DE4032969A1 - Bildverwischungs-korrektureinrichtung - Google Patents
Bildverwischungs-korrektureinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildverwischungs-Kor
rektureinrichtung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordne
ten Patentansprüche 1, 2 und 5 zur Korrektur einer Bildver
wischung in einer Abbildungseinrichtung, die z. B. eine Mi
niaturkamera oder insbesondere eine tragbare Videokamera
sein kann.
Eine Verschmierung eines Bildes auf einem Schirm, bei
spielsweise auf einem Fernsehschirm, wird z. B. durch Bewe
gung eines Subjekts während der Aufnahme oder allgemein
durch eine Parallelbewegung einer Kamera beim Nachführen
hervorgerufen. Auch eine durch eine Kameravibration oder
dergleichen bei der Aufnahme erzeugte Bildbewegung führt
manchmal zu einer Bildverschmierung. Im Falle einer Tele
skopaufnahme ist der Beobachtungswinkel sehr klein, so daß
schon kleine Vibrationen zu einer starken Verschmierung des
Bildes führen, was eine Bildverschlechterung nach sich
zieht. Nimmt darüber hinaus ein Benutzer Szenen mit einer
in seiner Hand geführten Videokamera auf, während er geht
oder sich in einem Helikopter oder dergleichen befindet, so
werden auch durch die Vibration der Kamera Verschmierungen
auf dem Bildschirm hervorgerufen.
Als Maßnahme zur Verhinderung einer Bildverwischung bzw.
Bildverschmierung wurde bereits eine einen Gyrosensor ent
haltende Verwischungsprüfeinrichtung entwickelt. Diese Ein
richtung bewegt eine Position oder eine optische Achse in
umgekehrter Richtung um einen Betrag der Verschiebung, die
durch den Gyrosensor detektiert worden ist, um die Ver
schiebung zu steuern und zu korrigieren.
In der Zwischenzeit wurde vorgeschlagen, die Verwischung
bzw. Verschmierung durch elektrische Verarbeitung der Bild
information zu korrigieren.
Die Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm des allgemeinen Aufbaus
einer konventionellen Bildverwischungs-Korrektureinrich
tung, bei der die Bildinformation elektrisch verarbeitet
wird. In Fig. 6 sind bezeichnet mit dem Bezugszeichen 601
ein Analog/Digital-Wandler (nachfolgend als A/D-Wandler ab
gekürzt), mit dem Bezugszeichen 602 ein Speicher, in den
ein Eingangssignal einschreibbar ist, welches aus ihm wie
der ausgelesen werden kann, mit dem Bezugszeichen 12 eine
Bewegungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren einer
Richtung und einer Größe einer Verwischung des Eingangs
signals, mit dem Bezugszeichen 603 eine Speicherlese-Steu
erschaltung zur Steuerung einer Ausleseadresse des Spei
chers 602 in Übereinstimmung mit der Bewegung von der Bewe
gungsvektor-Detektorschaltung 12, mit dem Bezugszeichen 604
eine Interpolationsschaltung, die einen Teil eines aus dem
Speicher 602 ausgelesenen Videosignals ausdehnt und inter
poliert, und mit dem Bezugszeichen 605 ein Digital/Analog-
Wandler (nachfolgend als D/A-Wandler abgekürzt).
Als nächstes wird der Verwischungskorrekturbetrieb dieser
Einrichtung im einzelnen beschrieben.
Ein Eingangsvideosignal wird mit konstanter Abtastfrequenz
abgetastet und mit Hilfe des A/D-Wandlers 601 in ein digi
tales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird dann in den
Speicher 602 eingeschrieben.
Zusätzlich detektiert die Bewegungsvektor-Detektorschaltung
12 eine Bewegung (Geschwindigkeit) in jedem Rahmen (frame)
anhand der Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Rah
men. Die Speicherlese-Steuerschaltung 603 liest einen Teil
der Signale, die in den Speicher 602 eingeschrieben worden
sind, durch Bewegung eines Referenzpunkts (Ausleseadresse)
in Übereinstimmung mit einer Größe der Bewegung aus, die
durch die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 12 erhalten
worden ist. Das gelesene Signal wird mit Hilfe der Interpo
lationsschaltung 604 zu einer Originalschirmgröße erweitert
und interpoliert und dann mit Hilfe des D/A-Wandlers 605 in
ein Videosignal umgewandelt, bevor es ausgegeben wird.
Die Fig. 7 zeigt eine Darstellung, gemäß der ein Signal
durch Bewegung des Referenzpunkts aus dem Speicher 602 aus
gelesen wird. Das Bezugszeichen W kennzeichnet einen Be
reich, in welchen das Eingangssignal im Speicher einge
schrieben wird. Dieser Bereich ist immer konstant. Das Be
zugszeichen R0 stellt einen Bereich dar, in welchem ein Si
gnal aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn die Größe bzw.
der Anteil der Bewegung Null ist. Dagegen stellt das Be
zugszeichen Rxy einen Bereich dar, in welchem ein Signal
aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn der Anteil der Bewe
gung den Wert x in Horizontalrichtung und den Wert y in
Vertikalrichtung aufweist. Der Anteil der Bewegung kann
durch Integration der Bewegung (Geschwindigkeit) in jedem
Rahmen erhalten werden; die während der Bewegungsvektorde
tektion ermittelt wird, wobei sich die Akkumulation von
Fehlern bei der Integration dadurch verhindern läßt, daß
der Auslesebereich fortwährend zum Bereich R0 gebracht
wird.
Bei dieser Bildverwischungs-Korrektureinrichtung lassen
sich in idealer Weise Entfernung und Richtung eines jeden
Pixels (Bildpunkts) im sich bewegenden Bild berechnen, um
die Größe einer Verwischung bzw. Verschmierung des Bildes
zwischen Rahmen bzw. Halbbildern zu detektieren. Dieses
Verfahren weist die höchste Genauigkeit bei der Vektorde
tektion auf. Es wird jedoch eine sehr umfangreiche Hardware
und ausgesprochen viel Zeit zur Durchführung des Verfahrens
benötigt, so daß es schwierig ist, dieses Verfahren zu rea
lisieren. Es gibt jedoch eine allgemeinere Methode zur Be
stimmung des Bewegungsvektors im gesamten Schirm durch Auf
finden der Größe einer Bewegung von mehreren Pixeln im
Schirm. Die Pixel sollen nachfolgend als repräsentative
Punkte bezeichnet werden.
Die Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm einer allgemeinen Be
rechnungsschaltung für repräsentative Punkte. Dagegen zeigt
die Fig. 17 die Beziehung zwischen einem Block im Bild und
einem repräsentativen Punkt für den Fall eines konventio
nellen Beispiels. Das Bild von einem Feld wird in eine vor
bestimmte Anzahl von Blöcken 115 unterteilt, wobei ein re
präsentativer Punkt Rÿ 114 im Zentrum eines jeden Blocks
vorhanden ist. Die Pegeldifferenz zwischen dem repräsenta
tiven Punkt im vorhergehenden Rahmen und den gesamten Pi
xeln Si+x, j+y 116 innerhalb des Blocks wird in jedem Block
berechnet.
Gemäß Fig. 16 wird ein eingehendes Videosignal (a) mit Hilfe
des A/D-Wandlers 101 in ein digitales Signal umgewan
delt. Dann wird ein vorbestimmtes Pixel, das den repräsen
tativen Punkt 114 im Block 115 darstellen soll, über eine
Halteschaltung 102 in den Speicher 103 für repräsentative
Punkte eingeschrieben. Im Speicher 103 für repräsentative
Punkte gespeicherte Daten werden einen Rahmen später ausge
lesen und über eine Halteschaltung 104 einer Absolutwert
schaltung 106 zugeführt. Darüber hinaus werden die anderen
A/D-gewandelten Daten des Videosignals über eine Halte
schaltung 105 zur Absolutwertschaltung 106 übertragen. Der
Absolutwert der Differenz zwischen dem Signal (b) des re
präsentativen Punkts (repräsentatives Punktsignal) des vor
hergehenden Rahmens, das von der Halteschaltung 104 ausge
geben wird, und dem Pixelsignal (c) des gegenwärtigen Rah
mens wird mit Hilfe der Absolutwertschaltung 106 berechnet.
Diese Berechnung wird in jedem Block ausgeführt, wobei ein
Ausgangssignal (d) von der Absolutwertschaltung 106 nach
einander zu Tabellen hinzuaddiert wird, die in Übereinstim
mung stehen mit derselben Adresse des Pixels in jedem Block
und die in der akkumulierten Additionstabelle 108 vorhanden
sind. Das Ergebnis der Addition in den Tabellen wird einem
Tabellenwertkomparator 109 zugeführt. Schließlich wird be
stimmt, wie weit und in welcher Richtung sich die Bildposi
tion für einen Rahmen verschoben hat. Es wird also ein Vek
torwert (e) ermittelt, und zwar anhand einer Adresse, für
die das Ergebnis der Addition ein Minimum ist. Der Vektor
wert (e) wird vom Tabellenwertkomparator 109 ausgegeben.
