DE4241021A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Klemmschaltung einer Videokamera, die digitale Signale verarbeiten kann, wobei die Signalgröße stets in Bezug zu einem vorbestimmten Pegel ausgegeben wird.

Die konventionelle Klemmschaltung ist am rückseitigen Ende eines A/D-Wandlers (Analog/Digital-Wandler) vorgesehen. Der A/D-Wandler in einer digitalen Kamera wandelt ein Ausgabesignal eines CCD-Elementes (ladungsgekoppeltes Bauelement) in ein digitales Signal um und kompensiert und klemmt das Signal, nachdem der vom Ausgangssignal erfaßte Schwarzpegel und der Bezugsschwarzpegel verglichen sind und sofern ein Unterschied besteht, für die Dauer des Horizontalsynchronimpulses (Horizontalperiode) auf ein vorgegebenes Gleichspannungspotential.

Bei einer digitalen Videokamera stellt das Ausgangssignal eines CCD-Elementes eines Bildaufnehmers im allgemeinen ein analoges Signal dar. Dieses analoge Signal wird zur Signalverarbeitung in ein digitales Signal umgewandelt.

Die Signalverarbeitung wird durchgeführt, nachdem ein zu einem digitalen Signal umgewandeltes Bildsignal durch eine Klemmeinrichtung auf einem vorbestimmten Spannungspotential gehalten wird.

So wird im Fall einer digitalen Videokamera ein analoges Verfahren für ein CCD-Element eines Bildaufnehmers anwendbar, dessen Ausgangspegel dadurch pro 1H (1 Horizontalperiode) verändert werden kann.

Mit anderen Worten ist im Ausgangssignal der Kameraröhre ein Dunkelstrom enthalten, der sich in Erwiderung auf die Umgebungstemperaturen ändert. Da eine Änderung des Dunkelstromes Schwarzpegeländerungen verursacht, ändert sich ebenfalls der Ausgleich eines Schwarzbereiches im Bildsignal. Dadurch veringert sich die Qualität des Bildes. Der Dunkelstrom kann durch einen optischen Schwarzpegel während einer optischen Schwarzperiode dargestellt werden, was ein Festhalten des optischen Schwarzpegels auf einem vorbestimmten Pegel zu allen Zeiten notwendig macht.

Demnach wird der Ausgangspegel auf der Basis eines Wertes einer durch die Klemmeinrichtung pro 1H festgelegten optischen Schwarzperiode ausgeglichen.

Wenn sich jedoch der Gesamtpegel während der 1H-Periode ändert, ändert sich der Wert einer optischen Schwarzperiode ebenfalls, wodurch dafür ein Ausgleich bzw. eine Kompensation notwendig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Klemmschaltung zu schaffen, die die Kompensation eines Gesamtsignalpegels innerhalb einer 1H-Periode mittels eines Bezugspegels ermöglicht, wobei der Bezugspegel während der optischen Schwarzperiode pro 1H auf einen vorbestimmten Bezugspegel eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer digitalen Klemmschaltung und

Fig. 2A bis 2H jeweils Zeitdiagramme zu den Verfahrensschritten in Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine digitale Klemmschaltung vorgesehen, die eine Schwarzpegel- Erfassungseinrichtung 100 zum Erhalten der Bildsignalpegel während der optischen Schwarzperiode aufweist, wobei die Bildsignale nach Ausgabe von dem CCD-Element in digitale Signale umgewandelt wurden.

Ferner weist die digitale Klemmschaltung eine Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 zum Bestimmen der Differenz zwischen dem von der Schwarzpegel- Erfassungseinrichtung 100 erfaßten Pegel und eines Klemmbezugswertes Rc auf.

Ferner weist die digitale Klemmschaltung eine Ausgangswert- Korrektureinrichtung 300 zum Korrigieren der Gesamtpegel der am Eingang (IN) eingegebenen Bildsignale mittels der von der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 erhaltenen Differenz und anschließendem Ausgeben dieser korrigierten Bildsignale.

Die oben genannte Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung 100 besteht aus mehreren Elementen und weist ein erstes Gatter 110 zum ausschließlichen Ausgeben der Daten der digitalen Bildsignale während der optischen Schwarzperiode auf, wobei Bildsignale aus dem CCD-Element eines Bildaufnehmers in diese digitale Signale umgewandelt und dem Eingang (IN) der Schaltung zugeführt wurden.

