DE2522342C3

DE2522342C3 - Farbfernsehkamera

Info

Publication number: DE2522342C3
Application number: DE2522342A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. 6729 Hagenbach Lins
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-05-20
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE2522342B2; DE2522342A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbfernsehkamera mit einem optischen System zur Farbzerlegung und Abbildung eines Bildes auf die lichtempfindlichen Flächen von Bildaufnahmeelementen unterschiedlichen Auflösungsvermögens, von denen das mit der höchsten Auflösung eine Fernsehaufnahmeröhre ist.

Eine derartige Fernsehkamera ist in der DE-AS 90 027 beschrieben. Sie enthält zur Aufnahme des Leuchtdichtesignals eine Aufnahmeröhre hohen Auflösungsvermögens, z. B. ein Image-Orthikon, und zur Erzeugung der Farbartsignale Aufnahmeröhren vom Vidicontyp. Bei der Wiedergabe eines mit dieser Kamera aufgenommenen Farbbildes gewährleistet das breitbandige Leuchtdichtesignal eine detailreiche Wiedergabe, während die Vidiconröhren für eine fleckenfreie Farbwiedergabe sorgen. Die drei Röhren sind gleichartige Bauelemente, bei denen ein in einem Zeilenraster abgelenkter Elektodenstrahl eine Signalplatte abtastet.

Aus den Druckschriften »IEEE Intercon Technical Papers«, 1974, March 26-29, Session 2, Seiten 1 bis 15, und der Zeitschrift »wireless world«, März 1975, Seiten bis 138, ist es ferner bekannt, als Bildaufnahmeelemente nicht Röhren, sondern Fotodiodenanordnungen, sogenannte CCD's (Charge-Coupled-Devices) zu verwenden, in denen Fotodioden in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Belichtung der einzelnen Fotodioden wird zyklisch abgefragt. Solche Anordnungen sind als integrierte Bausteine hergestellt. Wegen ihrer geringen Abmessungen können mit ihnen sehr kompakte Farbfernsehkameras aufgebaut werden, die, wenn CCD's höchster Qualität verwendet werden, auch Bilder guter Qualität liefern. Werden aber CCD's eingesetzt, deren Preis mit dem von Aufnahmeröhren vergleichbar ist, genügen die mit solchen Kameras erzeugten Bilder keinen hohen Ansprüchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Farbfernsehkamera der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei kompaktem Aufbau und vertretbarem Aufwand Bilder hoher Qualität liefert. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bildaufnahmeelemente mit niedriger Auflösung Fotodiodenanordnungen sind. Eine derartige Kamera arbeitet in der Weise, daß die Aufnahmeröhre ein Bild mit guter Qualität, insbesondere hoher Auflösung liefert, das von den mit den Fotodiodenanordnungen gewonnenen Bildern geringerer Qualität ergänzt wird. Insgesamt wird ein Farbbild guter Qualität erhalten.

Im Prinzip können alle bekannten Typen von optischen Systemen zur Farbzerlegung (Farbtciler) verwendet werden. Liefert der Farbteiler die Farbkomponenten Rot, Grün, Blau, so liegt die Femsehaufnahmeröhre vorteilhaft im Strahlengang der Farbkomponente Grün, da diese im allgemeinen den größten Informationsanteil von Bildern enthält. Im Roten und vor allem im Blauen ist das menschliche Auge weniger empfindlich, so daß Unscharfen in diesen Bereichen die Qualität der Bildwiedergabe nicht störend beeinträchtigen. Aus demselben Grunde wird man bei Verwendung eines Farbteilers, der das Bild in eine weiße, eine blaue und eine rote Komponente zerlegt, die weiße Komponente mit der Röhre aufnehmen. Man erhält dann ein Schwarz-Weiß-Bild guter Qualität, das durch die von den Fotodiodenanordnungen aufgenommenen Farbkomponenten in der Farbe ergänzt wird.