Genauer gesagt wird der Absolutwert der Differenz zwischen
dem repräsentativen Punkt Rÿ und einem Signal Si+x, j+y
bestimmt, dessen Position sich durch eine Horizontalrich
tung x und eine Vertikalrichtung y ergibt. Die einzelnen
Absolutwerte werden aufsummiert, und zwar für dieselbe Po
sition eines jeden repräsentativen Punkts, was zum Wert Dxy
führt, wobei x und y Laufwerte sind. Der Ausdruck Dxy läßt
sich wie folgt schreiben:
Dxy=Σ|Rÿ-Si+x, j+y|
Die Werte von x und y für das Minimum von Dxy werden als
Bewegungsvektoren jeweils für die Horizontalrichtung und
die Vertikalrichtung verwendet.
Zu diesem Zeitpunkt weist ein Block, in dessen Zentrum der
repräsentative Punkt positioniert ist, eine Größe des Vek
tors auf, also einen Bereich, in welchem der Vektor das
Bild korrigieren kann. Im Hinblick auf die akkumulierte Ad
dition läßt sich darüber hinaus sagen, daß die Genauigkeit
der Vektordetektion verbessert wird, je größer die Anzahl
der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird somit durch
Addition der repräsentativen Punkte des gesamten Schirms
erhalten, was bedeutet, daß die Bewegung des gesamten
Schirms gemittelt wird.
Bei der zuerst beschriebenen Abbildungseinrichtung, die den
Gyrosensor zum Detektieren von Bildverwischungen aufweist,
ist von Nachteil, daß der Sensor relativ teuer ist. Ferner
müssen die Position des Sensors bestimmt und ein Platz für
ihn freigehalten werden.
Um eine Bildverschlechterung zu verhindern, müssen darüber
hinaus hochpräzise A/D-Wandler und D/A-Wandler verwendet
werden, ein Speicher mit hoher Kapazität sowie eine aufwen
dige Schaltung zur Speichersteuerung oder zur Ausdehnung
und Interpolation. Das System ist daher sehr teuer und ver
braucht relativ viel Strom. Da andererseits das korrigierte
Signal ein Teil des kontinuierlich zugeführten Eingangs
signals ist, wird die Information zu einem gewissen Teil
reduziert, so daß die Auflösung des Signals herabgesetzt
wird. Wird ein Korrekturbereich zur Korrektur einer Bild
verschmierung vergrößert, so wird der Anteil der Informati
on weiter reduziert, was zu einer noch geringeren Auflösung
führt. Der Bereich der Korrektur kann also nicht sehr stark
erhöht werden.
Bei der als zweites beschriebenen Einrichtung, die die Be
wegungsvektor-Detektorschaltung aufweist, wird der Bewe
gungsvektor in einer Ebene ermittelt (zweidimensional), so
daß die akkumulierten Additionstabellen erforderlich sind,
deren Anzahl der Anzahl der gesamten Pixel innerhalb des
Blocks entspricht. Sind beispielsweise 32 Pixel in Horizon
talrichtung und 16 Pixel in Vertikalrichtung vorhanden, al
so 512 Pixel (=32×16), so sind 512 akkumulierte Addi
tionstabellen erforderlich, was bedeutet, daß die elektro
nische Schaltung relativ umfangreich wird. Bei der Berech
nung des Bewegungsvektors müssen darüber hinaus die gesam
ten Daten in den akkumulierten Additionstabellen verglichen
werden, so daß viel Zeit für den Vergleich und damit für
die Bildkorrektur benötigt wird.
Bei der oben beschriebenen Bewegungsvektor-Detekoreinrich
tung der konventionellen Bildverwischungs-Korrektureinrich
tung wird die Bewegung darüber hinaus über den gesamten
Schirm gemittelt, so daß die Anordnung der Blöcke zum De
tektieren des Bewegungsvektors nicht immer symmetrisch um
das Zentrum des Schirms herum erfolgt. Der Bewegungsvektor
läßt sich daher nur einwandfrei detektieren, wenn das Bild
parallelverschoben wird. Erfolgt ein Zoom-Vorgang, also ei
ne Vergrößerung oder Verkleinerung, so läßt sich häufig der
Bewegungsvektor nicht ermitteln. Wird der Bewegungsvektor
falsch detektiert, was häufiger bei einem Zoom-Betrieb als
bei einer Parallelverschiebung der Kamera auftritt, so
führt die Verarbeitung des falschen Bewegungsvektors zu
seltsamen Bilderscheinungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nach
teile zu überwinden und eine Bildverwischungs-Korrekturein
richtung zu schaffen, die kostengünstig herstellbar sowie
klein und leicht aufgebaut ist.
Ziel der Erfindung ist es ferner, eine Bildverwischungs-
Korrektureinrichtung zu schaffen, die nur eine kleine Bewe
gungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren eines Bewe
gungsvektors aufweist und zur Detektion des Bewegungsvek
tors nur wenig Rechenzeit benötigt.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Bildver
wischungs-Korrektureinrichtung zu schaffen, deren Bewe
gungsvektor-Detektorschaltung in der Lage ist, Bewegungs
vektoren auch dann einwandfrei und ohne nachteilige Auswir
kungen auf die Bildqualität zu detektieren, wenn ein Benut
zer während der Aufnahme mit einer Videokamera eine Zoom-
Operation durchführt.
Lösungen der gestellten Aufgaben sind den kennzeichnenden
Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1, 2 und 5 zu
entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung enthält eine Bildverwischungs-Korrektureinrich
tung (image blur correcting apparatus) ein Linsentrommel
teil mit einer Mehrzahl von Linsen und eine Abbildungs-
bzw. Bildwandlereinrichtung, eine Bildsignal-Verarbeitungs
einrichtung zur Erzeugung eines Bildsignals aus einem elek
trischen Signal, das von der Abbildungs- bzw. Bildwandler
einrichtung ausgegeben worden ist, einen Trägerkörper zum
Tragen des Linsentrommelteils, derart, daß es sich frei um
eine Rotationsachse drehen kann, die die Achse eines
Strahls, der auf das Linsentrommelteil auftrifft, unter
rechtem Winkel oder nahezu rechten Winkeln kreuzt, ein
Stellglied, das zwischen dem Linsentrommelteil und dem Trä
gerkörper angeordnet ist, um das Linsentrommelteil zu dre
hen, eine Relativwinkel-Detektoreinrichtung zum Detektieren
eines Relativwinkels zwischen dem Linsentrommelteil und dem
Trägerkörper, Mittel zum Detektieren eines die Größe einer
Bildverwischung angebenden Bewegungsvektors anhand der Kor
relation zwischen zwei Rahmen einer Bildinformation von der
Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung, die zeitlich kontinu
ierlich bzw. nacheinander erhalten werden, Winkelgeschwin
digkeits-Betriebsmittel zur Berechnung einer Winkelge
schwindigkeit unter Verwendung eines Zoom-Multiplikations
faktors auf der Grundlage des detektierten Bewegungsvektors
sowie Rechensteuermittel zur Ausgabe eines Steuersignals in
Übereinstimmung mit der Rotationswinkelgeschwindigkeitsin
formation und der Relativwinkelinformation.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die
Bildverwischungs-Korrektureinrichtung dadurch aus, daß Be
wegungsvektoren für den gesamten Schirm anhand der Größe
einer Bewegung eines Pixels in jedem Block auf der Grundla
ge von repräsentativen Punkten, die in einer Mehrzahl von
Blöcken in einem Bild gesetzt worden sind, bestimmt werden,
um die Größe der Bewegung zwischen Rahmen des Bildes zu de
tektieren, Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts der Dif
ferenz zwischen dem Pixel des repräsentativen Punkts für
jeden Block des Rahmens, der direkt vor dem Rahmen liegt,
dessen Bewegungsvektor bestimmt werden soll, und jeweils
den Pixeln auf einer horizontalen Geraden sowie auf einer
vertikalen Geraden durch den repräsentativen Punkt desjeni
gen Rahmens, dessen Bewegung detektiert werden soll, vor
handen sind, Horizontal- und Vertikalakkumulations-Addi
tionstabellen zur akkumulierenden Addition jeweils der Ho
rizontalabsolutwerte und der Vertikalabsolutwerte vorhanden
sind, Mittel zum Detektieren von zwei sich kreuzenden, ein
dimensionalen Bewegungsvektoren anhand der horizontalakku
mulierten und der vertikalakkumulierten Additionswerte vor
gesehen sind und Mittel zur Berechnung eines zweidimensio
nalen Bewegungsvektors aus den beiden sich kreuzenden ein
dimensionalen Bewegungsvektoren vorhanden sind.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die
Bildverwischungs-Korrektureinrichtung aus durch Mittel zum
Auffinden des Absolutwerts der Differenz zwischen zwei auf
einanderfolgenden Rahmen Block für Block, nachdem ein
Schirm in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt worden ist,
Mittel zum Berechnen von Tabellen durch Addition des Abso
lutwerts der Differenz in jedem Block über einen Bereich,
nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Bereichen unter
teilt worden ist, die die mehreren Blöcke enthalten, Mittel
zum Auffinden eines Bewegungsvektors in jedem Bereich an
hand der obigen Tabelle in jedem Bereich, Mittel, die be
stimmen, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder
der Schirm einer Zoom-Operation unterworfen ist, und zwar
anhand des für jeden Bereich erhaltenen Bewegungsvektors,
und Mittel zur Ausgabe des Bewegungsvektors mit einem Wert,
der durch Mittelung der Bewegungsvektoren im gesamten
Schirm erhalten wird, wenn die Parallelbewegung detektiert
worden ist, oder zur Ausgabe eines Bewegungsvektors mit ei
nem Wert, der durch Multiplikation des Mittelwerts der er
haltenen Bewegungsvektoren für den gesamten Schirm mit ei
ner vorbestimmten Schwächungskonstante k (0 k < 1) gebil
det wird, wenn ein Zoom-Betrieb erfolgt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der
Bewegungsvektor des Bildes direkt anhand des Videosignals
detektiert. Die Rotationswinkelgeschwindigkeit wird unter
Berücksichtigung eines Zoom-Multiplikationsfaktors oder
dergleichen berechnet. Die Bildverwischung bzw. Bildver
schmierung (image blur) wird dadurch korrigiert, daß das
Stellglied angetrieben wird, so daß ein geschlossener Re
gelkreis bzw. eine Rückkopplungsschleife erhalten wird. Ein
Relativwinkel zwischen dem Linsentrommelteil (lens-barrel
part) und dem Trägerkörper wird detektiert, wobei das
Stellglied so angesteuert wird, daß der oben beschriebene
Winkel (Relativwinkel) zu Null gemacht wird, und zwar in
einem niedrigen Frequenzbereich. Die Bildverwischung läßt
sich somit in Abhängigkeit vom Zoom-Multiplikationsfaktor
korrigieren, wobei das Linsentrommelteil so gesteuert wer
den kann, daß es in normaler Zeit zu der Referenzposition
des Trägerkörpers zurückkehren kann.
