DE3923204A1 - Automatische kontrastregeleinrichtung fuer eine videokamera - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Kontrastregeleinrichtung für eine Videokamera, insbesondere auf eine Regeleinrichtung, in der der Signalpegel des dunklen Teils automatisch geregelt werden kann, um einen starken Kontrast entsprechend dem mittleren Pegel des Videosignals und des Schwarzwertsignals in Videokameras und Videomonitoren zu erzielen.

Wenn in der Vergangenheit der Pegel des Videoeingangssignals unter dem konstanten Bezugspegel lag, dann wurde eine hohe Verstärkung angewendet, während wenn der Pegel über dem Bezugssignal lag, dann wurde das Eingangssignal so weitergegeben, wie es war. Das Übertragungsverhältnis (oder die Verstärkung) zwischen dem Eingang und dem Ausgang ist daher unter dem konstanten Bezugspegel verschieden. Das heißt, da die Verstärkung des Signals unter dem konstanten Bezugspegel unabhängig vom mittleren Pegel des Videosignals groß ist, wird das relative Rauschen im Falle, daß der höchste Pegel des Videosignals niedrig ist, vergrößert, während wenn der mittlere Pegel des Videosignals über dem Bezugspegel liegt, der Bezugspegel dann an sich unnötig ist, da er aufgrund des Signal/Rausch-Verhältnisses (SN) auf niedrigen Pegel festgelegt ist. Wenn daher das Signal unter dem Bezugspegel nicht existent ist oder der Großteil des Signals über dem Bezugspegel liegt, dann kann keinerlei Beeinflussung erwartet werden.

Die Erfindung ist in Anbetracht des Vorgenannten gemacht worden, und sie hat zum Ziel, eine automatische Kontrastregeleinrichtung anzugeben, in der ein sauberer Schirm mit starkem Kontrastverhältnis erhalten werden kann, indem der niedrigste Pegel des Videosignals auf das Schwarzpegelsignal vermindert wird, um dadurch automatisch den Gesamtkontrast zu regeln.

In der vorliegenden Erfindung wird somit der niedrigste Pegel des Videosignals von den Pegeln unter dem Bezugspegel ermittelt, und er wird auf den Pegel herabgesetzt, der durch die Ausgänge des Bildsignalmittelwertdetektors und des Schwarzwertpegeldetektors bestimmt wird, so daß der Kontrast des Gesamtsignals automatisch nachgestellt werden kann. In der Vergangenheit konnte der Bezugspegel wegen des SN-Problems nicht auf hohe Pegel eingestellt werden. In der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Bezugspegel für die Signalverstärkung irrelevant, und er bestimmt nur den Detektorbereich für das Videosignal, so daß dies von dem konventionellen Konzept abweicht und auch die Verstärkung variabel in Übereinstimmung mit dem niedrigsten Signalpegel und mit dem Ausgang des Schwarzwertsignalpegels bestimmt wird, in Übereinstimmung mit dem Zustand des Videosignals. Auch wird das Kontrastverhältnis in geeigneter Weise eingestellt, wobei der Ausgang des Bildsignalmittelwertdetektors verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Kontrastregeleinrichtung für eine Videokamera angegeben, enthaltend: Eine Schwarzpegel-Tastspeicherschaltung für das Videosignal, das durch den Tastimpuls auf den Schwarzpegel geklemmt wird, eine Detektorschaltung für die Ermittlung, daß das Signal unter dem Bezugspegel liegt, um das unnötige Signal durch Ausblendung zu unterdrücken, um nur das Signal unter dem Bezugspegel zu ermitteln, eine Detektorschaltung, um den niedrigsten Wert der Detektorschaltung, die den Bildsignalmittelwert ermittelt, und des geklemmten Videosignals zu ermitteln, eine Vergleichsschaltung, um den Ausgang der vorgenannten Detektorschaltung mit dem mittleren Signalpegel für die Verstärkung zu vergleichen, und eine Verstärkerschaltung variabler Verstärkung, um die Verstärkung der Detektorschaltung für das unter dem Bezugspegel liegende Signal zu variieren, um dadurch den niedrigsten Signalpegel auf den von dem Schwarzpegel und dem mittleren Pegel bestimmten Pegel anzuheben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 Signalkurven in der Schaltung nach Fig. 1.