Die Fotodioden sind entsprechend dem Abtastraster

der Aufnahmeröhre angeordnet. Beim üblichen Zeilenraster ist die Anordnung matrixförmig und so ausgerichtet, daß ihren Zeilen die Abtastzeilen der Fernsehaufnahmeröhre entspricht. Der flache Aufbau der Fotodiodenanordnung hat in jedem Fall den Vorteil, daß die Kamera klein gehalten werden kann. Es kann auf die in vielen Farbteilern eingesetzten Umlenkspiegel verzichtet werden.

Fotodiodenanordnungen mit einem Auflösungsvermögen, wie es für die Fernsehnorm von 625 Zeilen und ca·. 1000 Bildpunkten je Zeile erreicht wird, sind schwierig herzustellen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die durch Abtasten einer Fotodiodenzeile gewonnenen Videosignale gespeichert und entsprechend dem Verhältnis der Fernsehzeilen zu den verfügbaren Fotodiodenreihen wiederholt wiedergegeben.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführüngsbeispiels der Erfindung; in

Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels dargestellt;

F i g. 3 veranschaulicht die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2; .

F i g. 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

F i g. 5 verdeutlicht die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 4.

In F i g. 1 ist mit KA eine Farbfernsehkamera mit einem Objektiv O und eine Farbteiler FA bezeichnet. Farbteiler und Objektiv sind in bekannter Weise aufgebaut. Der Farbteiler FA zerlegt das vom Objektiv O aufgenommene Bild in drei Komponenten. Die grüne Komponente oder eine in der Farbe unveränderte Komponente wird auf die lichtempfindliche Schicht einer Aufnahmeröhre AR vom Fotoleitfähigkeitstyp, z. B. ein Plumbicon, abgebildet. Die rote Komponente gelangt auf eine matrixförmige Fotodiodenanordnung CCD 1 und die blaue Komponente auf eine zweite Fotodiodenanordnung CCD 2. Die Ausgangssignale dieser drei Bildaufnahmeelemente CCDl, CCD 2, AR werden in bekannter Weise in einer Farbmatrix verarbeitet, in der in bekannter Weise ein Leuchtdichtesignal und zwei Farbdifferrnzsignale gewonnen werden können. Das Leuchtdichtesignal wird im wesentlichen aus dem Ausgangssignal der Aufnahmeröhre AR gebildet, da deren Ausgangssignal am besten zum Erzeugen von Wiedergabebildern hoher Qualität geeignet ist.

Wie schon erwähnt, sind die Fotodiodenanordnungen CCDl und CCD2 matrixförmig, d.h. die Fotodioden sind in Reihe und Spalten angeordnet. Die vom Objektiv O auf die Aufnahmeelemente CCDl, CCD 2 und AR projizierten Bilder werden sychron abgetastet, d. h. es werden, wie es beim Farbfernsehen üblich ist, zur gleichen Zeit die Videosignale der drei Komponenten eines Bildpunktes gewonnen. Die Fotodiodenanordnungen sind daher so auszurichten, daß die Matrixzeilen in einer der Abtastrichtung des Elektronenstrahls AR entsprechenden Richtung liegen.

Besonders einfach ist, wie im Falle der Anordnung nach Fig.l, der Aufbau einer Kamera, wenn die Farbkomponenten in gleicher Größe auf die Aufnahmeelemente abgebildet werden. Da die Fotodiodenanordnungen im allgemeinen eine kleinere lichtempfindliche Fläche als Fernsehaufnahmeröhren haben, kann man entweder die auf die Fotodiodenanordnungen projizierten Farbauszüge optisch verkleinern oder den auf die Aufnahmeröhre AR gelangenden Auszug vergrößern. Auch ist es möglich, nur einen Bereich der fotoempfindlichen Schicht der Röhre AR auszunutzen, der gleich der Fläche der Fotodiodenanordnungen ist.

