DE69124866T2

DE69124866T2 - Bildsignalverarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69124866T2
Application number: DE69124866T
Authority: DE
Inventors: Takashi Sasaki; Akira Suga; Taku Yamagami
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2011-07-30
Also published as: US5305096A; DE69124866D1; EP0469836A2; EP0469836B1; US5579047A; EP0469836A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bildsignalverarbeitungsvorrichtung. Genauer betrifft die Erfindung eine Biläsignalverarbeitungsvorrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung und einem Farbfilter. Die Erfindung kann beispielsweise bei einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes für eine stillstehende (im Gegensatz zur einer bewegten) Anzeige angewandt werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Verwandter Stand der Technik

Die Verwendung einer Vollbildübertragungs-CCD-Einrichtung als Bildaufnahmeeinrichtung mit einem in Fig. 4 gezeigten Streifenfarbfilter ist bekannt. Anderer Filterbauarten wie Mosaikbauarten, bei denen eine Spalte Filterabschnitten in jeweils unterschiedlichen Farben aufweist, kann eine verbesserte Auflösung vorsehen. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein Mosaikfilter und Fig. 2 und 3 zeigen aus dem US-Patent Nr. 3 971 065 bekannte Bayer-Mosaikfilter bzw. Bayerfilter. Das Bayerfilter weist eine Luminanzkomponente eines Bildes durchlassende Y- Abschnitte auf, die in einer versetzten Weise angeordnet sind, die es ermöglicht, daß beispielsweise durch Interpolation aus benachbarten Zeilen des Y-Signals eine hohe Auflösung erreicht wird. Jedoch tendieren Mosaikfilter dazu, bei einer Vollbildübertragungs-CCD-Einrichtung nicht einwandfrei zu funktionieren. Unter einigen Umständen besteht bei einer Vollbildübertragungs-CCD-Einrichtung die Möglichkeit, daß eine gewisse Verunreinigung des Ladungswertes für ein Bildelement durch den Ladungswert für ein benachbartes Bildelement in der Spaltenrichtung auftritt. Vorausgesetzt, daß alle Bildelemente in einer Spalte dieselbe Farbe darstellen, führt dieses vertikale "Schmieren" des ausgelesenen Signals zu einem leichten Verlust vertikaler Auflösung. Jedoch kann sich, falls die Bildelemente unterschiedliche Farben darstellen, so daß ein Ladungswert für eine Farbe durch einen Ladungswert für eine andere Farbe verunreinigt wird, eine falsche Farbwiedergabe ergeben, wobei dies weniger akzeptabel als der Auflösungsverlust ist. Dieses Problem tritt gleichermaßen bei einer Kamera für Stehbilder und einer Kamera für Bewegtbilder auf.
Mosaikfilter können mit anderen Bildaufnahmeeinrichtungsbauarten verwendet werden. Einige von diesen, wie eine Zwischenzeilen-CCD-Einrichtung können außerdem ein zeilenverschachteltes Ausgangssignal erzeugen. Ein derartiges zeilenverschachteltes Ausgangssignal kann vorteilhaft sein. Femsehanzeigeeinrichtungen erfordern normalerweise ein zeilenverschachteltes Eingangssignal. Eine Vollbildübertragungs-CCD- Einrichtung gibt deren gesamtes Bildsignal bei einem einzigen löschenden Lesevorgang aus. Typischerweise erzeugt dies ein Halbbild eines Videosignals. Zur Anzeige eines Bewegtbildes kann das nächste Halbbildsignal durch erneute Belichtung der Bildaufnahmeeinrichtung und erneutes Auslesen des Signals derart erhalten werden, daß aufeinanderfolgende Halbbilder eines Videosignals aus aufeinanderfolgenden Belichtungen der CCD-Einrichtung stammen. Jedoch führt dies bei einer Anzeige eines Stehbildes zu einem Stehbild, das aus zwei Halbbildsignale wiedergegeben wird, die aus der Belichtung der Bildaufnahmeeinrichtung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten hergeleitet sind, wobei jedes sich bewegende oder sich mit der Zeit verändernde Objekt verwischt oder anderweitig bei der Wiedergabe verschlechtert wird. In der Praxis wird ein einzelnes Halbbildsignal normal gelesen und aus einer Vollbildübertragungs-CCD-Einrichtung für eine Stehbildwiedergabe gespeichert, wobei ein zweites Halbbildsignal aus dem einzelnen Halbbildsignal beispielsweise durch Interpolation zwischen benachbarten Zeilen erstellt wird. Jedoch tendiert dies dazu, zu einer Anzeige mit einer niedrigeren Auflösung zu führen als eine, bei der beide Halbbildsignale aus einer einzelnen Belichtung der Bildaufnahmeeinrichtung in einer zeilenverschachtelten Weise hergeleitet sind.
