EP0954928A1 - Digitale farbkamera für die elektronische fotografie - Google Patents

Digitale farbkamera für die elektronische fotografie

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Publication number
EP0954928A1
EP0954928A1 EP98905355A EP98905355A EP0954928A1 EP 0954928 A1 EP0954928 A1 EP 0954928A1 EP 98905355 A EP98905355 A EP 98905355A EP 98905355 A EP98905355 A EP 98905355A EP 0954928 A1 EP0954928 A1 EP 0954928A1
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EP
European Patent Office
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camera according
sensor
color
image
change
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98905355A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reimar Lenz
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0954928A1 publication Critical patent/EP0954928A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/46—Colour picture communication systems
    • H04N1/48—Picture signal generators
    • H04N1/486—Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48—Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene

Definitions

  • the invention relates to a digital color camera with an area sensor, in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements arranged in a matrix with a color mosaic filter corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device that generates partial images in chronological order for recording a color image.
  • an area sensor in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements arranged in a matrix with a color mosaic filter corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device that generates partial images in chronological order for recording a color image.
  • CCD area sensors are usually used in video cameras, but they can also be used to generate individual images.
  • a color image converter with a set of three CCD area sensors with associated color filter masks is used, so that the individual area sensors each detect a color, for example the primary colors red (R), blue (B) and green (G).
  • the light-sensitive sensor elements of an Interline Transfer CCD area sensor have an area size that is only half as large as the grid spacing, which means that there are light-insensitive areas between the individual sensor elements. Of course, some of the image information is lost as a result.
  • a color mosaic filter for three color separations being located on the area sensor.
  • Three adjacent sensor elements then form a color resolution element.
  • the local resolution in such color image converters is of course relatively low compared to, for example, a monochrome image converter with a CCD area sensor.
  • the inventor has proposed a color image converter which is greatly improved in comparison and which only contains a CCD area sensor with a color mosaic filter with three color separations.
  • the recording takes place in three steps, one step for a partial image, with the CCD area sensor being moved relative to the object image with the aid of piezoelectric actuators in a cycle of three steps such that each pixel is successively placed on one of three image sensor elements for the three Color separations fall. (EP-A-0 396 687).
  • the invention is based on the object of specifying a digital color camera which on the one hand only requires a single CCD area sensor and on the other hand also enables the recording of moving objects in good quality.
  • This object is achieved according to the invention in that two partial images are taken at a time interval which is shorter than the second time period which is required for reading out a partial image from the sensor, and that the spectral characteristic at least between the two images is taken for taking a color image is switchable for some of the pixels of the color image to be generated.
  • the latter feature is already known from the aforementioned EP-A-0 396 687: from one and the same pixel, different color separations are obtained in succession by differently colored sensor elements.
  • the spectral characteristic can be changed in the manner explained in more detail below in various ways, for example by moving the CCD area sensor towards the object image in a certain direction and by a certain amount.
  • the further feature according to the invention relates to the time interval between two successive recordings for the individual partial images.
  • the time interval between the recordings of the two partial images must be small enough so that a moving object and, accordingly, the associated object image cannot shift significantly with respect to the CCD area sensor. Even with relatively quickly moving objects, a sharp image with essentially correct color information should still be possible.
  • the time span between two consecutive partial recordings cannot be shortened extremely; because for both partial exposures the individual sensor elements need a certain amount of time to
  • the color separation that is still missing for each pixel can be obtained by arithmetic or in another way.
  • the taking of pictures in succession at a short time interval is already known per se, namely for displaying a sequence of movements. While it is specifically a question here of determining different movement phases by means of two images taken in quick succession, on the contrary, the object of the invention is to generate an image despite the time interval between two images, which apparently corresponds to only a single point in time.
  • the mode of operation of the usual CCD area sensors plays a considerable role.
  • two time intervals are necessary to record an image with such CCD area sensors, the first time interval is used for the accumulation of charges in the respective image sensor element, the second interval is used for reading out these charges.
  • the charge transfer from the sensor elements to the vertical is carried out prior to the reading
  • Bucket chains e.g. B. an interline transfer CDD sensor in less than 1 ⁇ s, so that the photo element is then ready to collect new charges. While the "second" partial image is then recorded, the layers belonging to the "first" partial image are made from these vertical bucket chains in a manner known per se read out.
  • the complete time for reading out an image in the case of such CCD area sensors specifies the average frame rate in the case of television picture sequences, so that this average frame rate cannot be increased beyond the limit given by the reading out of the picture. According to the invention, however, the time interval between two partial recordings is shortened. This is only possible because there is a restriction to only two fields.
  • the first time span in which charges are accumulated in the individual sensor elements is halved, for example.
  • the above considerations relate primarily to so-called progressive scan interline transfer sensors, in which there is space in the bucket chains for the complete picture, and which are therefore ideal for a digital camera.
  • the invention can also be implemented with so-called television image interline transfer and frame interline sensors. With these, only half of the sensor elements can be evaluated, but they are interesting because of their low price for cameras according to the invention.
  • the frame interline sensor has a storage zone next to the image field and can deliver three independent images in a very short period of time.
  • a third image can also be recorded so that all three color separations can be obtained quasi-simultaneously for each image location. Color alias artifacts can thus be completely avoided.
  • the change in the spectral characteristic between the two partial images can take place by means of a relative shift between the object image and the area sensor. If one considers a single pixel of the color image to be generated, then this pixel becomes the first pixel
  • This pixel is thus detected with two different spectral characteristics. This also applies to the other pixels.
  • the color mosaic filter is designed so that it corresponds to three color separations.
  • every second sensor element of the matrix of the area sensor can be sensitive to green, corresponding to the bright fields of a chessboard, the remaining half of the sensor elements being alternately sensitive to red and blue.
  • the relative shift can correspond to an integer multiple of a pixel spacing, in horizontal or in vertical
  • the spectral characteristic between the two partial images can also be changed by a relative shift in the diagonal direction, v / o each by half a pixel in X-
  • a color mosaic filter is preferably used for three color separations. This displacement of the area sensor will second partial image recorded at those image locations that lie in the spaces between the image locations of the first partial image.
  • the resulting image can be imagined as four times the number of pixels, i.e. twice the number in the x and y directions. Some pixels that were not recorded at all in the first field (spectral zero characteristic) are now recorded in the second field with a colored sensor element, while on the other hand all pixels that were recorded in the first field with a colored sensor element are recorded in the second field at all cannot be recorded (with spectral zero characteristic). Half of all pixels of the imaginary resulting image four times the number of pixels is not captured by the first or the second partial image.
  • the change between non-detection (zero characteristic) and detection (with color filter) of a pixel also means a change in the spectral characteristic in the sense of the invention.
  • the area sensor can be displaced vertically and / or horizontally in the image plane, for which use is preferably made of piezo actuators.
  • piezo actuators magnetostrictive, electrodynamic or other actuators can also be used.
  • the relative displacement between the area sensor and the object image can also be carried out by optical measures, for example by pivoting a prism located in the beam path, with the aid of a Kerr cell or by changing the polarization in cooperation with birefringent materials.
  • a color filter which can be selectively inserted into the beam path or which is permanently in the beam path and offers the possibility of changing its permeability.
  • a liquid crystal component can be provided as a color filter permanently in the beam path.
  • Another possibility for changing the spectral characteristic is to vary the spectral sensitivity curve of the photodiodes of the sensor by applying variable electrical voltages to the CCD area sensor. There is then no need for a relative shift between the object image and the area sensor.
  • the operation of the sensor elements is prevented between the recordings of the two partial images.
  • This can be done in a number of ways, as explained below.
  • One way to achieve this is to keep the object dark in the transition phase when changing the spectral characteristic, thus preventing light from falling on the area sensor.
  • the object can be illuminated with a flash for each partial image recording.
  • two differently colored flashes only make sense if the color sensor has a color mosaic filter with only two different colors and thus the spectral characteristic is to be changed globally in order to obtain the minimum required third color separation.
  • the two successive flashes mentioned above can be generated by a single flash device or by means of a device with two flash lamps.
  • the purpose of these measures is to prevent blurring of the image (motion blurring, spectral blurring).
  • blurring of the image motion blurring, spectral blurring
  • An optical / mechanical shutter can be used to shorten the time interval between the recording of the two partial images. It can be used to precisely set the effective exposure times, which by definition are the middle of the respective first time periods in which charges are normally accumulated in the individual sensor elements. These effective exposure times can also be achieved by "active lighting", that is to say the object to be photographed can be photographed with correspondingly timed flashes.
  • partial images are generated for producing high-quality color images in two short successive time periods, with those taking place between the recordings of the partial images
  • the analog image data coming from the CCD sensor is digitized with the aid of an analog / digital converter, so that it can be processed in a computing unit.
  • the color information relating to the individual partial images can be processed within the camera receiving the color image converter according to the invention, but the image information can also be processed as it is after the analog / digital conversion. Buffer to process later.
