DE68905051T2

DE68905051T2 - Einrichtung zur Feststellung des Bildzitterns.

Info

Publication number: DE68905051T2
Application number: DE89104111T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kai; Toshiyuki Nakajima; Masayoshi Sekine; Masamichi Toyama; Katsuji Yoshimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: US20010002225A1; US5386264A; EP0332169B1; DE68928126D1; US6047134A; EP0458373A2; DE68928126T2; US5012270A; US6370330B2; US5734933A; DE68905051D1; EP0332169A1; EP0458373A3; EP0458373B1

Description

Hintergrund der Erfindung:

Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung, die außerordentlich gut für die automatische Bildstabilisiereinrichtung einer Videokamera oder dergleichen geeignet ist, sowie ferner auf eine Einrichtung zum Steuern der Bildstabilisiereinrichtung.

Beschreibung des Standes der Technik:

In verschiedenartigen optischen Bildaufnahmegeräten einschließlich Videokameras usw. wird unabhängig davon, ob sie für industrielle Instrumentierung oder Unterhaltungsgerätschaften ausgelegt sind, durch das Wackeln eines Bildes nicht nur die leichte Bildbetrachtung behindert, sondern auch die Bilderkennungsgenauigkeit vermindert. Im Falle der Videokamera wird beispielsweise die Kamera häufig betrieben, während die Bedienungsperson geht oder während sich die Kamera auf einem sich bewegenden Fahrzeug befindet. In einem solchen Fall ist es unvermeidbar, daß durch eine Erschütterung der Kamera entsprechend den Aufnahmebedingungen oder dem aufzunehmenden Objekt ein erfaßtes Bild verwackelt ist.
Zur Lösung dieses Problems wurden Bildverwackelungs- Detektoreinrichtungen vorgeschlagen, bei denen verschiedenerlei Verfahren angewandt wurden. Bei einem dieser Verfahren wird die Bewegung der Kamera auf physikalische Weise mittels eines Beschleunigungssensors (eines Winkelgeschwindigkeitssensors) erfaßt und ein optisches System hinsichtlich der Bewegung entsprechend der Richtung und dem Ausmaß der Bewegung korrigiert. Bei einem anderen denkbaren Verfahren wird über ein Videosignal das Parallelbewegungsausmaß der ganzen Bildfläche ermittelt und in Form eines Bewegungsvektors ausgedrückt. Dann wird das optische System aufgrund des Vektors korrigiert.
Bei dem Verfahren, bei dem der Beschleunigungssensor verwendet wird, werden die Abmessungen der Einrichtung größer, was Vergrößerungen hinsichtlich des Raums und des Gewichts erforderlich macht. Darüberhinaus ergibt sich eine komplizierte bauliche Gestaltung. Dieses Verfahren ist daher kaum für eine Heim-Videokamera wie ein Videobandgerät mit eingebauter Kamera geeignet, das kompakt und leicht sein muß.
Was das Verfahren zum Berechnen und Ermitteln des Bewegungsvektors der Bildfläche aus dem Videosignal angeht, so könnte irgendeine von der Bedienungsperson absichtlich verursachte Kamerabewegung fälschlich als ein Verwackeln des Bildes erfaßt werden. Die Einrichtung würde auch auf eine Bewegung des Objekts ansprechen, die in Wirklichkeit nicht ein Wackeln des Bildes ist. Dieses Verfahren ist daher gleichfalls mit einem schwerwiegenden Problem behaftet.
Die vorstehend genannten bekannten Bildverwackelungs- Detektoreinrichtungen umfaßen beispielsweise eine Kamera mit Bildstabilisierung, die in der JP-OS 61-248681 offenbart ist. Die Kamera dieser Art ist folgendermaßen gestaltet: Ein optisches Bild wird mittels eines Bildsensorsystems, das aus einem Objektivsystem und einem fotoelektrischen Wandlerelement besteht, in ein elektrisches Signal umgesetzt. Durch einen Signalaufbereitungsvorgang, der auf vorgegebene Weise durch eine Signalprozessorschaltung an dem elektrischen Signal ausgeführt wird, wird ein Fernsehbildsignal erhalten. Das auf diese Weise erhaltene Bildsignal wird einer Bildverwackelungs-Detektorschaltung sowie einem Monitor zugeführt. Aus dem Bildsignal wird eine Korrelation zwischen zwei in einem vorgegebenen Zeitabstand erhaltenen Bildflächen ermittelt, um das Ausmaß und die Richtung irgendeiner Bildverwackelung festzustellen. Dann werden aufgrund des Ermittlungsergebnisses eine Antriebssteuerschaltung und ein Motor betätigt, um das Objektivsystem zum Versetzen der Bildverwackelung zu steuern und zu bewegen. Die Kamera ist auf diese Weise dazu gestaltet, das Erzielen eines stabilen Bildes selbst dann zu ermöglichen, wenn die Kamera verwackelt wird.
Die auf diese Weise gestaltete Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung ist jedoch nicht dafür geeignet, eine Unterscheidung zwischen der Bewegung eines in nur einem Teil der Bildfläche auftretenden Objektes und einem Verwackeln der ganzen Bildfläche zu treffen. Zur Lösung dieses Problems muß die Bildverwackelungs-Ermittlungsempfindlichkeit der Einrichtung derart ausgelegt sein, daß sie sich für die unterschiedlichen Bereiche der Bildfläche ändert.
Im Zusammenhang mit diesem Problem wurde eine Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung gemäß der Beschreibung in einem Artikel mit dem Titel "About an Image Plane Shake Compensating Device" vorgeschlagen, der in "The Technical Report" der Television Society, Band 11, Nr. 3, Seiten 43 bis 48, PPOE, 1987-12 (Mai, 1987) erschienen ist. Im Falle dieser Einrichtung wird die ganze Bildfläche in 140 Bereichsblöcke unterteilt. Für jeden dieser Bereiche wird auf beliebige Weise ein Verwackelungsermittlungsschalter ein- oder ausgeschaltet und es wird nur aus den Bereichen, für die der Verwackelungsermittlungsschalter eingeschaltet ist, gemäß einem Repräsentativpunkte-Angleichungsverfahren eine Bildverwackelung ermittelt.
Entsprechend der Gestaltung dieser Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung muß jedoch ein als Referenz zu verwendendes Bild vorübergehend in einem Bildspeicher unter Beibehalten seiner sich ändernden Dichtewerte gespeichert werden. Zum Erfüllen dieser Forderung macht die Einrichtung die Verwendung eines (nachfolgend als A/D-Umsetzer bezeichneten) Analog/Digital-Umsetzers und eines Speichers mit verhältnismäßig großer Aufnahmefähigkeit erforderlich. Zusätzlich zu dieser Unzulänglichkeit ist die Einrichtung derart zu gestalten, daß eine Bildfläche einer anderen durch Versetzen derselben um ein bestimmtes Vektorausmaß überlagert wird und ein Vektor ermittelt wird, der den höchsten Grad an Koinzidenz ergibt. Daher schließt die Funktion der Einrichtung eine große Menge an Berechnungen ein. Die Einrichtung macht somit eine groß ausgelegte Schaltungsanordnung erforderlich und benötigt eine lange Rechenzeit.
Da darüberhinaus die vorstehend angeführte Einrichtung nach dem Stand der Technik den Einsatz einer großen Schaltungsanordnung mit dem A/D-Umsetzer, dem Bildspeicher, einer Rechenschaltung usw. sowie eine lange Verarbeitungszeit erforderlich macht, ist es außerordentlich schwierig, die Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung in eine kompakte Videokamera einzubauen, die zum Ausführen einer Echtzeitverarbeitung geeignet sein muß und als kompakte Schaltungsanordnung gestaltet sein muß.
Weiterhin wurde ein Steuersystem, das dafür vorgesehen ist, durch Verstellen eines optischen Aufnahmesystems gemäß dem durch die vorangehend genannten Bildverwackelungs- Detektoreinrichtungen erfaßten Informationen über ein Verwackeln die tatsächliche Verwackelungskorrektur auszuführen, folgendermaßen gestaltet: Es waren verschiedenerlei Verfahren für das Korrigieren einer Bildversetzung bekannt. Bei einem vor kurzem ersonnenen Verfahren dieser verschiedenen Verfahren waren optische Korrekturelemente wie eine Linse, deren optische Achse durch einen Motor schwenkbar ist, und ein Prisma mit veränderbaren Scheitelwinkel vorgesehen. Mit einem Bild, das über ein optisches System erhalten wird, welches diese optischen Korrekturelemente enthält, werden aus dem Bild das Ablenkungsausmaß und die Größe des Bilds ermittelt, welches gemäß der Bildversetzung zu korrigieren ist. Dann wird die sog. Rückführungsregelung ausgeführt, um das Bild durch Verstellen der vorstehend genannten optischen Korrekturelemente entsprechend den Informationen über die Ermittlungsergebnisse abzulenken.
Im Falle der Einrichtung dieser Art wird als optische Bildablenkvorrichtung ein Prisma verwendet, dessen Scheitelwinkel veränderbar ist. Zum Verstellen des Prismas wird ein Motor verwendet. Das Ablenkungsausmaß des Bildes wird folgendermaßen ermittelt: Es werden miteinander die Bilder von mindestens zwei Fernsehkamera-Bildflächen mit einer Zeitdifferenz zwischen diesen verglichen. Die Ablenkung des Prismas mit dem veränderbaren Scheitelwinkel wird dann auf die Weise gesteuert, daß die zwischen den beiden verglichenen Bildern auftretende Versetzung verringert wird, so daß die Bilder immer in einem Koinzidenzzustand gehalten werden können. Falls ferner dem aufzunehmenden Objekt nachgeführt wird oder das Objekt sich bewegt, wird das Prisma mit dem veränderbaren Scheitelwinkel derart verstellt, daß das Ausmaß der Lageänderung des Objektbilds in der Bildfläche verringert wird. Falls das Bild durch eine durch irgendetwas verursachte Erschütterung der Kamera verwackelt ist, wird das Bild dadurch stabilisiert, daß das Prisma mit dem veränderbaren Scheitelwinkel auf gleiche Weise wie im Falle des Nachführens mit dem Objekt verstellt wird, um das Ausmaß der Lageänderung des Objektbilds zu verringern. Daher wird somit in diesen Fällen die Steuerung faktisch auf die gleiche Weise ausgeführt.
Für die Fernsehkamera oder dergleichen wird jedoch im allgemeinen ein Zeilensprungverfahren angewandt. Im Falle der Fernsehkamera nach dem NTSC-System wird für jede Periode von 1/60 s (Halbbildperiode) eine Bildfläche ausgebildet und übertragen. Falls für das Ermitteln des Zustands des mit einer solchen Fernsehkamera erhaltenen Bildes das Rückführungsregelverfahren angewandt wird, bestehen die Daten des Rückführungssystems aus Momentanwerten, die in Abständen von mindestens 1/60 s verteilt sind. Darüberhinaus ist der Rückführungsvorgang um einen für einen Ermittlungsprozeß benötigten Zeitabschnitt zusätzlich eines für die Bildflächenübertragung benötigten Zeitabschnitts (von ungefähr 1/60 s) verzögert. Das Steuerausgangssignal der Einrichtung ist daher für irgendeine schnelle Bewegung des Objekts instabil. Die Ansprechcharakteristik der Einrichtung ist schlecht. Falls der für das Verstellen des optischen Korrekturelements verwendete Motor eine gute Anlaufcharakteristik hat, tendiert ein Rückkopplungskoeffizient von über "1" dazu, Schwingungen zu verursachen. Ein weiterer Mangel der Einrichtung nach dem Stand der Technik besteht in einem schlechten Frequenzgang. Diese Probleme entstammen dem Umstand, daß die Steuerung unter Anwendung des Steuerungsalgorithmus für ein kontinuierliches Zeitsystem ausgeführt wird, während die Abfrage durch die Detektoreinrichtung eine streuende Zeitverzögerung hat.
Weiterhin wurde ein Gerät vorgeschlagen, das eine Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung für in einer Bildfläche erscheinende Objekte verwendet und das zum Nachführen mit einem sich bewegenden Objekt und zum kontinuierlichen Steuern zu einer genauen automatischen Scharfeinstellung und einer genauen automatischen Belichtungssteuerung gestaltet ist. Geräte dieser Art sind beispielsweise in den US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 737 163, eingereicht am 23. Mai 1985, 106 427, eingereicht am 8. Oktober 1987, 154 078, eingereicht am 9. Februar 1988, 237 511, eingereicht am 26. August 1988, 240 915, eingereicht am 6. September 1988, 258 692, eingereicht am 17. Oktober 1988 und 264 204, eingereicht am 28. Oktober 1988 offenbart. Gemäß den vorangehenden Ausführungen ist es jedoch schwierig, auf genaue Weise eine Unterscheidung zwischen der Bewegung allein eines Objekt in einem Teil der Bildfläche und der durch die Bewegung der Kamera verursachten Bewegung der ganzen Bildfläche zu unterscheiden. Entsprechend dem vorangehend genannten, in der JP-OS 61-248681 offenbarten Verfahren würde der Genauigkeitsgrad geringer sein, wenn kein Helligkeitsunterschied vorliegen würde, da bei dem Verfahren ein Unterschied hinsichtlich der Helligkeit zwischen dem Hintergrund und dem aufzunehmenden Objekt genutzt wird. Ferner wird es bei dem in dem vorangehend genannten "Technical Report" der Television Society beschriebenen Verfahren schwierig, auf genaue Weise die Bereiche zu bestimmen, falls sich eine Vielzahl von Objekten bewegt. D.h., jedes der Verfahren nach dem Stand der Technik hat sowohl einen Nachteil als auch seinen Vorteil. Daher ist es mit diesen entsprechend diesen Verfahren in eine kompakte Videokamera eingebauten Bildverwackelungs- Detektoreinrichtungen nach dem Stand der Technik nicht möglich, auf angemessene Weise jedweden Abbildungsbedingungen zu genügen.
Bezüglich der Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung dieser Art wurden weitere Beispiele in der am 25. April 1986 eingereichten US-Patentanmeldung Seriennr. 855 732, der am 30. Juni 1986 eingereichten US-Patentanmeldung Seriennr. 880 152 und so weiter beschrieben. Diese Patentanmeldungen offenbaren eine Bildstabilisierungskamera, die dazu gestaltet ist, die optische Achse des Objektivsystems durch Ermitteln einer Bildverwackelung aus der Randkomponente des Bildes eines aufzunehmenden Objekts zu korrigieren, sowie eine Anordnung zum Erkennen eines Bildes durch ein Histogramm, das die Verteilung der Bildmerkmale darstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist hinsichtlich ihrer verschiedenen Aspekte in den anliegenden Patentansprüchen definiert.
Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen hierfür in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung, die eine Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung zeigt, welche erfindungsgemäß als ein erstes Ausführungsbeispiel hierfür gestaltet ist und in einem Zustand der Verwendung bei einem in eine Kamera eingebauten Videobandgerät dargestellt ist. Fig. 2 ist eine Blockdarstellung der inneren Gestaltung der Bildverwackelungs-Detektorschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Randdetektorschaltung, die in der Bildverwackelungs- Detektorschaltung enthalten ist. Fig. 4(a) und 4(b) veranschaulichen einen auf einer Bildaufnahmefläche vorgesehenen Verwackelungs-Ermittlungsbereich. Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Algorithmus für den Bildverwackelungs-Erfassungs- und Korrekturvorgang veranschaulicht.
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung den Algorithmus für den Bildverwackelungs-Erfassungs- und Korrekturvorgang zeigt.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung den Algorithmus für den Bildverwackelungs-Erfassungs- und Korrekturvorgang zeigt. Fig. 8 veranschaulicht ein Verfahren für das Erfassen einer in einem Bild auftretenden Verwackelung.
Fig. 9 ist eine Blockdarstellung einer als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung gestalteten Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung. Die Einrichtung ist in einem Zustand dargestellt, bei dem sie in einer Kamera mit Bildstabilisierung verwendet ist. Fig. 10(a) bis 10(c) und 11(a) bis 11(c) sind Zeitdiagramme, die die Gestaltung und die Funktion einer in der erfindungsgemäßen Bildverwackelungs-Detektorschaltung enthaltenen Schaltimpuls-Generatorschaltung veranschaulichen. Fig. 12(a) bis 12(f) sind ein Zeitdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Bildverwackelung in vertikaler Richtung. Fig. 13(a) und 13(b) veranschaulichen eine Anordnung zum Erfassen eines Bereichs, in dem eine Bewegung auftritt, innerhalb einer Bildaufnahmefläche und eine Steuerung der Empfindlichkeit bei der Verwackelungs-Erfassung.
Fig. 14 ist eine Blockdarstellung einer Steuereinrichtung eines optischen Bildaufnahmesystems, das gemäß der Erfindung als fünftes Ausführungsbeispiel hierfür gestaltet ist. Fig. 15 ist eine Blockdarstellung eines wesentlichen Teils des in Fig. 14 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels. Fig. 16 ist eine grafische Darstellung, die die Nachführcharakteristik dieser Steuereinrichtung zeigt. Fig. 17 ist eine grafische Darstellung, die das Ergebnis einer Simulation des Nachführvorgangs der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zeigt, der mit der tatsächlich in einem Rückführungsregelsystem eingesetzten Einrichtung erzielt wird.
Fig. 18 ist eine Blockdarstellung einer Steuereinrichtung, die gemäß der Erfindung als sechstes Ausführungsbeispiel hierfür gestaltet ist. Fig. 19 ist eine Blockdarstellung einer Steuereinrichtung, die als siebentes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gestaltet ist und die in einem Zustand der Anwendung in einem Montageroboter dargestellt ist.
Fig. 20 ist eine Blockdarstellung, die die Gestaltung einer Videokamera zeigt, in der die Erfindung als achtes Ausführungsbeispiel hiervon angewandt ist. Fig. 21(a) bis 21(d) und 22(a) bis 22(c) veranschaulichen Prozeduren, die durch das achte Ausführungsbeispiel für Bestimmungsbereiche auszuführen sind.
Fig. 23 ist eine Blockdarstellung einer automatischen Fokussiereinrichtung, die gemäß der Erfindung als neuntes Ausführungsbeispiel hierfür gestaltet ist.
Fig. 24 ist eine Darstellung eines Vorgangs, der zum Bestimmen eines Entfernungsmeßbereichs entsprechend einem Lichtweg ausgeführt wird. Fig. 25 ist eine Darstellung der Art des Lichtweges. Fig. 26 ist eine Darstellung eines Vorgangs, der zum Entscheiden eines Neubeginns durch das Ermitteln einer Bewegung eines Objekts innerhalb des Entfernungsmeßbereichs ausgeführt wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen Bildverwackelungs-Detektoreinrichtungen als jeweilige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine Videokamera, in der eine erfindungsgemäß gestaltete Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel hierfür verwendet ist. Das erste Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kameraerschütterung niemals fälschlich als eine Bewegung eines aufzunehmenden Objekts erfaßt wird. Eine Schwenkbewegung der Kamera wird ebenso niemals fälschlich als eine Bewegung des Objekts erfaßt. Die Einrichtung erlaubt daher eine wirkungsvolle Korrektur einer Kameraerschütterung.
Im Falle der Fig. 1 ist die Erfindung bei einem in eine Kamera eingebauten Videobandgerät angewandt, dessen Gestaltung in Grundzügen in einer Blockdarstellung gezeigt ist. Gemäß Fig. 1 ist ein Prisma 1 mit veränderbarem Scheitelwinkel dadurch gebildet, daß ein Zwischenraum zwischen zwei parallelen flachen Glasplatten mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und der gefüllte Zwischenraum mit irgendetwas wie einem Gummibalg abgedichtet ist. Der Scheitelwinkel des Prismas 1 ist somit bei einer Korrektur einer Bildverwackelung veränderbar. Die Wackelbewegung eines optischen Bilds kann in irgendeiner beliebigen Richtung dadurch korrigiert werden, daß durch Aufbringen einer Belastung an einem bestimmten Umfangsteil des Prismas 1 mittels eines Prismenverstellteils 8 die optische Achse des Prismas nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts geschwenkt wird. Ein Aufnahmeobjektiv 11 bildet ein optisches Fotoaufnahme- oder Bildaufnahmesystem in Verbindung mit dem Prisma 1 mit veränderbarem Scheitelwinkel. Ein Bildsensor 2, der aus einem fotoelektrischen Wandlerelement wie einer Ladungskopplungsvorrichtung oder dergleichen gebildet ist, ist zum Umsetzen eines auf der fotoelektrischen Wandlerfläche desselben geformten Objektbilds in ein dem Objektbild entsprechendes elektrisches Signal gestaltet. Eine Kamerasignal-Verarbeitungsschaltung 3 besteht aus einer Verstärkerschaltung, einer Matrixschaltung, einer Gammakorrekturschaltung, einem Codierer usw. und setzt ein aus dem Bildsensor 2 empfangenes Signal in ein Helligkeitssignal und ein Trägerchrominanzsignal um. Eine VTR-Signal-Prozessorschaltung 4 ist zur Frequenzmodulation des Helligkeitssignals, zur Niedrigbandumsetzung des Trägerchrominanzsignals und dann zur Ausgabe dieser verarbeiteten Signale im Multiplex gestaltet. Ein Magnetkopf 5 zeichnet ein von der VTR-Signal-Prozessorschaltung 4 abgegebenes Videosignal auf einem Magnetband 6 auf. Eine Taktimpulsgeneratorschaltung 7 erzeugt Taktimpulse für die Ansteuerung des Bildsensors 2 und speist ferner eine Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9 mit Zeitsteuersignalen verschiedener Art. Die Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9 ermittelt ein Verwackeln des Bilds und führt dem Prismenverstellungsteil 8 ein Bildverwackelungs- Korrektursignal zu, wie es im weiteren nachfolgend beschrieben wird. Ein Bedienungsteil 10 ist mit verschiedenen Bedienungsschaltern einschließlich eines Schalters für das Wählen einer Bildverwackelungskorrektur- Betriebsart gemäß der nachfolgenden näheren Beschreibung versehen.
Zu den in dem Bedienungsteil 10 angeordneten Schaltern zählen ein Schalter SW1, der zum Wählen des Ein- oder Ausschaltens eines Bildverwackelungs-Ermittlungs- und Korrekturvorgangs dient, und ein Schalter SW2, der zum Wählen einer der folgenden Betriebsarten dient: Einer Betriebsart 1, bei der ein Bildverwackelungs- Ermittlungsbereich A1 gewählt wird, einer Betriebsart 2, bei der ein Ermittlungsbereich A2 gewählt wird, einer Betriebsart 3, bei der automatisch der Ermittlungsbereich A1 oder A2 eingestellt wird, oder einer Betriebsart 4, bei der automatisch die Ermittlungsbereiche A1 und A2 eingestellt werden und automatisch ein Bildverwackelungs- Ermittlungsvorgang ein- und ausgeschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung arbeitet zu einem dem Zustand eines Objektbilds angemessenen Erfassen einer Bildverwackelung nach einem Prinzip, das nachstehend beschrieben wird:
Gemäß Fig. 4(a) und 4(b) ist die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung dazu geeignet, eine Bildversetzung zu ermitteln, die entweder in dem Ermittlungsbereich A1 auftritt, der innerhalb eines Erfassungsrahmens A liegt, oder in dem Ermittlungsbereich A2, der den Rahmen A umgibt.