Eine Zwischenzeilen-CCD-Einrichtung kann beispielsweise in einer zeilenverschachtelten Weise derart angesteuert werden, daß bei einem ersten Halbbild nur jede zweite Zeile und bei einem zweiten Halbbild die dazwischenliegenden Zeilen gelesen werden. Beide Haibbilder können aus einer einzigen Belichtung der CCD-Einrichtung gelesen werden, wobei ein zeilenverschachteltes Ausgangssignal ohne ein Bewegungsflackern für eine Stehbildkamera erzeugt werden kann. Jedoch treten bei Kombination eines Bayerfilters gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 mit dieser CCD-Einrichtungsbauart die nachstehend beschriebenen Nachteile auf.
Wie in Fig. 6 gezeigt werden bei Lesen der zweiten Zeile nur Bildelemente Y&sub1; und Y&sub2; zur Interpolation des (in Fig. 6 schraffiert dargestellten) fehlenden Luminanzsignalbildelements verwendet, da Bildelemente Y&sub3; und Y&sub4; nur in einer anderen Fernseh-Halbbildperiode gelesen werden.
Falls das fehlende Luminanzsignal durch Verwendung von Farbsignalen interpoliert wird, wird dieses eine Zickzack-Störung an dem Randabschnitt einer diagonalen Linie auf dem Bildschirm verursachen. Dies wird deshalb verursacht, da Ladungsträger der Farbsignale das Luminanzsignal beeinträchtigen. Dieses Problem hängt nicht von der Bauart der verwendeten CCD-Einrichtung ab.
Bei der Farbverarbeitung tritt das Problem auf, daß jedes Halbbildsignal nur ein Farbe enthalten kann. Beispielsweise enthalten das erste Halbbildsignal gemäß Fig. 2 nur ein Cyan- Farbsignal und das zweite Halbbildsignal nur ein Gelb-Farbsignal.
Folglich kann eine Zwischenzeilen-CCD-Einrichtung mit einem Bayerfilter nicht ohne weiteres verwendet werden.
Das letztere Problem tritt ebenfalls bei Verwendung des Filters gemäß Fig. 5 auf. Es kann durch Verwendung des Filters gemäß Fig. 9 verhindert werden. Bei dieser Filterbauart werden die durch die CCD-Einrichtung erzeugten Farbbildsignale durch eine Signalverarbeitung in Y-, R- und B-Signale umgewandelt. Diese Signale können dann durch eine Unterabtastung (sub-sampling) unter Verwendung der Muster wie in Fig. 10(a) bis 10(c) komprimiert werden.
Jedoch muß in diesem Fall die Bildsignalverarbeitungsvorrichtung eine Wandlerschaltung zur Umwandlung des Ausgangssignals aus der CCD-Einrichtung in ein Luminanzsignal und Farbsignale sowie außerdem eine Unterabtastschaltung aufweisen, falls Unterabtastsignale gewünscht sind. Diese Schaltungen behindern die Kosten- und Größenverringerung der Vorrichtung und die Verbesserung der Qualität des Bildes auf dem Bildschirm.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird eine in Patentanspruch 1 dargelegte Bildsignalverarbeitungsvorrichtung geschaffen. Die übrigen Patentansprüche legen zusätzliche Merkmale dar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bild hoher Qualität und einer verringerten Fehlermenge geschaffen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bild hoher Qualität ohne komplizierte oder kostenintensive Schaltungen zu schaffen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinrichtung zur Erzeugung eines zeilenverschachtelten Signais verarbeitet, bei dem eine Zeile des Signals aus einer Zeile des Ausgangssignals der Bildaufnahmeeinrichtung hergeleitet wird, die mit zumindest einer anderen Zeile des Ausgangssignals mit einer anderen Anordnung von Luminanzfilterabschnitten zusammengefaßt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden Signale aus benachbarten Filterreihen in dem Ausgangssignal aus der Vorrichtung zusammengefaßt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gibt die Bildaufnahmeeinrichtung erste und zweite Halbbilder von zeilenverschachtelten Bilddaten aus, speichert eine Speichereinrichtung Bilddaten aus dem ersten Halbbild und verarbeitet eine Signalverarbeitungseinrichtung Buddaten aus dem zweiten Halbbild mit Bilddaten aus dem ersten Halbbild.
