DE68928126T2

DE68928126T2 - Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern

Info

Publication number: DE68928126T2
Application number: DE68928126T
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: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: EP0332169B1; US5734933A; DE68928126D1; US6047134A; US5386264A; US20010002225A1; DE68905051T2; US6370330B2; EP0458373A3; EP0458373A2; EP0332169A1; DE68905051D1; US5012270A; EP0458373B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern, die insbesondere für eine automatische Bildstabilisierungseinrichtung einer Videokamera oder dgl. und ebenso für eine Einrichtung zur Steuerung der Bildstabilisierungseinrichtung geeignet ist.
Bei optischen Bildabtastgeräten verschiedener Arten einschließlich Videokameras und dgl. hindert das Bildzittern nicht nur die leichte Bilderkennung, sondern verschlechtert auch die Erkenngenauigkeit, unabhängig davon, ob diese im industriellen Bereich oder im Konsumbereich angewandt werden. Beispielsweise wird im Falle der Videokamera die Kamera oft betätigt, während sich die Bedienperson bewegt oder während sich die Kamera auf einem fahrenden Fahrzeug befindet. In einem solchen Falle ist es unvermeidlich, eine Bildabtastung mit zitternder Kamera gemäß den Fotographierumständen oder dem zu fotographierenden Gegenstand zu bekommen.
Zur Lösung dieses Problems ist eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach verschiedenen Verfahren vorgeschlagen worden. Gemäß einem dieser Verfahren wird die Bewegung der Kamera physikalisch mittels eines Beschleunigungssensors (eines Winkelgeschwindigkeitssensors) festgestellt, und ein optisches System wird für die Bewegung gemäß der Richtung und dem Betrag der Bewegung korrigiert. Bei einem anderen denkbaren Verfahren wird das parallele Bewegungsausmaß des gesamten Bildes durch ein Videosignal festgestellt und in einem Bewegungsvektor ausgedrückt. Dann wird das optische System auf der Grundlage des Vektors kompensiert.
Gemäß dem Verfahren der Verwendung des Beschleunigungssensors wird die Größe der Einrichtung sperrig und erfordert von daher viel Platz und Gewicht. Nebenbei führt dies zu einer komplexen Strukturanordnung. Dieses Verfahren ist folglich kaum geeignet für eine Heimvideokamera, wie beispielsweise einen Videorecorder mit eingebauter Kamera, die bezüglich Größe und Gewicht kompakt sein muß.
Hinsichtlich des Verfahrens der Errechnung und Erzeugung des Bewegungsvektors der Bildebene aus dem Videosignal wird manch eine Kamerabewegung, die absichtlich von dem Benutzer hervorgerufen wird, fälschlicherweise für Bildzittern gehalten. Diese Einrichtung würde auch auf eine Bewegung des Objekts ansprechen, die in Wirklichkeit kein Bildzittern ist. Dieses Verfahren ist also mit schwerwiegenden Problemen behaftet.
Die oben erwähnten bekannten Einrichtungen zur Feststellung von Bildzittern enthalten beispielsweise eine Bildstabilisierungskamera, die in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung JP-A-61248681 offenbart ist. Die Kamera dieser Art ist folgendermaßen konzipiert: ein optisches Bild wird in ein elektrisches Signal mittels eines Bildwandelsystems umgesetzt, welches aus einem Objektivsystem und einem photoelektrischen Wandlerelement besteht. Ein Fernsehbildsignal wird durch Signalverarbeitungsoperation gewonnen, die in einer vorgegebenen Weise bezüglich des elektrischen Signals durch eine Signalverarbeitungsschaltung ausgeführt wird. Das solchermaßen gewonnene Bildsignal wird sowohl an einer Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern als auch an einen Monitor gesandt. Aus dem Bildsignal wird eine Korrelation zwischen zwei Bildebenen festgestellt, die in einem vorgegebenen Zeitintervall gewonnen werden, um den Betrag und die Richtung irgendienes Bildzitterns herauszufinden. Dann werden eine Antriebssteuerschaltung und ein Motor zur Steuerung und zur Bewegung des Objectivsystems betätigt, um dieses auf der Grundlage des Ergebnisses der Feststellung gegen das Bildzittern zu versetzen. Die Kamera ist somit eingerichtet, ein stabiles Bild zu ermöglichen, selbst wenn die zittert.
Jedoch ist die auf dise Weise konzipierte Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nicht in der Lage, einen Unterschied zwischen der Bewegung eines Objectes, die nur in einem Teil der Bildebene auftritt, und einem Zittern der gesamten Bildebene festzustellen. Zur Lösung dieses Problems muß die Bildzitter- Feststellempfindlichkeit der Einrichtung so konzipiert sein, daß sie für unterschiedliche Bereiche der Bildebene variabel ist.
In Verbindung mit diesem Problem ist eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern vorgeschlagen worden, die in einem Artikel mit dem Titel "About an Image Plane Shake Compensating Device" vorgeschlagen worden ist, die in "The Technical Report" der Televison Society, Band 11, Nr. 3, Seite 43 bis 48, PPOE, 87- 12(Mai 1987) erschienen ist. Bei dieser Einrichtung wird die gesamte Bildebene in 140 Bereichsblöcke eingeteilt. Ein Zitterfeststellschalter wird für jeden dieser Bereiche willkürlich ein- oder ausgeschaltet, und das Bildzittern wird nur von dem Bereich festgestellt, für den der Zitterfeststellschalter gemäß einem Punktdarstell- Anpaßverfahren eingeschaltet ist.
Bei der Verwirklichung dieser Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern muß jedoch ein Bild als Bezug zeitweilig in einem Bildspeicher gespeichert werden, dessen veränderter Dichtewert intakt gehalten wird. Zur Bewältigung dieses Erfordernisses benötigt die Einrichtung den Einsatz eines Analog- zu-Digital-Wandler (nachstehend als A/D- Wandler bezeichnet) und einen Speicher relativ großen Speicherplatzes. Zusätzlich zu diesem Mangel ist die Einrichtung so konzipiert, daß sie eine Bildebenen hat, die sich mit einer anderen überlagert und gegenüber einer anderen um einen gewissen Betrag des Vektors versetzt ist, um einen Vektor zu finden, der das größte Maß an Übereinstimmung bringt. Folglich schließt der Betrieb der Einrichtung einen großen Rechenumfang ein. Die Einrichtung erfordert somit eine Schaltungsanordnung großen Umfangs und erfordert eine lange Rechenzeit.
Nebenbei bemerkt ist es äußerst schwierig, eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern in einer kompakten Videokamera eingebaut zu bekommen, die in der Lage sein muß, die Echtzeitverarbeitung auszuführen, und die in einer kompakten Schaltungsanordnung untergebracht werden muß, weil die zuvor erwähnte Einrichtung nach dem Stand der Technik die Anwendung einer umfangreichen Schaltungsanordnung einschließlich des A/D- Wandlers, des Bildspeichers, einer Rechenschaltung usw. und eine lange Verarbeitungszeit benötigt.
Ein Steuersystem, welches zur momentanen Bewirkung der Bildzitterkompensation durch Ansteuern eines optischen Fotoaufnahmesystems auf der Grundlage der Information bezüglich eines festgestellten Zitterns durch die zuvor erwähnte Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern bereitsteht, sind des weiteren folgendermaßen aufgebaut, und es sind verschiedene Verfahren zur Korrektur eines Bildversatzes bekannt. Eines dieser verschiedenen Verfahren, das in letzter Zeit entwickelt wurde, ist ausgestattet mit optischen Kompensationsgliedern, wie einem Objektiv, dessen optische Achse von einem Motor veränderlich ist, und ein variables Scheitelwinkelprisma. Mit dem durch ein optisches System gewonnenes Bild, das diese optischen Kompensationsglieder enthält, wird der Grad der Ablenkung und die Größe des zu kompensierenden Bildes auf der Grundlage des Bildversatzes aus dem Bild festgestellt. Dann wird die sogenannte Rückkopplungsteuerung ausgeführt, um das Bild durch Ansteuern der zuvor genannten optischen Kompensationsglieder gemäß der Information des Ergebnisses der Feststellung abzulenken.
Bei der Einrichtung dieser Art ist ein variables Scheitelwinkelprisma in Verwendung, das mit einem variablen Scheitelwinkel als optisches Bildlenkungsmittel konzipiert ist. Ein Motor wird zum Antrieb des Prismas benutzt. Der Grad der Ablenkung des Bildes wird auf folgende Weise festgestellt: die Bilder wenigstens zweier Fernsehkamera-Bildebenen mit einer Zeitdifferenz untereinander werden miteinander verglichen. Die Ablenkung des variablen Scheitelwinkelprismas wird dann in solcher Weise gesteuert, daß es zu einer Verminderung des Versatzes kommt, der zwischen den verglichenen Bildern auftritt, so daß die Bilder immer in übereinstimmendem Zustand erzielt werden. Wenn der zu fotographierende Gegenstand verfolgt wird oder wenn sich das Objekt bewegt, wird das variable Scheitelwinkelprisma so angetrieben, daß der Grad der positionellen Änderung des Bildes des Gegenstands auf der Bildebene vermindert wird. Wenn das Bild durch Schwenken der Kamera oder aus irgendeinem Grund schwankt, wird das Bild durch Antrieb des variablen Scheitelwinkelprismas in gleicher Weise stabilisiert, wie im Falle des Verfolgens des Objektes zur Verminderung des Grades der positionellen Änderung des Bildes des Gegenstands. Die Steuerung wird somit tatsächlich in gleicher Weise ausgeführt.
Für die Fernsehkamera wird im allgemeinen ein Zeilensprung- Abtastverfahren oder dgl. verwendet. Falls die Fernsehkamera das NTSC- System nutzt, wird in jeder Periode von 1/60 sec (eine Teilbild- Periode) eine Bildebene erzeugt und übertragen. Wenn das Rückkopplungsteuerverfahren zur Feststellung des Zustands des durch eine derartige Fernsehkamera erzeugten Bildes verwendet wird, besteht das Datum des Rückkopplungssystems aus Abtastwerten, die in Intervalle von wenigstens 1/60 sec gestreut sind. Nebenbei bemerkt, die Rückkopplungsaktion verzögert um eine Periode der erforderlichen Zeit für den Feststellvorgang plus einer Periode, die für die Bildebenenübertragung (etwa 1/60 sec) erforderlich ist. Das Steuerausgangssignal der Einrichtung ist demzufolge bei jeglicher schnellen Bewegung des Objekts instabil. Die Ansprecheigenschaft der Einrichtung ist schlecht. Wenn der zum Antrieb des optischen Kompensationsgliedes verwendete Motor eine gute Anlaufeigenschaft besitzt, neigt ein Rückkopplungskoeffizient, der Eins übersteigt, zu Schwingungen. Ein weiterer Nachteil der Einrichtung nach dem Stand der Technik ist ein schlechter Frequenzgang. Diese Probleme stammen aus der Tatsache, daß die Steuerung unter Verwendung des Steueralgorithmus eines kontinuierlichen Zeitsystems ausgeführt wird, während die Abtastung durch Feststellmittel eine streuende Zeitverzögerung besitzt.
Des weiteren ist ein Gerät vorgeschlagen worden, welches eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern für Objekte besitzt, die in einer Bildebene auftreten, und das zur Verfolgung eines bewegten Gegenstands und zur kontinuierlichen Ausführung der Steuerung für genaue automatische Fokussierung und genaue automatische Belichtungssteuerung eingerichtet ist. Wie schon erwähnt, ist es jedoch schwierig, einen Unterschied zwischen der Bewegung von lediglich einem Objekt in einem Teil der Bildebene und der Bewegung der gesamten Bildebenen aufgrund der Bewegung der Kamera genau zu treffen. Nach dem zuvor erwähnten Verfahren, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung JP- A- 61248681 offenbart ist, wird der Genauigkeitsgrad geringer ausfallen, wenn es keinen Beleuchtungsunterschied gibt, weil das Verfahren eine Differenz der Leuchtdichte zwischen dem Hintergrund und dem zu fotographierenden Gegenstand verwendet. Gemäß der in dem zuvor erwähnten Technical Report der Television Society offenbarten Technik ist es schwierig, genau die Bereiche festzulegen, in denen eine Vielzahl von Gegenständen in Bewegung sind. Mit anderen Worten, alle die Verfahren nact dem Stand der Technik haben sowohl Nach- als auch Vorteile. Mit der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach dem Stand der Technik, die sich in einer kompakten Videokamera befindet, ist man folglich nicht in der Lage, mit jeder Bildbedingung in adäquater Weise zu Rande zu kommen.
In Hinsicht auf die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern dieser Art sind weitere Beispiele in dem U. 5.- Patent US- A-4788596 offenbart. Diese Patentanmeldung offenbart eine bildstabilisierende Kamera, die zur Kompensation der optischen Achse des Objektivs durch Feststellung eines Bildzitterns der Kantenkomponente des Bildes eines zu fotographierenden Gegenstands konzipiert ist; und eine Anordnung zur Erkennung eines Bildes durch ein Histogramm, welches die Verteilung des Merkmals des Bildes darstellt.
Des weiteren offenbart das Dokument US- A- 4 410 914 ein Fernsehbild- Stabilisierungssystem, welches eine Unstetigkeit des Fernsehbildes feststellt und mißt. Kamerabewegungsbezüge in Form eines Nachfolgefensters zur Bezugsauswahl der Vertikal- und Horizontalstabilisierung sind während zweier aufeinanderfolgender Teilbilder des Kamerabildes vorgesehen, die jeweils aus einer Horizontal- oder Vertikalkante eines Gegenstands exiswtieren. Die Bewegung der ausgewählten Kamerabewegungsbezüge wird fortlaufend von Teilbild zu Teilbild gemessen. Die Horizontalposition des Vertikalnochfolgefensters entland der vertikalen Bezugskante und der vertikalen Position des Horizontalnachfolgefensters entland der vertikalen Bezugskante, die jeweils auf zu messende Seite-an-Seite- Bewegung ansprechen und Herauf- und Herunterbewegung messen, werden separat in Speichermitteln gespeichert. Auf der Grundlage einer festgestellten Bewegung werden Vertikal- und Horizontalkorrekturen des Fernsehbildes zur Beseitigung der festgestellten Unstetigkeit ausgeführt, und die jeweilige Position des Vertikal- und Horizontalnachfolgefensters wird automatisch geändert. Die Anfangsposition des Horizontal- und Vertikalnachfolgefensters wird von einer Bedienperson durch Positionieren Joystick- gesteuerter Cursor über die gewünschten Bezugskanten ausgewählt.
Diese Erfindung beabsichtigt die Lösung der zuvor genannten Probleme des Standes der Technik.
Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern zu schaffen, die einerseits zur Messung beliebiger Abweichungen konzipiert ist, die bei einem vorgegebenen Merkmalspunkt innerhalb jeder Bildebene während des Vorgangs der Abtastung von Bildebenen auftreten, und die sich zeitweilig voneinander unterscheiden, und um andrerseits die Stärke des Zitterns eines Bildes auf der Grundlage des so gewonnenen Wertes zu erzeugen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern und eine Einrichtung zur Kompensation zu schaffen, die die Feststellempfindlichkeit in variabler Weise für die Stärke des Zitterns aufweist, und die in der Lage ist, ein Zittern der ganzen Bildebene von einem lokal auftretenden Zittern auf der Bildebene genau zu unterscheiden, so daß die Einrichtung immer jegliches Bildzittern zielsicher kompensiert.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern anzugeben, die die Verarbeitung fast in Echtzeit gestattet, wenn ein Betrag des Bildzitterns kurz während einer Vertikalaustastperiode errechnet werden kann, und die es auch gestattet, die Größe, das Gewicht und die Kosten zu verringern, weil eine einfache Schaltungsordnung dieser prinzipiell die Notwendigkeit der Verwendung eines A/D- Wandlers, der Speicherung und der Rechenmittel in großem Umfang umgeht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für ein optisches Bildabtastsystem zu schaffen, welches sehr stabil ist und ein gutes Ansprechverhalten zeigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für ein optisches Bildabtastsystem zu schaffen, das in der Lage ist, eine Bildstabilisierung und eine Objektmitziehaktion auszuführen, um in effektiver Weise jegliche Bildversetzung zu kompensieren, die au, einer Bewegung des zu fotographierenden Objekts resultiert, und die in vorteilhafter Weise nicht nur auf ein optisches Fotoaufnahmesystem anwendbar ist, sondern auch für Bildverarbeitungssysteme verschiedener Arten unter Berücksichtigung der nachstehenden Einrichtungen: in Hinsicht auf eine Abtastperiode für verstreut festgestellte Informationen und die Zeitverzögerung der festgestellten Informationen, die existiert, wenn das gesteuerte System das Bildabtastsystem einer Fernsehkamera oder dgl. ist, wobei der Umfang der Steueroperation für ein Rückkopplungssteuersystem errechnet wird, und an das gesteuerte System geliefert wird. Dieses stabilisiert den Steuerausgang weitestgehend und verbessert das Ansprechen und den Frequenzgang. Mit dem auf diese Weise stabilisierten gesteuerten System kann der Einstellbereich der Rückkopplungskoeffizienten für das System ausgeweitet werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Steuereinrichtung zu schaffen, die weder spezielle Sensoren noch spezielle optische Teile benötigt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern, die ein Bildzittern einer Bildabtastebene auf der Grundlage eines von einem Bildabtastmittel abgegebenen Bildsignals feststellt, mit: Auslesemitteln zur Wandlung des Bildsignals in ein Digitalsignal und zum Auslesen einer Verteilung eines Pegels des Digitalsignals, wodurch eine vorbestimmte Merkmalsinformation des Bildes aus der Bildabtastebene erzeugt wird; Feststellmitteln zur Feststellung der Bildbewegung durch Errechnen der Differenz der Erzeugungszeit der vorbestimmten Merkmalsinformation unter einer Vielzahl von Teilbildern; und mit Rechenmitteln zur Berechnung einer Größe und einer Richtung des Zitterns des Bildes auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Feststellmittels; die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Feststellmittel die Differenz durch Feststellung der Differenz einer Position der vorbestimmten Merkmalsinformation zwischen der Vielzahl der Teilbilder auf der Grundlage von Taktsignalen errechnet; und daß Empfindlichkeitssteuermittel zur Veränderung einer Empfindlichkeit des Feststellmittels vorgesehen sind; wobei die Empfindlichkeitssteuermittel konzipiert sind zur Steuerung einer Empfindlichkeit des Feststellmittels durch Änderung des Auflösungsvermögens der Rechenoperation des Feststellmittels und wobei das Auslesemittel die vorbestimmte Merkmalsinformation aus einem Signalmuster ausliest, das durch Wandlung einer Leuchtdichtekomponente des vom Bildabtastmittel kommenden Bildsignals in einen Digitalwert erzeugt wird.
Weitere Gegenstände und Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung deutlich. In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach einem ersten erläuternden Beispiel zeigt, dargestellt als Anwendung auf einen Videorecorder mit eingebauter Kamera. Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das den internen Aufbau der Schaltung zur Feststellung von Bildzittern des ersten veranschaulichen Beispiels zeigt. Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Kantenfeststellschaltung zeigt, die in der Schaltung zur Feststellung von Bildzittern enthalten. Figuren 4(a) und 4(b) veranschaulichen einen Zitterrichtungsbereich, der auf einer Bildabtastebene vorhanden ist. Fig. 5 ist ein Arbeitsablaufplan, der den Algorithmus der Vorgänge der Bildzittererkennung und Kompensation zeigt.
Fig. 6 ist ein Arbeitsablaufplan, der als ein zweites erläuterndes Beispiel den Algorithmus von Bildzitterfeststellund Kompensationsvorgängen zeigt.
Fig. 7 ist ein Arbeitsablaufplan, der als drittes erläuterndes Beispiel den Algorithmus von Bildzitterfeststellund Kompensationsvorgängen zeigt. Fig. 8 veranschaulicht ein Verfahren zur Feststellung eines Zitterns, das in einem Bild aufgetreten ist.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern zeigt, die als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist. Die gezeigte Einrichtung ist angewandt auf eine Kamera des Bildstabilisierungstyps. Figuren 10(a) bis 10(c) und 11(a) bis 11(c) sind Zeittafeln, die die Anordnung und die Arbeitsweise einer Gate- Impulserzeugungsschaltung zeigen, die in der Schaltung zur Bildzittererkennung nach der Erfindung enthalten ist. Figuren 12(a) bis 12(f) zeigen eine Zeittafel eines Verfahrens zur Feststellung eines Bildzitterns in Vertikalrichtung. Figuren 13(a) und 13(b) zeigen eine Anordnung zur Feststellung eines Bereichs, in dem eine Bewegung in einer Bildabtastebene auftritt, und die Steuerung über die Zitterfeststellempfindlichkeit.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuereinrichtung eines optischen Bildabtastsystems zeigt, das gemäß der Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel derselben enthalten ist. Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, das einen bedeutenden Teil eines in Fig. 14 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Fig. 16 ist ein Graph, der die Nachfolgeeigenschaft der gleichen Steuereinrichtung zeigt. Fig. 17 ist ein Graph, der das Ergebnis einer Simulation der Mitziehaktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zeigt, die mit der hier auf ein Rückkopplungssteuersystem angewandte Einrichtung gewonnen wird.
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuereinrichtung zeigt, die gemäß dieser Erfindung als ein drittes Ausführungsbeispiel derselben vorgesehen ist. Fig. 19 ist ein Blockschaltbild, das die Steuereinrichtung zeigt, die in einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, und als Anwendung in einem Montageroboter gezeigt ist.
Fig. 20 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer Videokamera zeigt, auf die die Erfindung als ein fünftes Ausführungsbeispiel derselben angewandt ist. Figuren 21(a) bis 21(d) und 22(a) bis 22(c) veranschaulichen vom fünften Ausführungsbeispiel zur Bereichsbestimmung zu ergreifende Prozeduren.
Fig. 23 ist ein Blockschaltbild, das eine automatische Fokussierungseinrichtung zeigt, die gemäß der Erfindung als ein sechstes Ausführungsbeispiel derselben vorgesehen ist.
