DE2652709C3 - Verfahren zur wesentlichen Herabsetzung der Auswirkungen von Schmierladungssignalen in einem ladungsgekoppelten Bildwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Die Erfindung ist anwendbar bei ladungsgekoppeken Bildwandlern mit einer Bildwandlerzone, auf welche ein Bild unter Ausbildung eines Ladungsmusterfeldes projiziert wird und von welcher dieses Muster anschließend noch während der Projektion des Bildes auf die Zone weg übertragen wird. Bei einem solchen Bildwandler entstehen während dieser Übertragung »Schmierladungssignale«. Bei dem hier betrachteten Bildwandler wird das übertragene Muster anschließend ausgelesen und einer Signalverwertungsanordnung, etwa einer Bildröhre, zugeführt.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Herabsetzung der Auswirkung von Schmierladungssignalen in einem ladungsgekoppelten Bildwandler zu erreichen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die normalerweise bei der Übertragung eines Musters in einem ladungsgekoppelten Bildwandler enstehenden Schmierladungssignale, welche auf dem wiedergegebenen Bild Verwischungseffekte hervorrufen wurden, beim Auslesen des Musters aus dem den Bildwandler bildenden ladungsgekoppelten Speicher eliminiert werden, so daß im ausgelesenen Signal keine auf derartige Schmierladungen zurückgehenden Signalanteile mehr vorhanden sind. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender Bildwandler liefert also Bildsignale, welche zu einem klaren, verwischungsfreien Wiedergabebild führen.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten ladungsgekoppelten Bildwandlerelementes, welches mit Ladungsübertragung arbeitet,

Fig. 2a—2e schematische Darstellungen der Verschmierungs- oder Verwischungserscheinungen,

F i g. 3a und b die Auswirkungen der Verschmierungserscheinungen in dem wiedergegebenen Bild,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild zur genaueren Darstellung der Realisierung der in Fig.4 veranschaulichten Erfindung,

Fig.6 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7a und 7b Blockschaltbilder von Schaltungsteilen, welche sich in der Schaltung nach F i g. 6 verwenden lassen und

Fig.8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfühmngsform der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte bekannte Anordnung eines in zwei Phasen betriebenen ladungsgekoppelten Bildwandlers enthält eine Lichtfühlmatrix 10, die üblicherweise als /4-Register bezeichnet wird, eine Zwischenspe'chermatrix 12, die üblicherweise als S-Register bezeichnet wird, und ein Ausgangsregister 14, das als C-Register bezeichnet wird. Die B- und C-Register sind abgedeckt, d. h. es ist ein Schutz dagegen vorgesehen, daß ein Strahlungsenergiebild diese Register erreicht.

Die A- und Ä-Register haben nicht im einzelnen dargestellte Kanalunterbrecher, die in Spaltenrichtung verlaufen und die einzelnen Kanäle (die Spalten des ladungsgekoppelten Bauelementes) gegeneinander iso-Heren. Die schematisch dargestellten Elektroden (pro Stufe K und L) können in einer der üblichen Ausbildungen mit überlappten Polysilicium, oder durch Metall überlapptes Polysilicium oder auch einer anderen Zweiphasen-Struktur ausgeführt sein, so daß eine

jo Signalausbreitung nur in einer Richtung sichergestellt ist. Der Bildwandler ist hier zwar als in zwei Phasen betrieben dargestellt, es kann jedoch stattdessen auch ein in drei oder mehr Phasen betriebener Bildwandler vorgesehen sein. Ein solcher Bildwandler ist handelsüb-

J5 lieh unter der Bezeichnung SiD 51 232 der RCA Corporation erhältlich und als »Big Sid« bekannt; er wird in drei Phasen betrieben und hat 320 Spalten und 512 Reihen (256 im /4-Register und 256 im B-Register).

Die Betriebsweise der Matrix gemäß F i g. 1 ist bekannt. Während der sogenannten Integrationszeit wird eine Szene oder allgemein ein Bild auf das Α-Register projiziert Das Licht oder die sonstige Strahlungsenergie des Bildes bewirkt, daß an den verschiedenen Stellen des A- Registers Ladungen entsprechend der die betreffende Stelle erreichenden Lichtintensität erzeugt werden.

Nach Beendigung der Integrationszeit (beim üblichen Fernsehen während des Vertikalaustastintervalls) werden die angesammelten Ladungssignale (entsprechend einem Bild oder Halbbild) parallel in Spaltenrichtung vom /4-Register ins ß-Registcr überführt, in dem mehrphasige Spannungen Φ_{Α u} Φα 2, Φ β ι und Φ β 2. Die Ladungen werden danach zeilenweise vom Register B ins Register C überführt, und wenn jede Ladungsreihe der Zählregister erreicht, wird sie als Folge der Verschiebespannungen Φο, Φα seriell aus dem C-Register herausgeschoben. Diese Serienverschiebung des C-Registers erfolgt mit relativ hoher Geschwindigkeit (während einer Zeilendauer des üblichen Fernse-

bo hens). Während der Übertragung eines Bildes oder Halbbildes vom ß-Register ins C-Register, kann die Integration eines neuen Bildes im /4-Register erfolgen.

Während der Übertragung eines Ladungssignalbildes vorn Λ-Register ins ß-Register verursacht die Strahlung,

hi die weiterhin auf das /4-Register auftrifft, Verwischungserscheinungen im wiedergegebenen Bild, so daß dieses verschmiert aussieht. Diese Verschmierung ist proportional der Strahlungsenergie und der Zahl der

bestrahlten Reihen (entsprechend der Bildgröße in Spaltenrichtung), und der Übertragungsgeschwindigkeit vom /4-Register ins ß-Register. Die für das Auftreten der Verschmierungserscheinungen verantwortlichen Verhältnisse sind in F i g. 2 veranschaulicht, welche sich auf ein helles Bild beziehen. Ein weniger helles Bild erzeugt natürlich ebensolche Verschmierungen, jedoch geringerer Stärke.

