NL8901784A - Automatische contrastbesturingsinrichting van een video-camera. - Google Patents

Description

Automatische contrastbesturingsinrichting van eenvideo-camera.

De uitvinding heeft betrekking op een automatischecontrastbesturingsinrichting voor een video-camera, in hetbijzonder een besturingsinrichting, waarbij het signaal-niveau van het donkere gedeelte automatisch kan wordeni bestuurd, teneinde een grote contrastverhouding te verkrijgenvolgens het gemiddelde niveau van het video-signaal en hetvoetstuksignaal bij video-camera's en video-monitoren.

Wanneer het niveau van het ingangsvideo-signaalbeneden het constante referentieniveau lag, werd in het1 verleden de grote versterking toegepast, terwijl bij bovenhet referentieniveau liggend niveau het ingangssignaalonveranderd werd doorgegeven. De overdrachtsverhouding (ofversterkingsfactor) tussen de ingang en de uitgang wasderhalve anders beneden het constante referentieniveau.

Anders gezegd, aangezien de versterkingsfactor voor hetsignaal beneden het constante referentieniveau sterkafhankelijk is van het gemiddelde niveau van het video¬signaal, is de relatieve ruis hoger in het geval het hoogsteniveau van het videosignaal laag is, terwijl wanneer hetgemiddelde niveau van het videosignaal boven het referentie¬niveau ligt, het referentieniveau onnodig is aangezien hetvastligt op het lage niveau ten gevolge van de signaal/ruis-verhouding (S/N). Indien derhalve geen signaal beneden hetreferentieniveau bestaat of het meeste signaal boven hetreferentieniveau ligt, kan geen enkel werkzaam effekt wordenverwacht.

De onderhavige uitvinding beoogt in verband hier¬mede een automatische contrastbesturingsinrichting van de inde aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij een helderbeeld kan worden verkregen met grote contrastverhouding doorhet verlagen van het laagste niveau van het video-signaaltot het voetstuksignaal, waardoor automatisch het totalecontrast wordt bestuurd.

Volgens de uitvinding wordt het laagste niveau vanhet video-signaal met niveau’s beneden het referentieniveaugedetecteerd en het wordt verlaagd tot het niveau, dat wordt bepaald door de uitgangen van de gemiddelde-beeldsignaal-detector en de voetstukniveaudetector, zodat het contrastvan het totale signaal automatisch kan worden ingesteld. Bijde stand van de techniek kan het referentieniveau niet opeen hoog niveau worden ingesteld vanwege het signaal/ruis-verhoudingsprobleem. Volgens de onderhavige uitvinding ishet referentieniveau echter niet van belang voor de signaal-versterking en bepaalt dit referentieniveau alleen hetdetectiebereik voor het video-signaal, waarbij tevens deversterkingsfactor variabel wordt vastgesteld volgens hetlaagste niveau van het signaal en het voetstuksignaalniveau,samenvallende met de toestand van het video-signaal. Decontrastverhouding wordt op geschikte wijze ingesteld doorgebruik te maken van het uitgangssignaal van de gemiddelde-beeldsignaaldetector. Volgens de uitvinding wordt eenautomatische contrastbesturingsinrichting voor een video¬camera verschaft, die wordt gekenmerkt door een voetstuk-niveau-bemonster- en -houdcircuit voor het video-signaal,dat wordt geklemd op het voetstukniveau door de klemimpuls,een detectiecircuit voor een beneden het referentieniveauliggend signaal voor het verwijderen van onnodig signaaldoor onderdrukking, teneinde alleen het beneden hetreferentieniveau liggende signaal te detecteren, eenlaagste-waardedetectiecircuit voor het detecteren van delaagste waarde van het gemiddelde beeldsignaal, dat wordtgedetecteerd door een detectiecircuit voor het gemiddelde-beeldsignaal, en het geklemde video-signaal, een vergelij-kingscircuit voor het vergelijken van het uitgangssignaalvan het laagste-waardedetectiecircuit met het gemiddeldesignaalniveau voor de versterking en een versterkings-circuit met variabele versterkingsfactor voor het variërenvan de versterking van het detectiecircuit voor het benedende referentiewaarde liggende signaal, waardoor het laagstesignaalniveau wordt ingesteld op het door het voetstuk¬niveau en het gemiddelde niveau bepaalde niveau.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan dehand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld isweergegeven.