Die Fig. 4(a) zeigt einen Fall, bei dem ein Bild unter Erfassung eines Objekts in dem Ermittlungsbereich A1 im mittigen Teil der Bildaufnahmefläche 100 und Festlegen des Hintergrunds aufgenommen ist. In diesem Fall wird die Bildversetzung, nämlich eine Bildverwackelung durch ein Videosignal ermittelt, das dem Bild des festliegenden Hintergrunds in dem peripheren Ermittlungsbereich A2 entspricht, unter Außerachtlassung des Objekts, das sich in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche 100 und um diesen herum frei bewegen darf.
Im Falle der Fig. 4(b) wird die Kamera einem Objekt nachgeführt, um es immer in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche 100 zu halten, während sich das Objekt mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit bewegt. In diesem Fall ist das sich bewegende Objekt nahezu in dem mittigen Ermittlungsbereich A1 in bezug auf die Bildaufnahmefläche 100 festgelegt. Währenddessen läuft der Hintergrund des Objekts ab. Daher wird das Verwackeln des Bilds durch ein Videosignal ermittelt, das dem in dem mittigen Ermittlungsbereich A1 erhaltenen Bild entspricht. Falls jedoch das Bild der ganzen Bildaufnahmefläche 100 abläuft, wird keine Bildverwackelungsermittlung ausgeführt.
Der Bedienungsteil 10 ermöglicht es der Bedienungsperson, die Kamera durch manuelles Betätigen der Betriebsartwählschalter SW1 und SW2 auf eine gewünschte Betriebsart einzustellen. Es ist jedoch auch möglich, die Betriebsarteinstellung automatisch auszuführen, was nachfolgend beschrieben wird.
Die Fig. 2 zeigt die innere Gestaltung der Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9. Gemäß Fig. 2 ist eine A/D-Umsetzschaltung 91 dazu gestaltet, das von der Kamerasignal-Verarbeitungsschaltung 3 abgegebene Helligkeitssignal in ein digitales Signal umzusetzen. In diesem Fall muß zum Reproduzieren des Helligkeitssignals ohne Verschlechterung die A/D-Umsetzung nicht mit einem hohen Genauigkeitsgrad ausgeführt werden. Sie kann lediglich bis zu einem Bildmusterungsgrad ausgeführt werden, sofern sie die Ermittlung einer Bildbewegung zuläßt. D.h., die A/D- Umsetzung kann mit einer verhältnismäßig groben Abtastfrequenz mit einer Bitanzahl für eine verhältnismäßig grobe Quantisierung bewerkstelligt werden. Eine Randdetektorschaltung 92 ist dazu gestaltet, den Randteil des auf der Bildaufnahmefläche 100 geformten Bildes zu erfassen. Die Schaltung 92 besteht beispielsweise gemäß Fig. 3 aus einer Verzögerungsschaltung 92a, die eine Verzögerungszeit hat, welche einigen durch die A/D- Umsetzschaltung 91 erhaltenen Abtastungen entspricht, und einer Subtraktionsschaltung 92b. Von dem eingegebenen Helligkeitssignal, das in ein digitales Signal umgesetzt wurde, wird ein durch Verzögern des eingegebenen Helligkeitssignals erhaltenes verzögertes Helligkeitssignal subtrahiert. Diese Gestaltung ermöglicht es, daß die Randdetektorschaltung 92 auf angemessene Weise irgendeinen Randteil des Objektbilds erfaßt, der sich plötzlich ändert. Diese Randdetektorschaltung 92 ist für das automatische Wählen entweder des Erfassungsbereichs A1 oder des Erfassungsbereichs A2 vorgesehen, wie es nachfolgend weiter beschrieben wird. Das für die Randdetektorschaltung 92 angewandte Verfahren kann durch irgendein anderes Verfahren ersetzt werden, sofern durch dieses andere Verfahren eine Hochfrequenzkomponente oder der Bildschärfegrad ausgedrückt werden kann. Ein Schaltglied 93 arbeitet unter Steuerung durch ein aus einem Steuerungs-Mikrocomputer 97 kommendes Steuersignal. Das Schaltglied 93 ist derart gestaltet, daß es selektiv entweder ein Videosignal, das dem mittigen Erfassungsbereich A1 der Bildaufnahmefläche 100 entspricht, oder ein Videosignal durchläßt, das dem peripheren Erfassungsbereich A2 der Bildaufnahmefläche 100 entspricht. Eine Integrierschaltung 94 ist dazu gestaltet, über eine Halbbildperiode das von dem Schaltglied 93 durchgelassene Videosignal (Helligkeitssignal) zu integrieren. Ein Speicher 95 ist zum Speichern eines Halbbildperiodenabschnitts des Ausgangssignals der A/D-Umsetzschaltung 91 ausgelegt. Ein Speicheransteuerungteil 96 ist zum Erzeugen eines Schreib/Lese-Taktimpulssignals und einer Adresse für das Einschreiben in den Speicher 95 oder das Auslesen aus diesem unter Steuerung durch den Steuerungs-Mikrocomputer 97 gestaltet.
Gemäß Fig. 8 führt die Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9, die das Videosignal verwendet, einen Verwackelungs- Ermittlungsvorgang auf eine nachstehend beschriebene Art und Weise aus:
In Fig. 8 ist mit 20 eine Bildaufnahmefläche bezeichnet. Mit 21 und 22 sind die Lagen von Objekten bezeichnet, die zu einem bestimmten Zeitpunkt erhalten werden. Mit H ist ein Histogramm bezeichnet, das in horizontaler Richtung aus dem Pegel des der A/D-Umsetzung unterzogenen Helligkeitssignals erzielt ist, welches zum gleichen Zeitpunkt erhalten wird. Mit V ist ein Histogramm bezeichnet, das in der vertikalen Richtung aus dem Pegel des der A/D-Umsetzung unterzogenen Helligkeitssignals erzielt ist, das gleichfalls zum gleichen Zeitpunkt erhalten wird. Ferner sind mit 21' und 22' die Lagen der Objekte 21 und 22 nach dem Ablauf einer bestimmten Zeitdauer bezeichnet. Mit H' und V' sind Histogramme bezeichnet, die jeweils aufgrund der dann in der horizontalen und der vertikalen Richtung erhaltenen Helligkeitssignalpegel-Verteilung ermittelt sind. Die Lagen der Schwerpunkte SH, SV, SH' und SV' in der horizontalen und vertikalen Richtung werden jeweils aus den Histogrammen für die verschiedenen Zeitpunkte erhalten. Aus der während des Zeitablaufs auftretenden Verschiebung eines jeden Schwerpunktes werden dann Bewegungsvektoren und berechnet. Danach wird ein zusammengesetzter Vektor folgendermaßen berechnet: Vektor = + . Dieser zusammengesetzte Vektor stellt die Bewegung der ganzen Bildfläche dar, wobei somit die Richtung und das Ausmaß einer aufgetretenen Verwackelung gezeigt ist.
Die Funktion der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung ist die nachstehend beschriebene: Über das Prisma 1 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel wird auf der Abbildungsfläche des Bildsensors 2 einfallendes Licht abgebildet, das ein aufzunehmendes Bild darstellt. Das Bild wird fotoelektrisch umgesetzt und als Videosignal abgegeben. Das auf diese Weise von dem Bildsensor 2 abgegebene Videosignal wird durch die Kamerasignal-Verarbeitungsschaltung 3 und die VTR-Signal- Verarbeitungsschaltung 4 verarbeitet. Das verarbeitete Signal wird dem Magnetkopf 5 zum Aufzeichnen auf dem Magnetband 6 zugeführt. Ferner wird das von der Kamerasignal-Verarbeitungsschaltung 3 abgegebene Helligkeitssignal der Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9 zugeführt. In der Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9, die gemäß der Darstellung in Fig. 2 gestaltet ist, wird das eingegebene Videosignal mittels der A/D-Umsetzschaltung 91 in einem bestimmten Zyklus für das Umsetzen in ein digitales Signal abgefragt. Das auf diese Weise erhaltene digitale Signal wird der Randdetektorschaltung 92 zugeführt, um einen Randteil des Bildes zu erhalten, nämlich einen durch die Schaltung 92 erfaßten Teil, der eine plötzliche Pegeländerung zeigt. Währenddessen wird das digitale Signal auch dem Speicher 95 zugeführt, um dort die Daten für ein Halbbild zu speichern.
Ein von der Randdetektorschaltung 92 abgegebenes Randsignal wird dem Schaltglied 93 zugeführt. Der Steuerungs- Mikrocomputer 97 greift dann nur einen Teilabschnitt des Randsignals heraus, welcher entweder den Erfassungsbereich A1 oder den Erfassungsbereich A2 darstellt, der entsprechend dem Zustand des Bilds gemäß Fig. 4(a) oder 4(b) gewählt ist. Das auf diese Weise herausgegriffene Signal wird über eine Halbbildperiode integriert. Das integrierte Signal wird dann dem Steuerungs-Mikrocomputer 97 zugeführt. Währenddessen werden durch den Speicher 95 die Daten gespeichert, die durch A/D-Umsetzung eines einzelnen Bildflächenteils des Helligkeitssignals erhalten werden. Die auf diese Weise gespeicherte Bildinformation wird dann dem Steuerungs- Mikrocomputer 97 zugeführt.
Der Steuerungs-Mikrocomputer 97 wählt durch das Steuern des Schaltglieds 93 den Erfassungsbereich A1 oder den Erfassungsbereich A2. Die integrierten Randwerte der Erfassungsbereiche werden miteinander verglichen, um zu ermitteln, welcher von diesen einen größeren integrierten Wert hat. Dann werden die Helligkeitssignaldaten, die dem auf diese Weise bestimmten Bereich entsprechen und die in dem Speicher 95 gespeichert sind, zum Herstellen von Histogrammen für die horizontale und die vertikale Richtung auf die vorangehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschriebene Weise aus dem Speicher 95 ausgelesen. Aus den Histogrammen wird der Schwerpunkt des auf der Bildaufnahmefläche geformten Bildes berechnet und ermittelt. Der auf diese Weise ermittelte Schwerpunkt wird dann mit einem anderen Schwerpunkt verglichen, der aus dem Bild auf der Bildaufnahmefläche nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer ermittelt wird. Dadurch wird durch Berechnung ein Bewegungsvektor G ermittelt, der das Ausmaß und die Richtung einer Bildversetzung, nämlich einer Bildverwackelung anzeigt, die während des Ablaufs der Zeit aufgetreten ist. Die Daten für diesen Vektor G werden dann dem Prismenverstellteil 8 zugeführt. Entsprechend den Daten verändert der Prismenverstellteil 8 den Scheitelwinkel des Prismas 1 in der Weise, daß das Ausmaß und die Richtung der Bildversetzung kompensiert werden. Auf diese Weise kann eine Korrektur der Bildverwackelung oder Versetzung herbeigeführt werden.
Die Fig. 5 veranschaulicht einen Algorithmus, der auszuführen ist, wenn die Bedienungsperson unter Beobachtung der Bildaufnahmefläche den Bedienungsteil 10 der erfindungsgemäßen Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung zum manuellen Wählen des Verwackelungs-Erfassungsbereichs A1 oder A2 betätigt (Wahl zwischen den Betriebsarten 1 und 2). Gemäß den vorangehenden Ausführungen enthält der Bedienungsteil 10 unter anderem den Schalter SW1, der das Beginnen oder Beenden eines automatischen Verwackelungs- Ermittlungs- und Korrekturvorgangs bewirkt, und den Betriebsartwählschalter SW2, der das manuelle wählen entweder des Erfassungsbereichs A1 oder des Erfassungsbereichs A2 ermöglicht.
Gemäß Fig. 5 wird zuerst bei einem Schritt S1 der Schalter SW1 geprüft, um zu ermitteln, ob er eingeschaltet wurde. Falls nicht, schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt S2 weiter. Bei dem Schritt S2 wird die Bildverwackelungs- Detektorschaltung 9 abgeschaltet und der Ablauf kehrt gann zu dem Schritt S1 zurück. Falls bei dem Schritt S1 ermittelt wird, daß der Schalter SW1 eingeschaltet ist, schreitet der Ablauf zu einem Schritt S3 weiter. Schritt S3: Der Schalter SW2 wird geprüft, um zu ermitteln, ob der mittige Erfassungsbereich A1 oder der periphere Erfassungsbereich A2 der Bildaufnahmefläche 100 gewählt ist. Falls ermittelt wird, daß der periphere Erfassungsbereich A2 gewählt wurde, gelangt der Ablauf zu einem Schritt S4. Schritt S4: Der Steuerungs-Mikrocomputer 97 liest aus dem Speicher 95 die Helligkeitssignaldaten für den in Fig. 4(a) gezeigten Erfassungsbereich A2 aus, um das horizontale und das vertikale Histogramm gemäß Fig. 8 zu erstellen, und berechnet die Schwerpunkte SH2 und SV2. Danach schreitet der Ablauf zu einem Schritt S5 weiter. Schritt S5: Zum Ermitteln irgendeiner Differenz werden die Schwerpunkte SH2 und SV2 durch Berechnen mit Schwerpunkten SH2" und SV2" verglichen, die um eine bestimmte Periode vorher ermittelt wurden. Es wird ein Vektor analysiert, der irgendeine Veränderung hinsichtlich der Schwerpunkte darstellt. Der Ablauf gelangt dann zu einem Schritt S6. Schritt S6: Dem Prismenverstellteil 8 werden Bildverwackelungs-Korrekturdaten zugeführt, die durch das Analysieren des Vektors ermittelt wurden. Schritt S7: Durch Steuern des vertikalen Winkels des Prismas 1 gemäß den zugeführten Daten wird das Prisma 1 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel derart verstellt, daß dessen optische Achse in der Richtung zum Kompensieren der Bildversetzung eingestellt wird. Diese Schritte sind für einen Fall geeignet, bei dem ein Bild durch Einfangen eines Hauptobjekts in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche bei festliegendem Hintergrund des Objekts aufgenommen wird. Eine Bildverwackelung kann in bezug auf den Hintergrund erfaßt werden und das Prisma kann die Bildverwackelung korrigieren.
Auf die Beendigung der Korrektur hin schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt S8 weiter. Schritt S8: Die bis dahin gespeicherten Schwerpunktwerte SH2" und SV2" werden durch die horizontalen und vertikalen Schwerpunktwerte SH2 und SV2 ersetzt, so daß bis zu einem nächsten Ermittlungsvorgang die Werte SH2 und SV2 gespeichert sind. Der Ablauf kehrt dann zu dem Schritt S1 zurück.
Falls bei dem Schritt S3 ermittelt wird, daß der mittige Erfassungsbereich A1 der Bildaufnahmefläche gewählt wurde, was anzeigt, daß sich das Objekt gemäß Fig. 4(b) mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit bewegt und daß die Kamera dem Objekt nachgeführt wird, wobei das Bild ungefähr in dem mittigen Erfassungsbereich A1 gehalten wird, gelangt der Ablauf zu einem Schritt S9 für das Ermitteln einer Bildverwackelung in bezug auf das Objekt. Schritt S9: Der Steuerungs-Mikrocomputer 97 liest aus dem Speicher 95 die Helligkeitssignaldaten für den Erfassungsbereich A2 aus, der in Fig. 4(b) gezeigt ist. Gemäß Fig. 8 werden die Histogramme für die horizontale und die vertikale Richtung erstellt. Aus den Histogrammen werden die Schwerpunkte SH1 und SV1 für das Bild ermittelt. Schritt S10: Dann werden wie bei den Schritten S5 bis S7 die Schwerpunktwerte SH1 und SV1 mit den vorangehenden Schwerpunktwerten SH1" und SV1" verglichen, die beispielsweise für ein unmittelbar vorangehendes Halbbild ermittelt wurden. Schritt S11: Die auf diese Weise erhaltenen Informationen über das Ausmaß und die Richtung der Bildverwackelung werden dem Prismenverstellteil 8 zugeführt. Schritt S12: Die optische Achse des Prismas 1 wird zur Korrektur der Bildverwackelung verstellt. Danach gelangt der Ablauf zu einem Schritt S13. Schritt S13: Die Schwerpunktwerte SH1 und SV1 für die gegenwärtige Bildfläche werden anstelle der vorangehenden Schwerpunktwerte SH1" und SV1" gespeichert und dann kehrt der Ablauf zu dem Schritt S1 zurück.
Mit diesen wiederholt ausgeführten Schritten kann die Bildverwackelungskorrektur bezüglich des von der Bedienungsperson manuell gewählten Erfassungsbereichs bewerkstelligt werden.
Während im Falle des vorstehend beschriebenen Betriebsablaufs der Verwackelungs-Erfassungsbereich A1 oder A2 durch die Bedienungsperson manuell gewählt wird, kann erfindungsgemäß der Erfassungsbereich automatisch gewählt werden. Das Ausführungsbeispiel wählt automatisch mittels der Randdetektorschaltung 92, des Schaltglieds 93 und der Integrierschaltung 94 entsprechend dem Zustand des aufzunehmenden Objekts den Erfassungsbereich für das Ermitteln einer Größe einer Bildverwackelung, die innerhalb der Bildaufnahmefläche stattfindet.
Gemäß Fig. 6, die ein Ablaufdiagramm ist, arbeitet im vorstehend genannten Fall das Ausführungsbeispiel folgendermaßen: Zum automatischen Einstellen des Verwackelungs-Erfassungsbereichs A1 oder A2 der Bildaufnahmefläche werden die Schalter SW1 und SW2 des Bedienungsteils 10 zum Wählen der Betriebsart 3 betätigt, bei der die Vorgänge für das Erfassen der Bildverwackelung und das Einstellen des Erfassungsbereichs automatisch ausgeführt werden können.
Bei einem Schritt S21 nach Fig. 6 wird von dem in der Bildverwackelungs-Detektorschaltung 9 vorgesehenen Steuerungs-Mikrocomputer 97 das Schaltglied 93 gesteuert und bewirkt, daß nur das Signal für den Erfassungsbereich A2 durchgelassen wird, der außerhalb des Erfassungsrahmens A auf der Bildaufnahmefläche 100 eingestellt ist. Infolgedessen werden von der Randdetektorschaltung 92 der Integrierschaltung 94 die Randinformationen über den Erfassungsbereich A2 zugeführt. Dann wird ein durch den Integriervorgang der Integrierschaltung 94 erhaltener Randintegrationswert dem Steuerungs-Mikrocomputer 97 zugeführt und als Datenwert F2 gespeichert. Der Betriebsablauf schreitet dann zu einem Schritt S22 weiter. Schritt S22: Das Schaltglied 93 wird gesteuert und bewirkt, daß das Signal für den Erfassungsbereich A1 durchgelassen wird, der innerhalb des Erfassungsrahmens A der Bildaufnahmefläche liegt. Dann wird gleichfalls ein Randintegrationswert für den Erfassungsbereich A1 aus der Integrierschaltung 94 dem Mikrocomputer 97 als Datenwert F1 zugeführt. Schritt S23: Die Randintegrationswerte für die Erfassungsbereiche A1 und A2, die innerhalb und außerhalb des Erfassungsrahmens A eingestellt sind, werden miteinander durch einen Datenrechenvorgang "F2 - F1" verglichen, um zu ermitteln, ob das Rechenergebnis nicht kleiner als "0" ist. D.h., es wird ermittelt, welcher der beiden Bereiche einen größeren Bildanteil hat, der wirkungsvoll für die Bildverwackelungsermittlung nutzbar ist. Falls die Erfassungsbereiche A1 und A2 hinsichtlich der Größe voneinander verschieden sind, können die Randintegrationswerte für diese nicht auf Gleichheitsbasis verglichen werden. In diesem Fall wird entsprechend dem Größenunterschied zwischen den beiden Erfassungsbereichen auf geeignete Weise irgendein Normalisier- oder Gewichtungprozeß ausgeführt.
Falls bei dem Schritt S23 als Ergebnis des Vergleichs zwischen den Datenwerten F2 und F1 (F2 - F1) ≥ 0 ermittelt wird, was anzeigt, daß der Randintegrationswert für den Erfassungsbereich A2 entweder größer als der oder gleich dem für den Erfassungsbereich A1 ist, schreitet der Ablauf zu einem Schritt S24 weiter. Bei dem Schritt S24 wird der Erfassungsbereich A2 gewählt. Dann werden die dem Erfassungsbereich A2 entsprechenden, in dem Speicher 95 gespeicherten Bilddaten entnommen und dem Steuerungs- Mikrocomputer 97 zugeführt. Danach werden die nachfolgenden Schritte S24 bis S28 auf die gleiche Weise wie im Falle der Schritte S4 bis S8 des Ablaufdiagramms in Fig. 5 ausgeführt, um die Schwerpunktswerte SH2 und SV2 für das in dem Erfassungsbereich A2 erhaltene Bild zu ermitteln, durch Vergleichen der Werte SH2 und SV2 mit den gespeicherten vorherigen Werten SH2" und SV2" das Verwackelungsausmaß zu berechnen, einen Bewegungsvektor zu ermitteln und die Informationen über das Ausmaß und der Richtung der Verwackelung dem Prismenverstellteil 8 zuzuführen. Der Prismenverstellteil 8 verändert dann den Scheitelwinkel des Prismas 1 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel zum Korrigieren und Einstellen der optischen Achsen desselben in der Richtung zum Kompensieren der aufgetretenen Bildverwackelung. Nach beendeter Korrektur des Prismas 1 werden die Schwerpunktwerte SH2 und SV2 als neue Werte zur Verwendung für einen nächsten Ermittlungsprozeß gespeichert.
Falls bei dem Schritt S23 das Ergebnis der Berechnung an den Daten F2 und F1 als F2 - F1 < 0 festgestellt wird, was anzeigt, daß der Randintegrationswert für den Erfassungsbereich A2 kleiner als derjenige für den Erfassungsbereich A1 ist, gelangt der Ablauf zu einem Schritt S29. Bei dem Schritt S29 wird der mittige Erfassungsbereich A1 gewählt. Von dem Steuerungs- Mikrocomputer 97 werden die Bilddaten aufgenommen, die dem Erfassungsbereich A1 entsprechen und die in dem Speicher 95 gespeichert sind. Dann werden Schritte S29 bis S33 auf die gleiche Weise wie die Schritte S9 bis S13 des Ablaufdiagramms in Fig. 5 ausgeführt. D.h., bezüglich des mittigen Erfassungsbereichs A1 wird das Ausmaß der Bildverwackelung ermittelt. Das Prisma 1 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel wird derart verstellt, daß dessen optische Achse hinsichtlich der Bildverwackelung korrigiert wird. Das Ausführungsbeispiel ist somit dazu gestaltet, die Randintegrationswerte für die Erfassungsbereiche A1 und A2 miteinander zu vergleichen, automatisch denjenigen dieser Bereiche zu wählen, der ein größeres Ausmaß an Randkomponenten enthält, die für das Ermitteln des Ausmaßes der Bildversetzung erforderlich sind, und das Ausmaß der Bildverwackelung unter einer derartigen Bedingung zu erfassen, daß eine höhere Ermittlungsgenauigkeit gewährleistet ist.
In dem Fall gemäß Fig. 4(a) bewegt sich ein aufzunehmendes Hauptobjekt in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche gegenüber einem feststehenden Hintergrund. In diesem Fall sind die Hochfrequenzkomponente und die Randkomponente des Bildsignals größtenteils aus dem Hintergrund zu erfassen. Der Hintergrund gibt in diesem Fall einen größeren Randintegrationswert. Die Fig. 4(b) zeigt den anderen Fall, bei dem das Objekt innerhalb des mittigen Erfassungsbereichs gegenüber dem laufenden Hintergrund festgehalten wird. In diesem Fall wird der Randintegrationswert des mittigen Erfassungsbereichs größer. Das Ausführungsbeispiel wählt immer denjenigen Erfassungsbereich, der einen größeren Randintegrationswert als der andere hat, so daß eine Bildverwackelung auf genaue Weise erfaßt und mit hohem Verläßlichkeitsgrad korrigiert werden kann.
Die Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ausführungsbeispiel ist in einem Zustand des Betreibens in der Betriebsart 4 dargestellt. Die Betriebsart 4 ist derart ausgelegt, daß bei dem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem automatischen Einstellprozeß für das Einstellen eines Bildverwackelungs- Erfassungsbereichs auf automatische Weise eine Entscheidung getroffen wird, ob der Bildverwackelungs-Ermittlungsvorgang auszuführen ist. In diesem Fall wird der Schalter SW2 dazu betätigt, die Betriebsart zum automatischen Einstellen der Erfassungsbereiche A1 und A2 zu wählen und automatisch zu bewirken, daß der Bildverwackelungs-Ermittlungsprozeß beginnt oder nicht ausgeführt wird.
