DE3943677C2 - Bildaufnahmeeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmeeinrichtung, die eine automatische Schärfeerkennungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und/oder eine automatische Belichtungssteuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 4 umfaßt.

Bei Bildaufnahmegeräten wie beispielsweise Videokameras wird die Scharfeinstellung des Aufnahmeobjektivs nach einem Verfah­ ren gesteuert, bei dem der Schärfegrad der Abbildung auf der Bildaufnahmeebene aus der Hochfrequenzkomponente des abgegebe­ nen Videosignals ermittelt wird und dann ein Maximalwert der Hochfrequenzkomponente gesucht wird, während die Blendenöffnung der Objektblende nach einem Verfahren gesteuert wird, bei dem der mittlere Helligkeitspegel des abgegebenen Videosignals her­ angezogen wird. Bei diesem Verfahren müssen alle Videosignale für die ganze Fläche des Bildfeldes verarbeitet werden.

Im Unterschied zu diesem Verfahren wurden Punktmeßverfahren zur Entfernungs- und Lichtmessung vorgeschlagen, bei denen auf der Aufnahmeebene ein Objekterfassungsbereich derart versetzt wird, daß hinsichtlich des mittleren Videosignalpegels die Differenz zwischen der Innenseite und der Außenseite eines gewählten Be­ reiches einer Bildaufnahmeebene maximal wird, und ein Entfer­ nungsmeßbereich oder Lichtmeßbereich entsprechend dem Videosi­ gnal aus dem Objekterfassungsbereich eingestellt wird.

Das vorstehend beschriebene Punktmeßverfahren beruht auf der allgemeinen Voraussetzung, daß der Pegel des Videosignals für das Objekt stark von dem Pegel des Videosignals für den Hinter­ grund verschieden ist. Wenn die Differenz der Videosignalpegel zwischen dem Objekt und dessen Hintergrund zu gering ist, ent­ steht ein Problem dahingehend, daß die Genauigkeit der Nachfüh­ rung mit dem bewegten Objekt sehr stark verringert ist.

Ferner ist aus der DE 34 43 558 A1 eine automatische Scharfein­ stelleinrichtung bekannt, bei der Signale auf ein Objekt proji­ ziert werden, das vom Objekt reflektierte Licht erfaßt, und ein automatischer Scharfeinstellvorgang ausgeführt wird, wenn durch Erfassungseinrichtungen das Unscharfwerden oder die Bewegung des Objektbildes erkannt wird.

Nachdem die Scharfeinstelleinrichtung den Scharfeinstellzustand erreich hat und außer Betrieb gesetzt wurde, wird mittels be­ kannter Verfahren, beispielsweise über einen Vergleich von aus dem Videosignal abgeleiteten Hochfrequenzkomponenten, der Schärfezustand des Objektbildes ermittelt bzw. durch Verarbei­ ten des Videosignals eine Versetzung des Objektes erfaßt, und dann eine erneute Scharfeinstellung ausgelöst, wenn zwischen­ zeitlich eine Unschärfe oder eine Versetzung des Objektbildes ermittelt wird.

Bei dem Auslösen dieser erneuten Scharfeinstellung, die auf der Grundlage mehrerer bereitgestellter Scharfeinstellzustand- Ermittlungsbetriebsarten, in welchen Scharfeinstellzustands- Erfassungsvorgänge auf unterschiedliche Weise durchgeführt wer­ den, erfolgt, besteht die Gefahr, daß bei einem sich ändernden Abbildungszustand auf der Bildaufnahmeebene zwischen den ein­ zelnen Scharfeinstellzustand-Ermittlungsbetriebsarten umge­ schaltet wird, wodurch der Betrieb der Scharfeinstell- und Be­ lichtungssteuereinrichtungen beeinträchtigt wird, so daß die Scharfeinstellung und/oder die Belichtungssteuerung bei sich änderndem Abbildungszustand auf der Bildaufnahmeebene nicht aufrecht erhalten werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildauf­ nahmeeinrichtung zur automatischen Scharfeinstellung bzw. Be­ lichtungssteuerung zu schaffen, bei der das Aufrechterhalten der Scharfeinstellung bzw. der Belichtungssteuerung auf ein be­ wegtes Objekt unabhängig vom Abbildungszustand auf der Bildauf­ nahmeebene möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit entsprechend einer ersten und zwei­ ten Betriebsart ein geeigneter Objektnachführalgorithmus bzw. eine erste oder zweite Objektnachführeinrichtung mit unter­ schiedlichen Nachführalgorithmen zur Auswahl eines Objekterken­ nungsbereichs in Abhängigkeit der an der Bildaufnahmeebene er­ mittelten Helligkeitsdifferenz gewählt und die zur Wahl der je­ weiligen Objektnachführeinrichtungen maßgeblichen Schwellenwer­ te der Helligkeitsdifferenz mit einer Hystereseeigenschaft ver­ sehen, sodaß nach einem Umschalten zwischen den Objektnachführ- Betriebsarten die gewählte, geeignete Betriebsart auch bei sich änderndem Abbildungszustand bis zum Erreichen des jeweils ande­ ren Schwellenwertes beibehalten wird.

Auf diese Weise kann somit durch Wahl der jeweils geeigneten Betriebsart ein den Betrieb der Scharfeinstellungs- und Belich­ tungssteuerungseinrichtungen beeinträchtigendes Hin- und Her­ schalten zwischen den einzelnen Betriebsarten unterbunden, eine Fehlfunktion somit vermieden und die Scharfeinstellung bzw. die Belichtungssteuerung bei sich änderndem Abbildungszustand auf der Bildaufnahmeebene aufrecht erhalten werden.