Es sei zunächst F i g. 2a betrachtet, wobei angenommen sei, daß eine nicht dargestellte Szene auf das ,4-Register des Bildwandlers abgebildet wird und daß diese Szene ein helles Bild darstellt, das schematisch durch die quadratische schraffierte Fläche 22a angedeutet ist. Bei den nachfolgenden Erläuterungen sei nur dieses helle Bild betrachtet. Während der ersten Integrationszeit, auf welche sich die Fig.2a bezieht, sammeln sich infolge des hellen Bildes Ladungen in der Fläche des durch dieses helle Bild beleuchteten Substrats an.

Fig.2 zeigt, was während der ersten Übertragung des Bildes vom .4-Register ins ß-Register eintritt. Diese Übertragung erfolgt im Vertikalaustastintervall mit relativ hoher Geschwindigkeit Während der Übertragung wird das /4-Register nicht abgeblendet oder in irgendeiner anderen Weise abgedeckt. Das helle Bild bleibt also auf dem Substrat fokussiert, wenn die mehrphasigen Spannungen den Registern A und B zur Übertragung der Ladungen vom Register A zum Register B zugeführt werden. Während dieser Übertragung laufen die vorher an der Stelle 20 vorhanden gewesenen Potentialbereiche unter dem hellen Bild durch, obwohl dies mit relativ hoher Geschwindigkeit erfolgt, bewirkt das helle Bild dennoch, daß ein gewisser Ladungssignalanteil erzeugt und zu diesen Potentialbereichen hinzugefügt wird. Je größer die Übertragungsgeschwindigkeit ist desto weniger Ladungen sammeln sich zusätzlich an, jedoch ist die maximale Übertragungsgeschwindigkeit begrenzt durch Faktoren, wie Kapazität und Widerstand der Ladungsübertragungselektroden sowie andere Faktoren.

Die bei der Übertragung auftretenden Verhältnisse sind in Fig. 2b dargestellt, welche den Zustand des Bildwandlerelementes am Ende der ersten Übertragungszeit zeigt. Das ß-Register speichert die Ladung an der Stelle 22b, wohin sie von der Stelle 22a des Λ-Registers übertragen worden ist. An der Stelle 20b des ß-Registers ist eine Schmierladung aufgetreten. Die Stelle 2Qb entspricht der Stelle 20 in F i g. 2a. Ebenfalls tritt an der Stelle 20a im /4-Register eine Schmierladung auf. Die Stelle 20a besteht aus Ladungsbereichen, welche sich unter dem hellen Bild bewegt haben aber noch nicht weit genug gewandert sind, um das ß-Register zu erreichen.

Nach der ersten, in Fig.2b dargestellten Übertragung ist eine zweite Integrationszeit vorgesehen, die aber nicht dargestellt ist, und dann folgt eine Übertragung des zweiten Bildes vom /4-Register ins ß-Register. Am Ende dieser zweiten Übertragung liegen die in Fig.2c gezeigten Verhältnisse vor. Die vorher an der Stelle 20a (F i g. 2b) vorhanden gewesene Schmierladung ist zu einer Stelle 20a verschoben worden, und aus den im Zusammenhang mit den Stellen 20a und 2Qb der F i g. 2b bereits erörterten Gründen, befindet sich ebenfalls eine Schmierladung im Bereich 24.

Wie bereits erwähnt war, werden die zum ß-Register übertragenen Ladungssignale später zeilenweise ins C-Register verschoben, und der Inhalt des C-Registers wird dann seriell aus dem C-Register ausgespei».hert. Die aus dem C-Register entnommenen Signale sind Videosignale und können anschließend auf dem Bildschirm einer Bildröhre dargestellt werden. Die

^ri Wiedergabe nach der ersten Übertragung ist in Fig. 3a dargestellt. An der Stelle 30 befindet sich ein helles Bild entsprechend demjenigen, welches das Ladungsmuster 22a in Fig. 2 hervorgerufen hat, und unterhalb des hellen Bildes tritt im Bereich 32 eine Verschmierung auf.

ίο Es sei hier bemerkt, daß das optische System des Bildaufnahmegerätes das auf das Bildwandlerelement projizierle Bild gegenüber der Originalszene auf den Kopf stellt und daß beim Auslesen mit der untersten Zeile beginnt, das Bild jedoch auf der Bildröhre aufgebaut wird, indem bei der obersten Zeile begonnen wird, so daß das Bild erneut umgekehrt wird. Dies ist der Grund, daß die Verschmierung 32 an der Unterseite des wiedergegebenen Bildes und an der Oberseite (2Qb) des ß-Registers in Fig. 2b auftritt. Es sei ferner daran erinnert, daß bei der Darstellung der F i g. 2 angenommen worden war, daß ein Beobachter der belichteten Oberfläche des /4-Registers gegenübersteht und daß das C-Register von rechts nach links ausgelesen wird.

Die Verschmierung 32 äußert sich als Aufhellung geringerer Intensität als das Bild 30, jedoch genügender Stärke, um die Bildqualität erkennbar zu beeinträchtigen. Selbst 5 bis 10% Verschmierung sind noch erkennbar, und es ist keineswegs ungewöhnlich, daß Schmierpegel von 30 oder mehr der Intensität des Bildes 30 auftreten. Derart hohe Werte sind besonders störend.

Die Wiedergabeerscheinung der F i g. 3a tritt nur einmal auf und ist normalerweise als solche vom Betrachter nicht zu sehen. Vielmehr sieht er, was in Fig. 3b dargestellt ist und mit der Bildfrequenz auftritt. Die Wiedergabeerscheinung gemäß F i g. 3b entspricht dem im ß-Register gemäß Fig. 2c gespeicherten Ladungsmuster. Im wiedergegebenen Bild tritt also die Verschmierung sowohl oberhalb als auch unterhalb des hellen Bereiches 30 auf.