Bei einem Schritt S41 nach Fig. 7 wird von dem Steuerungs- Mikrocomputer 97, der in der Bildverwackelungs- Detektorschaltung 9 enthalten ist, zuerst das Schaltglied 93 gesteuert und bewirkt, daß ein Tor für den Erfassungsbereich A2 eingestellt wird. Dann wird als Datenwert F2 der Randintegrationswert für den Erfassungsbereich A2 aufgenommen. Danach schreitet der Ablauf zu einem Schritt S42 weiter. Schritt S42: Der Randintegrations-Datenwert F2 wird geprüft, um zu ermitteln, ob er größer ist als ein vorbestimmter Pegelwert TH1. Wenn dies der Fall ist, gelangt der Betriebsablauf zu Schritten S43 bis S47 für das Ausführen des Bildverwackelungs-Ermittlungsprozesses für den Erfassungsbereich A2, wobei das Prisma 1 derart verstellt wird, daß dessen optische Achse die Bildverwackelung korrigiert. Die Schritte S43 bis S47 werden auf genau die gleiche Weise ausgeführt wie die Schritte S24 bis S28 und es ist daher deren Beschreibung im folgenden weggelassen.
Falls bei dem Schritt S42 festgestellt wird, daß der Randintegrationswert F2 nicht größer als der Pegelwert TH1 ist, gelangt der Ablauf zu einem Schritt S48. Schritt S48: Der Steuerungs-Mikrocomputer 97 steuert das Schaltglied 93 und bewirkt, daß ein Tor für den Erfassungsbereich A1 eingestellt wird. Dann wird als Datenwert F1 der Randintegrationswert für den Erfassungsbereich A1 aufgenommen. Der Ablauf schreitet dann zu einem Schritt S49 weiter. Schritt S49: Der Randintegrationswert F1 wird mit einem vorbestimmten Pegelwert TH2 verglichen. Falls ermittelt wird, daß der Wert F1 größer als der Wert TH2 ist, beginnt im Ablauf das Ausführen von Schritten S51 bis S55. Bei den Schritten S51 bis S55 wird der Bildverwackelungs- Ermittlungsprozeß bezüglich des Erfassungsbereichs A1 ausgeführt. Das Prisma 1 wird derart verstellt, daß dessen optische Achse die Bildverwackelung korrigiert. Diese Schritte S51 bis S55 werden auf genau die gleiche Weise wie die Schritte S29 bis S33 des Ablaufdiagramms nach Fig. 6 ausgeführt und es sind daher Einzelheiten der Schritte bei der Beschreibung weggelassen.
Falls bei dem Schritt S49 das Ermittlungsergebnis F2 ≤ TH2 ist, schreitet der Ablauf zu einem Schritt S50 weiter, um zu dem Schritt S41 zurück zu gelangen, ohne den Bildverwackelungs-Ermittlungs- und Korrekturvorgang auszuführen.
D.h., der Bildverwackelungs-Ermittlungsvorgang wird in bezug auf den Erfassungsbereich A2 ausgeführt, wenn der aus dem Erfassungsbereich A2 erhaltene Randintegrationswert für die Bildverwackelungsermittlung ausreichend ist, oder in bezug auf den mittigen Erfassungsbereich A1, falls die in dem Erfassungsbereich A2 erhaltene Information über das Bild als unzureichend befunden wird. Ferner kann in Fällen, bei denen die Bildverwackelungsermittlung unmöglich ist oder nicht zuverlässig ausgeführt werden kann, da die für die beiden Erfassungsbereiche A2 und A1 erhaltenen Randintegrationswerte unzureichend sind, das Ausführungsbeispiel derart gesteuert werden, daß kein Bildverwackelungs-Ermittlungsvorgang ausgeführt wird. Beispielsweise ist im Falle einer Schwenkbewegung oder dergleichen der Kamera das Bild der ganzen Bildaufnahmefläche einschließlich sowohl des Hintergrunds als auch des Objektbilds im mittigen Teil der Bildaufnahmefläche fließend bzw. bewegt. Sowohl die Hochfrequenzkomponente als auch die Randkomponente werden dann geringer und auch die Randintegrationswerte sind vermindert. In diesem Fall werden die Vorgänge zum Ermitteln und Korrigieren der Bildverwackelung gesperrt.
Ferner werden auf gleichartige Weise in einem Fall, bei dem keine Verwackelungskorrektur erforderlich ist, wenn nahezu kein Bild auf der Bildaufnahmefläche ist, oder im Falle eines kontrastarmen Bilds ohne besondere Merkmale die Vorgänge für das Ermitteln und Korrigieren der Bildverwackelung nicht ausgeführt, da auch in diesem Fall die Randintegrationswerte verringert sind.
Das Ausführungsbeispiel ist dazu geeignet, bei allen Situationen die Funktion zum Ermitteln und Korrigieren der Bildverwackelung zuverlässig auszuführen. Darüberhinaus ist bei dem Ausführungsbeispiel die Betriebsart entsprechend dem Zustand des Objekts entweder von Hand oder automatisch wählbar.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung dazu ausgelegt, eine Bildverwackelung entsprechend dem Zustand des Objekts in bezug auf entweder das Bild des Objekts oder das Bild des Hintergrunds zu ermitteln und zu korrigieren, welches für die Verwackelungsermittlung besser geeignet ist. Daher ermöglicht die Einrichtung immer auf passendste Weise die Korrektur des Verwackelns in allen Fällen einschließlich eines Falls, bei dem ein Bild eines sich bewegenden Objekts unter Festlegen seiner Abbildungsstelle aufgenommen wird, und eines anderen Falls, bei dem die Kamera zum Nachführen mit dem sich bewegenden Objekt bewegt wird.
Da ferner die beschriebene Funktion unter Nutzung des Videosignals ausgeführt wird, kann das Ausführungsbeispiel in Kombination und zusammen mit anderen Funktionen gestaltet werden, einschließlich der Funktionen zur automatischen Scharfeinstellung, zur automatischen Belichtung und zur automatischen Nachführung. Das Steuern und Wählen des Erfassungsbereichs kann über das Videosignal bewerkstelligt werden, ohne auf irgendeinen zusätzlichen Sensor zurückzugreifen. Dies ist ein großer Vorteil des Ausführungsbeispiels.
Die Fig. 9 bis 13(b) betreffen eine Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung, die gemäß der Erfindung als viertes Ausführungsbeispiel derselben gestaltet ist. Das vierte Ausführungsbeispiel ist derart gestaltet, daß das Ausführen der Vorgänge zum Ermitteln und Korrigieren der Bildverwackelung in Echtzeit ermöglicht ist, ohne daß fälschlich eine Bildverwackelung der Bildaufnahmefläche als eine nur in einem Teil der Bildaufnahmefläche auftretende Bildbewegung erfaßt wird und umgekehrt. Zu diesem Zweck wird das Wackeln des Bildes von der Abweichung der Entstehungszeit eines auf der Bildfläche erscheinenden charakteristischen Punktes ausgehend ermittelt und die Erfassungsempfindlichkeit der Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung ist veränderbar und einstellbar, um die Einrichtung für alle unterschiedlichen Arten von Bildbewegung geeignet zu machen, welche in der Bildaufnahmefläche auftreten. Die Einzelheiten des vierten Ausführungsbeispiels werden nachstehend unter Bezugnahme auf die vorangehend genannten Zeichnungen beschrieben:
Die Fig. 9 ist eine Blockdarstellung, die die Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung in einem Zustand der Anwendung in einer Videokamera zeigt. Die Figur enthält ein Objekt OB, ein Prisma 101 mit veränderbarem Scheitelwinkel, ein Aufnahmeobjektiv 102, einen Bildsensor 103, der eine zweidimensionale Ladungskopplungsvorrichtung CCD oder dergleichen ist und der zum Umsetzen eines auf seiner Bildfläche durch das Aufnahmeobjektiv 102 abgebildeten Objektbilds in ein elektrisches Signal gestaltet ist, eine Signalverarbeitungsschaltung 104, die zum Ausführen von Prozessen zur Gammakorrektur, zur Ausblendung, zum Synchronisiersignalzusatz und so weiter an dem von dem Bildsensor 103 abgegebenen Bildsignal für das Umsetzen des Signals beispielsweise zu einem nach dem NTSC-System genormten Fernsehsignal, einen Videosignal-Ausgangsanschluß OUT, ein Helligkeitssignal Y, ein Horizontalsynchronisiersignal H.SYNC und ein Vertikalsynchronisiersignal V.SYNC. Eine Merkmalauszugsschaltung 105 ist zum Ermitteln eines charakteristischen Punktes des Objektbilds aus dem von der Signalverarbeitungsschaltung 104 abgegebenen Helligkeitssignal Y gestaltet. Die Schaltung 105 ist beispielsweise eine Binärcodierschaltung, die dazu gestaltet ist, z.B. ein die Randteile des Helligkeitssignals Y darstellendes binäres Signal zu erzeugen.
Eine Verzögerungsschaltung 106 ist zum Verzögern des von der Merkmalauszugsschaltung 105 abgegebenen binär codierten Randsignals um eine bestimmte Zeitdauer ausgebildet. Bereichbestimmungsschaltungen 107 und 108 sind zum Bestimmen eines Verwackelungs-Erfassungsbereich der Bildaufnahmefläche entsprechend Befehlen S1 gestaltet, die von einem Steuerungs-Mikrocomputer 128 abgegeben werden, welcher nachfolgend beschrieben wird. Eine Torimpulsgeneratorschaltung 109 ist dazu ausgelegt, ein Torimpulssignal über eine Zeitdauer zu erzeugen, während der der Ausgabezeitpunkt eines dem durch die Bereichbestimmungsschaltungen 107 und 108 bestimmten Bereich entsprechenden Signals abweicht, was eine Abweichung des charakteristischen Punktes anzeigt. Die Darstellung enthält ferner einen Quarzkristalloszillator 110, Frequenzteiler 111 und 112, die zum Teilen der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 110 gestaltet sind, eine Frequenzteilungsverhältnis-Einstellschaltung 113, die dazu gestaltet ist, entsprechend einem Steuersignal S2 aus dem Steuerungs-Mikrocomputer 128 das Frequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 112 zwischen mindestens zwei verschiedenen Frequenzteilungsverhältnissen von einem Verhältnis auf ein anderes umzuschalten, UND-Schaltungen 114 und 115 und Impulszähler 116, 117 und 118. Ein Subtrahierer 119 ist zum Ermitteln einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Impulszähler 116 und 117 gestaltet. Ein Dividierer 120 ist zum Dividieren des Ausgangssignals des Subtrahierers 119 durch das Ausgangssignal des Impulszählers 118 ausgelegt. Das Ausgangssignal des Dividierers 120 wird als eine Komponente erzeugt, die ein Ausmaß des Wackelns in einer Richtung darstellt. Ein Prismenstellmechanismus 121 enthält ein Stellglied wie ein piezoelektrisches Element oder dergleichen, das dafür vorgesehen ist, durch Verstellen des Prismas 101 den Scheitelwinkel des Prismas 101 mit dem veränderbaren Vertikalwinkel zu ändern. Eine Treiberschaltung 122 ist dazu gestaltet, den Prismenstellmechanismus 121 entsprechend der von dem Dividierer 120 abgegebenen Information über das Ausmaß des Wackelns in der Richtung zum Kompensieren des Ausmaßes des Wackelns anzusteuern.
Mit Blöcken 124 bis 127 sind Schaltungselemente dargestellt, die für das Ermitteln der Lage irgendeines Teils der Bildaufnahmefläche vorgesehen sind, der eine örtliche Bildbewegung auf der Bildaufnahmefläche enthält. Das fälschliche Erfassen irgendeiner örtlichen Bildbewegung, die auf der Bildaufnahmefläche auftritt, als Wackelbewegung der ganzen Bildaufnahmefläche kann durch diese Schaltungselemente verhindert werden, welche eine Bereichbestimmungsschaltung 124, die zum Erzeugen eines Torsignals für das Unterteilen der Bildaufnahmefläche in eine Anzahl m x n von Blöcken gemäß Fig. 13(a) und 13(b) gestaltet ist, eine Binärcodierschaltung 125, die zum Umsetzen des Helligkeitspegels eines einem jeweiligen der m x n Blöcke entsprechenden Videosignals in einen binären Wert unter Nutzung eines vorbestimmten Schwellenwertes gestaltet ist, eine Verzögerungsschaltung 126, die zum Verzögern eines einer Bildfläche entsprechenden Bildsignals, das für jeden der m x n Blöcke oder Bereiche durch die Binärcodierschaltung 125 binär umgesetzt ist, um eine Halbbildperiode ausgelegt ist, und eine Vergleichsschaltung 127, die dazu ausgelegt ist, jeden Bereich der Bildfläche des gegenwärtigen Halbbilds, das durch die Binärcodierschaltung 125 binär umgesetzt ist, mit demjenigen der um ein Halbbild vorangehenden Bildfläche zu vergleichen und eine Bewegungsbereichinformation P zu erzeugen, die die Lage irgendeines Bereichs auf der Bildfläche anzeigt, an dem eine Änderung der binären Information festgestellt wurde. Diese Information P wird dem Steuerungs-Mikrocomputer 128 zugeführt.
Der Steuerungs-Mikrocomputer 128 führt eine Gesamtsteuerung an allen Schaltungselementen einschließlich der Bereichbestimmungsschaltungen 107 und 108, der Frequenzteilungsverhältnis-Einstellschaltung 113 usw. aus. Der Computer 128 erzeugt die Steuersignale S1, S2 und S3 für das Steuern der Erzeugung von Torsignalen, die jeweils von den Bereichsbestimmungsschaltungen 107, 108 und 124 zu erzeugen sind. Das Steuersignal S2 wird entsprechend der aus der Vergleichsschaltung 127 zugeführten Bewegungsbereichinformation P (P1 und P2) erzeugt. Durch das Steuersignal S2 wird das Frequenzteilungsverhältnis der Frequenzteilungsverhältnis-Einstellschaltung 113 gesteuert.
In den Fig. 10(a) bis 10(c) zeigen Teile A bis K jeweils Signale, die an den in den verschiedenen Teilen der Fig. 9 dargestellten Signalleitungen A bis K erhalten werden. Die als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung arbeitet folgendermaßen:
Ein über das Prisma 101 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel und das Aufnahmeobjektiv 102 einfallendes optisches Bild wird durch den Bildsensor 103 in ein Bildsignal umgesetzt. Das Bildsignal, das für eine Ermittlung einer Bildverwackelung heranzuziehen ist, wird der Merkmalauszugsschaltung 105 zugeführt. Die Schaltung 105 setzt die Randinformation in diesem Signal zu einem binären Signal um. Durch die Verzögerungsschaltung 106 wird das binäre Signal um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert, bevor es der Bereichsbestimmungsschaltung 107 zugeführt wird, und zugleich ohne Verzögerung der Bereichbestimmungsschaltung 108 zugeführt. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 106 wird auf einen Wert eingestellt, der ein ganzzahliges Vielfaches einer Halbbildperiode ist. Daher ergibt die Verzögerungsschaltung 106 eine Randinformation, nämlich einen charakteristischen Punkt einer Bildfläche, die die gleiche wie die gegenwärtig gerade abgetastete Bildfläche ist, aber in einem vorbestimmten Zeitabstand vor der gegenwärtigen Bildfläche erhalten ist. Dann greifen unter Zuführen der Merkmalpunkt-Erfassungssignale, die binäre Signale sind, zu den Bereichbestimmungsschaltungen 107 und 108 die Schaltungen 107 und 108 nur diejenigen Signalteile heraus, die einem auf der Bildaufnahmefläche eingestellten Erfassungsbereich entsprechen. Die auf diese Weise herausgegriffenen Signalteile werden jeweils der Torimpulsgeneratorschaltung 109 zugeführt.
Der Verwackelungs-Erfassungsbereich wird aus folgendem Grund eingestellt: Falls der Verwackelungs-Erfassungsbereich beispielsweise nahe an einem peripheren Teil der Bildaufnahmefläche liegt, besteht die Tendenz, daß der charakteristische Punkt durch eine Bildverwackelung aus der Bildaufnahmefläche heraus gebracht wird. Bei einem solchen Zustand ist es häufig unmöglich, die beiden Halbbilder miteinander in Wechselbeziehung zu bringen. Daher wird der Bildverwackelungs-Erfassungsbereich vorzugsweise nicht in einem bestimmten Umfangsbereich (von beispielsweise einigen Prozent) der Bildaufnahmefläche eingestellt.
Im Hinblick darauf wird der Verwackelungs-Erfassungsbereich bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in Fig. 13(a) und 13(b) eingestellt. Gemäß diesen Figuren wird durch das Einstellen eines Taktsignals für die Verwackelungsgrad- Ermittlung auf "0" ein Umfangsbereich der Bildaufnahmefläche als ermittlungsfreier Bereich eingestellt, der zwei Blöcke breit ist. Die Gestaltung gemäß den Fig. 13(a) und 13(b) wird nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben.
Die Torimpulsgeneratorschaltung 109 nimmt jeweils die Ausgangssignale A und B der Bereichbestimmungsschaltung 107 bzw. 108 auf. Die Schaltung 109 untersucht eine Korrelation zwischen diesen Signalen A und B und erzeugt ein Torimpulssignal mit einer Impulsbreite, die einer Abweichungszeitdifferenz zwischen Impulsen entspricht, welche ein und dasselbe Bild darstellen. Diese Torimpulsgeneratorschaltung 109 ist dazu gestaltet, ein Impulssignal H zu erzeugen, welches erzeugt wird, wenn das Bild des gegenwärtigen Halbbildes gegenüber dem Bild eines Bezugs-Halbbildes in der Abtastrichtung abweicht, ein Impulssignal I zu erzeugen, das erzeugt wird, wenn das gegenwärtige Bild in der zu der Abtastrichtung entgegengesetzten Richtung abweicht, und ein Impulssignal E zu erzeugen, das jedesmal dann erzeugt wird, wenn während eines Abtastvorgangs ein charakteristischer Punkt des Bilds erscheint. Je länger diese Torimpulssignale H und I sind, umso größer ist das Ausmaß der Bildverwackelung. Die Torimpulsgeneratorschaltung 109 bildet das logische Produkt (UND) aus den Torimpulsen H und I und einem Taktimpuls C, der durch Frequenzteilung der Schwingungsfrequenz des Quarzkristalloszillators 110 erzeugt wird, läßt den Taktimpuls zu den Zählern 116 und 117 durch, während die Torimpulse H und I gerade erzeugt werden, mißt die Länge der Torimpulse durch Zählen der Anzahl der Taktimpulse und ermittelt das Ausmaß einer Bildverwackelung in bezug auf einen charakteristischen Punkt des Bilds, der durch das Impulssignal E dargestellt ist. Falls auf einer ganzen Bildfläche eine Vielzahl von charakteristischen Punkten vorliegt, kann das Ausmaß der Bildverwackelung der ganzen Bildfläche dadurch ermittelt werden, daß die Summe der charakteristischen Punkte durch die Summe der dem durch die Torimpulssignale H und I dargestellten Ausmaß der Bildverwackelung entsprechenden Impulszählwerte dividiert wird. Dieser Rechenvorgang wird während einer Vertikal- Austastperiode ausgeführt.
Die Bewegung von Bildern ist im allgemeinen komplex. In Abhängigkeit von den Zuständen des Objekts und dessen Hintergrund bewegen sich nicht immer alle charakteristischen Punkte in der gleichen Richtung. In dieser Hinsicht ist daher dieses Ausführungsbeispiel so gestaltet, daß die Torimpulslängen der Signale der beiden Kanäle A und B für voneinander verschiedene Halbbilder ermittelt werden und durch die Subtrahierschaltung 119 eine Differenz zwischen diesen festgestellt wird. Der Subtrahiervorgang der Subtrahierschaltung 119 und der Dividiervorgang der Dividierschaltung 120 werden nur einmalig je Halbbild ausgeführt und können bei allen ganzzahligen Nummern ausgeführt werden. Die für die Rechenvorgänge benötigte Zeit ist kurz und die Rechenschaltungen können einfach und kompakt gestaltet werden.
Die aus der Dividierschaltung 120 über die vorangehend genannte Anordnung und durch die vorangehend genannten Funktionen abgegebene Information über das Ausmaß einer Bildverwackelung wird der Prismentreiberschaltung 122 zugeführt. Auf den Empfang der Information hin betreibt die Prismentreiberschaltung 122 das Stellglied des Prismenstellmechanismus 121 zu einem Verstellen des Prismas 101 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel in der Richtung zum Kompensieren des Ausmaßes der Bildverwackelung. Auf diese Weise wird eine Korrektur der Bildverwackelung herbeigeführt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in Fig. 10(a) bis 10(c) ein praktischer Algorithmus zur Torimpulserzeugung beschrieben, der für die vorstehend beschriebene Funktion der Torimpulsgeneratorschaltung 109 erforderlich ist:
Die Fig. 10(a) zeigt ein Objektbildmuster (Bild) OB in einem Zustand der Bewegung nach rechts (auf der Zeichnung gesehen) während eines Zeitabstands zwischen zwei zeitlich verschiedenen Halbbildern 1 und 2. Die Fig. 10(b) zeigt es in einem Zustand der Bewegung nach links. Die Fig. 10(c) zeigt es in einem Zustand ohne Bewegung, aber unter Verschmälerung seines Bereichs eines binär umgesetzten Bildmusters durch eine Änderung der Beleuchtung oder dergleichen.
In Fig. 10(a) bis 10(c) bezeichnen Teile A bis G jeweils die Kurvenformen von Signalen, die an den in Fig. 9 gezeigten entsprechenden Signalleitungen auftreten. Der Teil A zeigt das binäre Signal für ein Bezugs-Halbbild. Dieses binäre Signal A stellt ein Bild dar, das aus einem Halbbild erhalten wird, welches dem gegenwärtigen Halbbild um eine bestimmte Anzahl von Halbbildern vorangeht (im Falle dieses Ausführungsbeispiels um eine Halbbildperiode). Der Teil B zeigt das binäre Signal für das Bild des gegenwärtigen Halbbilds. Der Teil C zeigt ein von dem Oszillator 110 über den Frequenzteiler 112 abgegebenes Taktsignal.
Der Teil D zeigt die logische Summe (ODER) der Signale A und B. Der Teil E zeigt das logische Produkt (UND) der Signale A und B. Der Teil F zeigt ein Impulssignal, das an der Vorderflanke des Signals A ansteigt und an der Rückflanke des Signals B abfällt. Der Teil G zeigt ein Impulssignal, das an der Vorderflanke des Signals B ansteigt und an der Rückflanke des Signals A abfällt. Der Teil H zeigt ein Impulssignal, das eine logische Differenz darstellt, die aus einer Differenz zwischen den Signalen F und G erhalten wird. Die Länge dieses Impulssignals H, nämlich dessen Impulsbreite zeigt das Ausmaß der Rechtsbewegung des Objekts OB an. Der Teil I zeigt ein Impulssignal, das eine logische Differenz darstellt, die aus der Differenz zwischen den Signalen G und F erhalten wird. Die Länge des Signals I, nämlich dessen Breite zeigt das Ausmaß der Linksbewegung des Objekts OB an.
Die Gesamtsumme der je Abtastzeile erhaltenen Impulse des Impulssignals E stellt eine Anzahl von in einer Abtastzeile ermittelten charakteristischen Punkten dar. Im Falle dieses Ausführungsbeispiels werden daher die Signale H, I und E aus der Torimpulsgeneratorschaltung 109 abgegeben. Diese Gestaltung kann derart geändert werden, daß anstelle der Signale H und I die Signale F und G abgegeben werden. Die Anordnung ist jedoch im Hinblick darauf vorzuziehen, daß die Zähler 116 und 117 kleinere maximale Zählwerte haben dürfen. Daher ist sie hinsichtlich der Bemessung der Schaltungsanordnung vorteilhaft.
Mit den auf diese Weise erzeugten Torimpulsen werden mittels der UND-Schaltungen 114 und 115 die logischen Produkte aus dem Taktimpulssignal C und den Signalen H und I erhalten, um Signale J und K zu erzeugen. Durch Zählen der Impulsanzahl derselben kann dann das Bewegungsausmaß des Objekts, nämlich das Ausmaß einer Bildverwackelung gemessen werden.
Im Falle der Fig. 10(c) ist das Objekt nicht allzusehr bewegt und die Impulsbreite des binären Signals wird mit Ablauf der Zeit schmäler. Die Längen von Zeitabschnitten t5 und t6 stellen eine Information über ein Bewegungsausmaß dar. Diese Information kann auch auf ausreichende WEise herausgegriffen werden, da der Subtrahierer 119 dazu gestaltet ist, eine Differenz zwischen Impulszählwerten zu ermitteln.