Fig. 24 ist eine Veranschaulichung eines Betriebs zur Bestimmung eines Entfernungsmeßbereichs gemäß einem optischen Vorgang. Fig. 25 ist eine Veranschaulichung der Eigenschaft des optischen Ablaufs. Fig. 26 ist eine Vernschaulichung einer Operation, die zur Entscheidung eines erneuten Starts durch Feststellung einer Bewegung eines Gegenstands in dem Entfernungsmeßbereich entschieden wird.
Nachstehend werden anhand der beiliegenden Zeichnung Einrichtungen zur Feststellung von Bildzittern beschrieben, die die vorliegende Erfindung verkörpern.
Fig. 1 zeigt eine Videokamera, auf die die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach einem ersten erläuternden Beispiel angewandt wird. Das erste erläuternde Beispiel ist durch folgendes gekennzeichnet: ein Kameraschwenk wird niemals als eine Bewegung eines zu fotographierenden Gegenstands mißdeutet. Eine Verschiebebewegung der Kamera wird auch niemals als Bewegung des Objekts mißverstanden. Die Einrichtung gestattet somit in effektiver Weise, ein Kamerazittern zu kompensieren.
Im Falle von Fig. 1 wird die Einrichtung angewandt auf einen Videorecorder des Typs mit eingebauter Kamera angewandt, dessen Anordnung in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt ist. In Fig. 1 ist ein variables Scheitelwinkelprisma 1 durch Ausfüllen des Zwischenraums zwischen zwei parallelen flachen Glasplatten mit einer Flüssigkeit und durch Versiegelung gebildet, und der Raum ist ausgefüllt mit etwas wie einem Gummibalg. Der Scheitelwinkel des Prismas 1 mit variblem Scheitelwinkel ist auf diese Weise so eingerichtet, daß er für die Kompensation eines Bildzitterns variabel ist. Die Zitterbewegung eines optischen Bildes kann in beliebiger Richtung kompensiert werden, wobei die optische Achse des Prismas 1 nach oben, nach unten, zur linken oder zur rechten geneigt werden kann durch Anlegen einer Last an einen vorgegebenen peripheren Teil des Prismas 1 mit variablem Scheitelwinkel mittels eines Prismaantriebsteils 8. Ein Aufnahmeobjektiv 11 bildet ein optisches Aufnahmesystem (oder Bildabtastsystem) in Verbindung mit dem variablen Scheitelwinkelprisma 1. Ein Bildsensor 2, der zusammengesetzt ist aus einem photoelektrischen Wandlerelement, wie beispielsweise einem CCD oder dgl., ist zur Umsetzung eines Bildes des Gegenstands auf der photoelektrischen Wandlerebenen vorgesehen, von der ein elektrisches Signal gemäß dem Bild des Gegenstands erzeugt wird. Eine Kamerasignal- Verarbeitungsschaltung 3 besteht aus einer Verstärkerschaltung, einer Matrixschaltung, einer Gamma- Korrekturschaltung, einem Codierer usw., und ist eingerichtet zur Wandlung eines vom Bildsensor 2 empfangenen Signals in ein Leuchtdichtesignal und in ein Farbträgersignal. Eine VTR- Signalverarbeitungsschaltung 4 ist zur Frequenzmodulation des Leuchtdichtesignals, zur Umsetzung in ein niederfrequenteres Band des Farbträgersignals und dann zur Ausgabe dieser verarbeiteten Signale in einem Multiplexzustand vorgesehen. Ein Magnetkopf 5 steht zur Aufnahme eines Videosignals auf ein Magnetband 6 bereit, das von der VTR- Signalverarbeitungsschaltung 4 abgegeben wird. Eine Taktimpuls- Erzeugungsschaltung 7 ist steht zur Erzeugung eines Taktimpulses zur Ansteuerung des Bildsensors 2 und auch zur Belieferung einer Bildzitter- Feststellschaltung 9 mit verschiedenartigen Zeitsignalen bereit. Die Bildzitter- Feststellschaltung 9 ist zur Feststellung des Bildzitterns und zur Lieferung eines Bildzitter- Kompensationssignals an den Prismaantriebsteil 8 vorgesehen, der später beschrieben werden wird. Ein Bedienteil 10 steht mit verschiedenen Bedienschaltern bereit, einschließlich eines Schalters zur Auswahl einer Bildzitter- Kompensationsbetriebsart, die später beschrieben werden wird.
Die in dem Bedienteil 10 bereitgestellten Schalter enthalten auch einen Schalter SW1, der zur Auswahl von EIN oder AUS einer Bildzitter- Feststellungs- und Kompensationsvorgangs dient, und einen Schalter SW2, der ist zur Auswahl eines der nachfolgenden aufgeführten Betriebsarten bereitgestellt ist: eine Betriebsart 1, bei der ein Bildzitter- Feststellbereich A1 ausgewählt wird; eine Betriebsart 2, bei der ein Feststellbereich A2 ausgewählt wird; ein Betriebsart 3, in der der Feststellbereich A1 oder A2 automatisch eingestellt wird; eine Betriebsart 4, in der der Feststellbereich A1 und A2 automatisch eingestellt wird, und die EIN- und AUS- Einstellung der Bildzitter- Feststellaktion wird automatisch eingestellt.
Die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern gemäß diesem erläuterten Beispiel arbeitet zur Feststellung eines Bildzitterns in geeigneter Weise für den Zustand eines Bildes eines Gegenstands nach einem Prinzip, das nachstehend beschrieben ist. 1;
Wie in den Figuren 4(a) und 4(b) gezeigt, ist die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern gemäß dem veranschaulichten Beispiel in der Lage, einen Bildversatz festzustellen, der entweder in dem Feststellbereich A1 auftritt, der in einem Feststellbereich A oder dem Feststellbereich A2 liegt, der das Bild A umrahmt.
Fig. 4(a) zeigt den Fall, bei dem Bild von einem Objekt aufgenommen wird, das größenmäßig in dem Feststellbereich A1 im Mittelteil der Bildabtastebene 100 bei feststehendem Hintergrund liegt. In diesem Falle wird der Bildversatz, d.h. ein Bildzittern, durch ein Videosignal festgestellt, das dem Bild des feststehenden Hintergrundes in dem peripheren Feststellbereich A2 liegt, unter Vernachlässigung des Gegenstands, dem gestattet ist, sich frei und rundherum um den Mittelteil der Bildabtastebene 100 zu bewegen.
Im Falle von Fig. 4(b) folgt die Kamera einen Gegenstand, um ihn immer im Mittelteil der Bildabtastebene 100 zu halten, während der Gegenstand sich mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt. In diesem Fall wird das sich bewegende Objekt fast im mittleren Feststellbereich A1 fixiert, relativ zur Bildabtastebene 100. Zwischenzeitlich wird der Hintergrund des Gegenstands in einen fließenden Zustand übergehen. Folglich wird das Zittern des Bildes durch ein Videosignal gemäß dem Bild festgestellt, das in dem mittleren Feststellbereich A1 erzeugt wird. Wenn jedoch das Bild der gesamten Bildabtastebene 100 am fließen ist, wird die Bildzitter- Feststellaktion nicht ausgeführt.
Das Bedienteil 10 ermöglicht der Bedienperson, die Kamera durch manuelles Betätigen der Betriebsart- Auswahlschalter SW1 und SW2 in eine gewünschte Betriebsart zu versetzen. Jedoch ist es ebenfalls möglich, die Betriebsarteinstelloperation automatisch auszuführen, wie später beschrieben werden wird.
Fig. 2 zeigt einen inneren Aufbau der Bildzitter- Feststellschaltung 9. In Fig. 2 ist eine A/D-Wandlerschaltung 91 zur Umsetzung des Leuchtdichtesignals in ein Digitalsignal angeordnet, das von der Kamerasignal-Verarbeitungsschaltung 3 kommt. In diesem Falle muß die A/D- Wandlung nicht mit einem hohem Grad an Genauigkeit ausgeführt werden, um das Leuchtdichtesignal ohne Verschlechterung wiederzugeben. Es kann fast mit einem Musterungsgrad ausgeführt werden, soweit es die Feststellung der Bildbewegung gestattet. Mit anderen Worten, die A/D- Wandlung kann mit einer relativ niedrigen Abtastfrequenz mit einer relativ niedrigen Quantisierungszahl oder Bitzahl ausgeführt werden. Eine Kantenfeststellschaltung 92i5t zur Feststellung eines Kantenteils des auf der Bildabtastebene 100 abgebildeten Bildes vorgesehen. Die Kantenfeststellschaltung 92 setzt sich beispielsweise aus einer Verzögerungsschaltung 92a zusammen, die eine Verzögerungszeit entsprechend mehrerer Abtastungen hat, die von der A/D- Wandelschaltung 91 erzeugt werden, und eine Subtraktionsschaltung 92b, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Ein verzögertes Leuchtdichtesignal, erzeugt durch Verzögerung eines eingegebenen Leuchtdichtesignals, wird von dem eingegebenen Leuchtdichtesignal abgezogen, welches in ein Digitalsignal gewandelt worden ist. Diese Anordnung ermöglicht der Kantenfeststellschaltung 92, in adäquater Weise jeden beliebigen Kantenabschnitt des Bildes des Gegenstandes zu erkennen, der sich plötzlich ändert. Diese Kantenfeststellschaltung 92 ist zur automatischen Auswahl entweder des Feststellbereichs A1 oder des Feststellbereichs A2 vorgesehen, wie später beschrieben wird. Das verwendete Verfahren für die Kantenfeststellschaltung 92 kann durch ein beliebiges anderes Verfahren ersetzt werden, solange eine hochfrequente Komponente oder der Grad der Schärfe des Bildes durch dieses andere Verfahren ausgedrückt werden kann. Eine Torschaltung 93 arbeitet unter der Steuerung des Steuersignals, das von dem Steuermikrocomputer 97 kommt. Die Torschaltung 93 ist somit konzipiert zum selektiven Durchlassen entweder eines Videosignals, welches zu dem Mittelfeststellabschnitt A1 der Bildabtastebene 100 gehört, oder eines Videosignals, welches zu dem peripheren Feststellbereich A2 der Bildabtastebene 100 gehört. Eine Integrierschaltung 94 ist konzipiert zur Integration des Video- (Leucht- ) Signals, das die Torschaltung 93 für eine Teilbildperiode durchlaufen hat. Ein Speicher 95 ist konzipiert, um in der Lage zu sein, einen Teilperiodenabschnitt des Ausgangssignals der A/D- Wandlerschaltung 91 zu speichern. Ein Speicheransteurteil 96 ist konzipiert zur Erzeugung eines Schreib-/Lese- Taktimpulses und einer Adresse zum Schreiben oder Lesen aus dem Speicher 95 unter Steuerung des Steuermikrocomputers 97.
Die Bildzitter- Feststellschaltung 9 in Fig. 8, die das Videosignal benutzt, führt eine Zitterfeststelloperation in der nachstehend beschriebenen Weise aus.
In Fig. 8 bedeutet Bezugszeichen 20 eine Bildabtastebene. Bezugszeichen 21 und 22 bedeuten Stellen von Gegenständen, die zu gewissen Zeitpunkten erzeugt werden. Ein Bezugssymbol H bedeutet ein Histogramm, das in Horizontalrichtung aus dem Pegel des A/D- gewandelten Leuchtdichtesignals gewonnen wird, welches zum selben Zeitpunkt erzeugt wird. Ein Symbol V bedeutet ein Histogramm, das in Vertikalrichtung von dem Pegel des A/D- gewandelten Leuchtdichtesignals gewonnen wird, welches ebenfalls zum selben Zeitpunkt erzeugt wird. Des weiteren bedeuten Bezugszeichen 21' und 22' die Stellen der Gegenstände 21 und 22, die nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode erzeugt werden. Die Bezugssysmbole H' und V' bedeuten Histogramme, die jeweils auf der Grundlage der Leuchtdichtesignal- Pegelverteilung gewonnen werden, dann in Horizontal- und Vertikalrichtung. Die Positionen der Schwerpunkte SH, SV, SH' und SV' in Horizontal- und Vertikalrichtung werden jeweils aus den Histogrammen zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnen. Dann werden Bewegungsvektoren {GH} und {GV} auf der Grundlage der Verschiebung des Schwerpunktes errechnet, die während des Ablaufs der Zeit stattfindet. Danach wird ein Vektor {G} errechnet, und zwar folgendermaßen: Vektor {G} = {GH} + {GV}. Dieser zusammengesetzte Vektor {G} repräsentiert die Bewegung der gesamten Bildebene, wodurch Richtung und Betrag eines aufgetretenen Zitterns gezeigt werden.
Die Arbeitsweise der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern ist die folgende: ein einfallendes Licht, das ein zu fotographierendes Bild darstellt, wird über das variable Scheitelwinkelprisma 1 auf die Bildebene des Bildsensors 2 gebracht. Das Bild wird photoelektrisch gewandelt und als ein Videosignal abgegeben. Das Videosignal, das auf diese Weise abgegeben wird von dem Dildsensor 2, wird von der Kamerasignal- Verarbeitungsschaltung 3 verarbeitet und von der VTR- Signalverarbeitungsschaltung 4. Das verarbeitete Signal wird an den Magnetkopf 5 geliefert, um auf das Magnetband 6 aufgenommen zu werden. Des weiteren wird das Leuchtdichtesignal, welches von der Kamerasignal- Verarbeitungsschaltung 3 abgegeben wird, an die Bildzitter- Feststellschaltung 9 geliefert. In der Bildzitter- Feststellschaltung 9, die in der in Fig. 2 dargestellten Weise aufgebaut ist, wird das Videosignal in einem vorgegebenen Zyklus mittels der A/D- Wandlerschaltung 91 abgetastet, um in ein Digitalsignal gewandelt zu werden. Das solchermaßen gewonnene Digitalsignal wird an die Kantenfeststellschaltung 92 geliefert, um einen Kantenabschnitt des Bildes, d.h., einen Teil der eine plötzliche Änderung zeigt, geliefert, der von der Kantenfeststellschaltung 92 festgestellt worden ist. Zwischenzeitlich wird das Digitalsignal auch an den Speicher 95 geliefert, um ein Teilbild der dort gespeicherten Bilddaten zu bekommen.
Ein Kantensignal, das von der Feststellschaltung 92 abgegeben wird, wird an die Torschaltung 93 geliefert. Dann extrahiert der Steuermikrocomputer 97 nur einen Abschnitt des Kantensignals, der entweder die Richtung des Feststellbereiches Al oder den Feststellbereich A2 repräsentiert, der gemäß dem Zustand des in Fig. 4(a) oder 4(b) dargestellt ist. Das somit extrahierte Signal wird für die Dauer eines Teilbildes integriert. Das integrierte Signal wird dann an den Steuermikrocomputer 97 geliefert. Zwischenzeitlich wird das Datum, welches durch A/D- Wandlung eines Bildebenenabschnitts des Leuchtdichtesignals gewonnen wird, in dem Speicher 95 gespeichert. Dann wird die solchermaßen gespeicherte Information an den Steuermikrocomputer 97 geliefert.
Der Steuermikrocomputer 97 wählt den Feststellbereich A1 oder den Feststellbereich A2 durch Steuerung der Torschaltung 93 aus. Die integrierten Kantenwerte der Feststellbereiche werden miteinander verglichen, um festzulegen, welcher von ihnen einen größeren integrierten Wert besitzt. Das Leuchtdichtesignaldatum, das dem solchermaßen ermittelten Bereich entspricht, welches in dem Speicher 95 gespeichert ist, wird dann aus dem Speicher 95 ausgelesen, um ein Histogramm zur Horizontal- und Vertikalrichtung in der vorstehenden, anhand Fig. 8 beschriebenen Weise auszuführen. Der Schwerpunkt des Bildes, der auf der Bildabtastebene erzeugt wird, wird errechnet und aus den Histogrammen gewonnen. Der solchermaßen ermittelte Schwerpunkt wird dann mit einem anderen Schwerpunkt verglichen, der aus dem Bild auf der Bildabtastebene nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode gewonnen wird. Dadurch wird durch Errechnung ein Bewegungsvektor {G}, der den Betrag und Richtung eines Bildversatzes anzeigt, d.h., eines Bildzitterns, das während des Ablaufs der Zeit durch Errechnung gewonnen wird. Dann wird das Datum dieses Vektors {G} an den Prismaantriebsteil 8 geliefert. Gemäß diesem Datum ändert der Prismaantriebsteil 8 den Scheitelwinkel des Prismas 1 mit variablen Scheitelwinkel in solcher Weise, daß der Betrag und die Richtung des Bildversatzes kompensiert wird. Eine solchermaßen bewirkte Kompensation kann für das Bildzittern oder den Versatz bewirkt werden.
Fig. 5 zeigt einen auszuführenden Algorithmus, wenn die Bedienperson das Bedienteil 10 der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern betätigt, um manuell den Zitterfeststellbereich A1 oder A2 auszuwählen (Auswahl zwischen den Betriebsarten 1 und 2), während die Bildabtastebene überwacht wird. Wie schon erwähnt, enthält das Bedienteil 10 unter anderem den Schalter SWI, der bereitgestellt ist zur Veranlassung einer automatischen Zitterfeststellung und Kompensationsoperation zu Beginn oder um zu einem Ende zu kommen; und der Betriebsartauswahlschalter SW2, der die manuelle Auswahl entweder des Feststellbereichs A1 oder des Feststellbereichs A2 ermöglicht.
In Fig. 5 wird zuerst der Schalter SW1 in Schritt S1 überprüft, ob eingeschaltet worden ist. Wenn nicht, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S2. In Schritt 82 wird die Bildzitter- Feststellschaltung 9 ausgeschaltet, und dann kommt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück. Wenn der Schalter SW1 in Schritt S1 eingeschaltet vorgefunden wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S3. Schritt S3: Der Schalter SW2 überprüft, ob der zentrale Feststellbereich A1 oder der periphere Feststellbereich A2 der Bildabtastebene 100 ausgewählt ist. Wenn der periphere Feststellbereich A2 als ausgewählt herausgefunden worden ist, kommt die Verarbeitung zu Schritt S4. Schritt 84: Der Steuermikrocomputer 97 liest aus dem Speicher 95 das Leuchtdichtesignaldatum des Feststellbereichs A2, gezeigt in Fig. 4(a), um die Horizontal- und Vertikalhistogramme vorzubereiten, wie in Fig. 8 gezeigt, und errechnet die Schwerpunkte SH2 und SV2. Danach schreitet die Verarbeitung zu Schritt 85. Schritt S5: Die Schwerpunkte SH2 und SV2 werden durch Berechnung mit Schwerpunkten "SH2 und SV2" verglichen, die eine vorgegebene Periode vorher erzeugt wurden, um irgendeine Differenz herauszufinden. Ein Vektor, der eine beliebige Änderung des Schwerpunktes darstellt, wird analysiert. Die Verarbeitung geht dann zu Schritt 86. Schritt 86: Durch Analysieren des Vektors gewonnene Bildzitterkompensationsdaten werden an das Prismaansteuerteil 8 geliefert. Schritt S7: Das Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel wird angesteuert, um die optische Achse desselben in Richtung des Versatzes der Bildverschiebung durch Steuerung des Vertikalwinkels des Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel gemäß den gelieferten Daten zu ändern. Diese Schritte sind für den Fall geeignet, daß ein Bild durch Größenanpassung eines Hauptobjekts innerhalb eines Mittelteils der Bildabtastebene mit im Hintergrund feststehender Gegenstände aufgenommen wird. Ein Bildschwenk kann mit Bezug auf den Hintergrund festgestellt werden, und das Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel kann dieses Bildzittern kompensieren.
Nach Abschluß der Kompensation schreitet die Verarbeitung zu Schritt 88. Schritt S8: Die bis dahin gespeicherten
Schwerpunktswerte "SH2 und SV2" werden dann durch die Horizontal- und Vertikal- Schwerpunktswerten SH2 und SV2 ersetzt, um die Werte SH2 und SV2 bis zu einer nächsten Feststellung zu speichern. Die Verarbeitung kehrt dann zurück zu Schritt S1.
Wenn der Mittenfeststellbereich A1 der Bildabtastebene als in Schritt 83 ausgewählt beurteilt wird, womit angezeigt ist, daß sich der Gegenstand mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt, wie in Fig. 4(b) gezeigt, und daß die Kamera dem Gegenstand folgt, indem sie das Bild ungefähr in dem mittleren Feststellabschnitt A1 hält, geht die Verarbeitung zu Schritt 89, um ein Bildzittern bezüglich des Gegenstands festzustellen. Schritt 89: Der Steuermikrocomputer 97 liest aus dem Speicher 95 das Leuchtdichtesignaldatum für den Feststellbereich A2, der in Fig. 4(b) dargestellt ist. Histogramme für die Horizontal- und Vertikalrichtungen werden in der in Fig. 8 dargestellten Weise vorbereitet. Die Schwerpunkte SH1 und SV1 des Bildes werden aus diesem Histogramm erzeugt. Schritt S10: Wie bei den Schritten 85 bis S7 werden dann die Schwerpunktswerte SH1 und SV1 mit vorhergehenden Schwerpunktswerten "SH1 und SV1" verglichen, die beispielsweise für ein unmittelbar vorhergehendes Teilbild erzeugt wurden. Schritt Sil: Die somit gewonnene Information bezüglich der Größe und der Richtung des Bildzitterns wird an den Prismaantriebsteil 8 geliefert. Schritt S12: Die optische Achse des Prismas 1 mit variablem Scheitelwinkel wird zur Kompensation des Bildzitterns eingestellt. Danach geht die Verarbeitung zu Schritt S13. Schritt 813: Die Schwerpunktswerte SH1 und SV1 der aktuellen Bildebene werden anstelle der vorherigen Schwerpunktswerte "SH1 und SV1" gespeichert, und dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück.
Mit diesen wiederholten Schritten kann die Bildzitterkompensation in Bezug auf den Feststellbereich bewerkstelligt werden, der manuell von der Bedienperson ausgewählt wurde.