Ein ladungsgekoppeltes Bildwandlersystem, welches Mittel zur wesentlichen Verringerung solcher Schmiererscheinungen vorsieht, ist in F i g. 4 dargestellt. Hier und in den weiteren Figuren ist der Ausgang des ß-Registers aus Gründen der zeichnerischen Darstellung auf der rechten Seite gezeichnet; im übrigen gelten jedoch die gleichen Voraussetzungen wie bei den F i g. 2 und 3, also die Richtung des Auslesens des C-Registers ist so, daß ein Wiedergabebild auf den Bildschirm

so erzeugt wird, das die gleiche Orientierung wie das vom /4-Register »gesehene« Bild hat. Die A-, B- und C-Register können die gleichen Register wie im Stande der Technik sein, jedoch ist ein kleiner Teil des /4-Registers abgedeckt. Insbesondere ist die letzte Reihe des /4-Registers maskiert dargestellt, obgleich man natürlich auch irgendeine nicht wiedergegebene Reihe abdecken kann, wie später bei den Erläuterungen der Fig.8 noch klar wird. Infolge dieser Abdeckung geht nur ein kleiner Anteil der verfügbaren Information

bo verloren.

Da die letzte Reihe des Λ-Registers maskiert ist enthält die letzte Wiedergabezeile keine Bildinformation und ist daher im allgemeinen dunkel, wenn sonst keine Änderungen an der Wiedergabebildröhre vorgenommen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Bildwandler jedoch, statt einer Wiedergabe der letzten Reihe des /4-Registers, mit einer zusätzlichen nicht wiedergegebenen Reihe

gebaut werden, oder die Zentrierung und Größe des Bildes kann so gewühlt werden, daß die letzte Reihe nicht sichtbar wird.

Das in Fig.4 dargestellte System enthält einen Schalter 40, der als mechanischer Schaller dargestellt ist, in der Praxis aber ein elektronischer Schalter ist. Während eines Zeitintervalle, das einer Zeilendauer entsprechen kann (oder auch langer sein kann, wie noch erörtert werden wird), stellt der Schalter eine Verbindung zum Register 42 her. Während der übrigen Zeilendauern des Bildes, liegt der Schalter auf dem Anschluß 44, welcher zu einer Differenzschaltung 46 führt. Das Register 42 enthält eine Regenerierungsschleife, damit der Speicherinhalt dieses Registers ständig umlaufen kann und dabei »aufgefrischt« wird. Eine genauere Darstellung eines solchen Registers findet sich in F i g. 5 und wird noch näher erläutert.

Im Betrieb der Anordnung gemäß Fig.4 hegt am Ende der ersten Übertragung des integrierten Bildes vom A- ins ß-Rcgister eine Lage vor, die in etwa den Verhältnissen gemäß F i g. 2b entspricht Die Stelle 20a reicht zur letzten Reihe des /4-Registers, so daß diese letzte Reihe (in F i g. 4 abgedeckt) Schmierladungssigna-Ie speichert. Da die maskierte Reihe keine Strahlung erhalten kann, kann sie auch nicht direkt irgendwelche Information erhalten. Vielmehr ist am Ende der ersten und jeder weiteren Übertragungszeit das vorliegende Signal nur ein Schmiersignal, da der scheinbare Ursprung des in diese Reihe geschobenen Signals (anders als bei den während der Übertragung von A nach B erzeugten Schmiersignale) oberhalb des /4-Registers liegt, also eine imaginäre Reihe unmittelbar oberhalb der ersten Reihe des Λ-Registers ist. Auf diese Weise kann sich keine Signalinformation in dieser imaginären Reihe aufbauen und anschließend in die maskierte Reihe verschoben werden. Mit anderen Worten ist das Schmierladungssignal, welches in der maskierten Reihe des /4-Registers den Abschluß bildet, nicht durch ein Informationssignal verfälscht.

Als nächstes tritt nun eine zweite Integrationszeit ein, und dann erfolgt die zweite Übertragung eines Bildes vom Register A ins Register B. Am Ende dieser zweiten Übertragung liegt eine etwa den Verhältnissen gemäß F i g. 2c entsprechende Situation vor. Jedoch speichert nun die letzte Reihe des ß-Registers nur ein nicht durch ein Informationssignal verfälschtes Schmierladungssignal. Danach wird der Inhalt des ß-Registers reihenweise zum C-Register verschoben, und jede das C-Register erreichende Informationsreihe wird seriell aus dem C-Register ausgespeichert. Die erste das C-Register erreichende informationsreihe enthält nur Schmiersignale.

Es sei nun angenommen, daß bei F i g. 4 die letzte im ß-Register gespeicherte Informationsreihe, die also nur Schmiersignale enthält, in das C-Register verschoben wird. Der Schalter 40 befindet sich in der dargestellten Lage und verbindet das C-Register mit dem Register 42. Bei der hier erläuterten Ausführungsform soll das Register 42 dieselbe Stufenzahl wie das C-Register haben und ein Analogsignalspeicherregister sein, also ein weiterer ladungsgekoppelter Speicher. Der Inhalt des C-Registers kann seriell zum Register 42 verschoben werden, indem beispielsweise dieselben Mehrphasensignalquellen für beide Register verwendet werden (welche die Signale Φο ι und Φα gemäß F i g. 1 liefern). Der Schalter 47 in der Rückführungsschleife ist zu dieser Zeit offen.

