DE3880342T2

DE3880342T2 - Farbfestkoerperbildaufnahmegeraet.

Info

Publication number: DE3880342T2
Application number: DE8888301319T
Authority: DE
Inventors: Fumio C O Patent Divisi Nagumo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2008-02-18
Also published as: DE3880342D1; EP0279647B1; KR970002141B1; JP2643134B2; EP0279647A2; KR880010606A; JPH0191590A; EP0279647A3; US4908720A

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung.
In Farbbild-Aufnahmeausrüstungen können farbige Bilder reproduziert werden, indem man das Bild eines Objektes optisch in die drei Primärfarbbilder, nämlich das rote, grüne, bzw. blaue Primärfarbbild, zerlegt und diese dann überlagert. Bei diesem Verfahren treten in dem reproduzierten Farbbild Überlagerungsfehler z.B. in Form von Farbdeckungsfehlern zwischen den verschiedenen farbigen Bildern auf, die sich als Farbabweichung bemerkbar machen. Diese Fehler müssen so klein wie möglich gehalten werden.
Im allgemeinen entstehen in einer Farbbild-Aufnahmeausrüstung wegen der Farbvergrößerungsaberration des optischen Bildaufnahmesystems Farbdeckungsfehler. Wenn im zentralen Bereich eines Bildes keine Fehler auftreten, die von der Farbvergrößerungsaberration verursachten Farbdeckungsfehler mit wachsendem Abstand vom Bildzentrum jedoch größer werden, können diese sich nicht einfach dadurch eliminiert werden, daß man sie im Zentrum des Bildes durch die Verwendung einer mechanischen Justierung der Farbdeckung zu Null macht.
Bei bekannten mit einer Bildaufnahmeröhre ausgestatteten Farbfernsehkameras führt man die Justierung zur Eliminierung solcher Farbdeckungsfehler in der Weise durch, daß man die mechanischen Positionen der Bildaufnahmeebenen für die Bilder der einzelnen Farben justiert und das Ablenksystem elektrisch justiert. In Festkörper-Farbfernsehkameras mit einem Festkörper-Bildsensor beispielsweise in Form einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) ist jedoch eine solche Justierung des Bildaufnahmebereichs mit Hilfe eines Ablenksystems, wie sie sich bei Kameras mit Bildaufnahmeröhren durchführen läßt, nicht möglich. Man hat deshalb versucht, eine hochgenaue mechanische Farbdeckungsjustierung durchzuführen. Wenn jedoch in einer Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung eine Farbdeckungsjustierung in Echtzeit durch elektrische Signalverarbeitung durchgeführt wird, benötigt man eine komplizierte Überlagerung, da insbesondere in vertikaler Richtung nur wenige Daten verfügbar sind. Dies führt zu einem Verlust an Auflösung.
Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Festkörper-Bildaufnahmevorrrichtung vorgesehen
mit einem Farbteilerprisma, das auftreffende Lichtbilder auffängt und in Farbelemente roter, blauer und grüner Lichtstrahlen zerlegt,
sowie mit mehreren, auf die roten, blauen bzw. grünen Lichtstrahlen ansprechenden Festkörper-Bildaufnahmeelementen die Analogsignale der drei Primärfarben liefern,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die Festkörper-Bildaufnahmeelemente zur Lieferung der roten und der blauen Analogsignale eine solche Zahl von Abtastzeilen besitzen, daß mit ihnen eine höhere vertikale Auflösung erreichbar ist als mit der üblichen in einer normalen Rundfunkfernsehnorm verwendeten Zahl von Abtastzeilen,
ferner gekennzeichnet durch
mehrere Analog-Digitalwandler zur Digitalisierung der Analogsignale der drei Primärfarben,
eine mit den digitalisierten Signalen der drei Primärfarben beaufschlagte Farbdeckungs-Justiereinrichtung die Verzögerungseinrichtungen bis zur Verzögerung der dem roten und dem blauen Strahl entsprechenden Digitalsignale sowie eine Kombinationseinrichtung, zum selektiven Kombinieren der Eingangs- und Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtung aufweist,
eine Steuereinrichtung für die Steuerung der genannten Farbdeckungs-Justiereinrichtung und
eine Steuerspeichervorrichtung zur Lieferung von durch das Fotografieren eines Testbilds gewonnenen Daten zur Steuerung der Farbdeckungs-Justiereinrichtung an die Steuereinrichtung
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung als Blockschaltbild,
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Farbdeckungsjustierschaltung in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1,