Während der Zitterfeststellbereich A1 oder A2 manuell vom Benutzer im Falle des zuvor beschriebenen Arbeitsablaufs ausgewählt wurde, kann der Feststellbereich automatisch ausgewählt werden. Das erläuternde Beispiel wählt in automatischer Weise entsprechend dem Zustand des zu fotographierenden Gegenstands den Feststellbereich zur Feststellung des Umfangs des Bildzitterns mit der Kantenfeststellschaltung 92, der Torschaltung 93 und der Integrierschaltung 94 fest, das in der Bildabtastebene stattfindet,
In Fig. 6, die ein Arbeitsablaufplan ist, arbeitet das zuvor erwähnte erläuternde Beispiel in folgender Weise: um den Zitterfeststellbereich A1 oder A2 der Bildabtastebene automatisch einzustellen, werden die Schalter SW1 und SW2 des Bedienteils 10 betätigt, um die Betriebsart 3 auszuwählen, bei der die Zitterfeststellung und der Feststellbereich automatisch ausgeführt werden kann.
In Schritt S21 von Fig. 6, in dem der Steuermikrocomputer in der Bildzitter- Feststellschaltung 9 vorgesehen ist, steuert und veranlaßt die Torschaltung 93, nur das Signal des Feststellbereichs A2 durchzulassen, das außerhalb des Feststellbereichs A der Bildabtastebene 100 liegt. Im Ergebnis wird die Kanteninformation des Feststellbereichs A2 von der Kantenfeststellschaltung 92 an die Integrierschaltung 94 geliefert. Dann wird ein Kantenintegrationswert, der durch die Integrationsaktion der Integrierschaltung 94 erzeugt wird, an den Steuermikrocomputer 97 geliefert und als Datum F2 gespeichert. Der Arbeitsablauf schreitet dann zu Schritt S22 voran. Schritt 22: Die Torschaltung 93 wird gesteuert und veranlaßt, Signale des Feststellbereichs A1 durchzulassen, die innerhalb des Feststellbildes A der Bildabtastebene liegen. Dann wird auch ein Kantenintegrationswert des Feststellbereichs A1 von der Integrierschaltung 94 an den Mikrocomputer 97 als Datum F1 geliefert. Schritt S23: Die Kantenintegrationswerte der Feststellbereiche A1 und A2, die innner- und außerhalb des Feststellbildes A liegen, werden miteinander durch eine Datenerrechnungsoperation F2" - F1" verglichen, um herauszufinden, ob das Ergebnis der Berechnung nicht weniger als Null beträgt. Mit anderen Worten, es erfolgt eine Überprüfung, um herauszufinden, welche der beiden Bereiche einen größeren Bildteil aufweist, der in effizienter Weise zur Bildzitterfeststellung geeignet ist. Wenn die Feststellbereiche A1 und A2 sich in der Größe unterscheiden, können die Kantenintegrationswerte dieser nicht auf einer gleichen Grundlage verglichen werden. Folglich ist in einem solchen Fall ein Normierungs- oder Gewichtungsprozeß geeignet, um die unterschiedliche Größe zwischen den beiden Feststellbereichen auszuführen.
Wenn das Ergebnis des Vergleichs zwischen den Daten F1 und F2 in Schritt S23 mit F2 - F1 ≥ 0 beurteilt ist, so zeigt dies an, daß der Kantenintegrationswert des Feststellbereichs A2 entweder größer als oder gleich wie der Feststellberich A1 ist; die Verarbeitung schreitet dann zu Schritt S24. In Schritt S24 wird der Feststellbereich A2 ausgewählt. Dann werden Bilddaten herausgenommen, die dem Feststellbereich A2 entsprechen und im Speicher 95 gespeichert sind, und an den Steuermikrocomputer 97 geliefert. Danach werden die Schritte S24 bis S28 ausgeführt, in gleicher Weise wie im Falle der Schritte S24 bis S28 des Arbeitsablaufplans von Fig. 5, um die Schwerpunktswerte SH2 und SV2 des Bildes zu gewinnen, die vom Feststellbereich A2 kommen; um den Zittergrad durch Vergleich der Werte SH2 und AV2 mit zuvor gespeicherten Werten SH2" und SV2" zu vergleichen; um einen Bewegungsvektor zu erzeugen und um die Information des Betrags und der Richtung des Zitterns an das Prismaantriebsteil 8 zu liefern. Das Prismaantriebsteil 8 ändert dann den Scheitelwinkel des Prismas 1 mit variablem Scheitelwinkel 1 zur Kompensation und Einstellung der optischen Achse derselben in Richtung der Kompensation des Bildes, in dem das Zittern aufgetreten ist. Nach Abschluß der Kompensation des Prismas 1 mit variablem Scheitelwinkel werden die Schwerpunktswerte sH2 und SV2 erneut gespeichert, um für den nächsten Feststellvorgang bereit zustehen.
Wenn das Ergebnis der Berechnung bezüglich der Daten F1 und F2 ergibt, daß F2 - F1 < 0 in Schritt S23 ist, wodurch angezeigt wird, daß der Kantenintegrationswert des Feststellbereichs A2 kleiner als derjenige des Feststellbereichs A1 ist, kommt der Ablauf zu Schritt S29. Im Schritt S29 wird der Mittenfeststellbereich A1 ausgewählt. Bilddaten, die dem Feststellbereich A1 entsprechen und im Speicher 95 gespeichert sind, werden vom Steuermikrocomputer 97 herangezogen. Dann werden die Schritte S29 bis S33 in gleicher Weise wie bei den Schritten S9 bis S13 des Arbeitsablaufplans von Fig. 5 ausgeführt. Mit anderen Worten, der Umfang des Bildzitterns wird in Bezug auf den Mittenfeststellbereich A1 festgestellt. Das Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel wird angesteuert, um dessen optische Achse für das Bildzittern zu kompensieren. Das erläuternde Beispiel ist somit konzipiert, die Kantenintegrationswerte der Feststellbereiche A1 und A2 miteinander zu vergleichen, um in automatischer Weise einen dieser Bereiche auszuwählen, der einen größeren Betrag an Kantenkomponenten bei der Feststellung des Umfangs der Bildvesetzung erfordert und in der Lage ist, den Umfang des Bildzitterns unter einer Bedingung festzustellen, die eine hohe Feststellgenauigkeit sicherstellt.
Im Falle Fig. 4(a) bewegt sich ein zu fotographierender Hauptgegenstand in den Mittelteil der Bildabtastebene gegenüber einem stationären Hintergrund. In einem solchen Falle werden die Hochfrequenzkompente und die Kantenkomponente des Bildsignals meistens aus dem Hintergrund gewonnen. Der Hintergrund ergibt in diesem Falle einen größeren Kantenintegrationswert. Fig. 4(b) zeigt ein weiteren Fall, bei dem der Gegenstand gegenüber einem sich bewegenden Hintergrund in dem Mittenfeststellbereich gehalten wird. In diesem Falle wird der Kantenintegrationswert des Mittenfeststellbereichs größer. Das erläuternde Beispiel wählt immer den Feststellbereich aus, der einen größeren Kantenintegrationswert als der andere aufweist, so daß ein Bildzittern genau festgestellt und mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit kompensiert werden kann.
Fig. 7 zeigt ein Arbeitsablaufplan eines dritten erläuternden Beispiels. Das erläuternde Beispiel ist in einem Betriebszustand 4 gezeigt. Der Betriebszustand 4 ist so konzipiert, daß zusätzlich zur automatischen Einstellverarbeitung zur Einstellung eines Bildzitter- Feststellbereichs das erläuternde Beispiel automatisch eine Entscheidung trifft, ob die Bildzitterfeststellaktion auszuführen ist. In diesem Falle wird der Schalter SW2 betätigt, um die Betriebsart der automatischen Einstellung der Feststellbereiche A1 und A2 zu wählen und automatisch den Bildzitter- Feststellprozeß beginnen zu lassen.
In Schritt 841 von Fig. 7 wird der Steuermikrocomputer 97, der in der Bildzitter- Feststellschaltung 9 untergebracht ist, zuerst steuern, um die Torschaltung 93 zu veranlassen, ein Tor für den Feststellbereich A2 bereitzustellen. Dann wird der Kantenintegrationswert des Feststellbereichs A2 als Datum F2 hereingenommen. Danach schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S42. Schritt S42: Das Kantenintegrationswertdatum F2 wird überprüft, ob es größer als ein vorbestimmter Pegelwert THI ist. Wenn dem so ist, kommt der Arbeitsblauf zu den Schritten S43 bis S47 zur Ausführung eines Bildzitter- Feststellvorgangs für den Feststellbereich A2; und das Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel wird angesteuert, um seine optische Achse für das Bildzittern so kompensieren. Die Schritte S43 bis S47 werden exakt in gleicher Weise ausgeführt wie die Schritte S24 bis S28, und folglich wird eine erneute Beschreibung in der nachstehenden Beschreibung fortgelassen.
Wenn in Schritt S42 herausgefunden wird, daß der Kantenintegrationswert F2 nicht größer als der Pegelwert THI ist, kommt der Ablauf zu Schritt S48. Schritt S48: Der Steuermikrocomputer 97 steuert und veranlaßt die Torschaltung 93, ein Tor für den Feststellbereich A1 bereitzustellen. Dann wird der Kantenintegrationswert des Feststellbereichs A1 als Datum F1 hereingenommen. Die Verarbeitung schreitet dann voran zu Schritt S49. Schritt S49: Der Kantenintegrationswert Fl wird mit einem vorbestimmten Pegelwert TH2 verglichen. Wenn herausgefunden wird, daß der Wert F1 größer als der Wert TH2 ist, führt die Verarbeitung die Schritte S51 bis S55 aus. In den Schritten S51 bis S55 wird der Bildzitter- Feststellvorgang in Bezug auf den Feststellbereich A1 ausgeführt. Das Prisma 1 mit variablem Scheitelwinkel wird angesteuert, um seine optische Achse gegenüber dem Bildzittern zu kompensieren. Diese Schritte S51 bis S55 werden exakt in gleicher Weise wie die Schritte S29 bis S33 des Arbeitsablaufplans von Fig. 6 ausgeführt, und demzufolge werden Einzelheiten hierzu aus der nachstehenden Beschreibung fortgelassen.
Wenn in Schritt S49 das Ergebnis der überprüfung ergibt, daß F2 ≤ TH2 ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S50, um zu Schritt S41 zurückzukommen, ohne eine Bildzitterfeststellung und Kompensationsaktion auszuführen.
Mit anderen Worten, die Bildzitter- Feststellaktion wird in Bezug auf den Feststellbereich A2 ausgeführt, wenn der Kantenintegrationswert, der aus dem Feststellbereich A2 gewonnen wird, für die Bildzitterfeststellung ausreicht; oder in Bezug auf den Mittenfeststellbereich A1, wenn die Information bezüglich des in dem Feststellbereich A2 gewonnenen Bildes als ungenügend beurteilt wird. Wenn die Bildzitterfeststellung des weiteren nicht möglich ist oder nicht zuverlässig ausgeführt werden kann, da die sowohl für den Feststellbereich A1 als auch für A2 gewonnen Kantenintegrationswerte nicht ausreichen, kann das erläuternde Beispiel gesteuert und veranlaßt werden, keine Bildzitter- Feststellaktion auszuführen. Beispielsweise im Falle einer Schwenkbewegung der Kamera oder dgl. ist das Bild der Gesamtbild- Abtastebene fließend oder sich bewegend, einschließlich sowohl des Hintergrund- als auch des Gegenstandsbildes in dem Mittenteil der Bildabtastebene. Dann werden sowohl die Hochfrequenzkomponente als auch die Kantenkomponente niedriger, und der Kantenintegrationswert fällt auch ab. In diesem Falle sind die Bildzitterfeststellung und die Kompensationaktionen gesperrt.
Die Bildzitter- Feststellung und die Kompensationsaktion wird des weiteren ebenso nicht ausgeführt, wenn keine Zitterkompensation erforderlich ist, wenn es fast kein Bild auf der Bildabtastebene gibt oder wenn ein merkmalloses, flaches Bild vorliegt, weil der Kantenintegrationswert in einem solchen Falle ebenfalls absinkt.
Das erläuternde Beispiel ist in der Lage, zuverlässig die Bildzitterfeststellung- und Kompensationsaktionen in allen Situationen auszuführen. Nebenbei bemerkt, die Betriebsart des erläuternden Beispiels ist entweder manuell oder automatisch auswählbar, entsprechend den Gegebenheiten des Gegenstands.
Wie zuvor beschrieben, ist die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern zur Feststellung von Bildzittern und zur Kompensation des Zitterns gemäß den Umständen des Objekts konzipiert, in Bezug auf entweder das Bild des Gegenstands oder desjenigen des Hintergrunds, was jeweils besser geeignet ist zur Zitterfeststellung. Folglich ist die Einrichtung in der Lage, immer höchst zutreffend die Kompensation gegenüber dem Zittern in allen Fällen auszuführen, auch in dem Fall, daß ein Bild eines bewegten Objekts auf einer Abbildungsstelle aufgenommen wird, die feststehend ist, und anderenfalls, wenn die Kamera bewegt wird, um einem bewegten Gegenstand zu folgen.
Da die beschriebene Operation des weiteren unter Verwendung des Videosignals ausgeführt wird, kann as erläuternde Beispiel gemeinsam und von anderen Funktionen begleitet eingerichtet sein, einschließlich der automatischen Fokussierung, der automatischen Belichtungssteuerung und der automatischen Mitziehfunktion. Die Steuerung und Auswahl des Feststellbereichs kann mit dem Videosignal bewältigt werden, ohne auf irgendeinen zusätzlichen Sensor zurückgreifen zu müssen. Dies ist ein großer Vorteil des erläuternden Beispiels.
Figuren 9 bis 13 (b) beziehen sich auf eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern, die nach der Erfindung als erstes Ausführungsbeispiel derselben eingerichtet ist. Das erste Ausführungsbeispiel ist konzipiert, in der Lage zu sein, die Bildzitterfeststellungs- und Kompensationsvorgänge in Echtzeit auszuführen, ohne ein Bildzittern der Bildabtastebene für ein bewegtes Bild mißzuverstehen, das nur in einem Teil der Bildabtastebene auftritt, und vice versa. Zu diesem Zwecke wird das Zittern des Bildes auf der Grundlage der Abweichung der Erzeugungszeitvorgabe eines Merkmalspunktes ausgeführt, der auf der Bildebene auftritt; und die Feststellempfindlichkeit der Einrichtung zur Feststellung des Bildzitterns ist konzipiert, variabel und einstellbar zu sein, um die Einrichtung zu befähigen, mit allen Arten der Bewegung zu Rande zu kommen, die in der Bildabtastebene auftreten. Die Einzelheiten des ersten Ausführungsbeispiels werden nachstehend anhand der zuvor zitierten Zeichnung beschrieben.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das eine Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern zeigt, die in einer Videokamera angewandt wird. Die Darstellung enthält einen Gegenstand OB; ein Prisma 101 mit variablen Scheitelwinkel; ein Objektiv 102, einen Bildsensor 103, d.h. ein Bildabtastmittel, welches eine zweidimensionale CCD oder dgl. ist und konzipiert ist, die Wandlung in ein elektrisches Signal von einem Gegenstandsbild zu wandeln, das auf seiner Bildabtastebene von dem Objektiv 102 abgebildet ist; eine Signalverarbeitungschaltung 104, die zur Ausführung eines Gamma- Korrekturvorgangs, eines Austastvorganges, eines Synchronsignal-Addiervorgangs und dgl. bezüglich des Bildsignals eingerichtet ist, das vom Bildsensors 103 zum Zwecke der Wandlung des Signals abgegeben wird, beispielsweise. in ein Norm- Fernsehsignll des NTSC- Systems; ein Videosignal- Ausgangsanschluß OUT; ein Leuchtdichtesignal Y; ein Horizontalsynchronsignal H.SYNC und ein Vertikalsynchronsignal V.SYNC. Eine Merkmalausleseschaltung 105 steht bereit, d.h., ein Auslesemittel zur Feststellung eines kennzeichnenden Merkmals eines Bildes des Gegenstands aus dem Leuchtdichtesignal Y, das von der Signalverarbeitungsschaltung 104 abgegeben wird. Beispielsweise ist die Merkmalausleseschaltung 105 eine Binärcodierschaltung, die zur Erzeugung beispielsweise eines Binärsignals eingerichtet ist, das den Kantenabschnitt des Leuchtdichtesignals Y darstellt.
Eine Verzögerungsschaltung 106 ist zur Verzögerung des binärcodierten Kantensignals um- eine vorgegebene Zeitdauer vorgesehen, das von der Merkmalausleseschaltung 105 abgegeben wird. Bereichsbestimmungsschaltungen 107 und 108 sind zur Benennung eines Zitterabtastbereichs der Bildabtastebene gemäß Befehlen 81 vorgesehen, die von einem Steuermikrocomputer 128 abgegeben werden, der später beschrieben werden wird. Eine Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 steht zur Erzeugung eines Torimpulssignals für eine Zeitdauer bereit, während der die Ausgangszeit eines Signals gemäß dem Bereich abweicht, der von den Bereichsbestimmungsschaltungen 107 und 108 festgelegt ist, so daß eine Verschiebung des Kennzeichnungspunktes angezeigt wird. Die Darstellung umfaßt auch einen Quarzoszillator 110; Frequenz-Teiler 111 und 112, die zur Frequenz-Teilung des Ausgangs des Quarzoszillator 110 dienen; eine Frequenztielverhältnis-Einstellschaltung 113, die zur Änderung des Frequenzteilverhältnisses des Frequenzteilers 112 aus einem Verhältnis über eine weiteres, zwischen wenigstens zwei verschiedenen Frequenzteilverhältnissen liegendes gemäß einem
Steuersignal S2 aus dem Steuermikrocomputer 128 eingerichtet ist; UND- Schaltungen 114 und 115; und Impulszähler 116, 117 und 118. Ein Sutrahierer 119 steht zur Erzeugung einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Impulszähler 116 und 117 bereit. Ein Teiler 120 ist vorgesehen zur Teilung des Ausgangssignals aus dem Subtrahierer 119 durch das Ausgangssignal des Impulszählers 118. Das Ausgangssignal des Teilers 120 wird als eine Komponente erzeugt, die die Größe des Zitterns in einer Richtung darstellt. Ein Prismaantriebsmechanismus 121 enthält ein Stellglied, wie beispielsweise ein pizoelektrisches Element oder dgl., welches zur Änderung des Scheitelwinkels des Prismas 101 mit variablem Scheitelwinkel durch Ansteuerung des Prismas 101 mit variablem Scheitelwinkel bereitsteht. Eine Treiberschaltung 122 ist vorgesehen zum Antrieb des Prismenantriebsmechanismus 121 gemäß einer Information bezüglich des Umfangs des Zitterns, das der Teiler 120 in der Richtung gegenseitigen Vesetzens des Zitterumfangs abgibt.
Die Blöcke 124 bis 127 stellen Schaltungselemente dar, die zur Feststellung der Position eines beliebigen Teils der Bildabtastebene vorgesehen sind, die eine lokale Bildbewegung auf der Bildebene aufweist. Jegliche lokale Bildbewegung, die auf der Bildabtastebene stattfindet, kann daran gehindert werden, für eine Zitterbewegung der ganzen Bildabtastebene gehalten zu werden, dank dieser Schaltungselemente, die zusammengesetzt sind aus: einer Bereichsbestimmungsschaltung 124, die zur Erzeugung eines Torsignals eingerichtet ist, um die Bildabtastebene in eine m × n- Anzahl von Blöcken zu teilen, wie in den Figuren 13(a) und 13(b) dargestellt; eine Binärcodierschaltung 125, die konzipiert ist zur Wandlung des Leuchtdichtesignals des Videosignals gemäß jedem der m x n Blöcke in einen binären Wert unter Verwendung eines vorgegebenen Stellwertpegels; eine Verzögerungsschaltung 126, die eingerichtet ist zur Verzögerung eines Teilbildes eines Bildsignals um eine Periode gemäß der einen Bildebene, die von der Binärcodierschaltung 125 für jeden der m × n Blöcke oder Bereiche binär gewandelt ist; und eine Vergleichsschaltung 127, die dem Vergleich eines jeden Bereichs der Bildebene des aktuellen Teilbildes dient, das von der Binärcodierschaltung 125 mit demjenigen der Bildebene binär umgesetzt wird, das um ein Teilbild vorangeht, und zur Erzeugung einer Bewegungsbereichsinformation P, die die Stelle auf der Bildebene eines beliebigen Bereichs anzeigt, bei der eine Änderung der Binärinformation gefunden worden ist. Diese Information P wird an den Steuermikrocomputer 128 geliefert.
Der Steuermikrocomputer 128 führt eine Gesamtsteuerung aller Schaltungselemente aus, einschließlich der Bereichsbenennungsschaltungen 107 und 108, der Frequenzteilverhältniseinstellschaltung 113 usw. Der Steuermikrocomputer 128 erzeugt Steuersignale S1, S2 und S3 zur Steuerung der Erzeugung von zu erzeugenden Torsignalen bei den Bereichsbenennungsschaltungen 107, 108 bzw. 124. Das Steuersignal S2 wird auf der Grundlage der Bewegungsbereichsinformation P (P1 und P2) erzeugt, die von der Vergleichsschaltung 127 geliefert wird. Das Frequenzteilverhältnis der Frequenzteilverhältniseinstellschaltung 113 wird vom Steuersignal S2 gesteuert.
In den Figuren 10(a) bis 10(c) zeigen Bezugsabschnitte A bis K jeweils Signale, die auf den Signalleitungen A bis K gewonnen werden, dargestellt in verschiedenen Teilen von Fig. 9. Die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern, die als erstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben worden ist, arbeitet auffolgende Weise.