Anschließend wird dann der Schalter 40 auf seinen Kontakt 44 gelegt und der Schalter 47, und damit die Rückführungsschleifc, wird geschlossen, und zur gleichen Zeil wird die nächste Reihe von Ladungssignalen vom ß-Register ins C-Rcgister verschoben. Diese nächste Reihe enthält Informationssignalc und, sofern Verschmierungen auftreten, auch Schmiersignalc. Der Inhalt des C-Registers wird nun seriell der Differenzschaltung 46 zugeführt, die beispielsweise ein Differenzverstärker sein kann. Gleichzeitig wird der Inhalt des

ίο Registers 42 seriell über eine Leitung 48 der Differenzschaltung 46 zugeführt. Diese subtrahiert die Schmiersignale auf der Leitung 48 von den auf der Leitung 49 kommenden Video- und Schmiersignalen und erzeugt auf diese Weise ein Videoausgangssignal, in dem keine Schmiersignale mehr vorhanden sind, oder zumindest nur solche mit wesentlich geringerer Amplitude als auf der Leitung 49.

Zur gleichen Zeit, zu der das Schmiersignal vom Register 42 zur Differenzschaltung 46 geführt wird, wird es zum Eingangskreis des Registers 42 über den geschlossenen Schalter 47 zurückgeführt und dabei regeneriert. Die Regenerierstufen sind im Register 42 enthalten, und ein typisches Beispiel einer solchen Signalauffrischung wird später im Zusammenhang mit F i g. 5 noch erläutert werden.

Das oben bezeichnete Verfahren wird für jede im ß-Register gespeicherte Informationsreihe wiederholt, bis die gesamte Bildinformation verarbeitet wird. Wird beispielsweise angenommen, daß das Bild aus einer maskierten Reihe und 255 anderen Reihen aufgebaut ist, dann wird das soeben erläuterte Verfahren solange durchgeführt bis alle übrigen 255 Reihen aus dem ß-Register herausgeschoben sind. Danach wird das folgende Bild in genau derselben Weise verarbeitet Die erste das C-Register erreichende Informationsreihe des folgenden Bildes enthält Schmierladungssignale, die vorher in der maskierten Reihe des /4-Registers enthalten waren. Diese Reihe wird in das Register 42 geschoben, während beispielsweise die Rückführungsschleife offen ist oder nachdem der Inhalt des Registers 42 gelöscht ist. Das Öffnen der Rückführungsschleife ist durch den in dieser vorgesehenen Schalter 47 schematisch dargestellt, der mit dem Schalter 40 gleichzeitig betätigt wird und offen ist, wenn der Schalter 40 in der dargestellten Lage ist, dagegen geschlossen ist wenn der Schalter 40 auf dem Kontakt 44 liegt. In der Praxis ist der Schalter 47 ebenso wie die anderen Schalter ein elektronischer Schalter. Nachdem das Register 42 wieder gefüllt ist sind die nachfolgenden Verfahrensschritte genau die gleichen, wie soeben beschrieben.

Eine besondere Ausführungsform der in F i g. 4 dargestellten Anordnung ist in F i g. 5 gezeigt. Zu Veranschaulichungszwecken sei angenommen, daß das C-Register ein 320-Stufen-Register ist Wenn das C-Register nur mit Schmierladungssignalen gefüllt ist die es von der maskierten Reihe des /4-Registers erhalten hat dann wird der Schalter 40 auf den Kontakt 60 umgelegt der zu einem Analog-Digital-Konverter 62 führt welcher aus Gründen der Veranschaulichung als 3-Bit-A/D-Konverter dargestellt ist Dadurch wird eine Überführung der in den Konverter 62 eingegebenen Analogsignale in einen 3-Bit-Code möglich, mit Hilfe dessen acht verschiedene Binärwerte darstellbar sind.

Der Konverter 62 ist mit drei digitalen Schieberegistern 63a, 636 und 63c verbunden, deren jedes 320 Stufen enthält Hierbei kann es sich um ladungsgekoppelte Speicher oder auch um andere Speicherformen, wie mit

MOS-Transistoren oder bipolaren Transistoren aufgebaute Speicher oder auch beispielsweise um Eimerkettenspeicher handeln. Jedes Register 63 läßt die gespeicherte Information kontinuierlich umlaufen, wie dies schematisch durch drei Rückführungsschleifen mit drei Regenerierstufen 65;), 65b bzw. 65c veranschaulicht ist. Die Ausführung dieser Rückführungszweige im einzelnen hängt von dem jeweils verwendeten Speichertyp ab. Im Falle von Transistorspeichern können die Regenerierschaltungen beispielsweise einfache Schwellwertschaltungcn sein, die zwischen den Werten 1 und 0 unterscheiden können und denen ein Verstärker nachgeschaltet ist, mit Hilfe dessen die Signale wieder auf Standardwerte für diese Bitpegel gebracht werden. Im Falle von ladungsgekoppelten Speichern kann eine Regenerierschaltung verwendet werden, wie sie beispielsweise im US-Patent 37 60 202 beschrieben ist.

Die Register 63 sind mit einem Digital-Analog-Konverter 64 verbunden, dessen Ausgangssignal der Differenzschaltung 46 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des D/A-Konverters kann bei einer anderen Ausführungsform zu Regenerierzwecken verwendet werden, wie dies durch die gestrichelte Linie 67 angedeutet ist. Bei einer solchen Ausführungsform würden die Rückführungsschleifen der Register 63 entfallen. Für viele Anwendungsfälle ist jedoch die Verwendung der Leitung 67 als Rückführungsleitung nicht zu bevorzugen, weil dann, wenn der A/D-Konverter 62 mit derselben GeschwindigKeit wie die Register 63 arbeiten soll, während das Videosignal erzeugt wird, und diese Geschwindigkeit hoch ist, ein relativ teurer Konverter benötigt wird. Wenn sich der A/D-Konverter 62 nicht in der Rückführungsschleife befindet, dann kann die Schaltung während eines Zeitraums, nämlich während der anfänglichen Übertragung vom C-Register in die Register 63 über den A/D-Konverter 62 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit betrieben werden (dies kann beispielsweise während des Vertikalaustastintervalls der Fall sein). In der übrigen Zeit, wenn der Konverter 62 nicht in die Rückführungsschleife einbezogen ist, können dann die Register 63 entsprechend schneller arbeiten, um das Videoausgangssignal am Schallungspunkt 69 mit der gewünschten relativ hohen Frequenz abzugeben. Es sei darauf hingewiesen, daß zwar der D/A-Konverter 64 während der Erzeugung des Videosignals in die Schaltung einbezogen ist und daher im Falle des üblichen Fernsehens mit einer hohen Geschwindigkeit arbeiten muß, jedoch können auch andere Ausführungsformen relativ preiswerter D/A-Konverter mit einer so hohen Geschwindigkeit betrieben werden. Ein solcher Konverter braucht beispielsweise nicht mehr als eine Schaltung von Gewichtsfaktorwiderständen zu enthalten.