Da bei der Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach der
Erfindung nur zwei sich kreuzende, eindimensionale Vektoren
bzw. Bewegungsvektoren anhand der akkumulierten Additions
tabellen ermittelt werden, kann die Anzahl der akkumulier
ten Additionstabellen die Summe der Anzahl von Pixeln in
Horizontalrichtung sowie der Anzahl von Pixeln in Vertikal
richtung sein. Beträgt z. B. in einem Block die Anzahl der
Pixel in Horizontalrichtung 32 und die Anzahl der Pixel in
Vertikalrichtung 16, so ergibt sich eine Anzahl von nur 48
(= 32 + 16) akkumulierten Additionstabellen. Die akkumu
lierten Additionstabellen können daher durch Schaltungen
implementiert werden, deren Umfang nur ein Zehntel oder we
niger betragen wie Schaltungen des konventionellen Typs.
Darüber hinaus läßt sich auch die Zeit zur Berechnung des
Bewegungsvektors reduzieren, wenn die Anzahl der akkumu
lierten Additionstabellen reduziert wird.
Ferner wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin
dung die Bewegung des ganzen Schirms nicht durch seine Mit
telung detektiert, sondern durch Detektion von Bewegungs
vektoren in jedem Bereich, die durch Unterteilung des
Schirms erhalten werden. Es wird bestimmt, ob der gesamte
Schirm sich parallel bewegt oder einem Zoom-Betrieb unter
worfen ist, und zwar anhand der Tatsache, daß im Falle ei
ner Parallelbewegung die Bewegungsvektoren in den jeweili
gen Bereichen im wesentlichen in dieselbe Richtung weisen,
während im Falle des Zoom-Betriebs die Bewegungsvektoren
von einander gegenüberliegenden Bereichen in unterschiedli
che Richtungen weisen. Auch bei Durchführung eines Zoom-Be
triebs können also die Bewegungsvektoren detektiert werden,
ohne daß dies zu seltsamen Erscheinungen im Bild führt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Bildverwischungs-Korrektureinrichtung
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 den spezifischen Aufbau eines Stellglieds in der
Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Relativwinkel-Detektor
schaltung der Bildverwischungs-Korrektureinrich
tung nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Bewegungsvektor-Detektor
schaltung der Bildverwischungs-Korrektureinrich
tung nach Fig. 1,
Fig. 5 Positionsbeziehungen zwischen einem Schirm und ei
nem repräsentativen Punkt während des Berechnungs
betriebs der Bewegungsvektor-Detekorschaltung nach
Fig. 4,
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer konventionellen Bildverwi
schungs-Korrektureinrichtung, die auf elektrischem
Wege arbeitet,
Fig. 7 Speicherbereiche zum Einspeichern und Auslesen ei
nes Signals in bzw. aus einem Speicher der konven
tionellen Einrichtung nach Fig. 6,
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Berechnungsschaltung für
repräsentative Punkte in Übereinstimmung mit einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 eine Beziehung zwischen einem Block und einem re
präsentativen Punkt innerhalb eines Bildes während
des Betriebs der Schaltung nach Fig. 8,
Fig. 10 und 11 akkumulierte Additionstabellen,
Fig. 12 eine horizontalakkumulierte Additionstabelle,
Fig. 13 eine Bewegungsvektor-Detektoreinrichtung in Über
einstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 14 ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Block
und einem Bereich,
Fig. 15 Darstellungen zur Erläuterung eines Betriebs, mit
dem bestimmt wird, ob eine Parallelbewegungs- oder
Zoom-Operation durchgeführt wird,
Fig. 16 ein Blockdiagramm einer allgemeinen Berechnungs
schaltung für repräsentative Punkte, und
Fig. 17 die Beziehung zwischen einem Block und einem re
präsentativen Punkt eines Bildes für den Fall ei
nes konventionellen Beispiels.
Im nachfolgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be
schrieben. Die Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Bildverwi
schungs-Korrektureinrichtung in Übereinstimmung mit dem er
sten Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 1 sind mehrere Linsen
(nicht dargestellt) sowie eine Bildwandlereinrichtung 2
(z. B. eine CCD-Platte oder eine Bildaufnahmeröhre) mit ei
nem Linsentrommelteil 1 verbunden, das dazu dient, von ei
nem Subjekt reflektiertes Licht auf die Bildwandlereinrich
tung zu fokussieren. Die Bildwandlereinrichtung 2 wandelt
das Bild in ein elektrisches Ladungssignal (elektrisches
Signal) um. Eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung 10
liest elektrische Ladungssignale nacheinander aus, um dar
aus ein Videosignal zu bilden.
Zwischen dem Linsentrommelteil 1 und einem Trägerkörper 3
ist ein Stellglied 5 angeordnet. Das Stellglied 5 dient zur
Drehung des Linsentrommelteils 1 um eine Rotationsachse 6
herum in Gierrichtung (das Linsentrommelteil 1 ist im Be
trieb frei drehbar auf einer im wesentlichen horizontalen
Oberfläche).
Die Rotationsachse 6 des Stellglieds 5 läuft durch das Gra
vitationszentrum G (Massenschwerpunkt) des Linsentrommel
teils 1 hindurch und ist durch den Trägerkörper 3 drehbar
gelagert. Am Trägerkörper 3 ist ferner ein Griff 4 befe
stigt, über den ein Benutzer die Abbildungseinrichtung hal
ten kann.
Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Relativwinkel-Detektor
schaltung bezeichnet, die einen Relativwinkel zwischen dem
Linsentrommelteil 1 und dem Trägerkörper 3 detektiert, und
zwar unter Verwendung eines Ausgangssignals eines Hall-Ele
ments 9. Ferner bezeichnen das Bezugszeichen 12 eine Bewe
gungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren eines Bewe
gungsvektors anhand des durch die Videosignal-Verarbei
tungsschaltung 10 erzeugten Videosignals, das Bezugszeichen
13 Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel zur Berechnung
der Rotationswinkelgeschwindigkeit des Linsentrommelteils 1
unter Berücksichtigung eines Zoom-Multiplikationsfaktors
oder dergleichen anhand des Ausgangs der Bewegungsvektor-
Detektorschaltung 12 und das Bezugszeichen 14 Berechnungs
steuermittel, denen die Ausgangssignale der Relativwinkel-
Detektorschaltung 11 und der Winkelgeschwindigkeits-Berech
nungsmittel 13 zugeführt werden, um das Stellglied 5 über
eine Treiberschaltung 15 zu steuern.