Ferner wird durch die erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Objektnachführeinrichtung ermöglicht, daß selbst bei einer geringen Differenz von Videosignalpegeln zwischen dem Objekt und dem Hintergrund die Objektnachführung in einer von zwei Nachführungsarten ausgeführt werden kann, wobei der Schwellen­ wert für das Wechseln zwischen den beiden Nachführungsarten ei­ nen Hysteresecharakter derart besitzt, daß das Umschalten von einer Nachführungsart auf eine jeweils andere übergangslos er­ folgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Einrichtung zur auto­ matischen Scharfeinstellung gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Bildaufnahmeeinrichtung.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches die interne Gestaltung einer Spitzenwert-Spitzenwert-Detektorschaltung 11 gemäß Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, welches die interne Gestaltung einer in Fig. 1 gezeigten Helligkeitsdifferenz- Detektorschaltung 10 zeigt.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Bildaufnahme­ ebene.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Algorith­ mus für das Wählen von Nachführbetriebsarten zeigt.

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm für einen Kontrast- Nachführungs-Algorithmus.

Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm für einen Hellig­ keitsdifferenz-Nachführungs-Algorithmus.

Fig. 8 ist eine Blockdarstellung der Bildaufnahme­ einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das ausführlich eine Spitzenwert-Detektorschaltung 38 nach Fig. 8 zeigt.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das ausführlich eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 nach Fig. 8 zeigt.

Fig. 11 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Unterteilung einer Bildaufnahmeebene in eine Anzahl von Ab­ schnitten.

Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm der grundlegenden Funktion einer Nachführsteuerschaltung 42 nach Fig. 8.

Fig. 13 ist ein ausführliches Ablaufdiagramm für eine Helligkeitsdifferenz-Nachführung nach Fig. 12.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung einer Hyste­ resecharakteristik bei dem Wechsel zwischen Nachführbetriebs­ arten.

In den Fig. 1 bis 7 ist als erstes Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmeeinrichtung eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung gezeigt.

Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Scharfeinstellungseinrichtung, in der eine erste Objektnach­ führeinrichtung oder eine zweite Objektnachführeinrichtung gemäß voneinander verschiedenen Algorithmen auf geeignete Weise entsprechend dem Zustand einer Bildaufnahmeebene derart gewählt wird, daß eine hochgenaue und optimale Objektnachfüh­ rung ausgeführt wird, wodurch es ermöglicht ist, einen Schär­ femeßbereich mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf das Objektbild einzustellen.

In der automatischen Scharfeinstellungseinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind nach Fig. 4 ein Schärfemeßbe­ reich A für die Scharfeinstellung und ein Objektnachführbe­ reich B für die Erfassung der Bewegung eines Objekts für die Objektnachführung versetzbar an einer Bildaufnahmeebene 100 eingestellt, an der die Lage des Objekts mittels des Objekt­ nachführbereichs B erfaßt wird und der Schärfemeßbereich A mit diesem Objekt in Deckung gebracht wird. Die Fig. 1 ist eine Blockdarstellung, die den Aufbau der automatischen Scharfeinstellungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel zeigt.

Nach Fig. 1 wird ein Objektiv 1 mittels eines Motors 5 scharf eingestellt. Ein Bildsensor 2 wie ein Ladungskopplungs- bzw. CCD-Bildsensor setzt ein durch das Objektiv 1 auf seiner Bildaufnahmefläche erzeugtes Objektbild in elektrische Sig­ nale um, die in Form von Videosignalen abgegeben werden. Die von dem Bildsensor 2 abgegebenen Videosignale werden in einem Verstärker 3 verstärkt. An den Videosignalen aus dem Verstär­ ker 3 werden in einer Aufbereitungsschaltung 4 die Gammakor­ rektur, die Austastung, das Hinzusetzen von Synchronisiersig­ nalen und andere Verarbeitungen zum Erzeugen von Fernsehsig­ nalen ausgeführt, die einem Videoausgangsanschluß V_OUT zuge­ führt werden. Aus den von dem Verstärker 3 abgegebenen Video­ signalen wird mit einem Bandpaßfilter 7 eine Hochfrequenzkom­ ponente für die Schärfemessung herausgegriffen. Anstelle des Bandpaßfilters 7 können eine Differenzierschaltung und eine Absolutwertschaltung zum Erzeugen eines den Absolutwert des Ausgangssignals der Differenzierschaltung darstellenden Aus­ gangssignals benutzt werden. Ein auf Schaltimpulse aus einem Schaltimpulsgenerator 9 ansprechendes Schaltglied 8 führt von den Videosignalen für ein Halbbild die im Inneren des Schär­ femeßbereichs A erhaltenen Videosignale einer Spitzenwert/ Spitzenwertlage-Detektorschaltung 11 zu. Auf diese Weise werden hinsichtlich der Bildaufnahmeebene 100 nur Signale innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Bildaufnahmeebene herausgegriffen und der Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektor­ schaltung 11 zugeführt, die nachfolgend ausführlich beschrie­ ben wird. Von der Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektorschal­ tung 11 wird eine Stelle, die dem höchsten Pegel aus den Ausgangssignalen des Schaltglieds 8 in einer Halbbildperiode entspricht, in Form von Horizontal- und Vertikal-Lageinforma­ tionen H bzw. V einem Mikrocomputer 12 zugeführt, während dieser höchste Pegel einer Motortreiberschaltung 6 zugeführt wird. Eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 10, die nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, empfängt aus dem Mikrocomputer 12 ein Datensignal G und berechnet die Diffe­ renz hinsichtlich der Pegel mittlerer Helligkeit zwischen der Innenseite und der Außenseite des Objektnachführbereichs B an der Bildaufnahmeebene. Daten F über diese Differenz werden dem Mikrocomputer 12 zugeführt. Ausgehend von den Spitzen­ wert-Lageinformationen und der Helligkeitsdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektnachführbereichs B steuert der Mikrocomputer 12 den Schaltimpulsgenerator 9 derart, daß damit die Lage des Schärfemeßbereichs A an der Bildaufnahmeebene eingestellt wird. Die Motortreiberschaltung 6 bestimmt entsprechend dem in jeder Halbbildperiode aus der Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektorschaltung 11 zugeführten Spitzenwert für den Kontrast die Richtung, in der der Motor 5 zu einer Aufwärts-Servoregelung in der Weise zu betreiben ist, daß der Spitzenwert maximal wird.