Die Vorrichtung kann eine Stehbildvideokamera oder eine andere Vorrichtung zur Aufnahme eines Stehbildes zur Anzeige sein, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung zwei zeilenverschachtelte Halbbilder eines Ausgangssignals einer einzelnen Belichtung erzeugen kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Luminanzfilterabschnitten um Y- oder G-Abschnitte, insbesondere um Y-Abschnitte.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Farbfilter Zeilen mit Filterabschnitten einer ersten Farbe zum Durchlassen einer ersten Farbkomponente und Filterabschnitte einer zweiten Farbe zum Durchlassen einer zweiten Farbkomponente auf, wobei bei den ersten Zeilen Filterabschnitte der zweiten Farbe und bei den zweiten Zeilen Filterabschnitte der ersten Farbe fehlen, wobei die Vorrichtung eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, die unterschiedliche Halbbild-Periodensignale aus der Bildaufnahmeeinrichtung zusammenfaßt, damit bei Zeilen des Signals das Fehlen der Signalabschnitte für die erste oder zweite Farbe kompensiert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinrichtung ohne Unterabtastung gespeichert. Vorzugsweise liegt das Ausgangssignal aus der Bildaufnahmeeinrichtung in einem unterabgetasteten Muster infolge der Anordnung der Filterabschnitte bei den Farbfiltereinrichtungen vor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Bildsignalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 und 3 zeigen Farbfilter, die zur Verwendung bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 geeignet sind.
Fig. 4 und 5 zeigen zum Vergleich andere Farbfilter.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen einem fehlenden Y-Signal- Bildelement und umgebenden Y-Signal-Bildelementen.
Fig. 7 zeigt ein ausführliches Blockschaltbild eines Beispiels für eine Luminanz-Interpolierschaltung 22.
Fig. 8 zeigt ein ausführlichen Blockschaltbild eines Beispiels für eine Farbverarbeitungsschaltung 23.
Fig. 9 zeigt ein anderes Vergleichsfarbfilter.
Fig. 10 zeigt ein Unterabtastverfahren zur Verwendung mit den Farbfiltern gemäß Fig. 9.
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild der Bildsignalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Alternative für einen Teil des Blockschaltbilds gemäß Fig. 11.
Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 14 zeigt Positionen von Y-Signalen und die Interpolation eines fehlenden Y-Signals.
Fig. 15 zeigt ein anderes zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignetes Farbfilter.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine die Erfindung verkörpernde Videokamera.
Einfallendes Licht eines Motivs gelangt durch eine Linse 11 und ein optisches Tiefpaßfilter 12 zur Ausbildung eines optischen Bildes auf eine Bildaufnahmeeinrichtung 13, die es in ein elektrisches Bildsignal umwandelt. Die Bildaufnahmeeinrichtung 13 weist ein in Fig. 2 gezeigtes Farbfilter auf, wobei es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei der Bildaufnahmeeinrichtung 13 um eine Zwischenzeilen-CCD-Einrichtung handelt.
Das bei der Bildaufnahmeeinrichtung 13 erzeugte elektrische Bildsignal wird in einer zeilenverschachtelten Weise ausgelesen und dann durch eine CDS bzw. korrelierte doppelte Abtastung durch eine analoge Verarbeitungsschaltung 14 verarbeitet.
Das verarbeitete Signal wird durch einen Analog/Digital-Wandler 15 in ein digitales Signal umgewandelt. Das digitale Signale wird in zwei Zwischenspeicherschaltungen 16 und 17 durch jeweilige Zeitverlaufssignale φ&sub1; und φ&sub2; zwischengespeichert. Die Zeitverlaufssignale φ&sub1; und φ&sub2; weisen die halbe Frequenz der Bildelementfrequenz des aus der Bildaufnahmeeinrichtung 13 ausgelesenen elektrischen Bildsignals und entgegengesetzte Phasen auf, damit abwechselnde Bildelemente des elektrischen Bildsignals in verschiedenen Zwischenspeichern gespeichert werden. Folglich speichern und geben die Zwischenspeicherschaltung 16 Y-Signalbildelemente und die Zwischenspeicherschaltung 17 Cy- oder Ye-Signalbildelemente bei jedem Halbbildintervall aus.
