90 über einen Anschluß 96₂ zugeführt, um dadurch
die Referenzspannung einzustellen.
In der Betriebsart des Schwarzpegelausgleichs sind alle Schal
ter 93₁-93₈ auf ihre Eingänge "b" geschaltet. Dadurch wird
das rote Farbsignal über den Schalter 93₁ dem Eingang der Er
mittlungsschaltung 5₁ zugeführt, die in diesem Fall als di
gitaler Tiefpaß wirkt, dessen Frequenzcharakteristik durch
das Steuersignal eingestellt wird, das über den Anschluß 96₁
zugeführt wird. Entsprechend wird das grüne Farbsignal über
den Schalter 93₃ dem Eingang der Ermittlungsschaltung 5₂ zu
geführt, die als digitales Tiefpaßfilter wirkt, dessen Fre
quenzcharakteristik über ein Steuersignal bestimmt wird, das
über den Anschluß 96₂ zugeführt wird. Das blaue Farbsignal
wird direkt dem Eingang der Ermittlungsschaltung 5₃ zugeführt,
die ebenfalls als digitales Tiefpaßfilter wirkt. Die Fre
quenzcharakteristik wird durch ein Steuersignal über den An
schluß 96₃ eingestellt.
Das Ausgangssignal der Ermittlungsschaltung 5₁ wird dem Halb
bild-Mittelwertgenerator 6₁ zugeführt und der von ihm gebil
dete Mittelwert wird über den Anschluß "b" des Schalters
an den Ausgang desselben gegeben. Entsprechend gelangt das
Ausgangssignal von der Ermittlungsschaltung 5₂ über den An
schluß "b" des Schalters 95₅ an den Halbbild-Mittelwertgene
rator 6₅ und von dort an den Schalter 936 Das Ausgangssig
nal der Ermittlungsschaltung 53 wird über den Eingang "b" des
Schalters 93₇ dem Halbbild-Mittelwertgenerator 6₃ zugeführt.
Der gebildete Mittelwert wird an den Schalter 93₈ gegeben.
Die Mittelwerte der Ausgangssignale der als digitale Tiefpaß
filter wirkenden Ermittlungsschaltungen 5₁, 5₂ und 5₃ dienen
zum Steuern des Schwarzpegels. Zum Beispiel wird, wie dies in
Fig. 22 schematisch dargestellt ist, der Halbbild-Mittelwert
von der Schaltung 6₁ über die Schalter 93₂ und 93₄ dem nicht
invertierten Eingang eines Komparators 98₁ zugeführt, der an
seinem invertierten Eingang den Mittelwert von der Schaltung
über den Schalter 93₆ erhält. Der Mittelwert von der Schal
tung 6₃ wird über den Schalter 93₈ dem nichtinvertierten Ein
gang eines Komparators 98₂ zugeführt, der an seinem inver
tierten Eingang den Mittelwert von der Schaltung 6₅ über einen
Schalter 93₆ erhält. Die Komparatoren 98₁ und 98₂ vergleichen
die gemittelten Schwarzpegel für das rote und das blaue Sig
nal mit dem mittleren Schwarzpegel des grünen Signals. Die
Ausgangssignale der Komparatoren 98₁ und 98₂ werden Steuer
signalgeneratoren 99₁ bzw. 99₂ zugeführt, die Schwarzkorrek
turdaten an die Schwarzpegelsteuerschaltungen 91R bzw. 91B
liefern. Die Komparatoren 98₁ und 98₂ und die Steuersignal
generatoren 99₁ und 99₂ bilden zusammen eine Schwarzaus
gleichssteuerung 100 und sie können, wie im Fall der Weiß
ausgleichssteuerung 9 durch eine CPU gebildet sein. Die
Steuersignale an die Pegelsteuerschaltungen 91R und 91B ver
suchen, die Schwarzpegel für das rote und das blaue Signal
mit dem Schwarzpegel für das grüne Signal zur Deckung zu
bringen, um für Schwarzausgleich zu sorgen. Die Schwarzpegel
für die einzelnen Farbsignale können auch als Hintergrund
pegel bezeichnet werden.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 22 dienen die Ermittlungsschal