Ein einfallendes optisches Bild, das über das Prisma 101 mit variablen Scheitelwinkel und das Objektiv 102 kommt, wird vom Bildsensor 103 in ein Bildsignal gewandelt. Das Bildsignal, welches in der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern zu verwenden ist, wird an die Kennzeichenausleseschaltung 105 geliefert. Die Kennzeichenausleseschaltung 105 wandelt die Kanteninformation dieses Signals in ein Binärsignal Das Binärsignal wird um eine vorbestimmte Zeitdauer von der Verzögerungsschaltung 106 verzögert, bevor es an die Bereichsbenennungsschaltung 107 geliefert wird und gleichzeitig an die Bereichsbenennungsschaltung 108 unverzögert geliefert wird. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 106 wird auf einen Wert gesetzt, der ein Vielfaches einer Teilbildperiode ist&sub5; Folglich gibt die Verzögerungsschaltung 106 eine Kanteninformation, d.h., einen Kennzeichnungspunkt einer Bildebene an, die die gleiche ist wie die aktuell unter dem Abtastvorgang befindliche, die jedoch um eine vorbestimmte Periode vor der aktuellen Bildebene gewonnen wird. Mit den Kennzeichnungspunktfeststellsignalen, die Binarsignale sind, die an die Bereichsbestimmungsschaltungen 107 und 108 geliefert werden, lesen dann die Bereichsbenennungsschaltungen 107 und 108 nur die Signalteile aus, die zu einem Satz von Feststellbereichen auf der Bildabtastebene gehören. Die so ausgelesenen Signalteile werden jeweils an die Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 geliefert.
Der Zitterfeststellbereich wird aus folgendem Grund eingestellt: Wenn der Zitterfeststellbereich beispielsweise nah an einem peripheren Teil der Bildabtastebene liegt, neigt der Kennzeichnungspunkt dazu, außerhalb der Bildabtastebene durch Bildzittern zu geraten. Unter diesen Umständen wird es oft unmöglich, zwei Teilbilder zu korrelieren. Folglich wird der Bildzitter- Feststellbereich vorzugsweise nicht in einen gegebenen peripheren Bereich der Bildabtastebene gesetzt (mehrere Prozent beispielsweise).
In Anbetracht dieser Tatsache wird der Zitterfeststellbereich dieses Ausführungsbeispiels in der in den Figuren 13(a) und 13(b) dargestellten Weise eingestellt. In dieser Zeichnung wird ein peripherer Bereich der Bildabtastebenen, in zwei Blöcken Breite gemessen, durch Einstellen eines Zittergrad- Feststelltaktsignals auf "Null" auf einen Nicht- Feststellbereich gesetzt. Die Anordnung der Figuren 13(a) und 13(b) wird später detailliert beschrieben.
Die Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 empfängt die Ausgangssignale A und B der Bereichsbestimmungschaltungen 107 bzw. 108. Die Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 überprüft eine Korrelation zwischen diesen Signalen A und B und erzeugt ein Torimpulssignal einer Impulsbreite, die einer Versatzzeitdifferenz zwischen Impulsen entspricht, die ein und dasselbe Bild darstellen. Diese Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 ist zur Erzeugung eines Impulssignals H konzipiert, das erzeugt wird, wenn das Bild des aktuellen Teilbildes vom Bild eines Bezugsbildes in Abtastrichtung verschoben ist; ein Impulssignal 1, das erzeugt wird, wenn das aktuelle Bild in Richtung entgegensetzt zur Abtasteinrichtung verschoben ist; und ein Impulssignal E, das immer dann erzeugt wird, wenn ein Kennzeichnungspunkt des Bildes während eines Abtastvorganges verschwindet. Je länger diese Torimpulssignale H und 1 sind, um so größer ist der Umfang des Bildzitterns. Die Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 erzeugt das logische Produkt (UND) der Torimpulse H und 1 und einen Taktimpuls C, der durch Frequenzteilung der Oszillatorfrequenzes Quarzoszillators 110 erzeugt wird; läßt die Taktimpulse zu den Impulszählern 116 und 117 durch, während die Torimpulse H und I erzeugt werden; mißt die Längen der Torimpulse durch Zählen der Anzahl von Taktimpulsen; und erzeugt den Umfang des Bildzitterns in Bezug auf einen Kennzeichnungspunkt des Bildes, der durch das Impulssignal E dargestellt wird. Wenn eine Vielzahl von Kennzeichnungspunkten auf der gesamten Bildebene liegen, kann der Umfang des Bildzitterns der gesamten Bildebene gewonnen werden durch Teilung der Gesamtzahl der Kennzeichnungspunkte durch die Gesamtzahl der Impulszählwerte gemäß dem Umfang des Bildzitterns, das durch die Torimpulssignale H und 1 dargestellt wird. Diese Rechenoperation wird während einer Vertikalaustastperiode ausgeführt.
Die Bewegung der Bilder ist generell komplex. Alle Kennzeichenpunkte bewegen sich nicht in gleicher Richtung, abhängig von den Gegebenheiten des Objekts und dessen Hintergrund. In Hinsicht darauf ist dieses Ausführungsbeispiel folglich so konzipiert, daß eine Torimpulslänge der Signale zweier Kanäle A und B für verschiedene Teilbilder erzeugt und ein Unterschied zwischen diesen durch den Subtrahierer 119 herausgefunden wird. Die Subtraktionsoperation des Subtrahierers 119 und die Teiloperation des Teilers 120 werden nur einmal pro Teilbild ausgeführt und können in ganzen Zahlen ausgeführt werden. Die Länge der erforderlichen Zeit zur Berechnung der Operationen ist kurz, und die Rechenschaltungen können einfach und kompakt aufgebaut sein.
Die Information bezüglich des Bildzitterumfangs, die vom Teiler 120 durch die zuvor benannte Anordnung und die Operationen abgegeben wird, wird an die Treiberschaltung 122 geliefert. Nach Empfang der Information betätigt die Treiberschaltung 122 das Stellglied des Prismenantriebsmechanismus 121, um dadurch das Prisma 101 mit variablen Scheitelwinkel in Richtung des gegeneinander versetzten Bildzitterumfangs anzutreiben. Dadurch wird eine Kompensation des Bildzitterns bewirkt.
Ein für die zuvor erwähnte Operation erforderlicher praktischer Torimpuls- Erzeugungsalgorithmus der Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 ist nachstehend anhand der Zeittafel der Figuren 10(a) bis 10(c) beschrieben.
Fig. 10(a) zeigt ein Gegenstandsmuster (Bild) OB in einem Bewegungszustand nach rechts (wie auf der Zeichnung zu sehen) während einer Intervallperiode zwischen zwei zeitlich unterschiedlichen Teilbildern 1 und 2. Fig. 10(b) zeigt diesen bei einer Bewegung nach links. Fig. 10(c) zeigt diesen in einem Zustand der Bewegungslosigkeit, aber mit einem durch eine Änderung der Lichtverhältnisse oder dgl. Bereich binär umgesetzter Bildmuster, die angenähert sind.
In den Figuren 10(a) bis 10(c) bedeuten Teile A bis G jeweils die Wellenform des Signals, das auf der zugehörigen Signalleitung in Fig. 9 auftritt. Der Teil A zeigt das Binärsignal des Bezugsteilbildes. Dieses Binarsignal A stellt ein Bild dar, das für ein vorhergehendes Teilbild gewonnen wurde, das dem aktuellen Teilbild um eine vorgegebene Anzahl von Teilbildern (eine Teilbildperiode vor dem Fall dieses Ausführungsbeispiels) vorangeht. Der Teil B zeigt das Binärsignal des Bildes im aktuellen Teilbild. Der Teil C zeigt ein Taktsignal, das von dem Quarzoszillator 110 über den Frequenzteiler 112 ausgegeben worden ist.
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, welches am Vorderkantenteil des Signals A ansteigt und am hinteren Teil des Signals B abfällt. Der Teil G zeigt ein Impulssignal, welches an der Vorderflanke des Signals B ansteigt, und das an der Hinterflanke des Signals A abfällt. Der Teil H zeigt ein Impulssignal, das eine logische Differenz darstellt, die aus der Differenz zwischen den Signalen F und G gewonnen wurde. Die Länge dieses Impulssignals H, d.h. dessen Impulsbreite, zeigt das Ausmaß der Bewegung des Objekts OB nach rechts an. Der Teil 1 zeigt ein Impulssignal, das eine logische Differenz darstellt, die aus der Differenz zwischen den Signalen G und F gewonnen wurde. Die Länge des Signals I, d.h. dessen Breite, zeigt den Umfang der Bewegung des Objekts OB nach links an.
Die Gesamtsumme der Impulse des Impulssignals E, das pro Abtastzeile erzielt wird, stellt die Anzahl von in einer Abtastzeile gewonnenen Kennzeichenpunkten dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind folglich die Signale H, I und E so konzipiert, daß sie von der Torimpuls- Erzeugungsschaltung 109 abgegeben werden. Diese Anordnung kann verändert werden, um die Signale F und G anstelle der Signale H und I abzugeben. Jedoch ist die Anordnung in Hinsicht auf die Impulszähler 116 und 117 vorzuziehen, da sie kleine maximale Zählwerte zuläßt. Folglich ist diese in Hinsicht auf den Umfang der Schaltungsanordnung vorteilhaft.
Mit den auf diese Weise erzeugten Torimpulsen werden logische Produkte aus dem Taktimpulssignal C und den Signalen H und I mittels der UND- Schaltungen 114 und 115 zur Erzeugung der Signale J und K gewonnen. Dann kann das Bewegungsausmaß des Objekts, d.h. der Bildzitterumfang durch Abzählen der Anzahl von Impulsen gemessen werden.
Im Falle von Fig. 10(c) bewegt sich der Gegenstand nicht viel, und die Impulsbreite des Binärsignals wird im Verlauf der Zeit enger. Die Länge der Perioden der Zeiten t5 und t6 stellen Informationen des Bewegungsgrades dar. Diese Information ist ebenfalls hinreichend auslesbar, da der Subtrahierer 119 konzipiert ist, eine Differenz zwischen den Impulszählwerten zu erzeugen.
Die auf der Bildabtastebene stattfindende Bildbewegung kann feiner und genauer durch Änderung des Frequenzteilverhältnisses des Frequenzteilers 112 festgestellt werden, um die Taktsignalfrequenz zu erhöhen. Mit anderen Worten, die Feststellempfindlichkeit der Einrichtung kann erhöht werden durch Justage des Frequenzteilverhältnisses des Frequenzteilers 112. Des weiteren kann die Bildzitter-Feststellempfindlichkeit durch Verminderung der Taktsignalfrequenz herabgesetzt werden. Wenn sich nur ein Teil des Bildes bewegt, kann eine fehlerhafte Aktion allenfalls aus dem fehlerhaften Heranziehen der lokalen Bewegung zum Zittern der gesamten Bildebene durch Herabsetzen der Feststellempfindlichkeit für den Bewegungsteil in der zuvor beschriebenen Weise vermieden werden.
Die Frequenzteilverhältnis- Einstellschaltung 113 ist folglich so eingerichtet, daß das Frequenzteilverhältnis des Frequenzteilers 112 eingestellt und in der Lage ist, die Änderung der Taktsignalfrequenz während des Abtastvorganges zu ändern. Dadurch kann die Feststellempfindlichkeit der Einrichtung für verschiedene Teile der Bildabtastebene erhöht oder abgesenkt werden.
Bei der Aufnahme eines Bildes, das beispielsweise eine lokale Bewegung enthält, wie beispielsweise ein schwanzwackelnder Hund, ist die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, die auf eine Videokamera angewandt ist, die mit einer Bildstabilisierungeinrichtung ausgerüstet ist, vorzugsweise so konzipiert, daß sie den wackelnden Schwanz des Hundes nicht feststellt, da es sich nicht um ein Bildzittern handelt.
In dieser Hinsicht ist das Ausführungsbeispiel konzipiert, um dem obigen Bedürfnis auffolgende Weise Rechnung zu tragen: die Bildposition des Hauptgegenstands, oder des Hundes, wird mit dem gleichen Verfahren festgestellt. Die Zitterfeststellempfindlichkeit wird durch Anheben der Taktsignalfrequenz für die Bereiche der Bildabtastebene erhöht, die sich von dem Bereich unterscheiden, auf dem das Bild des Hundes durch Herabsetzen der Taktsignalfrequenz nahe des Bildes des Hundes verringert ist. Des weiteren wird in Hinsicht auf den Grad, auf den die Feststellempfindlichkeit geändert wird, die Empfindlichkeit vorzugsweise graduell durch eine Vielzahl von Schritten in Hinsicht auf einen möglichen Fehler bei der automatischen Erkennung der Bildposition des Schwanzes des Hundes verändert, und daß die Schattierung des Schwanzes in der Nähe des Bildes vom Hund existiert. Dies ermöglicht der Kamera eine stabile Arbeitsweise.
Die zuvor beschriebene Anordnung zur Änderung der Feststellempfindlichkeit, entweder kontinuierlich oder schrittweise durch Änderung der Taktsignalfrequenz, stellt ein Merkmal des Feststellverfahrens nach der vorliegenden Erfindung dar.
Die Position des Bereichs mit einer lokalen und partiellen Bildbewegung innerhalb eines Bildes eines Gegenstands auf der Bildabtastebene, wie beispielsweise das Bild des Hundes, ist konzipiert, miteinander mittels der Bereichsbennungsschaltung 124 feststellbar zu sein, der binären Codierschaltung 125, der Verzögerungsschaltung 126 und der Vergleichsschaltung 127.
Fig. 13(a) zeigt einen Bildbewegungsbereich auf der Bildabtastebene, der in m × n Blöcke eingeteilt ist. Die Vergleichsschaltung 127 ist zur Lieferung einer Information bezüglich eines Horizontalbewegungsbereichs eingerichtet, der beispielsweise Daten P1 und P2 für linke und rechte Positionen in der Horizontalrichtung des Bewegungsbereichs M einschließt.
Fig. 13(b) zeigt eine Zitterfeststell- Empfindlichkeitsverteilung für den Bewegungsbereich M, einen Bereich herum um den Bewegungsbereich M, und einen Bereich, der weiter entfernt von dem Bewegungsbereich M liegt. Die Achse der Abszisse zeigt die Positionskoordinate für jeden Block gemäß der Horizontalrichtung der Bildabtastebene. Die Achse der Ordinate zeigt die Taktsignalfrequenz zur Zitterfeststellung.
In Fig. 13(a) wird für jeden der m x n Blöcke auf der Bildabtastene der Leuchtdichtepegel des Bildsignals eingestellt, das von der Signalverarbeitungsschaltung 104 abgegeben wird, binär umgesetzt. Die Bildabtastebene wird in der Vergleichsschaltung 127 mit einer zuvor gewonnenen Bildebene verglichen, und die um eine Teilbildperiode durch die Verzögerungsschaltung 126 verzögert worden ist. Die Position auf der Bildebene eines beliebigen Blockes, der die gleiche Änderung bezüglich der Information zeigt, die durch diesen Vergleich festgestellt wird. Dann wird die Position einer beliebigen partiellen Bewegung, die lokal auf der Bildebene auftritt, dadurch festgestellt und als eine Bewegungsbereichinformation P erzeugt.
Es wird angenommen, daß die m x n Blöcke bezeichnet sind mit ai, j, und daß die Gesamtzahl von 16 Bereichen ai, j (i = 0 bis 3; j = 0 bis 3) auf der Bildebene als Bewegungsbereich M mit einiger aufgetretener Bewegung festgestellt wird, dann wird der Teil der Bildebene mit dem Bewegungsbereich M eingestellt, um durch Veranlassen der Frequenz des Taktimpulssignals zur Feststellung des Umfangs des Zitterns auf Null zu gehen, ein Nichtfeststellbereich zu sein. Da andere Bereiche nahe dem Bewegungsbereich M dazu neigen, von der Bewegung berührt zu werden, wird die Feststellempfindlichkeit nicht sofort für nahegelegene Bereiche angehoben. In dem Fall dieses Ausführungsbeispiels wird die Bildzitter- Feststellempfindlichkeit durch Anheben der Taktsignalfrequenz schrittweise für andere Bereiche gemäß der Tatsache erhöht, daß sie weiter weg vom Bewegungsbereich M stattfinden. Diese anderen Bereiche schließen nahe Bereiche M1 ein, die eine Breite entspechend zweier Blöcke haben, Bereiche M2, die auf der Außenseite der nahegelegenen Bereiche M1 liegen und eine Breite entsprechend zweier Blöcke haben, und Bereich M 3 die auf der Außenseite der Bereiche M2 liegen. Die Taktsignalfrequenz ist eingerichtet, entsprechend der Entfernung von anderen Bereichen vom Bewegungsbereich M angehoben zu werden. Es wird angenommen, daß die Taktsignalfrequenz für den Bereich M3, für den das Ausführungsbeispiel eingerichtet ist, eine maximale Zitterfeststellempfindlichkeit mit fc hat, wobei die Taktsignalfrequenz auf fc/2 (1/2 Empfindlichkeit) für den Bereich M2 eingestellt wird, fc/4 (1/4 Empfindlichkeit) für den nahen Bereich M1 und Null für den Bewegungsbereich M.
Dieses Konzept ermöglicht der Einrichtung, die Position einer beliebigen lokalen Bewegung festzustellen, die in der Bildabtastebene auftritt, die Feststellung des Bildzitterns von einem Bereich mit keiner lokalen Bildbewegung und zur Kompensation des solchermaßen festgestellten Bildzitterns.
Des weiteren gibt es Bereiche M4, die jeweils eine Breite entsprechend zweier Blöcke haben, und die weitestgehend außerhalb der Bildabtastebene liegen, und die eingerichtet sind als Nichtfeststellbereiche zum Zwecke des Vermeidens eines Feststellfehlers, einer nachteiligen Wirkung und der Abschattung des Bildes des Gegenstands usw., wie schon erwähnt.
Während das Ausführungsbeispiel im vorstehenden zur Feststellung eines Bereichs mit einer Bewegung in Horizontalrichtung konzipiert ist, kann ein Bereich mit einer Bewegung in Vertikalrichtung ebenfalls in genau der gleichen Weise festgestellt werden.
Nach der vorstehenden Beschreibung ist die Feststellempfindlichkeit so eingerichtet, daß sie bei jedem zweiten Block geändert wird, der von dem Bewegungsbereich entfernt liegt. Jedoch ist die Empfindlichkeitsänderungszahl von Blöcken natürlich nicht auf zwei Blöcke beschränkt, sondern kann um eine beliebige Anzahl geändert werden, bei der die Eignung gemäß der Gesamtzahl von Blöcken berücksichtigt ist, die auf der Bildabtastebene vorgesehen sind.
Die zuvor beschriebene schrittweise Einstellung der Feststellempfindlichkeit kann auch für ein stetiges Justierkonzept eingerichtet werden.
Um sicherzustellen, daß die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern in der Lage ist, mit beliebigen aufnehmbaren Änderungsarten zu Rande kommen, die in den Bildmustern auftreten, muß die Einrichtung in der Lage sein, ohne Fehler zu arbeiten, selbst unter derartigen Umständen, wie sie in den Figuren 11(a) bis 11(c) dargestellt sind.
Fig. 11(a) zeigt den Fall, daß ein Gegenstandsmuster, das in einem vorhergehenden Teilbild 1 über eine vorgegebene Dauer existierte, bevor es verschwand und nun nicht mehr im aktuellen Teilbild 2 existiert. Fig. 11(b) zeigt den weiteren Fall, daß zwei Gegenstandsmuster, die in dem vorhergehenden Teilbild 1 existierten, einander überlappen, um als ein Muster im aktuellen Teilbild 2 aufzutreten. Fig. 11 (c) zeigt den weiteren Fall, daß ein starkes Zittern ein Gegenstandsmuster näher an ein anderes Gegenstandsmuster heranbringt. Um selbst unter diesen Bedingungen einen genauen Betrieb sicherzustellen, muß die Einrichtung mit einigen Bildmuster- Unterscheidungsmitteln ausgestattet sein, zusätzlich zu der Schaltungsanordnung, die zuvor beschrieben worden ist.
In Hinsicht auf dieses Problem können Fehler vermieden werden, die in dem Unterscheidungsmittel vorgesehen sind, die zur Unterscheidung der zuvor genannten Umstände in der Lage sind, um die Einrichtung daran zu hindern, irgendwelche Daten unter den zuvor genannten Umständen zu gewinnen.
Zur Ausführung dieses Unterscheidungsverfahrens ist die Einrichtung beispielsweise folgendermaßen konzipiert: unter in den Figuren 11(a) und 11(b) dargestellten Umständen ist die Anzahl von Impulsen des Impulssignals E, die im Impulssignal D existieren, welches die in Fig. 9 und 10(a) bis 10(c) dargestellte logische Summe der Signale A und B ist, die gezählt wird. In Fällen, bei denen Gegenstandsmuster nicht bezüglich ihrer Größe abweichen und somit als vollständig miteinander korreliert anzusehen sind, wie in den Figuren 10(a) bis 10(C) gezeigt, ist die Anzahl der Signalimpulse E (das logische Produkt der Signale A und B) die in jedem Signalimpuls D sind (die logische Summe der Signale A und B), immer gleich 1. Im Falle der Figuren 11(a) und 11(b) ist hingegen die zuvor genannte Anzahl der Impulse 0 und bzw. 2 oder größer als 2. Folglich ist das zuvor erwähnte Unterscheidungsmittel, welches die Anzahl der Signale E zählt, konzipiert zur Festlegung der Gültigkeit der Daten nur dann, wenn die gezählte Zahl gleich 1 ist, weil in diesem Falle die beiden Teilbilder in Hinsicht auf den Merkmalspunkt korrelierbar sind. In allen anderen Fällen wird das Datum als ungültig festgelegt. Unter der Bedingung von Fig. 11(c) überprüft das Unterscheidungsmittel des weiteren das Signal A oder das Signal B auf seine Größe des Bildmusters und entscheidet nicht, irgendein Bildmuster zu behandeln, das kleiner als der maximal gemessene Wert des Bildzitterns ist. Dieses Konzept verhindert die fehlerhafte Arbeitsweise der Einrichtung.
Die Werte der zu verwendenden Konstanten, die aktuell die Kompensation für das Bildzittern ausführen, sind die folgenden. Wenn das Bildzittern aus dem Zittern der Kamera resultiert, wird die obere Grenze des zu kompensierenden Bildzitterns auf etwa ± 25 % der Bildebene mit dem Grad der Kompensation gesetzt, etwa auf 1/5 bis 16 des aktuell festgestellten Zitterumfangs.
