DE2905816C3

DE2905816C3 - Festkörper-Farbbildaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE2905816C3
Application number: DE2905816A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kokubunji Tokyo Akiyama; Masuo Tokyo Umemoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1982-01-14
Also published as: NL7900897A; GB2014821A; CA1119715A; GB2014821B; DE2905816A1; FR2417907A1; US4245241A; FR2417907B1; DE2905816B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Farbbildaufnahmeeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung, wie sie aus der USA-Patentschrift Nr.40 54 906 bekannt ist.

Die bekannte Einrichtung weist gemäß F i g. 4 bis 7 der Druckschrift eine mosaikartige Farbfilteranordnung auf, in der sich eine Gruppe von zwölf Filterelementen mit einer bestimmten Folge derart wiederholt, daß Rotund Blau-Signale mit unterschiedlichen Wiederholungsperioden erzeugt werden. Da jedoch in diesen Filteranordnungen keine Primärfarb- Filterelementen enthalten sind, werden auch keine reinen Rot- und Blau-Signalkomponenten erzeugt. Vielmehr ist es erforderlich, diese reinen Farbsignalkomponenten aus den Seitenbändern der jeweils abgetasteten Signale zu gewinnen. Dadurch wird die Signalverarbeitungsschaltung kompliziert.

In der optischen Anordnung gemäß gekennzeichnet F i g. 6 der genannten Druckschrift ist ferner im Lichtweg zwischen Objekt und Bildaufnahmeeinrichtung ein optisches Filter erforderlich, um Frequenzen der Basisbänder der Rot- und Blau-Signalkomponer.ten zu begrenzen. Würde dieses Filter weggelassen, so würden die Seitenbänder der Rot- und Blausignale einander überlappen, da sie proportional zur Frequenz der Basisbänder breiter werden. Dies würde zu einer Mischung der Farbkomponenten führen. Andererseits ist aber das erforderliche Filter, das nach den Angaben in der genannten Druckschrift nur die Frequenzen der Rot- und Blau-Signalkomponenten auf einen Bereich von 50OkHz begrenzen, gleichzeitig aber den Frequenzbereich für die Grün-Signalkomponente auf einem Wert von 3,5 MHz belassen soll, nur sehr schwierig herzustellen.

In Fig. 12 und 15 zeigt die genannte Druckschrift weiterhin eine Filteranordnung, die Rot- und Blau-Filterelemente verwendet Die dort beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen jedoch eine Bildaufnahmeeinrichtung, die mit zwei Bildabtasteinrichtungen arbeitet Dabei ist nicht daran gedacht durch Addition von Ausgangssignalen ein Leuchtdichtesignal zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Farbbildaufnahmeeinrichtung zu schaffen, die bei geringem Aufwand an Schaltungselementen und optischen Einrichtungen einen hohen Lichtausnutzungsgrad und insbesondere hohe Auflösung aufweist

Die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebene erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf einer bestimmten Auswahl der Spektralbereiche der verschiedenen Farbfilterelememe in Kombination mit einer bestimmten Anordnung dieser unterschiedlichen Farbfilterelemente in der Matrix und in Kombination mit der gleichzeitigen Abtastung jeweils zweier in Spaltenrichtung nebeneinander liegender Filterelemente. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird erreicht, daß in jeder einzelnen Abtastperiode innerhalb jeder Matrixzeile ein Leuchtsichtesignal zur Verfügung steht, das die drei Primärfarbkomponenten R, G, und B umfaßt. Dadurch wird das Auflösungsvermögen des wiedergegebenen Bildes sehr hoch. Da ferner die Filteranordnung nach der Erfindung zwei den Primärfarben entsprechende Farbfilterelemente enthält die in Zeilenrichtung der Matrix abwechselnd in den beiden jeweils abgetasteten benachbarten Zeilen angeordnet sind, werden am Schaltungsausgang entsprechende reine Grundfarbkomponenten gewonnen, ohne daß es dazu einer komplizierten Signalverarbeitungsschaltung bedarf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

F i g. 1 (a) bis (c) Ausfürhungsformen von Mosaikfarbfiltern zur Verwendung bei einer Festkörper-Farbbildaufnahmeeinrichtung;

F i g. 2 eine Signalverarbeitungsschaltung für die mit einem der Farbfilter nach F i g. 1 gewonnenen Signale;

F i g. 3 eine Schaltung zum Betrieb einer Festkörper-Farbbildsaufnahmeeinrichtung;

Fig.4(a) bis (c) weitere Ausführungsformen eines Mosaikfarbfilters zur Verwendung in einer Farbbildaufnahmeeinrichtung;

Fig.5 eine Signalverarbeitungsschaltung für die Signale, wie sie mit einem der Mosaikfarbfilter nach F i g. 4 gewonnen werden; und

Fig.6 eine Variante des Signalverarbeitungsschaltung nach F i g. 5.