Die Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) zeigen jeweils Detailansichten
des Stellglieds 5. Ein aus ferromagnetischem Material be
stehendes Rückjoch 201 eines Magneten 202 ist am Linsen
trommelteil 1 befestigt und dreht sich zusammen mit der Ro
tationsachse 6. Der einen magnetischen Fluß erzeugende
Magnet 202 ist so magnetisiert, daß er vier Magnetpole auf
weist. Spulen 204a und 204b sowie ein Hall-Element 9 (Ma
gnetsensor) sind an einem Spulenjoch 203 befestigt, welches
mit einem Lager 207 für die Rotationsachse 6 verbunden ist.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Magnet 202 mit dem Linsentrommelteil 1 verbunden,
während das Spulenjoch 203 mit dem Trägerkörper 3 verbunden
ist. Die Spule 204a ist mit der Spule 204b in Reihe ge
schaltet, wobei ein Drehmoment erzeugt wird durch einen vom
Anschluß 205 zum Anschluß 206 fließenden Strom sowie durch
den vom Magneten 202 erzeugten Magnetfluß. Zusätzlich liegt
das Hall-Element 9 in einem Bereich, der einem Bereich ge
genüberliegt, in welchem die Magnetpole des Magneten 202
umgeschaltet werden. Das Hall-Element 9 erzeugt ein Aus
gangssignal in Übereinstimmung mit der Relativdifferenz der
Winkel zwischen dem Magneten 202 (ein Winkel der Linsen
trommel) und des Spulenjochs 203 (ein Winkel des Trägerkör
pers). Der Ausgang des Hall-Elements 9, das das Magnetfeld
des Magneten 202 des Stellglieds 5 detektiert, wird der Re
lativwinkel-Detektorschaltung 11 als Eingangssignal zuge
führt.
Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der Relativwinkel-Detektor
schaltung 11 im einzelnen. DC-Signale, die an beiden Aus
gangsanschlüssen des Hall-Elements 9 erhalten werden, wer
den um ein vorbestimmtes Vielfaches differentiell ver
stärkt, und zwar mit Hilfe einer Differentialverstärker
schaltung, die einen Operationsverstärker 301 und Wider
stände 302, 303, 304 und 305 enthält. Diese Schaltung lie
fert ein Ausgangssignal (c) am Ausgang des Verstärkers 301.
Spannungen +VH und -VH sind geeignet ausgewählt, um das
Hall-Element 9 über Widerstände 306 und 307 vorzuspannen.
Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbei
spiels einer Bewegungsvektor-Detektorschaltung 12. Gemäß
Fig. 4 wird ein durch die Videosignal-Verarbeitungsschal
tung 10 erzeugtes Videosignal (a) A/D-gewandelt, und zwar
mit Hilfe eines A/D-Wandlers 401. Sodann wird eines der
A/D-gewandelten Signale über eine Halteschaltung 402 in ei
nen Repräsentativpunktspeicher 403 eingeschrieben. Ein vor
bestimmtes Pixel in einem Block, der in diesem Speicher ge
speichert ist, wird als ein repräsentativer Punkt ausge
wählt bzw. gesetzt. Der Ausgang des Repräsentativpunktspei
chers 403 ist daher der repräsentative Punkt, der einen
Rahmen zuvor eingeschrieben worden ist, wobei der Ausgang
für jeden Block gelesen wird und über die Halteschaltung
404 in ein Signal (e) umgewandelt wird. Das andere Video
signal, das in diesen Block eingegeben wird, wird ebenfalls
A/D-gewandelt und mit Hilfe der Halteschaltung 405 in ein
Signal (d) überführt. Sodann wird der Absolutwert der Dif
ferenz zwischen dem Signal (d) und dem Repräsentativpunkt
signal (e) mit Hilfe der Absolutwertschaltung 406 berech
net. Diese Berechnung wird für jeden Block ausgeführt, des
sen Nummer dieselbe ist wie die des repräsentativen Punkts,
wobei die jeweiligen Ausgangssignale nacheinander zu Tabel
len hinzuaddiert werden, die in Übereinstimmung stehen mit
derselben Adresse eines jeden Blocks einer akkumulierten
Additionstabelle 407. Das Ergebnis der Tabellen wird einem
Tabellenwertkomparator 408 zugeführt. Dieser ermittelt, wie
weit und in welcher Richtung sich die Bildposition für ei
nen Rahmen von einer Adresse entfernt hat, für die das Er
gebnis der Addition ein Minimum ist. Genauer gesagt wird
ein Vektorwert (b) ermittelt.
Die Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einem Block des
Bildes und seinem repräsentativen Punkt während der allge
meinen oben beschriebenen Repräsentativpunktberechnung, wo
bei in Fig. 5 gezeigt ist, daß die Berechnung zwischen ei
nem Pixel 503 innerhalb des Blocks 502 und einem Repräsen
tativpunktpegel in jedem Block im Hinblick auf den reprä
sentativen Punkt 501 erfolgt, der einen Rahmen zuvor erhal
ten worden ist.
Genauer gesagt wird der Absolutwert der Differenz zwischen
dem repräsentativen Punkt Rÿ und einem Signal Si+x, j+y,
das in Horizontalrichtung um x und in Vertikalrichtung um y
vom repräsentativen Punkt Rÿ entfernt ist, aufaddiert, und
zwar für jeden repräsentativen Punkt, wobei als Ergebnis
der Ausdruck Dxy erhalten wird. Dieser Ausdruck Dxy läßt
sich wie folgt darstellen:
Sodann werden das Minimum x und y im Ausdruck Dxy als Bewe
gungsvektoren in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung
jeweils gesetzt.
Zu dieser Zeit zeigt ein Block, in dessen Zentrum der re
präsentative Punkt positioniert ist, die Größe des Vektors,
also einen Bereich, in welchem das Bild durch den Vektor
korrigiert werden kann. Im Hinblick auf die akkumulierte
Addition sei zusätzlich erwähnt, daß sich die Genauigkeit
bei der Detektion des Vektors verbessern läßt, je größer
die Anzahl der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird da
her durch Addition der repräsentativen Punkte im gesamten
Schirm erhalten, also durch Mittelung der Bewegung des ge
samten Schirms.
Nachfolgend wird eine Regel- bzw. Rückkopplungsschleife nä
her beschrieben. Rotiert die Hand eines Benutzers, die den
Griff 4 hält, mit einer bestimmten Geschwindigkeit, so ro
tiert das Linsentrommelteil 1 mit derselben Geschwindig
keit. Dreht sich das Linsentrommelteil 1, so bewegt sich
der Videosignalausgang von der Bildsignal-Verarbeitungs
schaltung 10 parallel nach links, während sich das Bild des
repräsentativen Punkts im vorhergehenden Rahmen nach links
um n Pixel im nächsten Rahmen bewegt. Der Absolutwert des
Ausgangs der Absolutwertschaltung 406 in der Bewegungsvek
tor-Detektorschaltung 12 ist dann kleiner als der linkssei
tige, und zwar um n Pixel. Daher ist die akkumulierte Addi
tionstabelle 407, in der der Absolutwert eines jeden Blocks
akkumuliert ist, kleiner als die Tabelle, die in Überein
stimmung mit der Adresse an der linken Seite steht, und
zwar um n Pixel. Im Ergebnis wird gefunden, daß der Bewe
gungsvektor eine Größe von n Pixel/Rahmen in linker Rich
tung aufweist. Die Rotationswinkelgeschwindigkeit des Lin
sentrommelteils 1 zu dieser Zeit wird mit Hilfe der Winkel
geschwindigkeits-Operationsmittel berechnet, und zwar an
hand des so erhaltenen Bewegungsvektors und eines Zoom-Ver
hältnisses (ist das Zoom-Verhältnis groß (klein), so wird
die Winkelgeschwindigkeit mittels einer großen (kleinen)
Skala berechnet). Sodann wird das Stellglied 5 angetrieben,
um diese Winkelgeschwindigkeit auf den Wert Null zu brin
gen.
Kommt allerdings nur die Winkelgeschwindigkeits-Rückkopp
lungsschleife zum Einsatz, so werden Oszillationen oder Ab
weichungen erzeugt. Zusätzlich wird, obwohl sich der Winkel
durch Integration der detektierten Winkelgeschwindigkeit
detektieren läßt, zu diesem Zeitpunkt auch ein Detektorfeh
ler akkumuliert. Das Stellglied 5 wird daher so gesteuert,
daß der durch die Relativwinkel-Detektorschaltung 11 ermit
telte Relativwinkel in einem niedrigen Frequenzbereich zu
Null gemacht wird. Die Verschmierung des Bildes läßt sich
daher durch zwei Schleifen korrigieren, und zwar unabhängig
vom Zoom-Verhältnis, wobei das Linsentrommelteil so gesteu
ert wird, daß es in normaler Zeit zur Referenzposition des
Trägerkörpers zurückkehren kann.