Weiterhin kann die Gateimpuls- Erzeugungsschaltung 109 zusammengesetzt sein aus einer Logikschaltung mit TTL oder dgl.. Die Gateimpuls- Erzeugungsschaltung 109 kann somit einfach konzipiert und in einer kompakten Form integriert sein. Die Logik der Gate- Impulserzeugungsschaltung 109 nach der Erfindung ist nicht auf die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Logik beschränkt.
Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Einrichtung zur Feststellung einer Bildzitterbewegung in Horizontalrichtung der Bildebene während des Vorgangs einer Teilbildabtastung eingerichtet. Die Anzahl der Datenabtastwerte wird für eine höhere Genauigkeit gemäß der Anzahl von Gegenstandsmustern (oder Merkmalspunkten) in der größer werdenden Bildebene erhöht. Die Bildzitterfeststellung ist theoretisch lediglich mit einer Horizontalabtastzeile möglich. Folglich kann eine Feststelloperation des Zitterns in einer Richtung unter Verwendung eines eindimensionalen CCD (eines Zeilensensors) anstelle des zweidimensionalen CCD ausgeführt werden.
Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Feststellung eines Bildzitterns in Vertikalrichtung beschrieben. Es gibt keine Vertikalabtastzeile für ein Videosignal. Folglich kann die vorstehende Beschreibung anhand der Figuren 10(a) bis 10(c) nicht hierauf angewandt werden. Folglich wird das Ausführungsbeispiel mit einer Vorrichtung zur Bildung eines Leuchtdichtesignals in Vertikalrichtung in einer nachstehend beschriebenen Weise bereitgestellt.
Figuren 12(a) bis 12(f) zeigen im Wege des Beispiels eine Art und Weise, in der dieses Verfahren ausgeführt werden kann.
Die Feststellung ist konzipiert, in Vertikalrichtung der Bildebene, wie durch die vertikale Linie in Fig. 12(f) angezeigt, durchgeführt zu werden. Ein Punkt, bei dem ein vertikales Bildzittern aus einem in Fig. 12(a) dargestellten Videosignal festzustellen ist, wird auf der Feststellzeile innerhalb der Bildebene festgestellt. Eine Zeitdauer t10, die erforderlich ist zum Erreichen dieses Punktes, wird gewonnen aus dem Horizontalsynchronimpuls. Dann wird ein Impulszug auf der Grundlage dieses Wertes nach Ablauf der Zeitdauer tlo aus dem Horizontalsynchronimpuls bei jedem Horizontalabtastvorgang erzeugt, wie in Fig. 12(b) gezeigt. Ein Leuchtdichtesignal wird aus einem Videosignal getrennt, das zwischen den Impulsen gewonnen wird. Irgendeine Änderung der Höhe des Pegels des Impuls zuges, wie in Fig. 12(c) dargestellt, stellt eine Änderung der Leuchtdichte dar, die in Vertikalrichtung stattgefunden hat. Die Höhe wird abgetastet und gehalten zur Erzielung einer Signalwellenform, wie sie in Fig. 12(d) gezeigt ist. Dann wird ein willkürlicher Wandlungsprozeß oder dgl. auf diese Signalwellenform angewandt, um dadurch einen Merkmalspunkt in gleicher Weise wie im Falle der Horizontalfeststellaktion auszulesen. Dieses Konzept gestattet die Vewendung der zuvor beschriebenen Feststellschaltung. Die Feststellempfindlichkeit kann in Hinsicht auf das Verfahren zum Auslesen des Merkmalspunktes durch Gewinnen des Nulldurchgangspunktes eines sekundären Differenzialsignals anstelle der Verwendung der binären Kante erhöht werden.
Die Einrichtung, die das erfinderische Verfahren mit dem zuvor beschriebene Konzept verkörpert, kann aus gewöhnlichen Bauteilen wie TTL, C- MOS usw. gebildet werden. Die Anzahl der erforderlichen Torschaltungen ist relativ gering, so daß ohne Schwierigkeit eine Integration erfolgen kann. Folglich kann dann mit niedrigen Kosten gebaut werden. Die Einrichtung, die in einer kompakten Videokamera verwendet wird, gestattet es, die Größe und die Kosten zu senken, verglichen mit der Kamera des herkömmlichen Stabilisierungstyps.
Wie zuvor erwähnt, ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern konzipiert, in der Lage zu sein, die Abweichung von Merkmalspunkten zu messen, die in jeder Bildebene während eines Abtastvorganges auf den Bildebenen auftreten, die zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnen werden; die Feststellung der Größe des Bildzitterns aus dem gemessenen Wert wird somit erreicht, und die Feststellempfindlichkeit ist variabel. Diese Einrichtung ist folglich in der Lage, eine Unterscheidung zwischen einem Zittern der gesamten Bildebene und einer partiellen Bildbewegung exakt zu treffen, die lokal innerhalb der Bildebene auftritt, so daß die Kompensation des Bildzitterns immer höchst genau ausgeführt werden kann.
Die Rechenoperation zum Herausfinden des Umfangs eines Bildzitterns kann kurz während der Vertikalaustastperiode ausgeführt werden, so daß die Vorgänge des Ausführungsbeispiels fast in Echtzeit ausgeführt werden können.
Da das Operationsprinzip der Einrichtung keinen A/D- Wandler erfordert, keinen großen Speicher und keine großen Rechenbereiche, ermöglicht das Ausführungsbeispiel die Vereinfachung des Aufbaus und die Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Erfindung auf eine Kamera des Bildstabilisierungstyps angewandt, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Kamera dieses Typs beschränkt. Die Erfindung gestattet einen weiten Anwendungsbereich einschließlich beispielsweise einer Bilderkennungseinrichtung für Industrieroboter und ein Bildabtastsystem für industrielle Bildmeßinstrumente.
Die Figuren 14 bis 19 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft die Verbesserung des Steuerungsteils eines optischen Aufnahmesystems, das von der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach der Erfindung zu steuern ist. Das Ausführungsbeispiel verbessert die Stabilität und die Ansprecheigenschaft des Steuerungteils bei der Steuerung des Bildaufnahmesystems auf der Grundlage des Ergebnisses der Bildzitterfeststellung.
Die Einzelheiten des zweiten Ausführungsbeispiels sind nachstehend anhand der Figuren 14 bis 19 beschrieben.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild, das das zweite Ausführungsbeispiel in einem Zustand zeigt, in dem es auf die Bildstabilisierung und Objektnachfolgeeinrichtung einer Fernsehkamera angewandt ist. Die Darstellung enthält ein Objekt OB; ein Prisma 202 mit variablem Scheitelwinkel; ein Aufnahmeobjektiv 203; einen Bildsensor 204, der ein CCD oder dgl. ist, und der zur Erzeugung eines elektrischen Signais durch photoelektrische Wandlung der Bildinformation dient, die vom Aufnahmeobjektivsystem 203 auf der Bildabtastebene erzeugt wird; eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung 205, die zur Ausführung einer Signalverarbeitungsaktion bezüglich des Bildsignals vorgesehen ist, das von dem Bildsensor 204 einschließlich einer Gamma- Korrektur abgegeben wird, ein Austastvorgang, die Addition von Synchronsignalen usw., und zur Erzeugung eines Videosignals 205a, welches mit dem NTSC- System übereinstimmt; einen Monitor 206, der beispielsweise ein elektronischer Sucher oder dgl.; ein Bildaufzeichnungsgerät 207, welches beispielsweise ein Videorekorder ist; eine Bildversatz- Feststellschaltung 208, die zur Feststellung eines Zitterns oder Bewegungszustandes eines Bildes bereitsteht, das auf der Bildabtastebene des Bildsensors 204 erzeugt wird; und ein Bildversatz- Informationssignal 208a, welches von der Versatz- Feststellsschaltung 208 abgegeben wird.
Die Bildversatz- Feststellschaltung 208 vergleicht beispielsweise den Kantenabschnitt eines Bildes oder die Stelle des Schwerpunkts immer mit dem- bzw. derjenigen der unmittelbar vorangehenden Bildebene und errechnet und findet eine Änderung dieser Stelle heraus, in der eine Bildebene (ein Teilbild) übertragen wird. Da der Vorgang mittels elektronischer Schaltungen ausgeführt wird, ist das Ergebnis der Berechnung fast gleichzeitig mit dem Ende der übertragung ausgeführt. Fig. 15 zeigt im Wege des Beispiels den Innenaufbau der Bildversatz- Feststellschaltung 208, die zur Feststellung des Kantenverteilungszustands eines Bildes eines Gegenstands vorgesehen ist, der auf eine Mehrzahl von (2) Bildebenen auftritt, die zu verschiedenen Zeiten gewonnen wurden, und zur Feststellung irgendeiner Bildbewegung durch eine Änderung der herausgefundenen Differenz zwischen den beiden Bildebenen.
In der Bildversatz- Feststellschaltung 208 in Fig. 15 kommt folgendes zum Einsatz: die Kantenverteil- Feststellschaltung 281 ist zur Feststellung des Kantenverteilungszustands eines Bildes eines Gegenstands vorgesehen, der auf der Bildabtastebene durch das Bildsignal 205a existiert, das von der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 erzeugt wird. Ein Merkmal des Gegenstandsbildes wird beispielsweise aus der Anzahl von Kanten festgestellt, die in einer vorbestimmten Richtung verteilt sind, welches die Vertikal- oder Horizontalrichtung ist. Eine Verzögerungsschaltung 282 ist zur Speicherung eines Betrages der Feststellinformation vorgesehen, die einer Bildebene entspricht (oder einem Teilbild), und wird von der Kantenverteil- Feststellschaltung 281 erzeugt; und zur Erzeugung der Information durch Verzögerung um eine Periode eines Teilbildes. Eine Vergleichsschaltung 283 vergleicht die Kantenverteilinformation, die abgegeben und direkt von der Kantenverteil- Feststellschaltung 281 empfangen wird, mit der vorherigen durch die Verzögerungsschaltung 282 empfangenen Kantenverteilinformation. Die Vergleichsschaltung 283 ist somit zur Erzeugung eines Bildversatz- Informationssignals 208a konzipiert, welches die Größe und Richtung des Bildversatzes anzeigt.
Das Kennzeichen der Bildebene wird somit aus der Verteilung auf der Bildebene festgestellt. Das festgestellte Kennzeichen der Bildebene eines jeden aktuellen Teilbildes wird verglichen mit dem des unmittelbar vorangehenden Teilbildes. Irgendeine lagemäßige Änderung, d.h., Zittern des Bildes oder Bewegung des Gegenstands, das während der Periode eines Teilbildes auftritt, wird somit festgestellt. Die Zitterfeststellinformation entsprechend der Lageänderung des Bildes kann somit in einem Zyklus eines Teilbildes erzeugt werden.
In Fig. 14 bedeutet Bezugszeichen 209 eine Steuerschaltung. Die Steuerschaltung 209 ist konzipiert zur Erzeugung eines Steuersignals 209a zur Steuerung des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel auf der Grundlage des Bildversatz- Informationssignals 208a. Fig. 14 zeigt des weiteren eine Addier- Subtrahier- Schaltung 291, die zum Empfang des Bildversatz- Informationssignals 208a vorgesehen ist, das von der Bildversatz- Feststellschaltung 208 abgegeben wird, und um dieses mit dem Rückkopplungs-Ausgangssignal zu addieren (oder es von diesem abzuziehen), das von einer Multiplizierschaltung 294 kommt. Es ist eine weitere Multiplizierschaltung 292 vorgesehen, die konzipiert ist zur Multiplikation des Ausgangsssignals der Addier- Subtrahier- Schaltung 291 um einen vorgegebenen Koeffizienten und zur Erzeugung und Lieferung eines Steuersignals an einen Motor 210, der zum Antrieb des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel dient. Ein Speicher 293 ist zur Speicherung der Steuerinformation vorgesehen, die von der Multiplizierschaltung 292 an die Motor 210 geliefert wird. Des weiteren ist der Speicher 293 vorgesehen zur Erzeugung der Eingangssteuerinformation nach Ablauf einer Periode von zwei Teilbildern in der Reihenfolge des Eingangs. Mit anderen Worten, der Speicher 292 arbeitet auf der Grundlage eines FIFO (Eingangsfolge- Bearbeitungsspeicher) ei Die Multiplizierschaltung 294 ist eingerichtet zur Multiplikation der im Speicher 293 gespeicherten Information mit einem vorgegebenen Koeffizienten und zur Speisung des Ergebnisses der Multiplikation zurück zur Addier- Subtrahier- Schaltung 291.
Der Antriebsmotor 210 für das Prisma mit variablem Scheitelwinkel ist eingerichtet zur Änderung des Scheitelwinkels des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel durch das Prisma 202 mit variablem Scheitelwinkel gemäß dem Steuersignal 209a, das von der Steuerschaltung 209 kommt. Der Motor 210 wird gesteuert, um das Prisma 202 mit variablem Scheitelwinkel zur Verfolgung des Bildversatzes oder der Zitterbewegung aus der vorhergehenden Bildebene zu veranlassen und um den Bildversatz aufzuheben.
Zwischen der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 und der Bildversatz- Feststellschaltung 208 gibt es einen Schalter SW zur Auswahl zwischen Ausführung und Nichtausführung der Nachfolgeaktion. Wenn der Schalter SW offensteht, hört das Steuersystem, das das Prisma mit variablem Scheitelwinkel steuert, auf zu arbeiten und verursacht eine Betriebsart der Nichtverfolgung des Bildzitterns oder Versatzes und führt keine Kompensation des Bildversatzes aus.
Das Steuersystem der optischen Bildabtasteinrichtung, welches nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.
Wenn ein zu photographierendes Objekt sich relativ zur Fernsehkamera aufgrund eines Kameraschwenks oder dgl. bewegt, wird eine Änderung des Gegenstandsbildes auf der Bildabtastebene des Bildsensors 204 durch das Prisma 202 mit variablem Scheitelwinkel gebracht, und durch das Aufnahmeobjektiv 203. Mit dem in ein elektrisches Signal gewandelten Bild tritt die Änderung im Bildausgangssignal 205a der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 auf. Das Ausgangsbildsignal 205a der Videosignalverarbeitungsschaltung 205 wird an den Monitor 206 geliefert, der ein elektronischer Sucher oder dgl. ist, sowie zum Bildaufnahmegerät, d.h., zum Videorekorder 207. Das Bild kann somit aufgenommen werden, während es durch den Sucher betrachtet wird.
Das von der Video- Signalverarbeitungsschaltung 205 abgegebene Bildsignal 205a wird auch an die Bildversatz- Feststellschaltung 208 geliefert. In der Bildversatz- Feststellschaltung 208, die in der in Fig. 15 dargestellten Weise aufgebaut ist, wird der Grad der Bewegung des Objekts OB durch Rechnung festgestellt. Im Ergebnis wird ein Bildversatz- Feststellsignal 208a an die Steuerschaltung 209 geliefert.
Die Steuerschaltung 209 wird mit Information bezüglich der Position des Gegenstandsbildes beliefert, das wenigstens in Vertikal- oder Horizontalrichtung der Bildabtastebene gewonnen wurde. Gemäß dieser Information veranlaßt die Steuerschaltung 209 den Motor 210, sich in Richtung der Verringerung der Änderung zu drehen, die sich aus der Positionsänderung des Gegenstandsbildes ergibt und im Bildsignal 205a auftritt, das von der Videosignal- Verarbeitungsschaltung 205 abgegeben wird. Der Winkel des Prismas 202 mit veränderlichem Scheitelwinkel wird somit von der Drehung des Motors 210 verändert. Mit anderen Worten, die optische Achse des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel wird in die Richtung eingestellt, in der das Bild sich in solcher Weise bewegt, daß ein Nachfolgen (Spurfolge) des Objekts erfolgt. Diese Rückkopplungssteuerung wird wiederholt synchron mit einem Zyklus ausgeführt, der auf einen Wert eines ganzzahligen Vielfachs der Abtastperiode des Bildsensors 204 eingestellt wird, der 1/60 sec (eine Teilbildperiode) beträgt. Bei Hochgeschwindigkeits- Bildversatz- Nachfolgeeigenschaft wird die ganze Zahl jedoch vorzugsweise auf 1 gesetzt.
Als nächstes wird die Steuersequenz nach der Erfindung im Vergleich zu dem herkömmlichen Steuersystem beschrieben. In Hinsicht auf die in Fig. 14 dargestellte Anordnung ist die herkömmliche Einrichtung konzipiert zur Lieferung des Bildversatz- Informationssignals 208a der Bildversatz- Feststellschaltung 208 direkt an die Multiplizierschaltung 292. Die herkömmliche Einrichtung ist nichü mit der Multiplizierschaltung 294 und dem Speicher 293 ausgestattet.
Dahingegen ist die Einrichtung nach dieser Erfindung ausgestattet mit der Addier- Subtrahier- Schaltung 291, der Multiplizierschaltung 294 und dem Speicher 293. Dieser Unterschied zur herkömmlichen Einrichtung ermöglicht der erfindungsgemäßen Einrichtung, einen Steueralgorithmus auszuführen, wie er nachstehend beschrieben ist.
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung von Zeitserien des Betriebs des Nachfolgens der lagemäßigen Änderung des Gegenstandsbildes. In Fig. 16 zeigt die Achse der Abszisse die Periode des Zeitverlaufs von Anfang des Gegenstandsnachfolgens an, d.h., dem Start der Bildzitter- Kompensationsaktion. Die Zeit wird abgestuft in Einheiten von Teilbildern. Die Achse der Ordinate zeigt die Position des Gegenstands OB als verkleinert gegenüber dem Bildsignal 205a. Jedes der Bezugssymbole t1, t2, ... bedeutet einen Zeitpunkt, der ein Teilbild anzeigt.
Es wird nun angenommen, daß die Objektbewegung das Bild auf der Bildabtastebene veranlaßt, sich mit konstanter Geschwindigkeit in eine Richtung zu bewegen.
Erneut wird Bezug genommen auf Fig. 16, in der ein Bezugssymbol A den Ort der auftretenden Objektbewegung auf der Bildabtastebene bedeutet, wobei keine Nachfolgeaktion für die Bewegung ausgeführt wird. Der Ort zeigt, daß die Stelle des
Objekts OB sich allmählich ändert und auf der Bildebene gemäß dem Verlauf der Zeit abweicht.
Ein Symbol B bedeutet eine Gegenstandsnachfolgeaktion, die von der Bildzitter- und Objektnachfolgeeinrichtung der herkömmlichen Fernsehkamera ausgeführt wird. Eine herkömmliche Einrichtung kann so angesehen werden, daß sie konzipiert ist zur Lieferung des Ausgangssignals der Bildversatz- Feststellschaltung 208 von Fig. 14 direkt an die Multiplizierschaltung 292, ohne daß es die Addier- Subtrahier- Schaltung 291, den Speicher 293 und die Multiplizierschaltung 294 gibt.
Ein weiteres Symbol C bedeutet den Ort der Objektbewegung, die mit einer Objektnachfolgeaktion von der Schaltung des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, das in Fig. 14 gezeigt ist.
Zunächst wird die Objektnachfolgeaktion der herkömmlichen Einrichtung beschrieben. Der von der Multiplizierschaltung 292 zu verwendende Koeffizient wird mit "1" angenommen. Es wird angenommen, daß der Motor 210 sich mit einer Geschwindigkeit proportional zur Eingangsspannung dreht und daß er ohne Verzögerung arbeitet. Angenommen wird auch, daß die Objektnachfolgeaktion zum Zeitpunkt t1 beginnt, und daß vom Bildsensor 204 erzeugte Bilder zu Zeitpunkten t1 und t2 zur Übertragung eine Teilbildperiode benötigen. Informationen bezüglich irgendeines Gegenstandsbildversatzes, die von der Bildversetz- Feststellschaltung 208 ausgegeben wird als Ergebnis des Vergleichs dieser Bilder werden zum Zeitpunkt t3 gewonnen. Der Motor 210 beginnt den Antrieb gemäß dem Wert dieser Information. Der Motor 210 arbeitet dann zum Antrieb des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel in solcher Weise, daß eine Kompensation für die Lageänderung des Objekts stattfindet. Während einer Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 erscheint das Gegenstandsbild auf der Bildebene zu ruhen. Das Ergebnis des Bildvergleichs, das zu den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgte, wird zum Zeitpunkt t4 gewonnen. Folglich wird das Gegenstandsbild ruhig und ändert sich auch während der Periode zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 nicht. Mit anderen Worten, mit dem Motor 210, der auf der Grundlage des Bewegungsgrades des Gegenstandsbildes bewegt wurde, das zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 festgestellt wurde, bleibt die Position des Objekts OB auf der Bildabtastebene während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 unverändert. Wenn die im Bildsensor 204 aufgenommenen Bilder miteinander zu den Zeitpunkten t3 und t4 verglichen werden, ist das Ergebnis des Vergleichs gleich Null. Mit dem gewonnenen Wert zum Zeitpunkt t5 wird das Bild dann so angesehen, daß es sich in einer Position festgesetzt hat, und die Drehung des Motors 210 wird zu diesem Zeitpunkt t5 zum Stillstand gebracht, trotz der anhaltenden aktuellen Bewegung des Objekts B, wie durch den Ort A dargestellt. Im Ergebnis erfährt die Position des Gegenstandsbildes auf der Bildabtastebene erneut zum Zeitpunkt t5 eine Änderung. Dieser Versatz wird zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 festgestellt und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7. Dann wird der Motor 210 erneut zum Zeitpunkt t7 angetrieben, um die Bildposition des Objekts OB unverändert auf der Bildabtastebene zu belassen. Gemäß dem herkömmlichen Steuerverfahren wird somit das zuvor beschriebene pHänomen alle zwei Teilbilder wiederholt. Die Objektposition auf der Bildabtastebene variiert schrittweise mit der Zeit und nimmt niemals einen festen Wert an.