Das Videosignal wird gemäß Fig. 1 durch den Klemmimpuls der Klemmschaltung 1 geklemmt und der Schwarzpegeltastspeicherschaltung, bestehend aus einem Feldeffekttransistor (FET) Q 6, an dem der Klemmimpuls liegt, einem Signalladekondensator C 3 und einem Operationsverstärker IC 3, der als Emitterfolger verwendet wird. Der Ausgang der Klemmschaltung 1 wird weiterhin durch einen Widerstand R 22 und Kondensatoren C 4 und C 5 über einen FET Q 8 integriert, an dem das komplexe Austastsignal liegt, in der Bildsignalmittelwertdetektorschaltung 25, und das integrierte Signal wird als Ausgang abgegeben. Ein weiterer Ausgang der Klemmschaltung 1 wird der Detektorschaltung 15 zur Ermittlung des unter dem Bezugspegel liegenden Signals über den Gleichstromverstärker 2 zugeführt.

Der Ausgang der Klemmschaltung 1 wird über einen unsymmetrischen Differenzverstärker aus Transistoren Q 2 und Q 3 verstärkt, und der verstärkte Kollektorausgang des Transistors Q 3 wird Emitter des Signalbegrenzungstransistors Q 4 und auch der Basis eines Transistors Q 5 zugeführt. Der Emitterausgang des Transistors Q 5 wird an die Basis des Transistors Q 3 rückgekoppelt, und gleichzeitig wird er dem Verstärkerteil 30 variabler Verstärkung in der Detektorschaltung 15, die das Signal unter dem Bezugspegel ermittelt, zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt wird die von einem einstellbaren Widerstand VR 1, einem Widerstand R 1 und einem Kondensator C 1 vorgegebene Bezugsspannung der Basis des Signalbegrenzungstransistors Q 4 zugeführt, um dadurch die Treiberspannung des Transistors Q 4 einzustellen. Ein Widerstand R 13 und eine Zehnerdiode D 2 sind mit dem Kollektor des Transistors Q 4 verbunden, so daß die Begrenzungsspannung bestimmt wird, und der Kondensator C 6 stabilisiert den Wechselspannungssignalbegrenzungsbetrieb.

Andererseits wird die durch den einstellbaren Widerstand VR 4, den Widerstand R 1 und den Kondensator C 1 eingerichtete Bezugsspannung der Drain-Elektrode des FET Q 1 zugeführt, und der Ausgang des FET Q 1, der durch durch die Vertikaltreiberimpulse betrieben wird, wird dem Operationsverstärker IC 2 der Vergleichsschaltung 10 über die Detektorschaltung 5 für den niedrigsten Wert, bestehend aus der Diode D 1, dem Kondensator C 2 und dem Operationsverstärker IC 1, zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Ausgänge der Schwarzpegeltastspeicherschaltung 20 und der Bildsignalmittelwertdetektorschaltung 25 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC 2 zugeführt. Der Ausgang der Detektorschaltung für den niedrigsten Wert wird mit den Ausgängen der Schwarzpegeltastpeicherschaltung 20 und der Bildsignalmittelwertdektorschaltung 25 verglichen, um dadurch den Differenzpegel zu ergeben.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 10 wird dem FET Q 7 zugeführt, und auf diese Weise wird der Ausgang der Detektorschaltung für das Signal unter dem Bezugspegel variabel verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dem Operationsverstärker IC 5 über den invertierenden Operationsverstärker IC 4 zugeführt und wird mit dem Videosignal summiert, das heißt mit dem Ausgang der Klemmschaltung 1, so daß das zusammengesetzte Videosignal abgegeben wird.

Wie zuvor erläutert, ist die Erfindung dazu vorgesehen, einen sauberen Schirm zu erreichen, indem der Kontrast der Helligkeitssignalkomponente, die im Videosignal enthalten ist, automatisch eingestellt wird, wobei das eingegebene Videosignal der Klemmschaltung zugeführt und dort durch den Klemmimpuls geklemmt wird, und der gleiche Ausgang der Klemmschaltung 1 wird der Schwarzpegeltastspeicherschaltung 20 zugeführt.