Die bisherige Beschreibung bezog sich auf ein Ausführungs
beispiel zur Verhinderung einer Bildverschmierung in Gier
richtung (yaw direction). Hierauf ist die Erfindung jedoch
nicht beschränkt. Vielmehr läßt sich mit ihr auch eine
Bildverschmierung in Steigungs- bzw. Teilungsrichtung
(pitch direction) korrigieren.
Wie oben beschrieben, kann der Relativwinkel mit Hilfe des
Hall-Elements 9 detektiert werden, welches mit dem Stell
glied verbunden ist. Es kann aber auch zu diesem Zweck je
der andere geeignete Sensor zum Einsatz kommen, der den
Winkel zwischen dem Linsentrommelteil und dem Trägerkörper
detektieren kann.
Die Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach der Erfin
dung läßt sich zudem auch in anderen Einrichtungen bzw. Ge
räten verwenden und nicht nur in einer Videokamera.
Wie oben beschrieben, wird in der Bildverwischungs-Korrek
tureinrichtung nach Fig. 1 die in Fig. 4 gezeigte Bewe
gungsvektor-Detektorschaltung verwendet. Die Schaltung nach
Fig. 4 ist relativ groß und aufwendig und benötigt zur Be
rechnung des Bewegungsvektors relativ viel Zeit.
Die Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer Repräsentativ
punkt-Berechnungsschaltung in einer Bildverwischungs-Kor
rektureinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem die oben angesprochenen Probleme ge
löst sind.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Block des Bildes
und dem repräsentativen Punkt im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 8.
Mit Hilfe der in Fig. 8 gezeigten Einrichtung wird das Bild
eines Feldes in eine vorbestimmte Anzahl von Blöcken 115
unterteilt, wobei jeweils ein repräsentativer Punkt Rif 114
im Zentrum eines jeden Blocks vorhanden ist. Die Pegeldif
ferenz zwischen dem repräsentativen Punkt im vorhergehenden
Rahmen und einem Pixel Si+x, j+y 116 in Vertikalrichtung
des repräsentativen Punkts sowie einem Pixel Si+x, j+y 117
in Horizontalrichtung des repräsentativen Punkts innerhalb
des Blocks wird für jeden Block berechnet.
Gemäß Fig. 8 wird ein eingehendes Videosignal (a) zunächst
mit Hilfe eines A/D-Wandlers 121 A/D-gewandelt. Sodann wird
über eine Halteschaltung 122 ein vorbestimmtes Pixel inner
halb des Blocks 115, das den repräsentativen Punkt 114 dar
stellen soll, in den Repräsentativpunktspeicher 123 einge
schrieben. Im Repräsentativpunktspeicher 123 gespeicherte
Daten werden einen Rahmen später ausgelesen und zu einer
Vertikal-Absolutwertschaltung 127 sowie zu einer Horizon
tal-Absolutwertschaltung 128 übertragen, und zwar über eine
Halteschaltung 124. Andererseits werden Daten des A/D-ge
wandelten Videosignals zur Vertikal-Absolutwertschaltung
127 übertragen, und zwar durch eine Vertikalpixel-Halte
schaltung 125, die zeitlich in Übereinstimmung mit dem Pi
xel in Vertikalrichtung des repräsentativen Punkts verrie
gelt, sowie zu der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 über
eine Horizontalpixel-Halteschaltung 126, die zeitlich in
Übereinstimmung mit dem Pixel in Horizontalrichtung des re
präsentativen Punkts verriegelt.
Ein Repräsentativpunktsignal (b) im vorhergehenden Rahmen,
welches von der Halteschaltung 124 ausgegeben wird, und ein
Pixelsignal (c) im gegenwärtigen Rahmen, welches von der
Vertikalpixel-Halteschaltung 125 ausgegeben wird, werden zu
einer Berechnung in der Vertikal-Absolutwertschaltung 127
herangezogen, um den Absolutwert der zwischen ihnen liegen
den Differenz zu ermitteln. Ferner werden das Repräsenta
tivpunktsignal (b) des vorhergehenden Rahmens, das von der
Halteschaltung 124 ausgegeben wird, und das Pixelsignal (d)
im gegenwärtigen Rahmen, welches von der Horizontalpixel-
Halteschaltung 126 ausgegeben wird, zu einer Berechnung in
der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 herangezogen, um
den Absolutwert der zwischen ihnen liegenden Differenz zu
bestimmen. Diese Berechnungen werden für jeden Block ausge
führt, wobei ein Ausgangssignal (e) von der Vertikal-Abso
lutwertschaltung 127 aufeinanderfolgend addiert wird, und
zwar zu Tabellen in Übereinstimmung mit derselben Adresse
des Pixels in jedem Block in der vertikalakkumulierten Ad
ditionstabelle 129. Ferner wird ein Ausgangssignal (f) von
der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 aufeinanderfolgend
addiert, und zwar zu Tabellen in Übereinstimmung mit der
selben Adresse des Pixels in jedem Block der horizontalak
kumulierten Additionstabelle 130. Das Resultat der horizon
talakkumulierten Additionstabelle 130 und das Resultat der
vertikalakkumulierten Additionstabelle 129 werden einer
eindimensionalen Vektordetektoreinrichtung 131 zugeführt.
Diese Detektoreinrichtung 131 detektiert dann einen Verti
kalbewegungsvektor (g) und einen Horizontalbewegungsvektor
(h). Der Vertikalbewegungsvektor (g) und der Horizontalbe
wegungsvektor (h), die zwei sich schneidende, eindimensio
nale Vektoren sind, werden einer Berechnungseinrichtung 133
zur Berechnung eines zweidimensionalen Vektors zugeführt,
die ihrerseits bestimmt, wie weit und in welcher Richtung
sich die Bildposition für einen Rahmen in der letzten Stufe
bewegt hat. Die Berechnungseinrichtung 133 bestimmt also
einen zweidimensionalen Bewegungsvektor (i).
Zu diesem Zeitpunkt zeigt ein Block, in dessen Zentrum sich
der repräsentative Punkt befindet, die Größe des Vektors,
also einen Bereich, in welchem der Vektor das Bild korri
gieren kann. Im Hinblick auf die akkumulierte Addition kann
gesagt werden, daß sich die Genauigkeit der Detektion des
Vektors um so mehr verbessern läßt, je größer die Anzahl
der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird daher durch
Aufaddieren der repräsentativen Punkte des gesamten Schirms
erhalten, was bedeutet, daß eine Mittlung der Bewegung des
gesamten Schirms erfolgt.
Nachfolgend wird die eindimensionale Vektordetektoreinrich
tung 131 näher beschrieben. Die Fig. 10 und 11 zeigen in
schematischer Ansicht jeweils eine akkumulierte Additions
tabelle zur Erläuterung der eindimensionalen Vektordetekti
on. In den Fig. 10(a) und 11(a) sind akkumulierte Addi
tionstabellen dargestellt, und zwar in Übereinstimmung mit
der gesamten Anzahl von Pixeln in einem Block, wobei eine
Horizontalrichtung (x), eine Vertikalrichtung (y) und ein
Wert der akkumulierten Additionstabelle (z) durch drei Di
mensionen repräsentiert sind, und zwar mit dem repräsenta
tiven Punkt als Ursprung. Dagegen ist in den Fig. 10(b) und
11(b) jeweils eine vertikalakkumulierte Additionstabelle Dy
gezeigt, die durch Auffinden der Absolutwerte der Differenz
zwischen dem repräsentativen Punkt Rÿ und einem ihm gegen
über in Vertikalrichtung y positionierten Signal Si, j+y
erhalten wird sowie durch Addieren derselben über jene bei
derselben Position y bezüglich eines jeden repräsentativen
Punkts. In diesen Fig. 10(b) und 11(b) sind die Vertikal
richtung (y) und der Wert der akkumulierten Additionstabel
le (z) durch zwei Dimensionen dargestellt, und zwar mit dem
repräsentativen Punkt als Ursprung. Ferner zeigen die Fig.
10(c) und 11(c) jeweils eine horizontalakkumulierte Additi
onstabelle Dx, die durch Auffinden der Absolutwerte der
Differenz zwischen dem repräsentativen Punkt Rÿ und einem
ihm gegenüber in Horizontalrichtung um x verschobenen Si
gnal Si+x erhalten wird sowie durch Addition derselben
über jene bei derselben Position x bezüglich eines jeden
repräsentativen Punkts. In den Fig. 10(c) und 11(c) sind
die Horizontalrichtung (x) und der Wert der akkumulierten
Additionstabelle (z) durch zwei Dimensionen repräsentiert,
und zwar mit dem repräsentativen Punkt als Ursprung.