Die Nachfolgegenauigkeit oder die Bildstabilisierungseffizienz kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
Bildstabilisierungseffizienz = Objektpositionsänderung auf der Bildebene, die durch
Nachfolgeaktion/Objektpositionsänderung auf der Bildebene ohne Nachfolgeaktion gewonnen wird.
Demgemäß beträgt die Bildstabilisierungseffizienz nach dem herkömmlichen Steuerverfahren lediglich etwa 1/2.
Des weiteren tendiert ein Versuch zur Erhöhung der Bildstablisierungseffizienz durch Erhöhen des Multiplikators der Multiplizierschaltung auf einen Wert größer als "1" dazu, Schwingungen hervorzurufen. Wenn die Ausgangssignale 210a und 209a des Motors 210 und der Multiplizierschaltung 292 verzögernd konzipiert sind, wird zur Vermeidung dieser Schwingungen die Ansprechempfindlichkeit des Steuersystems verschlechtert.
Gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung, die in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Objektnachfolgeoperation mit geschlossenem Schalter SW in folgender Weise ausgeführt: der Speicher 293 ist konzipiert, immer die Steuerinformation 209a zu speichern, die von der Multiplizierschaltung 292 abgegeben wird; und zur Erzeugung von Information bezüglich des Wertes eines Zeitpunktes, bei dem ein Bild gemäß dem Wert des Bildversatz- Informationssignals 208a von der Bildversatz- Feststellschaltung 208 abgegeben wird, vom Bildsensor 204 aufgenommen wird.
Mit anderen Worten, für die zum Zeitpunkt t5 gewonnene Bildversatz- Feststellinformation 208a wird beispielsweise der Speicher 293 veranlaßt, eine zum Zeitpuntkt t3 abgetastete Ausgangssteuerinformation 209a der Steuerschaltung 209 als das Bild zu erzeugen, auf dem die Feststellinformation basiert. Zum Objektnachfolge- Startzeitpunkt t1 werden alle Daten initialisiert, um zu Null zu werden.
Der Koeffizient der Multiplizierschaltung 292 wird ebenfalls auf "1" gesetzt, in gleicher Weise wie zuvor beschrieben. Wenn die Objektnachfolgeaktion gestattet, zum Zeitpunkt t1 zu beginnen, bleibt das Ausgangssignal des Speicher 293 von den Zeitpunkten t1 bis zum Zeitpunkt t3 auf Null. Folglich trifft die Nachfolgekennlinie der erfindungsgemäßen Einrichtung mit der herkömmlichen Einrichtung während einer Periode zwischen den Zeitpunkten t1 und t5 zusammen.
Mit anderen Worten, der Speicher 293 hat kein Eingangssignal und verbleibt zu den Zeitpunkten t1 und t2 in seinem initialisierten Zustand. Zum Zeitpunkt t3 wird das Bildversatz- Informationssignal 208a, das zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 gewonnen wurde, an die Steuerschaltung 209 geliefert. Dieses Bildversatz- Informationssignal 208a wird von der Addier- Subtrahier- Schaltung 291 empfangen. Die Ausgangssteuerinformation 209a der Steuerschaltung 209, die mit einem ganzzahligen Vielfachen von der Multiplizierschaltung 292 multupliziert wurde, wird an den Motor 210 geliefert, und zur auch gleichen Zeit geliefert und gespeichert an und von dem Speicher 293. Zum nachfolgenden Zeitpunkt t4 wird das Bildversatz- Informationssignal 208a, das zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 gewonnen wurde, an die Steuerschaltung 209 geliefert, um dem Motor 210 und dem Speicher über die Addier- Subtrahier- Schaltung 291 und die Multiplizierschaltung 292 zugeführt zu werden. Zwischenzeitlich ist die zum Zeitpunkt t3 gewonnene Steuerinformation 209a bereits im Speicher 293 gespeichert und noch zum Zeitpunkt t4 im Speicher 293 gehalten. Folglich wird zum Zeitpunkt t4 das Ausgangssignal des Speichers 293 wie zuvor Null sein. Bis zu den nächsten Zeitpunkten t5 stimmt die Objektnachfolgekennlinie der erfindungsgemäßen Einrichtung mit der Objektnachfolgekennlinie B der herkömmlichen Steuereinrichtung überein.
Wenn jedoch das Bildversatz- Informationssignal 208a, das zwischen den Bildern im Bildsensor 204 jeweils zu den Zeitpunkten t4 und t5 aufgenommmen wurde, von der Bildversatz- Feststellschaltung 208 zum Zeitpunkt tS abgegeben wird, wird die Steuerinformation 209a an den Motor 210 über die Addier- Subtrahier- Schaltung 291 und die Multiplizierschaltung 292 geliefert, die in der Steuerschaltung 209 enthalten sind. Dieses Steuerinformationssignal 209a steuert dann und veranlaßt den Motor 210 sich in der Richtung der Verlangsamung des Bildversatzes zu drehen. Zur selben Zeit wird auch die Steuerinformation 209a vom Speicher 2g3geliefert und gespeichert. Zwischenzeitlich ist die vorherige Steuerinformation 209a, die zum Zeitpunkt t3 gespeichert wurde, der um zwei Teilbildperioden vorangeht, vom Speicher 293 abgegeben und mit einem ganzzahligen Vielfachen (× 1) von der Multiplizierschaltung 294 multipliziert und an die Addier- Subtrahier- Schaltung 291 geliefert. Die Steuerinformation 209a, die zum Zeitpunkt t5 geliefert wird, wird durch Addition des multiplizierten Wertes mit dem Bildversatz- Informationssignal 208a gewonnen. Dies gestattet dem Motor 210, kontinuierlich zwischen den Zeitpunkten tS und t6 auf der Grundlage der Steuerinformation 209a zu arbeiten, die im Zeitpunkt t3 gewonnen werden, selbst wenn der Wert des Bildversatz- Informationssignals 208a Null wird, weil eine Änderung der Bildinformation zu den Zeitpunkten t3 und t4 als Ergebnis der Steueroperation bezüglich des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel von dem Antriebsmotor 210 zum Zeitpunkt t3 ausgeführt wurde. Anders als die Nachfolgeeigenschaft der herkömmlichen Steuereinrichtung, die eine positionelle Abweichung von dem Objekt OB zur erneuten Erhöhung zuläßt, führt die erfindungsgemäße Einrichtung die Nachfolgeaktion stetig ohne eine derartige Erhöhung der lagemäßigen Abweichungen aus, selbst nach dem Zeitpunkt t5, wie durch die Kennlinienkurve C in Fig. 16 dargestellt, solange die Steuerung im Arbeitsbereich des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel liegt. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht der Fernsehkamera, einem Objekt perfekt nachzufolgen, das sich bezüglich der Kamera bewegt.
Das Ausführungsbeispiel erhöht die Nachfolgeeffizienz aus folgendem Grund. In Hinsicht auf die Tatsache, daß der Wert des Bildversatz- Informationssignals 208a der Bildversatz- Feststellschaltung 208, der zeitweise durch die zuvor beschriebene Operation verteilt gewonnen wird, eine Zeitverzögerung enthält, ist die Steuerschaltung 209 zur Feststellung des Umfangs der Bildkompensation konzipiert zum Zeitpunkt, bei dem der Wert des Bildversatz- Informationssignal 208a abgetastet wird; und zur Vorbereitung einer nächsten Steueranweisung durch Einstellen eines Überschusses oder eines Mangels bezüglich des Kompensationsumfangs.
Wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit eines Objekt ändert, während dessen Bild entweder durch die Bewegung der Kamera aufgrund eines Kameraschwenks oder dgl. oder durch die Bewegung eines Objekts geändert wird, wobei der Umfang des Versatzes des Motors 210 durch Trägheit oder Viskosität verursacht wird, arbeitet die optische Bildabtasteinrichtung nach der Erfindung folgendermaßen.
Fig. 17 zeigt das Ergebnis der Simulation, die von einem Computer bezüglich der Bewegung des Objekts OB ausgeführt wird, von dem angenommen wird, eine Sinuskurve mit einer Frequenz von 1 Hz zu haben und einer Amplitude entsprechend 60 Bildelementen, und der Versetzungsumfang 210a des Motors 210 eine Übertragungsfunktion des sekundären Verzögerungssystems in Hinsicht auf eine Übergangskennlinie zu sein. Um einen Antwortschritt C(t) zu gewinnen, wird für die Simulation folgende Formel angewandt:
wobei einen Abschwächungskoeffizienten bedeutet und ωn eine natürliche Winkelfrequenz. Im Falle daß > 1, wird die Schrittantwort C(t) folgendermaßen ausgedrückt:
In diesem Falle werden = 1,5 und ωn = 2 substituiert als Werte für ein aktuelles Steuersystem, und ein Zyklus (eine Sekunde) der Kurve ist in der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 17 zeigt die Achse der Abszisse die Zeit und ist eingeteilt in Einheiten eines Teilbildes. Die Achse der Ordinate zeigt die Änderungsposition des Objekts und ist eingeteilt in Einheiten von zwei Bildelementen. Der Ursprung stellt einen Steuerstart- Zeitpunkt dar. Kurven zeigen Objektnachfolgezustände an, einschließlich Kennlinienkurven A', B' und C', die jeweils den Kurven A, B, und C von Fig. 16 entsprechen. Wenn man die Kurven B' und C' vergleicht, ist eine von ihnen näher an der Achse der Abszisse und näher an der graden Linie, die einen Verlustgrad des Bildzitterns darstellt, geringere Abweichung vom Objekt und ein höherer Grad an Stabilität und zeigt somit eine bessere Nachfolge- und Bildstabilisierungswirkung als die andere.
Die Kurve B' wurde durch Einstellen des Multiplikators der Multiplizierschaltung 292 auf "1,5" gewonnen, um die Amplitude zu verkleinern. Im Falle der Kurve B' deckte die Amplitude trotzdem über ± 30 Bildelemente ab und der Stabilisierungseffekt war um etwa 0,5, wodurch der instabile Zustand des Bildes gezeigt ist.
Wenn der oben beschriebene Multiplizierer auf einen Wert oberhalb 1,5 eingestellt wird, würden Schwingungen auftreten. Wenn er auf einen Wert unter 1,5 eingestellt wird, nimmt die Stabilisierungswirkung ab. In diesem Falle der Kurve C' wurden die Multiplikatoren der Multiplizierschaltungen 292 und 294 auf "3" gesetzt. Jedoch traten keine Schwingungen auf, und die Amplitude deckte lediglich ± 10 Bildelemente ab, wodurch der stabile Zustand des Bildes dokumentiert ist. Die Anordnung nach der Erfindung zeigt den zuvor beschriebenen auffälligen Effekt selbst bei Verwendung derselben Frequenz und desselben Übertragungskoeffizienten des Motors wie beim herkömmlichen Steuersystem, welches nicht über den Speicher 293 und die Multiplizierschaltung 294 verfügt.
Das erfindungsgemäße Steuersystem kann entweder aus einer digitalen Schaltung oder einer analogen Schaltung aufgebaut sein. Im Falle der analogen Schaltung kann die Verwendung des Speichers 293 durch eine Abtast- und Halteschaltung oder durch ein Verzögerungselement ersetzt werden. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 209 konzipiert sein, ein Antriebstaktsignal zu haben. Dann kann die effiziente Steuerung durch Synchronisieren der Zeiten des Ansteuertaktsignals mit demjenigen des CCD oder des Videosignals bewerkstelligt werden.
In Hinsicht auf das Bildkompensationsverfahren kann des weiteren die Verwendung des Prismas 202 mit variablem Scheitelwinkel ersetzt werden durch ein optisches Kompensationsverfahren, durch welches die Position des Aufnahmeobjektivs 203 und diejenige des Bildsensors 204 parallel und senkrecht zu optischen Achse verschoben wird. Der erfindungsgemäße Algorithmus ist ebenfalls auf dieses Verfahren anwendbar.
Wenn ein Element, wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element oder eine Tauchspule, die ausgangsseitig einen Versatz proportional zur Eingangsspannung verursacht, anstelle des Motors 210 verwendet wird, muß ein Integrator zwischen die Steuerschaltung 209 und den Motor 210 geschaltet werden. Des weiteren brauchen die für die Multiplizierschaltungen 292 und 294 zu verwendenden Koeffizienten keine festen Werte aufweisen. Ein Koeffizient kann entsprechend den Betriebsumständen zu einem anderen geändert werden. Es ist auch möglich, diese Schaltungen entweder zum Anstieg des Eingangssignals zur zweiten Potenz oder zur Errechnung einer Quadratwurzel zu konzipieren. Des weiteren muß der Koeffizient der Multiplizierschaltung 292 und derjenige der Multiplizierschaltung 294 nicht miteinander übereinstimmen. Die Multiplizierschaltung 294 kann als ein Beobachter konzipiert sein unter Verwendung einer modulierten Funktion auf die Sekundärverzögerung des Motors 210. Wenn der Zitterumfang des Motors 210 direkt feststellbar ist, kann des weiteren eine Modifizierung, wie in Fig. 18 dargestellt, verwendet werden.
In Fig. 18 sind zur Anordnung gemäß Fig. 14 ein Sensor 211 hinzugekommen, der der Feststellung des Zitterumfangs und des Ausgangssignals des Motors 210 dient; eine Treiberschaltung 212, die der Steuerung des Motors 210 gemäß einem Signal dient, das vom Sensor 211 kommt; und eine Differenzialschaltung 213. Der Motor 210, der Sensor 211 und die Treiberschaltung 212 bilden ein System in geschlossener Schleife. Dieses Steuersystem dient der Ausführung einer Rückkopplungssteuerung gemäß dem Steuersignal 209a, um den Zitterumfang 210a des Motors 210 auf einen entgegengesetzten Wert auszuführen. Der Sensor 211 stellt direkt den Steueroperationsumfang 210a fest. Der solchermaßen festgestellte Wert wird im Speicher 293 gespeichert. Der Rechensteueralgorithmus basierend auf dieser Erfindung kann dann unter Verwendung des gespeicherten Wertes ausgeführt werden, wie zuvor beschrieben. Das Ausgangssignal des Sensors 211 ist eine Positionsinformation, wie beispielsweise Länge oder Winkel. Die Differenzialschaltung 213 ist zum Zwecke des Wandels dieser Positionsinformation in einen Positionsänderungsumfang eines Bildes vorgesehen, das zu einem Zeitpunkt gewonnen wurde, der um zwei Teilbilder dem laufenden Bild vorangeht.
Fig. 19 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Bildabtasteinrichtung. In diesem Falle wird die Steuereinrichtung nach der Erfindung angewandt auf einen automatischen Montageroboter. Dieses Steuersystem ist in einem Blockschaltbild dargestellt. Die Darstellung enthält eine Fernsehkamera 220, eine Bildversatz- Feststellschaltung 212, die der Feststellung eines Bildversatzes durch eine Bildverarbeitungsoperation dient; einen Computer 222, der zur Abgabe von Befehlen dient; eine Steuerschaltung 223, die einen Steueralgorithmus nach der Erfindung verkörpert; eine Roboterhand 224; und ein Teil 225, das dem Zusammensetzvorgang unterzogen wird. Das Steuersystem arbeitet folgendermaßen. Wenn der Computer 222 einen Befehl zur Feststellung der Lage des Teils 225 gibt, nimmt die Fernsehkamera 220 diese Information der Position des Teiles 225 auf und diejenige der Roboterhand 224 in Form eines Bildes. Die Bildversatz- Feststellschaltung 221 erzeugt durch Errechnung eine Differenz zwischen dem Befehl, der vom Computer 222 abgegeben wird, und dem Bild, das durch die Fernsehkamera 220 gewonnen wird. Die Steuerschaltung 223 gibt einen Antriebsbefehl an die Roboterhand 224 auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung. In diesem Falle wird eine Ansteueraktion angewiesen, um in Richtung der Verringerung der Differenz zwischen Bild der Fernsehkamera 220 und von dem Computer 222 abgegebenen Befehl zu arbeiten.
Des weiteren stellt in jedem der Ausführungsbeispiele der Figuren 14 und 18 das Ausgangssignal 208a der Bildversatz- Feststellinformation der Bildversatz- Feststellschaltung 208 eine Differenz zwischen den Positionen des Objektes dar, gewonnen zum Zeitintervall, das einem Teilbild entspricht. Im Falle des in Fig. 19 dargestellten Ausführungsbeispiels ist anderenfalls das Ausgangssignal der Bildversatz- Feststellschaltung 221 eine Lageinformation. Folglich ist es bei Verwendung der Schaltungsanordnung von Fig. 14 oder 18 für das in Fig. 19 dargestellte Ausführungsbeispiel erforderlich, einen Änderungsumfang pro Abtastperiode durch Bereitstellen einer Differenzialschaltung vor der Steuerschaltung 223 zu errechnen.
Die Verwendung des Steueralgorithmus nach der Erfindung für diesen Roboter gestattet eine genaue Positionierung, genaues Arbeiten mit erhöhter Geschwindigkeit und Rückkopplungskoeffizienteneinstellung innerhalb eines breiteren Bereichs zur Vereinfachung der Justage.
Nach dieser Erfindung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ist die Steuereinrichtung für ein optisches Bildabtastsystem konzipiert zur Errechnung des Umfangs der Steueroperation für das Rückkopplungssteuersystem unter Berücksichtigung der Abtastperiode, die zur Abtastung derartiger gestreuter Feststellinformation erforderlich ist, wie die Information, die bei der Steuerung des Bildabtastsystems der Fernsehkamera zu handhaben ist; und zur Belieferung des gesteuerten Systems mit der Information bezüglich des errechneten Wertes. Folglich wird die Steueroperation äußerst stabil. Sowohl das Ansprechverhalten als auch der Frequenzgang werden verbessert. Des weiteren gestattet die Systemstabilisierung, einen breiteren Rückkopplungskoeffizienten- Einstellbereich bereitzustellen. Folglich kann mit der auf das optische Bildabtastsystem und andere Bildverarbeitungseinrichtungen anderer Arten angewandten Erfindung die Bildstabilisierung und die Objektnachfolgefunktionen in vorteilhafter Weise ausgeführt werden, um einen derartigen Bildversatz zu kompensieren, der sich aus der Bewegung des Objekts ergibt.
Des weiteren ist die erfindungsgemäße Einrichtung in kompakter Größe unterzubringen und kann lediglich mit elektrischen Schaltungen ohne Rückgriff auf irgendwelche zusätzlichen Sensoren oder zusätzliche optische Teile konzipiert sein.
Während diese Erfindung auf ein Rückkopplungsteuersystem für ein optisches Bildabtastsystem im Falle des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels angewandt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt sondern anwendbar auf jedes beliebige andere System, das ein Rückkopplungssystem zur Steuerung eines gesteuerten Systems auf der Grundlage von zeitweise verteilter Feststellung besitzt.
Die Figuren 20 bis 22(c) zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. In diesem Falle wird die Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern nach der Erfindung auf eine automatische Fokussiereinrichtung des Nachführtyps angewandt, auf eine Belichtungssteuereinrichtung des automatischen Nachführtyps usw. zum Zwecke der Einstellung eines Nachführbereichs zur Nachführung einer Bewegung eines Objekts, die in der Bildebene auftritt.
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist konzipiert zur Gewinnung von Bewegungsvektoren aus einer Vielzahl von Bereichen, die in der Bildebene eingestellt werden. Ein optischer Verlauf wird statistisch verarbeitet zur Bestimmung eines Objektnachführbereichs und eines Bildzitter- Feststellbereichs.
Die Einzelheiten des Ausführungsbeispiels sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 20 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung einer Videokamera zeigt, die mit der Bildzitter- Kompensationseinrichtung vorgesehen ist, die nach der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Die Abbildung zeigt ein Objekt OB; ein Prisma 312 mit variablem Scheitelwinkel, welches eine variable optische Achse besitzt, ein Aufnahmeobjektiv 314, einen Bildsensor 316, der beispielsweise zusammengesetzt ist aus einem zweidimensionalen CCD; eine Signalverarbeitungsschaltung 318, die eine Signalverarbeitung bezüglich eines Bildsignals ausführt, das von dem Bildsensor 316 kommt, einschließlich der Verarbeitung der Gamma- Korrektur, der Austastung und der Hinzufügung von Synchronsignalen, so daß ein Fernsehsignal beispielsweise von der NTSC- Norm aus dem Ausgangsanschluß 320 abgegeben wird; ein Leuchtdichtesignal Y, ein Horizontalsynchronsignal H. SVNC; ein Vertikalsynchronsignal V.SYNC, eine Verzögerungsschaltung 322, die zur Verzögerung des Leuchtdichtesignals Y um eine vorgegebene Zeitdauer dient und zusammengesetzt ist beispielsweise aus einem Teilbildspeicher des FIFO- Typs (Eingangsfolge- Bearbeitungsspeicher); eine Blockeinteil- Impulserzeugungsschaltung 324, die der Erzeugung eines Torimpuissignals dient, um das Videosignal unter einem Abtastvorgang in solcher Weise zu steuern, daß es eingeteilt wird in eine vorgegebene Anzahl von Blöcken, die auf der Bildebene eingestellt werden; und Einteilschaltungen 326 und 328, die das Leuchtdichtesignal Y durch logisches Ansteuern desselben gemäß den Impulsen einteilen, die aus der Blockeinteil- Impulserzeugungsschaltung 324 kommen. Die Einteilschaltungen 326 und 328 sind konzipiert zur Abgabe des eingegebenen Leuchtdichtesignals in Einheiten von Blöcken, die auf der Bildebene eingestellt werden. Genauer gesagt, jeder von diesen besteht aus einer Torschaltung, die eingerichtet ist, geöffnet und geschlossen zu werden durch Impulse aus der Blockeinteil- Impulserzeugungsschaltung 324 und einem Speicher, der eingerichtet ist zur Speicherung von Signalteilen, denen der Durchgang durch die Torschaltung gestattet ist.