Ferner weist die Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung 100 ein erstes Verzögerungsglied 120 zum Verzögern der von dem ersten Gatter 110 ausgegebenen Daten, ein erstes Addierglied 130 zum Addieren der vom ersten Gatter 110 ausgegebenen Daten zu den vom ersten Verzögerungsglied 120 verzögerten Daten, ein zweites Verzögerungsglied 140 zum Verzögern der vom ersten Addierglied 130 ausgegebenen Daten und ein Schieberegister 150 zum Erhalten des Pegelmittelwertes während der optischen Schwarzperiode durch Dividieren der von dem zweiten Verzögerungsglied 140 verzögerten Daten auf.

Die Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 weist ein Subtrahierglied 210 zum Berechnen der Differenz zwischen dem Klemmbezugswert Rc und dem von der Schwarzpegel- Erfassungseinrichtung 100 erfaßten Schwarzpegel und ein drittes Verzögerungsglied 220 zum Verzögern der vom Subtrahierglied 210 erhaltenen Pegeldifferenz auf.

Die Ausgangswert-Korrektureinrichtung 300 weist ein zweites Gatter 310 zum Steuern des Ausgangswertes der von der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 erfaßten Pegeldifferenz, ein Register 320, um nach dem Speichern die vom zweiten Gatter 310 ausgegebene Pegeldifferenz über eine 1H-Periode auszugeben, und ein zweites Addierglied 360 zum Korrigieren des Ausgangspegels durch Addition der in dem Register 320 gespeicherten Pegeldifferenz zu dem am Eingang IN eingegebenen Bildsignal, das durch ein viertes, fünftes und sechstes Verzögerungsglied 330, 340 und 350 verzögert wird.

Im einzelnen wird das erste Gatter 110 über ein Klemmsignal Sc so gesteuert, daß es ausschließlich die digitalen Daten während der optischen Schwarzperiode ausgibt.

Ferner gibt das zweite Gatter 310 die von der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 erfaßte Pegeldifferenz mit Hilfe des durch ein siebtes Verzögerungsglied 370 verzögerten Klemmsignales Sc während der Signalverarbeitungsdauer in der Schwarzpegel- Erfassungseinrichtung 100 und der Pegeldifferenz- Erfassungseinrichtung 200 aus.

Die Verzögerungsglieder stellen alle Voll-Bit- Verzögerungsglieder dar und die Stellen der Verzögerungsglieder können entsprechend der durch die tatsächlichen Signalverarbeitungsprozeduren erzeugten Verzögerungszeit geändert werden.

Unter Bezug auf die Zeitdiagramme der Fig. 2A bis 2H wird nachfolgend das Verfahren in Einzelheiten beschrieben.

Wie in Fig. 2A dargestellt, weist das von dem CCD-Element des Bildaufnehmers in der digitalen Videokamera ausgegebene Signal ein Bildsignal und ein Signal, das während der optischen Schwarzperiode Pob ausgegeben wird, auf.

Zu diesem Zeitpunkt legt die Klemmeinrichtung das in Fig. 2A dargestellte Bildsignal auf ein vorbestimmtes Spannungspotential DC Ref fest.

Mit anderen Worten wird das von dem CCD-Element ausgegebene, in Fig. 2A dargestellte Analogsignal durch den A/D-Wandler in ein in Fig. 2B veranschaulichtes, digitales Signal umgewandelt und dem Eingang IN der Klemmeinrichtung eingegeben.

An dieser Stelle beinhalten P1 bis Pn die zu digitalen Signalen umgewandelten Bildsignale und D1, D2 stellen die Schwarzsignale dar, die während der in Fig. 2A gezeigten optischen Schwarzperiode Pob ausgegeben werden, und die jeweils einem Bildpunkt des CCD-Elementes entsprechen.

Die so, wie oben beschrieben, zu digitalen Signalen umgewandelten Signale werden über den Eingang IN in die Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung 100 und die Ausgangswert-Korrektureinrichtung 300 der Klemmeinrichtung eingegeben.

Die in die Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung 100 eingegebenen digitalen Signale werden der Reihe nach in das erste Gatter 110 eingegeben.