Die Werte von Dx und Dy ergeben sich zu diesem Zeitpunkt
zu:
Dx=Σ|Rÿ-Si+x, j+y|
Dy=Σ|Rÿ-Si+x, j+y|
Unter Verwendung dieser Ausdrücke Dx und Dy werden dann ein
Horizontalbewegungsvektor (h) und ein Vertikalbewegungsvek
tor (g) detektiert.
Im nachfolgenden wird zunächst ein erstes Detektorverfahren
beschrieben, mit dem der Minimumwert x in der horizontalak
kumulierten Additionstabelle Dx als Horizontalbewegungsvek
tor (h) und der Minimumwert y in der vertikalakkumulierten
Additionstabelle Dy als Vertikalbewegungsvektor (g) detek
tiert werden.
Betrifft das Videosignal ein stillstehendes Bild, und sind
die Korrelationen sowohl in Horizontalrichtung als auch in
Vertikalrichtung jeweils anteilsmäßig auf einen Abstand re
duziert, so liefert die akkumulierte Additionstabelle einen
Wert in Form eines umgekehrten Kegels, dessen Spitze im Ur
sprung (0, 0,0) liegt, wie die Fig. 10(a) zeigt. Zu diesem
Zeitpunkt ist der Wert der vertikalakkumulierten Additions
tabelle Dy gemäß Fig. 10(b) minimal, wenn y = 0 ist, wäh
rend der Wert der horizontalakkumulierten Additionstabelle
Dx minimal ist, wenn x = 0 ist. Im Ergebnis sind also so
wohl der Vertikalbewegungsvektor als auch der Horizontalbe
wegungsvektor beide Null-Vektoren.
Bewegt sich dagegen das Videosignal um c in Horizontalrich
tung sowie um b in Vertikalrichtung für einen Rahmen, so
weist die akkumulierte Additionstabelle die Form eines um
gekehrten Kegels auf, wobei jetzt aber die Kegelspitze am
Punkt (c, b, 0) liegt, wie die Fig. 11(a) erkennen läßt. In
diesem Fall ist die vertikalakkumulierte Additionstabelle
Dy der Wert eines Abschnitts des Kegels, wie die Fig. 11(b)
zeigt, und zwar in der Ebene x = 0, während die horizonta
lakkumulierte Additionstabelle Dx ebenfalls der Wert eines
Abschnitts des Kegels ist, wie die Fig. 11(c) zeigt, und
zwar in der Ebene y = 0. Entsprechend der Fig. 11(b) ist
der Wert der vertikalakkumulierten Additionstabelle Dy mi
nimal, wenn y = b ist. Dagegen zeigt die Fig. 11(c), daß
der Wert der horizontalakkumulierten Additionstabelle Dx
minimal ist, wenn der Wert x = c ist. Auf diese Weise wer
den der Vertikalbewegungsvektor (g) zu (0, b) und der Hori
zontalbewegungsvektor (h) zu (c, 0) ermittelt.
Im nachfolgenden wird ein zweites Detektorverfahren be
schrieben, bei dem die Konfiguration der akkumulierten Ad
ditionstabelle zuvor detektiert wird. Sodann werden der
Vertikalbewegungsvektor (g) anhand des Minimumwerts in der
vertikalakkumulierten Additionstabelle Dy und der Horizon
talbewegungsvektor (h) anhand des Minimumwerts in der hori
zontalakkumulierten Additionstabelle Dx ermittelt.
Weist die akkumulierte Additionstabelle die Form eines um
gekehrten Kegels auf, wie die Fig. 11(a) zeigt, und ist die
Kegelspitze um c in Horizontalrichtung x sowie um b in Ver
tikalrichtung y verschoben, so kann die akkumulierte Addi
tionstabelle durch folgende Gleichung repräsentiert werden:
(x-c)²+(y-b)²={f(z)}² (z<0)
Sei der Einfachheit halber angenommen, daß der Kegel eine
perfekte Form aufweist, so gilt f(z) = kz. Die akkumulierte
Additionstabelle läßt sich daher wie folgt umschreiben:
(x-c)²+(y-b)²=(kz)² (z<0)
Da die vertikalakkumulierte Additionstabelle Dy nur einen
Kegelabschnitt in der Ebene x = 0 betrifft, wird für sie
folgender Ausdruck erhalten:
c²+(y-b)²=(kz)²
Ist y = b, so folgt, daß, z0 = ±c/k ist. Daraus ergibt
sich, daß z das Minimum ist, da folgende Gleichung gilt:
z={c²+(y-b)²}1/2/k
Andererseits läßt sich dadurch der Horizontalbewegungsvek
tor (h) zu (c, 0) bestimmen, wenn das Minimum z0 von z ge
funden worden ist.
Genauer gesagt wird herausgefunden, daß c=± k · z0 ist,
während der Horizontalbewegungsvektor die Werte (k · z0, 0)
oder (-k · z0, 0) annehmen kann. Jeder dieser Vektoren läßt
sich dadurch bestimmen, daß ermittelt wird, ob c positiv
oder negativ ist, und zwar bezüglich der horizontalakkumu
lierten Additionstabelle.
Da die horizontalakkumulierte Additionstabelle Dy einen Ke
gelabschnitt betrifft, der in der Ebene y = 0 liegt, läßt
sich diese wie folgt schreiben:
(x-c)²+b²=(kz)²
Ist x=c, so gilt z0=±b/k. Der Wert z ist dann das Mi
nimum, da folgende Gleichung gültig ist:
z={(x-c²)+b²}1/2/k
Aus diesem Grunde läßt sich andererseits auch der Vertikal
bewegungsvektor (g) zu (0, b) bestimmen, wenn das Minimum
z0 von z gefunden worden ist.
Genauer gesagt wird gefunden, daß b=± k · z0 ist, wobei der
Bewegungsvektor die Werte (0, k · z0) oder (0, -k · z0) anneh
men kann. Jeder dieser Vektoren läßt sich dadurch bestim
men, daß ermittelt wird, ob c positiv oder negativ ist, und
zwar bezüglich der vertikalakkumulierten Additionstabelle.
Im vorstehenden wurde angenommen, daß die akkumulierte Ad
ditionstabelle die Form eines perfekten Kegels aufweist, so
daß vorausgesetzt werden konnte, daß f(z) = kz ist. Die
gleichen Betrachtungen lassen sich aber auch anstellen für
eine allgemeinere Funktion von z. Obwohl die Funktion f(z)
von z zu diesem Zeitpunkt mit dem Bildinhalt zu diesem
Zeitpunkt schwenkt, da es auch kleine Variationen im Falle
von kontinuierlichen Videosignalen gibt, ist es immer mög
lich, f(z) durch Detektieren der Konfiguration der akkumu
lierten Additionstabelle in jedem Rahmen aufzufinden.
Die Fig. 12 zeigt eine ideale horizontalakkumulierte Addi
tionstabelle, die eine relative steile hyperbolische Kurve
aufweist, wenn eine kleine Bewegung in einer Diagonalrich
tung erfolgt, wie in Fig. 12(a) zu erkennen ist, und die
eine seichte hyperbolische Kurve aufweist, wenn in Diago
nalrichtung eine große Bewegung erfolgt, wie in Fig. 12(b)
zu erkennen ist.
Bezogen auf Fig. 12 wird gemäß dem ersten Verfahren x0 de
tektiert, wenn z das Minimum ist, wobei anhand dieses Werts
x0 der Horizontalbewegungsvektor detektiert wird. Bei dem
zweiten Verfahren wird der Minimumwert z0 von z detektiert,
wobei der Vertikalbewegungsvektor anhand des Werts von z0
gefunden wird.
Im Falle einer tatsächlichen horizontalakkumulierten Addi
tionstabelle existiert jedoch ein Fehler Δz in Richtung z
infolge eines Quantisierungsfehlers, eines Abrundungsfeh
lers, einer Differenz im Horizontalkorrelationspegel des
Bildes, und dergleichen. Aus diesem Grunde wird zu dieser
Zeit auch ein Fehler Δx in Richtung x erzeugt. Da im Falle
der seichten hyperbolischen Kurve gemäß Fig. 12(b) Δx groß
ist, ist die Detektorgenauigkeit von x klein. Da aber z0
groß ist, wird eine verbesserte Detektorgenauigkeit von z
erhalten.
Da dasselbe Verfahren auch bei der vertikalakkumulierten
Additionstabelle angewendet wird, ist das zweite Detektor
verfahren effektiver als das erste Detektorverfahren, wenn
eine große Bewegung in Diagonalrichtung gemäß Fig. 12(b)
erfolgt.
Im vorstehenden wurden ein erstes und ein zweites Detektor
verfahren beschrieben, die mit Hilfe der Detektormittel zum
Detektieren eindimensionaler Vektoren durchgeführt werden
können. Ein Endergebnis läßt sich durch Addition der detek
tierten Resultate nach dem ersten und zweiten Ausführungs
beispiel erhalten, und zwar unter Berücksichtigung eines
vorbestimmten Verhältnisses. Es ist aber auch möglich, in
Übereinstimmung mit der Konfiguration der akkumulierten Ad
ditionstabelle eines dieser Verfahren auszuwählen.