Fig. 3 bis 7 zeigen Diagramme zur Erläuterung der Farbdeckungsjustierung von Standbildern mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf eine digitale Fernsehkamera vom sog. Dreianoden-CCD-Typ angewendet. Diese liefert Ausgangsfarbbildsignale mit 525/2 Abtastzeilen pro Halbbild im NTSC-Format. Ein von einem Objekt kommender Lichtstrahl zur Bilderzeugung wird von einem Aufnahmeobjektiv 1 über ein Farbteilerprisma 2 geleitet und auf jeden von drei CCD-Bildsensoren 3R, 3G und 3B gelenkt, die eine Bildaufnahmestufe für die Bilderzeugung bilden.
Der von dem Objektiv 1 über das Prisma 2 auf die Bildaufnahmestufe 3 gelenkte bilderzeugende Strahl wird dadurch in drei Primärfarbstrahlen, d.h. einen roten Strahl R, einen grünen Strahl G und einen blauen Strahl B, aufgeteilt. In den Bildebenen der entsprechenden Bildsensoren 3R, 3G und 3B wird so jeweils ein optisches Bild dieser drei Primärfarbstrahlen R, G und B erzeugt.
Die drei Bildsensoren 3R, 3G und 3B erzeugen aus den drei Primärfarbstrahlen R, G und B optische Bilder und liefern als Bildaufnahme-Ausgangssignal drei Primärfarbsignale, nämlich ein Rotsignal Er, ein Grünsignal Eg und ein Blausignal Eb. Der Bildsensor 3G zur Erzeugung des grünen optischen Bildes liefert das Grünsignal Eg mit 525/2 Zeilen, während die anderen Bildsensoren 3R und 3B das Rotsignal Er bzw. das Blausignal Eb mit jeweils 525 Zeilen liefern. Diese Zeilenzahl ist also doppelt so hoch wie diejenige des Bildsensors 3G und wie der normale Rundfunk-Standard für das NTSC-System.
Die drei in der Bildaufnahmestufe 3 erzeugten Primärfarbsignale Er, Eg und Eb werden über Einstellverstärker 4R, 4G bzw. 4B einer Analog/Digital-Wandlerstufe 5 zugeführt. In dieser werden die drei Primärfarbsignale Er, Eg und Eb in drei Analog/Digital-Wandlern 5R, 5G und 5B digitalisiert und bilden dann einzelnen Farbauszügen entsprechende Daten Dr, Dg und Db. Die Daten Dr, Dg und Db werden über eine Farbdeckungsjustier-Verarbeitungsstufe 6 einer Verarbeitungsstufe 7 zugeführt.
Nach einer Gamma-Justierung und/oder einer Klemm-Prozedur, die beispielsweise in den jeweiligen Verarbeitungsschaltungen 7R, 7G und 7B der Verarbeitungsstufe 7 durchgeführt wird, erscheinen die Daten Dr, Dg und Db an einem Ausgang 9, nachdem sie einen Kodierer 8 durchlaufen haben, der sie in Farbbilddaten Dout umwandelt, die beispielsweise dem NTSC-System entsprechen.
In der Verarbeitungsstufe 6 zur Farbdeckungsjustierung wird die Farbdeckung des Rotsignals Er und des Blausignals Eb justiert, die von den Bildsensoren 3R bzw. 3B erzeugt werden. Dies geschieht auf der Basis des Grünsignals Eg, das in dem Bildsensor 3G gewonnen wird.
Die Farbdeckungsjustier-Verarbeitungsstufe 6 umfaßt zwei Farbdeckungsjustierschaltungen 6R und 6B, die die Rot-Daten Dr und die Blau-Daten Db justieren, indem sie die Anzahl der Abtastzeilen ändern. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt die Farbdeckungsjustier- Schaltung 6R für die Justierung der Rot-Daten Dr eine Zeitachsen-Wandlerschaltung 20, die die Abtastzeilen der Rot-Daten mit 525 Zeilen pro Halbbild abwechselnd verteilt und sie in eine Zeitachse mit 525/2 Zeilen pro Halbbild umwandelt. Vier Zeilen-(1H)-Verzögerungsschaltungen 21, 22, 23 und 24, deren Verzögerungszeiten jeweils einer horizontalen Abtastperiode (1H des NTSC-Systems) entsprechen, nehmen die Ausgangssignale Drx und Dry des Wandlers 20 auf. Ein Schalter 25, der durch Steuerdaten einer weiter unten beschriebenen Steuerstufe 10 gesteuert wird, nimmt Daten aus dem Wandler 20 und den Verzögerungsschaltungen 21, 22, 23 und 24 auf. Ein Addierer 26 zum Addieren von durch den Schalter 25 ausgewählten Daten liefert ein Ausgangssignal an eine Koeffizientenschaltung 27, die die addierten Ausgangssignale des Addierers 26 mit dem Koeffizienten 1/2 multipliziert. Ein Schalter 28 wählt entweder die von dem Ausgang der Koeffizientenschaltung 27 oder von dem Schalter 25 kommenden Daten aus. In der Schaltung 6R werden Rot-Daten Dr(n-2), Dr(n-1), Dr(n), Dr(n+1), Dr(n+2) und Dr(n+3) gewonnen, die in vertikaler Richtung eines Vollbildelements aneinandergrenzen. Dies geschieht durch die Herleitung von zweikanaligen Rotdaten Drx und Dry, die die Rot-Daten Dr aus der Zeitachsen- Wandlerschaltung 20 und die um 1H verzögerten Rot-Daten aus den vier 1H-Verzögerungsschaltungen 21, 22, 23 und 24 umfassen. Wenn man die Daten Dr(n-2), Dr(n-1), Dr(n), Dr(n+1), Dr(n+2) und Dr(n+3) betrachtet, so führt die Farbdeckungsjustier-Verarbeitungsschaltung 6 durch Änderung der Anzahl der Abtastzeilen von 525 auf 525/2 einen Justiervorgang aus, bei dem die Farbdeckungsfehler kleiner sind als τ/4, wobei τ der Pixelabstand des Bildsensors 3R in vertikaler Richtung ist. Dieses Verfahren sei im folgenden beschrieben:
Wenn ein Pixel r(n) des Bildsensors 3R, das in einem Vollbild des Bildsensors 3G einem Pixel g(n) entspricht, wie in Fig. 3 dargestellt, in vertikaler Richtung einen im Bereich &epsi; von τ/4 < Δ < +τ/4 liegenden Farbdeckungsfehler Δ aufweist, wählen der Schalter 25 und der Schalter 28 die dem Pixel r(n) entsprechenden Rot-Daten Dr(n) als diejenigen Rot-Daten Dr(n') aus, für die die Farbdeckungsjustierung durchgeführt wurde.
Wenn der Farbdeckungsfehler Δ im Bereich &epsi; von -3τ/4τ < Δ < -τ/4 liegt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wählt der Schalter 25 die Rot-Daten Dr(n) aus, die dem Pixel r(n) entsprechen, sowie die Rot-Daten Dr(n+1), die dem eine Zeile später auftretenden Pixel r(n+1) entsprechen, um Rot-Daten Dr(n') zu gewinnen, für die über den Schalter 28 am Ausgang eine Farbdeckungsjustierung
Dr(n') = [Dr(n) + Dr(n+1)]/2
durchgeführt wurde.
Wenn der Farbdeckungsfehler Δ im Bereich &epsi; von +τ/4 < Δ < +3τ/4 liegt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, wählt der Schalter 25 Rot-Daten Dr(n) aus, die dem Pixel r(n) entsprechen, sowie Rot-Daten Dr(n-1), die dem eine Zeile früher auftretenden Pixel r(n-1) entsprechen, so daß Rot-Daten D(n') erzeugt werden, für die über den Schalter 28 eine Farbdeckungsjustierung
Dr(n') = [Dr(n) + Dr(n-1)]/2
durchgeführt wurde.
Wenn der Farbdeckungsfehler Δ im Bereich &epsi; von -τ < Δ < -3τ/4 liegt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, wählen der Schalter 25 und der Schalter 28 Rot-Daten Dr(n+1) aus, die dem eine Zeile später auftretenden Pixel r(n+2) entsprechen, so daß Rot-Daten Dr(n') erzeugt werden, für die eine Farbdeckungsjustierung ausgeführt wurde.
Wenn der Farbdeckungsfehler Δ im Bereich &epsi; von +3τ/4 < Δ < +τ liegt, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, wählen der Schalter 25 und der Schalter 28 Rot-Daten Dr(n-1), die dem eine Zeile später auftretenden Pixel r(n-1) entsprechen, als diejenigen Rot-Daten Dr(n') aus, für die die Farbdeckungsjustierung ausgeführt wurde.
Die Farbdeckungsjustierschaltung 6B zur Justierung der Blau-Daten Db ist ähnlich aufgebaut, wie die Farbdeckungsjustierschaltung 6R für die Rot-Daten Dr.
Die Steuerstufe 10, die die Funktion der Verarbeitungsstufe 6 zur Farbdeckungsjustierung steuert, berechnet auf der Basis der Grün-Daten Dg die in der betreffenden Farbdeckungsjustier-Schaltung 6R bzw. 6B für die Justierung des Farbdeckungsfehlers der Rot- und Blau-Daten Dr bzw. Db benötigten Steuerdaten durch Interpolation auf der Basis der einzelnen Farbdaten Dr, Dg und Db, die zuvor durch das Fotografieren eines Testbilds gewonnen wurden. Diese Steuerdaten werden dann in einer Steuerspeichervorrichtung 11 gespeichert. Die Verarbeitungsstufe 6 zur Farbdeckungsjustierung führt die Farbdeckungsjustierung während des tatsächlichen Fotografierens aus, indem sie die Anzahl der Abtastzeilen der Rot-Daten Dr und der Blau-Daten Db von 525 in 525/2 Zeilen ändert. Dies geschieht unter dem Steuereinfluß der Steuerstufe 10 auf der Basis der in der Speichervorrichtung 11 gespeicherten Steuerdaten.
Aus der vorangehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels geht hervor, daß die Farbdeckungsjustierung durch Änderung der Anzahl der Abtastzeilen erfolgt. Dies ermöglicht eine Farbdeckungsjustierung mit hoher Genauigkeit mit Hilfe der Farbdeckungsjustierschaltungen 6R und 6B, die einen einfachen Aufbau haben und keine oder nur geringe Beeinträchtigung der vertikalen Auflösung verursachen.
In einem Ausführungsbeispiel einer Festkörper-Farbbildaufnahmevorrichtung wird also die Farbdeckungsjustierung in der Weise durchgeführt, daß man die Anzahl der Abtastzeilen der von dem Festkörper-Bildsensor der Bildaufnahmestufe gelieferten Farbsignale, in die gewünschte Zeilenzahl ändert, so daß die vertikale Auflösung nicht beeinträchtigt wird. Es kann so auch die Überlagerung der Daten bei der Farbdekkungsjustierung während der elektrischen Signalverarbeitung erleichtert werden, so daß sich Farbbild-Aufnahme-Ausgangssignale mit hoher Bildqualität gewinnen lassen.