Als nächstes wird die Spitzenwert-Spitzenwertlage-Detektor­ schaltung 11 anhand der Fig. 2 ausführlich beschrieben. Das Ausgangssignal des Schaltglieds 8 wird einer ersten Spitzen­ wert-Detektorschaltung 111 zugeführt.

Diese Spitzenwert-Detektorschaltung 111 hält während der Aufnahme der Hochfrequenzkomponente aus dem Bandpaßfilter 7 den Spitzenwert des Eingangssignals bei jeder einzelnen Hori­ zontalabtastung des Schärfemeßbereichs A fest. Hinsichtlich der Abschnittsunterteilung der Bildaufnahmeebene 100 nach Fig. 4 wird durch ein Taktsignal mit einer der Horizontalun­ terteilung nach Fig. 4 entsprechenden Frequenz, die gleich dem n-fachen einer Horizontalabtastfrequenz f_H ist in einer Abfrage/Halteschaltung 112 der Ausgangssignalwert der Spit­ zenwert-Detektorschaltung 111 gespeichert. Von einem Verglei­ cher 113 wird das Ausgangssignal dieser Abfrage/Halteschal­ tung 112 mit dem Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektor­ schaltung 111 verglichen. Der Vergleicher 113 erzeugt ein Impulssignal, das zu einem Zeitpunkt ansteigt, an dem sich das Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektorschaltung 111 ändert. Die Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert- Detektorschaltung 111 setzt voraus, daß eine Änderung aller Ausgangssignale an einer Umrißlinie einer bestimmten Art von Objektbild auftritt. Je steiler eine solche Änderung ist, umso näher ist das Objektiv 1 dem Scharfeinstellungszustand.

Ein Zähler 114 zählt ein Taktsignal mit einer Frequenz nf_H. Auf das Impulssignal aus dem Vergleicher 113 hin speichert eine Datenhalteschaltung 115 den Zählstand des Zählers 114. Ein Speicherwert H der Datenhalteschaltung 115 zeigt als Anzahl von gezählten Impulsen an, welcher der n Horizontalun­ terteilungsabschnitte zu der Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert-Detektorschaltung 111, nämlich zum Spitzenwert des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 7 beigetragen hat. Falls bei dem dargestellten Beispiel innerhalb des Schärfe­ meßbereichs A in der Horizontalrichtung mehrere Spitzenwerte auftreten, zeigt der Wert H die Lage des höchsten dieser Spitzenwerte an.

Eine zweite Spitzenwert-Detektorschaltung 116 empfängt das Ausgangssignal der ersten Spitzenwert-Detektorschaltung 111 und hält einen in der Vertikalrichtung innerhalb des Schärfe­ meßbereichs A erreichten Spitzenwert fest. Eine Abfrage/Hal­ teschaltung 117 und ein Vergleicher 118 bilden ähnlich wie die Abfrage/Halteschaltung 112 und der Vergleicher 113 ein Signal, das einem Zeitpunkt entspricht, an dem sich das Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektorschaltung 116 ändert, wobei die Frequenz eines Abfragetaktsignals für die Abfrage/ Halteschaltung 117 entsprechend der Anzahl der Vertikalunter­ teilungsabschnitte nach Fig. 4 m-mal so hoch wie eine Fre­ quenz f_V des Vertikalsynchronisiersignals ist. Infolgedessen zeigt das Ausgangssignal des Vergleichers 118 an, welcher der Vertikalabschnitte zu der Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert-Detektorschaltung 116 beigetragen hat.

Ein Zähler 119 zählt die Taktsignale mit der Frequenz mf_V. Auf das Impulssignal aus dem Vergleicher 118 hin speichert eine Datenhalteschaltung 120 den Zählwert des Zählers 119. Ein Speicherwert V der Datenhalteschaltung 120 zeigt an, in welchem der m Vertikalunterteilungsabschnitte der durch die Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert-Detektorschal­ tung 116 erfaßte Spitzenwert, nämlich der Spitzenwert des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 7 liegt. Falls bei dem dargestellten Beispiel in der vertikalen Richtung innerhalb des Schärfemeßbereichs A mehrere Spitzenwerte auftreten, zeigt der Wert V die Lage des höchsten dieser Spitzenwerte an.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird der Zähler 114 zu Beginn der Horizontalabtastung gelöscht, während die Spitzen­ wert-Detektorschaltungen 111 und 116 und der Zähler 119 zu Beginn der Vertikalabtastung gelöscht werden.

Es ist anzumerken, daß der mittels der Spitzenwert-Detektor­ schaltung 116 zu erfassende Spitzenwert der höchste Wert über der ganzen Fläche der Bildaufnahmeebene ist, der als ein den Scharfeinstellungsgrad bzw. Schärfegrad darstellendes Signal der Motortreiberschaltung 6 zugeführt wird.