Die Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm einer Repräsentativ
punkt-Berechnungsschaltung in der Bildverwischungs-Korrek
tureinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Sie löst die Probleme der Bewegungsvektor-Detek
torschaltung in Fig. 4, bei der ein Bewegungsvektor nicht
erfolgreich detektiert werden kann, wenn ein Zoom-Betrieb
durchgeführt wird.
Gemäß Fig. 13 gelangt ein ankommendes Videosignal (a) zu
nächst an den Eingang eines A/D-Wandlers 141. Das ankommen
de Videosignal (a) wird durch die Videosignal-Verarbei
tungsschaltung 10 in Fig. 1 erzeugt. Dieses Videosignal (a)
wird zunächst durch den A/D-Wandler 141 in ein digitales
Signal umgewandelt, wobei dann eines der A/D-gewandelten
Signale über eine Halteschaltung 142 in einen Repräsenta
tivpunktspeicher 143 eingegeben und dort gespeichert wird.
Ein vorbestimmtes Pixel in einem Block, der in diesen Spei
cher eingeschrieben worden ist, stellt den Repräsentativ
punkt dar. Der Ausgang vom Repräsentativpunktspeicher 143
ist aus diesem Grunde ein repräsentativer Punkt, der einen
Rahmen zuvor eingeschrieben worden ist. Der Ausgang des Re
präsentativpunktspeichers 143 wird blockweise ausgelesen
und wird über eine Halteschaltung 144 in ein Signal (b)
überführt. Der Absolutwert der Differenz zwischen dem Si
gnal (c), das das andere A/D-gewandelte Videosignal ist,
das zu diesem Block eingegeben und durch eine Halteschal
tung 145 übertragen worden ist, und dem Repräsentativpunkt
signal (b) wird in einer Absolutwertschaltung 406 berech
net. Das Bezugszeichen 147 kennzeichnet einen Schalter,
über den das Ergebnis der Absolutwertschaltung 146 zu einer
der akkumulierten Additionstabellen 148a bis 148i eines je
den Bereichs ausgegeben wird. Ferner bezeichnen das Bezugs
zeichen 150 eine Parallelbewegungs-/Zoombetriebs-Bestim
mungseinrichtung, die anhand eines Ausgangs von jeweiligen
Tabellenwertkomparatoren 149a bis 149i für jeden Bereich
entscheidet, ob eine Parallelbewegung oder ein Zoom-Betrieb
durchgeführt werden, das Bezugszeichen 151 eine Bewegungs
vektor-Mittelungseinrichtung zum Auffinden eines Mittel
werts der Ausgänge der Tabellenwertkomparatoren 149a bis
149i, das Bezugszeichen 152 eine Multiplikationsschaltung,
die den Ausgang der Schaltung 151 mit dem Faktor k multi
pliziert (0 k < 1), und das Bezugszeichen 153 einen
Schalter.
Die Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen den Blöcken und
den Bereichen. Ein Schirm ist in 81 (= 9× 9) Blöcke unter
teilt, während ein Bereich 9 (= 3× 3) Blöcke enthält. Das
bedeutet, daß ein Schirm in 9 (= 3 ×3) Bereiche unterteilt
ist, also in die Bereiche a bis i. Die Fig. 15 zeigt Dar
stellungen zur Erläuterung des Prozesses, durch den be
stimmt wird, ob eine Parallelbewegung oder ein Zoombetrieb
durchgeführt werden.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der in Fig. 13 gezeigten
Schaltung näher beschrieben.
Das Eingangsvideosignal (a) wird mit Hilfe des A/D-Wandlers
141 A/D-gewandelt, also in ein digitales Signal überführt.
Ein vorbestimmtes Pixel, das einen repräsentativen Punkt
114 im Block 115 darstellen soll, wird über die Halteschal
tung 142 in den Repräsentativpunktspeicher 143 eingeschrie
ben und dort gespeichert. Sodann wird der Absolutwert der
Differenz zwischen dem Repräsentativpunktsignal (b) des
vorhergehenden Rahmens, das von der Halteschaltung 144 aus
gegeben wird, und dem Videosignal (c) des gegenwärtigen
Rahmens, das von der Halteschaltung 145 ausgegeben wird,
berechnet, und zwar mit Hilfe der Absolutwertschaltung 146.
Das Verfahren ist dasselbe wie das zuvor beschriebene. Die
se Berechnungen werden für jeden Block durchgeführt, wobei
das Ausgangssignal (d) der Absolutwertschaltung 146 mit
Hilfe des Schalters 147 umgeschaltet und dann nacheinander
zu einer Tabelle in Übereinstimmung mit jedem Pixel von
neun akkumulierten Additionstabellen 148a bis 148i hinzuad
diert wird, wobei jede dieser Tabellen zu jeweils einem der
Bereiche gehört, die die Blöcke enthalten.
Das Ergebnis der Addition in der Tabelle eines jeden Be
reichs wird in jeweils einen Tabellenwertkomparator 149a
bis 149i eingegeben, der für den jeweiligen Bereich vorhan
den ist. Schließlich wird bestimmt, wie weit und in welcher
Richtung sich die Bildposition für einen Rahmen bewegt hat,
und zwar anhand einer Blockadresse, für die das Additions
ergebnis ein Minimum ist. Dies erfolgt in jedem Bereich, so
daß neun Bewegungsvektorwerte ea, ..., ei erhalten werden,
und zwar jeweils einer für einen der neun Bereiche.
Diese neun Bewegungsvektorwerte werden mit Hilfe der Bewe
gungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 gemittelt, wobei der
Mittelwert, so wie er ist, dem Schalter 153 zugeführt wird.
Andererseits wird der durch die Schaltung 151 erhaltene
Mittelwert in der Multiplikationsschaltung 152 mit dem Fak
tor k multipliziert (0 k < 1), um eine Schwächung durch
zuführen. Der Ausgang der Multiplikationsschaltung 152 wird
dann ebenfalls dem Schalter 153 zugeführt.
Diese neun Bewegungsvektorwerte werden darüber hinaus der
Parallelbewegungs-/Zoomoperation-Bestimmungseinrichtung 150
zugeführt, die den Schalter 153 dann, wenn sie eine Paral
lelbewegung bestimmt hat, so schaltet, daß er den Ausgang
von der Bewegungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 direkt
empfängt. Der Bewegungsvektor wird dann von der Schaltung
151 direkt zum Schalter 153 übertragen. Stellt die Schal
tung 150 dagegen fest, daß ein Zoombetrieb ausgeführt wird,
so wird der Schalter 153 so umgestellt, daß er den Ausgang
von der Multiplikationsschaltung 152 empfängt. In diesem
Fall wird von der Schaltung 152 der abgeschwächte Bewe
gungsvektor zum Schalter 153 übertragen.
Nachfolgend wird der Betrieb der Parallelbewegungs-/Zoombe
trieb-Bestimmungseinrichtung 150 unter Bezugnahme auf die
Fig. 15 näher erläutert. Obwohl gemäß Fig. 15(a) die Bewe
gungsvektoren der Bereiche a bis i etwas schwanken, sind
ihre x- und y-Komponenten jedoch beide positiv. Die Bewe
gungsvektoren liegen darüber hinaus nahe am Mittelwert des
Vektors, so daß deswegen die Schaltung 150 eine Parallelbe
wegung feststellt. In diesem Fall wird daher der Schalter
153 so geschaltet, daß der Ausgang (2, 2) von der Bewe
gungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 der Bewegungsvektor
ist, und zwar unverändert.
Sind andererseits entsprechend Fig. 15(b) die Bewegungsvek
toren der Bereiche a und i, der Bereiche c und g, der Be
reiche b und h sowie der Bereiche d und f jeweils im we
sentlichen einander entgegengerichtet, so bestimmt die
Schaltung 150, daß ein Zoom-Betrieb vorliegt. In diesem
Fall wird daher der Schalter 153 so umgestellt, daß der
Ausgang (k · 5/9, 0) von der Multiplikationsschaltung 152 den
Bewegungsvektor bildet.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurde die Bewegung des
Schirms zwischen Rahmen (frames) detektiert. Es ist aber
auch möglich, die Bewegung zwischen Teil- oder Halbbildern
(fields) zu detektieren.