Zu diesem Zeitpunkt wird das erste Gatter 110, wie in Fig. 2C dargestellt, durch ein Klemmsignal Sc gesteuert, das während der optischen Schwarzperiode eingegeben wird. Dadurch gibt das erste Gatter 110 nur in Fig. 2B zeichnerisch dargestellte Schwarzsignale D1, D2 der digitalen Daten aus.

Das Klemmsignal Sc wird von einer IC-Synchronsignal- Erzeugerschaltung erzeugt. Eine Frontplatte des ladungsgekoppelten Bauelementes ist in einen (aus 514 Bildpunkten zusammengesetzten) Signal-Bildpunktteil und einen (gewöhnlich aus 20 Bildpunkten zusammengesetzten) Schwarzwertbezugs-Bildpunktteil unterteilt, wobei das Klemmsignal Sc während des horizontalen Abtastens zum Zeitpunkt seines Durchganges vom Signal-Bildpunktteil zum Schwarzwertbezugs-Bildpunktteil erzeugt wird.

Die von dem ersten Gatter 110 ausgegebenen Schwarzsignale D1, D2 werden in das erste Addierglied 130 eingegeben und gleichzeitig durch das erste Verzögerungsglied 120 zum Eingeben in das erste Addierglied 130 verzögert.

Entsprechend addiert das erste Addierglied 130 den n-ten, vom ersten Verzögerungsglied 120 verzögerten Datenwert D1 zu dem (n + 1)ten Datenwert D2, der das erste Gatter 110 durchlaufen hat, und gibt dann das Ergebnis aus.

Das zweite Verzögerungsglied 140 verzögert die von dem Addierglied 130 addierten Daten und gibt sie zu dem Schieberegister 150 aus.

Der Grund, daß der vom ersten Verzögerungsglied 120 verzögerte n-te Datenwert Dl zu dem (n + 1)ten Datenwert D2, der das erste Gatter 110 durchlaufen hat, addiert wird, ist darin zu sehen, den Schwarzpegel an dieser Stelle über zwei Bildpunkte zu erfassen.

Das Schieberegister 150 dividiert die von dem zweiten Verzögerungsglied 140 verzögerten Datenwerte mittels einer 1-Bit-Rechtsverschiebung durch zwei, wie es in Fig. 2D dargestellt ist.

Das in Fig. 2D dargestellte Ausgangssignal des Schieberegisters 150 wird in das Subtrahierglied 210 der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 eingegeben.

Das Subtrahierglied 210 bestimmt die Differenz zwischen dem Schwarzpegel, der vom Schieberegister 150 der Schwarzpegel- Erfassungseinrichtung 100 ausgegeben wird, und dem Klemmbezugswert Rc und gibt diese dann aus.

Das in Fig. 2E dargestellte Ausgabesignal des Subtrahiergliedes 210 wird durch ein drittes Verzögerungsglied 220 verzögert und dann in das zweite Gatter 310 der Ausgangswert-Korrektureinrichtung 300 eingegeben. Das Steuersignal, das das zweite Gatter 310 zu diesem Zeitpunkt steuert, ist in Fig. 2F dargestellt.

Mit anderen Worten wird das in Fig. 2C dargestellte Klemmsignal Sc durch ein siebtes Verzögerungsglied 370 verzögert und dann als Steuersignal dem zweiten Gatter 310 eingegeben.

Demzufolge durchlaufen die Datenwerte, die der Differenz zwischen dem in der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung 200 erhaltenen Schwarzpegel und dem Klemmbezugswert Rc entsprechen, wie es in Fig. 2E dargestellt ist, mit Hilfe des in Fig. 2F dargestellten Steuersignales das zweite Gatter 310 und werden dann in ein Register 320 eingegeben. Das Register 320 speichert die nach Durchlaufen des zweiten Gatters 310 eingegebenen Datenwerte, wie es in Fig. 2G dargestellt ist, und gibt die Datenwerte kontinuierlich während einer 1H-Periode aus. Das Ausgabesignal des Registers 320 wird in das zweite Addierglied 360 eingegeben.

Die aus dem CCD-Element ausgegebenen und zu digitalen Signalen umgewandelten, in Fig. 2B dargestellten Signale werden durch das vierte, fünfte und sechste Verzögerungsglied 330, 340 und 350 verzögert und dann in das zweite Addierglied 360 eingegeben.