tungen 5₁, 5₂ und 5₃ in der Betriebsart für Schwarzpegelaus
gleich als Tiefpaßfilter für die Farbsignale für rot, grün
bzw. blau. In der Betriebsart für automatische Irissteuerung
dient die Ermittlungsschaltung 5₁ als Pegelgenerator und in
der Betriebsart für Weißpegelausgleich dient die Ermittlungs
schaltung 5₂ als Referenzspannungsgenerator. Die drei Er
mittlungsschaltungen 5₁, 5₂ und 5₃ stellen also Funktionen
zur Verfügung, die eigentlich fünf ähnliche Schaltungen er
fordern, d. h. drei Tiefpaßfilter, einen Spitzendetektor und
einen Referenzspannungsgenerator, wenn automatischer Weißaus
gleich, automatische Irissteuerung und automatischer Schwarz
ausgleich unabhängig voneinander bereitgestellt werden sol
len. Für diese unabhängigen Steuerungen werden ein Halbbild-
Mittelwertgenerator für die automatische Irissteuerung, vier
Halbbild-Mittelwertgeneratoren für den automatischen Weiß
ausgleich und vier Mittelwertgeneratoren für den automati
schen Schwarzausgleich benötigt. Dies wären zusammen fünf
Mittelwertgeneratoren, jedoch benötigt die Schaltung gemäß
Fig. 22 derer nur fünf, nämlich die Halbbild-Mittelwertge
neratoren 6₁-6₅. Dies erleichtert die Herstellbarkeit einer
integrierten Schaltung. Aufgrund der dadurch erzielbaren
Leistungsverringerung ist die Schaltung gut für eine digi
tale Farbvideokamera geeignet.
Claims (16)
1. Automatische Steuerschaltung für die Irisblende sowie den
Weiß- und/oder Schwarzpegelausgleich in einer Farbvideo
kamera, die drei Primärfarbsignale erzeugt,
gekennzeichnet durch
- - drei Ermittlungsschaltungen (5; 5₁, 5₂, 5₃) mit jeweils
folgenden Funktionsgruppen:
- - einem Komparator (11) zum Vergleichen des Eingangs signales der Ermittlungsschaltung mit deren Ausgangs signal und zum Erzeugen eines Vergleichssignales,
- - einem ersten Multiplizierer (13), der auf das Ver gleichssignal hin das Eingangssignal mit einem ersten Koeffizienten multipliziert und ein erstes Produktsignal ausgibt,
- - einem Addierer (14) zum Addieren des Ausgangssigna les zum ersten Produktsignal, wodurch ein Additions signal erhalten wird,
- - einem zweiten Multiplizierer (15) zum Multiplizieren des Additionssignales mit einem zweiten Koeffizien ten, wodurch ein zweites Produktsignal erhalten wird, das das Ausgangssignal darstellt, und
- - einem Mittel (16, 17) zum Einstellen des ersten und des zweiten Koeffizienten,
- - wobei dann, wenn die Irissteuerung ausgeführt wird, ein Primärfarbsignal von einem nichtaddierenden Mischer (50), der die Primärfarbsignale erhält und aus diesen dasjenige mit der größten Amplitude auswählt, als Ein gangssignal an eine der Ermittlungsschaltungen (5; 5₁) gege ben wird, die dann als Spitzendetektor wirkt;
- - wobei dann, wenn Weißausgleichssteuerung ausgeführt wird, die drei Primärfarbsignale durch einen Addierer (3) addiert werden und das Additionssignal einer der Ermitt lungsschaltungen (5; 5₂) als Eingangssignal zugeführt wird, wodurch die Ermittlungsschaltung als Referenzspan nungsgenerator wirkt; und
- - wobei dann, wenn die Schwarzausgleichsteuerung vorgenom men wird, die drei Primärfarbsignale als Eingangssigna le den drei Ermittlungsschaltungen (5₁, 5₂, 5₃) zugeführt werden, die als Tiefpaßfilter wirken.