Ein Schalter 18 läßt entsprechend dem Zeitverlaufssignal φ&sub1; abwechselnd das Y-Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 16 und ein "0"-Signal durch. Eine Luminanzsignal- bzw. Luminanz-Interpolierschaltung 22 führt eine Gammaverarbeitung durch und interpoliert die fehlenden Luminanzsignalbildelemente unter Verwendung eines Halbbildspeichers in einer nachstehend beschriebenen Weise.
Die zwei Farbdifferenzsignale wie R-Y und B-Y werden in der nachstehend beschriebenen Weise erzeugt. Zunächst werden R- und B-Signale entsprechend den nachstehenden Gleichungen erzeugt:
R = kY - αCy
B = cY - βYe
(wobei k, α, c, β Konstanten sind)
Dies wird dadurch erreicht, daß das Y-Signal aus der Zwischenspeicherschaltung 16 durch einen Multiplizierer und das Cy- oder Ye-Signal aus der Zwischenspeicherschaltung 17 durch einen Multiplizierer 20 gelangen, wobei das Ausgangssiqnal des letzteren Multiplizierers 20 von dem Ausgangssignal des erstgenannten Multiplizierer 19 durch einen Subtrahierer 21 subtrahiert wird.
Die Koeffizienten der Multiplizierer 19 und 20 werden jeweils durch eine Steuereinrichtung 25 als k und α während einer ersten Fernseh-Halbbildperiode und als c und β während einer zweiten Fernseh-Halbbildperiode eingestellt.
Das Ausgangssignal des Subtrahierers 21 wechselt zwischen R und B in abwechselnden Fernseh-Halbbildperioden ab. Dessen Subtraktionsausgangssignal wird synchron zu φ&sub1; und φ&sub2; erzeugt.
Ein Farbverarbeitungsschaltung 23 führt beispielsweise eine Interpolation, eine Gammaverarbeitung und eine Verarbeitung für fehlende Halbbilder und eine erneute zeitliche Abstimmung des Ausgangssignals des Subtrahierers 21 unter Verwendung eines Halbbildspeichers durch. Die Verarbeitung für die fehlenden Halbbilder und die erneute zeitliche Abstimmung empfängt Halbbildfolge-R- und -B-Signale und gibt gleichzeitig R- und B-Signale für jedes Halbbild aus. Bei einer Farbdifferenzsignal-Matrixschaltung 24 werden zwei Farbdifferenzsignale durch Subtraktion von Y(gamma) und R(gamma) oder Y(gamma) und B(gamma) erzeugt.
Diese zwei Farbdifferenzsignale werden bei einem NTSC-Kodierer 26 zusammen mit dem Luminanzsignal in ein zeilenverschachteltes NTSC-Signalformat umgewandelt. Bei einer Synchronisationssignal-Addiererschaltung 27 werden Synchronisationssignale addiert, wobei die Signale bei einem Digital/Analog- Wandler in eine analoge Form umgewandelt und als ein analoges Videosignal ausgegeben werden.
Die Erfindung kann auf andere Signalformate, beispielsweise auf das PAL-System angewandt werden.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Luminanzsignal-Interpolierschaltung 22. Bei diesem Beispiel sind ein horizontales FIR- Filter 31 bzw. ein Filter mit einem begrenzten Ansprechen auf einen Impuls und ein vertikales FIR-Filter 32 vorhanden, die in einer Kaskade angeordnet sind.
Das horizontale FIR-Filter 31 besteht aus Multiplizierern 35, 36 und 37 jeweiliger Koeffizienten [1/4, 1/2, 1/4], Verzögerungsschaltungen 33 und 34 sowie einem Addierer 38, wodurch ein interpolierendes Tiefpaßfilter ausgebildet wird.
Das vertikale FIR-Filter 32 besteht aus Multiplizierern 41, 42 und 43 mit jeweiligen Koeffizienten [1/2, 1, 1/2], einem Feldspeicher 39 mit einer Verzögerungszeit von (1V - 0,5H) (d.h. eine Verzögerungszeit von einer halben horizontalen Periode weniger als eine vertikale Periode), einen iH-Verzögerungsspeicher 40 und einem Addierer 44, wodurch ein interpo lierendes Tiefpaßfilter ausgebildet wird.
Folglich bilden die zwei Filter 31 und 32 gemeinsam ein zweidimensionales Tiefpaßfilter mit nachstehenden Koeffizienten:
Das Ausgangssignal des Addierers 44 wird bei einer Gammaverarbeitungsschaltung 45 einer Gammaverarbeitung unterzogen.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Farbverarbeitungsschaltung 23.