Die Fotodiodenanordnungen brauchen nicht dasselbe Auflösungsvermögen wie die Aufnahmeröhre AR haben. Man kommt mit Anordnungen von 100 χ 100 Dioden, also etwa mit '/so der beim Fernsehen üblichen Auflösung aus. Hierzu werden die von einer Fotodiode aufgenommenen Signale zur Farbkorrektur von mehreren von der Aufnahmeröhre AR aufgenommenen Bildpunkten verwendet. F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der die Videosignale der Fotodiodenanordnung zur Korrektur von drei aufeinanderfolgenden Zeilen dienen. Im Ausführungsbeispiel haben die Fotodiodenanordnungen je 100 χ 100 Dioden, die Zahl der Abtastzeilen der Aufnehmeröhre AR betrage 625, die Abtastung erfolge im Zeilensprungverfahren. Mit dem Abtasten einer ersten Zeile durch die Aufnahmeröhre AR wird gleichzeitig eine Diodenreihe der Fotodiodenanordnungen CCD abgefragt und deren Ausgangssignale über einen Umschalter LiSl einer Farbmatrix zugeführt. Gleichzeitig werden die Signale in eine Verzögerungsleitung VZi eingegeben, deren Verzögerungszeit gleich der Zeilenperiode ist und die eine in Farbfernsehgeräten übliche Ultaschallverzögerungsleitung sein kann. Nach dem Abtasten der ersten Zeile wird der Schalter USi in eine zweite Stellung gebracht, so daß die zuvor von der Fotodiodenanordnung abgegebenen Signale nochmals zur Korrektur verwendet werden. Danach wird der Umschalter US 1 in eine dritte Stellung gebracht, in der während des Abtastens der dritten Zeile dieselben Videosignale aus einer die Ausgangssignale der Verzögerungsleitung VZi nochmals um eine Zeilenperiode verzögernden Verzögerungsleitung VZ 2 zur Farbmatrix gelangen. Danach wird der Schalter US 1 wieder in die erste

ίο Stellung gebracht.

In F i g. 3 ist ein Fernsehräster nach der 625-Zeilennorm und eine Fotodiodenmatrix übereinander gezeichnet. Die Fernsehzeilen sind mit Z18, Z19, Z20... bezeichnet. Die Zeilen mit den geradzahligen Nummern sollen während des ersten Halbbildes, die mit ungeradzahligen Nummern während des zweiten Halbbildes abgetastet werden. Da der dunkelgetastete Bildrücklauf des Elektronenstrahles mindestens 25 Zeilenperioden dauert, braucht die Diodenmatrix nicht alle Fernsehzeilen zu überdecken, sondern nur die, in denen Bildinformationen abgetastet und zu einem Empfänger übertragen werden. Entsprechendes gilt für den Zeilenrücklauf. Die Fotodiodenmatrix enthalte 100 χ 100 Fotodioden, so daß auf 36 Bildpunkte des Fernsehrasters eine Fotodiode fällt. Die von den einzelnen Fotodioden abgegebenen Signale sind entsprechend der Helligkeit der Intensität des auf sie auftreffenden Lichtes a, b, c, a\ b'... Während der Elektronenstrahl der Röhre AR die Zeile Z 20 abtastet, werden von den Fotodiodenanordnungen nacheinander die Signale a,b,c,d... abgegeben. Mit dem Abtasten der Zeile Z 22 werden dieselben Signale von der Verzögerungsleitung VZi und mit dem Abtasten der Zeile Z24 von der Verzögerungsleitung VZ 2 ausgegeben. Mit der Zeile Z 26 werden zum ersten Mal die Fotodioden der zweiten Reihe abgefragt, welche Signale a', b', c'.:. erzeugen. Diese Signale werden dann während der Abtastung der beiden folgenden Zeilen von den Verzögerungsleitungen VZi und VZ 2 noch zweimal ausgegeben. Im zweiten Halbbild wiederholt sich bei der Abtastung der Zeilen Z21, Z23, Z25... der oben anhand der Abtastung der Zeilen Z 20, Z22...

beschriebene Vorgang.