Die auf der Bildaufnahmefläche auftretende Bildbewegung kann auf feinere und genauere Weise dadurch erfaßt werden, daß das Frequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 112 zu einer höheren Taktsignalfrequenz geändert wird. D.h., die Erfassungsempfindlichkeit der Einrichtung kann durch das Einstellen des Frequenzteilungsverhältnisses des Frequenzteilers 112 gesteigert werden. Ferner kann die Bildverwackelungs-Erfassungsempfindlichkeit durch Verringern der Taktsignalfrequenz verringert werden. In dem Fall, daß sich nur ein Teil des Bildes bewegt, kann durch das Verringern der Erfassungsempfindlichkeit für den sich bewegenden Teil auf die vorstehend beschriebene Weise irgendein fehlerhafter Vorgang verhindert werden, der durch das fälschliche Erfassen der örtlichen Bewegung als Verwackelung der ganzen Bildfläche entstehen könnte.
Die Frequenzteilungsverhältnis-Einstellschaltung 113 ist daher derart gestaltet, daß das Frequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 112 eingestellt wird und die Taktsignalfrequenz während des Abtastvorgangs geändert werden kann. Dadurch kann für unterschiedliche Teile der Bildaufnahmefläche die Erfassungsempfindlichkeit der Einrichtung erhöht oder verringert werden.
Beispielsweise ist bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Videokamera, die mit einer Bildstabilisiereinrichtung ausgestattet ist, die Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung bei der Aufnahme eines Bilds mit einer örtlichen Bewegung wie eines schwanzwackelnden Hundes vorzugsweise derart gestaltet, daß der wackelnde Schwanz des Hundes nicht erfaßt wird, da er nicht eine Bildverwackelung ist.
In dieser Hinsicht ist zum Erfüllen der vorstehend genannten Forderungen dieses Ausführungsbeispiel folgendermaßen gestaltet: Durch irgendein Verfahren wird die Bildlage des Hauptobjekts oder des Hundes erfaßt. Die Verwackelungs- Erfassungsempfindlichkeit wird durch Erhöhen der Taktsignalfrequenz für diejenigen Bereiche der Bildaufnahmefläche erhöht, die von den Bereichen mit dem Bild des Hundes verschieden sind, und durch Senken der Taktsignalfrequenz nahe dem Bild des Hundes verringert. Hinsichtlich des Grades, in welchem die Erfassungsempfindlichkeit zu verändern ist, wird die Empfindlichkeit vorzugsweise stufenweise in mehreren Stufen im Hinblick auf einen möglichen Fehler bei der automatischen Erkennung der Bildlage des Schwanz es des Hundes im Hinblick darauf geändert, daß in der Umgebung des Bildes des Hundes der Schatten des Schwanzes fällt. Dies ermöglicht ein stabiles Arbeiten der Kamera.
Die vorstehend genannte Anordnung zum entweder stufenlosen oder stufenweisen Ändern der Erfassungsempfindlichkeit durch Ändern der Taktsignalfrequenz stellt ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens dar.
Die Lage des Bereichs mit einer örtlichen und teilweisen Bildbewegung innerhalb eins Objektbilds auf der Bildaufnahmefläche wie des Bilds des Hundes ist gemeinsam mittels der Bereichbestimmungsschaltung 124, der Binärcodierschaltung 125, der Verzögerungsschaltung 126 und der Vergleichsschaltung 127 erfaßbar.
Die Fig. 13(a) zeigt einen Bildbewegungsbereich auf der Bildaufnahmefläche, die in m x n Blöcke unterteilt ist. Die Vergleichsschaltung 127 ist zum Zuführen von Informationen über einen Horizontalbewegungsbereich einschließlich beispielsweise von Daten P1 und P2 für eine Links- und Rechtslage eines Bewegungsbereichs M in horizontaler Richtung ausgelegt.
Die Fig. 13(b) zeigt eine Verwackelungs- Erfassungsempfindlichkeitsverteilung für den Bewegungsbereich M, einen Bereich um den Bereich M herum und einen von dem Bereich M weiter abliegenden Bereich. Die Abszissenachse stellt die Lagekoordinate für einen jeden der Horizontalrichtung entsprechenden Block der Bildaufnahmefläche dar. Die Ordinatenachse stellt die Taktsignalfrequenz für die Verwackelungsermittlung dar.
Gemäß Fig. 13(a) wird für jeden der auf der Bildfläche eingestellten m x n Blöcke der Helligkeitspegel des von der Signalverarbeitungsschaltung 104 abgegebenen Bildsignals binär umgesetzt. Durch die Vergleichsschaltung 127 wird die gegenwärtige Bildfläche mit einer Bildfläche verglichen, die zuvor erhalten wurde und durch die Verzögerungsschaltung 126 um eine Halbbildperiode verzögert ist. Durch diesen Vergleich wird die Lage irgendeines Blocks auf der Bildfläche ermittelt, der irgendeine Änderung hinsichtlich der Information zeigt. Dann wird hierdurch die Lage irgendeiner örtlich auf der Bildfläche auftretenden teilweisen Bewegung ermittelt und als Bewegungsbereichinformation P abgegeben.
Nimmt man an, daß die m x n Blöcke mit ai, j bezeichnet und daß als Bewegungsbereich M, in dem irgendeine Bewegung auftritt, insgesamt 16 Bereiche ai,j (i = 0 bis 3, j = 0 bis 3) erfaßt werden, so wird der den Bewegungsbereich M enthaltende Teil der Bildfläche dadurch als erfassungsfreier Bereich eingestellt, daß die Frequenz des Taktimpulssignals für das Ermitteln des Ausmaßes des Verwackelns auf "0" geändert wird. Da die dem Bewegungsbereich M nahen anderen Bereiche durch die Bewegung beeinflußt werden könnten, wird für die nahe liegenden Bereiche die Erfassungsempfindlichkeit nicht sofort angehoben. Im Falle dieses Ausführungsbeispiels wird die Bildverwackelungs- Erfassungsempfindlichkeit durch stufenweises Erhöhen der Taktsignalfrequenz für andere Bereiche entsprechend der von dem Bewegungsbereich M weiter abliegenden Lage gesteigert. Zu diesen anderen Bereichen zählen Nahbereiche M1, die eine Breite von zwei Blöcken haben, Bereiche M2, die außerhalb der Bereiche M1 liegen und eine zwei Blöcken entsprechende Breite haben, und Bereiche M3, die außerhalb der Bereiche M2 liegen. Die Taktsignalfrequenz wird entsprechend dem größeren Abstand der anderen Bereiche von dem Bewegungsbereich M angehoben. Nimmt man an, daß die Taktsignalfrequenz für den Bereich M3, bei dem das Ausführungsbeispiel eine maximale Verwackelungs- Erfassungsempfindlichkeit hat, gleich fc ist, so wird die Taktsignalfrequenz für den Bereich M2 zu fc/2 (1/2 Empfindlichkeit), für den Bereich M1 zu fc/4 (1/4 Empfindlichkeit) und für den Bewegungsbereich M zu 0.
Die Gestaltung ermöglicht es, daß die Einrichtung die Lage irgendeiner in der Bildaufnahmefläche auftretenden örtlichen Bewegung erfaßt, aus einem Bereich ohne örtliche Bildbewegung eine Bildverwackelung erfaßt und die auf diese Weise ermittelte Bildverwackelung korrigiert.
Ferner sind Bereiche M4, die jeweils eine Breite haben, welche zwei Blöcken entspricht, und die am weitesten außen auf der Bildaufnahmefläche liegen, als Bereiche ohne Erfassung ausgelegt, um gemäß dem vorstehenden einen Meßfehler, eine ungünstige Auswirkung der Abschattung eines Objektbilds usw. zu verhindern.
Während gemäß der vorstehenden Beschreibung das Ausführungsbeispiel zum Erfassen eines Bereichs mit einer Bewegung in horizontaler Richtung gestaltet ist, kann natürlich auf genau die gleiche Weise ein Bereich mit einer Bewegung in der vertikalen Richtung erfaßt werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die Erfassungsempfindlichkeit bei jeweils zwei von dem Bewegungsbereich abliegenden Blöcken geändert. Die Anzahl der Blöcke für die Empfindlichkeitsänderung ist natürlich nicht auf zwei Blöcke beschränkt, sondern kann auf irgendeine Anzahl abgeändert werden, die entsprechend der Gesamtanzahl der auf der Bildaufnahmefläche angeordneten Blöcke als geeignet anzusehen ist.
Ferner kann die vorstehend genannte stufenweise Einstellung der Erfassungsempfindlichkeit auf eine kontinuierliche Einstellung abgeändert werden.
Um sicherzustellen, daß die Bildverwackelungs- Detektoreinrichtung irgendeiner denkbaren Art von im Bildmuster auftretender Änderung gewachsen ist, muß die Einrichtung derart gestaltet werden, daß sie fehlerfrei auch unter solchen Bedingungen wie den in Fig. 11(a) bis 11(c) dargestellten arbeiten kann.
Die Fig. 11(a) zeigt einen Fall, bei dem ein Objektbildmuster, das in einer bestimmten Periode zuvor in einem vorangehenden Halbbild 1 bestanden hat, verschwunden ist und in einem gegenwärtigen Halbbild 2 nicht mehr besteht. Die Fig. 11(b) zeigt einen anderen Fall, bei dem zwei in dem vorangehenden Halbbild 1 auftretende Objektbildmuster einander überlagert sind, so daß sie in dem gegenwärtigen Halbbild 2 als ein Muster erscheinen. Die Fig. 11(c) zeigt einen weiteren Fall, bei dem ein starkes Verwackeln ein Objektbildmuster näher an ein anderes Objektbildmuster heranbringt. Um selbst unter diesen Bedingungen eine genaue Funktion sicherzustellen, muß die Einrichtung zusätzlich zu der vorangehend beschriebenen Schaltungsanordnung mit irgendeiner Bildmusterunterscheidungseinrichtung versehen werden.
Bezüglich dieses Problems können Fehler dadurch verhindert werden, daß die Unterscheidungseinrichtung, die für das Unterscheiden der vorstehend genannten Bedingungen geeignet ist, dazu gestaltet ist, zu verhindern, daß die Einrichtung unter den vorstehend genannten Bedingungen irgendwelche Daten ermittelt.
Zum Ausführen dieses Unterscheidungsverfahrens wird die Einrichtung beispielsweise folgendermaßen gestaltet: Unter den in Fig. 11(a) und 11(b) dargestellten Bedingungen wird die Anzahl der Impulse des Impulssignals E gezählt, das innerhalb des Impulssignals D besteht, welches die logische Summe der in Fig. 9 und 10(a) bis 10(c) dargestellten Signale A und B ist. In Fällen, bei denen die Objektbildmuster hinsichtlich ihrer Größe nicht allzusehr voneinander abweichen und daher gemäß Fig. 10(a) bis 10(c) zueinander vollständig in Beziehung gesetzt werden können, ist die Anzahl der Impulse des Signals E (des logischen Produkts aus den Signalen A und B), die innerhalb eines jeden Signalimpulses D (der logischen Summe der Signale A und B) liegen, stets "1". Demgegenüber ist bei dem Fall nach Fig. 11(a) und 11(b) die vorstehend genannte Impulsanzahl jeweils "0" bzw. zwei oder mehr als zwei. Daher wird die vorstehend genannte Unterscheidungseinrichtung, die die Anzahl der Signalimpulse E zählt, in der Weise gestaltet, daß die Daten nur dann als gültig bestimmt werden, wenn die gezählte Anzahl "1" ist, da in diesem Fall die beiden Halbbilder in bezug auf den charakteristischen Punkt in Wechselbeziehung gesetzt werden können. In allen anderen Fällen werden die Daten als ungültig bestimmt. Ferner wird unter den Bedingungen nach Fig. 11(c) von der Unterscheidungseinrichtung das Signal A oder das Signal B hinsichtlich der Größe des Bildmusters überprüft und entschieden, daß irgendein Bildmuster nicht behandelt wird, das kleiner als der maximale Meßwert für die Bildverwackelung ist. Diese Gestaltung verhindert, daß die Einrichtung einen Fehler macht.
Die Werte der bei der tatsächlichen Korrektur der Bildverwackelung verwendeten Konstanten sind folgende: Falls eine Bildverwackelung sich aus einer Erschütterung der Kamera ergibt, wird die Obergrenze für die zu korrigierende Bildverwackelung auf ungefähr ±25% der Bildfläche eingestellt, wobei das Ausmaß der Korrektur auf ungefähr 1/5 bis 16 des tatsächlich erfaßten Ausmaßes der Verwackelung eingestellt wird.
Ferner kann die Torimpulsgeneratorschaltung 109 aus einer logischen TTL-Schaltung oder dergleichen gebildet sein. Die Schaltung 109 kann auf diese Weise einfach gestaltet und kompakt integriert werden. Die Logik der Torimpulsgeneratorschaltung 109 gemäß der Erfindung ist nicht auf die bei diesem Ausführungsbeispiel angewandte Logik beschränkt.
Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Einrichtung dazu gestaltet, während der Abtastung eines Halbbilds eine Bildwackelbewegung in der horizontalen Richtung der Bildfläche zu erfassen. Für eine höhere Genauigkeit wird die Anzahl von Abfragedaten entsprechend dem Anstieg der Anzahl von Objektbildmustern (oder charakteristischen Punkten) in der Bildfläche erhöht. Das Erfassen der Bildverwackelung ist theoretisch mit nur einer Horizontalabtastzeile möglich. Daher kann ein Vorgang zum Erfassen eines Verwackelns in einer Richtung unter Verwendung einer eindimensionalen Ladungskopplungsvorrichtung CCD eines Zeilensensors anstelle der zweidimensionalen Ladungskopplungsvorrichtung ausgeführt werden.
Als nächstes wird im folgenden ein Verfahren zum Ermitteln einer Bildverwackelung in der vertikalen Richtung beschrieben: Für ein Videosignal gibt es keine vertikale Abtastlinie. Daher ist in diesem Fall die vorangehende Beschreibung bezüglich der Fig. 10(a) bis 10(c) nicht unverändert gültig. Es wird daher das Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung zum Bilden eines Helligkeitssignals in der vertikalen Richtung auf die nachstehend beschriebene Weise ausgestattet:
Die Fig. 12(a) bis 12(f) zeigen als Beispiel, wie dieses Verfahren auszuführen ist. Die Erfassung ist zum Ausführen in der vertikalen Richtung der Bildfläche gemäß der Darstellung durch eine vertikale Linie in Fig. 12(f) ausgelegt. Auf der Erfassungslinie in der Bildfläche wird ein Punkt bestimmt, an dem aus einem in Fig. 12(a) gezeigten Videosignal eine vertikale Bildverwackelung ermittelt werden soll. Aus dem Horizontalsynchronisierimpuls wird ein Zeitabstand t10 erhalten, der vor der Ankunft an diesem Punkt benötigt wird. Dann wird gemäß Fig. 12(b) aufgrund dieses Wertes eine Folge von Impulsen bei jeder Horizontalabtastung nach dem Ablauf der Zeit t10 von dem Horizontalsynchronisierimpuls an erzeugt. Aus einem zwischen den Impulsen erhaltenen Videosignal wird ein Helligkeitssignal entnommen. Irgendeine Änderung der Höhe oder des Pegels der Impulsfolge gemäß Fig. 12(c) zeigt eine Änderung der Helligkeit in der vertikalen Richtung an. Die Höhe wird abgefragt und festgehalten, um eine Signalkurvenform gemäß Fig. 12(d) zu erhalten. Dann wird an dieser Signalkurvenform eine Binärumsetzung oder dergleichen vorgenommen, um dadurch auf gleiche Weise wie bei der Horizontalerfassung einen charakteristischen Punkt herauszugreifen. Diese Gestaltung ermöglicht den Einsatz der vorstehend beschriebenen Detektorschaltung. Bezüglich des Verfahrens zum Herausgreifen des charakteristischen Punktes kann die Erfassungsempfindlichkeit dadurch verbessert werden, daß statt des Verwendens des binären Randsignals der Nulldurchgangspunkt eines sekundären Differentialsignals ermittelt wird.
Die Einrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der vorstehend genannten Gestaltung kann mit gewöhnlichen Schaltungselementen wie einer TTL-Schaltung, einer CMOS-Schaltung oder dergleichen gebildet werden. Die Anzahl von benötigten Schaltgliedern ist verhältnismäßig gering, so daß eine Integration ohne Schwierigkeiten ermöglicht ist. Die Einrichtung kann daher unter geringen Kosten ausgebildet werden. Wenn die Einrichtung für eine kompakte Videokamera verwendet wird, ermöglicht sie eine Verringerung der Abmessungen und der Kosten im Vergleich zu der herkömmlichen stabilisierenden Kamera.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung derart gestaltet, daß die Versetzung von charakteristischen Punkten in einer jeweiligen Bildfläche während einer Abtastung der Bildflächen gemessen werden kann, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhalten werden, aus dem auf diese Weise erhaltenen Meßwert ein Ausmaß einer Bildverwackelung ermittelt wird und ihre Erfassungsempfindlichkeit veränderbar ist. Die Einrichtung ermöglicht daher eine genaue Unterscheidung zwischen einem Wackeln der ganzen Bildfläche und einer örtlich in der Bildfläche auftretenden teilweise Bildbewegung, so daß die Korrektur einer Bildverwackelung immer auf die passendste Weise ausgeführt werden kann.
Der Rechenvorgang für das Ermitteln des Ausmaßes einer Bildverwackelung kann kurzzeitig während der Vertikalaustastperiode ausgeführt werden, so daß bei dem Ausführungsbeispiel die Prozesse nahezu in Echtzeit ausgeführt werden können.
Da es das Funktionsprinzip der Einrichtung nicht erforderlich macht, einen A/D-Umsetzer, einen großen Speicherbereich und einen großen Rechenbereich zu verwenden, ermöglicht das Ausführungsbeispiel eine Vereinfachung der strukturellen Anordnung und eine Verringerung der Abmessungen, des Gewichts und der Kosten.
Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung bei einer Kamera mit Bildstabilisierung angewandt, jedoch ist die Erfindung natürlich nicht auf die Kamera dieser Art beschränkt. Die Erfindung ermöglicht Anwendungen in einem weiten Bereich, der beispielsweise eine Bilderkennungseinrichtung für Industrieroboter und ein Bilderfassungssystem für industrielle Bildmeßgeräte umfaßt.
Die Fig. 14 bis 19 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das fünfte Ausführungsbeispiel betrifft eine Verbesserung des Steuerungsteils eines optischen Bildaufnahmesystems, das durch die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung zu steuern ist. Das Ausführungsbeispiel verbessert die Stabilität und die Ansprechcharakteristik des Steuerteils bei dem Steuern des optischen Bildaufnahmesystems gemäß dem Ergebnis der Bildverwackelungsermittlung.
Die Einzelheiten des fünften Ausführungsbeispiels sind die nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 19 beschriebenen:
Die Fig. 14 ist eine Blockdarstellung, die das fünfte Ausführungsbeispiel in einem Zustand der Anwendung bei der Bildstabilisier- und Objektnachführeinrichtung einer Fernsehkamera zeigt. Die Figur enthält ein Objekt OB, ein Prisma 202 mit veränderbarem Scheitelwinkel, ein Aufnahmelinsensystem 203, einen Bildsensor 204, der eine Ladungskopplungsvorrichtung CCD oder dergleichen ist oder der zum Erzeugen eines elektrischen Signals durch fotoelektrisches Umsetzen der auf seiner Bildaufnahmefläche durch das Aufnahmelinsensystem 203 geformten Bildinformation gestaltet ist, eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung 205, die an dem von dem Bildsensor 204 abgegebenen Bildsignal eine Signalaufbereitung einschließlich einer Gammakorrektur, einer Austastung, eines Zusatzes von Synchronisiersignalen und so weiter ausführt und ein Videosignal 205a erzeugt, welches dem NTSC-System entspricht, einen Monitor 206, der beispielsweise ein elektronischer Sucher oder dergleichen ist, ein Bildaufzeichnungsgerät 207, das beispielsweise ein Videobandgerät ist, eine Bildversetzungs-Detektorschaltung 208, die ein Verwackeln oder einen Bewegungszustand eines auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors 204 erzeugten Bildes erfaßt, und ein Bildversetzungs-Informationssignal 208a, das von der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 abgegeben wird.
Die Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 vergleicht beispielsweise die Lage des Randes des Bilds oder die Lage des Schwerpunktes desselben ständig mit derjenigen auf einer unmittelbar vorangehenden Bildfläche und berechnet und ermittelt eine Änderung hinsichtlich dieser Lage, während eine Bildfläche (ein Halbbild) übertragen wird. Da der Prozeß mittels elektrischer Schaltungen ausgeführt wird, wird das Ergebnis der Berechnung nahezu gleichzeitig mit dem Ende der Übertragung erzeugt. Die Fig. 15 zeigt als Beispiel die innere Gestaltung der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208, die dazu gestaltet ist, die Randverteilungszustände eines Objektbilds zu erfassen, das auf mehreren (zwei) Bildflächen erscheint, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhalten werden, und aus einer zwischen den beiden Bildflächen festgestellten Änderung oder Differenz irgendeine Bildbewegung zu ermitteln.
Gemäß Fig. 15 ist in der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 eine Randverteilungs-Detektorschaltung 281 dazu ausgelegt, aus dem von der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 erzeugten Bildsignal 205a den Randverteilungszustand des auf der Bildaufnahmefläche bestehenden Objektbilds zu ermitteln. Ein charakteristisches Merkmal des Objektbilds wird beispielsweise aus der Anzahl von Rändern ermittelt, die in einer vorbestimmten Richtung verteilt sind, welche die vertikale oder die horizontale Richtung ist. Eine Verzögerungsschaltung 282 speichert eine Ermittlungsinformationsmenge, die einer Bildfläche (oder einem Halbbild) entspricht und die von der Randverteilungs- Detektorschaltung 281 abgegeben wird, und gibt die Information unter Verzögerung derselben um eine Halbbildperiode ab. Eine Vergleichsschaltung 283 vergleicht die Randverteilungsinformation, die von der Randverteilungs- Detektorschaltung 281 abgegeben und direkt aufgenommen wird, mit der vorangehenden Randverteilungsinformation, die über die Verzögerungsschaltung 282 aufgenommen wird. Die Schaltung 283 erzeugt auf diese Weise das Bildversetzungs- Informationssignal 208a, welches das Ausmaß und die Richtung einer Bildversetzung anzeigt.
Auf diese Weise wird aus der Randverteilung auf der Bildfläche das charakteristische Merkmal der Bildfläche ermittelt. Das ermittelte Merkmal der Bildfläche für jedes gegenwärtige Halbbild wird mit demjenigen des unmittelbar vorangehenden Halbbilds verglichen. Auf diese Weise wird irgendeine Lageänderung erfaßt, nämlich eine Verwackelung des Bilds oder eine Bewegung des Objekts, die während der einen Halbbildperiode aufgetreten ist. Damit kann in einer Halbbildperiode die Verwackelungserfassungsinformation erzeugt werden, die der Lageänderung des Bilds entspricht.