In Fig. 20 ist eine Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 vorgesehen zum Vergleich des Signals des aktuell auf der Bildebene gewonnenen mit dem Signal, das von der Verzögerungsschaltung 322 abgegeben wird, wodurch eine vorherige Bildebene, die dem laufenden Bild um eine vorgegebene Zeitdauer vorangeht; und zur Erzeugung eines Bewegungsvektors durch Feststellen irgendeiner aufgetretenen Bewegung in jedem der eingeteilten Blöcke. Ein Speicher 332 ist eingerichtet zur Speicherung der Bewegungsvektorinformation für jeden Teil der Bildebene. Eine statistische Verarbeitungsschaltung 334 dient der Vorbereitung eines Histogramms, das die Größe und Frequenz eines jeden Bewegungsvektors anzeigt. Eine Schwellwert- Bestimmungsschaltung 336 ist eingerichtet zur Erkennung der Gestalt des Histogramms und zur Bestimmung eines Schweliwertes, der später zu beschreiben ist. Eine Bereichsbestimmungsschaltung 338 ist eingerichtet zum Nachschlagen und Auslesen der Blöcke aus dem Histogramm, die in dem Schwellwert liegen, der von der Schwellwertbestimmungsschaltung 336 bestimmt ist.
Eine Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns ist eingerichtet zur Feststellung des Umfangs des Bildzitterns aus dem Leuchtdichtesignal. Beispielsweise ist die Schaltung 340 zur Feststellung des Umfangs des Bildzitterns aus einer Korrelat ionsberechnungsschaltung zusammengesetzt, die zur Ausführung einer Anpaßaktion eines repräsentierenden Punktes eingerichtet ist. Ein Stellglied 342 dient der Änderung des Scheitelwinkels des Prismas 312 mit variablem Scheitelwinkel. Eine Ansteuerschaltung 344 dient der Ansteuerung des Stellgliedes 342 gemäß dem Ausgangssignal der Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns. Der Ablenkungswinkel der optischen Ausgangsachse bezüglich der optischen Eingangsachse des Prismas 312 mit variablem Scheitelwinkel ist steuerbar durch Einstellen des Scheitelwinkels des Prismas 312 mit variablem Scheitelwinkel.
Die Videokamera von Fig. 20 arbeitet folgendermaßen. Ein Gegenstandsbild, welches durch das Prisma 312 mit variablem Scheitelwinkel kommt, gelangt durch das Aufnahmeobjektiv 314 auf den Bildsensor 316. Der Bildsensor 316 erzeugt dann ein Bildsignal. Die Signalverarbeitungsschaltung 318 führt die zuvor beschriebene Verarbeitungsoperation bezüglich des Ausgangssignals des Bildsensors 316 aus. Ein Leuchtdichtesignal Y, das von der Signalverarbeitungsschaltung 318 abgegeben wird, wird direkt in die Teilschaltung 328 geliefert und ebenfalls indirekt in die Einteilschaltung 326 durch die Verzögerungschaltung 322. Die Verzögerungsschaltung 322 verzögert das Leuchtdichtsignal um die Periode eines Teilbildes (etwa 16,7 msec), bevor es an die Teuschaltung 326 geliefert wird. Die Teilschaltungen 326 und 328 sind eingerichtet zur Einteilung einer gesamten Bildebene m x n Blöcke entsprechend der Anzahl von Impulsen, die von der Blockeinteil- Impulserzeugungsschaltung 324 kommen. diesem Falle wird angenommen, daß m = 20 und daß n = 14 ist, um so eine Gesamtzahl von 280 Blöcken zu haben.
Die Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 erzeugt die Bewegungsvektoren für jeden Block durch ein Verfahren, das sich Zeit- Raum- Gradientenverfahren nennt. Dieses Verfahren ist von B. K. P. Horn, et al. diskutiert worden in "Artificial Intelligence ", 17, Seiten 185 bis 203, 1981. Es gestattet die Echtzeitverarbeitung durch eine Spezialhardware. Dieser nach diesem Verfahren gewonnene Bewegungsvektor für die ganze Bildebene zeigt eine Bewegung, die bei jedem Block stattfindet und "Optischer Verlauf" genannt wird. Die Aktionen der Schaltungselemente 330 bis 338 sind anhand der Figuren 21(a) bis 21(d) beschrieben. Fig. 21(a) zeigt im Wege des Beispiels eine Bildebene eines aktuell photographierten Teilbildes. Fig. 21(b) zeigt einen optischer Verlauf, der durch Akkumulation einer Differenz über eine vorgegebene Zeitdauer gewonnen wird, die zwischen dem aktuellen Bild und einem unmittelbar vorhergehenden Teilbild auftritt. Fig. 21(c) zeigt Histogramme, die den optischer Verlauf in ihrer Größe repräsentieren, gewonnen in Richtung X bzw. Y. Fig. 21(d) zeigt die Abschnitte der Bereiche, die in diesem Ausführungsbeispiel erkannt werden.
An dieser Stelle wird ein Bewegungsbild eines bewegten Gegenstandes aufgenommen. Im Ergebnis der Absicht des Photographen zur Vermeidung der Bewegung der Kamera, ist die Bewegung des Hintergrunds geringer als die des Objektes. die Bewegungsvektoren, die von der Bewegungsvektor Feststellschaltung 330 festgestellt werden, werden über eine vorgegebene Dauer (eine Sekunde beispielsweise) vom Speicher 332 akkumuliert. Danach werden die akkumulierten Vektoren an die statistische Verarbeitungsschaltung 334 geliefert. Die statistische Verarbeitungsschaltung 334 bereitet die Histogramme, dargestellt in Fig. 21 (c), durch Rangordnung dieser Vektoren gemäß den Größen der X- und Y- Komponenten eines jeden Vektors vor. In Fig. 21(c) zeigt die obere Hälfte der Zeichnung das Vektorhistogramm für die Richtung X und die untere Hälfte das Vektorhistogramm für die andere Richtung Y. In diesen Histogrammen zeigen jede der Achsen in X- und Y- Richtung positive und negative Größen, die durch einen Ursprungs-Null- Satz getrennt sind, beispielsweise im Mittelpunkt der Bildebene. Die Frequenzwerte der Vektoren sind in Vertikalrichtung der Zeichnung angezeigt. Die Schwellwertbestimmschaltung 336 bestimmt Schwellwerte aus der Gestalt dieser beiden Histogramme. In jeder der beiden Richtungen X und Y findet man einen sehr kleinen Wert nahe dem Verteilungsteil mit einem Spitzenwert sehr nah an Null in jeder Richtung X und Y, und die Position dieses Wertes wird als der Schwellwert bestimmt. Schweliwerte werden auf diese Weise sowohl in positiver als auch negativer Seite gewonnen. In Fig. 21(c) bedeuten Bezugssymbole Thx1, Thx2, Thy1 bzw. Thy2 diese Schwellwerte.
Die so bestimmten Schwellwerte werden an die Bereichsbestimmungsschaltung 338 geliefert. Die Bereichsbestimmungsschaltung 338 schlägt die Blöcke nach, die in dem Bereich der Schwellwerte unter den im Speicher 332 gespeicherten Bewegungsvektoren liegen. Es wird beispielsweise angenommen, daß ein in der i- ten Stelle in der Richtung von m in der j- ten Stelle in Richtung von n liegende Block ausgedrückt wird als ein Block Bij, und daß im Block bij der Bewegungsumfang in Richtung x ausgedrückt wird mit uij und der Bewegungsumfang in Richtung y mit Vij, dann gibt die Schaltung 338 die folgende Bedingung:
Thx1 < Uij ( Thx2 und
Thy1 < Vij ( Thy2.
Von Blöcken, die diesen Bedingungen genügen, wird angenommen, daß sie "Ein" sind, während der Rest "Aus" ist. Dann wird eine Beziehung zwischen "Ein"- und "Aus"- Blöcken wie in Fig. 21(d). In Fig. 21(d) zeigt ein gestrichelter Teil den Bereich von "Ein"- Blöcken an, welcher annähernd mit dem in Fig. 21 (a) dargestellten Hintergrundsbereich übereinstimmt.
Die Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns errechnet und gewinnt einen Bewegungsumfang aus dem "Ein"- Bereich. Das von der Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns zu verwendende Feststellverfahren ist nicht auf das dargestellte Punktanpaßverfahren beschränkt. Die Bewegung kann mit hoher Geschwindigkeit durch Bildverarbeitung festgestellt werden. Das Verfahren kann durch ein beliebiges anderes Verfahren ersetzt werden, das die Steuerung über die Ausführung ("Ein") und Nichtausführung ("Aus") der Errechnung der Korrelation für jeden der Blöcke. Der von der Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns gewonnene Umfang des Zitterns wird an die Antriebssteuerschaltung 344 gesandt. Das Stellglied 342 treibt dann das Prisma 312 mit variablem Scheitelwinkel in solcher Weise an, daß das Ausgangssignal (Umfang des Zitterns) der Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns verringert wird, d.h., die Bewegung in der Bildebene aufgrund des Zitterns der Kamera verringert wird.
Die Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 und die Feststellschaltung 340 für den Umfang des Bildzitterns sind vorzugsweise zur Ausführung einer Rechenoperation für jedes Teilbild eingerichtet. Jedoch kann die Verarbeitungsoperation der Schaltungselemente 332 bis 338 einmal in mehreren 100 msec bis mehreren sec ausgeführt werden, weil: die Kamerazitterfrequenz liegt innerhalb eines Bereichs von 1 bis 3 Hz, und die Frequenz mechanischer Schwingungen von Fahrzeugen oder dgl. sind höher als diese. Folglich kann jede nichthinweisende Objektnachfolgeaktion durch Einstellen des Zyklus der statistischen Berechnung dieser Schaltungselemente auf einen Wert größer als diese Perioden vermieden werden.
In der vorstehenden Beschreibung sind die Histogramme als in die X- und Y- Richtung vorbereitete beschrieben worden. Jedoch kann dies geändert werden, um ein Histogramm für einen zweidimensionalen Raum X- Y vorzubereiten. Wenn der unter Verwendung von Bildern erzielte optische Verlauf die für eine vorgegebene Zeitdauer von der Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 gewonnen wird, muß der Rechenzyklus der Schaltelemente 332 bis 338 entsprechend geändert werden.
Wenn der Photograph als nächstes einen Schwenk beim Nachfolgen eines Objekts auszuführen wünscht, arbeitet das Ausführungsbeispiel folgendermaßen. Es wird angenommen, daß einer Person B, die sich im Mittelteil der Bildebene befindet, wie in Fig. 21(a) dargestellt, nachzufolgen ist. In diesem Falle wird der optische Verlauf der in Fig. 22(a) dargestellte. Somit versucht der Photograph, die Person B immer in einer vorgegebenen Position in der Bildebene zu behalten. Im Ergebnis werden die Bewegungsvektoren beim Bild der Person B klein. Zwischenzeitlich werden die Bewegungsvektoren im Rest der Bildebene einschließlich des Hintergrunds groß. Fig. 22(b) zeigt Histogramme, die jenen der Fig. 21(c) gleichen. Fig. 22(c) zeigt einen "Ein"- Bereich (gestrichelter Teil) , der durch die Bereichsbestimmungsschaltung 338 festgelegt ist. Die Schwellwerte Thx1, Thx2, Thy1 und Thy2 und die Bereiche werden durch denselben zuvor beschriebenen Vorgang bestimmt.
Wenn beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bewegung oder Deformation des Objekts periodisch wiederholt wird, und wenn die statistischen Histogrammverarbeitungsperioden der Schaltungselemente 32 bis 38 zusammenfallen, kann ein dynamischer Bereich mit wiederholter Bewegung nicht mehr von einem statischen Bereich unterschieden werden. An dieser Stelle wird die Änderungsgröße (Verteilung) des Vektors- für jeden einzelnen Block gewonnen. Irgendein Bereich, der die Änderungsgröße nicht größer als einen vorbestimmten Wert besitzt, wird durch einen Nachfolgebereich festgelegt. Es wird beispielsweise angenommen, daß durchschnittliche Vektorwerte in einer Verarbeitungsperiode T der statistischen Verarbeitung für die Vektoren Uijt und Vijt eines Blockes Bij zum Zeitpunkt t gewonnen werden, und sind, und der Verteilungsgrad der Vektoren Sxij und Syij sind, wobei die Vektorverteilung ausgedrückt werden kann mit:
Die Werte Sxij und Syij eines jeden Blockes werden miteinander verglichen. Es ist auch möglich, diesen Vergleich in der Quadratwurzel der Werte Sxij und Syij auszuführen (Standardabweichung).
Wie zuvor beschrieben, wird der Gegenstandsnachfolgebereich nach dieser Erfindung durch statistische Verarbeitung des optischen Verlaufs festgelegt. Folglich ist dieses Ausführungsbeispiel in der Lage, automatisch ein Objekt zu unterscheiden, welches stabil auf der Bildebene gegenüber anderen Objekten positioniert ist, selbst wenn diese Objekte kaum durch ihre Leuchtdichte voneinander zu unterscheiden sind, oder selbst wenn es eine Vielzahl von bewegten Objekten auf der Bildebene gibt. Das erfindungsgemäße Bereichsfestlegungsverfahren ist nicht auf eine Fernsehkamera beschränkt. Es gibt einen weiten Anwendungsbereich einschließlich industrieller Fernsehkamera und Überwachungskamera. Das Ausführungsbeispiel nach der Erfindung hat bemerkenswerte Vorteile für praktische Anwendungen.
Die Figuren 23 bis 26 zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. In diesem Falle wird eine Bildbewegungs- Feststelleinrichtung benutzt, die den optischen Verlauf der im vorstehenden erläuterten Bewegungsvektoren nutzt, bei einer automatischen Fokussiereinrichtung angewandt. Zunächst wird nachstehend Allgemeines über das sechste Ausführungsbeispiel dargelegt.
Die Videokamera ist vor kurzen mit einer automatischen Fokussiereinrichtung in Gebrauch gekommen, die das Videosignal der Kamera verwendet, und in der Lage ist, einen Scharfeinstellzustand unter Verwendung der Information des Bildes festzustellen, das in einer Bildebene unabhängig von der Entfernung zum zu photographierenden Objekt besteht. Folglich ist die automatische Fokussiereinrichtung anstelle des Fokussierfeststellverfahrens und Ausführung der Fokussierfeststellung durch Projektion von Infrarotstrahlen oder Ultraschallwellen und die Feststellung der reflektierten Wellen dieser an diese Stelle getreten.
Das Fokussierfeststellverfahren dieser Art unter Verwendung des Videosignals kann grob eingeteilt werden in zwei Verfahren.
In einem der beiden Verfahren wird das Videosignal moduliert, um zwangsweise in einen Unschärfezustand gebracht zu werden durch geringfügiges Vibrieren entweder einer Komponente des Objektivkörpers des optischen Aufnahmesystems oder eines Bildsensors in Richtung der optischen Achse mit einem Stellglied, wie beispielsweise einem bimorphen Element, einer Tauchspule oder dgl. (nachstehend wird dieses als Modulationsverfahren bezeichnet).
Bei dem anderen Verfahren wird das optische Aufnahmesystem in einer solchen Weise angetrieben, daß es beispielsweise eine Hochfrequenzkomponente des Videosignals verursacht, das auf einen Maximalwert zu setzen ist (wird nachstehend als empirisches Verfahren bezeichnet).
Bei dem Modulationsverfahren variiert ein Scharfeinstellgrad ein wenig, und das modulierte Signal bleibt fast bei Null, nachdem ein Scharfeinstellzustand erreicht worden ist, selbst wenn das optische Aufnahmesystem vibriert. Im Falle der Nichtscharfeinstellung wird ein moduliertes Signal erzeugt. Dann wird die Phase des modulierten Signais bezüglich des Modulationssignals invertiert, je nachdem, ob es in einem nahen Fokussierzustand oder einem fernen Fokussierzustand ist. Hierzu wird das Fokussiereinstellglied (welches ein Gleichstrommotor im allgemeinen ist) erneut gestartet gemäß der An- oder Abwesenheit dieses Modulationssignals. Die Richtung des erneuten Starts wird bestimmt gemäß der Phase des modulierten Signals. Dies ermöglicht dem Stellglied, einen richtigen erneuten Start zu beginnen. Jedoch erfordert das Modulationsverfahren das Modulationsstellglied, das einen hohen Grad an Genauigkeit erfordert und in der Lage sein muß, eine hochpräzise Aktion auszuführen. Folglich wird der Aufbau der Kamera komplex und groß. Im Ergebnis ist es nicht nur erforderlich, eine komplexe Justage auszuführen, sondern es ist auch unvorteilhaft in Bezug auf den elektrischen Stromverbrauch.
Im Falle des empirischen Verfahrens wird das Objektiv oder der Bildsensor in solcher Weise bewegt, daß eine Signalkomponente entsprechend dem Fokussierungsgrad auf einen Maximalwert gebracht wird. Nach Erreichen eines Scharfeinstellzustandes wird ein gewonnenes Fokussiersignal gespeichert. Danach wird ein aktuelles Fokussiersignal mit dem gespeicherten Signal verglichen. Wenn das Ergebnis des Vergleichs das Auftreten irgendeiner Änderung anzeigt, wird das Fokussierstellglied erneut gestartet. Dieses Verfahren erfordert keinerlei komplexe Ansteuersysteme zur Fokussiereinstellung, um eine Vereinfachung und eine Verminderung der Größe der Kamera zu erreichen. Ein Nachteil des empirischen Verfahrens besteht jedoch darin, daß bei erneutem Start des Stellgliedes, nachdem es zum Halt gebracht wurde, bei dem eit Scharfeinstellzustand erreicht war, die Information bezüglich der Richtung, in der das Objektiv oder der Bildsensor anzutreiben ist, oft nicht erreicht wird. Dieses erfordert empirisches Shiften des Objektiv in der einen Richtung oder der anderen Richtung. Wenn das Fokussiersignal in der somit angezeigten Richtung ansteigt, daß die Objektivstellung einen Scharfeinstellpunkt erreicht, ist es dem Stellglied möglich, das Objektiv weiter anzutreiben. Wenn jedoch das Fokussiersignal absinkt, womit angezeigt ist, daß das Objektiv sich in die falsche Richtung bewegt, wird die Antriebsrichtung des Stellgliedes umgekehrt. Da dieses Verfahren theoretisch eine derarteige empirische Aktion erfordert, stellt es keinen stabilen automatischen Fokussiervorgang dar.
Beim sechsten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Zitterfeststellung unter Verwendung des optischen Verlaufs der Bewegungsvektoren angewandt auf eine einfache Anordnung des oben genannten empirischen Verfahrens in solcher Weise, daß die Information bezüglich der Objektivantriebsrichtung verfügbar wird. Die automatische Fokussiereinrichtung, die nach dem sechsten Ausführungsbeispiel eingerichtet ist, setzt sich zusammen aus: einem Fokussierfeststellmittel, das zur Ausführung der Fokussiereinstellung durch Feststellung eines Fokussierungsgrades bezüglich eines Objekts eingerichtet ist, der in der Bildebene auftaucht; ein Bewegungsvektor- Feststellmittel zur Erzeugung eines Bewegungsvektors eines Bildes in jeder der Vielzahl eingeteilter Bereiche der Bildebene; und Steuermittel, die der Errechnung des Bewegungsgrades des Bildes auf der Grundlage der Bewegungsvektorinformation dienen, die von dem Bewegungsvektor- Feststellmittel abgegeben werden, und zur Aktualisierung der Fokussierfeststellmittel, wenn der Bewegungsgrad aus einem vorbestimmten Bereich herausläuft.
In der Richtung, in der das Objekt und die Kamera sich relativ zueinander bewegen, die somit von der Information bezüglich des Bildbewegungsvektors festgestellt wurde, kann die automatische Fokussiereinrichtung gemäß dieser Information erneut gestartet werden. Anders als das Modulationsverfahren, das einen komplexen und hochpräzisen Mechanismus erfordert, einschließlich dem Modulationsstellglied usw., ist das Ausführungsbeispiel in der Lage, stabil schnell und mit hoher Genauigkeit eine automatische Fokussieraktion mit einem einfachen Aufbau auszuführen, der grundlegend auf dem empirischen Verfahren beruht.
In den Figuren 23 bis 26 sind die Bauteile, die entweder die gleichen sind oder die zur Ausführung der gleichen Operationen als entsprechende Teile der Figuren 20 bis 22(c) vorgesehen sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen, und Einzelheiten dieser, die schon beschrieben worden sind, sind in der nachstehenden Beschreibung fortgelassen.
Fig. 23 ist ein Blockschaltbild, welches sich von der Anordnung von Fig. 20 in folgenden Punkten unterscheidet: das Prisma 312 mit variablem Scheitelwinkel, das Prismenantriebsstellglied 342 und die Antriebssteuerschaltung 344 sind eingeschlossen. Anstelle dieser angeordnet sind ein Fokussiereinstellglied 362 zur Fokussiereinstellung des Aufnahmeobjektivs 314 und eine Antriebssteuerschaltung 360, die das Stellglied 362 steuert; ebenfalls vorgesehen sind Feststellblöcke 348 bis 358 zur automatischen Fokussierung, die zur Feststellung einer Bewegung des Objekts auf der Grundlage der aus der Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 kommenden Bewegungsvektorinformation dienen. Eine Feststellschaltung 346 für erneuten Start ist zum erneuten Starten der automatischen Fokussiereinrichtung vorgesehen.
In Fig. 23 ist die Feststellschaltung 346 für erneuten Start zum Empfang des Ausgangssignals aus der Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 vorgesehen, der Ausgangssignale einer Entfernungsmeßbereich- Einstellschaltung 348 und des Ausgangssignals einer Vergleichsschaltung 358 und zur Bestimmung gemäß diesen Ausgangssignalen, ob die automatische Fokussiereinrichtung erneut zu starten ist.
