DE4235406C1 - Falschfarbenkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernsehkamera mit einem Festkörperbildsensor und einem Farbrasterfilter, das im Lichtgang vor dem Festkörperbildsensor angebracht ist und das einfallende Licht in verschiedene Spektralbereiche aufteilt, wobei mindestens ein Spektralbereich im unsichtbaren Bereich liegt.

Für viele Anwendungen aus dem Bereich der Bildaufnahme ist es hilfreich, auf Informationen zugreifen zu können, die nicht unmittelbar mit dem Auge zu sehen sind. Informationen aus nicht sichtbaren Spektralbereichen werden durch spezielle Filteranordnungen, die nur für einen bestimmten, nicht sichtbaren Spektralbereich durchlässig sind, den sichtbaren Bereich aber ausblenden, als Bild aufgenommen und im sichtbaren Bereich dargestellt.

Eine große Bedeutung in diesem Zusammenhang kommt der Aufnahme von Infrarotbildern zu. Insbesondere sind hierbei Falschfarben-Infrarotaufnahmen von Bedeutung, da Farbkontraste leichter zu beurteilen sind als Grauabstufungen bei einem in Schwarz-Weiß dargestellten Bild. Zur Aufnahme von Falschfarben-Infrarotbildern wurden unter anderem von der Firma Kodak Infrarotfilme entwickelt, die im Unterschied zum normalen Farbfilm nicht für Blau, Grün und Rot empfindlich sind, sondern für Grün, Rot und Infrarot.

Der Nachteil dieser Farb-Infrarotfilme besteht im stark eingeschränkten Belichtungsspielraum und in der Filmentwicklung. Diese ist zum einen aufwendiger als beim normalen Film, zum anderen ist das entwickelte Bild erst nach einer gewissen Entwicklungszeit verfügbar.

Gerade bei Anwendungen, beispielsweise bei der Überwachungstechnik, die einen schnellen Zugriff auf das aufgenommene Bild voraussetzen, ist man dazu übergegangen, Farbfernsehkameras so zu modifizieren, daß Infrarotbilder aufgenommen werden können.

Die Anwendung von Fernsehkameras bei der Aufnahme hat neben der schnellen Verfügbarkeit auch noch den Vorteil der guten Speicher- und Abrufmöglichkeiten. Immer mehr gewinnt auch die elektronische Bildauswertung an Bedeutung, so daß der Fernsehkamera eine immer größere Bedeutung im Bereich der Infrarotbildaufnahme zukommt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 181 412 A1 ist beispielsweise ein Fernsehaufnahmesystem bekannt, bei dem für Aufnahmen im Infrarotbereich die Kamera mit einem Infrarotstrahler gekoppelt ist, der in den Austastlücken des Fernsehbildes Strahlungsimpulse im Infrarotbereich aussendet. Um Infrarotaufnahmen auch bei Tageslicht machen zu können, kann vor der Aufnahmekamera ein Tageslicht-Sperrfilter angeordnete werden.

Weiterhin ist aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 209 612 A1 eine Fernsehkamera bekannt, bei der das einfallende Licht durch einen Strahlenteiler in drei verschiedene Spektralbereiche aufgeteilt wird. Jeder Spektralbereich wird separat auf eine der drei Aufnahmeröhren einer Dreiröhrenkamera geführt, wobei mindestens ein aufgenommener Spektralbereich im Unsichtbaren, vorzugsweise im Infrarot-Bereich liegt.

Bei Aufnahmekameras mit drei Aufnahmeröhren oder mit drei Festkörpersensoren für die zu verarbeitenden Spektralbereiche kann durch entsprechende Filterung auf einfache Weise auf einen oder mehrere Aufnahmesensoren ein gewünschter Spektralbereich gelegt werden. Bei Fernsehkameras geht aber der Trend immer deutlicher zu sogenannten Ein-Chip-Kameras, d. h. Fernsehkameras mit einem Aufnahmesensor auch für die Farbaufnahme. Bei diesen Sensoren wird im Strahlengang vor den lichtempfindlichen Elementen ein Mosaik- oder Rasterfilter angebracht. Aus der deutschen Patentschrift DE 25 42 254 C3 ist es beispielsweise bekannt, bei einer Farbfernsehkamera mit nur einer Bildaufnahmeröhre vor der Aufnahmeschicht eine Streifenfilteranordnung anzubringen, um aus dem aufgenom­ menen Bild die Grundfarbensignale für Rot, Grün und Blau zu erhalten. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 18 646 A1 ist es bekannt, zur Gewinnung der Grundfarbensignale Farbcodierfilter in Streifen- oder Mosaikform vorzusehen. Bei diesen Filtern wird vor jedem Bildaufnahmeelement ein Farbfilter für jeweils einen Durchlaßbereich für Rot, Grün oder Blau angeordnet.

Zur Erzeugung einer Farb-Infrarot-Aufnahme kann bei diesen Ein-Chip-Kameras nicht einfach eine Strahlteilung für die gewünschten zu verarbeitenden Spektralbereiche durchgeführt werden. Eine bestehende Kamera kann also nicht ohne weiteres für Infrarotfarbaufnahmen tauglich gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kameraanordnung anzugeben, bei der auf einfache Weise eine Farbkamera für Farb-Infrarotaufnahmen tauglich gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem zur Aufnahme von Infrarotbildern im Lichtstrahlengang vor dem Bildsensor ein Blau-Cut-Filter eingebracht ist, das den Blaubereich ausgrenzt. Das üblicherweise vorhandene Infrarot-Cut-Filter wird entfernt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird beispielsweise mit einem einfachen Blau-Cut-Filter, das den Blaubereich ausgrenzt und die übrigen Spektralbereiche mit den größeren Wellenlängen bis hin zum Infrarotbereich durchläßt, eine Farb-Infrarotkamera angegeben, die auf einfache Weise, ohne Veränderungen im Mosaikfilter vorzunehmen, ermöglicht wird. Der ursprüngliche Blaukanal wird somit zum Infrarotkanal umfunktioniert. Bei der Erfindung wird auf vorteilhafte Weise die Charakteristik des Blaufilterbereiches der Mosaik- oder Rasterfilter ausgenutzt.