In Fig. 14 ist mit 209 eine Steuerschaltung bezeichnet. Die Steuerschaltung 209 erzeugt ein Steuersignal 209a zum Steuern des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel gemäß dem Bildversetzungs-Informationssignal 208a. Die Fig. 14 zeigt ferner eine Addier/Subtrahierschaltung 291, die das von der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 abgegebene Signal 208a aufnimmt und es zu dem Rückführungsausgangssignal einer Multiplizierschaltung 294 addiert (oder von diesem subtrahiert). Eine weitere Multiplizierschaltung 292 multipliziert das Ausgangssignal der Addier/Subtrahierschaltung 291 mit einem bestimmten Koeffizienten und erzeugt ein Steuersignal und führt dieses einem Motor 210 zu, der für das Verstellen des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel vorgesehen ist. Ein Speicher 293 speichert die Steuerinformation, die von der Multiplizierschaltung 292 dem Motor 210 zugeführt wird. Ferner ist der Speicher 293 dazu gestaltet, die eingegebene Steuerinformation 209a nach dem Ablauf einer Periode von zwei Halbbildern in der Reihenfolge der Eingabe abzugeben. D.h., der Speicher 292 arbeitet nach dem FIFO-Prinzip (first-in/first-out). Die Multiplizierschaltung 294 multipliziert die in dem Speicher 293 gespeicherte Information mit einem bestimmten Koeffizienten und führt das Ergebnis der Multiplikation zu der Addier/Subtrahierschaltung 291 zurück.
Der Motor 210 für das Verstellen des Prismas mit dem veränderbaren Scheitelwinkel ändert den Scheitelwinkel des Prismas 202 durch Verstellen des Prismas gemäß dem von der Steuerschaltung 209 abgegebenen Steuersignal 209a. Der Motor 210 steuert derart, daß das Prisma 202 einer Bildversetzung oder Wackelbewegung gegenüber der vorangehenden Bildfläche nachfolgt und die Bildversetzung kompensiert.
Zwischen der Videosignal-Verarbeitungsschaltung 205 und der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 ist ein Schalter SW zum Wählen zwischen Ausführen und Nichtausführen des Nachführvorgangs angebracht. Wenn der Schalter SW geöffnet ist, ist das das Prisma 202 steuernde Steuersystem außer Betrieb gesetzt, um eine Betriebsart einzustellen, bei der die Bildverwackelung oder Versetzung nicht ausgeregelt wird und die Bildversetzung nicht korrigiert wird.
Das Steuersystem für die optische Bildaufnahmeeinrichtung, das erfindungsgemäß auf die vorstehend beschriebene WEise gestaltet ist, arbeitet auf die nachstehend aufeinanderfolgend beschriebene Weise:
Wenn sich ein aufzunehmendes Objekt infolge einer Kameraerschütterung oder dergleichen in bezug auf die Fernsehkamera bewegt, wird über das Prisma 202 und das Aufnahmelinsensystem 203 eine Änderung in dem Objektbild auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors 204 hervorgerufen. Wenn das Bild in ein elektrisches Signal umgesetzt ist, tritt die Änderung im Ausgangssignal 205a der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 in Erscheinung. Das Ausgangssignal 205a der Videosignal-Verarbeitungsschaltung 205 wird dem Monitor 206, der ein elektronischer Sucher oder dergleichen ist, sowie dem Videobandgerät 207 zugeführt. Auf diese Weise kann das Bild aufgezeichnet werden, während es durch den Sucher hindurch überwacht wird.
Das von der Videosignal-Verarbeitungsschaltung 205 abgegebene Signal 205a wird auch der Bildversetzungs- Detektorschaltung 208 zugeführt. In der Schaltung 208, die gemäß der Darstellung in Fig. 15 gestaltet ist, wird durch Berechnung das Bewegungsausmaß des Objekts OB ermittelt. Als Ergebnis wird der Steuerschaltung 209 ein Bildversetzungs- Erfassungssignal 208a zugeführt.
Der Steuerschaltung 209 wird eine Information über die Lage des Objektbilds zugeführt, die zumindest in der vertikalen oder horizontalen Richtung der Bildaufnahmefläche ermittelt wird. Entsprechend der Information bewirkt die Steuerschaltung 209, daß der Motor 210 in der Richtung zum Verringern der Änderung dreht, die sich aus der Lageänderung des Objektbilds ergibt und die in dem von der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 abgegebenen Signal 205a auftritt. Durch die Drehung des Motors 210 wird auf diese Weise der Winkel des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel geändert. D.h., die optische Achse des Prismas 202 wird in der Richtung, in der sich das Bild bewegt hat, in der Weise verstellt, daß dem Objekt nachgefolgt (nachgeführt) wird. Diese Rückführungsregelung wird wiederholt synchron mit einem Zyklus ausgeführt, der auf einen Wert eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastperiode des Bildsensors 204 eingestellt ist, welche 1/60 s beträgt (eine Halbbildperiode). Für ein schnelles Nachführung mit der Bildversetzung wird jedoch die ganze Zahl vorzugsweise auf 1 eingestellt.
Als nächstes wird die erfindungsgemäße Steuerungsablauffolge im Vergleich zu dem herkömmlichen Steuersystem folgendermaßen beschrieben: Unter Bezugnahme auf die in Fig. 14 dargestellte Anordnung betrachtet ist die herkömmliche Einrichtung derart gestaltet, daß das Bildversetzungs- Informationssignal 208a der Bildversetzungs- Detektorschaltung 208 direkt der Multiplizierschaltung 292 zugeführt wird. Die herkömmliche Einrichtung ist nicht mit der Multiplizierschaltung 294 und dem Speicher 293 ausgestattet.
Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit der Addier/Subtrahierschaltung 291, der Multiplizierschaltung 294 und dem Speicher 293 versehen. Dieser Unterschied gegenüber der herkömmlichen Einrichtung ermöglicht es, daß die erfindungsgemäße Einrichtung einen Steueralgorithmus folgendermaßen ausführt:
Die Fig. 16 ist eine grafische Darstellung des Betriebsvorgangs zum Nachführen mit der Lageänderung des Objektbilds im Zeitablauf. In Fig. 16 ist auf der Abszisse der Zeitablauf vom Beginn der Objektnachführung, nämlich vom Beginn einer Bildverwackelungskorrektur an dargestellt. Die Zeit ist in Halbbildeinheiten eingeteilt. Auf der Ordinatenachse ist die Lage des Objekts OB dargestellt, wie sie auf das Bildsignal 205a reduziert ist. Jedes der Symbole t1, t2,... bezeichnet einen Zeitpunkt, der ein Halbbild anzeigt.
Es sei nun angenommen, daß eine Objektbewegung eine Bewegung des Bilds desselben auf der Bildaufnahmefläche mit konstanter Geschwindigkeit in einer Richtung verursacht.
IN Fig. 16 ist mit A die Ortskurve der Objektbewegung bezeichnet, die auf der Bildaufnahmefläche in Erscheinung tritt, wenn kein Vorgang zum Nachfolgen der Bewegung ausgeführt wird. Die Ortskurve zeigt, daß die Lage des Objekts OB auf der Bildfläche allmählich entsprechend dem Zeitablauf wechselt und abweicht.
Mit B ist ein Objektnachführvorgang bezeichnet, der durch die Bildverwackelungs- und Objektnachführeinrichtung der herkömmlichen Fernsehkamera ausgeführt wird. Die herkömmliche Einrichtung ist als derart gestaltet anzusehen, daß das Ausgangssignal der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 nach Fig. 14 ohne die Addier/Subtrahier-Schaltung 291, den Speicher 293 und die Multiplizierschaltung 294 direkt der Multiplizierschaltung 292 zugeführt wird.
Mit C ist die Objektbewegung-Ortskurve bezeichnet, die mit einem Objektnachführvorgang erreicht wird, der von der in Fig. 14 gezeigten Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
Zuerst wird der Objektnachführvorgang der herkömmlichen Einrichtung folgendermaßen beschrieben: Der durch die Multiplizierschaltung 292 angewandte Koeffizient ist zu "1" angenommen. Es ist angenommen, daß der Motor 210 mit einer zu einer Eingangsspannung proportionalen Drehzahl dreht und eine Ausgangsgröße unverzögert übertragen wird. Nimmt man an, daß der Objektnachführvorgang zum Zeitpunkt t1 beginnt, so wird für die Übertragung der durch den Bildsensor 204 zu den Zeitpunkten t1 und t2 erhaltenen Bilder ungefähr eine Halbbildperiode benötigt. Die von der Bildversetzungs- Detektorschaltung 208 als Ergebnis des Vergleichs dieser Bilder abgegebene Information über irgendeine Objektbildversetzung wird zu dem Zeitpunkt t3 erhalten. Entsprechend dem Wert dieser Information beginnt der Antrieb des Motors 210. Der Motor 210 bewirkt dann das Verstellen des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel in der Weise, daß die Lageänderung des Objekts korrigiert wird. Während eines Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 scheint das Objektbild auf der Bildfläche stillzustehen. Das Ergebnis des Bildvergleichs zu den Zeitpunkten t2 und t3 wird zum Zeitpunkt t4 erhalten. Daher ist das Objektbild im Stillstand und ändert sich auch nicht während eines Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t4 und t5. D.h., wenn der Motor 210 gemäß dem zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 erfaßten Bewegungsausmaß des Objektbilds angetrieben wird, bleibt die Lage des Objekts OB auf der Bildaufnahmefläche während des Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 unverändert. Wenn die vom dem Bildsensor 204 aufgenommenen Bilder miteinander zu den Zeitpunkten t3 und t4 verglichen werden, ist das Vergleichsergebnis Null. Wenn dann dieser Wert zum Zeitpunkt t5 erhalten wird, wird das Bild als in einer Lage feststehend angesehen und die Drehung des Motors 210 wird zu diesem Zeitpunkt t5 beendet, obgleich gemäß der Darstellung durch die Ortskurve A die tatsächliche Bewegung des Objekts OB andauert. Infolgedessen ändert sich zum Zeitpunkt t5 wieder die Lage des Objektbilds auf der Bildaufnahmefläche. Diese Versetzung wird zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 erfaßt. Daraufhin wird zum Zeitpunkt t7 wieder der Motor 210 angetrieben, um die Bildlage des Objekts OB auf der Bildaufnahmefläche festzulegen. Bei dem herkömmlichen Steuerverfahren wiederholt sich somit die vorstehend beschriebene Erscheinung bei jeweils zwei Halbbildperioden. Die Objektlage auf der Bildaufnahmefläche ändert sich stufenweise mit der Zeit und ergibt niemals einen festen Wert.
Die Nachführgenauigkeit oder der Bildstabilisierwirkungsgrad kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
Bildstabilisierwirkungsgrad = Mit Nachführung erreichte Objektlageänderung auf der Bildfläche /Objektlageänderung auf der Bildfläche ohne Nachführung.
Dementsprechend beträgt der Bildstabilisierwirkungsgrad bei dem herkömmlichen Steuerverfahren nur ungefähr 1/2.
Ferner verursacht ein Versuch zum Verbessern des Bildstabilisierwirkungsgrades durch Vergrößern des Multiplikators der Multiplizierschaltung auf einen Wert über "1" eine Neigung zum Hervorrufen von Schwingungen. Wenn zu deren Vermeidung die Ausgangsgröße 210a des Motors 210 und das Ausgangssignal 209a der Multiplizierschaltung 292 verzögert werden, wird dadurch die Ansprechcharakteristik des Steuersystems verschlechtert.
Demgegenüber wird bei der in Fig. 14 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung bei geschlossenem Schalter SW der Objektnachführvorgang folgendermaßen ausgeführt: Der Speicher 293 speichert ständig die von der Multiplizierschaltung 292 abgegebene Steuerinformation 209a und gibt eine Information über den Wert zu einem Zeitpunkt ab, an dem von dem Bildsensor 204 ein dem Wert des von der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 abgegebenen Bildversetzungs-Informationssignals 208a entsprechendes Bild aufgenommen wird.
D.h., für die beispielsweise zum Zeitpunkt t5 erhaltene Bildversetzungs-Erfassungsinformation 208a gibt der Speicher 213 die zum Zeitpunkt t3 aufgenommene Ausgangs- Steuerinformation 209a der Steuerschaltung 209 ab, wenn das Bild abgetastet wird, auf dem die Erfassungsinformation basiert. Zum Zeitpunkt t1 des Beginnens der Objektnachführung werden anfänglich alle Daten auf Null eingestellt.
Der Koeffizient der Multiplizierschaltung 292 wird auf gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall gleichfalls auf "1" eingestellt. Wenn zum Zeitpunkt t1 die Objektnachführung eingeleitet wird, bleibt das Ausgangssignal des Speichers 293 vom Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t3 auf Null. Daher stimmt während des Zeitabschnitts zwischen den Zeitpunkten t1 und t5 die Nachführcharakteristik der erfindungsgemäßen Einrichtung mit derjenigen der herkömmlichen Einrichtung überein.
D.h., der Speicher 293 erhält zu den Zeitpunkten t1 und t2 kein Eingangssignal und verbleibt in seinem Anfangseinstellzustand. Zum Zeitpunkt t3 wird der Steuerschaltung 209 das zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ermittelte Bildversetzungs-Informationssignal 208a zugeführt. Dieses Signal 208a wird von der Addier/Subtrahierschaltung 291 aufgenommen. Das Ausgangssignal 209a der Steuerschaltung 209, das durch die Multiplizierschaltung 292 mit einer ganzen Zahl multipliziert worden ist, wird dem Motor 210 und zugleich auch dem Speicher 293 zugeführt und von dem Speicher 293 gespeichert. Zum nächsten Zeitpunkt t4 wird das zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 erhaltene Bildversetzungs-Informationssignal 208a der Steuerschaltung 209 zugeführt, um über die Addier/Subtrahierschaltung 291 und die Multiplizierschaltung 292 dem Motor 210 und dem Speicher 293 zugeführt zu werden. Währenddessen ist die zum Zeitpunkt t3 erhaltene Steuerinformation 209a schon in dem Speicher 293 gespeichert und zum Zeitpunkt t4 noch im Speicher 293 zurückgehalten. Daher ist zum Zeitpunkt t4 das Ausgangssignal des Speichers 293 wie bis dahin "0". Bis zu dem nächsten Zeitpunkt t5 stimmt die Objektnachführcharakteristik der erfindungsgemäßen Einrichtung mit der Objektnachführcharakteristik B der herkömmlichen Steuereinrichtung überein.
Wenn jedoch das Bildversetzungs-Informationssignal 208a, das aus der Differenz zwischen den von dem Bildsensor 204 jeweils zu den Zeitpunkten t4 und t5 aufgenommenen Bildern ermittelt wird, von der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 zum Zeitpunkt t5 abgegeben wird, wird die Steuerinformation 209a dem Motor 210 über die Addier/Subtrahierschaltung 291 und die Multiplizierschaltung 292 zugeführt, die in der Steuerschaltung 209 eingesetzt sind. Dieses Informationssignal 209a steuert dann den Motor 210 zu einer Drehung in der Richtung für das Verringern der Bildversetzung. Zugleich wird die Steuerinformation 209a auch dem Speicher 293 zugeführt und in diesem gespeichert. Währenddessen wird die vorangehende Steuerinformation 209a, die zu dem um zwei Halbbildperioden vorangehenden Zeitpunkt t3 gespeichert wurde, von dem Speicher 293 abgegeben und durch die Multiplizierschaltung 294 mit einer ganzen Zahl multipliziert (x 1) und der Addier/Subtrahierschaltung 291 zugeführt. Die zum Zeitpunkt t5 zugeführte Steuerinformation 209a wird durch Addieren des multiplizierten Wertes zu dem Bildversetzungs-Informationssignal 208a erhalten. Dies ermöglicht es, daß der Motor 210 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 gemäß der zum Zeitpunkt t3 erhaltenen Steuerinformation 209a ständig arbeitet, selbst wenn der Wert des Bildversetzungs-Informationssignals 208a zu Null wird, weil als Ergebnis des durch das Betreiben des Motors 210 zu einem Zeitpunkt t3 an dem Prisma 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel ausgeführten Steuervorgangs zu den Zeitpunkten t3 und t4 keine Änderung der Bildinformation auftritt. Abweichend von der Nachführcharakteristik der herkömmlichen Steuereinrichtung, die einen erneuten Anstieg der Lageabweichung von dem Objekt OB zuläßt, führt die erfindungsgemäße Einrichtung beständig gemäß der Kennlinie C in Fig. 16 den Nachführvorgang ohne eine derartige Vergrößerung der Lageabweichung auch nach dem Zeitpunkt t5 aus, solange die Steuerung im Betriebsbereich des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel liegt. D.h., die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es, daß die Fernsehkamera einwandfrei einem Objekt nachgeführt wird, welches sich in bezug auf die Kamera bewegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Objektnachführwirkungsgrad verbessert, da im Hinblick auf den Umstand, daß der Wert des Bildversetzungs-Informationssignals 208a der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208, der durch die vorangehend beschriebene Funktion zeitlich verteilt ermittelt wird, eine Zeitverzögerung beinhaltet, die Steuerschaltung 209 das Ausmaß der Bildkorrektur erfaßt, die zu dem Zeitpunkt vorgenommen wird, an dem der Wert des Signals 208a abgerufen wird, und einen nächsten Steuerbefehl durch Einstellen des Überschusses oder des Fehlbetrages der Korrekturgröße bereitstellt.
Als nächstes wird bei einem Fall, daß sich die Bewegungsgeschwindigkeit eines Objekts ändert, während dessen Bild entweder durch die Bewegung der Kamera infolge einer Kameraerschütterung oder dergleichen oder durch eine Bewegung des Objekts versetzt wird, und daß die Verstellgröße des Motors 210 durch Trägheit oder Viskosität beeinflußt ist, nachstehend die Funktion der erfindungsgemäßen optischen Bildaufnahmeeinrichtung beschrieben:
Die Fig. 17 zeigt das Ergebnis einer durch einen Computer ausgeführten Simulation, bei der die Bewegung des Objekts OB als Sinuskurve mit einer Frequenz von 1Hz und einer 60 Bildelementen entsprechenden Amplitude angenommen wird und die Verstellgröße 210a des Motors 210 als Übertragungsfunktion eines sekundären Verzögerungssystems hinsichtlich einer Einschwingcharakteristik betrachtet wird. Für die Simulation wird zum Erhalten einer Stufenantwort C(t) die folgende Gleichung angewandt:
wobei ein Dämpfungskoeffizient ist und ωn eine Resonanz-Winkel-Frequenz ist.
Falls > 1 ist, ist die Stufenantwort C(t) folgendermaßen auszudrücken:
In diesem Fall werden als Werte für ein tatsächliches Steuersystem = 1,5 und n = 2 eingesetzt und es ist in der Zeichnung ein Zyklus (über 1 Sekunde) der Kurve dargestellt.
In Fig. 17 zeigt die Abzissenachse die Zeit und ist in Einheiten von einem Halbbild unterteilt. Die Ordinatenachse zeigt die sich ändernden Lagen des Objekts und ist in Einheiten von zwei Bildelementen unterteilt. Der Ursprung stellt einen Steuerungsanfangszeitpunkt dar. Objektnachführzustände sind durch Kurven, nämlich durch charakteristische Kurven A', B' und C' dargestellt, die jeweils den Kurven A, B und C in Fig. 16 entsprechen. Vergleicht man die Kurven B' und C', so stellt diejenige von ihnen, die näher an der Abszissenachse und näher an einer Geraden liegt, ein geringeres Ausmaß an Bildverwackelung, eine geringe Abweichung von dem Objekt und einen höheren Grad an Stabilität dar und zeigt damit eine bessere Nachführ- und Bildstabilisierwirkung als die andere.
Die Kurve B' wurde durch Einstellen des Multiplikators der Multiplizierschaltung 292 auf "1,5" erhalten, um die Amplitude zu verringern. Trotzdem umfaßt im Falle der Kurve B' die Amplitude ungefähr ±30 Bildelemente und die Stabilisierwirkung betrug ungefähr 0,5, was einen instabilen Zustand des Bilds darstellt.
Falls der vorstehend genannte Multiplikator auf einen Wert über 1,5 eingestellt wird, würden Schwingungen auftreten. Falls er auf einen Wert unter 1,5 eingestellt wird, würde die Stabilisierwirkung geringer werden. Im Falle der Kurve C' waren die Multiplikatoren der Multiplizierschaltungen 292 und 294 auf "3" eingestellt. Es trat jedoch keine Schwingung auf und die Amplitude umhüllt nur ungefähr ±10 Bildelemente, was einen stabilen Zustand des Bilds darstellt. Die erfindungsgemäße Gestaltung ergibt die vorstehend genannte hervorragende Wirkung auch dann, wenn die gleiche Frequenz und der gleiche Übertragungskoeffizient des Motors wie bei dem herkömmlichen Steuersystem verwendet wird, welches nicht den Speicher 293 und die Multiplizierschaltung 294 enthält.
Das erfindungsgemäße Steuersystem kann entweder durch eine digitale Schaltung oder durch eine analoge Schaltung gebildet sein. Im Falle der analogen Schaltung kann der Speicher 293 durch eine Abfrage/Halteschaltung oder ein Verzögerungselement ersetzt werden. In diesem Fall kann die Steuerschaltung mit einem Ansteuerungstaktsignal ausgebildet werden. Die wirksame Steuerung kann dann dadurch bewerkstelligt werden, daß die Zeit des Ansteuerungstaktsignals mit derjenigen der Ladungskopplungsvorrichtung oder des Videosignals synchronisiert wird.
Ferner kann bezüglich des Bildkorrekturverfahrens die Verwendung des Prismas 202 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel durch ein optisches Korrekturverfahren ersetzt werden, bei dem das Aufnahmeobjektiv 203 und der Bildsensor 204 parallel senkrecht zur optischen Achse versetzt werden. Der erfindungsgemäße Algorithmus ist auch bei einem solchen Verfahren anwendbar.
Falls anstelle des Motors 210 ein Element wie ein piezoelektrisches Element oder eine Schwingspule verwendet wird, dessen Ausgangsgröße eine zu dessen Eingangsspannung proportionale Versetzung ist, muß zwischen die Steuerschaltung 209 und den Motor 210 ein Integrator eingefügt werden. Ferner müssen die für die Multiplizierschaltungen 292 und 294 angewandten Koeffizienten nicht feste Werte sein. Entsprechend dem Betriebszustand kann ein Koeffizient gegenüber dem anderen verändert werden. Es ist ferner möglich, diese Schaltungen derart zu gestalten, daß entweder das Eingangssignal zur zweiten Potenz erhoben wird oder eine Quadratwurzel berechnet wird. Ferner müssen der Koeffizient der Multiplizierschaltung 292 und derjenige der Multiplizierschaltung 294 nicht miteinander übereinstimmen. Die Multiplizierschaltung 294 kann als ein "Observer" unter Anwendung einer Funktion gestaltet sein, die gemäß der sekundären Verzögerung des Motors 210 entwickelt ist. Ferner ist in Fällen, bei denen die Verstellgröße des Motors 210 direkt meßbar ist, eine Abwandlungsform denkbar, die gemäß der Darstellung in Fig. 18 gestaltet ist.
Gemäß Fig. 18 sind der Anordnung nach Fig. 14 ein Sensor 211, der zum Messen der Verstellgröße der Ausgangsgröße des Motors 210 gestaltet ist, eine Treiberschaltung 212, die den Motor 210 entsprechend einem von dem Sensor 211 abgegebenen Signal steuert, und eine Differenzierschaltung 213 hinzugefügt. Der Motor 210, der Sensor 211 und die Treiberschaltung 212 bilden ein Regelsystem mit geschlossener Schleife. Dieses Regelsystem führt eine Rückführungsregelung entsprechend dem Steuersignal 209a aus, um die Stellgröße 210a des Motors 210 auf einem geeigneten Wert zu halten. Der Sensor 211 erfaßt direkt die Regelfunktionsgröße 210a. Der auf diese Weise erfaßte Wert wird von dem Speicher 293 gespeichert. Der auf der Erfindung basierende Algorithmus zur Steuerungsberechnung kann dann unter Anwendung des gespeicherten Werts auf die vorangehend beschriebene Weise ausgeführt werden. Das Ausgangssignal des Sensors 211 ist eine Lageinformation wie eine Weglänge oder ein Winkel. Die Differenzierschaltung 213 ist zu dem Zweck vorgesehen, diese Lageinformation in eine Lageänderungsgröße für ein Bild umzusetzen, das zu einem einem gegenwärtigen Bild um zwei Halbbilder vorangehenden Zeitpunkt erhalten wird.