  • the invention offers a number of special advantages, which are, as it were, by-products of the measures according to the invention: if the CCD sensor is moved between the recordings of the partial images with the aid of a piezoelectric actuator, there is also the possibility, by wobbling the sensor, of information for automatic Calibration and gaining focus. By comparing the two partial images, information can be obtained as to whether the object is possibly moving too quickly in order to obtain a sharp image. If necessary, a warning signal can be generated for the user.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a digital color camera according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a horizontally and vertically displaceably mounted CCD area sensor
  • FIG. 3 shows a detail of the surface of the sensor according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a detail similar to FIG. 3, a direction of displacement of the CCD area sensor being indicated;
  • FIG. 5 shows a view similar to FIG. 4, but after the displacement has taken place vertically downward, the one obtained from both partial images
  • Color information is shown; 6 shows a similar section of the surface of a CCD sensor with a displacement vector according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 7 shows the detail of the CCD sensor of FIG. 6 after it has taken place
  • FIG. 8 shows a pulse diagram which illustrates the mode of operation of the color camera according to the invention.
  • FIG. 9 and 10 are schematic representations of a progressive scan interline transfer CCD area sensor (FIG. 9) and a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor (FIG. 10);
  • FIG. 11 shows a detail from the surface of a CCD area sensor for a third embodiment of the invention.
  • Fig. 12 shows the effective light sensitivity of the sensor elements of a sensor with a color filter pattern according to Fig. 11, if the spectral sensitivity characteristic e.g. by inserting a filter that is only permeable to green.
  • Fig. 1 shows schematically a digital color camera, which is constructed similarly to a conventional camera with which, for example, 35 mm films are exposed.
  • a CCD area sensor 1 is located at the relevant point in the color camera according to the invention, which is mounted on a holder 2 with the aid of piezo actuators 3.
  • An object image of an object 78 is projected onto the CCD area sensor with the aid of an objective 16.
  • the CCD area sensor is a progressive scan interline transfer CCD area sensor or, alternatively, a normal one Interline Transfer CCD area sensor for the TV field process, a frame interline transfer CCD area sensor for the TV field process with additional memory zone, a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor with additional Storage zone and full screen method or a frame transfer CCD area sensor.
  • a progressive scan interline transfer CCD area sensor for full-screen operation is preferred, since in sensors with field operation the achievable vertical resolution in the camera according to the invention drops to half. Nevertheless, despite the disadvantage mentioned, the use of such sensors is quite interesting, since they are available in large quantities for
  • Video cameras are produced and are therefore very cheap.
  • the operation of the camera is controlled by a central processing unit (CPU) 5, the control signals to a driver 7 for the piezo actuators 3, to a CCD driver 8, a shutter control 9 and a flash control
  • CPU central processing unit
  • the analog image signals coming from the CCD area sensor 1 are converted by an analog / digital converter 6 and input into the CPU 5 for storage and / or image processing.
  • the central unit 5 can be connected to an external computer 13 or to an external image memory 15 via interfaces 12 and 14.
  • the housing of the camera is indicated by block 77.
  • a flash unit 18 with a reflector and one or two flash lamps 19 can be attached to the camera housing 77, the method of operation of which is explained below.
  • the CCD area sensor 1 can be moved in the horizontal direction (X direction) and vertical direction (Y direction) with respect to the outer frame of the holder 2 due to the piezoelectric actuators 3. The one to move the
  • Variable voltages to be applied to the CCD sensor 1 are applied by the central unit 5 via the piezo driver 7.
  • 3 shows a section of the surface of the CCD sensor 1.
  • the individual sensor elements 20 and the color mosaic filter 21 for the individual sensor elements can be seen.
  • G means that the sensor element in question is sensitive to the color green (G).
  • every second sensor element 20 is sensitive to green (G) in the vertical as well as in the horizontal direction.
  • every second sensor element is sensitive to blue (B) and red (R).
  • FIG. 4 shows the same arrangement as FIG. 3, but with some additional information in FIG. 4.
  • a vector V v indicates the direction in which the CCD sensor 1 is shifted after the recording of a first partial image (FIG. 3) in order to record a second partial image in the second position.
  • the individual image sensors 20 have a grid spacing d H and d v in the horizontal and vertical directions.
  • the size of the individual sensor elements 20 corresponds to approximately half the grid spacing.
  • the CCD sensor is moved in the direction of arrow V v by a grid spacing, so that an imaginary point A of the sensor is located at point B when the second partial image is recorded.
  • the four sensor elements in the rightmost column receive color information for the colors B, G, B and G of the relevant pixels, the sensor elements in the second column from the right receive information regarding the colors G. , R, G or R for the pixels corresponding to these sensor elements, etc.
  • Pixels are only the color separations obtained in the second field, only the color information obtained in the first field is available for the top line of pixels, which is why these lines are shown in parentheses in FIG. 5).
  • the color separations G and R are available for each pixel.
  • the third color separation for each pixel can be calculated from all of this color information, for example using the formula given at the beginning.
  • color images can be generated, for example printed out, from the total image information then available.
  • the camera shown as a block in FIG. 1 is connected to a memory or an external computer in order to transmit the data of the color images for further processing.
  • the information for the third color separation in each case can be calculated internally in the camera itself, but alternatively also externally in the computer 13 shown at the bottom right in FIG. 1.
  • 6 and 7 show a second embodiment of the invention.
  • two color separations are not recorded for each pixel, but it is used for an emerging image With double resolution in the x and y directions, only one color separation was recorded, namely for every second pixel of the resulting image.
  • 6 shows the direction of displacement and the amount of displacement V D for the displacement of the CCD sensor 1 between the recording of the first and the second partial image.
  • the second can be used for the black and white recording of colorful templates
  • Embodiment in connection with a black / white sensor i.e. a sensor without a color mosaic filter can be used for practically artifact-free doubling of the resolution of the sensor, whereby moving objects can also be recorded here.
  • FIG. 8 shows in the form of a pulse diagram the chronological sequence of the sequence on various parts of the color image converter according to FIG. 1.
  • FIG. 8a shows the horizontal time axis in units of milliseconds.
  • the periodic normal operation of a progressive scan interline transfer CCD sensor 1 is shown schematically in FIG. 8b).
  • the electrons generated by capturing photons are accumulated within an exposure period 35, the duration of which is T.
  • the ordinate in FIG. 8 b) is the charge of a single sensor element of the CCD sensor 1, which increases linearly with time, with constant incidence of light.
  • the center of each exposure time period 35 is designated 41 and is referred to here as the “effective exposure time”.
  • Two adjacent "effective exposure times" 41 have a time interval T, from one another.
  • the charge packet accumulated up to that point is transferred from the sensor element under consideration into the associated vertical bucket chain with a transmission pulse 43 or 75.
  • FIG. 8d shows the reading intervals 32 for the respective preceding exposure process 36, 37, 38 or 39 Exposure with the duration T is also referred to here as the “first time period”, the time period for the readout corresponding to the readout interval 32 is also referred to here as the “second time period”.
  • FIG. 8e shows the light transmission curve of the closure 17 (see FIG. 1).
  • the shutter is opened and a time interval T 2 begins, at the end of which the exposure for a first field is ended due to the transmission pulse 75 (FIG. 8c).
  • the middle of the time interval T 2 is designated 48 and, similarly to the times 41 in FIG. 8b), means the "effective exposure time" for the first partial image.
  • the CCD area sensor 1 according to FIGS. 4 and 5 is moved vertically downwards by a grid spacing, so that the individual sensor elements are then moved down by one pixel are.
  • the reading interval 32 begins shortly after the exposure shown at 53 has ended.
  • the duration of this process cannot be shortened and corresponds to the "normal operation" of the CCD sensor.
  • the exposure process begins at 54 for the second field after the shifted CCD sensor has arrived in its second position according to FIG. 8f). This is followed by a time period T 2 with the "effective exposure time" 48.
  • the time interval 49 between the two effective exposure times 48 is smaller than the normal time interval T, between two effective exposure times in FIG. 8b).
  • the starting time for the flash can be set such that one for each of the first and the second partial image the same amount of light is available.
  • Fig. 81 shows the light output for a double flash, which instead of
  • Flash with the light output according to Fig. 8j) can be used.
  • FIG. 8m shows the charge accumulation (signal curves 53 and 54) for the two partial images corresponding to the double flashes 63 in FIG. 81).
  • Fig. 8n shows erase pulse bursts 66 with interposed pulse pauses 47, after which a continuous read operation of the CCD sensor 1 takes place with the shutter 17 open, so that the user can adjust the device (focus etc.), the duration of the pulse -Bursts 66 like that is selected so that the effective exposure time for the image sensor element in question corresponds approximately to the time period T 2 in FIG. 8e).
  • Fig. 9 shows schematically a progressive scan interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with those already mentioned
  • a horizontal CCD bucket chain 71 is connected to the vertical bucket chains and to this an output amplifier 72.