Wie oben beschrieben, wird mit Hilfe der Bildverwischungs-
Korrektureinrichtung nach der Erfindung die Bildverwischung
bzw. Bildverschmierung eines Bildes durch elektrische Ver
arbeitung der Bildinformation detektiert. Sodann wird eine
optische Achse durch Rotation des Linsentrommelteils in
Übereinstimmung mit dem oben detektierten Ausgang korri
giert. Wird die Verschmierung bzw. Verwischung des Bildes
auf diese Weise detektiert, so ist kein teurer Gyrosensor
erforderlich. Auch entfallen teure A/D-Wandler, D/A-Wand
ler, Speicher oder dergleichen. Die Bildverwischungs-Kor
rektureinrichtung nach der Erfindung ist daher sehr kosten
günstig herstellbar und weist nur einen geringen Leistungs
verbrauch auf.
In Übereinstimmung mit der Erfindung sind Pixel, die in ei
nem Block mit einem repräsentativen Punkt zu vergleichen
sind, nur an den oberen, unteren, rechten und linken Seiten
des repräsentativen Punkts positioniert. Es werden zwei
eindimensionale Vektoren, also ein Vertikalbewegungsvektor
und ein Horizontalbewegungsvektor, individuell berechnet,
und zwar einerseits anhand des Minimumwerts der vertikalak
kumulierten Additionstabelle, die aus den oberen und unte
ren Teilen erhalten wird, und andererseits anhand des Mi
nimumwerts der horizontalakkumulierten Additionstabelle,
die aus den rechten und linken Teilen erhalten wird.
Schließlich wird ein zweidimensionaler Bewegungsvektor aus
den obengenannten und sich schneidenden beiden eindimensio
nalen Vektoren berechnet, also aus dem Vertikalbewegungs
vektor und dem Horizontalbewegungsvektor. Im Ergebnis kann
der Bewegungsvektor mit nur wenigen akkumulierten Addi
tionstabellen in kurzer Rechenzeit detektiert werden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der Bewegungsvek
tor nicht durch Mittelwertbildung der Bewegung im gesamten
Schirm detektiert, sondern durch Detektion eines Bewegungs
vektors in jedem Bereich, wobei die Bereiche durch Unter
teilung des Schirms erhalten werden. Ferner wird festge
stellt, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder ob
ein Zoom-Betrieb erfolgt. Die Bestimmung erfolgt anhand der
Tatsache, daß bei einer Parallelverschiebung die Bewegungs
vektoren in den jeweiligen Bereichen praktisch dieselbe
Richtung aufweisen, während sie bei einem Zoom-Betrieb in
zum Teil entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Wird der
Zoom-Betrieb detektiert, so wird als Bewegungsvektor derje
nige Wert angesehen, der durch Multiplikation des Mittel
werts der Bewegungsvektoren des gesamten Schirms mit einer
vorbestimmten Schwächungskonstante erhalten wird. Es wird
also eine Vektordetektoreinrichtung geschaffen, die einen
solchen Bewegungsvektor detektiert, der nicht zu seltsamen
Bilderscheinungen führt, auch wenn ein Zoom-Betrieb bei der
Aufnahme durchgeführt wird.
Claims (8)
1. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, gekennzeich
net durch:
- - ein Linsentrommelteil (1) mit einer Linse und einer Ab bildungs- bzw. Bildwandlereinrichtung (2),
- - eine Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung (10) zur Bildung eines Videosignals (a) aus einem von der Abbildungs- bzw. Bildwandlereinrichtung (2) erhaltenen elektrischen Si gnal,
- - einen Trägerkörper (3) zum Tragen des Linsentrommelteils (1), derart, daß es sich frei um eine Rotationsachse (6) drehen kann, die die Achse eines Strahls, der auf das Linsentrommelteil (1) auftrifft, unter rechtem Winkel oder nahezu rechten Winkeln kreuzt,
- - ein Stellglied (5), das zwischen dem Linsentrommelteil (1) und dem Trägerkörper (3) angeordnet ist, um das Lin sentrommelteil (1) zu drehen,
- - eine Relativwinkel-Detektoreinrichtung (11) zum Detektie ren eines Relativwinkels zwischen dem Linsentrommelteil (1) und dem Trägerkörper (3),
- - Mittel (12) zum Detektieren eines eine Bildverwischung angebenden Bewegungsvektors anhand der Korrelation zwi schen zwei Rahmen einer Bildinformation von der Bild signal-Verarbeitungseinrichtung (10), die zeitlich konti nuierlich bzw. nacheinander erhalten werden,
- - Winkelgeschwindigkeits-Betriebsmittel (13) zur Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung eines Zoom- Multiplikationsfaktors oder dergleichen auf der Grundlage des detektierten Bewegungsvektors und
- - Rechensteuermittel (14) zur Ausgabe eines Steuersignals zum Stellglied (5) in Übereinstimmung mit den Ausgangs signalen der Relativwinkel-Detektoreinrichtung (11) und der Winkelgeschwindigkeits-Betriebsmittel (13).
2. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - Bewegungsvektoren für den gesamten Schirm anhand der Grö ße einer Bewegung eines Pixels in jedem Block auf der Grundlage von repräsentativen Punkten, die in einer Mehr zahl von Blöcken in einem Bild gesetzt worden sind, be stimmt werden, um die Größe der Bewegung zwischen Rahmen des Bildes zu detektieren,
- - Mittel (406; 127, 128; 146) zur Bestimmung des Absolut werts der Differenz zwischen dem Pixel des repräsentati ven Punkts für jeden Block des Rahmens, der direkt vor dem Rahmen liegt, dessen Bewegungsvektor bestimmt werden soll, und jeweils den Pixeln auf einer horizontalen Gera den sowie auf einer vertikalen Geraden durch den reprä sentativen Punkt desjenigen Rahmens, dessen Bewegung de tektiert werden soll, vorhanden sind,
- - Horizontal- und Vertikalakkumulations-Additionstabellen (407; 129, 130; 148a bis 148i) zur akkumulierenden Addi tion jeweils der Horizontalabsolutwerte und der Vertikal absolutwerte vorhanden sind,
- - Mittel (131) zum Detektieren von zwei sich kreuzenden, eindimensionalen Bewegungsvektoren anhand der horizonta lakkumulierten und der vertikalakkumulierten Additions werte vorgesehen sind, und
- - Mittel (133) zur Berechnung eines zweidimensionalen Bewe gungsvektors aus den beiden sich kreuzenden eindimensio nalen Bewegungsvektoren vorhanden sind.
3. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel
(131) für die eindimensionalen Bewegungsvektoren die Bewe
gungsvektoren in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung
auf der Grundlage der Koordinaten der akkumulierten Mini
mum-Additionswerte der Horizontalakkumulations- und der
Vertikalakkumulations-Additionstabellen detektieren.
4. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel (131)
für die eindimensionalen Bewegungsvektoren auf einer ge
krümmten Oberfläche, die die akkumulierten Additionswerte
der akkumulierten Additionstabellen repräsentiert, einen
Punkt detektieren, der am nächsten zur XY-Ebene liegt, und
ferner die Bewegungsvektoren in Horizontal- und in Verti
kalrichtung auf der Grundlage der Koordinaten dieses näch
sten Punkts bestimmen.
5. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, gekennzeich
net durch:
- - Mittel (406; 127, 128; 146) zum Auffinden des Absolut werts der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden zwei Schirmen Block für Block, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt worden ist,
- - Mittel (148a bis 148i) zur Berechnung einer Tabelle durch Addition des Absolutwerts der Differenz bei jedem Block über einen Bereich, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Bereichen (a bis i) unterteilt worden ist, die je weils mehrere Blöcke enthalten,
- - Mittel (149a bis 149i) zum Auffinden eines Bewegungsvek tors in jedem Bereich (a bis i) anhand der in jedem Be reich akkumulierten Tabelle,
- - Parallelbewegungs-/Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150), die anhand der für die jeweiligen Bereiche (a bis i) er haltenen Bewegungsvektoren bestimmen, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder der Schirm einer Zoom-Opera tion unterworfen ist, und
- - Mittel (151, 152, 153) zur Ausgabe des Bewegungsvektors mit einem Wert, der durch Mittelung der Bewegungsvektoren im gesamten Schirm erhalten wird, wenn die Bestimmungs mittel (150) feststellen, daß die Parallelbewegung er folgt, sowie mit einem Wert, der durch Multiplikation des Mittelwerts der erhaltenen Bewegungsvektoren für den ge samten Schirm mit einer vorbestimmten Schwächungskonstan ten k (0 k < 1) gebildet wird, wenn die Bestimmungsmit tel (150) feststellen, daß ein Zoom-Betrieb durchgeführt wird.
6. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm in neun Berei
che (a bis i) unterteilt ist.
7. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelbewegungs-/
Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150) eine Parallelbewegung
detektieren, wenn die Bewegungsvektoren in allen Bereichen
(a bis i) wenigstens annähernd in dieselbe Richtung weisen.
8. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelbewegungs-/
Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150) einen Zoom-Betrieb de
tektieren, wenn die Bewegungsvektoren von einander gegenü
berliegenden Bereichen in entgegengesetzte Richtungen wei
sen.
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