Gemäß Fig.5 wird eine digital arbeitende anstalt einer analog arbeitenden ladungsgekoppelten Rückkopplungsschleife verwendet, weil es aus praktischen Gründen schwierig ist, analoge Informationen unmittelbar zu regenerieren, da man zwischen unterschiedlichen Werten eines Analogsignals nur schwer unterscheiden kann und es ferner schwierig ist, solche Signale auf ihre ursprünglichen Amplitudenwerte zurückzubringen. Es hat sich gezeigt daß bereits nach einer relativ kleinen Anzahl von Umläufen der Informationsgehalt von Analogsignalen wegen der aufgetretenen Verschlechterung nicht mehr aus diesen gewonnen werden kann. Bei einem Digitalsystem braucht man andererseits nur zwischen zwei Signalpegeln zu unterscheiden, nämlich dem binären 0- und dem binären 1-Wert, und diese Signale auf dem einen bzw. anderen Pegel zu regenerieren. Dies läßt sich jedoch relativ einfach durchführen.

Im Betrieb der Schaltung nach F" ig. 5 können alle Stufen von einer mehrphasigen Signalquelle 66 aus gesteuert werden. Im Falle des bereits erwähnten »Big Sid«-Systems handelt es sich um Dreiphasen-Signale. Es sei angenommen, daß der Inhalt des C-Registers, wenn dieses nur Schmierladungssignale enthält, zum

ίο A/D-Konverter 60 verschoben wird. Ferner sei für die folgende Erläuterung angenommen, daß diese Verschiebung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, welche ausreicht, um das C-Register während einer Zeilendauer zu leeren (beim üblichen Fernsehsystem ein Horizontalzeitintervall). Die Möglichkeit, ein Schmierladungssignal dem A/D-Konverter mit einer niedrigeren Geschwindigkeit (von einem Pufferspeicher) während des relativ längeren Vertikalaustastintervalls beispielsweise zuzuführen, ist später noch im Zusammenhang mit F i g. 8 besprochen.

Jedes abgeleitete Ladungssignal wird durch den Konverter 62 in einen 3-Bit-Code umgewandelt. Das erste, zweite und dritte Bit dieses Codes gelangt zu den drei Schieberegistern 63a, 636 bzw. 63c. Gleichzeitig wird eine Reihe von Informationssignalen parallel vom B- Register ins C-Register überführt. Danach werden diese Ladungssignale seriell der Differenzschaltung 46 zugeführt. Gleichzeitig werden die regenerierten Inhalte der drei Register 63a bis 63c seriell in den D/A-Konverter 64 eingegeben. Dieser verwandelt jeweils die drei hinzugeführten Bit in ein Analogsignal, das einen von acht verschiedenen Werten haben kann. Jedes solches Signal entspricht einem Schmierpegel und jedes wird durch die Schaltung 46 mit einem entsprechenden Videoplusschmiersignal verglichen, weiches vom C-Register kommt. Am Ausgang der Differenzschaltung 46 entsteht ein Videosignal, das frei von Schmierkomponenten ist. Die von den drei Registern 63 erzeugten Signale werden auch zu den

■»ο Eingangsschaltungen dieser drei Register zurückgeführt (nachdem sie regeneriert sind), so daß am Ende jeder Zeilendauer jedes Register wieder bereit ist, dasselbe Schmierladungsmuster zu wiederholen.

Das soeben beschriebene Verfahren wird für alle

⁴S folgenden Reihen (Zeilen) des im C-Register gespeicherten integrierten Bildes ebenso wie bei Fig.4 wiederholt. Nachdem alle Zeilen eines Bildes verarbeitet sind, werden die Zeilen des folgenden Bildes in gleicher Weise verarbeitet. Jedoch sollen, ebenso wie im Falle der Fig.4, die Rückführungsschleifen während des Verschiebens neuer Schmiersignale in die Register 63 geöffnet sein oder diese Register sollen gelöscht werden, beispielsweise indem man Nullen in sie einspeichert, ehe neue Schmiersignale eingegeben werden.

Während zu Erläuterungszwecken hier davon die Rede gewesen ist, daß die Schmierinformation in einen 3-Bit-Code entsprechend acht verschiedenen Pegelwerten gespeichert wird, handelt es sich hierbei natürlich nur um ein Beispiel. In vielen Fällen kann eine brauchbare Verringerung der Schmiererscheinungen auch mit einer kleineren Zahl von Pegeln (vier oder manchmal sogar noch weniger) erreicht werden. Andererseits kann man durch Verwendung von eines 4-Bit-A/D-Konverters und von vier statt drei Schieberegistern 16 statt 8 Schmierladungssignalpegel erzeugen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 6 veranschaulicht Hier hat das ladungsgekoppelte

Register 70, welches mit dem C-Register verbunden ist, eine kleinere Kapazität als dieses. Nimmt man beispielsweise für das C-Register 320 Stufen an, dann kann das Register 70 ein Viertel dieser Kapazität, also 80 Stufen, haben. In diesem Falle wird das Register 70 und das nachfolgende 5-Kanal-Ausgangsregister 72 durch Mehrphasenspannungen Φο\, 'Po ι, Φ/> ι gesteuert, deren Frequenz nur ein Viertel derjenigen der Mehrphasensignale 'JVi, <Pc2, 'Pci beträgt, die das C-Register steuern. Das Ausgangsregister 72 wandelt die Analogsignale des Registers 70 in ein fünfstelliges Binärsignal um. Das Ausgangssignal dieses Registers 72 wird über eine Regenerierschaltung 74 wieder dem Eingang des Registers 72 zugeführt. Das Ausgangssignal der Regenerierschaltung gelangt ferner zu einer Summierschaltung 76, deren Ausgangssignal der Differenzschaltung 46 zugeführt wird.