Eine Charakteristik der Farbfilter ist in der Figur dargestellt.

Diese Figur zeigt das Transmissionsverhalten T eines Mosaikfilters, das üblicherweise vor dem Festkörperaufnahmesensor einer Ein-Chip-Farbkamera angebracht ist, in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Mit durchgezogener Linie sind die Transmissionskurven der Farbfilterbereiche Blau, Grün und Rot dargestellt. Die Rotfilterbereiche weisen ein Transmissionsverhalten auf, bei dem die höheren Frequenzen ausgeblendet werden, so daß der Durchlaßbereich auf Rot und Infrarot beschränkt wird. Die Grünfilterbereiche haben einen engen Durchlaßbereich bei etwa 560 nm, d. h. der Blau- und Rotbereich wird ausgeblendet. Für die Blaufilterbereiche ergibt sich ein eng begrenzter Durchlaßbereich für Blau, wobei die Transmission zum nahen Infrarot hin wieder deutlich zunimmt.

Bei den üblichen Anwendungen enthält die Kameraanordnung ein Infrarot-Cut-Filter, dessen Transmissionsverhalten in der Figur nicht dargestellt ist. Dieses Infrarot-Cut-Filter läßt die Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich passieren und schneidet den Infrarotbereich ab. So werden Farbverfälschungen durch Infrarotanteile vermieden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf dieses Infrarot-Cut-Filter verzichtet. An seine Stelle tritt ein Blau-Cut-Filter, das die Frequenzen im Blaubereich ausblendet und für die übrigen sichtbaren Spektralbereiche und den Infrarotbereich transparent ist, also insbesondere den nahen Infrarotbereich im ursprünglichen Blaukanal durchläßt.

Das Transmissionsverhalten des Blau-Cut-Filters ist in der Figur strichliert dargestellt. Aus der Kombination der Blaufilterbereiche und des Blau-Cut-Filters ergibt sich für die Blaufilterbereiche ein Transmissionsverhalten, das vorzugsweise die Frequenzen im nahen Infrarotbereich durchläßt, während Blau ausgefiltert wird.

Da in den Kanälen Rot und Grün ebenfalls Restanteile von Infrarot vorhanden sind können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung diese durch Subtraktion des Infrarotanteils, der aus dem Blaukanal bestimmt wird, eliminiert werden.

Durch die Kombination des Blau-Cut-Filters mit dem vorhandenen Mosaik- bzw. Rasterfilter vor dem Bildaufnahmesensor erhält man mit geringem Aufwand eine Infrarotfarbaufnahmekamera für die eingangs genannten Anwendungsgebiete.

Die Signalverarbeitung kann auf bekannte Weise erfolgen, wobei es sich für die Darstellung des Infrarot-Farbbildes auf einem Monitor als günstig erwiesen hat, die Wiedergabe-Farbkanäle für Rot, Grün und Blau umzudefinieren.

Insbesondere hat es sich als vorteilhaft für die visuelle Bildauswertung erwiesen, den Blaukanal, der nun die Information für den nahen Infrarotbereich trägt, auf Rot zu geben. Im weiteren werden die beiden übrigen Farbkanäle Rot auf Grün und Grün auf Blau gegeben, so daß ein anschaulich interpretierbares Falschfarbenbild mit sichtbaren und Infrarot-Informationen wiedergegeben wird.

Als vorteilhaft hat es sich ebenfalls erwiesen, die Kameraanordnung mit einem Blitz mit Infrarotanteil auszustatten. Auf diese Weise kann bei Tageslichtaufnahmen der Anteil des Sonnenlichts reduziert werden. Die Blitzauslösung wird in diesem Fall mit dem elektronischen Verschluß der Fernsehkamera synchronisiert.

Claims (4)

1. Fernsehkamera mit einem Festkörperbildsensor und einem Farbrasterfilter, das im Lichtgang vor dem Festkörperbildsensor angebracht ist und das einfallende Licht in verschiedene Spektralbereiche aufteilt, wobei mindestens ein Spektralbereich im unsichtbaren Bereich liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von Infrarotbildern im Lichtstrahlengang vor dem Festkörperbildsensor ein Blau-Cut-Filter eingebracht ist, das den Blaubereich ausgrenzt, und daß vor dem Festkörperbildsensor kein Infrarot-Cut-Filter angebracht ist.

2. Fernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameraanordnung eine Blitzeinrichtung mit Infrarotanteil enthält, die mit dem Verschluß der Fernsehkamera synchron betrieben wird.

3. Fernsehkamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Bildsignalverarbeitung der ursprüngliche Blaukanal zum Infrarotkanal umdefiniert und über dem ursprünglichen Rotkanal wiedergegeben wird,
der ursprüngliche Rotkanal auf den Grünkanal gegeben wird, und
der ursprüngliche Grünkanal auf den Blaukanal gegeben wird.

4. Fernsehkamera nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Restanteil des Infrarotsignales im Grünkanal und im Rotkanal durch Subtraktion des Infrarotanteiles, der aus dem Blaukanal bestimmt wird, eliminiert wird.