Bei dem Verfahren nach F i g. 3 müssen die Fotodioden mit einer Taktfrequenz von über 1 MHz abgefragt werden. F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer Anordnung, in der die Abtastfrequenz um ein Drittel reduziert ist. In dieser Schaltung sind die Ausgänge der Fotodiodenanordnung CCD, der Verzögerungsleitung VZl und der

so Verzögerungsleitung VZ2 parallelgeschaltet. Die Ausgangssignale der Fotodiodenanordnung CCD werden abwechselnd in die beiden Verzögerungsleitungen VZ1 und VZ 2 über einen Umschalter US 2 eingespeichert, der nach Maßgabe einer Steuereinheit STE, die ferner die Taktimpulse für die Fotodiödenanordnung CCD liefert, umschaltet.

F i g. 5 veranschaulicht dieses Verfahren. Beim Abtasten der Zeile Z18 während des ersten Halbbildes werden die Signale a, d,..., also die jeder dritten Fotodiode, ausgegeben. Sind in den Verzögerungsleitungen VZl und VZ 2 keine Signale enthalten, ergibt sich die Signalfolge aOOdOÖ... Beim Abtasten der Zeile Z 20 werden die Fotodioden abgefragt, welche die Signale d und e... liefern. Diese Signale werden in die Verzögerungsleitung VZ2 eingegeben. Am Ausgang der Anordnung nach Fig.4 tritt die Signalfolge abOdeO... auf, da die Signale a.b... in der Leitung VZ1 gespeichert sind. Beim Abtasten der Zeile Z 22 werden

von der Fotodiodenanordnung die Signale cund /in die Leitung VZi eingeschrieben, deren ursprünglicher Inhalt gleichzeitig gelöscht wird. Die Signalfolge am Ausgang ist a, b, c, d, e,f... Beim Abtasten der Zeile Z 24 wird in entsprechender Weise die Signalfolge a', b, c, d', e, f... und beim Abtasten der Zeile Z26 a', b', c, d', e', f... ausgegeben. Bei der Aufnahme des zweiten Halbbildes mit den Zeilen Z19, Z21... ergeben sich die gleichen Signalfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Farbfernsehkamera mit einem optischen System zur Farbzerlegung und Abbildung eines Bildes auf die lichtempfindlichen Flächen von Bildaufnahmeelementen unterschiedlichen Auflösungsvermögens, von denen das mit der höchsten Auflösung eine Fernsehaufnahmeröhre ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnaheelemente mit niedriger Auflösung Fotodiodenanordnungen (CCD 1,CCD 2) sind.

2. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem optischen System, welches das Bild in die Farbkomponenten Rot, Grün, Blau zerlegt, die Bildaufnahmeröhre (AR) im Srahlengang für die Komponente Grün und die Fotodiodenanordnungen (CCDl, CCD 2) in den Stahlengängen der beiden anderen Komponenten angeordnet sind.

3. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches System vorgesehen ist, welches das Bild außer in Farbkomponenten in eine farblich unveränderte Komponente zerlegt und daß in den Strahlengängen der Farbkomponenten die Fotodiodenanordnungen und im Strahlengang der farblich unveränderten Komponente die Fernsehaufnahmeröhre (AR)angeordnet ist.

4. Farbfernsehkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fotodiodenmatrix (CCD) verwendet ist, deren Zeilenzahl kleiner als die Anzahl der von der Fernsehaufnahmeröhre aufgenommenen Fernsehzeilen ist, und daß die Ausgangssignale einer Zeile der Fotodiodenmatrix beim Abtasten einer entsprechenden Zeile des Fernsehrasters gespeichert und beim Abtasten der folgenden Fernsehzeilen ausgegeben werden.