Fig. 1 geeft een schema weer van een uitvoerings- vorm van de contrastbesturingsinrichting volgens deuitvinding.

Fig. 2 geeft een aantal diagrammen weer tertoelichting van de werking van de inrichting uit fig. 1.

Het video-signaal wordt geklemd door de klemimpulsvan het klemcircuit 1 en toegevoerd aan het voetstukniveau-bemonster- en -houdcircuit dat bestaat uit een veldeffekt-transistor (FET) Q6, waaraan de klemimpuls wordt geleverd,een signaallaadcondensator C3 en een als emittervolgergebruikte operationele versterker IC3. Het uitgangssignaalvan het klemcircuit 1 wordt ook geïntegreerd door eenweerstand R22 en condensators C4 en C5 via een FET Q8,waaraan het complexe onderdrukkingssignaal wordt geleverd enwelke deel uitmaken van een gemiddeld-beeldsignaaldetectie-circuit 25, dat het geïntegreerde signaal als uitgangssignaallevert. Voorts wordt het uitgangssignaal van het klemcircuit1 via een gelijkstroomversterker 2 toegevoerd aan hetdetectiecircuit 15 voor beneden het referentieniveau liggendsignaal.

Het uitgangssignaal van het klemcircuit 1 wordtversterkt door een verschilversterker met eenzijdigeuitgang, die bestaat uit transistors Q2 en Q3, waarbij decollectoruitgang van de transistor Q3 is verbonden met deemitter van een signaalafsnijtransistor Q4, alsmede met debasis van een transistor Q5. De emitteruitgang van detransistor Q5 is teruggekoppeld naar de basis van detransistor Q3 en is tevens verbonden met het versterkings-deel 30 met variabele versterkingsfactor in het detectie¬circuit 15.

Daarbij wordt de ingestelde referentiespanningdoor een variabele weerstand VR1, een transistor R1 en eencondensator Cl toegevoerd aan de basis van de signaalafsnij-transistor Q4, waardoor de stuurspanning van de transistorQ4 wordt bepaald. Een weerstand R13 en een zenerdiode D2zijn aangesloten op de collector van de transistor Q4, zodatde afsnijspanning wordt bepaald, terwijl de condensator C6de wisselspanningssignaalafsnijwerking stabiliseert.

Anderzijds wordt de referentiespanning, die wordtbepaald door de variabele weerstand VR1, de weerstand R1 en de condensator Cl toegevoerd aan de drain-elektrode van deFET Q1 en de uitgang van de FET Ql, die wordt gestuurd doorde verticale stuurpuls, wordt toegevoerd aan de operationeleversterker IC2 van het vergelijkingscircuit 10 via hetlaagste-waardedetectiecircuit 5, dat bestaat uit een diodeDl, een condensator C2 en een operationele versterker IC1.

De uitgangen van het voetstukniveau-bemonster- en-houdcircuit 20 en het gemiddelde-beeldsignaaldetectiecircuit25 worden toegevoerd aan een inverterende ingang (-) van deversterker IC2. Het uitgangssignaal van het laagste-waarde¬detectiecircuit 5 wordt derhalve vergeleken met deuitgangssignalen van het voetstukniveau-bemonster- en-houdcircuit 20 en het gemiddelde-beeldsignaaldetectie-circuit 25, waardoor de verschilwaarde wordt verkregen.

De uitgang van het vergelijkingscircuit wordttoegevoerd aan de FET Q7, zodat het uitgangssignaal van hetdetectiecircuit 15 voor het beneden het referentieniveauliggende signaal een variabele versterking ondergaat. Ditversterkte signaal wordt geleverd aan de operationeleversterker IC5 via de inverterende operationele versterkerIC4 en opgeteld bij het video-signaal, dat wil zeggen hetuitgangssignaal van het klemcircuit 1, zodat hetsamengestelde video-signaal wordt verkregen.