Die Fig. 19 zeigt ein anderes Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße optische Bilderfassungseinrichtung. In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung bei einem automatischen Montageroboter verwendet. Dieses Steuersystem ist in Blockdarstellung gezeigt. Die Darstellung enthält eine Fernsehkamera 220, eine Bildversetzungs-Detektorschaltung 212, die durch einen Bildverarbeitungsvorgang eine Bildversetzung erfaßt, einen Computer 222, der zur Abgabe von Befehlen gestaltet ist, eine Steuerschaltung 223, die den erfindungsgemäßen Steuerungsalgorithmus beinhaltet, eine Roboterhand 224 und ein Teil 225, das dem Montageprozeß unterzogen wird. Das Steuersystem arbeitet folgendermaßen: Wenn der Computer 222 einen Befehl zum Erfassen der Lage des Teils 225 abgibt, nimmt die Fernsehkamera 220 eine Information über die Lage des Teils 225 und diejenige der Hand 224 in Form eines Bilds auf. Die Bildversetzungs-Detektorschaltung 221 ermittelt durch Berechnung eine Differenz zwischen dem von dem Computer 222 abgegebenen Befehl und dem durch die Fernsehkamera erhaltenen Bild. Aufgrund des Ergebnisses der Berechnung gibt die Steuerschaltung 223 an die Roboterhand 224 einen Stellbefehl ab. In diesem Fall wird ein Stellvorgang zum Ausführen in der Richtung zum Verringern der Bilddifferenz zwischen der Fernsehkamera 220 und der von dem Computer 222 abgegebenen Anweisung befohlen.
Ferner stellt bei jedem der in Fig. 14 und 18 dargestellten Ausführungsbeispiele das Ausgangssignal 208a der Bildversetzungs-Detektorschaltung 208 eine Differenz zwischen den Objektlagen dar, die in einem Zeitabstand ermittelt werden, welcher einem Halbbild entspricht. Demgegenüber ist im Falle des in Fig. 19 gezeigten Ausführungsbeispiels das Ausgangssignal der Bildversetzungs- Detektorschaltung 221 eine Lageinformation. Ferner ist es bei dem Anwenden der Schaltungsanordnung nach Fig. 14 oder 18 für das in Fig. 19 gezeigte Ausführungsbeispiel erforderlich, durch Einsetzen einer Differenzierschaltung vor der Steuerschaltung 223 eine Änderungsgröße je Abfrageperiode zu berechnen.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steueralgorithmus für diesen Roboter erlaubt eine genaue Lageeinstellung, ein Arbeiten mit erhöhter Geschwindigkeit und eine Rückführungskoeffizienteneinstellung innerhalb eines breiteren Bereiches zum Erleichtern der Einstellung.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist erfindungsgemäß die Steuereinrichtung für ein optisches Bildaufnahmesystem dazu gestaltet, die Größe der Steuerfunktion für das Rückführungssteuersystem unter Berücksichtigung der Abfrageperiode zu berechnen, die für das Abfragen einer solchen verteilten Erfassungsinformation als bei dem Steuern des Bildaufnahmesystems einer Fernsehkamera zu behandelnde Information benötigt wird, und dem gesteuerten System Informationen über den berechneten Wert zuzuführen. Daher wird das Steuerausgangssignal sehr stabil. Sowohl die Ansprechcharakteristik als auch der Frequenzgang können verbessert werden. Ferner erlaubt die Systemstabilisierung einen breiteren Bereich zum Einstellen von Rückführungskoeffizienten. Daher können bei der Anwendung der Erfindung an einem optischen Bildaufnahmesystem und anderen Bildverarbeitungseinrichtungen verschiedener Art die Funktionen zur Bildstabilisierung und Objektnachführung auf vorteilhafte Weise zum Korrigieren einer Bildversetzung ausgeführt werden, die sich aus einer Bewegung des Objekts ergibt.
Ferner sind kompakte Abmessungen der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbar, da sie nur mit einer elektrischen Schaltung gestaltet werden kann, ohne auf irgendeinen zusätzlichen Sensor oder irgendwelche zusätzlichen optischen Teile zurückzugreifen.
Während im Falle des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels die Erfindung bei dem Rückführungssteuersystem für ein optisches Bildaufnahmesystem angewandt ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern auch bei irgendeinem anderen System anwendbar, das ein Rückführungssystem zum Regeln eines gesteuerten Systems gemäß einer zeitlich verteilten Erfassung hat.
Die Fig. 20 bis 22(c) zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Fall wird die erfindungsgemäß gestaltete Bildverwackelung-Detektoreinrichtung bei einer Scharfstelleinrichtung mit automatischer Nachführung, einer Belichtungssteuereinrichtung mit automatischer Nachführung und dergleichen verwendet, um innerhalb einer Bildfläche einen Nachführbereich zum Nachfolgen einer Bewegung eines in der Bildfläche auftretenden Objekts einzustellen.
Das achte Ausführungsbeispiel ist dazu gestaltet, aus einer Vielzahl von in der Bildfläche eingestellten Bereichen Bewegungsvektoren zu ermitteln. Zum Bestimmen eines Objektnachführbereichs und eines Bildverwackelungs- Erfassungsbereichs wird eine optische Strömung statistisch verarbeitet. Die Einzelheiten des Ausführungsbeispiels werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:
Die Fig. 20 ist eine Blockdarstellung, die die Gestaltung einer Videokamera zeigt, welche mit der erfindungsgemäß gestalteten Bildverwackelungs-Korrektureinrichtung ausgestattet ist. Die Darstellung enthält ein Objekt OB, ein Prisma 312 mit veränderbarem Scheitelwinkel, das eine veränderbare optische Achse hat, ein Aufnahmeobjektiv 314, einen Bildsensor 316, der beispielsweise durch eine zweidimensionale Ladungskopplungsvorrichtung gebildet ist, eine Signalverarbeitungsschaltung 318, die an einem von dem Bildsensor 316 abgegebenen Bildsignal einen Signalverarbeitungsvorgang einschließlich Prozessen zur Gammakorrektur, Austastung und Synchronisiersignaleinfügung ausführt, so daß an einem Ausgangsanschluß 320 ein Fernsehsignal beispielsweise nach dem NTSC-System abgegeben werden kann, ein Helligkeitssignal Y, ein Horizontalsynchronisiersignal H.SYNC, ein Vertikalsynchronisiersignal V. SYNC, eine Verzögerungsschaltung 322, die das Helligkeitssignal Y um eine bestimmte Zeitdauer verzögert und die beispielsweise durch einen Bildspeicher der FIFO-Ausführung (first-in/first-out) gebildet ist, eine Blockunterteilungs-Impulsgeneratorschaltung 324, die ein Torimpulssignal für das Schalten des gerade abgetasteten Videosignals in der Weise erzeugt, daß es in eine bestimmte Anzahl von auf der Bildfläche eingestellten Blöcken unterteilt wird, und Aufteilungsschaltungen 326 und 328, die das Helligkeitssignal Y durch Schalten desselben gemäß den aus der Blockunterteilungs-Impulsgeneratorschaltung 324 abgegebenen Impulsen aufteilen. Die Unterteilungsschaltungen 326 und 328 geben das eingegebene Helligkeitssignal in Einheiten der auf der Bildfläche eingestellten Blöcke ab. Im einzelnen besteht jede von diesen aus einer Torschaltung, die durch die aus der Blockunterteilungs-Impulsgeneratorschaltung 324 abgegebenen Impulse geöffnet und geschlossen wird, und einem Speicher, der die von der Torschaltung durchgelassenen Signalteile speichert.
Ferner ist eine Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 gemäß Fig. 20 derart gestaltet, das Signal für die gegenwärtig erhaltene Bildfläche mit dem Signal zu vergleichen, das von der Verzögerungsschaltung 322 abgegeben wird, so daß es damit eine vorangehende Bildfläche darstellt, welche der gegenwärtigen Bildfläche um eine bestimmte Zeitdauer vorangeht, und durch Erfassen irgendeiner in einem jedem der unterteilten Blöcke auftretenden Änderung einen Bewegungsvektor zu ermitteln. Ein Speicher 323 speichert die Bewegungsvektorinformation für einen jeden Teil der Bildfläche. Eine Statistikaufbereitungsschaltung 334 erstellt ein Histogramm, das die Größe und Häufigkeit eines jeden Bewegungsvektors angibt. Eine Schwellenwertbestimmungsschaltung 336 erkennt die Form des Histogramms und bestimmt einen Schwellenwert, der nachfolgend beschrieben wird. Eine Bereichbestimmungsschaltung 338 ist dazu gestaltet, aus dem Histogramm diejenigen Blöcke herauszusuchen und abzurufen, die innerhalb des durch die Schwellenwertbestimmungsschaltung 336 bestimmten Schwellenwerts liegen.
Eine Bildverwackelungsausmaß-Detektorschaltung 340 ermittelt aus dem Helligkeitssignal das Ausmaß einer Bildverwackelung. Die Schaltung 340 ist beispielsweise aus einer Korrelationsrechenschaltung gebildet, die einen Vorgang zum Zusammenpassen repräsentativer Punkte ausführt. Ein Stellglied 324 ist zum Ändern des Scheitelwinkels des Prismas 342 gestaltet. Eine Stellsteuerschaltung 344 steuert das Stellglied 342 entsprechend dem Ausgangssignal der Bildverwackelungsausmaß-Detektorschaltung 340. Durch das Einstellen des Scheitelwinkels des Prismas 312 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel ist der Ablenkungswinkel der optischen Austrittsachse in bezug auf die optische Eintrittsachse des Prismas 312 steuerbar.
Die Videokamera nach Fig. 20 arbeitet folgendermaßen: Ein Objektbild, das das Prisma 312 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel und das Aufnahmeobjektiv 314 durchläuft, gelangt zu dem Bildsensor 316. Der Bildsensor 316 erzeugt dann ein Bildsignal. Die Signalverarbeitungsschaltung 318 führt an dem Ausgangssignal des Bildsensors 316 die vorangehend genannten Signalverarbeitungsvorgänge aus. Ein von der Signalverarbeitungsschaltung 318 abgegebenes Helligkeitssignal Y wird direkt der Unterteilungsschaltung 328 und auch indirekt über die Verzögerungsschaltung 322 der Unterteilungsschaltung 326 zugeführt. Die Verzögerungsschaltung 322 verzögert das Helligkeitssignal um eine Halbbildperiode (von ungefähr 16,7 ms), bevor sie es der Unterteilungsschaltung 326 zuführt. Die Unterteilungsschaltungen 326 und 328 unterteilen entsprechend den von der Blockunterteilungs- Impulsgeneratorschaltung 324 abgegebenen Impulsen eine ganze Bildfläche in m x n Blöcke. In diesem Fall ist angenommen, daß m gleich 20 ist und n gleich 14 ist, so daß sich ingesamt 280 Blöcke ergeben.
Die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 ermittelt die Bewegungsvektoren für die jeweiligen Blöcke nach einem Verfahren, das als Zeit-Raumgradient-Verfahren bezeichnet wird. Dieses Verfahren ist von B.K.P. Horn und anderen in "Artificial Intelligence", 17, Seiten 185 bis 203 (1981) erläutert. Es ermöglicht eine Echtzeitverarbeitung mittels einer Spezial-Hardware. Der Bewegungsvektor, der nach diesem Verfahren für die ganze Bildfläche ermittelt wird und irgendeine an jedem einzelnen der Blöcke auftretende Bewegung darstellt, wird als optische Strömung bezeichnet. Die Funktionen der Schaltungselemente 330 bis 338 werden unter Bezugnahme auf die Fig. 21(a) bis 21(d) folgendermaßen beschrieben: Die Fig. 21(a) zeigt als Beispiel die Bildfläche eines gerade aufgenommenen Halbbildes. Die Fig. 21(b) zeigt eine optische Strömung, die durch Summieren einer Differenz zwischen dem gegenwärtigen Halbbild und einem unmittelbar vorangehenden Halbbild über eine bestimmte Zeitdauer erhalten wird. Die Fig. 21(c) zeigt Histogramme, die die optische Strömung in Größen darstellen, die jeweils in den Richtungen X und Y ermittelt werden. Die Fig. 21(d) zeigt die Teilabschnitte von Bereichen, die bei diesem Ausführungsbeispiel erkannt werden.
In diesem Fall wird ein Laufbild eines sich bewegenden Objekts aufgenommen. Infolge der Absicht des Fotografen, das Bewegen der Kamera zu verhindern, ist die Bewegung des Hintergrunds geringer als diejenige des Objekts. Die von der Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 ermittelten Bewegungsvektoren werden durch den Speicher 332 über eine bestimmte Periode (von beispielsweise einer Sekunde) summiert. Danach werden die summierten Vektoren der statistischen Verarbeitungsschaltung 334 zugeführt. Die statistische Verarbeitungsschaltung 334 erstellt die in Fig. 21(c) gezeigten Histogramme dadurch, daß sie diese Vektoren entsprechend den Größen der X-Komponente und der Y- Komponente eines jeden Vektors einreiht. In Fig. 21(c) stellen die obere Zeichnungshälfte das Vektorhistogramm für die Richtung X und die untere Hälfte das Vektorhistogramm für die andere Richturig Y dar. In diesen Histogrammen zeigt jede der Achsen in den Richtungen X und Y positive und negative Größen, die durch einen Ursprung O getrennt sind, der beispielsweise in die Mitte der Bildfläche gesetzt ist. Die Häufigkeitswerte der Vektoren sind in der vertikalen Richtung der Zeichnung angegeben. Die Schwellenwert- Bestimmungsschaltung 336 bestimmt aus der Form dieser beiden Histogramme Schwellenwerte. In jeder der Richtungen X und Y wird ein sehr kleiner Wert nahe an einem Verteilungsabschnitt mit einem Spitzenwert ermittelt, der in jeder der Richtungen X und Y am nächsten an "0" liegt, und die Lage dieses Wertes wird als Schwellenwert bestimmt. Auf diese Weise werden Schwellenwerte sowohl in positiver als auch in negativer Richtung erhalten. Diese Schwellenwerte sind in Fig. 21(c) jeweils mit Thx1, Thx2, Thy1 und Thy2 bezeichnet.
Die auf diese Weise bestimmten Schwellenwerte werden der Bereichbestimmungsschaltung 338 zugeführt. Die Bereichbestimmungsschaltung 338 sucht aus den in dem Speicher 332 gespeicherten Bewegungsvektoren die Blöcke heraus, die innerhalb des Bereichs der Schwellenwerte liegen. Nimmt man beispielsweise an, daß ein an der i-ten Stelle in der Richtung m und an der j-ten Stelle in der Richtung n liegender Block als Block Bij bezeichnet ist und daß in dem Block Bij die Bewegungsgröße in der Richtung X mit Uij und die Bewegungsgröße in der Richtung Y mit Vij bezeichnet ist, so stellt die Schaltung 338 die folgenden Bedingungen auf:
Thx1 < Uij < Thx2 und
Thy1 < Vij < Thy2
Blöcke, die diesen Bedingungen genügen, werden als "Ein"- Blöcke angenommen, während die übrigen "Aus"-Blöcke sind. Der Zusammenhang zwischen den "Ein"- und "Aus"-Blöcken wird dann zu dem in Fig. 21(d) gezeigten. In Fig. 21(d) stellt der strichlierte Teil den Bereich der "Ein"-Blöcke dar, der ungefähr mit dem in Fig. 21(a) gezeigten Hintergrundbereich übereinstimmt.
Die Bildverwackelungsausmaß-Detektorschaltung 340 berechnet und ermittelt ein Bewegungsausmaß innerhalb des "Ein"- Bereichs. Das durch die Bildverwackelungsausmaß- Detektorschaltung 340 anzuwendende Erfassungsverfahren ist nicht auf das Verfahren zum Paaren von repräsentativen Punkten begrenzt. Die Bewegung kann durch Bildaufbereitung mit hoher Geschwindigkeit erfaßt werden. Das Verfahren kann durch irgendein Verfahren ersetzt werden, das eine Steuerung über das Ausführen ("Ein") und das nicht Ausführen ("Aus") der Berechnung der Korrelation für jeglichen der Blöcke zuläßt. Das durch die Bildverwackelungsausmaß- Detektorschaltung 340 ermittelte Ausmaß des Wackelns wird der Stellsteuerschaltung 344 zugeführt. Das Stellglied 342 verstellt dann das Prisma 312 mit dem veränderbaren Vertikalwinkel derart, daß das Ausgangssignal (die Verwackelungsgröße) der Bildverwackelungsausmaß- Detektorschaltung 340 verringert wird, nämlich die durch die Erschütterung der Kamera verursachte Bewegung der Bildfläche verringert wird.
Die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 und die Bildverwackelungsausmaß-Detektorschaltung 340 werden vorzugsweise zum Ausführen eines Rechenvorgangs für ein jedes Halbbild gestaltet. Die Verarbeitungsfunktion der Schaltungselemente 332 bis 338 kann jedoch einmalig in einigen hundert ms bis zu einigen s ausgeführt werden, weil die Kameraerschütterungsfrequenz im allgemeinen in einem Bereich von 1 bis 3 Hz liegt und die Frequenz mechanischer Vibrationen von Fahrzeugen oder dergleichen höher als diese ist. Daher kann irgendein unbeabsichtigter Objektnachführvorgang dadurch verhindert werden, daß der Zyklus der statistischen Berechnung dieser Schaltungselemente auf einen Wert eingestellt wird, der länger als diese Perioden ist.
Ferner wurden in der vorangehenden Beschreibung die Histogramme als in den beiden Richtungen X und Y erstellt beschrieben. Dies kann jedoch zu einem Erstellen eines Histogramms für einen zweidimensionalen Raum X-Y abgeändert werden. Falls die optische Strömung durch Anwendung von Bildern ermittelt wird, welche durch die Bewegungsvektor- Detektorschaltung 330 über eine bestimmte Zeitdauer summiert werden, muß der Rechenzyklus der Schaltungselemente 332 bis 338 dementsprechend geändert werden.
In Fällen, bei denen der Fotograf einen Kameraschwenk durch Nachführen mit einem Objekt auszuführen wünscht, arbeitet als nächstes das Ausführungsbeispiel folgendermaßen: Es sei angenommen, daß einer Person B nachgeführt werden soll, die in dem mittigen Teil einer Bildfläche gemäß Fig. 21(a) abgebildet ist. In diesem Fall wird die optische Strömung zu der in Fig. 22(a) dargestellten. Der Fotograf versucht daher, die Person B immer in einer bestimmten Lage in der Bildfläche zu halten. Infolgedessen werden an dem Bild der Person B die Bewegungsvektoren klein. Währenddessen werden die Bewegungsvektoren in der restlichen Bildfläche einschließlich des Hintergrunds groß. Die Fig. 22(b) zeigt Histogramme, die denjenigen nach Fig. 21(c) gleichartig sind. Die Fig. 22(c) zeigt (als strichlierten Teilbereich) einen durch die Bereichbestimmungsschaltung 338 bestimmten "Ein"-Bereich. Die Schwellenwerte Thx1, Thx2, Thy1 und Thy2 und die Bereiche werden im gleichen Prozeß wie dem vorangehend angeführten bestimmt.
Wenn im Falle des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels sich die Bewegung oder Verforinung des Objekts periodisch wiederholt und wenn die Perioden der statistischen Histogrammverarbeitung der Schaltungselemente 323 bis 338 miteinander übereinstimmen, kann ein dynamischer Bereich mit einer wiederholten Bewegung nicht von einem statischen Bereich unterschieden werden. In diesem Fall wird die Änderungsgröße (Streuung) des Vektors für jeden Block ermittelt. Irgendein Bereich, dessen Änderungsgröße nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird als Nachführbereich bestimmt. Nimmt man beispielsweise an, daß die mittleren Vektorwerte in einer Verarbeitungsperiode T des statistischen Prozesses für zu einem Zeitpunkt t ermittelte Vektoren Uijt und Vijt eines Blocks Bij jeweils Uij und Vij sind und die Streugrade der Vektoren Sxij und Syij sind, so kann die Vektorstreuung folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Werte Sxij und Syij für einen jeden Block werden mit denjenigen für einen anderen verglichen. Es ist auch möglich, diesen Vergleich hinsichtlich der Quadratwurzeln (Standardabweichungen) der Werte Sxij und Syij vorzunehmen.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird der Objektnachführbereich erfindungsgemäß durch statistisches Verarbeiten der optischen Strömung bestimmt. Daher ermöglicht das Ausführungsbeispiel das automatische Unterscheiden eines Objekts, von dem gewünscht ist, daß es innerhalb der Bildfläche stabil gegenüber anderen Objekten liegt, selbst wenn diese Objekte durch die Helligkeit kaum voneinander unterscheidbar sind oder auf der Bildfläche eine Vielzahl von sich bewegenden Objekten vorhanden ist. Das erfindungsgemäße Bereichbestimmungsverfahren ist nicht auf eine Fernsehkamera beschränkt. Es wird in einem weiten Bereich Anwendung finden, einschließlich bei einer industriellen Fernsehkamera und einer Überwachungskamera. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung hat hervorragende Vorteile für praktische Anwendungszwecke.
Die Fig. 23 bis 26 zeigen ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Fall wird eine Bildbewegungs- Detektoreinrichtung, die gemäß den vorangehenden Ausführungen die optische Strömung der Bewegungsvektoren nutzt, bei einer Fokussierautomatik-Einrichtung verwendet. Zuerst wird der Hintergrund des neunten Ausführungsbeispiels folgendermaßen beschrieben:
In der letzten Zeit wurde in der Videokamera eine automatische Scharfstelleinrichtung eingesetzt, die das Videosignal der Kamera benutzt und die unabhängig von der Entfernung des aufzunehmenden Objekts durch Anwendung der Informationen über das in der Bildfläche erhaltene Bild das Ermitteln eines Scharfeinstellzustands ermöglicht. Daher wurde die automatische Scharfstelleinrichtung dieser Art anstelle des Scharfeinstellungsermittlungsverfahrens für die Scharfeinstellungsermittlung durch Projizieren von Infrarotstrahlen oder Ultraschallwellen und Erfassen der Reflexionswellen derselben populär.
Das Scharfeinstellungsermittlungsverfahren der Art, bei der das Videosignal genutzt wird, kann grob in zwei Verfahren unterteilt werden.
Bei einem der beiden Verfahren wird das Videosignal dadurch moduliert, daß zwangsweise ein Unschärfezustand durch geringfügiges Vibrieren entweder einer Objektivteilkomponente eines optischen Aufnahmesystems oder eines Bildsensors in der Richtung der optischen Achse mit einem Stellglied wie einem bimorphen Element, einer Schwingspule oder dergleichen hervorgerufen wird (was nachfolgend als Modulationsverfahren bezeichnet wird).
Bei dem anderen Verfahren wird das optische Aufnahmesystem derart verstellt, daß beispielsweise eine hochfrequente Komponente des Videosignals einen maximalen Wert annimmt (was nachfolgend als Nachziehverfahren bezeichnet wird).
Gemäß dem Modulationsverfahren ändert sich nach dem Erreichen eines Scharfeinstellzustands der Schärfegrad nur wenig und das modulierte Signal bleibt nahezu auf Null, selbst wenn das optische Aufnahmesystem vibriert. Im Falle eines Unschärfezustands wird ein moduliertes Signal erzeugt.