Die fünf im Register 72 umlaufenden Signale sind keine binärcodierten Signale. Vielmehr gibt die Zahl der vorhandenen Einsen die Amplitude des Analogsignals wieder. So kann dieses System (mit fünf Kanälen im Register 72) fünf verschiedene Analogsignalpegel (zusätzlich zum Pegelwert 0) behandeln. Das aus den Teilen 70, 72, 74 und 76 bestehende System ist im übrigen im US-Patent 39 58 210 in weiteren Einzelheiten beschrieben.

Für die Erläuterung der Betriebsweise der in F i g. 6 dargestellten Schaltung sei angenommen, daß das im C-Register gespeicherte Schmierladungssignal über den Schalter 40 zum 80-Stufen-Register 70 verschoben wird. Da das Register 70 nur ein Viertel der Informationen des C-Registers speichern kann, muß zwischen diesen beiden Registern eine besondere Übertragungsanordnung vorgesehen werden. Eine solche Möglichkeit ist in F i g. 7a veranschaulicht; sie besteht aus einem Analogtor 82. Dieses Tor wird durch Impulse Φ, seitlich gesteuert, die in Synchronismus beispielsweise mit einem Anfangsteil eines Impulses, etwa Φ ο 3, stehen, so daß nur der Inhalt jeder vierten Stufe des Registers Cin das Register 70 eingespeichert wird. Da die Schmierinformationen von Stufe zu Stufe relativ gleichförmig ist, ist eine derartige Abtastung normalerweise ausreichend.

Andererseits kann aber auch stattdessen die in F i g. 7b dargestellte Schaltung verwendet werden. Hier wird ein Impuls Φ γ, der synchron mit einem Impuls, wie etwa dem Impuls Φ/53 ist, zum Einschalten des Serienaddierers 84 verwendet. Dieser Addierer addiert die aufeinanderfolgenden Signale, welche von vier aufeinanderfolgenden Stufen des C-Registers zu ihnen gelangen. Die addierten Signale werden dann über so einen Verstärker 86 dem Register 70 zugeführt. Die Verstärkung wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers So einen Pegei hat der gleich etwa einem Viertel der Amplitude des von der Addierschaltung 84 erzeugten Signals ist Das dem Register 70 zugeführte Signal hat daher etwa den Mittelwert des in vier aufeinanderfolgenden Stufen des C-Registers gespeicherten Signale.

Eine dritte, nicht veranschaulichte Alternative besteht in der Verwendung eines Tiefpaßfilters zur Glättung des Ausgangssignals des 320-Stufen-Registers und einer Einrichtung, weiche das Ausgangssignal dieses Filters in das Register 70 mit einer zur Frequenz des Filters 70 synchronen Frequenz eintastet

Eine Schaltung wie die in F i g. 7a oder 7b dargestellte oder die nicht dargestellte dritte Alternative, kann in den mit 70 bezeichneten Block in der Eingangsschaltung dieses Registers enthalten sein, auch wenn dies nicht im einzelnen gezeigt ist.

Nachdem das Register 70 vollgespeichert ist, wird der Schalter 40 in seine Position 44 umgelegt, und die übrigen Reihen des Bildes werden nacheinander vom C-Register zur Differenzschaltung 46 geschoben. Zur gleichen Zeit, wo die Differenzschaltung 46 das Videosignal und die Schmiersignale vom C-Register erhält, werden ihr auch die Schmiersignale von der Addierschaltung 86 zugeführt, welche in folgender Weise abgeleitet werden. Zuerst überträgt das Register 70 parallel seine Ladungssignale zu dem fünf Ausgangskanäle aufweisenden Register 72. Bei dieser Übertragung wird jedes im 80stufigen ladungsgekoppelten Register 70 gespeicherte Signal automatisch in ein 5-Bit-Signal umgewandelt, das in der folgenden Stufe des Registers mit den fünf Ausgangskanälen gespeichert wird. Diese fünfkanaligen Signale werden parallel einer Regenerierschaltung 74 mit einer Geschwindigkeit zugeführt, welche ein Viertel derjenigen der Signalübertragung herunter zum C-Register beträgt. Die Schaltung 74 kann Verstärker zum Regenerieren der zugeführten Signale, die jeweils einen Wert entsprechend einer 1 oder einer 0 aufweisen, zu regenerierten oder 1-Signal-Werten enthalten. Jede Gruppe von fünf derartigen Signalen wird sowohl dem Eingang des Registers 72 als auch der Addierschaltung 46 zugeführt. Letztere addiert die fünf Signale und erzeugt ein Ausgangsschmiersignal mit einem von fünf unterschiedlichen Pegeln oder mit dem Nullpegel. Die Addierschaltung enthält einen Signalspeicher, wie einen Kondensator oder dgl. zum Speichern des 5-Pegelsignals über eine vollständige Periode eines der Mehrphasensignale, wie etwa ΦD 3. die zur Steuerung der Register 70 und 72 verwendet werden. Dieses Schmiersignal wird (durch Subtraktion) mit vier aufeinanderfolgenden Videoplusschmiersignalen verglichen, die vom C-Register kommen. Der Vergleich wird mit der Differenzschaltung 46 durchgeführt, welche anschließend wiederzugebende Videoausgangssignale erzeugt Die Differenzschaltung wird vorzugsweise in Synchronismus mit dem C-Register, beispielsweise durch eine der Φ<~5ρ8η™^εη zeitlich gesteuert Man kann in die beiden Eingangsleitungen zur Differenzschaltung auch Tiefpässe einfügen, welche die der Differenzschaltung zugeführten Schmiersignale und Videoplus-Schmiersignale glätten.