Zoals hierboven werd opgemerkt dient de inrichtingvolgens de uitvinding voor het verkrijgen van een helderbeeldscherm door het automatisch instellen van het contrastvan de helderheidssignaalcomponent in het video-signaal,wanneer het ingangsvideo-signaal wordt toegevoerd aan hetklemcircuit en wordt geklemd door de klemimpuls en hetuitgangssignaal van hét klemcircuit 1 wordt toegevoerd aanhet voetstukniveau-bemonster- en -houdcircuit 20.

In dit circuit 20 wordt, wanneer de klemimpuls methoog niveau wordt geleverd aan de basis van de FET Q6, hetuitgangssignaal van het klemsignaal overgedragen van dedrain- naar de source-elektrode van de FET Q6 en geladen inde condensator C3, terwijl bij klemimpuls van laag niveau deFET Q6 wordt uitgeschakeld en de spanning van de condensatorC3 tengevolge van de opgeslagen elektrische lading wordtovergedragen door de als emittervolger werkzame versterker IC3 en deze spanning wordt vastgehouden totdat de volgendeklemimpuls wordt geleverd. Hierbij wordt de spanning van eenknooppunt A geleverd aan de weerstand R3 van hetvergelijkingscircuit.

Een uitgangssignaal van het klemcircuit 1 wordtgeleverd aan de drain-elektrode van de FET Q8 van hetgemiddelde-beeldsignaaldetectiecircuit 25 en de FET wordtaangeschakeld gedurende de effectieve beeldtijd door hetcomplexe onderdrukkingssignaal, dat aan de poort-elektrodevan de FET Q8 wordt geleverd, zodat het beeldsignaal wordtgeïntegreerd door de integrerende weerstand R22 en decondensators C4 en C5 en toegevoerd aan een knooppunt B. Hetuitgangssignaal van het gemiddelde-beeldsignaaldetectie-circuit, de spanning van dit knooppunt B, wordt geleverd aande weerstand R4 van het vergelijkingscircuit 10.

Nadat het uitgangssignaal van het klemcircuit 1 isversterkt door de versterker 2, wordt het toegevoerd aan debasis van de transistor Q2 van de eenzijdige verschil-versterker via de instelweerstand R7, welke deel uitmaaktvan het detectiecircuit 15 voor het beneden het referentie-niveau liggende signaal, teneinde alleen het signaal benedenhet referentieniveau te detecteren en het uitgangssignaalvan de verschilversterker wordt geleverd op de collector vande transistor Q3, waarbij de weerstand R9 in de collectortakvan de transistor Q3 is opgenomen.

Het collectoruitgangssignaal van de transistor Q3wordt toegevoerd aan de emitter van de signaalafsnij-transistor Q4 en de basis van de buffertransistor Q5,waarbij van de emitterweerstand R12 van de transistor Q5 eenuitgangssignaal wordt afgenomen dat wordt toegevoerd aan de 'basis van de transistor Q3 via de weerstanden R10 en Ril,waardoor een negatief terugkoppelcircuit ontstaat en dewerking wordt gestabiliseerd.

Anderzijds wordt de referentiespanning, die wordtbepaald door de variabele weerstand VR1, de deelweerstand R1en de omloopcondensator Cl, toegevoerd aan de basis van designaalafsnijtransistro Q4d en vormt de instelspanning vandeze basis, welke de inschakelspanning van de transistor Q4bepaalt. De weerstand R13 voor de spanningsdeling en een zenerdiode D2 zijn verbonden met de collector van detransistor Q4, waardoor de afsnij spanning van een signaalwordt vastgesteld, waarbij de afsnijwerking voorwisselstroomsignaal door de omloopcondensator C6 wordtgestabiliseerd.

Het uitgangssignaal van de emitter van detransistor Q5 wordt toegevoerd aan het onderdrukkingscircuit3 en na onderdrukking door het complexe onderdrukkingssignaaltijdens de horizontale en verticale onderdrukkingsperioden,wordt het toegevoerd aan het laagste-waardedetectiecircuit 5via de diode Dl. Hierbij heeft de FET Q1 van het laagste-waardedetectiecircuit 5 tot taak het laagste-waardedetectie¬circuit 5 terug te stellen gedurende de verticale periode ende verticale stuurimpuls wordt dan ook toegevoerd aan depoort-elektrode van de FET Q1 via de instelweerstand R2,zodat de FET Q1 aan is wanneer de stuurimpuls een hoogniveau heeft.