2. Steuerschaltung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen Halbbild-Mittelwertgenerator (6; 6₁), dem
das Ausgangssignal der Ermittlungsschaltung (5; 5₁) zu
geführt wird, wenn die Ermittlungsschaltung zur Irissteue
rung als Spitzengenerator dient.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch einen zweiten Komparator (56; 94), der den gemit
telten Wert mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und ein
zweites Vergleichssignal ausgibt, das in einer Iristrei
berschaltung (58) zur Irissteuerung genutzt wird.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen Halbbild-Mittelwertgenerator (6; 62), dem
das Ausgangssignal vom der Ermittlungsschaltung (5; 5₂)
zugeführt wird, wenn diese als Referenzspannungsgenerator
im Fall der Weißausgleichssteuerung dient, einen zweiten
Komparator (4) zum Vergleichen des Mittelwertes mit dem
Additionssignal vom Addierer (3), zum Erzeugen eines zwei
ten Vergleichssignales, einer Torschaltung (7) zum Durch
lassen der drei Farbsignale an drei Einrichtungen (8R, 8B,
8G) zum Einstellen von Verstärkungsfaktoren der drei Pri
märfarbsignale so, daß diese gleichen Ausgangspegel erhal
ten.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch drei Halbbild-Mittelwertgeneratoren (6₁, 6₂, 6₃),
die die Ausgangssignale von den drei Ermittlungsschaltun
gen (5₁, 5₃, 5₅), erhalten, wenn Schwarzausgleichsteuerung
vorgenommen wird.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Videosteuereinrichtung mehrere ein
stellbare Verstärker (2R, 2B, 2G) aufweist, denen die Pri
märsignale zugeführt werden und deren Ausgangssignale vom
Addierer (3) addiert werden.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet
durch einen zweiten Komparator (4), der die Referenz
spannung mit der Ausgangsspannung vom Addierer (3) ver
gleicht und ein Vergleichssignal ausgibt, das von einer
2D-Verzögerungsschaltung (41) verzögert wird, wobei die
Verzögerungszeit D eine vorgegebene Zeit kürzer ist als
die Dauer hohen Pegels des Vergleichssignales, mit einer
2H-Verzögerungseinrichtung (43), wobei H eine Horizontal
periode ist, mit einem Mittel zum Verbinden der 2H-Verzö
gerungseinrichtung mit der 2D-Verzögerungseinrichtung, mit
einer 1H-Verzögerungseinrichtung (45R, 45G, 45B) und einer
1D-Verzögerungseinrichtung (46R, 46G, 46B), die in Reihe
mit den einstellbaren Verstärkern (2R, 2G, 2B) liegen,
deren Signale aufgrund des Torsignales von der 2H-Verzö
gerungseinrichtung durch die Torschaltung (7) durchgelas
sen werden (Fig. 6).
8. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Halbbild-Mittelwertgenerator eine
Halbbildverzögerungseinrichtung (18) aufweist, die das
Ausgangssignal von der Ermittlungsschaltung (5) verzögert,
und daß ein Addierer (19) vorhanden ist, der das Ausgangs
signal von der Ermittlungsschaltung und das Ausgangssignal
von der Verzögerungsschaltung addiert.
9. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Vertikal-Gewichtungsschaltung (55), die an
den nichtaddierenden Mischer (50) angeschlossen ist, um
das Eingangssignal für die Ermittlungsschaltung (5) zu ge
wichten (Fig. 10).
10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet
durch eine Pegelsteuerung (59), die zwischen die als
Spitzengenerator wirkende Ermittlungsschaltung (5) und
den Halbbild-Mittelwertgenerator (6) geschaltet ist, um
den Gleichspannungspegel des Ausgangssignales vom Spitzen
detektor entsprechend einem von außen angelegten Steuer
signal einzustellen.
11. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Ausdünneinrichtung (61-64), die zwischen
die als Spitzendetektor wirkende Ermittlungsschaltung (5)
und den Halbbild-Mittelwertgenerator (6) geschaltet ist,
um die vom Spitzendetektor erhaltenen Daten auszudünnen.
12. Steuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausdünneinrichtung einen ersten
Zufallszahlgenerator (61), einen zweiten Zufallszahlgene
rator (62), einen Abtastpulsgenerator (63) und eine Abtast
einrichtung (64) aufweist, wobei der Abtastpulsgenerator
Abtastpulse abhängig von den von den Zufallsgeneratoren
erzeugten Zufallszahlen erzeugt und die Abtasteinrichtung
Ausgangsdaten vom Spitzendetektor (5) abhängig von den Ab
tastpulsen ermittelt.
13. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Ermittlungsschaltung (5; 5₁, 5₂,
5₃) durch einen digitalen Schaltkreis gebildet ist.
14. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste Multiplizierer (13) Umschal
ter (27, 28) aufweist.
15. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Multiplizierer (15) Um
schalter (28, 31) und eine Addiereinrichtung (25, 30) auf
weist.
16. Steuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Addiereinrichtung einen
Zähler (25) und einen Addierer (30) aufweist.
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