  • the CCD sensor cutouts according to FIGS. 3 to 7 correspond to the illustration according to FIG. 9, but in FIGS. 3 to 7 the CCD bucket chains 70 and 71 and the output amplifier 72 are omitted.
  • FIG. 10 schematically shows a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with an additional, optically covered memory zone 73.
  • Such a sensor enables the rapid successive recording of three partial images and thus the complete avoidance of color aliasing; because the
  • Transfer from the vertical bucket chains 70 into the storage zone 73 can also be carried out quickly enough with 1/1000 sec for the recording of moving objects, as can the transfer of charges from the light-sensitive elements 20 into the vertical bucket chains 70.
  • the spectral characteristic based on a pixel of the resulting image, would have to be changed twice, that is to say between the first and the second and the third partial image. This could be done by moving the CCD sensor twice.
  • FIG. 11 schematically shows the detail of a CCD image sensor with a color mosaic filter 74, which makes the individual sensor elements 20 sensitive to yellow (Y) and cyan (C).
  • the CCD sensor 1 remains in its place during the recording of the first and the second partial image.
  • a filter is placed mechanically or optically (for example with the aid of a liquid crystal component) between the recordings for the two partial images

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Abstract

Eine digitale Farbkamera eignet sich für das digitale Fotografieren, auch von bewegten Objekten, mit Hilfe nur eines einzigen CCD-Flächensensors mit Farbmosaikfilter, indem in rascher zeitlicher Aufeinanderfolge zwei Teilbilder aufgenommen werden, beispielsweise durch Verwendung eines Doppelblitzes, und zwischen den beiden Aufnahmen die spektrale Charakteristik für die Bildpunkte des zu erzeugenden Farbbildes geändert wird, beispielsweise dadurch, dass nach der Aufnahme des ersten Teilbildes der CCD-Flächensensor um einen Rasterabstand vertikal verschoben wird. Aus den dadurch erhaltenen zwei Farbauszügen für jedes Bildelement wird die Information für den fehlenden dritten Farbauszug rechnerisch ermittelt, ohne dass die für eine Farbkamera mit Farbmosaikfilter ansonsten typischen Farbverfälschungen aufgrund des Farbalias auftreten.

Description

Digitale Farbkamera für die elektronische Fotografie
Die Erfindung betrifft eine digitale Farbkamera mit einem Flächensensor, insbesondere CCD-Flächensensor, aus matrixförmig angeordneten lichtempfindlichen Sensorelementen mit einem Farbmosaikfilter ent- sprechend mindestens zwei Farbauszügen, und mit einer Belichtungssteuereinrichtung, die zur Aufnahme eines Farbbildes in zeitlicher Folge Teilbilder erzeugt.
Üblicherweise werden CCD-Flächensensoren in Videokameras verwen- det, man kann mit ihnen jedoch auch Einzelbilder erzeugen. Zur Herstellung von Farbbildern, die die vollständige Farbinformation eines Objektbildes beinhalten, verwendet man einen Farbbildwandler mit einem Satz von drei CCD-Flächensensoren mit zugehörigen Farbfiltermasken, so daß die einzelnen Flächensensoren jeweils eine Farbe er- fassen, beispielsweise die Grundfarben Rot (R), Blau (B) und Grün (G).
Die lichtempfindlichen Sensorelemente eines Interline- Transfer-CCD- Flächensensors haben baulich bedingt eine Flächengröße, die etwa nur halb so groß ist wie der Rasterabstand, das heißt, zwischen den einzel- nen Sensorelementen befinden sich lichtunempfindliche Bereiche. Hierdurch geht natürlich ein Teil der Bildinformation verloren.
Um den Preis eines Farbbildwandlers zu senken, wurde bereits vorgeschlagen, anstelle dreier CCD-Flächensensoren nur einen solchen Sensor zu verwenden, wobei sich auf dem Flächensensor ein Farbmosaikfilter für drei Farbauszüge befindet. Dabei bilden drei einander benachbarte Sensorelemente dann ein Färb- Auflösungselement. Die örtliche Auflösung bei solchen Farbbildwandlern ist natürlich relativ gering, verglichen beispielsweise mit einem monochromen Bildwandler mit einem CCD-Flächensensor. Von dem Erfinder wurde ein demgegenüber stark verbesserter Farbbildwandler vorgeschlagen, der nur einen CCD-Flächensensor mit einem Farbmosaikfilter mit drei Farbauszügen enthält. Die Aufnahme erfolgt in drei Schritten, jeweils ein Schritt für ein Teilbild, wobei in einem Zyklus von drei Schritten der CCD-Flächensensor relativ zu dem Objektbild mit Hilfe von piezoelektrischen Stellgliedern derart bewegt wird, daß nacheinander jeder Bildpunkt auf eines von drei Bildsensorelementen für die drei Farbauszüge fällt. (EP-A-0 396 687).
Dieses Prinzip der zeitlich gestaffelten Aufnahme von Teilbildern mit anschließendem Zusammensetzen der Teilinformationen zu einem einheitlichen Farbbild hat sich bewährt. Allerdings eignet sich dieser bekannte Farbbildwandler nur zur Aufnahme ruhender Objekte. Dies ist aufgrund der Bauweise der CCD-Flächensensoren als unvermeidbar angesehen worden; denn an die bei üblichen CCD-Flächensensoren 20 msec (Fernsehnorm) bzw. 100 ms (hochauflösende Sensoren) betragende Aufladezeit, in der in jedem einzelnen Bildsensorelement Photonen aufgefangen werden, schließt sich ein Schritt des Auslesens der Ladungen an. Das Auslesen der Bildinformation aus dem Sensor dauert etwa so lange wie das in der jeweils vorausgehenden Zeitspanne erfolgende
Ansammeln der Ladungen und läßt sich praktisch nicht beschleunigen. Will man drei Teilbilder mit einem solchen CCD-Flächensensor aufnehmen, so benötigt man also mindestens einen Zeitraum, der etwa vier Zeitintervallen zum Ansammeln von Ladungen oder Auslesen der La- dungsinformation entspricht, nämlich drei Ladungsansammel-Zeitspannen und - um eine Zeitspanne versetzt - drei Auslese-Zeitspannen. Dazu kommt noch die Zeit zum (mechanischen) Verlagern des CCD-Flächensensors relativ zu dem Objektbild. Dieses Verlagern des Sensors muß zwischen den einzelnen Teilbildaufnahmen erfolgen.
Bei ruhenden Objekten spielt die relativ lange Zeit für die oben geschilderten Abläufe keine Rolle. Bei sich bewegenden Objekten geht aber wesentliche Bildinformation zwischen den Aufnahmen der einzelnen Teilbilder verloren. Betrachtet man einen einzelnen Bildpunkt, von dem nacheinander drei Aufnahmen entsprechend den drei Farbauszügen gemacht werden, so befindet sich ein gedachter Punkt eines sich bewegenden Objekts bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes schon nicht mehr exakt an der Stelle, an der er sich bei der Aufnahme des ersten Teilbildes befunden hat, und bei Aufnahme des dritten Teilbildes schließlich befindet sich der Objektpunkt höchstwahrscheinlich an einer ganz anderen Stelle. Werden die Informationen der drei Farbauszüge dann zusammengesetzt, so werden Informationen von verschiedenen Objektpunkten zusammengesetzt, was sich durch unerwünschte Farb- Störungen bemerkbar macht.
Natürlich kann man zum Photographieren sich bewegender Objekte ("Schnappschuß") einen Farbbildwandler mit drei separaten CCD- Flächensensoren vorsehen, jedoch würde ein derartiger Farbbildwandler aufgrund seines sehr hohen Preises kaum kommerziell nutzbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Farbkamera anzugeben, die einerseits nur einen einzigen CCD-Flächensensor benötigt und andererseits auch die Aufnahme bewegter Objekte in guter Qualität ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zur Aufnahme eines Farbbildes zwei Teilbilder in einem zeitlichen Abstand aufgenommen werden, der kürzer ist als die zweite Zeitspanne, die zum Auslesen eines Teilbildes aus dem Sensor benötigt wird, und daß zwischen den beiden Aufnahmen die spektrale Charakteristik zumindest für einen Teil der Bildpunkte des zu erzeugenden Farbbildes umschaltbar ist.
Das letztgenannte Merkmal ist im Prinzip bereits aus der vorerwähnten EP-A-0 396 687 bekannt: von ein und demselben Bildpunkt werden nacheinander durch verschieden eingefärbte Sensorelemente verschiedene Farbauszüge gewonnen. Das Ändern der spektralen Charakteristik kann in der unten noch näher erläuterten Weise auf verschiedenen Wegen erfolgen, beispielsweise durch Verschieben des CCD-Flächensensors gegenüber dem Objektbild in eine bestimmte Richtung und um einen bestimmten Betrag.