In der Schwarzpegeltastspeicherschaltung 20 wird, wenn der Klemmimpuls von hohem Pegel an der Basis des FET Q 6 liegt, der Ausgang der Klemmschaltung 1 von der Drain-Elektrode zur Source-Elektrode des FET Q 6 übertragen und lädt den Kondensator C 3, während wenn der Klemmimpuls mit niedrigem Pegel zugeführt wird, der FET Q 6 ausgeschaltet wird und die Spannung des Kondensators C 3 wird aufgrund der gespeicherten elektrischen Ladungen über den Operationsverstärker IC 3 übertragen, das heißt über den Emitterfolger, und diese Spannung wird bis zur Zuführung des nächsten Klemmimpulses gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung an einem Verbindungspunkt A dem Widerstand R 3 der Vergleichsschaltung zugeführt.

Ein Ausgang der Klemmschaltung 1 wird der Drain-Elektrode des FET Q 8 der Bildsignalmittelwertdetektorschaltung 25 zugeführt, und der FET wird während der wirksamen Bildzeit durch das komplexe Austastsignal eingeschaltet, das der Gate-Elektrode des FET Q 8 zugeführt wird, so daß das Bildsignal durch den integrierenden Widerstand R 22 und die Kondensatoren C 4 und C 5 integriert und einem Verbindungspunkt B zugeführt wird. Der Ausgang der Bildsignalmittelwertdetektorschaltung, die Spannung am Verbindungspunkt B, wird dem Widerstand R 4 der Vergleichsschaltung 10 zugeführt.

Nach Verstärkung des Ausgangs der Klemmschaltung 1 durch den Verstärker 2 wird diese der Basis des Transistors Q 2 des Eintaktdifferenzverstärkers über den Vorspannungswiderstand R 7 in der Detektorschaltung 15 für das Signal unter dem Bezugspegel zugeführt, um nur das unter dem Bezugspegel liegende Signal zu ermitteln, und der Ausgang des Differenzverstärkers wird dem Kollektor des Transistors Q 3 zugeführt, wobei der Widerstand R 8 der Kollektorausgangswiderstand des Transistors Q 8 ist.

Der Kollektorausgang des Transistors Q 3 wird dem Emitter des Signalbegrenzungstransistors Q 4 und der Basis des Puffertransistors Q 5 zugeführt, und der Ausgang wird über den Emitterwiderstand R 12 des Transistors Q 5 abgegeben und wird wieder der Basis des Transistors Q 3 über die Widerstände R 10 und R 11 zugeführt, wodurch eine Gegenkopplung eingerichtet wird, die den Betrieb der Schaltung stabilisiert.

Andererseits wird die Bezugsspannung, die durch den variablen Widerstand VR 1, den teilenden Widerstand R 1 und den Überbrückungskondensator C 1 bestimmt wird, der Basis des Signalbegrenzungstransistors Q 4 zugeführt, und die richtet die Vorspannung von dessen Basis so ein, daß die Einschaltspannung des Transistors Q 4 eingerichtet wird. Zu diesem Zeitpunkt werden der Widerstand R 13 für die Spannungsteilung und eine Zehnerdiode D 2 mit dem Kollektor des Transistors Q 4 verbunden, wodurch die Signalbegrenzungsspannung eingerichtet wird, und es wird auch der Begrenzungsbetrieb eines Wechselspannungssignals durch den Überbrückungskondensator C 6 stabilisiert.

Der von dem Emitter des Transistors Q 5 gelieferte Ausgang wird der Austastschaltung 3 zugeführt, und nach dem Austasten durch das komplexe Austastsignal während der horizontalen und vertikalen Austastperioden wird es der Detektorschaltung 5 für den niedrigsten Wert über die Diode D 1 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt spielt der FET Q 1 der Detektorschaltung 5 die Rolle eines Rücksetzers, der die Detektorschaltung 5 während der Vertikalperiode rücksetzt, und der Vertikaltreiberimpuls wird dem Gate des FET Q 1 über den Vorspannungswiderstand R 2 zugeführt, so daß der FET Q 1 eingeschaltet ist, wenn sich der Treiberimpuls auf hohem Bilde befindet.