De laadcondensator C2 wordt opgeladen tot hetvastgestelde referentieniveau door de variabele weerstandVR1 en de weerstand R1 wanneer de FET geleidend is, dat wilzeggen de verticale stuurimpuls een hoog niveau heefttijdens de verticale onderdrukkingsperiode. De laadspanningvan de condensator C2 wordt daarentegen via de diode Dlontladen volgens het uitgangssignaalniveau van het onder¬drukkingscircuit 3, zodat het wordt ontladen tot de som vande bepaalde spanning, dat wil zeggen de voorwaartseinschakelspanning (aanliggend spanning) van de diode Dl ende laagste spanning van het signaalniveau.

Om dit te voorkomen is volgens de uitvinding hetsignaal van het onderdrukkingscircuit 3 groot gemaakt, zodatde invloed van de vaste doorlaatspanning van de diode Dlbuiten beschouwing kan worden geladen en de spanning van decondensator C2 wordt toegevoerd aan de versterker IC1, dieals emittervolger werkt. Het uitgangssignaal van deversterker IC1 wordt geleverd aan een niet-inverterendeingang (+) van de operationele versterker IC2 via devariabele weerstand VR2 voor een variëren van deversterkingsfactor en R6 is een terugkoppelweerstand.

Anderzijds worden de uitgangssignalen van het voetstukniveau-bemonster- en -houdcircuit 20 en hetgemiddelde-beeldsignaaldetectiecircuit 25, de signalen vande knooppunten A en B, na sommeren door de weerstanden R3, R4 en R5, toegevoerd aan de inverterende ingang van dei versterker IC2. Deze versterker IC2 vergelijkt het uitgangs¬niveau van het laagste-waardedetectiecircuit 5 met deuitgangsniveaus van de circuits 20 en 25, waardoor hetverschilniveau wordt verkregen. Dit uitgangssignaal wordttoegevoerd aan de poortelektrode van de FET Q7 via deinstelweerstand R15, welke transistor als variabeleweerstand werkt, zodat de gewenste variabele versterking kanworden bereikt. Anders gezegd de variabele versterking kanworden verkregen door de weerstand R4, de FET Q7, devariabele weerstand VR3 en de operationele versterker IC4,zodat het beneden het referentieniveau liggende signaal vanhet circuit 15 wordt toegevoerd aan de weerstand R14 en dedrain-source-weerstand van de FET Q7.

Voorts wordt het ingangsvideo-signaal afkomstigvan het klemcircuit 1 toegevoerd aan de niet-inverterendeingang (+} van de als verschilversterker werkzameoperationele versterker IC5 via de weerstanden R19 en R20 ende uitgang van de inverterende versterker IC4 wordttoegevoerd aan de inverterende ingang (-) van de versterkerIC5 via de weerstand R17. Anders gezegd, de laagste waardevan de signalen beneden het referentieniveau wordt bemonsterden de bemonsterde laagste waarde stelt de versterkingsfactorvan de versterker met variabele versterkingsfactor volgenshet verschil, zodat de laagste waarde hetzelfde kan zijn alshet niveau, dat wordt bepaald door het voetstukniveau en hetgemiddelde beeldsignaalniveau. Het versterkte signaal van deversterker met variabele versterkingsfactor wordt opgeteldbij het oorspronkelijke ingangsvideo-signaal ofwel hetgeïnverteerde compensatiesignaal wordt toegevoegd aan hetingangsvideo-signaal.

De onderhavige uitvinding verschaft derhalve eenhelder en zacht beeld door het automatisch besturen van hetcontrast van de helderheidscomponent van het video-signaal.