Als nächstes werden die Einzelheiten der Helligkeitsdiffe­ renz-Detektorschaltung 10 anhand der Fig. 3 beschrieben. Nach Fig. 3 wird eine Helligkeitskomponente des Videosignals aus dem Verstärker 3 einem Schaltglied 133 zugeführt. Ein Schalt­ impulsgenerator 131 bildet einen Schaltimpuls, der auf der Bildaufnahmeebene der Lage des Objektnachführbereichs B ent­ spricht, die durch das Steuersignal G aus dem Mikrocomputer 12 angegeben ist. Auf diesen Schaltimpuls hin führt das Schaltglied 133 von den Videosignalen für ein Halbbild die im Inneren des Objektnachführbereichs B erhaltenen Videosignale einem Integrator 135 zu. Der Integrator 135 führt danach sein Integrationsausgangssignal einer Flächenkorrekturschaltung 137 für das Normieren des Integrationswerts auf die Fläche des Objektnachführbereichs B zu. Ferner führt im Ansprechen auf den mittels eines Inverters 132 invertierten Schaltimpuls aus dem Schaltimpulsgenerator 131 hin ein Inversions-Schalt­ glied 134 von den Videosignalen für ein Halbbild die aus einem bestimmten Bereich außerhalb des durch das Schaltglied 133 festgelegten Objektnachführbereichs B, nämlich aus der ganzen Bildaufnahmeebene mit Ausnahme des Objektnachführbe­ reichs erhaltenen Videosignale einem Integrator 136 zu. Der Integrator 136 führt danach sein Integrationsausgangssignal einer Flächenkorrekturschaltung 138 zum Normieren des Inte­ grationswerts auf die Fläche des bestimmten Bereichs zu. Die Flächenkorrekturschaltungen 137 und 138 werden eingesetzt, da wegen der unterschiedlichen Flächen innerhalb und außerhalb des jeweiligen Bereichs die Ausgangssignale der Integratoren 135 und 136 nicht direkt miteinander verglichen werden kön­ nen, so daß jeder Integrationswert auf die Fläche des Be­ reichs normiert werden muß, aus dem der Wert herausgegriffen ist. Auf diese Weise werden die Werte vergleichbar. In einer Subtrahierschaltung 139, der die von den Flächenkorrektur­ schaltungen 137 und 138 abgegebenen Signale zugeführt werden, wird die Differenz zwischen diesen gebildet. Diese Differenz­ information wird einer Absolutwertschaltung 140 zugeführt. Die von der Absolutwertschaltung 140 abgegebenen Daten F werden dem Mikrocomputer 12 zugeführt.

Als nächstes wird anhand der Fig. 5 bis 7 der Nachführungs- Algorithmus für den Mikrocomputer 12 erläutert.

Die Fig. 5 veranschaulicht den Algorithmus für die Wahl der Nachführungsart. Bei einem Schritt S1 wird die mittels der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 10 als Datenwert F berechnete Differenz der mittleren Helligkeit zwischen der Innenseite und der Außenseite des Objektnachführbereichs B mit einem vorbestimmten Schwellenwert TH verglichen. Falls der Datenwert F größer als der Schwellenwert TH ist, schrei­ tet der Prozeß zu einem Schritt S2 für einen Helligkeitsdif­ ferenz-Nachführungs-Algorithmus weiter. Falls der Datenwert F nicht größer als der Schwellenwert TH ist, schreitet der Pro­ zeß zu einem anderen Schritt S3 für einen Kontrast-Nachfüh­ rungs-Algorithmus weiter. Die Fig. 6 veranschaulicht den Kontrast-Nachführungs-Algorithmus. Bei einem Schritt S101 wird entsprechend den aus der Spitzenwert/Spitzenwertlage­ Detektorschaltung 11 zugeführten Horizontal- und Vertikalko­ ordinaten für eine Spitzenwertstelle an der Bildaufnahmeebene die Spitzenwertstelle ermittelt. Bei einem Schritt S102 wird der Schaltimpulsgenerator 9 derart gesteuert, daß die Mitte des Schärfemeßbereichs A mit der bei dem Schritt S101 ermit­ telten Spitzenwertstelle in Übereinstimmung kommt. Danach kehrt der Prozeß zu dem Schritt S1 nach Fig. 5 zurück. Die Fig. 7 veranschaulicht den Helligkeitsdifferenz-Nachführungs- Algorithmus. Vor der Erläuterung dieses Ablaufdiagramms wird kurz das Prinzip beschrieben. Der Objektnachführbereich B wird z. B. Abschnitt um Abschnitt der Unterteilung nach oben, nach unten, nach links und nach rechts verschoben. Die bei aufeinanderfolgenden zwei dieser Lagen erhaltenen Daten wer­ den überprüft, um zu ermitteln, in welcher Richtung sich das Objekt bewegt hat, da dabei hinsichtlich des mittleren Hel­ ligkeitswerts der Absolutwert der Differenz zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Objektnachführbereichs B zum Maximum ansteigt. Dann wird der Schärfemeßbereich A um einen Unterteilungsabschnitt in dieser Richtung versetzt. Nachstehend wird das Ablaufdiagramm in Fig. 7 erläutert. Bei einem Schritt S201 wird der aus der Helligkeitsdifferenz- Detektorschaltung 10 zugeführte Datenwert F als Wert F1 auf­ genommen. Bei einem nächsten Schritt S202 wird an die Hellig­ keitsdifferenz-Detektorschaltung 10 ein Befehl für das Ver­ schieben des Objektnachführbereichs B um einen Unterteilungs­ abschnitt nach rechts auf der in Fig. 4 gezeigten Bildaufnah­ meebene abgegeben. Bei einem Schritt S203 wird wieder der Datenwert F aufgenommen und als Wert F2 bezeichnet. Bei einem nächsten Schritt S204 wird ermittelt, welcher der Werte F1 und F2 der größere ist. Falls F2 < F1 ermittelt wird, schrei­ tet der Prozeß zu einem Schritt S206 weiter. Falls F2 ≦ F1 ermittelt wird, wird bei einem Schritt S205 der Objektnach­ führbereich B um einen Unterteilungsabschnitt nach links verschoben. Danach wird bei dem Schritt S206 der Schärfemeß­ bereich A mit dem Objektnachführbereich B in Deckung ge­ bracht. Darauffolgend wird auf gleichartige Weise in Schrit­ ten S207 bis S212 eine Verschiebung um einen Unterteilungsab­ schnitt nach oben mit dem Ergebnis vorgenommen, daß der Objektnachführbereich B dementsprechend versetzt wird. In Schritten S213 bis S218 wird eine Verschiebung um einen Unterteilungsabschnitt nach links mit dem Ergebnis vorgenom­ men, daß der Objektnachführbereich B dementsprechend versetzt wird. In Schritten S219 bis S224 wird dann eine Verschiebung um einen Unterteilungsabschnitt nach unten mit dem Ergebnis vorgenommen, daß der Objektnachführbereich B dementsprechend versetzt wird. Danach kehrt der Prozeß zu dem Schritt S1 nach Fig. 5 zurück.