Als nächstes ist ein automatisches Fokussier- Einstellsystem folgendermaßen aufgebaut. Die Entfernungsmeßbereich- Einstellschaltung 348 setzt sich zusammen aus einer Torschaltung, die der Veranlassung lediglich eines Leuchtdichtesignals dient, welches in einem Leuchtdichtesignal Y enthalten ist, das von Signalverarbeitungsschaltung 318 kommt und das einem Fokussierfeststellbereich entspricht (Entfernungsmeßbereich), der auf der Bildabtastebene zum Durchlaß eingestellt ist. Die Entfernungsmeßbereichs- Einstellschaltung 348 stellt den Entfernungsmeßbereich auf der Bildabtastebene auf der Grundlage des Ausgangssignals der Bereichsbestimmungsschaltung 338 fest. Ein Hochpaßfilter 350 dient dem Auslesen einer hochfrequenten Komponente aus dem Leuchtdichtesignal, welches dem Entfernungsmeßbereich entspricht, der von der Entfernungsmeßbereichs- Einstellschaltung 348 vorgegeben ist. Eine Feststellschaltung 352 dient der Umsetzung in ein Gleichspannungssignal, dessen hochfrequente Komponente durch das Hochpaßfilter 350 ausgefiltert ist. Eine Integrierschaltung 354 dient der Integration für eine vorgegebene Dauer des Gleichstromsignals, das von der Feststellschaltung 352 abgegeben wird. Des weiteren ist die Integrierschaltung 354 konzipiert, ihre Integrationsempfindlichkeit von einem Steuersignal 348a gesteuert zu bekommen, das von der Entfernungsmeßbereichs- Einstellschaltung 348 gemäß der Entfernung kommt, wie sich der Entfernungsmeßbereich ändert, so daß eine Bereichskorrektur ausgeführt wird. Eine Verzögerungsschaltung 356 dient der Verzögerung des Ausgangssignals (wird nachstehend als Fokussiersignal bezeichnet) der Integrierschaltung 354 für eine vorbestimmte Zeitdauer, die beispielsweise einem Teilbild entspricht. Die Vergleichsschaltung 358 dient dem Vergleich eines aktuell gewonnenen Fokussiersignals mit einem Fokussiersignal, das eine Teilbildperiode vorher gewonnen wurde und von der Verzögerungsschaltung 356 verzögert wurde. Eine Ansteuerschaltung 360 dient dem Antrieb und der Steuerung eines Stellgliedes (ein Gleichstrom- Servomotor beispielsweise), der zur Steuerung des Fokussierzustandes des Aufnahmeobjektivs 314 dient.
Die automatische Fokussiereinrichtung, die nach der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, arbeitet folgendermaßen.
Wie zuvor erwähnt, ist die Bereichsbestimmungsschaltung 338 eingerichtet zur Erzeugung einer Information bezüglich der Muster der Objektteile A, B und C und des Musters des Hintergrundbereichs D, wie in Fig. 21(d) gezeigt. Die Entfernungsmeßbereichs- Einstellschaltung 348 führt eine Auftastfunktion auf der Grundlage dieser Information in solcher Weise aus, daß nur das Leuchtdichtesignal eines Hauptgegenstandsteils durchgelassen wird, und liefert es an ein Hochpaßfilter 358. Mit anderen Worten, ein Bereich, in dem das Hauptobjekt sich befindet, wird somit als Entfernungsmeßbereich eingesetzt. Beim Hochpaßfilter 358 wird die hochfrequente Komponente aus dem angelieferten Leuchtdichtesignal ausgelesen. Die ausgelesene hochfrequente Komponente wird in ein Gleichspannungssignal von der Feststellschaltung 352 gewandelt und wird für ein vorbestimmte Zeitdauer von der Integrierschaltung 354 integriert. Die Integrierschaltung erzeugt dann ein Fokussiersignal. Das Fokussiersignal wird an die Vergleichsschaltung 358 zusammen mit einem Fokussiersignal geliefert, welches sich auf eine vorherige Bildebene bezieht, die ein Teilbild vorher gewonnen wurde, und die um eine Teilbildoperiode von der Verzögerungsschaltung 356 verzögert worden ist. Diese Fokussiersignale einer aktuellen Bildebene und der vorherigen Bildebene werden miteinander in der Vergleichsschaltung 358 verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird über die Bestimmschaltung 346 für erneuten Start an die Ansteuerschaltung 360 geliefert. Die Ansteuerschaltung 360 steuert dann das Fokussiereinstellglied 362 und veranlaßt das Aufnahmeobjektiv 314, in Richtung des Anstiegs des Pegels des Fokussiersignals zu steuern. Wenn der Fokussiersignalpegel einen Maximalwert erreicht und dann wieder abfällt, hat die eingenommene Position des Objektivs bei maximalem Pegel des Fokussiersignals die Scharfstellung erreicht. Das Aufnahmeobjektiv 314 wird an diese Position zurückgebracht, und die automatische Fokussieraktion ist abgeschlossen.
Wenn die Integrationsausgangssignale der Integrierschaltung 354 von der Vergleichsschaltung 358 während des Vorgangs der automatischen Fokussierung verglichen werden, wenn die Größe des Entfernungsmeßbereichs, der zuvor eine Teilbildperiode vorher gefunden wurde, sich von demjenigen des Entfernungsmeßbereichs des aktuellen Teilbildes unterscheidet unterscheiden sich die Integrationssignale im Pegel, obwohl die Fokussierungszustände unverändert sind. In einem solchen Fall könnte die Differenz des Pegels eine fehlerhafte Bestimmung zum Ergebnis haben, und der Pegelvergleich entspricht dann nicht dem Scharf stellgrad. Zur Lösung dieses Problems wird ein Steuersignal 348a, das die Größe des Entfernungsmeßbereichs reprasentiert, an die Integrierschaltung 354 geliefert. Irgendeine Bereichsdifferenz zwischen den Entfernungsmeßbereichen zweier Teilbildebenen werden dank dieses Steuersignals kompensiert. Mit anderen Worten, der Integrationssignal- Ausgangspegel der Integrierschaltung 354 ist durch einen Bereichswert des Entfernungsmeßbereichs normiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die zuvor beschriebene Kompensation bewerkstelligt durch Änderung der Integrationsempfindlichkeit der Integrierschaltung 354 von einem Wert hinüber zu einem anderen.
Die praktische Anordnung des Entfernungsmeßbereichs- Einstellmittels ist die oben beschriebene. Bei der statistischen Verarbeitung, die im Anschluß vom Speicher 332 ausgeführt wird, die statistische Verarbeitungsschaltung 334, die Schwellwertbestimmschaltung 336, wie zuvor beschrieben, werden die Histogramme für beide Richtungen X und Y der Bildabtastebene vorbereitet. Jedoch kann dies geändert werden zur Vorbereitung eines Histogramms für einen zweidimensionalen X- Y- Raum. Des weiteren muß im Falle, daß der optische Verlauf durch die Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330 gewonnen wird unter Verwendung eines über eine vorgegebene Zeitdauer akkumulierten Bildes, muß der Operationszyklus der Gruppe von Schaltungselementen aus dem Speicher 332 bis zur Bereichsbestimmschaltung 338 gemäß der Bildakkumulationsdauer verändert werden.
Wie zuvor beschrieben, wird der Entfernungsmeßbereich gemäß dem Ausgangssignal der Bereichsbestimmschaltung 338 festgelegt. Jedoch ist beim üblichen Photographieren ein Hauptobjekt im Mittelteil der Bildebene lokalisiert. Zusätzlich dazu ist es wünschenswert, eine Entfernungsmeßkonfusion zwischen dem Hauptobjekt und dem Hintergrund zu vermeiden. Folglich kann ein Bereich in und um den Mittelteil der Bildebene allein als Entfernungsmeßbereich ausgewählt werden. In diesem Falle können die Bereiche A und C vollständig unberücksichtigt bleiben. Es ist auch möglich, eine Fensterfunktion in der Weise einzusetzen, daß der Mittelteil der Bildebene mit 100 % gewichtet wird und vier Diagonalecken 0 % der Gewichtung des Bereichs zwischen diesen Teilen bekommen, die kontinuierlich variieren.
Der erneute Start der automatischen Fokussiereinrichtung auf der Grundlage des Bewegungsvektors wird aktuell in folgender Weise vorgegeben. Dank der Vereinfachung der Darstellung wird der Entfernungsmeßbereich angenommen, im Mittelteil der Bildebene und um diesen herum zu liegen, beispielsweise gesehen durch den Bereich B in Fig. 21(d). Fig. 24 zeigt einen optischen Verlauf, der in dem Bereich B unter diesen Umständen gewonnen wird. Im Falle dieses optischen Verlaufs bewegt sich das Objekt entsprechend dem Bereich B ein bischen vorwärts zur oberen rechten Seite der Bildebene, während die Kamera sich nähert. Die Bewegungsvektoren werden in Blöcke eingeteilt, als gesamte Neigung zur rechten mit den Richtungen und Größen, die zu den peripheren Bereichen divergieren. Dies zeigt an, daß das Objekt sich der Kamera nähert und zu gleicher Zeit, daß es sich zur rechten Seite hin bewegt.
Fig. 25 zeigt die Eigenschaft eines Strahlengangs dieser Art. In Fig. 25 ist ein Aufnahmeobjektiv 314 identisch mit dem Aufnahmeobjektiv 314 von Fig. 23. Bezugszeichen 364 bedeutet das Objekt, welches dem Bereich B von Fig. 21(d) entspricht.
Bezugszeichen 368 ist ein Bild, das auf der Bildabtastebene erzeugt wird und das Objekt repräsentiert. Bezugszeichen 366 bedeutet ein Zustand des Objekts, der erzielt wird, wenn es sich nach oben bewegt, wie in Fig. 24 zu sehen, während es das Aufnahmeobjektiv 314 erreicht. Bezugszeichen 370 bedeutet das Bild des bewegten Objekts. Eine vektorielle Größe des optischen Verlaufs, der die Aufwärtsbewegung repräsentiert, wie auf der Zeichnung dargestellt, verändert sich nicht unabhängig von deren Positionen auf der Bildebene. Der Strahlengang, der sich durch die Annäherung des Objekts an das Objektiv ergibt, wird durch die Ausdehnung des Gegenstandsbildes verursacht und dessen Vektorgröße, da sich seine Position in der Bildebene entsprechend ändert. Die Größe des Vektors ist Null auf der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 314, d.h., in der Mitte der Bildebene, und steigt entsprechend der Entfernung vom Mittelteil der Bildebene an. Der optische Verlauf von Fig. 24 ist ein zusammengesetzter optischer Verlauf, bestehend aus den Vektoren, die sich aus diesen unterschiedlichen Faktoren ergeben. Während die Bilder 368 und 370 auf der Bildabtatebene des weiteren in unterschiedlichen Positionen auf der optischen Achse dargestellt sind, werden sie tatsächlich auf ein und derselben Ebenen erzeugt.
Als nächstes wird eine Rechenoperation beschrieben, die mit der Bestimmschaltung 364 für erneuten Start ausgeführt wird. Fig. 26 ist ein graphische Darstellung des Bereichs B von Fig. 21(d). Koordinaten x und y werden in einer Mitte der Bildebene gewonnen, die als ein Ursprung eingesetzt ist (0, 0). Die Koordinaten von Blöcken im Entfernungsmeßbereich B werden mit (i, j) angenommen. Der Vektor des optischen Verlaufs in jedem Block wird mit A(i, j) angenommen. Des weiteren wird der Einheitsvektor in x- Richtung mit "i" angenommen und der Einheitsvektor in y- Richtung mit "y" ei Der optische Verlauf kann umgeschrieben werden als A(i, j) = iAx + jAy.
Der Versatz des optischen Verlaufvektors aufgrund der Ausdehnung oder Zusammenziehung des Bildes bedeutet Divergenz von Vektoren der Bildebene. Die Divergenz "divA" des Vektors A kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Divergenz stellt die Änderung der Entfernung zwischen Objekt und Kamera dar.
Die Bestimmschaltung 346 für erneuten Start erzeugt eine Steuerinformation bezüglich des Entfernungsmeßbereichs aus der Entfernungsmeßbereichs- Einstellschaltung 348 und erzeugt auch eine Information bezüglich der Bewegung der Vektoren eines jeden Blockes der Bildabtastebene aus der Bewegungsvektor- Feststellschaltung 330. Die Bestimmschaltung 346 für erneuten Start errechnet dann die Summe von "divA" folgendermaßen:
d = ΣB divA
Die Summe der Divergenz "divA" im Bereich B ändert sich entsprechend der Expansion oder Kontraktion des Gegenstandsbildes auf der Bildabtastebene.
In Fig. 24 wird die Summe "d" größer als Null, da sich das Bild expandiert hat. Wenn das Objekt sich weg von dem Aufnahmeobjektiv 314 bewegt, wird die Summe kleiner als Null.
Folglich setzt sich ein Zustand von "d = 0" nach Erreichen eines Scharfeinstellzustandes fort, die Entfernung zum Objekt bleibt unverändert, und das Objektiv verbleibt in Ruhe. Wenn die Summe "d" nach Einnahme des Scharfeinstellzustandes nicht gleich Null ist, wird die Entfernung zwischen Kamera und Objekt als verändert angesehen, und die automatische Fokussiereinrichtung wird erneut gestartet. In diesem Falle kann die Fokussiereinstellrichtung durch einen positiven oder negativen Wert der Summe "d" festgelegt werden. Genauer gesagt, das Objekt kann angesehen werden, als wäre es näher an das Aufnahmeobjektiv 314 gekommen, wenn die Summe "d" größer als Null ist. An dieser Stelle liegt der Brennpunkt auf der Rückseite des Objekts und es wird ein sogenannter Weitfokuszustand erreicht. Wenn die Summe "d" geringer als Null ist, hat sich das Objekt weiter vom Objektiv entfernt. An dieser Stelle wird ein Naheinstellzustand des Objektivs erreicht.
Mit der Divergenz "divA" des Vektors des optischen Verlaufs in dem Entfernungsmeßbereich, der auf diese Weise untersucht wurde, können jegliche auftretende Änderung der Objektentfernung und der Richtung der Änderung genau festgestellt werden. Dies ermöglicht der automatischen Fokussiereinrichtung, erforderlichenfalls nach Erreichen des Scharfeinstellzustandes erneut gestartet zu werden. Selbst im Falle, daß das empirische Verfahren für die automatische Fokussiereinrichtung angewandt wird, kann die Information bezüglich einer Naheinstellung oder Ferneinstellung ohne Ausführen einer Versuchsaktion genau erzielt werden. Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels ermöglicht somit der automatischen Fokussiereinrichtung, schnell stabil und genau erneut gestartet werden zu können.
Nach der Erfindung kann eine Änderung der Objektentfernung zuverlässig festgestellt werden durch Ausführen des statistischen Prozesses bezüglich der Bewegungsvektoren zur Errechnung der Divergenz der Vektoren des optischen Verlaufs, selbst wenn das Ereignis einer Vielzahl von Objekten in der Bildabtastebene, ein komplexer Hintergrund oder ein kaum auslesbares Bildmerkmal aufgrund einer geringen Leuchtdichtedifferenz usw gegeben sind. Die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Ausführungsbeispiels sind somit wesentlich hher als jene herkömmlicher Einrichtungen.
Wie schon erwähnt, wird nach einer Anordnung des Ausführungsbeispiels der Erfindung der optische Verlauf der Bildebene durch Feststellung der Bewegungsvektoren für jede der Vielzahl der Blöcke auf der Bildabtastebene erzeugt; das Auftreten oder Nichtauftreten jeglicher Bewegung des Objekts wird festgestellt aus dem Versatz des optischen Verlaufs; Eine Unterscheidung wird genau zwischen einer Annäherungsbewegung und einer Teilbewegung durchgeführt; und die Notwendigkeit zum erneuten Start für eine automatische Fokussiereinstellaktion wird auf der Grundlage der somit gewonnenen Information festgelegt. Anders als beim herkömmlichen Modulationsverfahren umgeht das Auführungsbeispiel folglich die Notwendigkeit des Rückgriffs auf hochpräzise und komplexe Mechaniken zur positiven Modulation des Fokusiersignals durch Erzeugen eines Scharfeinstellzustandes oder eines Unscharfeinstellzustandes durch Gewinnen einer Information aus einem Nahfokussier- oder Femfokussierzustand. Die automatische Fokusierungseinrichtung nach dieser Erfindung ist somit konzipiert, in der Lage zu sein, genau und präzise die Notwendigkeit für einen erneuten Start der Fokussiereinstellaktion aus dem Bildsignal durch eine effiziente und stabile Operation festzulegen.

Claims

1. Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern, die ein Bildzittern einer Bildabtastebene auf der Grundlage eines von einem Bildabtastmittel (103) abgegebenen Bildsignals feststellt, mit:

a) Auslesemitteln (105) zur Wandlung des Bildsignals in ein Digitalsignal und zum Auslesen einer Verteilung eines Pegels des Digitalsignais, wodurch eine vorbestimmte Merkmalsinformation des Bildes aus der Bildabtastebene erzeugt wird;

b) Feststellmitteln (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) zur Feststellung der Bildbewegung durch Errechnen der Differenz der Erzeugungszeit der vorbestimmten Merkmalsinformation unter einer Vielzahl von Teilbildern; und mit

c) Rechenmitteln (120) zur Berechnung einer Größe und einer Richtung des Zitterns des Bildes auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Feststellmittels (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127); dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Feststellmittel (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) die Differenz durch Feststellung der Differenz einer Position der vorbestimmten Merkmalsinformation zwischen der Vielzahl der Teilbilder auf der Grundlage von Taktsignalen errechnet; und daß

e) Empfindlichkeitssteuermittel (113, 128) zur Veränderung einer Empfindlichkeit des Feststellmittels (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) vorgesehen sind; wobei die Empfindlichkeitssteuermittel (113, 128) konzipiert sind zur Steuerung einer Empfindlichkeit des Feststellmittels (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) durch Änderung des Auflösungsvermögens der Rechenoperation des Feststellmittels (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) und wobei das Auslesemittel (105) die vorbestimmte Merkmalsinformation aus einem Signalmuster ausliest, das durch Wandlung einer Leuchtdichtekomponente (Y) des vom Bildabtastmittel (103) kommenden Bildsignals in einen Digitaiwert erzeugt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Merkmalsinformation eine Kanteninformation des Bildes ist; und daß das Feststellmittel (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) ein Taktimpuis- Erzeugungsmittel (110) enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Kompensationsmittel (101, 121, 122) zur Kompensation des Bildzitterns auf der Grundlage eines Ergebnisses einer Rechenoperation des Rechenmittels (120) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsmittel (101, 121, 122) ein Prisma (101) mit variablem Scheitelwinkel ist, das eine optische Achse eines Aufnahmeobjektivs (102) kompensiert, das ein Gegenstandsbild auf der Bildabtastebene (103) erzeugt.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abtastmittel zur Abtastung mit gleicher Geschwindigkeit einer Vielzahl von Bildern vorgesehen sind, die zu Intervallen einer vorbestimmten Zeitdauer gewonnen werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Bereichseinstelimittel (124 bis 127) zum Auslesen eines Bereichs vorgesehen sind, der eine Bewegung auf der Bildabtastebene zur Bennung eines Bildzitter- Feststellbereichs enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bereichseinstelimittel (124 bis 127) eingerichtet ist zur Einteilung der Bildabtastebene in eine Anzahl von m × n Blöcken, um ein Bewegungsteil der eine lokale Bildbewegung aufweisenden Bildabtastebene durch Vergleichen der Binärsignale eines Leuchtdichtesignals in jedem der Blöcke zwischen einer Vielzahl von Teilbilder festzustellen und zur Bennung eines Bereichs außerhalb des Bewegungsteus als den Bildzitter- Feststellbereich.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfindlichkeitssteuermittel (113, 128) eingerichtet ist, die Empfindlichkeit bei einem Bewegungsteil herabzusetzen und die Empfindlichkeit bei einem gering bewegten Teil heraufzusetzen.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfindlichkeitssteuermittel (113, 128) eingerichtet ist zur schrittweisen Änderung der Empfindlichkeit des Feststellmittels (106 bis 110, 114 bis 119, 124 bis 127) in jedem der m X n Blöcken.

10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3, 4 oder 5 bis 9, wenn diese von Anspruch 3 abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung des weiteren ausgestattet ist mit:

a) einem ersten Steuermittel (291) zur Rückkopplungssteuerung des Kompensationsmittels (101, 121, 122; 202, 210) auf der Grundlage der Feststellinformation (208a), die zeitweise verteilt aus der Einrichtung zur Feststellung von Bildzittern (208) gewonnen wird;

b) einem Speichermittel (293) zur Speicherung einer Steuerinformation (209a), die auf der Grundlage der über das Kompensationsmittel (101, 121, 122; 202, 210) ausgeführten Steuerung gewonnen wurde, wenn die Feststellinformation (208a) abgetastet wird;

c) einem zweiten Steuermittel (292, 294) zur Steuerung des Kompensationsmittels (101, 121, 122; 202, 210) auf der Grundlage eines Ergebnisses, das durch Errechnung der im Speichermittel (293) gespeicherten Steuerinformation (209a) gewonnen wurde, und der Feststellinformation (208a).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellinformation (208a) einen Umfang des Zitterns eines Bildes reprasentiert und daß das ersten Steuermittel (291) eingerichtet ist zur Kompensation eines Zustandes des Kompensationsmittels (101, 121, 122; 202, 210) zur Absenkung des Umfangs des Zitterns gemäß der Feststellinformation (208a).

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel (293) eingerichtet ist zur Steuerung der Information (209a) bezüglich des Kompensationsmittels (101; 121, 122; 210, 202) für eine Kompensation des Zitterns.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiten Steuermittel (292, 294) eingerichtet ist zur Lieferung der vorherigen im Speichermittel (293) gespeicherten Steuerinformation an eine Steuerschleife des ersten Steuermittels (291).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das ersten Steuermittel (291) ein erichtet ist zur Steuerung des Kompensationsmittels (101, 121, 122; 210, 202) auf der Grundlage eines Wertes, der durch Addition einer laufenden Feststellinformation (208a) mit einer orherigen, vom zweiten Steuermittel (292, 294) kommenden Steuerinformation erzeugt wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiten Steuermittel (292, 294) Mittel (294) zur Multiplikation der in dem Speicher (293) gespeicherten Information mit einem vorbestimmten Koeffizienten enthält.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feststellperiode der Feststellinformation (208a) und eine Periode der Steuerung auf einen Wert eingestellt werden, der ein ganzzahliges Vielfaches einer Teilbildperiode ist.