Ter toelichting van een voorbeeld van de onder¬havige uitvinding is fig. 2 opgenomen. De fig. 2(a) en (b) tonen de korte verticale stuurpuls resp. het complexe ofsamengestelde (horizontale + verticale) onderdrukkings-signaal. Fig. 2(c) is een ingangsvideo-signaal als voorbeeldvan het gehermoduleerde signaal, waarbij het niveau van delaagste waarde boven het referentieniveau ligt, zodat detotale contrastverhouding laag is. Fig. 2(d) is een signaalbeneden referentieniveau, zoals bepaald door de variabeleweerstand VR1 en fig. 2(e) is het signaal na de onder¬drukking van (d). Fig. 2(f) is een gecompenseerd signaal,waarbij het beneden het referentieniveau liggende signaal isgecompenseerd volgens de onderhavige uitvinding en deuitgang van de operationele versterker levert het geïnver¬teerde signaal hiervan. Fig. 2(g) is het uiteindelijkeuitgangsvideo-signaal, dat op de uitgang van de versterkerIC5 verschijnt, waarbij het signaal van een donker deel isgecompenseerd en de totale zwart/witverhouding groot wordt,zodat een helder beeldscherm kan worden verkregen. Fig. 2(h)is een toepassingsvoorbeeld van de onderhavige uitvinding nahet aanbrengen van een nieuwe schakelaar, waarbij hetgecompenseerde signaal, waarbij de contrastverhouding wordtbestuurd volgens de onderhavige uitvinding, door middel vande schakelaar kan worden verkregen. De onderhavigeuitvinding kan worden toegepast op een video-camera voor dehelderheidscomponenten van het video-signaal, doch kan ookworden toegepast bij de signaalverwerking voor de helderheidvan een monitor of televisietoestel. Voorts kan deuitvinding worden toegepast bij een videoband, zodat eenhelder video-signaal met grote contrastverhouding kan wordenbereikt.

Zoals hierboven reeds werd opgemerkt, kan deonderhavige uitvinding automatisch de totale contrastverhou¬ding van het video-signaal besturen door afleiden van hetlaagste signaal van het video-signaal en dit te vergelijkenmet het voetstuksignaal en het gemiddelde videosignaal enhet laagste niveau van het video-signaal te verlagen tot hetvoetstuksignaalniveau, waardoor het video-signaal met grotecontrastverhouding wordt verkregen, zodat een helder beeldwordt bereikt en de vergeleken contrastverhouding tijdens deverticale periode van het video-signaal kan worden verkregen, waarbij ook het bekende probleem, zoals de afnamevan de signaal/ruisverhouding en het niet-werkzamereferentieniveau, kan worden opgeheven, aangezien hetlaagste signaal wordt aangepast aan het niveau zoals bepaalddoor het voetstukniveau en het gemiddelde niveau.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voor¬gaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kaderder uitvinding op verschillende manieren kan wordengevarieerd.

Claims (2)

1. Automatische contrastbesturingsinrichting vooreen video-camera of dergelijke, gekenmerkt door een voetstuk-niveau-bemonster- en -houdcircuit (20) voor het video¬signaal, dat op het voetstukniveau wordt geklemd door deklemimpuls, een detectiecircuit voor een beneden eenreferentieniveau liggend signaal voor het verwijderen vanhet onnodige signaal door onderdrukking, teneinde alleen hetsignaal onder het referentieniveau te detecteren, eenlaagste-waardedetectiecircuit (5) voor het detecteren van delaagste waarde van het gemiddelde beeldsignaal, dat wordtgedetecteerd door een gemiddelde-beeldsignaaldetectiecircuit,en het geklemde video-signaal, een vergelijkingscircuit (10)voor het vergelijken van het uitgangssignaal van het laagste-waardedetectiecircuit met het gemiddelde signaalniveau voorde versterking en een versterkingscircuit met variabeleversterkingsfactor voor het variëren van de versterking vanhet signaal van het detectiecircuit voor het beneden hetreferentieniveau liggende signaal, waardoor het laagstesignaalniveau wordt verhoogd tot het door het voetstukniveauen het gemiddelde niveau bepaalde niveau.

2. Besturingsinrichting volgens conclusie 1, methet kenmerk, dat het detectiecircuit (15) het beneden hetreferentieniveau liggende signaal detecteert door hetgeklemde video-signaal te sturen door een afsnijtransistor(Q4) en een buffertransistor (Q5) na het passeren vantransistors (Q2, Q3).