Das vorstehende Verfahren wird für jedes Bild wiederholt. Im Falle der anderen Ausführungsformen müssen die Register 70 und 72 vor der Einspeicherung der Schmiersignale in sie gelöscht werden. Das Register 70 ist z. Zt des Eintreffens der Schmiersignale leer, da sein Inhalt zu Beginn des vorhergehenden Bildes zum Register 72 übertragen worden ist Das Register 72 wird durch öffnen der Rückführungsschieifen und Zuführung der mehrphasigen Schiebesignale Φρι. ΦDi und Φ/33 gelöscht. Dies kann gegebenenfalls mit hoher Geschwindigkeit während oder kurz vor der Einspeicherung des C-Registerinhaltes in das Register 70 erfolgen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der A/D-Konverter entsprechend dem Konverter 62 in Fig.5 mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit betrieben werden, wie dies teilweise in F i g. 8 erläutert ist Die Register A, B und C sind die gleichen wie in Fig.4, jedoch befindet sich die Abdeckung über der ersten statt der letzten Reihe des A-Registers. Femer ist ein Pufferregister 90 über einen Schalter 40 mit dem C-Register verbunden. Das Pufferregister 90 kann ein ladungsgekoppeltes Register mit derselben Stufenzahl wie das Register C sein. Es arbeitet während einer

Zeitdauer mit der gleichen Geschwindigkeit wie das C-Register, nämlich während das C-Register seinen Inhalt (Schmierladungssignale) zum Pufferregister über einen Schalter 40 überträgt Danach, während des Vertikalaustastintervalls, wird das Pufferregister mit einer wesentlich langsameren Geschwindigkeit während derjenigen Zeit betrieben, in der der Inhalt zum A/D-Konverter verschoben wird.

Für die Betriebsweise des in Fig.8 dargestellten Systems seien die gleichen Bedingungen wie bei F i g. 2 angenommen. Nach dem ersten Transfer vom /4-Register zum ß-Register entspricht das Ladungsmuster der in Fig.2b veranschaulichten Form. Ein Schmierladungssignal ist nun in der ersten (obersten) Reihe des ß-Registers vorhanden. Dieses ist nicht durch Information verfälscht, weil ja die entsprechende Reihe des /!-Registers abgedeckt ist

Während des zweiten Transfers vom A- zum ß-Register wird jede Reihe des B-Registers nacheinander parallel ins C-Register überführt. In diesem Verlauf erreicht die (oberste) Reihe der Ladungssignale das C-Register, und wenn dies eintritt, wird der Schalter 40 in Fig. 8 von seiner Normallage auf dem Kontakt 8 in die in F i g. 8 dargestellte Position auf den Kontakt 92 umgelegt, welcher zum Pufferregister 90 führt. Nun wird diese erste Reihe mit hoher Geschwindigkeit über den Schalter 40 zum Pufferegister 90 verschoben. Das C-Register wird hierbei gelöscht Auf diese Weise speichert nun das Pufferregister 90 die Schmierladungssignale. die vorher in der ersten (obersten) Reihe des ß-Registers enthalten waren. Der Schalter 40 wird dann auf den Kontakt 44 zurückgelegt

Als nächstes tritt in der zeitlichen Abfolge das Vertikalaustastintervall auf. In diesem kann der Puffei speicher mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit betrieben werden, um seinen Inhalt in dem A/D-Konverter entsprechend Position 62 in Fig. 5 zu verschieben. Damit läßt sich ein relativ preiswerter Konverter verwenden. Wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert worden war, kann die (später durchgeführte) Regeneration an jedem Schieberegister 63 bei aus der Rückführungsschleife ausgeschaltetem Konverter 62 erfolgen. Der Konverter braucht daher nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.

Der restliche Verlauf der Betriebsweise der Schaltung gemäß F i g. 8 erfolgt wie bereits beschrieben. Nachdem alle Register 63 gemäß F i g. 5 vollgespeichert sind, also am Ende des Vertikalaustastintervalls, wird das nächste Bild vom Register B zum Register C Reihe für Reihe übertragen. Der Schalter 40 ist auf seinen Kontakt 44 zurückgelegt. Die Differenzschaltung 46 aus F i g. 5, die ein Differenzverstärker sein kann, vergleicht die Videoplusschmie. signale, welche vom Register C ankommen, mit den vom Konverter 64 abgegebenen Schmiersignalen und leitet daraus ein Differenzvideosignal ab, welches im wesentlichen frei von Schmieranteilen ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur wesentlichen Herabsetzung der Auswirkungen von Schmierladungssignalen in einem ladungsgekoppelten Bildwandler, bei we!- chem auf die Reihen einer solchermaßen unterteilten Bildwandlerzone ein Bild projiziert wird, aus dem ein Halbbild in Form eines Ladungsmusters erzeugt wird, und bei welchem nach Erzeugung dieses Musters, noch während das Bild auf die Bildwandlerzone projiziert wird, das Muster zeilenweise aus der Bildwandlerzone heraus übertragen wird, wobei während dieser Übertragung Schmierladungssignale entstehen, und wobei das übertragene Muster anschließend ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer abgedeckten Reihe der Bildwandlerzone ein Signalmuster abgeleitet wird, das nur das in einer Zeiie des Bildes vorhandene Schmierladungsmuster darstellt, daß dieses Signalmuster während eines Zeitintervalles, das mindestens gleich der zum Auslesen der folgenden Zeilen eines Halbbildes benötigten Zeit ist, gespeichert wird, und daß das gespeicherte Signalmuster beim Auslesen dieser folgenden Zeilen des Halbbildes von der gerade ausgelesenen ^5 Ladungssignalzeile subtrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bildwandler die Ladungssignale jeder Zeile des Bildes seriell ausgelesen werden und daß die Subtraktion seriell für jede Zeile durchge- w führt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalmuster durch kontinuierliches Umlaufen des Signals in einer geschlossenen Schleife zur Regenerierung des Signals bei diesem ^ Umlaufen gespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalmuster ein Analogsignalmuster ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- ·"· zeichnet, daß der Verfahrensschritt zur Erzeugung eines Signalmusters die Überführung jedes Schmierladungssignals in ein Signal mit einem von N diskreten Pegeln einschließt, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist. «

6. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem ladungsgekoppelten Bildwandler, der ein A- Register, auf welches ein Bild projiziert wird, ein abgedecktes ß-Register, in welches das Ladungsmu- so ster des /4-Registers nach der Integrierung eines Bildes im Λ-Register übertragen wird, während das Α-Register unabgedeckt bleibt, und ein ebenfalls abgedecktes C-Register enthält, in welches das im ß-Register gespeicherte Ladungsmuster Reihe für Reihe verschoben wird und von welchem Ladungssignale seriell ausgespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Reihe des ^-Registers (10) derart abgedeckt ist, daß nach höchstens zwei Übertragungen des Ladungsmusterfeldes vom A-Register (10) in das ß-Register (12) in einer Reihe des ß-Registers ein Schmierladungsmuster entsprechend der abgedeckten Reihe des Λ-Registers gespeichert ist, daß ein Speicher (42) vorgesehen ist, in welchen über ein Übertragungs- <" element (Schalter 40) ein ein Schmierladungsmuster darstellendes Signal nach dem Eintreffen des Schmierladungsmusters am C-Register (14) vom C-Register übertragen wird, daß ferner eine Vorrichtung zum seriellen Auslesen (über Leitung 48) der in dem Speicher (42) gespeicherten Signale synchron mit den nachfolgenden Auslesungen des C-Registers (14) vorgesehen ist und daß eine Subtrahierschaltung (Differenzschaltung 46) zur Subtrahierung der aus dem Speicher (42) ausgelesenen Signale von den seriell aus dem C-Register (14) ausgelesenen Signale zur Erzeugung eines seriellen Differenzausgangssignals vorgesehen ist, in welchem die Schmierkomponenten zumindest erheblich reduziert sind.

7. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Reihe des Λ-Registers (10) abgedeckt ist (F ig. 4).

8. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reihe des /4-Registers (10) abgedeckt ist (F ig. 8).

9. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 8, bei welcher ein Ladungsmuster seriell vom C-Register während einer Zeilendauer verschoben wird und bei der ein Ladungsfeld während eines wesentlich längeren Vertikalaustastintervalls vom /4-Register in das ß-Register überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen Pufferspeicher (90 in Fig.8) zur Erzeugung eines seriellen Ausgangssignals enthält, welches einem Analog/Digital-Konverter (62 in F i g. 5) zugeführt wird, und daß die Übertragungseinrichtung eine Anordnung zur seriellen Verschiebung des Inhalts des C-Registers (14) zum Pufferspeicher (90) während einer Zeilendauer sowie eine Anordnung zur Verschiebung des !nhalts des Pufferspeichers (90) zu dem Analog/Digital-Konverter (62) mit einer wesentlich niedrigeren Geschwindigkeit während des Vertikalaustastintervalls aufweist.

10. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen Umwandler (Fig.5) zur Umwandlung jedes vom C-Register (14) kommenden Ladungssignals in ein Mehrfachbitsignalmuster enthält sowie für jedes Bit des Musters eine Verzögerungsanordnung (63a, 636, 63c^, welchen unterschiedliche Bits jedes Mehrfachbitsignalmusters zugeführt werden, ferner eine Regenerieranordnung (65a, 65ö, 65c) zum Regenerieren jedes das Ende der zugehörigen Verzögerungsanordnung erreichenden Signals und Rückführung der regenerierten Signale zur Eingangsseite derselben Verzögerungsanordnung in einem kontinuierlichen Umlauf des gespeicherten Signals und durch einen Umsetzer (64) zur Umsetzung jedes von den einzelnen Verzögerungsanordnungen erzeugten Signals in das Analogsignal, welches das der Subtrahierschaltung zuzuführende Muster darstellt.

11. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung ein ladungsgekoppeltes Register mit derselben Stufenzahl wie das C-Register (14) enthält.

12. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das Schmierladungsmuster ein Analogsignalmuster ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen Umwandler (62 in Fig. 5) zur Umwandlung der Analogsignale in eine

Mehrzahl von Binärsignalmustern, bei welcher eine Binärsignalgruppe ein Analogsignal darstellt sowie eine Mehrzahl geschlossener Schleifen (63a, 65a, usw.) jeweils für ein kontinuierliches Umlaufen eines anderen Signals des Binärsignalmustcrs, und eine Ausgangsschaltung (64) zur Rückübertragung des Binärsignalmusters in die entsprechenden Analogsignale für die Zuführung zur Subtrahierschaltung (46) aufweist.

13. Ladungsgekoppelte Bildwandlereinrichtung nach Aife-pruch 6, bei welcher das Sehmierladungsmuster ein Analogsignalmuster ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen Umwandler (82 in F i g. 7a) zur Umsetzung der Analogsignale in eine Mehrzahl von Binärsignalmustern, wobei eine Binärsignalgruppe N aufeinanderfolgende Analogsignale darstellt und N eine ganze Zahl größer als 1 ist, ferner eine Mehrzahl geschlossener Schleifen (innerhalb 72, 74) jeweils für ein kontinuierliches Umlaufen eines anderen Signals des Binärsignalmusters, und eine Ausgangsschaltung (76) zur Rückumwandlung des Binärsignalmusters in der Subtrahierschaltung zuzuführende entsprechende Analogsignale aufweist.