DE3938522A1 - System zum fokussieren eines fernsehkamera-objektivs - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem System zum automatischen Fokussieren eines (Zoom-)Objektivs einer Farbfernsehkamera nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 46 38 364 ist bereits eine automatische Fokussierungsschaltung für eine Fernsehkamera entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs bekannt. Hierbei wird das Luminanzsignal des Videosignals bei der Ableitung des Fokussignals über ein Hochpaßfilter geleitet, so daß nur die hochfrequenten Komponenten des Luminanzsignals zur Erzeugung des Fokussignals beitragen.

Eine ähnliche Maßnahme zum Durchführen einer Fokuskorrektur ist bei dem Einstellsystem für eine Fernsehkamera nach EP 00 84 908 B1 bekannt. Auch hierbei werden nur die höherfrequenten Anteile des Videosignals gemessen und zum Erreichen des besten Fokuszustandes auf den Maximalwert eingestellt.

Wenn jedoch nur die höherfrequenten Komponenten des Videosignals zur Messung der Bildschärfe verwendet werden, muß die Objektiveinstellung bereits nahe des tatsächlichen Fokuspunktes liegen, sonst kann dieser Punkt mit der Automatik nicht ohne weiteres erreicht werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Objektiv bei horizontalen Linien nicht fokussiert werden kann, weil diese vertikalen Übergänge in der Nähe des eigentlichen Brennpunktes keine hohen Frequenzanteile des Videosignals aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem für praktisch jede mögliche Stellung des Objektivs eine optimale Fokuseinstellung in kürzester Zeit erreichbar ist.

Das erfindungsgemäße System mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß für die Fokuseinstellung des Objektivs auch solche Informationssignale für die Automatik benutzt werden können, welche von den bei weit außerhalb des eigentlichen Fokuspunktes erzeugten Videosignalen abgeleitet werden. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das Objektiv auch bei horizontalen Linien, d. h. vertikalen Übergängen fokussiert werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Systems möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungegemäßen Systems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Durchführung der Messung des Videosignals,

Fig. 3 a) die vor und

Fig. b) nach der Fokuseinstellung entstehenden Ausgangssignale,

Fig. 4 zwei typische Schärfekurven eines Zoom-Objektivs in Abhängigkeit der Objektivstellung.

Bei dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 wird von der Fernsehkamera 1 mit Zoom-Objektiv 2 ein Videosignal, beispielsweise das Luminanzsignal Y oder das Grünsignal G, abgeleitet, welches einer Bildbereichs-Auswahlschaltung 3 zugeführt wird. Mit Hilfe eines über Klemme 4 zugeführten sog. Cursor-Impulssignals ist aus dem jeweiligen gesamten Bildbereich ein Teilbereich manuell auswählbar, in dem die Bildschärfe gemessen werden soll. Die Größe und Lage dieses Teilbereichs kann z. B. vom Kameramann ausgewählt werden. Das Videosignal dieses Teilbereichs wird dann einer Vollweggleichrichterschaltung 6 zugeführt, an deren Ausgang während der Teilbereichsdauer das gleichgerichtete Videosignal abnehmbar ist. Dieses Signal wird nun einer Meßschaltung 7 zugeleitet, in welcher die Amplitude des Mittelwertes des gleichgerichteten Videosignals gemessen wird.

Das Meßergebnis wird dann zur Bestimmung der Bildschärfe für die Fokuseinstellung benutzt. Dazu wird das Videosignal durch A/D-Wandlung in ein Digitalsignal gewandelt und einem nachfolgenden Mikrocomputer 8 zugeführt. Der Mikrocomputer 8 ist dabei so programmiert, daß er für das Zoom-Objektiv 2 ein Fokusstellsignal über die Leitung 9 zur Einstellung der optimalen Bildschärfe durch Steuerung der Linsenverstelleinrichtung des Zocm-Objektivs 2 abgibt. Die Verarbeitung des Meßsignals zur Erzeugung des Fokussignals im Mikrocomputer 8 ist beispielsweise in der genannten EP 00 84 908 B1 bzw. in dem Aufsatz "The Computer as a Camera-Operation and Image-Quality Manager" von F. J. van Roessel und E. Tienkamp in SMPTE-Journal Nov. 87, S. 1079 ff. ausführlich beschrieben, so daß hier nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.

In Fig. 2 ist der Teil der Meßanordnung des erfindungsgemäßen Systems etwas detaillierter dargestellt, wobei in den Fig. 1 und 2 vorkommende gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. An Klemme 11 liegt hier das Videosignal Y bzw. G, welches über ein RC-Glied 12, 13 einem Schalter 14 zugeführt wird. Durch den Kondensator 13 wird der Gleichspannungsanteil des Videosignals eliminiert. Das über Klemme 4 dem Schalter 14 zugeführte Cursor-Impulssignal bewirkt im Falle positiver Amplitude das Schließen des Schalters 14 und somit das Weiterleiten des Videosignals ohne Gleichspannungsanteil über Punkt B an den Vollweggleichrichter 6. Während des Fehlens dieser positiven Impulse ist der Schalter 14 geöffnet, und am Eingang des Vollweggleichrichters 6 liegt ein Gleichspannungssignal von 0 Volt an (siehe Signalverlauf an B).