Das weitere erfindungsgemäße Merkmal betrifft den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen für die einzelnen Teilbilder. Zunächst einmal muß der zeitliche Abstand zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder klein genug sein, damit ein sich bewegendes Objekt und dementsprechend das dazugehörige Objektbild sich in Bezug auf den CCD-Flächensensor nicht wesentlich verlagern kann. Auch bei relativ schnell bewegten Objekten soll noch eine scharfe Aufnahme mit im wesentlichen korrekter Farbinformation möglich sein.
Die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilaufnahmen kann aber auch nicht extrem stark verkürzt werden; denn für beide Teilauf- nahmen benötigen die einzelnen Sensorelemente eine gewisse Zeit, um
Photonen in einer Menge einfangen zu können, die eine signifikante Information darstellt. Ferner wird zwischen den zwei Teilaufnahmen noch eine zeitliche Lücke benötigt, in welcher die spektrale Charakteristik für die einzelnen Bildpunkte geändert wird.
Versuche mit Ausführungsbeispielen der Erfindung haben gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Farbbildwandler scharfe Farbbilder hergestellt werden können, die praktisch frei von Farbaliasstörungen sind. Wurde bislang davon ausgegangen, daß für solche qualitativ hochstehen- den Farbbilder drei Farbauszüge unerläßlich sind, so hat der Erfinder erkannt, daß es nicht unbedingt notwendig ist, an jedem Bildort die Information von drei Auszügen zur Verfügung zu haben. Stehen pro Bildelement zwei Farbauszüge zur Verfügung und in unmittelbarer Nachbarschaft der fehlende dritte Farbauszug, so läßt sich durch ein- fache Rechnung der Wert für den dritten Farbauszug an dem jeweiligen
Bildelement ermitteln. Betrachtet man beispielsweise drei nebeneinanderliegende Bildpunkte mit den Indizes "1", "2" und "3", an denen jeweils die Farbinformation für Grün (Gl, G2, G3) und teilweise für Blau und Rot (Bl, R2, B3) vorliegt, so läßt sich zum Beispiel für den mittleren Punkt der Wert von Blau nach der Formel berechnen:
B2 = G2 x (Bl + B3) Gl + G3
Der für je einen Bildpunkt noch fehlende Farbauszug läßt sich in der oben angegebenen oder in anderer Weise durch Rechnen gewinnen.
Neben der Erkenntnis, daß bereits zwei Farbauszüge für die einzelnen
Bildpunkt genügen, um ein qualitativ hochstehendes Farbbild zu erzeugen, ist auch die Erkenntnis wichtig, daß auch bei bewegten Objekten nicht unbedingt eine "gleichzeitige" Aufnahme für sämtliche Bildpunkte stattfinden muß, sondern daß es ausreicht, wenn die Teilbilder in einem relativ kurzen zeitlichen Abstand nacheinander aufgenommen werden.
Das Aufnehmen von Bildern nacheinander in kurzem zeitlichen Abstand ist an sich bereits bekannt, und zwar für Darstellungen eines Bewegungsablaufs. Während es hierbei speziell darum geht, durch zwei kurz nacheinander aufgenommene Bilder unterschiedliche Bewegungsphasen zu ermitteln, geht es bei der Erfindung im Gegenteil darum, trotz zeitlichen Abstands zwischen zwei Aufnahmen ein Bild zu erzeugen, welches scheinbar nur einem einzigen Zeitpunkt entspricht.
Erfindungsgemäß spielt die Funktionsweise der üblichen CCD-Flächen- sensoren eine beträchtliche Rolle. Wie erwähnt, sind zur Aufnahme eines Bildes bei solchen CCD-Flächensensoren zwei Zeitintervalle notwendig, das erste Zeitintervall dient zum Ansammeln von Ladungen in dem jeweiligen Bildsensorelement, das zweite Intervall dient zum Auslesen dieser Ladungen. Allerdings erfolgt die dem Auslesen vorangehen- de Übertragung der Ladungen aus den Sensorelementen in die vertikalen
Eimerketten z. B. eines Interline-Transfer-CDD-Sensors in weniger als 1 μs, so daß anschließend das Photoelement wieder bereit ist zum Ansammeln neuer Ladungen. Während dann das "zweite" Teilbild aufgenommen wird, werden die zu dem "ersten" Teilbild gehörigen La- düngen in an sich bekannter Weise aus diesen vertikalen Eimerketten ausgelesen. Die vollständige Zeit zum Auslesen eines Bildes bei solchen CCD-Flächensensoren gibt bei Fernsehbildsequenzen die mittlere Bildrate vor, so daß diese mittlere Bildrate sich nicht über die durch das Auslesen des Bildes vorgegebene Grenze hinaus steigern läßt. Erfin- dungsgemäß jedoch erfolgt eine Verkürzung des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Teilaufnahmen. Dies ist nur deshalb möglich, weil eine Beschränkung auf nur zwei Teilbilder erfolgt. Die erste Zeitspanne, in der Ladungen in den einzelnen Sensorelementen angesammelt werden, wird beispielsweise halbiert. Nach Beendigung des verkürzten Ladungs- ansammel-Zeitraums wird die Belichtung der Sensorelemente unterbunden, es erfolgt der kurze Ladungstransfer aus dem Photoelement des jeweiligen Bildsensorelements in die zugehörige Ladungseimerkette, und dann wird mit dem Auslesen des "ersten" Teilbildes begonnen. Nachdem die spektrale Charakteristik für den betreffenden Bildpunkt geändert ist, wird mit dem Aufnehmen des "zweiten" Teilbildes begonnen. Mit Hilfe dieser für einen üblichen CCD-Flächensensor völlig untypischen Arbeitsweise wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, mit nur einem Sensor von Farb-Alias praktisch völlig freie Farbbilder von sich bewegenden Objekten zu erzeugen.
Die obigen Betrachtungen betreffen vornehmlich sogenannte Progressiv- Scan-Interline-Transfer-Sensoren, bei denen in den Eimerketten Platz für das vollständige Bild ist, und die sich daher ideal für eine digitale Kamera eignen. Die Erfindung ist aber auch mit sogenannten Fernsehbild- Interline-Transfer- und Frame-Interline-Sensoren ausführbar. Bei diesen kann zwar nur die Hälfte der Sensorelemente ausgewertet werden, dafür sind sie aber wegen ihres geringen Preises für Kameras gemäß der Erfindung interessant. Der Frame-Interline-Sensor verfügt über eine Speicherzone neben dem Bildfeld und kann drei voneinander unabhän- gige Bilder in einem sehr kurzen Zeitraum liefern. Zusätzlich zu den zwei in der oben erläuterten Weise aufgenommenen Teilbildern kann also noch ein drittes Bild aufgenommen werden, so daß für jeden Bildort sämtliche drei Farbauszüge quasi simultan gewonnen werden können. Farb-Alias-Artefakte können damit vollständig vermieden werden. In einer speziellen Ausgestaltung kann - wie bereits erwähnt - die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildem durch Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor erfolgen. Betrachtet man einen einzigen Bildpunkt des zu erzeu- genden Farbbildes, so wird beim ersten Teilbild dieser Bildpunkt zum
Beispiel mit einem für Rot empfindlichen Sensorelement aufgenommen, und beim zweiten Teilbild mit einem zum Beispiel für Grün empfindlichen Sensorelement. Damit wird dieser Bildpunkt also mit zwei verschiedenen spektralen Charakteristika erfaßt. Dies gilt auch für die übrigen Bildpunkte.
Das Farbmosaikfilter ist so beschaffen, daß es drei Farbauszügen entspricht. Bei einem solchen Farbmosaikfilter kann beispielsweise entsprechend den hellen Feldern eines Schachbretts jedes zweite Sensor- element der Matrix des Flächensensors für Grün empfindlich sein, wobei die verbleibende Hälfte der Sensorelemente abwechselnd für Rot und für Blau empfindlich ist.
Die Relativverschiebung kann einem ganzzahligen Vielfachen eines Pixelabstands entsprechen, und zwar in horizontaler oder in vertikaler
Richtung. Am günstigsten ist es, den Flächensensor zwischen der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes vertikal, d.h. in y-Richtung zu bewegen, weil dann der Umstand ausgenutzt wird, daß in dieser Richtung die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche der Sensorele- mente größer als in x-Richtung ist, Positionierfehler also weniger Auswirkung haben.
Alternativ kann die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern auch durch eine Relativverschiebung in dia- gonaler Richtung erfolgen, v/obei jeweils um ein halbes Pixel in X-
Richtung und um ein halbes Pixel in Y-Richtung verschoben wird. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Farbmosaikfilter für drei Farbauszüge verwendet. Durch diese Verschiebung des Flächensensors wird das zweite Teilbild an solchen Bildorten aufgenommen, die in den Zwischenräumen zwischen den Bildorten des ersten Teilbildes liegen.