Halbildfolge-R- und Halbbildfolge-B-Signale werden einem horizontalen FIR-Filter 51 und dann einem vertikalen FIR-Filter zugeführt. Die Signale aus dem vertikalen FIR-Filter werden sowohl einem FIFO-Speicher 59, der diese um eine Femseh- Halbbildperiode verzögert, als auch ersten Anschlüssen von Schaltern 60 und 61 zugeführt. Das Ausgangssignal des FIFO- Speichers 59 wird zweiten Anschlüssen der Schalter 60 und 61 zugeführt.
Da ein R-Signal an dem Eingang des FIFO-Speichers 59 anliegt, wenn ein B-Signal an dem Ausgang anliegt, und umgekehrt, sind beide R- und B-Signale gleichzeitig an den Schaltern 60 und 61 vorhanden.
Diese R- und B-Signale werden durch die Schalter 60 und 61 einmal pro Fernseh-Halbbildperiode derart geschaltet, daß der Schalter 60 kontinuierlich R-Signale ausgibt, während der Schalter 61 kontinuierlich B-Signale ausgibt.
Diese R- und B-Signale werden durch die Gammawandler 62 und 63 gamma-gewandelt und dann einer Farbsignal-Horizontalinterpolierschaltung 64 zugeführt, die diese zur Verdopplung deren Datenrate interpoliert.
Da die Farbverarbeitung bis zu dieser Stufe synchron zu φ&sub1; und φ&sub2; ausgeführt wird, kann die Kapazität des Farbspeichers 59 die Hälfte der des Luminanzspeichers 39 betragen.
Bei der Erfindung können andere Farbfilterbauarten wie die gemäß Fig. 3 statt gemäß Fig. 2 angewendet werden. Die in Fig. 3 gezeigten Farbfilter bestehen aus Filterabschnitten einer primären Farbe (R oder B) und transparenten Filterabschnitten (Y) derart, daß dessen Farbwiedergabeeigenschaften besser als die des Filters gemäß Fig. 2 sind, wohingegen die Lichtabsorbiereffizienz zwischen den Y- und den R/B-Filterabschnitten sehr unterschiedlich sind, so daß vorzugsweise Signale an den Y-Filterabschnitten dazu tendieren, leicht in den Sättigungsbereich zu gelangen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die Multiplizierer 19 und 20 sowie der Addierer 21 entfallen oder zur Steuerung einer Weißbalance verwendet werden. In dem letzteren Fall handelt es sich bei dem Ausgangssignal des Addierers 21 um ein Farbdifferenzsignal. Dieses Farbdifferenzsignal wird direkt der Farbverarbeitungsschaltung 23 zugeführt, wobei die Farbdifferenzsignal-Matrixschaltung 24 nicht erforderlich ist.
Einige Bauarten von Bildsignalverarbeitungsvorrichtungen wie eine elektronische Stehbild-Videokamera erfordern keine Echtzeitverarbeitung, wobei in derartigen Fällen der FIFO-Speicher gemäß Fig. 1 durch einen Speicherbauart mit normaler Geschwindigkeit ersetzt werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist keine Wandlerschaltung zur Erzeugung des Y-Ausgangssignals erforderlich. Zusätzlich weist das Luminanzsignal eine bessere Auflösung als in dem Fall einer das Filter gemäß Fig. 9 verwendenden Schaltung auf, da es nicht aus einer Zusammenfassung von Farbsignalen erzeugt worden ist.
Fig. 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein optisches Bild gelangt durch eine Linse 11, eine Öffnung 112 und eine Verschlußeinrichtung 113, wird durch ein optisches Tiefpaßfilter 110 gefiltert und weiter zur Entfernung einer Infrarotkomponente durch ein Infrarot-Abschneidefilter 114 gefiltert.
Das Licht trifft dann auf eine Bildaufnahmeeinrichtung 115 auf, die beispielsweise eine Zwischenzeilen-CCD-Einrichtung ist und ein in Fig. 3 gezeigtes Farbfilter aufweist. Das Farbfilter weist eine große Anzahl von Farbfilterabschnitten auf, wobei jeder davon einer Photozelle der Bildaufnahmeeinrichtung entspricht.