Nach Vollweggleichrichtung dieses Signals von B entsteht am Ausgang der Schaltung 6 ein Videosignal gemäß Signalverlauf an C. Der Mittelwert dieses Signals am Punkt C ist ein Maß für die eingestellte Bildschärfe. Das Videosignal am Punkt C wird - wie bereits oben ausgeführt - in der nachfolgenden Meßschaltung 7 mit einem sehr großen dynamischen Bereich A/D-gewandelt. Das resultierende 12 Bit-Meßwertausgangssignal wird nunmehr dem Mikrocomputer 8 zugeführt und dort entsprechend weiterverarbeitet. Einzelheiten dieser Videosignalverarbeitung können, wie bereits angegeben, dem obengenannten Aufsatz entnommen werden.

Anhand der Signalformen gemäß Fig. 3 ist leicht verständlich, daß der Signalmittelwert ein Maß für die Bildschärfe darstellt. Sowohl in Fig. 3a als auch in Fig. 3b ist der Verlauf eines Videosignals nach Vollweggleichrichtung am Punkt C bei Aufnahme eines Schachbrettmusters dargestellt. Das Signal nach Fig. 3a weist abgerundete Ecken und schräge Flanken auf, da das Objektiv nicht auf das Testbild fokussiert ist. Demgegenüber hat das Signal gemäß Fig 3b bei optimaler Fokussierung auf das Testbild steile Flanken und nicht abgerundete Ecken. Es ist somit leicht einsehbar, daß der Mittelwert des Signals nach Fig. 3b höher ist als der des Signals nach Fig. 3a. Das Prinzip dieses Meßverfahrens ist jedoch nicht auf die Anwendung eines Testbildes mit Schachbtettmuster beschränkt, sondern kann auch bei normalem Bildinhalt angewendet werden.

In Fig. 4 sind zwei typische Kurven des Schärfegrades als Funktion der Fokusposition wiedergegeben. Dabei ist die Kurve A bei Aufnahme einer Szene mit einer Tele-Einstellung (kleiner Bildwinkel) und die Kurve B mit einer Weitwinkel-Einstellung des Zoom-Objektivs 2 entstanden. In beiden Fällen ist der Fokussierungspunkt F des Zoom-Objektivs 2 leicht erkennbar.

Das erfindungsgemäße System kann vorzugsweise für HDTV-Kameras benutzt werden. Bei diesen ist es für den Kameramann oftmals schwierig, das Objektiv optimal zu fokussieren, da die Bildwiedergabe auf dem Bildschirm des elektronischen Suchers nicht scharf genug ist. Bei Anwendung der Erfindung kann dieser Nachteil vermieden werden, wenn das gleichgerichtete Videosignal am Punkt C entweder einem Monitor bzw. dem elektronischen Sucher der Fernsehkamera 1 zur manuellen Fokussierung oder über die Meßschaltung 7 dem Mikrocomputer 8 zur automatischen Fokussierung des Objektivs per Knopfdruck zugeführt wird. Belbstverständlich kann das erfindungsgemäße System auch in herkömmlichen Fernsehkameras, sei es im automatisierten Studiobetrieb oder als Arbeitsvereinfachung für den Kameramann eingesetzt werden.

Claims (5)

1. System zum Fokussieren eines (Zoom-)Objektivs einer Farbfernsehkamera mit Hilfe einer Linsenverstelleinrichtung, welcher ein vom Videosignal abgeleitetes Fokussignal zugeführt wird, wobei das Fokussignal erzeugt wird durch Gleichrichtung bzw. Absolutwertbildung und folgende Mittelwertbildung eines von einem Teilbereich eines Fernsehbildes abgeleiteten Videosignals mit nachfolgender Digitalisierung und Mikrocomputer-Verarbeitung zur Bestimmung eines das Fokussignal darstellenden Fehlerwertes, dadurch gekennzeichnet, daß als Videosignal das gleichspannungsfreie Luminanz- oder Grünsignal mit voller Bandbreite benutzt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich eines Fernsehbildes manuell auswählbar ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl des Teilbereiches des Fernsehbildes im Signalverarbeitungsweg für die Erzeugung des Fokussignals ein Gatter (14) vorgesehen ist, welches während der Teilbereichsdauer durchlässig geschaltet ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (14) unmittelbar vor der Schaltung zur Gleichrichtung (6) angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (14) unmittelbar nach der Schaltung zur Gleichrichtung (6) angeordnet ist.