Bei einem üblichen Interline-Transfer-CCD-Flächensensor, bei dem die Abmessungen der wirksamen Lichteintrittsfläche eines Sensorelements etwa dem halben Rasterabstand zwischen benachbarten Sensorelementen entspricht, wird bei der Aufnahme eines Teilbildes immer nur etwa ein Viertel der gesamten Bildinformation aufgenommen. Durch das Diagonalverschieben wird ein weiteres Viertel der Bildinformation aufge- nommen (doppelte Auflösung). Allerdings liegt dann für jeden aufgenommenen Bildpunkt nur Farbinformation entsprechend einem einzigen Farbauszug vor. Wegen der geringeren Information für die Farbe ist diese Ausführungsform weniger günstig als die oben beschriebene Ausführungsform mit Verschiebung um volle Rasterabstände.
Auch hier handelt es sich um eine Änderung der spektralen Charakteristik. Man kann sich das entstehende Bild mit einer vierfachen Anzahl von Bildpunkten, also jeweils der doppelten Anzahl in x- und y-Richtung vorstellen. Es werden nun einige Bildpunkte, die beim ersten Teilbild überhaupt nicht erfaßt wurden (spektrale Null- Charakteristik), beim zweiten Teilbild mit einem farbigen Sensorelement erfaßt, während andererseits alle Bildpunkte, die beim ersten Teilbild mit einem farbigen Sensorelement erfaßt wurden, beim zweiten Teilbild überhaupt nicht (mit spektraler Null-Charakteristik) erfaßt werden. Die Hälfte aller Bild- punkte des gedachten entstehenden Bildes vierfacher Anzahl von Bildpunkten wird weder vom ersten noch vom zweiten Teilbild erfaßt. Der Wechsel zwischen Nichterfassen (Null-Charakteristik) und Erfassen (mit Farbfilter) eines Bildpunktes bedeutet ebenfalls eine Änderung der spektralen Charakteristik im Sinne der Erfindung.
Der Flächensensor läßt sich in der Bildebene vertikal und/oder horizontal verschieben, wozu vorzugsweise von Piezostellgliedern Gebrauch gemacht wird. In Frage kommen allerdings auch magnetostriktive, elektrodynamische oder andere Stellglieder. Die Relativ Verschiebung zwischen dem Flächensensor und dem Objektbild kann auch durch optische Maßnahmen erfolgen, beispielsweise durch Verschwenken eines im Strahlengang befindlichen Prismas, mit Hilfe einer Kerr-Zelle oder durch Verändern der Polarisation in Zusammenwirkung mit doppelbrechenden Materialien.
Das Ändern der spektralen Charakteristik zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder kann auch durch Ändern der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe der lichtempfindlichen Sensorelemente mit
Hilfe eines Farbfilters erfolgen, welches selektiv in den Strahlengang einbringbar ist oder welches sich dauernd im Strahlengang befindet und die Möglichkeit bietet, seine Durchlässigkeit zu ändern. Beispielsweise kann man als permanent im Strahlengang befindliches Farbfilter ein Flüssigkristallbauelement vorsehen. Eine weitere Möglichkeit zum Ändern der spektralen Charakteristik besteht darin, durch Anlegen veränderlicher elektrischer Spannungen an den CCD-Flächensensor den spektralen Empfindlichkeitsverlauf der Photodioden des Sensors zu variieren. Es ist dann keine Relativverschiebung zwischen Objektbild und Flächensensor erforderlich.
Zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder wird der Betrieb der Sensorelemente, das heißt das Ansammeln von Ladungen in den einzelnen Sensorelementen unterbunden. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, wie es nachstehend erläutert wird. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, daß man das Objekt in der Übergangsphase beim Ändern der spektralen Charakteristik dunkel hält, also verhindert, daß Licht auf den Flächensensor fällt. Hierzu kann man zum Beispiel das Objekt für jede Teilbildaufnahme mit einem Blitz beleuchten. Um gleichzeitig eine Änderung der spektralen Charakteristik zu erreichen, kann man bei der Aufnahme des ersten Teilbildes mit einem farblosen Blitz und bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes mit beispielsweise einem grünen Blitz photographieren. Zwei verschiedenfarbige Blitze sind allerdings nur dann sinnvoll, wenn der Farbsensor ein Farbmosaikfilter mit nur zwei verschiedenen Farben aufweist und somit zur Gewinnung des mindestens erforderlichen dritten Farbauszugs die spektrale Charakteristik global verändert werden soll.
Die oben erwähnten zwei aufeinanderfolgenden Blitze können durch ein einziges Blitzlichtgerät erzeugt werden, oder mit Hilfe eines Geräts mit zwei Blitzlampen. Diese Maßnahmen haben den Zweck, ein Verwischen des Bildes (Bewegungsverwischung, spektrale Verwischung) zu unterbinden. Zu diesem Zweck kann man auch daran denken, die während des Umschaltens der spektralen Charakteristik erzeugte Ladung in den
Bildsensorelementen elektrisch zu löschen.
Um den zeitlichen Abstand der Aufnahme der zwei Teilbilder zu verkürzen, kann man einen optischen/mechanischen Verschluß verwenden. Mit dessen Hilfe lassen sich die effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind hier definitionsgemäß die Mitten der jeweiligen ersten Zeitspannen, in denen normalerweise Ladungen in den einzelnen Sensorelementen angesammelt werden, genau einstellen. Diese effektiven Belichtungszeitpunkte können auch durch "aktive Beleuchtung" erreicht werden, das heißt man kann das zu photographierende Objekt mit entsprechend zeitlich abgestimmten Blitzen photographieren.
Wie oben erläutert, werden zum Erzeugen von qualitativ hochstehenden Farbbildern in zwei kurz aufeinanderfolgenden Zeitspannen Teilbilder erzeugt, wobei durch zwischen den Aufnahmen der Teilbilder erfolgende
Umschaltung der spektralen Charakteristik für zumindest einen Teil der Bildpunkte Teil-Farbinformationen erhalten werden. Um aus diesen Teilinformationen weitere Farbinformation zu berechnen, werden die vom CCD-Sensor kommenden analogen Bilddaten mit Hilfe eines Ana- log/Digital-Wandlers digitalisiert, so daß sie in einer Recheneinheit verarbeitet werden können. Man kann die Farbinformation bezüglich der einzelnen Teilbilder innerhalb der den erfindungsgemäßen Farbbildwandler aufnehmenden Kamera verarbeiten, man kann die Bildinformation aber auch so, wie sie nach der Analog/Digital-Umwandlung vorliegt, Zwischenspeichern, um die Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt vorzunehmen.
Die Erfindung bietet eine Reihe von speziellen Vorteilen, die gleichsam als Nebenprodukte der erfindungsgemäßen Maßnahmen anfallen: wenn man den CCD-Sensor mit Hilfe eines piezoelektrischen Stellglieds zwischen den Aufnahmen der Teilbilder verschiebt, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, durch Wackelnlassen des Sensors Informationen für eine automatische Kalibrierung und zur Fokussierung zu gewinnen. Durch Vergleich der beiden Teilbilder kann man Information darüber gewinnen, ob das Objekt sich gegebenenfalls zu schnell bewegt, um eine scharfe Aufnahme zu erhalten. Gegebenenfalls kann für den Benutzer ein Warnsignal erzeugt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen digitalen Farbkamera;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines horizontal und vertikal ver- schieblich gelagerten CCD-Flächensensors;
Fig. 3 einen Ausschnitt der Oberfläche des Sensors nach Fig. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt ähnlich wie Fig. 3, wobei eine Verschiebungsrichtung des CCD-Flächensensors angegeben ist;
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, jedoch nach erfolgter Verschie- bung vertikal nach unten, wobei die aus beiden Teilbildern gewonnene
Farbinformation dargestellt ist; Fig. 6 einen ähnlichen Ausschnitt der Oberfläche eines CCD-Sensors mit einem Verschiebungsvektor entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 den Ausschnitt des CCD-Sensors nach Fig. 6 nach erfolgter
Verschiebung, wobei sämtliche von beiden Teilbildern erfaßten Bildpunkte dargestellt sind;
Fig. 8 ein Impulsdiagramm, welches die Arbeitsweise der erfindungs- gemäßen Farbkamera verdeutlicht;
Fig. 9 und 10 schematische Darstellungen eines Progressive-Scan-Inter- line-Transfer-CCD-Flächensensors (Fig. 9) bzw. eines Progressiv-Scan- Frame-Interline-Transfer-CCD-Flächensensors (Fig. 10);
Fig. 11 einen Ausschnitt aus der Oberfläche eines CCD-Flächensensors für eine dritte Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 12 die effektive Lichtempfindlichkeit der Sensorelemente eines Sensors mit Farbfiltermuster gemäß Fig. 11, wenn die spektrale Empfindlichkeitscharakteristik z.B. durch das Einfügen eines nur für Grün durchlässigen Filters verändert wird.