Eine Synchrionisationssignal-Erzeugungsschaltung 124 erzeugt Impulssignale zur Steuerung des Zeitverlaufs, mit dem Signale aus der Bildaufnahmeeinrichtung ausgelesen werden, damit eine horizontale Zeile in einer Fernseh-Horizontalperiode abgetastet wird. Jede zweite Zeile ist in einer Fernseh-Halbbildperiode und die dazwischen liegenden Zeilen werden in der nächsten Fernseh-Halbbildperiode derart abgetastet, daß die ausgelesenen Signale in einer zeilenverschachtelten Form vorliegen.
Ein Analog/Digital-Wandler 116 wandelt das Signal aus der Bildaufnahmeeinrichtung 115 in ein digitales Signal mit einem durch ein Taktsignal aus einer Systemsteuereinrichtung 125 derart eingestellten Zeitverlauf um, daß die Analog/Digital- umwandlung mit den Signalen für nachfolgende Zellen oder Bildelemente aus der Bildaufnahmeeinrichtung synchronisiert wird. Wenn das in Fig. 3 gezeigte Filtermuster verwendet wird, kann der Analog/Digital-Wandler mit einer Auflösung von 8 Bit digitalisieren, wohingegen, wenn das in Fig. 2 gezeigte Filtermuster verwendet wird, es wünschenswert ist, bei einer Auflösung von zumindest 10 Bit zu digitalisiern.
Das Ausgangssignal aus dem Analog/Digital-Wandler 116 wird durch Zwischenspeicherschaltungen bzw. Zwischenspeicher 120 und 121 synchron mit jeweiligen Taktsignalen φ&sub1; und φ&sub2; zwischengespeichert.
Die Taktsignale φ&sub1; und φ&sub2; weisen jeweils eine Periode auf, die das doppelte der der Impulssignale aus der Synchronisati onssignal-Erzeugungsschaltung beträgt, und sind zueinander in der Phase invertiert. Deshalb speichert eine Zwischenspeicherschaltung 120 das Y-Signal, während die andere Zwischenspeicherschaltung 121 das R- oder B-Signal zwischenspeiöhert. Ein Y-Speicher 117 speichert das Ausgangssignal aus der Zwi schenspeicherschaltung 120. Die gespeicherten Informationen sind dieselben wie bei dem versetzt unterabgetasteten Signal gemäß Fig. 10a.
Das Ausgangssignal aus der Zwischenspeicherschaltung 121 wird bei einem Weißbalanceblock 129 mit einem Verhältnis multipliziert, das durch die Systemsteuereinrichtung 125 derart gesteuert wird, daß die Weißbalance zwischen R und B geregelt wird. Ein Subtrahierer 122 subtrahiert Signale aus den Zwischenspeicherschaltungen 120 und dem Weißbalanceblock 129 synchron mit φ&sub1; und φ&sub2;. Folglich erzeugt er während jeder Fernseh-Halbbildperiode R-Y- oder B-Y-Signale.
Diese R-Y- und B-Y-Signale werden abwechselnd einem CR-Speicher 118 und einem CB-Speicher 119 durch Steuerung einer Schaltschaltung 123 mit dem Zeitverlauf eines Fernseh-Halbbild-Synchronisationssignals zugeführt. Folglich sind die in den Speichern 118 und 119 gespeicherten Informationen dieselben wie die für die unterabgetasteten Farbsignale gemäß Fig. 10b und 10c. Diese Abtastphasen für die gespeicherten CR- und CB-Abtastungen werden durch die Taktsignale φ&sub1; und φ&sub2; gesteuert.
Die Taktsignale φ&sub1; und φ&sub2; müssen nicht genau um 180º phasenversetzt sein, vorausgesetzt, daß sie zum verläßlichen Trennen des Y-Signals von den Farbsignalen ausreichend phasenversetzt sind.
Eine Komprimierschaltung 127 komprimiert die Bandbreiten der Ausgangssignale der Speicher 117 bis 119 beispielsweise durch DPM oder ADCT. Die Ausgangssignale aus der Komprimierschaltung 127 werden über eine Schnittstellenschaltung 109 in einem Speicher 128 gespeichert.
Ein Bedienungs- und Anzeigeblock 126 besteht aus Bedienschaltern, die durch einen Bediener zur Steuerung der Vorrichtung bedient werden können, und einer Anzeigeeinrichtung.