Diese Prozedur wird wiederholt, bis der Objektnachführbereich B eine Lage erreicht hat, bei der die Helligkeitsdifferenz zwischen seinem Innenbereich und seinem Außenbereich den maximalen Wert annimmt. Auf diese Weise wird das Objekt fortgesetzt verfolgt bzw. die Objektnachführung ausgeführt. Der betreffende Datenwert F wird dann dem Mikrocomputer 12 zugeführt. Entsprechend der Anweisung aus dem Mikrocomputer 12 steuert der Schaltimpulsgenerator 9 das Schaltglied 8. Abhängig von dem Schaltimpuls aus dem Schaltimpulsgenerator 9 werden von den Videosignalen für ein Halbbild die von dem Innenbereich des Schärfemeßbereichs A erhaltenen Videosignale von dem Schaltglied 8 durchgelassen. Dadurch wird der Schär­ femeßbereich A in die Lage des Objektnachführbereichs B ver­ setzt. Hierdurch ist es möglich, trotz einer Bewegung des Objekts die Scharfeinstellung des Objektivs 1 auf das Objekt aufrecht zu erhalten.

Es ist anzumerken, daß zwar bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Nachführungsbereich zum Verfolgen des Objekts durch das Ermitteln der Lage des Objekts gebildet wird und dann der Schärfemeßbereich auf diese Lage einge­ stellt wird, aber auf andere Weise der Schärfemeßbereich und der Objektnachführbereich nicht einzeln für sich gesteuert werden müssen, sondern ohne irgendeine Beeinträchtigung durch einen gemeinsamen Bereich ersetzt werden können.

Es ist ferner anzumerken, daß als weitere mögliche Abwand­ lungsform der Schärfemeßbereich zugleich auch beispielsweise als Lichtmengenmeßbereich benutzt werden kann.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist bei der automatischen Scharfeinstelleinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel auch dann, wenn die mittlere Helligkeitsdifferenz zwischen dem Objekt und dem Hintergrund so gering ist, daß eine Bewegung des Objekts kaum zu erfassen ist, durch die selektive Nach­ führung gemäß dem Spitzenwert gewährleistet, daß die Objekt­ nachführung auf genaue Weise ausgeführt werden kann. Daher kann in Situationen, die immer wieder auftreten, mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf das bewegte Objekt scharf eingestellt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nicht mehr ein anson­ sten für das Erfassen der Bewegung des Objekts erforderlicher groß ausgelegter Speicher verwendet werden muß, was die Ge­ staltung der Einrichtung vereinfacht.

Als nächstes zeigen die Fig. 8 bis 14 eine automatische Scharfeinstellungseinrichtung als zweites Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmeeinrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden in Abhängigkeit von dem Abbildungszustand auf der Bildaufnahmeebene auf geeignete Weise zwei Objektnachführungs-Betriebsarten mit voneinander verschiedenen Algorithmen gewählt, wodurch es ermöglicht ist, daß die Bildaufnahmeeinrichtung immer unter den besten Bedin­ gungen die Objektlage erfassen kann, auf die der Schärfemeß­ bereich und dergleichen eingestellt wird. Bei dem Umschalten von einer der beiden Objektnachführungsarten auf die andere oder umgekehrt haben jeweilige Schwellenwerte für die beiden Schaltrichtungen eine Hysteresecharakteristik, wodurch eine Verbesserung hinsichtlich einer besseren Stabilisierung des Nachführungsvorgangs erreicht wird.

Die Fig. 8 ist eine Blockdarstellung, die den Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels der Bildaufnahmeeinrichtung zur Anwendung für die Scharfeinstellung zeigt. Nach Fig. 8 wird ein Objektiv 20 mittels eines Motors 22 scharf eingestellt. Ein Bildsensor 24 wie ein Ladungskopplungs- bzw. CCD-Bildsen­ sor setzt ein von dem Objektiv 20 auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors erzeugtes optisches Bild in ein elektrisches Signal um, das in Form von Videosignalen abgegeben wird. Mit 26 ist ein Verstärker für die Videosignale bezeichnet. Eine Signalaufbereitungsschaltung 28 setzt das Ausgangssignal des Verstärkers 26 in ein Helligkeitssignal Y und zwei Farbdiffe­ renzsignale (R-Y) und (B-Y) um. Ein Codierer 30 setzt die Komponentensignale aus der Signalaufbereitungsschaltung 28 in ein zusammengesetztes bzw. BAS-Signal um.