Fig. 1 zeigt schematisch eine digitale Farbkamera, die ähnlich aufgebaut ist wie eine übliche Kamera, mit der beispielsweise 35-mm-Filme belichtet werden. Anstelle der Einzelbildebene eines herkömmlichen Films befindet sich an der betreffenden Stelle in der erfindungsgemäßen Farbkamera ein CCD-Flächensensor 1 , der mit Hilfe von Piezostellgliedern 3 an einer Halterung 2 gelagert ist. Von einem Objekt 78 wird ein Ob- jektbild mit Hilfe eines Objektivs 16 auf den CCD-Flächensensor proji- ziert. Im Strahlengang, also vor, im oder hinter dem Objektiv 16 befinden sich ein Verschluß 17 und eine Blende 76. Der CCD-Flächensensor ist je nach speziellem Ausführungsbeispiel ein Progressiv-Scan-Interline- Transfer-CCD-Flächensensor, oder - alternativ - ein normaler Interline- Transfer-CCD-Flächensensor für das Fernseh-Halbbild-Verfahren, ein Frame-Interline-Transfer-CCD-Flächensensor für das Fernseh-Halbbild- Verfahren mit zusätzlicher Speicherzone, ein Progressive-Scan-Frame- Interline-Transfer-CCD-Flächensensor mit zusätzlicher Speicherzone und Vollbild- Verfahren oder ein Frame-Transfer-CCD-Flächensensor. Bevorzugt wird ein Progressive-Scan-Interline-Transfer-CCD-Flächensensor für den Vollbildbetrieb, da bei Sensoren mit Halbbildbetrieb die erzielbare vertikale Auflösung bei der erfindungsgemäßen Kamera auf die Hälfte sinkt. Dennoch ist der Einsatz solcher Sensoren trotz des genann- ten Nachteiles durchaus interessant, da sie in großen Stückzahlen für
Videokameras produziert werden und deshalb sehr billig sind.
Der Betrieb der Kamera wird gesteuert von einer Zentraleinheit (CPU) 5, die Steuersignale auf einen Treiber 7 für die Piezostellglieder 3, auf einen CCD-Treiber 8, eine Verschlußsteuerung 9 und eine Blitzsteuerung
10 gibt. Die von dem CCD-Flächensensor 1 kommenden analogen Bildsignale werden von einem Analog/Digital-Wandler 6 umgesetzt und in die CPU 5 zur Speicherung und/oder Bildverarbeitung eingegeben. Über Schnittstellen 12 und 14 ist die Zentraleinheit 5 mit einem externen Rechner 13 bzw. mit einem externen Bildspeicher 15 verbindbar. Das
Gehäuse der Kamera ist durch den Block 77 angedeutet.
An das Kameragehäuse 77 ansetzbar ist ein Blitzlichtgerät 18 mit einem Reflektor und ein oder zwei Blitzlampen 19, deren Arbeitsweise weiter unten erläutert wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich der CCD-Flächensensor 1 aufgrund der piezoelektrischen Stellglieder 3 in horizontaler Richtung (X- Richtung) und vertikaler Richtung (Y-Richtung) in Bezug auf den äußeren Rahmen der Halterung 2 verschieben. Die zum Verschieben des
CCD-Sensors 1 anzulegenden variablen Spannungen werden von der Zentraleinheit 5 über den Piezo-Treiber 7 angelegt. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Oberfläche des CCD-Sensors 1. Man erkennt die einzelnen Sensorelemente 20 und das Farbmosaikfilter 21 für die einzelnen Sensorelemente. G bedeutet, daß das betreffende Sensorelement empfindlich für die Farbe Grün (G) ist. Gemäß Fig. 3 ist so- wohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung jedes zweite Sensorelement 20 empfindlich für Grün (G). In jeder zweiten Reihe und jeder zweiten Spalte ist jedes zweite Sensorelement empfindlich für Blau (B) bzw. Rot (R).
Fig. 4 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 3, wobei jedoch einige zusätzliche Information in Fig. 4 enthalten ist. Beispielsweise ist durch einen Vektor Vv angegeben, in welcher Richtung der CCD-Sensor 1 nach der Aufnahme eines ersten Teilbildes (Fig. 3) verschoben wird, um in der zweiten Stellung ein zweites Teilbild aufzunehmen.
Gemäß Fig. 4 besitzen die einzelnen Bildsensoren 20 einen Rasterabstand dH und dv in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Die Größe der einzelnen Sensorelemente 20 entspricht etwa dem halben Rasterabstand. Zwischen den Aufnahmen zweier Teilbilder wird der CCD-Sensor in Richtung des Pfeils Vv um einen Rasterabstand bewegt, so daß ein imaginärer Punkt A des Sensors sich bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes an der Stelle B befindet.
Während der Aufnahme des ersten Teilbildes gemäß Fig. 3 empfangen die vier Sensorelemente in der ganz rechts dargestellten Spalte Farbinformation für die Farben B, G, B bzw. G der betreffenden Bildpunkte, die Sensorelemente in der zweiten Spalte von rechts empfangen Information betreffend die Farben G, R, G bzw. R für die diesen Sensorelementen entsprechenden Bildpunkte, etc.
Rechts in Fig. 4 sind drei übereinander liegende Bildpunkte Pyi, Pyi+ 1 und Pyi+2 dargestellt. Der von dem Ausschnitt des CCD-Sensors 1 in beiden Teilbildern überdeckte Bereich ist durch ein "Objektbild" I gestrichelt angedeutet. Nach der Aufnahme des ersten Teilbildes gemäß Fig. 3 wird durch Anlegen von entsprechenden Spannungen an die piezoelektrischen Stellglieder 3 der CCD-Sensor um die Strecke Vv entsprechend einem ver- tikalen Rasterabstand dv verschoben, bevor die zweite Teilaufnahme erfolgt. Rechts in Fig. 5 sind wieder die drei Bildpunkte Pyi bis Pyi+2 dargestellt. Man sieht, daß nach der Aufnahme des zweiten Teilbildes für diese drei Bildpunkte oder Bildorte Pyi bis Pyi +2 jeweils zwei Farbauszüge zur Verfügung stehen, nämlich GA, B^, GA vom ersten Teil- bild und BB, GB, BB vom zweiten Teilbild (für die unterste Zeile von
Bildpunkten stehen nur die beim zweiten Teilbild gewonnenen Farbauszüge, für die oberste Zeile von Bildpunkten nur die beim ersten Teilbild gewonnenen Farbinformationen zur Verfügung, weshalb diese Zeilen in Fig. 5 in Klammern gesetzt sind).
In der zweiten Spalte von rechts in Fig. 5 ist zu erkennen, daß dort für jeden Bildpunkt die Farbauszüge G und R verfügbar sind. Man kann nun nach relativ einfachen Rechenregeln aus all diesen Farbinformationen den jeweils dritten Farbauszug für jeden Bildpunkt berechnen, beispiels- weise nach der eingangs angegebenen Formel.
Nach dem Berechnen des jeweils dritten Farbauszugs können von den insgesamt dann zur Verfügung stehenden Bildinformationen Farbbilder erzeugt werden, beispielsweise ausgedruckt werden. Hierzu wird die in Fig. 1 als Block dargestellte Kamera an einen Speicher oder einen externen Rechner angeschlossen, um die Daten der Farbbilder zur Weiterverarbeitung zu übertragen. Das Errechnen der Information für den jeweils dritten Farbauszug kann intern in der Kamera selbst erfolgen, jedoch alternativ auch extern in dem in Fig. 1 rechts unten dargestellten Rech- ner 13.
Fig. 6 und 7 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden für jeweils einen Bildpunkt nicht zwei Farbauszüge aufgenommen, sondern es wird für ein entstehendes Bild mit doppelter Auflösung in x- und y-Richtung nur jeweils ein Farbauszug aufgenommen, und zwar für jeden zweiten Bildpunkt des entstehenden Bildes. Fig. 6 zeigt die Verschiebungsrichtung und den Verschiebungsbetrag VD für die Verschiebung des CCD-Sensors 1 zwischen der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, liegt nach der Aufnahme des zweiten Teilbildes Information für eine Anzahl von Bildpunkten vor, die doppelt so groß ist wie die Anzahl der Sensorelemente des CCD-Sensors 1. Aufgrund der diagonalen Verschiebung um jeweils einen halben Sensor- element-Rasterabstand wird die effektive Auflösung in beiden Achsrichtungen verdoppelt. Allerdings steht für jeden erfaßten Bildpunkt nur noch 1/3 der vollständigen Farbinformation, nämlich jeweils nur ein Farbauszug, zur Verfügung. Da aber die Hälfte der Bildpunkte des entstehenden Bildes doppelter Auflösung überhaupt nicht erfaßt wird, steht sogar im Mittel nur 1/6 der vollständigen Farbinformation zur
Verfügung. Diese Ausführungsform ist daher bezüglich der Farbwiedergabequalität etwas ungünstiger als die Ausführungsform, die oben in Verbindung mit den Figuren 4 bis 5 erläutert wurde, da die Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 anfälliger gegenüber Farb-Alias- Störungen ist. Für Vorlagen, von denen bekannt ist, daß sie unbunt sind, zum Beispiel schwarzer Text auf weißem Hintergrund, kann unter Kenntnis dieses Vorwissens die zweite Ausführungsform der Erfindung sehr vorteilhaft genutzt werden.