Falls der Speicher 128 eine relativ große Kapazität aufweist, kann die Komprimierschaltung 127, der Y-Speicher 117, der CR- Speicher 118 und der CB-Speicher 119 entfallen und die Ausgangssignale aus der Zwischenspeicherschaltung 120 und dem Schalter 123 direkt dem Speicher 128 zugeführt werden. Da die Ausgangssignale der Zwischenspeicherschaltung 120 und des Schalters 123 die Unterabtaststruktur gemäß Fig. 10 aufweisen, beträgt die Bandbreite des gespeicherten Signals ein Drittel der eines herkömmlichen Systems ohne Unterabtastung, so daß die Kapazität des Speichers 128 immer noch kleiner als wie in diesem Fall erforderlich ist. Zusätzlich tritt bei dem Signal eine geringere Qualitätsverschlechterung, falls die Komprimierschaltung 127 entfällt, und ebenfalls eine geringere Verschlechterung als im Vergleich mit dem unter Verwendung des Signals gemäß Fig. 9 auf, da keine Interpolation erforderlich ist.
Falls ein in Fig. 2 gezeigtes Farbfilter angewendet wird, kann der Subtrahierer 122 durch eine in Fig. 12 gezeigte Schaltungsanordnung ersetzt werden. Das heißt, daß, falls das in Fig. 2 gezeigte Filter angewendet wird, R- und B-Signale wie folgt definiert werden können:
R = Y - kCy
B = Y - mYe
(wobei K und m jeweils durch Spektraleigenschaften der Cy- und Ye-Filter bestimmte Konstanten sind),
und das Y-R-Farbdifferenzsignal für Rot wie folgt definiert werden kann:
Z = Y - grR
(wobei Z das Farbdifferenzsignal für Rot und gr ein Koeffizient zur Steuerung der Weißbalance ist).
Damit ist
Z = Y - gr(Y - k Cy)
= (1 - gr)Y + gr k Cy
Gemäß Fig. 12 werden das Y-Signal aus der Zwischenspeicherschaltung 120 in einem Multiplizierer 130 mit einem Faktor und das R- oder B-Signal aus der Zwischenspeicherschaltung 121 in einem Multiplizierer 131 mit einem Faktor multipliziert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 130 und 131 werden in einem Addierer 132 addiert.
Deshalb ist, falls die Verstärkungen a und b der Multiplizierer 130 und 131 derart eingestellt werden, daß b = 1-gr und a = gr k ist, das Ausgangssignal des Addierers 132 das rote Farbdifferenzsignal Z.
In derselben Weise kann das Farbdifferenzsignal für Blau aus den Y- und Ye-Signalen unter Verwendung unterschiedlicher Werte für die Faktoren a und b erhalten werden. Die Systemsteuereinrichtung 25 verändert in jeder Femseh- Halbbildperiode die Faktoren a und b.
Wie vorstehend beschrieben weisen die Ausgangssignale der Y- Signal-Zwischenspeicherschaltung 120 und des Schalters 123 die in Fig. 10 gezeigte Unterabtaststruktur auf, obwohl keine Unterabtastschaltung verwendet wird. Die Unterabtaststruktur bei dem Signal tritt deshalb auf, weil ein Speicher und ein Farbfilter mit der Unterabtaststruktur verwendet wird. Dementsprechend können gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Größe und die Kosten der Vorrichtung verringert werden.
Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Fig. 13 weisen Blöcke mit denselben Bezugszeichen wie in vorherigen Figuren dieselben Funktionen auf.
Ein Ausgangssignal aus dem Analog/Digital-Wandler 15 wird über einen Schalter 216 synchron zu Taktsignalen zum Auslesen jedes Zellensignals der Bildaufnahmeeinrichtung 13 abwechselnd einem Y-Speicher 218 oder einem Schalter 217 zugeführt.
Die Y-Signale werden in dem Speicher 218 gespeichert, während der Schalter 217 seinen Zustand jede Fernseh-Halbbildperiode derart verändert, daß die R- und B-Signale jeweils in einem R-Speicher 219 und einem B-Speicher 220 gespeichert werden.
Danach interpoliert eine Luminanzsignalverarbeitungsschaltung 221 das Signal und führt eine Gamma-Umwandlung usw. zur Erzeugung eines Luminanzsignals durch.
Beispielsweise wird gemäß Fig. 14 ein Bildelementwert Y32 durch die nachstehend Berechnung interpoliert:
Y32 = 1/4[Y31 + Y22 + Y33 + Y42].
Zur Durchführung dieser Berechnung werden fehlende Y-Signal- Bildelementewerte durch "0" ersetzt, wenn das in dem Speicher 218 gespeicherte Signal gelesen wird, und das Y-Signal durch die nachstehende Faltungsmatrix gefiltert:
Diese Matrix kann zur Ausführung anderer ähnlicher Berechnungen durch andere 3x3-, 5x5- oder 7x7-Filtermatrizen ersetzt werden.