Von einem Bandpaßfilter 32 wird aus dem Helligkeitssignal Y eine Hochfrequenzkomponente herausgegriffen und einem Schalt­ glied 34 zugeführt. Das Schaltglied 34 läßt im Ansprechen auf einen Schaltimpuls aus einem Schaltimpulsgenerator 36 die Videosignale durch, die dem Innenbereich eines Entfernungs­ meßbereichs innerhalb eines Entfernungsmeßrahmens entspre­ chen, der in einer vorbestimmten Lage auf einer Bildaufnahme­ ebene gemäß Fig. 11 gebildet ist. Eine nachfolgend ausführli­ cher beschriebene Spitzenwert-Detektorschaltung 38 erfaßt aus den von dem Schaltglied 34 durchgelassenen Signalen in einer jeden Halbbildperiode einen maximalen Spitzenwert und dessen Lage. Der Spitzenwert wird einer Aufwärts- bzw. Hochrege­ lungs-Servoschaltung 40 zugeführt, während die Informationen über die horizontale und die vertikale Spitzenwertlage einer Nachführsteuerschaltung 42 zugeführt werden. Die Aufwärtsre­ gelungs-Servoschaltung 40 vergleicht den Spitzenwert im ge­ genwärtigen Halbbild mit dem Spitzenwert des letzten Halb­ bilds, um daraus die Richtung zu bestimmen, in der das Objek­ tiv 20 nachzustellen ist. Eine Motortreiberschaltung 43 treibt den Motor 22 in der ermittelten Nachstellrichtung an.

Eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 berechnet im Ansprechen auf einen Schaltimpuls aus einem Schaltimpulsgene­ rator 46 die Differenz des Pegels mittlerer Helligkeit zwi­ schen der Innenseite und der Außenseite eines bestimmten Bereichs bzw. Objekterfassungsbereichs, der gemäß Fig. 11 in einer vorbestimmten Lage auf der Bildaufnahmeebene gebildet ist. Das Rechenergebnis wird der Nachführsteuerschaltung 42 zugeführt. Die nachfolgend ausführlicher beschriebene Nach­ führsteuerschaltung 42 steuert die Schaltimpulsgeneratoren 36 und 46 entsprechend den Spitzenwertlage-Informationen aus der Spitzenwert-Detektorschaltung 38 und der Helligkeitsmittel­ wert-Differenz aus der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44. Die Nachführsteuerschaltung 42 wird zweckdienlich als Mikrocomputer mit einem Programm für die Nachführsteuerung gestaltet.

Anhand der Fig. 9 wird die Spitzenwert-Detektorschaltung 38 ausführlich beschrieben. Mit f_V ist ein Vertikalsynchroni­ siersignal bezeichnet. Das Ausgangssignal des Schaltglieds 34 wird einer Spitzenwert-Halteschaltung 50 und einem Verglei­ cher 52 zugeführt. Die Spitzenwert-Halteschaltung 50 wird bei jeder Halbbildperiode rückgesetzt. Dem Vergleicher 52 wird auch der in der Spitzenwert-Halteschaltung 50 gespeicherte Spitzenwert zugeführt. Daher erzeugt der Vergleicher 52 je­ desmal dann einen Impuls, wenn von der Spitzenwert-Halte­ schaltung 50 ein neuer Spitzenwert zu speichern ist. Ein Zähler 54 zählt ein Taktsignal mit einer Frequenz nf_H, wobei f_H die Horizontalsynchronisierfrequenz ist und n eine ganze Zahl ist. Ein weiterer Zähler 56 zählt ein Taktsignal mit einer Frequenz mf_V, wobei f_V die Vertikalsynchronisierfrequenz ist und m eine ganze Zahl ist. D.h., der Zählwert des Zählers 54 zeigt die horizontale Lage auf der in Fig. 11 gezeigten Bildaufnahmeebene an, während der Zählwert des Zählers 56 die vertikale Lage angibt. Die Zählwerte der Zähler 54 und 56 werden jeweils auf den Ausgangsimpuls des Vergleichers 52 hin in Abfrage/Halteschaltungen 58 bzw. 60 aufgenommen und ge­ speichert. Wenn ein Halbbild fertig ist, zeigt die Abfrage/ Halteschaltung 58 die horizontale Lage des maximalen Spitzen­ wertes in dem einen Halbbild an, während die Abfrage/Halte­ schaltung 60 die vertikale Lage anzeigt. Die Abfrage/Halte­ schaltungen 58 und 60 und der Zähler 56 werden bei jeder Halbbildperiode rückgesetzt, während der Zähler 54 bei jeder Horizontalabtastperiode rückgesetzt wird.

Als nächstes werden anhand der Fig. 10 die Einzelheiten der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 beschrieben. Das Helligkeitssignal Y aus der Signalaufbereitungsschaltung 28 wird Schaltgliedern 62 und 64 zugeführt. Das Schaltglied 62 läßt im Ansprechen auf einen Schaltimpuls aus dem Schaltim­ pulsgenerator 46 nur das Helligkeitssignal durch, das in dem durch die Nachführsteuerschaltung 42 bestimmten Bereich (nach Fig. 11) erhalten wird. Dieses Helligkeitssignal wird in einem Integrator 66 integriert. Von einer Flächenkorrektur­ schaltung 68 wird der Integrationswert aus dem Integrator 66 auf die Fläche des bestimmten Bereichs normiert. Dies ist deshalb der Fall, weil die Flächen innerhalb und außerhalb des Erfassungsbereichs voneinander verschieden sind und daher die Integrationswerte der den jeweiligen Flächen entsprechen­ den Signale voneinander verschieden sind. Es ist daher not­ wendig, die Integrationswerte unter Berücksichtigung der Flächengrößen zu korrigieren. Das zweite Schaltglied 64 wird durch den invertierten Schaltimpuls aus einem Inverter 70 gesteuert, nämlich derart, daß das in dem Bereich außerhalb des Erfassungsbereichs (nach Fig. 11) erhaltene Helligkeits­ signal durchgelassen wird. Ein Integrator 72 integriert das Ausgangssignal des Schaltglieds 64. Auf die vorangehend be­ schriebene Weise wird der Integrationswert mittels einer Flächenkorrekturschaltung 74 gemittelt bzw. normiert. Eine Subtrahierschaltung 76 subtrahiert das Ausgangssignal der Flächenkorrekturschaltung 74 von dem Ausgangssignal der Flä­ chenkorrekturschaltung 68. Eine Absolutwertschaltung 78 er­ zeugt ein Ausgangssignal, das dem Absolutwert des Ausgangs­ signal der Subtrahierschaltung 76 entspricht. Dieses Aus­ gangssignal ΔF der Absolutwertschaltung 78 wird der Nach­ führsteuerschaltung 42 zugeführt.