Für die Schwarz/ Weiß -Aufnahme von bunten Vorlagen kann die zweite
Ausführungsform in Verbindung mit einem Schwarz/Weiß-Sensor, d.h. einem Sensor ohne Farbmosaikfilter, zur praktisch artefaktfreien Verdopplung der Auflösung des Sensors eingesetzt werden, wobei auch hier die Aufnahme bewegter Objekte möglich ist.
Fig. 8 zeigt in Form eines Impulsdiagramms die zeitliche Folge des Ablaufs an verschiedenen Teilen des Farbbildwandlers nach Fig. 1.
Fig. 8a) zeigt die horizontale Zeitachse in Einheiten von Millisekunden. In Fig. 8b) ist schematisch der periodische Normalbetrieb eines Progres- siv-Scan-Interline-Transfer-CCD-Sensors 1 dargestellt. Die durch Einfangen von Photonen entstehenden Elektronen werden innerhalb einer Belichtungszeitspanne 35, deren Dauer T, beträgt, angesammelt. Auf der
Ordinate in Fig. 8b) ist die bei konstantem Lichteinfall mit der Zeit linear wachsende Ladung eines hier betrachteten einzelnen Sensorelements des CCD-Sensors 1 dargestellt. Die Mitte jeder Belichtungszeitspanne 35 ist mit 41 bezeichnet und wird hier als "effektiver Be- lichtungszeitpunkt" bezeichnet. Zwei benachbarte "effektive Belichtungszeitpunkte" 41 haben einen zeitlichen Abstand T, voneinander.
Am Ende der Belichtungszeit wird mit einem Übertragungsimpuls 43 oder 75 das bis dahin angesammelte Ladungspaket aus dem betrachteten Sensorelement in die dazugehörige vertikale Eimerkette übertragen.
Nach dieser Übertragung kann der nächste Belichtungs Vorgang beginnen. In Fig. 8b) sind vier aufeinanderfolgende Belichtungsvorgänge 37, 38, 39 und 40 dargestellt.
Nach dem Übertragen des Ladungspakets aus dem betrachteten Sensorelement in die zugehörige Eimerkette aufgrund des Impulses 43 oder 75 erfolgt das Auslesen, Fig. 8d) zeigt die Ausleseintervalle 32 für den jeweils vorausgehenden Belichtungsvorgang 36, 37, 38, bzw. 39. Die Zeitspanne für das Belichten mit der Dauer T, wird hier auch als "erste Zeitspanne" bezeichnet, die Zeitspanne für das Auslesen entsprechend dem Ausleseintervall 32 wird hier auch als "zweite Zeitspanne" bezeichnet.
In Fig. 8e) ist der Lichtdurchlässigkeitsverlauf des Verschlusses 17 (siehe Fig. 1) dargestellt. Zu einem Zeitpunkt 46 wird der Verschluß geöffnet, und es beginnt ein Zeitintervall T2, zu dessen Ende die Belichtung für ein erstes Teilbild beendet wird aufgrund des Übertragungsimpulses 75 (Fig. 8c). Die Mitte des Zeitintervalls T2 ist mit 48 bezeichnet und bedeutet ähnlich wie die Zeitpunkte 41 in Fig. 8b) den "effektiven Belichtungszeitpunkt" für das erste Teilbild. Nach Ablauf der ersten Zeitspanne T2, also nach Beendigung des Belichtungsvorgangs für das erste Teilbild, wird der CCD-Flächensensor 1 gemäß Fig. 4 und 5 vertikal nach unten um einen Rasterabstand bewegt, so daß die einzelnen Sensorelemente dann um einen Bildpunkt nach unten verrückt sind.
Fig. 8h) zeigt die zeitlich zunehmende, angesammelte Ladung in dem hier betrachteten einzelnen Bildsensorelement. Der Anstieg der Ladung beginnt naturgemäß erst, nachdem durch Öffnen des Verschlusses Licht auf den Sensor fallen kann, und endet, wenn der Verschluß geschlossen wird. Nachdem die Ladung bei 53 einen gewissen Wert erreicht hat, erfolgt die Übertragung von dem Sensorelement in die zugehörige Eimerkette, und durch in Fig. 8g) dargestellte Löschimpulse 60 werden während dieser Impulszeit der Impulse 60 Ladungen gelöscht, die in dem Sensorelement durch Lichteinfall entstehen.
Wie in Fig. 8i) zu sehen ist, beginnt kurz nach Beendigung der bei 53 gezeigten Belichtung das Ausleseintervall 32 (53). Die Dauer dieses Vorgangs läßt sich nicht verkürzen und entspricht dem "Normalbetrieb" des CCD-Sensors.
Nach den Löschimpulsen beginnt der Belichtungsvorgang bei 54 für das zweite Teilbild, nachdem gemäß Fig. 8f) der verschobene CCD-Sensor in seiner zweiten Position angekommen ist. Es schließt sich wieder eine Zeitspanne T2 mit dem "effektiven Belichtungszeitpunkt" 48 an. Der zeitliche Abstand 49 zwischen den beiden effektiven Belichtungszeitpunkten 48 ist kleiner als der normale zeitliche Abstand T, zwischen zwei effektiven Belichtungszeitpunkten in Fig. 8b).
Nach Ende der zweiten Zeitspanne T2 wird der Verschluß gemäß Fig.
8e) geschlossen, so daß sich keine weiteren Ladungen mehr ansammeln, was durch den horizontalen Endabschnitt des Ladungsverlaufs 54 in Fig. 8h) dargestellt ist. Nach Ende des Auslesens des ersten Teilbildes wird das entsprechende Ladungspaket 54 in die zugehörige Eimerkette des Sensorelements übertragen, anschließend erfolgt das Auslesen der Information in dem Ausleseintervall 32 (54) in Fig. 8i). Nach Ende des Intervalls 32 (54) steht die gesamte Information der beiden Teilbilder zur Verfügung. Die aus dem CCD-Sensor 1 kommende analoge Bildinformation wird von dem Analog/Digital-Wandler 6 in Digitalwerte umgesetzt und an die Zentraleinheit 5 gegeben. In dieser Zentraleinheit 5 oder in einem externen Rechner 13 erfolgt dann die Weiterverarbeitung der Bildinformation, um die noch fehlende Information für den dritten Farbauszug zu errechnen.
Der oben geschilderte Ablauf kann in der gleichen Weise stattfinden, wenn von der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 7 Gebrauch gemacht wird, nur daß in diesem Fall eine etwas modifizierte Berechnung der fehlenden Farbauszugsinformation erfolgt.
Fig. 8j) zeigt schematisch die von einer Blitzlampe 19 dargestellte Lichtleistung 61 dar. Wenn der Verlauf der Kurve in Fig. 8j) prinzipiell bekannt ist, läßt sich der Anfangszeitpunkt für den Blitz so einstellen, daß für das erste und das zweite Teilbild jeweils eine gleich große Licht- menge verfügbar ist.
Fig. 8k) zeigt die Ladungsmenge in dem betrachteten Bildsensorelement bei Verwendung des Blitzlichts gemäß Fig. 8j).
Fig. 81) zeigt die Lichtleistung für einen Doppelblitz, der anstelle des
Blitzes mit der Lichtleistung gemäß Fig. 8j) verwendet werden kann.
Fig. 8m) zeigt die Ladungsansammlung (Signalverläufe 53 und 54) für die beiden Teilbilder entsprechend den Doppelblitzen 63 in Fig. 81). Fig. 8n) zeigt Lösch-Impuls-Bursts 66 mit dazwischen liegenden Impulspausen 47, wonach ein Dauerauslesebetrieb des CCD-Sensors 1 bei geöffnetem Verschluß 17 stattfindet, so daß der Benutzer das Gerät einstellen (fokussieren etc.) kann, wobei die Dauer des Impuls-Bursts 66 so gewählt ist, daß die wirksame Belichtungszeit für das betreffende Bildsensorelement etwa der Zeitspanne T2 in Fig. 8e) entspricht.
Fig. 9 zeigt schematisch einen Progressiv-Scan-Interline-Transfer-CCD- Flächensensor 1 in Schwarz/Weiß-Version mit den bereits erwähnten
Sensorelementen 20, den vertikalen CCD-Eimerketten 70 in Dreiphasen- Ausführung, die eine Speicherzone bilden und den Progressiv-Scan- Betriebsmodus erlauben (im Gegensatz zu dem in der Fernsehtechnik üblichen Zeilensprungverfahren). An die vertikalen Eimerketten schließt sich eine horizontale CCD-Eimerkette 71 und an diese ein Ausgangsverstärker 72 an.