Claims

1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung

mit einem Farbteilerprisma (2), das auftreffende Lichtbilder auffängt und in Farbelemente roter, blauer und grüner Lichtstrahlen zerlegt,

sowie mit mehreren, auf die roten, blauen bzw. grünen Lichtstrahlen ansprechenden Festkörper-Bildaufnahmeelementen (3R, 3B, 3G), die Analogsignale der drei Primärfarben liefern,

dadurch gekennzeichnet,

daß zumindest die Festkörper-Bildaufnahmeelemente (3R, 3B) zur Lieferung der roten und der blauen Analogsignale eine solche Zahl von Abtastzeilen besitzen, daß mit ihnen eine höhere vertikale Auflösung erreichbar ist als mit der üblichen in einer normalen Rundfunkfernsehnorm verwendeten Zahl von Abtastzeilen, ferner

gekennzeichnet durch

mehrere Analog-Digitalwandler (5R, 5B, 5G) zur Digitalisierung der Analogsignale der drei Primärfarben,

eine mit den digitalisierten Signalen der drei Primärfarben beaufschlagte Farbdeckungs-Justiereinrichtung (6), die Verzögerungseinrichtungen (21 bis 24) zur Verzögerung der dem roten und dem blauen Strahl entsprechenden Digitalsignale sowie eine Kombinationseinrichtung (25, 26) zum selektiven Kombinieren der Eingangs- und Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtung aufweist,

eine Steuereinrichtung (10) für die Steuerung der genannten Farbdeckungs-Justiereinrichtung (6) und

eine Steuerspeichervorrichtung (11) zur Lieferung von durch das Fotografieren eines Testbildes gewonnenen Daten zur Steuerung der Farbdeckungs-Justiereinrichtung (6) an die Steuereinrichtung (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zahl der vertikalen Abtastzeilen in den Festkörper-Bildaufnahmeelementen (3R, 3B) zur Lieferung der roten und blauen Analogsignale doppelt so groß ist wie die vorgeschriebene Zeilenzahl der üblichen Rundfunkfernsehnorm.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Farbdeckungs-Justiereinrichtung (6) mehrere Schaltungen (6R, 6B) aufweist, die die dem roten und dem blauen Strahl entsprechenden Digitalsignale interpolieren, wobei diese Schaltungen (6R, 6B) optimale Interpolationssignale aus drei benachbarten Abtastzeilen bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der in der Steuerspeichervorrichtung (11) das Verhältnis gespeichert ist, mit dem drei benachbarten Abtastzeilen zusammengesetzt werden.