Anhand der Fig. 12, 13 und 14 wird ein Algorithmus für die Funktion der Nachführsteuerschaltung 42 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Nachführungsarten vorgesehen, nämlich die Helligkeitsdifferenz-Nachführung und die Spitzen­ wert-Nachführung. Wenn die Helligkeit des Objekts von der Helligkeit des Hintergrunds stark verschieden ist und das Helligkeitsdifferenzsignal ΔF hoch ist, wird die Helligkeits­ differenz-Nachführung angewandt. Wenn das Signal ΔF so klein ist, daß die Helligkeitsdifferenz-Nachführung nicht anwendbar ist, wird die Spitzenwert-Nachführung angewandt. In diesem Fall wird von der Helligkeitsdifferenz-Nachführung auf die Spitzenwert-Nachführung bei einem Schwellenwert TH1 umge­ schaltet, während in Gegenrichtung von der Spitzenwert- Nachführung auf die Helligkeitsdifferenz-Nachführung bei einem zweiten Schwellenwert TH2 umgeschaltet wird, der höher als der erste Schwellenwert TH1 ist.

Bei der Wahl der Nachführungsart (oder dem Einschalten der elektrischen Stromversorgung) wird zuerst als Schwellenwert TH für die Nachführungsumschaltung der Schwellenwert TH1 eingesetzt. Dann wird das Helligkeitsdifferenzsignal ΔF aus der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 mit dem Wert TH verglichen (S301). Falls das Signal ΔF größer als der Wert TH ist, wird als Wert TH der Wert TH1 eingesetzt (S302), um die Helligkeitsdifferenz-Nachführung einzuschalten (S303). Dann wird der Entfernungsmeßrahmen auf einen bei der Wahl der Helligkeitsdifferenz-Nachführung eingestellten Objekterfas­ sungsbereich eingestellt (S304). Danach kehrt der Prozeß zu dem Schritt S301 zurück. Falls andererseits das Signal ΔF nicht größer als der Wert TH ist, wird als Wert TH der Wert TH2 eingesetzt (S305), um die Spitzenwert-Nachführung einzu­ schalten (S306). Bei der Spitzenwert-Nachführung wird an der Bildaufnahmeebene der Objekterfassungsbereich derart einge­ stellt, daß seine Mitte an der mittels der Spitzenwert- Detektorschaltung 38 erfaßten Spitzenwertstelle liegt. Der Entfernungsmeßrahmen wird auf den auf diese Weise eingestell­ ten Objekterfassungsbereich eingestellt (S307). Danach kehrt der Prozeß zu dem Schritt S301 zurück.

Dadurch kann dann, wenn eine der verschiedenen Nachführungs­ arten entsprechend einer Objektzustandsänderung gewählt wird, selbst bei einer Helligkeitsdifferenz nahe dem Grenzwert für das Zulassen der Helligkeitsdifferenz-Nachführung der Um­ schaltvorgang immer auf stabile Weise ausgeführt werden, ohne daß ein wiederholtes Hin- und Herschalten auftritt.

Die Fig. 13 zeigt den grundlegenden Ablauf der Helligkeits­ differenz-Nachführung bei dem Schritt S303 nach Fig. 12. Es wird kurz das Grundprinzip erläutert. Gemäß Fig. 11 ist die Bildaufnahmeebene in m×n Abschnitte unterteilt. Der bestimmte Bereich bzw. Erfassungsbereich wird z. B. abschnittsweise nach oben, nach unten, nach links und nach rechts verschoben. Bei jeder dieser Lagen wird hinsichtlich des Pegels der mittleren Helligkeit der Absolutwert der Differenz zwischen dem Innen­ bereich und dem Außenbereich des Erfassungsbereichs berech­ net. Auf die Beurteilung hin, daß sich das Objekt in die Lage bewegt hat, bei der der Absolutwert maximal wird, wird der Objekterfassungsbereich versetzt. Nach Fig. 13 wird das Aus­ gangssignal ΔF der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 aufgenommen und als Variable F1 eingesetzt (S310). Der be­ stimmte Bereich wird um einen Unterteilungsabschnitt nach rechts verschoben (S311), wonach das Ausgangssignal ΔF der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 aufgenommen und als Variable F2 eingesetzt wird (S312). Die Werte F1 und F2 werden miteinander verglichen (S313). Falls F2 ≦ F1 ermittelt wird, was anzeigt, daß durch die Rechtsverschiebung der Wert ΔF nicht höher wird, wird der bestimmte Bereich nach links verschoben (S314). Dann wird der Objekterfassungsbereich auf den bestimmten Bereich eingestellt (S315).