Die CCD-Sensor- Ausschnitte nach den Fig. 3 bis 7 entsprechen der Darstellung nach Fig. 9, wobei in den Fig. 3 bis 7 jedoch die CCD- Eimerketten 70 und 71 und der Ausgangsverstärker 72 fortgelassen sind.
Fig. 10 zeigt schematisch einen Progressiv-Scan-Frame-Interline-Trans- fer-CCD-Flächensensor 1 in Schwarz/Weiß-Version mit einer zusätzlichen, optisch abgedeckten Speicherzone 73. Ein solcher Sensor ermöglicht die rasch aufeinanderfolgende Aufnahme von drei Teilbildern und damit die völlige Vermeidung von Farb-Alias-Störungen; denn der
Transfer aus den vertikalen Eimerketten 70 in die Speicherzone 73 kann mit 1/1000 sec auch noch schnell genug für die Aufnahme bewegter Objekte erfolgen, wie auch der Transfer von Ladungen aus den lichtempfindlichen Elementen 20 in die vertikalen Eimerketten 70.
Bei einem Farbbildwandler mit dem in Fig. 10 dargestellten CCD-Sensor müßte die spektrale Charakteristik, bezogen auf einen Bildpunkt des entstehenden Bildes, zweimal geändert werden, also jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten und dem dritten Teilbild. Dies könnte durch zweimaliges Verschieben des CCD-Sensors geschehen. Dabei wird natürlich immer noch Gebrauch gemacht einerseits von dem erfindungsgemäßen Merkmale des Umschaltens der spektralen Charakteristik zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilbildern und andererseits von dem Merkmal, daß zwei Teilbilder in einem verkürzten zeitlichen Abstand bezüglich der "zweiten Zeitspanne" aufgenommen werden.
Fig. 11 zeigt schematisch den Ausschnitt eines CCD-Bildsensors mit einem Farbmosaikfilter 74, der die einzelnen Sensorelemente 20 empfindlich für Gelb (Y) und Cyan (C) macht. Der CCD-Sensor 1 bleibt während der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes an seiner Stelle stehen. Zwischen den Aufnahmen für die beiden Teilbilder wird mechanisch oder optisch (zum Beispiel mit Hilfe eines Flüssigkristall- bauelements) ein Filter vor den CCD-Sensor gebracht, im vorliegenden
Fall ein Grünfilter. Beim ersten Teilbild nehmen die für Cyan (C) empfindlichen Sensorelemente dann die Information entsprechend der Summe der Farben Blau und Grün auf, die anderen Sensorelemente für Gelb (Y) nehmen Farbinformation für Grün plus Rot auf. Bei der Auf- nähme des zweiten Teilbildes wird also durch das Grünfilter im Strahlengang nur der jeweilige Grün-Anteil zu den Sensorelementen durchgelassen, so daß sowohl die für Cyan (C) als auch die für Gelb (Y) empfindlichen Sensorelemente nur noch die Farbinformation für Grün empfangen, wie in Fig. 12 dargestellt. Damit stehen auch bei dieser Ausführungsform zwei Farbauszüge für jedes Sensorelement zur Verfügung, woraus sich die Information für den dritten Farbauszug errechnen läßt. Auch bei dieser Ausführungsform wird also erfindungsgemäß zwischen den Aufnahmen für zwei in kurzer Folge aufgenommene Teilbilder die spektrale Charakteristik für die Bildpunkte umge- schaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Digitale Farbkamera mit einem Flächensensor (1), insbesondere CCD-Flächensensor, aus matrixförmig angeordneten, lichtempfindlichen Sensorelementen (20) mit einem Farbmosaikfilter (21) entsprechend mindestens zwei Farbauszügen, und mit einer Belichtungssteuereinrichtung (5, 8, 9, 10), die zur Aufnahme eines Farbbildes in zeitlicher Folge Teilbilder erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme eines Farbbildes zwei Teilbilder in einem zeitlichen Abstand aufgenommen werden, der kürzer ist als die Zeitspanne, die zum Auslesen eines Teil- bildes aus dem Sensor benötigt wird, und daß zwischen den beiden
Teilbildaufnahmen die spektrale Charakteristik zumindest für einen Teil der Bildpunkte des zu erzeugenden Farbbildes umschaltbar ist.
2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farb- mosaikfilter mindestens drei Farbauszüge aufweist und die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern durch Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor (1) erfolgt.
3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Relativverschiebung in horizontaler Richtung um ganzzahlige Vielfache des Pixelabstands (dH) oder in vertikaler Richtung um ganzzahlige Vielfache des Pixelabstands (dv) erfolgt.
4. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Farbmosaikfilter vorzugsweise drei Farbauszügen entspricht und die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern durch eine Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor (1) um ein halbes Pixel in x-Richtung und um ein halbes Pixel in der dazu senkrechten y-Richtung erfolgt, wobei die x- und die y-Richtung durch die Matrix der Sensorelemente (20) vorgegeben werden.
5. Kamera nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächensensor (1) in der Bildebene verschiebbar angeordnet ist.
6. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildem durch Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe der lichtempfindlichen Sensorelemente erfolgt.
7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch ein in den Strahlengang eingebrachtes oder daraus entferntes oder ausgewech- seltes Farbfilter erfolgt.
8. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch die Veränderung des spektralen Durchlässigkeitsverlaufs eines sich per- manent im Strahlengang befindliches Farbfilters erfolgt.
9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem permanent im Strahlengang befindlichen, veränderlichen Farbfilter um ein Flüssigkristallbauelement handelt.
10. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der spektralen Empfindlichkeitsverläufe der zwei Teilbilder durch veränderliche elektrische Spannung erfolgt, die an den CCD-Sensor angelegt werden und den spektralen Empfindlichkeitsverlauf der Photodioden des CCD-Sensors verändern.
11. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch Veränderung der Beleuchtung des Objekts erfolgt, z.B. durch einen färb- losen Blitz für das erste Teilbild und einen grünen Blitz für das zweite Teilbild.
12. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich- net, daß es sich bei dem CCD-Flächensensor (1) um einen Interline-
Transfer-CCD-Sensor handelt.
13. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Interline-Transfer-CCD-Sensor um einen Progressive-scan-Sen- sor, d.h. um einen Sensor handelt, der nicht im Zeilensprungverfahren arbeitet.
14. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Veränderung der spektralen Charakteristik einfallende Licht zu keinem der beiden Teilbilder beiträgt.
15. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch elektrisches Löschen der während der Veränderungszeit in dem Flächensensor erzeugten Ladung.
16. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Verhindern des Lichteinfalls auf den Flächensensor während der Veränderung der spektralen Charakteristik.
17. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Unterbrechen des Strahlengangs zwischen Objekt undXCD-Flächensensor (1) während des Veränderns der spektralen Charakteristik.
18. Kamera nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch das aktive Beleuchten des Objekts mit einem Doppelblitz, wobei zwischen den beiden Blitzen die Veränderung der spektralen Charakteristik erfolgt.
19. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere zeitliche Abstand der effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind die Mitten (41) der jeweiligen ersten Zeitspanne, zu denen die zwei Teilbilder aufgenommen werden, erzeugt wird durch die Verwendung eines optischen/mechanischen Verschlusses.
20. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere zeitliche Abstand der effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind die Mitten (41) der jeweiligen ersten Zeitspanne, zu denen die zwei Teilbil- der aufgenommen werden, erzeugt wird durch die Verwendung aktiver
Beleuchtung.
21. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Beleuchtung mittels eines Blitzes erfolgt.
22. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Beleuchtung mittels eines Doppelblitzes erfolgt.
23. Kamera nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Dop- pelblitz durch Verwendung von zwei nacheinander gezündeten Blitzröhren (19) erzeugt wird.
24. Kamera nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelblitz durch zweifaches Zünden ein und derselben Blitzröhre erzeugt wird.
25. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog/Digital-Wandler die analogen Bilddaten des CCD-Sensors digitalisiert.
26. Kamera nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Bilddaten einer Speicher - und Recheneinheit (5) zugeführt werden, die das entstehende Farbbild erzeugt.
27. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die entstehenden Farbbilder in dem Farbbildwandler-System gespeichert werden, z.B. in einer auswechselbaren PCMCIA-Karte.
28. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die entstehenden Farbbilder direkt an einen Rechner (13) übertragen werden.
29. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeich- net, daß die Bildauflösung weiter gesteigert wird durch die Aufnahme von mehr als zwei Teilbildem, die relativ zueinander verschoben sind.
30. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschieben des Flächensensors (1) Piezostellglieder (3) vorgesehen sind.
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