Die Phase des modulierten Signals in bezug auf das modulierende Signal wird dann in Abhängigkeit davon umgekehrt, ob es in einem Naheinstellzustand oder in einem Weiteinstellzustand ist. Daher wird entsprechend dem Vorliegen oder Fehlen dieses modulierten Signals das Scharfeinstellungsstellglied wieder eingeschaltet (das im allgemeinen ein Gleichstrommotor ist). Die Richtung des erneuten Anlassens wird entsprechend der Phase des modulierten Signals bestimmt. Dies ermöglicht das genaue erneute Anlaufen des Stellglieds. Das Modulationsverfahren macht es jedoch erforderlich, daß das modulierende Stellglied einen hohen Genauigkeitsgrad hat und eine hochgenaue Funktion ausführen kann. Daher wird die bauliche Gestaltung der Kamera kompliziert und groß. Infolgedessen erfordert sie nicht nur eine komplizierte Justierung, sondern sie ist auch hinsichtlich des elektrischen Energieverbrauchs nachteilig.
Im Fall des Nachziehverfahrens wird das Objektiv oder der Bildsensor derart bewegt, daß eine einem Schärfegrad entsprechende Signalkomponente auf ihren maximalen Wert gebracht wird. Nach dem Erreichen eines Scharfeinstellzustands wird das dann erzielte Schärfesignal gespeichert. Danach wird ein gegenwärtiges Schärfesignal mit dem gespeicherten Signal verglichen. Wenn das Vergleichsergebnis das Auftreten irgendeiner Änderung anzeigt, wird das Stellglied für die Scharfeinstellung wieder eingeschaltet. Dieses Verfahren erfordert keinerlei kompliziertes Antriebssystem für die Scharfeinstellung, was eine Vereinfachung und Verkleinerung der Kamera zuläßt. Ein Nachteil des Nachziehverfahrens besteht jedoch darin, daß häufig bei dem Wiedereinschalten des Stellglieds nach dessen Anhalten bei dem Erreichen des Scharfeinstellzustands keine Information über die Richtung ermittelbar ist, in der das Objektiv oder der Bildsensor zu verstellen ist. Dies erfordert ein versuchsweises Verschieben des Objektivs in der einen oder anderen Richtung. Falls das Schärfesignal in der Richtung zunimmt, was anzeigt, daß sich die Objektivstellung einem Scharfeinstellungspunkt nähert, wird durch das Stellglied das Objektiv weiter verstellt. Falls jedoch das Schärfesignal abnimmt, was anzeigt, daß das Objektiv in der falschen Richtung verstellt wird, wird die Verstellrichtung des Stellglieds umgekehrt. Da dieses Verfahren theoretisch einen solchen Versuchsvorgang erforderlich macht, gewährleistet es nicht eine stabile automatische Scharfeinstellfunktion.
Im Falle des neunten Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgeinäße Verwackelungsermittlungsverfahren, bei dem die optische Strömung von Bewegungsvektoren genutzt wird, bei der einfachen Gestaltung des vorangehend genannten Nachziehverfahrens in der Weise angewandt, daß die Information über die Objektivverstellrichtung bereitgestellt wird. Die als neuntes Ausführungsbeispiel gestaltete automatische Scharfstelleinrichtung enthält eine Schärfeermittlungseinrichtung, die durch Ermitteln eines Schärfegrades an einem in der Bildfläche erscheinenden Objekt eine Schärfeeinstellung ausführt, eine Bewegungsvektor-Detektoreinrichtung zum Ermitteln der Bewegungsvektoren eines Bilds in einem jeden von einer Vielzahl unterteilter Bereiche der Bildfläche und eine Steuereinrichtung, die das Bildbewegungsausmaß aufgrund der von der Bewegungsvektor-Detektoreinrichtung abgegebenen Bewegungsvektorinformationen berechnet und die Schärfeermittlungseinrichtung einschaltet, wenn das Bewegungsausmaß außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Wenn auf diese Weise aus der Information über die Bildbewegungsvektoren die Richtung ermittelt wird, in der sich das Objekt und die Kamera in bezug zueinander bewegen, kann die automatische Scharfstelleinrichtung entsprechend der Information wieder eingeschaltet werden. Abweichend von dem Modulationsverfahren, bei dem ein komplizierter und hochgenauer Mechanismus einschließlich des modulierenden Stellglieds usw. erforderlich ist, ermöglicht das Ausführungsbeispiel eine stabile, sofortige und hochgenaue automatische Scharfeinstellung, die grundlegend auf dem Nachziehverfahren basiert, mit einer einfachen baulichen Gestaltung.
In den Fig. 23 bis 26 sind Teilkomponenten, die entweder die gleichen wie die entsprechenden Teile nach Fig. 20 bis 22(c) sind oder zum Ausführen der gleichen Funktionen wie die entsprechenden Teile gestaltet sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet und deren Einzelheiten, die schon beschrieben wurden, sind in der folgenden Beschreibung weggelassen.
Die Fig. 23 ist eine Blockdarstellung, die sich von der Anordnung nach Fig. 20 in folgenden Punkten unterscheidet: Das Prisma 312 mit dem veränderbaren Scheitelwinkel, das Prismenstellglied 342 und die Verstellungssteuerschaltung 344 sind weggelassen. Anstelle von diesen sind ein Scharfeinstellungs-Stellglied 362 zur Scharfeinstellung des Aufnahmeobjektivs 314 und eine Verstellungs-Steuerschaltung 360 zum Steuern des Stellglieds 362 gestaltet. Es sind ferner Blöcke 348 bis 358 zur automatischen Scharfeinstellungsermittlung vorgesehen, die dazu gestaltet sind, eine Bewegung des Objekts aufgrund der aus der Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 erhaltenen Bewegungsvektorinformationen zu ermitteln. Eine Wiedereinschaltungs-Bestiminungsschaltung 346 dient zum erneuten Einschalten der automatischen Scharfstelleinrichtung.
Die Wiedereinschaltungs-Bestimmungsschaltung 346 nimmt das Ausgangssignal der Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330, die Ausgangssignale einer Entfernungsmeßbereich- Einstellschaltung 348 und das Ausgangssignal einer Vergleichsschaltung 358 auf und bestimmt entsprechend diesen Ausgangssignalen, ob die automatische Scharfstelleinrichtung wieder einzuschalten ist.
Ein automatisches Scharfeinstellungssystem ist folgendermaßen gestaltet: Die Entfernungsmeßbereich- Einstellschaltung 348 ist durch eine Torschaltung gebildet, die nur ein Helligkeitssignal durchläßt, welches in einem von der Signalverarbeitungsschaltung 318 abgegebenen Helligkeitssignal Y enthalten ist und einem Scharfeinstellungmeßbereich (Entfernungsmeßbereich) auf der Bildaufnahmefläche entspricht. Die Schaltung 348 stellt den Entfernungsmeßbereich auf der Bildaufnahmefläche aufgrund des Ausgangssignals der Bereichbestimmungsschaltung 338 ein. Aus dem Helligkeitssignal, das dem durch die Entfernungsmeßbereich-Einstellschaltung 348 eingestellten Entfernungsmeßbereich entspricht, greift ein Hochpaßfilter 350 eine Hochfrequenzkomponente heraus. Eine Gleichrichterschaltung 352 setzt die durch das Hochpaßfilter 350 herausgegriffene Hochfrequenzkomponente in ein Gleichspannungspegelsignal um. Eine Integrierschaltung 354 integriert das von der Gleichrichterschaltung 352 abgegebene Gleichspannungspegelsignal über eine bestimmte Zeit. Die Integrierschaltung 354 ist ferner derart gestaltet, daß deren Integrationsempfindlichkeit durch ein von der Entfernungsmeßbereich-Einstellschaltung 348 abgegebenes Steuersignal 348a entsprechend einer Änderung des Entfernungsmeßbereichs gesteuert wird, so daß eine Bereichskorrektur vorgenommen wird. Eine Verzögerungsschaltung 356 verzögert das (nachstehend als Schärfesignal bezeichnete) Ausgangssignal der Integrierschaltung 354 um eine vorbestimmte Zeitdauer, die beispielsweise einem Halbbild entspricht. Die Vergleichsschaltung 358 vergleicht ein gegenwärtig erhaltenes Schärfesignal mit einem Schärfesignal, das um eine Halbbildperiode zuvor erhalten wurde und durch die Verzögerungsschaltung 356 verzögert ist. Die Verstellungs- Steuerschaltung 360 betreibt und steuert ein Stellglied (z.B. einen Gleichstromservomotor), das zum Einstellen des Scharfeinstellungszustands des Aufnahmeobjektivs 314 gestaltet ist.
Die automatische Scharfstelleinrichtung, die auf die vorstehend beschriebene Weise erfindungsgemäß gestaltet ist, arbeitet folgendermaßen:
Gemäß den vorangehenden Ausführungen gibt die Bereichbestimmungsschaltung 338 Informationen über die Bildmuster der Objektteile A, B und C und das Bildmuster des Hintergrundbereichs D gemäß Fig. 21(d) ab. Aufgrund dieser Informationen führt die Entfernungsmeßbereich-Einstellschaltung 348 einen Torschaltvorgang in der Weise aus, daß nur das Helligkeitssignal für einen Hauptobjektteil durchgelassen wird und dem Hochpaßfilter 358 zugeführt wird. D.h., auf diese Weise wird als Entfernungsmeßbereich ein Bereich eingestellt, in dem das Hauptobjekt liegt. Durch das Hochpaßfilter 358 wird aus dem zugeführten Helligkeitssignal die Hochfrequenzkomponente herausgegriffen. Die herausgegriffene Hochfrequenzkomponente wird durch die Gleichrichterschaltung 352 in ein Gleichspannungspegelsignal umgesetzt, das durch die Integrierschaltung 354 über eine vorbestimmte Zeitdauer integriert wird. Die Integrierschaltung gibt dann ein Schärfesignal ab. Das Schärfesignal wird der Vergleichsschaltung 358 zusammen mit einem Schärfesignal zugeführt, das eine um eine Halbbildperiode zuvor erhaltene vorangehende Bildfläche betrifft und das durch die Verzögerungsschaltung 356 um eine Halbbildperiode verzögert wurde. Durch die Vergleichsschaltung werden diese Schärfesignale für die gegenwärtige Bildfläche und die vorangehende Bildfläche miteinander verglichen. Das Vergleichsergebnis wird über die Wiedereinschaltungs-Bestimmungsschaltung 346 der Verstellungs-Steuerschaltung 360 zugeführt. Die Verstellungs-Steuerschaltung 360 steuert dann das Stellglied 362 und bewirkt, daß das Aufnahmeobjektiv 314 in der Richtung zum Erhöhen des Pegels des Schärfesignals verstellt wird. Wenn der Schärfesignalpegel einen maximalen Wert erreicht und dann abnimmt, wird die Stellung des Objektivs, die erreicht wird, wenn der Schärfesignalpegel den maximalen Wert erreicht hat, als Scharfeinstellung bestimmt. Das Aufnahmeobjektiv 314 wird in diese Stellung zurückgeführt und die automatische Scharfeinstellung wird beendet.
Wenn die Integrationsausgangssignale der Integrierschaltung 354 durch die Vergleichsschaltung 358 während des Prozesses der automatischen Scharfeinstellung verglichen werden, unterscheidet sich dann, wenn die Größe des um eine Halbbildperiode zuvor eingestellten Entfernungsmeßbereichs von derjenigen des Entfernungsmeßbereichs für das gegenwärtige Halbbild verschieden ist, die Integrationssignale hinsichtlich des Pegels, obgleich der Schärfezustand unverändert bleibt. In diesem Fall könnte die Pegeldifferenz eine fehlerhafte Bestimmung verursachen, da das Ergebnis des Pegelvergleichs nicht dem Schärfegrad entspricht. Zur Lösung dieses Problems wird der Integrierschaltung 354 das Steuersignal 348 zugeführt, das die Größe des Entfernungsmeßbereichs darstellt. Durch dieses Steuersignal wird irgendeine Flächendifferenz zwischen den Entfernungsmeßbereichen der beiden Halbbildflächen korrigiert. D.h., der Integrationssignalausgangspegel der Integrierschaltung 354 wird durch den Flächenwert des Entfernungsmeßbereichs normiert. Im Falle dieses Ausführungsbeispiels wird die vorstehend genannte Korrektur durch Umschalten der Integrationsempfindlichkeit der Integrierschaltung 354 von einem Wert zum anderen bewerkstelligt.
Die praktische Gestaltung der Entfernungsmeßbereich- Einstelleinrichtung ist die vorstehend beschriebene. Bei dem statistischen Bearbeitungsvorgang, der gemeinschaftlich durch den Speicher 332, die statistische Verarbeitungsschaltung 334 und die Schwellenwert- Bestimmungsschaltung 336 gemäß der vorangehenden Beschreibung ausgeführt wird, werden die Histogramme sowohl in der Richtung X als auch in der Richtung Y der Bildaufnahmefläche erstellt. Dies kann jedoch zum Erstellen eines Histogramms für einen zweidimensionalen XY-Raum abgeändert werden. Falls ferner die optische Strömung durch die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 unter Anwendung eines über eine bestimmte Zeitdauer summierten Bildes ermittelt wird, muß der Arbeitszyklus der Schaltungselementegruppe von dem Speicher 332 bis zu der Bereichbestimmungsschaltung 338 entsprechend der Bildsummierzeitdauer geändert werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird der Entfernungsmeßbereich entsprechend dem Ausgangssignal der Bereichbestimmungsschaltung 338 eingestellt. Für das übliche Fotografieren liegt jedoch ein Hauptobjekt in dem mittigen Teil der Bildfläche. Außerdem ist es wünschenswert, bei der Entfernungsmessung eine Verwechslung zwischen dem Hauptobjekt und dem Hintergrund zu vermeiden. Daher kann als Entfernungsmeßbereich allein ein Bereich in dem mittigen Teil der Bildfläche und um diesen herum gewählt werden. In diesem Fall können die Bereiche A und C völlig außer Acht gelassen werden. Es ist auch möglich, eine Fensterfunktion in der Weise anzusetzen, daß der mittige Teil der Bildfläche mit 100% und die vier diagonalen Ecken mit 0% gewichtet werden und die Gewichtung des Bereichs zwischen diesen Teilen kontinuierlich verändert wird.
Das Wiedereinschalten der automatischen Scharfstelleinrichtung aufgrund der Bewegungsvektoren wird tatsächlich auf folgende Weise ausgeführt: Zum Vereinfachen der Darstellung sei angenommen, daß der Entfernungsmeßbereich auf den mittigen Teil der Bildfläche und um diesen herum eingestellt ist, wie es beispielsweise durch den Bereich B in Fig. 21(d) dargestellt ist. Fig. 24 zeigt eine unter dieser Bedingung in dem Bereich B ermittelte optische Strömung. Im Falle dieser optischen Strömung bewegt sich das dem Bereich B entsprechende Objekt ein wenig zu der oberen rechten Seite der Bildfläche hin, während es sich der Kamera nähert. Die Bewegungsvektoren in den unterteilten Blöcken tendieren als ganze nach rechts, wobei die Richtungen und Größen zu dem Umfangsbereich hin divergieren. Dies zeigt an, daß sich das Objekt der Kamera nähert und sich zugleich zur rechten Seite derselben hin bewegt.
Die Fig. 25 veranschaulicht die Beschaffenheit einer derartigen optischen Strömung. Ein Aufnahmeobjektiv 314 gemäß Fig. 25 ist mit dem Aufnahmeobjektiv 314 nach Fig. 23 identisch. Mit 364 ist das Objekt bezeichnet, das dem Bereich B nach Fig. 21(d) entspricht. Mit 368 ist ein das Objekt darstellendes Bild bezeichnet, das auf der Bildaufnahmefläche gebildet ist. Mit 366 ist ein Zustand des Objekts bezeichnet, den es erreicht, wenn es sich nach oben gemäß Fig. 24 bewegt, während es sich dem Aufnahmeobjektiv 314 nähert. Mit 370 ist das Bild des bewegten Objekts bezeichnet. Die vektorielle Größe der optischen Strömung, die die Aufwärtsbewegung in der Zeichnung gesehen darstellt, ist unabhängig von ihren Lagen in der Bildebene unverändert. Die sich aus der Annäherung des Objekts an das Objektiv ergebende optische Strömung wird dagegen durch die Erweiterung des Objektbilds hervorgerufen und dessen vektorielle Größe ändert sich entsprechend der Änderung seiner Lage in der Bildfläche. Die Größe des Vektors ist auf der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 314, d.h., in der Mitte der Bildfläche Null und nimmt entsprechend der Vergrößerung des Abstands von dem mittigen Teil der Bildfläche zu. Die optische Strömung nach Fig. 24 ist eine zusammengesetzte optische Strömung, die aus den Vektoren besteht, die sich aus diesen beiden verschiedenen Faktoren ergeben. Während ferner zwar die Bilder 368 und 370 auf der Bildaufnahmefläche in voneinander verschiedenen Lagen auf der optischen Achse dargestellt sind, werden sie tatsächlich auf ein und derselben Ebene abgebildet.
Als nächstes wird ein in der Wiedereinschaltungs- Bestimmungsschaltung 346 ausgeführter Rechenvorgang folgendermaßen beschrieben: Die Fig. 26 ist eine grafische Darstellung des Bereichs B nach Fig. 21(d). Mit der Mitte der Bildfläche als Ursprung (0,0) werden Koordinaten x und y erhalten. Die Koordinaten von Blöcken in dem Entfernungsmeßbereich B sind zu (i,j) angenommen. Der Vektor der optischen Strömung in einem jeweiligen Block ist zu A(i, j) angenommen. Ferner ist angenommen, daß der Einheitsvektor in x-Richtung "i" ist und der Einheitsvektor in y-Richtung "j" ist. Der Vektor der optischen Strömung kann umgeschrieben werden zu A(i,j) = iAx + jAy.
Die durch das Ausdehnen oder Zusammenziehen des Bilds verursachte Versetzung des optischen Strömungsvektors stellt die Divergenz von Vektoren auf der Bildfläche dar. Die Divergenz "divA" des Vektors A kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
divA = δAx/δx + δAy/δy
Diese Divergenz stellt eine Änderung des Abstands zwischen dem Objekt und der Kamera dar.
Die Wiedereinschaltungs-Bestimmungsschaltung 346 erhält aus der Entfernungsmeßbereich-Einstellschaltung 348 Steuerinformationen über den Entfernungsmeßbereich sowie aus der Bewegungsvektor-Detektorschaltung 330 Informationen über Bewegungsvektoren für einen jeden Block der Bildaufnahmefläche. Die Wiedereinschaltungs-Bestimmungsschaltung 346 berechnet dann die Summe von divA folgendermaßen:
d = ΣB divA
Die Summe der Divergenz divA innerhalb des Bereichs B ändert sich entsprechend dem Erweitern oder Zusammenziehen des Objektbilds auf der Bildaufnahmefläche.
Im Falle der Fig. 24 wird die Summe d größer als Null, wenn sich das Bild erweitert hat. Falls sich das Objekt von dem Aufnahmeobjektiv 314 weg bewegt hat, wird die Summe kleiner als Null.
Wenn nach dem Erreichen eines Scharfeinstellungszustands ein Zustand "d = 0" fortdauert, bleibt daher der Abstand zum Objekt unverändert und das Objektiv wird im Stillstand belassen. Falls nach dem Erweichen des Scharfeinstellungszustands die Summe d nicht gleich Null ist, wird dies als Änderung des Abstands zwischen der Kamera und dem Objekt bewertet und die automatische Scharfstelleinrichtung wird wieder eingeschaltet. In diesem Fall kann die Richtung für die Scharfeinstellung aus dem positiven oder negativen Wert der Summe d bestimmt werden. Im einzelnen kann bestimmt werden, daß das Objekt näher an das Aufnahmeobjektiv 314 herangekommen ist, wenn die Summe d größer als Null ist. In diesem Fall liegt der Brennpunkt des Aufnahmeobjektivs 314 hinter dem Objekt und es wird ein Bild im sog. Fern- Scharfeinstellungszustand erhalten. Wenn die Summe d kleiner als Null ist, hat sich das Objekt weiter von dem Objektiv weg bewegt. In diesem Fall wird ein Nah-Scharfeinstellungszustand des Objektiv erzielt.
Wenn auf diese Weise die Divergenz divA des optischen Strömungsvektors innerhalb des Entfernungsmeßbereichs untersucht wird, können irgendeine hinsichtlich des Objektabstands auftretende Änderung und die Richtung der Änderung auf genaue Weise erfaßt werden. Dies ermöglicht es, daß nach dem Erreichen eines Scharfeinstellungszustands die automatische Scharfstelleinrichtung wieder eingeschaltet wird, sobald es erforderlich ist. Auch in dem Fall, daß für die automatische Scharfstelleinrichtung das Nachziehverfahren angewandt wird, kann die Information über einen Naheinstellungszustand oder einen Weiteinstellungszustand auf genaue Weise erhalten werden, ohne daß irgendein Versuchsvorgang ausgeführt wird. Die Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels ermöglicht es daher, daß die automatische Scharfstelleinrichtung sofort, auf stabile Weise und auf genaue Weise wieder eingeschaltet wird.
Ferner kann erfindungsgemäß durch das Ausführen des statistischen Prozesses an den Bewegungsvektoren für das Berechnen der Divergenz der optischen Strömungsvektoren eine Änderung des Objektabstands auf zuverlässige Weise selbst dann erfaßt werden, wenn innerhalb der Bildaufnahmefläche eine Vielzahl von Objekten, ein komplizierter Hintergrund oder ein infolge einer geringen Helligkeitsdifferenz schwer herausgreifbares Bildmerkmal usw. vorliegt. Die Empfindlichkeit und die Genauigkeit sind bei dem Ausführungsbeispiel auf diese Weise weitaus höher als diejenigen bei der herkömmlichen Einrichtung.
Bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung des Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die optische Strömung auf der Bildfläche dadurch ermittelt, daß für jeden der Vielzahl von Blöcken auf der Bildaufnahmefläche die Bewegungsvektoren erfaßt werden, das Auftreten oder Fehlen irgendeiner Bewegung des Objekts aus der Versetzung der optischen Strömung ermittelt wird, auf genaue Weise eine Unterscheidung zwischen einer Annäherungsbewegung und einer wegführenden Bewegung getroffen wird und aufgrund der auf diese Weise erhaltenen Information die Erfordernis zu einem erneuten Beginnen einer automatischen Scharfeinstellung bestimmt wird. Daher ist anders als bei dem herkömmlichen Modulationsverfahren bei dem Ausführungsbeispiel die Erfordernis vermieden, auf einen hochpräziesen und komplizierten Mechanismus für das zwangsweise Modulieren des Fokussignals durch das Erzeugen eines Scharfeinstellungszustands oder eines Unschärfezustands bei dem Ermitteln der Information über eine Naheinstellung oder eine Weiteinstellung zurückzugreifen. Die erfindungsgemäße automatische Scharfstelleinrichtung ist somit derart gestaltet, daß sie durch einen wirkungsvollen und stabilen Betriebsvorgang auf genaue Weise das Bestimmen der Erfordernis für einen Wiederbeginn des Scharfeinstellungsvorgangs aus dem Bildsignal ermöglicht.
Eine Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung zum Erfassen eines Verwackelns eines Bilds auf einer Bildaufnahmefläche aufgrund eines von einem Bildsensor abgegebenen Videosignals enthält Detektorschaltungen, die eine Bildversetzung in einer Vielzahl von auf der Bildaufnahmefläche eingestellten Bereichen erfassen, und einen Steuerungsmikrocomputer, der aufgrund der von diesen Detektorschaltungen abgegebenen Informationen eine Unterscheidung zwischen einer Bewegung einer Kamera und einer Eigenbewegung eines Aufnahmeobjekts trifft. Die Einrichtung nimmt daher auf genaue Weise eine Korrektur einer Bildverwackelung durch Bewertung des Zustands des Bilds aufgrund der von diesen Detektorschaltungen abgegebenen Informationen vor. Die Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung enthält ferner eine Rechenschaltung, die aufgrund einer Differenz der Erfassungszeiten eines charakteristischen Punktes des Bilds ein Ausmaß einer Bildverwackelung berechnet, und eine Empfindlichkeitssteuerschaltung, die die Erfassungsempfindlichkeit der Verwackelungs-Detektorschaltungen verändert. Weiterhin ist eine Objektnachführeinrichtung offenbart, bei der die erfindungsgemäße Bildverwackelungs-Detektoreinrichtung verwendet ist.