Eine Farbverarbeitungsschaltung 22 verarbeitet R- und B-Farbsignale aus den Speichern 219 und 220 sowie das Y-Signal aus dem Speicher 218 und erzeugt R-Y- und B-Y-Signale, indem zunächst die Y-, R- und B-Signale mittels Filter interpoliert und diese darauffolgend subtrahiert werden.
Ein Kodierer 223 erzeugt aus den Y-, R-Y- und B-Y-Signalen aus den Verarbeitungsschaltungen 221 und 222 ein Standard- Fernsehsignal wie ein NTSC-Signal.
Dieses Standard-Fernsehsignal wird durch einen Digital/Analog-Wandler 224 in ein analoges Signal umgewandelt, wobei dann Synchronisationssignale durch eine Synchronisationssignal-Addiererschaltung 225 addiert werden.
Das Farbfilter 14 kann durch andere Bauarten wie ein in Fig. 15 gezeigtes ersetzt werden, bei denen Y- oder G-Filterabschnitte in einer versetzten Weise angeordnet sind.
Die Bildsignalverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise bei einer Videokamera, einem Fernsehgerät, einer Überwachungsvorrichtung, einem Drucker usw. angewendet werden. Bei Anwendung bei einem Drucker kann der Kodierer, der Digital/Analog-Wandler und die Synchronisationssignal-Addiererschaltung entfallen.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein Y- Signal hoher Qualität ohne fehlerhafte Signale erzeugt werden. Diese Erfindung kann nicht nur auf die Zwischenzeilen- CCD-Einrichtung sondern auch auf eine Zwischenzeilenübertragungs-CCD-Einrichtung, eine X-Y-Addressen-Bildaufnahmeeinrichtung oder einer Bildaufnahmeröhre angewendet werden.
Verschiedene weiter Abänderungen und Veränderungen sind für den Fachmann ersichtlich.

Claims

1. Bildsignalverarbeitungsvorrichtung mit

einer Bildaufnahmeeinrichtung (13, 115) zur Photoumwandlung eines optischen Bildes in ein elektrisches Bildsignal, und

einer vor der Bildaufnahmeeinrichtung angeordneten Farb filtereinrichtung mit Luminanzfilterabschnitten zum Durchlassen einer Luminanzkomponente des optischen Bildes und Farbfilterabschnitten zum Durchlassen einer Farbkomponente des optischen Bildes, wobei die Luminanzfilterabschnitte in einer versetzten Weise angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bildaufnahmeeinrichtung Einrichtungen zum Auslesen des elektrischen Bildsignals in zeilenverschachtelten Halbbildern aufweist, pund darin, daß die Vorrichtung

eine Speichereinrichtung zum Speichern eines aus

dem elektrischen Bildsignal der Bildaufnahmeeinrichtung abgeleiteten Signals und

eine Interpolationseinrichtung zur Interpolation eines fehlenden Signalabteils unter Verwendung der in der Speichereinrichtung gespeicherten Signale aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationseinrichtung einen fehlenden Luminanzsignalteil interpoliert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationseinrichtung einen bei einem Halbbild fehlenden Signalteil unter Verwendung eines gespeicherten Signals für ein anderes Halbbild interpoliert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterabschnitte erste Farbfilterabschnitte zum Durchlassen einer ersten Farbkomponente des optischen Bildes und zweite Farbfilterabschnitte zum Durchlassen einer zweiten Farbkomponente des optischen Bildes aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luminanzfilterabschnitte die Farbe Grün durchlassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung eine Verzögerungseinrichtung (33, 34, 39, 40, 53, 54, 59) zur Verzögerung zumindest eines Teils des Bildsignals aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine Einrichtung (39, 59) mit einer Verzögerung von ungefähr einer Halbbildperiode des Bildsignals aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine Einrichtung (40) mit einer Verzögerung von ungefähr einer Zeilenperiode des Bildsignals aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen Halbbildspeicher (39, 59, 117, 118, 119) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung (13, 115) eine Zwischenzeilen- CCD-Einrichtung aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfiltereinrichtung Filterabschnitte aufweist, die jeweils Rot, Grün oder Blau durchlassen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfiltereinrichtung Filterabschnitte aufweist, die jeweils Zyan, Magenta oder Gelb durchlassen.