In Schritten S316 bis S321 wird versuchsweise eine Verschie­ bung um einen Unterteilungsabschnitt nach oben vorgenommen. Entsprechend dem Ergebnis hieraus wird der Objekterfassungs­ bereich versetzt. In Schritten S322 bis S327 wird eine Ver­ schiebung um einen Unterteilungsabschnitt nach links ver­ sucht. Dem Ergebnis entsprechend wird der Objekterfassungsbe­ reich versetzt. In Schritten S328 bis S333 wird versuchsweise um einen Unterteilungsabschnitt nach unten verschoben. Dem Ergebnis entsprechend wird der Objektiverfassungsbereich versetzt. Nach dem Schritt S333 kehrt der Prozeß zu dem Schritt S310 zurück.

Obwohl vorstehend als Beispiel die Scharfeinstellung herange­ zogen wurde, besteht bei der Bildaufnahmeeinrichtung keine Einschränkung hierauf; vielmehr ist natürlich die gleiche Gestaltung auch zur Lichtmengeneinstellung und dergleichen anwendbar.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Bildaufzeichnungseinrichtung eine gute Objektnachführung selbst dann erreicht werden kann, wenn hinsichtlich des mitt­ leren Videosignalpegels die Differenz zwischen dem Objekt und dessen Hintergrund gering ist. Da ferner bei dem Ausführungs­ beispiel das Umschalten zwischen den Nachführungsarten mit einer Hysteresecharakteristik erfolgt, wird ein häufiges Umschalten verhindert. Daher wird durch die Anwendung der geschalteten Nachführungsarten kein abnormaler Betriebsablauf verursacht.

Claims (8)

1. Automatische Schärfeerkennungsvorrichtung mit

• (A) einer Bildaufnahmeeinrichtung (2, 3, 4) zum Aufnehmen eines auf einer Bildaufnahmeebene (100) ausgebildeten Objektbildes und zum photoelektrischen Umsetzen des Objektbildes in ein Bildsignal sowie zum Ausgeben des Bildsignales,
• (B) einer Schärfemeßeinrichtung (7, 8, 11) zur Extraktion einer vorbestimmten Signalkomponente aus dem Bildsignal, die entspre­ chend dem Schärfezustand variiert, und die einem gewählten Er­ kennungsbereich auf der Bildaufnahmeebene (100) entspricht, und
• (C) einer Erkennungsbereich-Wähleinrichtung (12) zur Auswahl eines Erkennungsbereiches auf der Bildaufnahmeebene,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrich­ tung (12)

• (D) eine erste Betriebsart zur Auswahl des Erkennungsbereiches auf der Bildaufnahmeebene (100) entsprechend einem ersten Ver­ fahren und eine zweite Betriebsart zur Auswahl des Erkennungs­ bereiches entsprechend einem zweiten Verfahren, das sich vom ersten Verfahren unterscheidet, umfaßt, und
• (E) eine Hysteresecharakteristik beim Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrichtung (12) eine Niveauerkennungs­ einrichtung (10) zur Erkennung des jeweils durchschnittlichen Luminanzniveaus der Luminanzniveaus innerhalb und außerhalb des Erkennungsbereiches aufweist, wobei die Position des Erken­ nungsbereiches derart gewählt wird, daß die Differenz zwischen den in der ersten Betriebsart durch die Niveauerkennungsein­ richtung (10) ermittelten Luminanzniveaus innerhalb und außer­ halb des Erkennungsbereiches maximal wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrichtung (12) eine Spitzenwer­ terkennungseinrichtung (11) zur Erkennung eines Spitzenwertes einer Hochfrequenzkomponente des dem Erkennungsbereich zugeord­ neten Bildsignales aufweist, und daß der Erkennungsbereich ge­ mäß einem in der zweiten Betriebsart mittels der Spitzenwerter­ kennungseinrichtung (11) ermittelten Position des Spitzenwertes gewählt wird.

4. Automatische Belichtungssteuerungsvorrichtung mit

• (A) einer Bildaufnahmeeinrichtung (24, 26, 28) zum Aufnehmen eines auf einer Bildaufnahmeebene ausgebildeten Objektbildes und zum photoelektrischen Umsetzen des Objektbildes in ein Bildsignal sowie zum Ausgeben des Bildsignales,
• (B) einer Belichtungserkennungseinrichtung (32, 34, 38) zur Ex­ traktion einer vorbestimmten Signalkomponente aus dem Bildsig­ nal, die entsprechend dem Belichtungszustand variiert, und die einem gewählten Erkennungsbereich auf der Bildempfangsebene entspricht, und
• (C) einer Erkennungsbereich-Wähleinrichtung (42) zur Auswahl eines Erkennungsbereiches auf der Bildaufnahmeebene,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrich­ tung (12)

• (D) eine erste Betriebsart zur Auswahl des Erkennungsbereiches auf der Bildaufnahmeebene entsprechend einem ersten Verfahren und eine zweite Betriebsart zur Auswahl des Erkennungsbereiches entsprechend einem zweiten Verfahren umfaßt, das sich vom er­ sten Verfahren unterscheidet, und
• (E) eine Hysteresecharakteristik beim Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrichtung (42) eine Niveauerkennungs­ einrichtung (44) zur Erkennung des jeweiligen durchschnittli­ chen Luminanzniveaus außerhalb und innerhalb des Erkennungsbe­ reiches aufweist, und daß der Erkennungsbereich an einer Posi­ tion gewählt wird, an der die Differenz der in der ersten Be­ triebsart mittels der Niveauerkennungseinrichtung (44) ermit­ telten Luminanzniveaus außerhalb und innerhalb des Erkennungs­ bereiches maximal wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erkennungsbereich-Wähleinrichtung eine Spitzenwerterkennungseinrichtung (38) zur Erkennung eines dem Erkennungsbereich zugeordneten Spitzenwertes einer Hochfrequen­ zkomponente des Bildsignales aufweist, und daß der Erkennungs­ bereich an einer in der zweiten Betriebsart mittels der Spit­ zenwerterkennungseinrichtung (38) ermittelten Position des Spitzenwertes gewählt wird.