Der Ladekondensator C 2 wird auf den durch den variablen Widerstand VR 1 und den Widerstand R 1 gegebenen Bezugspegel aufgeladen, während der FET eingeschaltet ist, das heißt der Vertikaltreiberimpuls in der vertikalen Austastperiode auf hohem Pegel ist. Die am Kondensator C 2 vorhandene Ladespannung wird jedoch über die Diode D 1 entsprechend dem Ausgangssignalpegel der Austastschaltung 3 auf die Summe der spezifizierten Spannung entladen, das heißt auf die Ein-Spannung der Diode D 1 und die niedrigste Spannung des Signalpegels.

Um dieses zu verhindern, ist daher gemäß der vorliegenden Erfindung das Signal der Austastschaltung 3 so eingerichtet worden, daß es so groß ist, daß die Auswirkung der Einbauspannung (Ein-Spannung) der Diode D 1 betrachtet werden kann, und die Spannung des Kondensators C 2 wird über den Operationsverstärker IC 1 zur Verfügung gestellt, der als Emitterfolger verwendet wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers IC 1 wird dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC 2 über den einstellbaren Widerstand VR 2 zur Änderung der Verstärkung zugeführt. R 6 ist ein Rückkoppelwiderstand.

Andererseits, nachdem die Ausgänge der Schwarzpegeltastspeicherschaltung 20 und der Bildsignalmittelwertdetektorschaltung 25, die Ausgänge der Verbindungspunkte A und B, von den Widerständen R 3, R 4 und R 5 angesammelt worden sind, werden sie dem invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers IC 2 zugeführt. Der Operationsverstärker IC 2 mit solchen Eingangssignalen vergleicht den Ausgangspegel der Detektorschaltung 5 für den niedrigsten Wert mit den Ausgangspegeln der Schwarzpegeltastspeichersignaldetektorschaltung 25 und liefert den Differenzpegel. Dieser Ausgang wird über den Vorspannwiderstand R 15 der Gateelektrode FET Q 7 zugeführt, der als der variable Widerstand wirkt, so daß hierdurch die variable Verstärkung erzielt wird. Das heißt, der variable Verstärkungsbetrieb kann durch den Widerstand R 4, den FET Q 7, den variablen Widerstand VR 3 und den Operationsverstärker IC 4 durchgeführt werden, so daß das Signal unter dem Bezugspegel der Detektorschaltung für das Signal unter dem Bezugspegel dem Widerstand R 14 zugeführt wird und durch den Drain-Source-Widerstand des FET Q 7 umgekehrt verstärkt wird.

Das eingegebene Videosignal, das von der Klemmschaltung 1 abgegeben wird, wird weiterhin dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC 5, der als Differenzverstärker wirkt, über den Spannungsteiler R 19, R 20 zugeführt, und der Ausgang des invertierenden Operationsverstärkers IC 4 wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC 5 über den Widerstand R 17 zugeführt. Der niedrigste Wert der Signale unter dem Bezugspegel wird daher abgetastet, und der abgetastete niedrigste Wert stellt die Verstärkung des in der Verstärkung einstellbaren Verstärkers entsprechend der Differenz derart ein, daß der niedrigste Wert so groß wird wie der Pegel, der durch den Schwarzpegel und durch den mittleren Bildpegel bestimmt wird, und das durch diesen variablen Verstärker verstärkte Signal wird dem Original-Videoeingangssignal hinzuaddiert, mit anderen Worten, das invertierte Kompensationssignal wird dem eingegebenen Videosignal hinzuaddiert.

Die vorliegende Erfindung kann daher einen sauberen und weichen Schirm schaffen, in dem automatisch der Kontrast der Helligkeitskomponenten geregelt wird, die im Videosignal enthalten sind.

Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung soll nachfolgend auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert werden. Die Fig. 2a und 2b zeigen die kurzen Vertikaltreiberimpulse und das komplexe (Horizontal- und Vertikal-) Austastsignal. Fig. 2c ist ein Videoeingangssignal als Beispiel des remodolierten Signals, der Pegel des niedrigsten Wertes liegt über dem Bezugspegel, so daß das Kontrastgesamtverhältnis niedrig ist. Fig. 2d ist ein Signal unter dem Bezugspegel, der durch den variablen Widerstand VR 1 eingerichtet ist, und Fig. 2e zeigt das Signal nach dem Austasten von Fig. 2d. Fig. 2f ist ein kompensiertes Signal, das heißt das Signal unter dem Bezugspegel ist entsprechend der vorliegenden Erfindung kompensiert, und der Ausgang des Operationsverstärkers sendet das invertierte Signal davon aus. Fig. 2d ist schließlich das Videoausgangssignal, das am Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers IC 5 erscheint, wobei das Signal eines dunklen Teils kompensiert ist und das Schwarz/Weiß-Gesamtverhältnis groß wird. Man erhält auf diese Weise eine saubere Bilddarstellung. Fig. 2a ist ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach Installation eines neuen Schalters, wobei das Kontrastverhältnis im kompensierten Signal gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird, wenn über den Schalter auf den entsprechenden Signalzweig geschaltet wird, wie aus Fig. 2a hervorgeht.

Die vorliegende Erfindung ist zur Anwendung an Videokameras vorgesehen und dient der Helligkeitssteuerung des Videosignals, es kann jedoch auch an der Signalverarbeitung zur Steuerung der Helligkeit eine Monitors und eines Fernsehgerätes verwendet werden. Außerdem kann es an einem Videobandrecorder Einsatz finden, so daß sich auch dort ein Videosignal mit einem hohen Kontrastverhältnis erzielen läßt.

Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung automatisch das Kontrastgesamtverhältnis des Videosignals regeln, indem das Signal niedrigsten Pegels aus dem Videosignal extrahiert und mit dem Schwarzpegelsignal und dem Videodurchschnittssignal verglichen wird und der niedrigste Pegel des Videosignals auf den Schwarzwertsignalpegel herabgesetzt wird, um dadurch dem Videosignal ein hohes Kontrastverhältnis zu geben, wodurch sich ein sauberer Schirm erzielen läßt, und das bekannte Problem einer Verschlechterung des Signal/Rauschverhältnisses läßt sich beseitigen, da der niedrigste Signalpegel mit dem Pegel übereinstimmt, der durch den Schwarzsignalpegel und den Mittelwertpegel bestimmt ist.

Claims (2)

1. Automatische Kontrastregeleinrichtung für eine Videokamera, enthaltend: eine Schwarzpegeltastspeicherschaltung (20) für das von einem Klemmimpuls auf einem Schwarzpegel geklemmte Videosignal, eine Detektorschaltung (15) für ein unter einem Bezugspegel liegendes Signal, um das unnötige Signal durch Austastung zu entfernen, um nur das unter dem Bezugspegel liegende Signal zu ermitteln, eine Niedrigstwert-Detektorschaltung (5) zur Ermittlung des niedrigsten Wertes der Bildsignaldurchschnittswertdetektorschaltung und des geklemmten Videosignals, eine Vergleichsschaltung (10) zum Vergleichen des Ausgangs der Niedrigstwertdetektorschaltung mit dem mittleren Signalpegel für die Verstärkung, und eine Verstärkerschaltung (30) variabler Verstärkung, um die Verstärkung der Detektorschaltung für das Signal unter dem Bezugspegel zu variieren, um dadurch den niedrigsten Signalpegel auf den durch den Schwarzwertpegel und den Mittelwertpegel spezifizierten Pegel heraufzusetzen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (15) für das Signal unter dem Bezugspegel dieses Signal ermittelt, indem das geklemmte Videosignal über einen Begrenzungstransistor (Q 4) und einen Puffertransistor (Q 5) nach Durchleiten durch Transistoren (Q 2, Q 3) übertragen wird.