Mit anderen Worten, werden die um die Verzögerungszeit des vierten, fünften und sechsten Verzögerungsgliedes 330, 340 und 350 verzögerten, in Fig. 2B dargestellten Signale, wie in Fig. 2H dargestellt, in das zweite Addierglied 360 eingegeben.

Das zweite Addierglied 360 addiert Signale, wie die in den Fig. 2G und 2H dargestellten Signale. Das zweite Addierglied 360 gibt am Ausgang OUT die pegelkorrigierten Signale ab, indem die Differenz zwischen dem Schwarzpegel und dem Klemmbezugswert zu dem Gesamtausgangspegel hinzuaddiert wird.

Wie es oben beschrieben wurde, erhält die Klemmeinrichtung den sich pro 1H-Periode ändernden Wert eines Schwarzpegels über den Klemmbezugswert und addiert den sich ändernden Wert zu dem Gesamtsignalpegel, was eine stabile Signalverarbeitung durch Kompensation der Schwarzpegeländerung ermöglicht.

Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels schränkt Variationen und Modifikationen nicht ein. So können z. B. die Verzögerungsglieder, die in Einzelheiten beschrieben worden sind, gewöhnlich auch entsprechend der Signalverarbeitung hinzugefügt oder entfernt werden.

Claims (6)

1. Digitale Klemmschaltung einer digitalen Videokamera, gekennzeichnet durch
eine Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung (100) zum Erhalten eines Pegels eines digitalen Bildsignales während einer optischen Schwarzperiode,
eine Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung (200) zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem von der Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung (100) erfaßten Pegel und einem Klemmbezugswert (Rc) und
eine Ausgangswert-Korrektureinrichtung (300) zum Korrigieren der Gesamtpegel eingegebener Bildsignale mittels der von der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung (200) erhaltenen Differenz und anschließendem Ausgeben dieser korrigierten Bildsignale.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung (100) umfaßt:
ein erstes Gatter (110) zum ausschließlichen Ausgeben eines Datenwertes von einem eingegebenen digitalen Bildsignal während einer optischen Schwarzperiode,
ein erstes Verzögerungsglied (120) zum Verzögern eines aus dem ersten Gatter (110) ausgegebenen Datenwertes,
ein erstes Addierglied (130) zum Addieren eines vom ersten Gatter (110) ausgegebenen Datenwertes (D2) zu einem vom ersten Verzögerungsglied (120) verzögerten Datenwert (D1),
ein zweites Verzögerungsglied (140) zum Verzögern eines vom ersten Addierglied (130) ausgegebenen Datenwertes und
ein Schieberegister (150) zum Erlangen eines Pegelmittelwertes während der optischen Schwarzperiode durch Dividieren eines vom zweiten Verzögerungsglied (140) verzögerten Datenwertes.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gatter (110) ausschließlich die digitalen Daten während der optischen Schwarzperiode ausgibt und durch ein Klemmsignal (Sc) gesteuert wird.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung (200) umfaßt:
ein Subtrahierglied (210) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Klemmbezugswert (Rc) und dem von der Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung (100) erfaßten Schwarzpegel und
ein drittes Verzögerungsglied (220) zum Verzögern der vom Subtrahierglied (210) erhaltenen Pegeldifferenz.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangswert-Korrektureinrichtung (300) umfaßt:
ein zweites Gatter (310) zum Steuern des Ausgangswertes der von der Pegeldifferenz- Erfassungeinrichtung (200) erfaßten Pegeldifferenz,
ein Register (320) zum Ausgeben der Pegeldifferenz für eine 1H-Periode nach dem Speichern der vom zweiten Gatter (310) ausgegebenen Pegeldifferenz und
ein zweites Addierglied (360) zum Korrigieren eines Ausgangspegels durch Addition der in dem Register (320) gespeicherten Pegeldifferenz zu einem durch ein Verzögerungsglied (330, 340, 350) verzögerten Eingangs- Bildsignal.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gatter (310) die von der Pegeldifferenz- Erfassungseinrichtung (200) erfaßte Pegeldifferenz mit Hilfe eines durch ein Verzögerungsglied (370) verzögerten Klemmsignales während der Signalverarbeitungszeit in der Pegeldifferenz-Erfassungseinrichtung (200) und der Schwarzpegel-Erfassungseinrichtung (100) ausgibt.