Claims

1. Bildsensoreinrichtung für das Ermitteln eines Wackelns eines Bildes auf einer Bildaufnahmefläche (100) aufgrund eines Bildsignals aus einer Bildsensoreinrichtung (2), gekennzeichnet durch

a) eine erste Ermittlungseinrichtung (9) zum Ermitteln der Bildverlagerung aufgrund eines Bildsignals, das einem auf der Bildaufnahmefläche (100) eingestellten ersten Erfassungsbereich (A1) entspricht,

b) eine zweite Ermittlungseinrichtung (9) zum Ermitteln der Bildverlagerung aufgrund eines Bildsignals, das einem auf der Bildaufnahmefläche (100) eingestellten zweiten Erfassungsbereich (A2) entspricht,

c) eine Wähleinrichtung (10) zum Wählen der ersten Ermittlungseinrichtung (9) oder der zweiten Ermittlungseinrichtung (9) und

d) eine dritte Ermittlungseinrichtung (9,92) zum Bereichen der Bewegung des Bildes aus einem Ausgangssignal der mittels der Wähleinrichtung (10) gewählten ersten oder zweiten Ermittlungseinrichtung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch

a) eine Korrekturvorrichtung (1) zum Versetzen der optischen Achse eines optischen Fotoaufnahmesystems (1, 11), das aus einfallendem Licht auf der Bildaufnahmefläche (100) der Bildsensorvorrichtung (2) ein Bild erzeugt, und

b) eine Verstellungssteuereinrichtung (8) zum Verstellen der Korrekturvorrichtung (1) gemäß einem Ausgangssignal einer Bildverwackelungs-Ermittlungseinrichtung (9).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzichnet, daß die Korrekturvorrichtung (1) ein in das optische Fotoaufnahmesystem (1, 11) eingefügtes Prisma mit veränderbarem Scheitelwinkel ist und daß die Verstellungssteuereinrichtung (8) derart gestaltet ist, daß sie gemäß aus der Bildverwakkelungs-Ermittlungseinrichtung (9) abgegebenen Informationen über das Verwackeln des Bildes den Scheitelwinkel des Prismas mit dem veränderbaren Scheitelwinkel in der Richtung zum Verringern des Ausmaßes des Verwackeln des Bildes verändert.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Erfassungsbereich (A1) ein Bereich ist, der ungefähr in einem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche (100) eingestellt ist, und daß der zweite Erfassungsbereich (A2) ein Bereich ist, der um den ersten Erfassungsbereich (A1) herum liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem ersten Erfassungsbereich (A1) liegendes Bild einem Hauptobjektbild auf der Bildaufnahmeflache (100) entspricht und daß der zweite Erfassungsbereich (A2) einem Hintergrund des Hauptobjektbildes auf der Bildaufnahmefläche (100) entspricht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ermittlungseinrichtung (9) jeweils dazu gestaltet ist, aus einem durch Umsetzen eines Helligkeitswertes des Bildsignals in einen binären Wert geformten Histogramm den Schwerpunkt eines Bildes zu ermitteln und aus einer Bewegungsgröße des Schwerpunktes in einer Vielzahl von in vorbestimmten Zeitabständen erhaltenen Bildern einen Bewegungsvektor eines Bildes zu berechnen, und daß die Verstellungssteuereinrichtung (8) dazu gestaltet ist, die Korrekturvorrichtung (1) gemäß dem Bewegungsvektor zu steuern.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverwackelungs-Ermittlungseinrichtung (9) eine erste Betriebsart, bei der ein Wackeln eines Bildes aufgrund von aus dem ersten Erfassungsbereich (A1) erhaltenen Erfassungsinformationen ermittelt wird, und eine zweite Betriebsart hat, bei der in ein Wackeln eines Bildes aufgrund der aus dem zweiten Erfassungsbereich (A2) erhaltenen Erfassungsinformationen ermittelt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (10) eine Vorrichtung zum manuellen Wahlen der ersten oder der zweiten Betriebsart enthält.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (10) eine Einrichtung zum automatischen Wählen der ersten oder der zweiten Betriebsart enthält.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverwackelungs-Ermittlungseinrichtung (9) eine Einrichtung (92) zum Erfassen einer einer Schärfe entsprechenden vorbestimmten Signalkomponente in dem aus dem ersten und zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) erhaltenen Bildsignal enthält und daß die Wähleinrichtung (10) dazu gestaltet ist, denjenigen des ersten und zweiten Erfassungsbereichs (A1, A2) zu wählen, bei dem die erfaßte Größe der vorbestimmten Signalkomponente größer ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverwackelungs-Ermittlungseinrichtung (9) dazu gestaltet ist, einen Bildverwackelungs-Ermittelungsvorgang derselben anzubrechen, wenn die erfaßten Größe der vorbestimmten Signalkomponente im ersten oder zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Signalkomponente eine in dem Bildsignal erhaltenene hochfrequente Komponente ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Signalkomponente eine in dem Bildsignal erhaltene Randkomponente ist.

14. Bildbewegungsdetektoreinrichtung zum Ermitteln einer Bewegung eines Bildes auf einer Bildaufnahmefläche (100) aufgrund eines Bildsignals aus einer Bildsensorvorrichtung (2), gekennzeichnet durch

a) eine Bewegungsermittlungseinrichtung (9) zum Ermitteln der Verlagerung des Bildes aufgrund von Bildsignalen, die einem ersten und einem zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) auf der Bildaufnahmefläche (100) entsprechen, wobei die Bewegungsermittlungseinrichtung (9) dazu gestaltet ist, ein Wackeln eines Bildes aufgrund von Erfassungsinformationen zu ermitteln, die jeweils aus dem ersten Erfassungsbereich (A1) und dem zweiten Erfassungsbereich (A2) erhalten werden,

b) eine Korrekturvorrichtung (1) zum Korrigieren einer Bewegung des Bildes aufgrund von aus der Bewegungsermittlungseinrichtung (9) abgegebenen Informationen über die Bildverlagerung,

c) eine Schärfeermittlungseinrichtung (9, 92) zum Erfassen einer eine Bildschärfe anzeigenden Signalkomponente aus den den Erfassungsbereichen (A1, A2) entsprechenden Bildsignalen und

d) eine Steuereinrichtung (8, 9, 10) zum Steuern der Funktion der Korrekturvorrichtung (1) gemäß einem Ausgangssignal der Schärfeermittlungseinrichtung (9, 92).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung (1) ein in ein optisches Fotoaufnahmesystem (1, 11) eingefügtes Prisma mit veränderbarem Scheitelwinkel ist, das derart gestaltet ist, daß sein Scheitelwinkel sich entsprechend den Informationen über die Bildverlagerung in der Richtung zum Verringern des Ausmaßes der Bildbewegung andert.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsermittlungseinrichtung (9) dazu gestaltet ist, die Bildverlagerung in dem ersten Erfassungsbereich (A1), der ungefähr in einem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche (100) eingestellt ist, und in dem zweiten Erfassungsbereich (A2) zu ermitteln, der um den ersten Erfassungsbereich (A1) herum liegt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8, 9, 10) eine Wähleinrichtung (10) zum Wählen einer ersten oder zweiten Betriebsart enthält.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (10) eine Einrichtung zum manuellen oder automatischen Wählen der ersten oder zweiten Betriebsart enthält.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8, 9, 10) dazu gestaltet ist, denjenigen des ersten und zweiten Erfassungsbereichs (A1, A2) zu wählen, bei dem ein Ausgangssignal der Schärfeermittlungseinrichtung (9, 92) größer ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8, 9, 10) dazu gestaltet ist, einen Betriebsvorgang der Korrekturvorrichtung (1) abzubrechen, wenn das Ausgangssignal der Schärfeermittlungseinrichtung (9, 92) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schärfeermittlungseinrichtung (9, 92) dazu gestaltet ist, eine Schärfe aufgrund einer Größe einer hochfrequenten Komponete oder einer Randkomponente des Bildsignals zu ermitteln.

22. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 14, ferner gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungseinrichtung (4, 5, 6) zum Aufzeichnen des Bildsignals aus der Bildsensorvorrichtung (2) mit korrigierter Bewegung des Bildsignals.

23. Kamera mit einer Bildbewegungsdetektoreinrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungsvorrichtung (4, 5, 6) zum Aufzeichnen des Bildsignals aus der Bildsensorvorrichtung, das mittels der Korrekturvorrichtung (1) korrigiert ist, auf einen Aufzeichnungsträger (6).

24. Kamera nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Erfassungsbereiche (A1, A2) zumindest einen ersten und einen zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) umfassen und daß ein in dem ersten Erfassungsbereich (A1) liegendes Bild einem Hauptobjektbild auf der Bildaufnahmefläche (100) entspricht und der zweite Erfassungsbereich (A2) einem Hintergrund des Hauptobjektbilds auf der Bildaufnahmefläche (100) entspricht.

25. Kamera nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsermittlungseinrichtung (9) eine erste Betriebsart, bei der ein Wackeln eines Bildes aufgrund der aus dem ersten Erfassungsbereich (A1) erhaltenen Erfassungsinformationen ermittelt wird, und eine zweite Betriebsart hat, bei der ein Wackeln eines Bildes aufgrund der aus dem zweiten Erfassungsbereich (A2) erhaltenen Erfassungsinformationen ermittelt wird, und daß die Kamera ferner eine Wähleinrichtung (10) mit einer Vorrichtung zum manuellen Wählen der ersten oder zweiten Betriebsart aufweist.

26. Kamera nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsermittlungseinrichtung (9) eine Einrichtung (92) zum Erfassen einer einer Schärfe entsprechenden vorbestimmten Signalkomponente in dem aus dem ersten und zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) erhaltenen Bildsignal enthält und daß die Wähleinrichtung (10) dazu gestaltet ist, denjenigen aus dem ersten und zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) zu wählen, bei dem die erfaßte Größe der vorbestimmten Signalkomponente größer ist.

27. Kamera nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsermittlungseinrichtung (9) dazu gestaltet ist, einen Bildverwackelungs-Ermittlungsvorgang derselben abzubrechen, wenn die erfaßte Größe der vorbestimmten Signalkomponente im ersten oder zweiten Erfassungsbereich (A1, A2) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.