Die F i g. 1 (a) bis 1 (c) zeigen eine erste Ausführungsform, nämlich den fläohenmäßigen Aufbau von Mosaikfarbfiltern für eine monolithische Farbbildaufnahmeein-

richtung. Ein Bereich Cy stellt ein Cy-Filter, ein Bereich Mg stellt ein Mg-Filter und ein Bereich Ye stellt ein Ye-Filter dar. In F i g. 1 (a) sind das R- und das B-Filter als erstes und zweites Filter von vier benachbarten Filterelementen gewählt, und das Cy- und das Ye-Filter sind als drittes und viertes Filter gewählt, die Komplementär-Farbfilter sind. In Fi 3.1 (b) sind die B- und G-Filter und ihre Komplementär-Farbfilter gewählt In Fig. 1 (c) sind die G- und R-Filter und ihre Komplementär-Farbfilter gewählt

Es ist nun das Cy-Signal = dem (B+G)-Signal, das Mg-Signal = dem (R+B)-Signal und das Ye-Signal = dem (R+G)-SignaL Bei Fig. 1 (a) erhält man das R-Signal und das (R+G)-Signal von der n-ten horizontalen Zeile, und das (G + B)-Signal und das B-Signal von der (Ή+lJ-ten horizontalen Zeile. Wie Fig.2 zeigt wird daher das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinrichtung unter Verwendung einer Verzögerungsstufe 1, die eine Verzögerung von einer Horizontal-Abtastperiode durchführt und einer Signalschaitstufe 2 in die entsprechenden Signale der n-ten und der (W I)-ten horizontalen Zeile aufgeteilt. Infolgedessen tritt an einem Ausgang 2a der Signalverarbeitungsschaltung 2 das R- und das (R + G)-Signal und am Ausgang Ib der Signalverarbeitungsschaltung 2 das (G + B)- und das B-Signal auf. Die Ausgangssignale an den Ausgängen 2a und 2b werden in Synchrondemodulatoren 3 und 4 synchron demoduliert und laufen dann jeweils durch Tiefpaßfilter (TPF) 7 und 8, so daß das R-Signal und das B-Signal aus den bzw. der Modulationsfrequenz- bzw. Basisbänder erhalten wird.

Wenn die Signale der n-ten und der (n+1)-ten Zeile dagegen in einer Addierstufe 5 addiert werden, wird das Summensignal der beiden in vertikaler Richtung nebeneinanderliegenden Photosensoren immer ein (R+G + B)-Signal. Bei Verwendung Bei Verwendung dieses Signals als Helligkeitssignal kann ein Bild mit guter Auflösung wiedergewonnen werden.

Ein Impulsgenerator 6 erzeugt eine Impulsfolge 62 für die synchrone Demodulation und eine Impulsfolge 61 für die Signal-Umschaltung. Da das zuvor genannte Helligkeitssignal (R + B + G) sich von dem Mischverhältnis der R-, G- und B-Signale des Helligkeitssignals unterscheidet, das in der NTSC-Farbfernsehnorm definiert ist ergibt sich eine Helligkeitsstörung. Daher kann das Signal (R+B + G) durch Mischen von niederen Frequenzkomponenten (unter 500 KHz) der R- und B-Signale in einer Matrixschaltung 10 korrigiert werden.

In einer monolithischen Bildaufnahmeeinrichtung, bei der etwa 250 Bildelemente in vertikaler Richtung vorgesehen sind, müssen die Signale der n-ten und der fn+l)-ten Zeile mit einer Verzögerungsstufe 1, die mit einer horizontalen Abtastperiode verzögert, getrennt werden, wie dies in Fig.2 dargestellt ist. In einer beispielsweise in F i g. 3 dargestellten Bildaufnahmeeinrichtung, bei der etwa 500 vertikale Bildelemente vorhanden sind, und bei der Signale der beide horizontalen Zeilen gleichzeitig ausgelesen und an jeweils einzelne Ausgangsleitungen abgegeben werden, können, sind die in F i g. 2 dargestellten Verzögerungsstufen 1, die eine Verzögerung um eine Horizontal-Abtastperiode durchführt, und die Signalschaltstufe 2 nicht erforderlich.

Der in Fig.3 dargestellte Schaltungsaufbau soll nachfolgend kurz erläutert werden. Die horizontalen Ausleseschalter 15 und die vertikalen Ausleseschalter 18 werden durch Ausgangsimpulse einer Horizonta!-Abtastschaltung 11 und einer Vertikal-Abtastschaltung 12 in den leitenden bzw. in den nichtleitenden Zustand versetzt Dabei weisen die Vertikal-Abtastimpulse die Kombination von horizontalen Zeilen für simultane Selektion auf, die mit einer Zeilensprung-Schaltstufe 13 und einem Flip-Flop 14, der als Steuerschaltung hierfür dient pro Halb- oder Teilbild geändert wird. Weiterhin sind Photosensoren 19, beispielsweise Photodioden vorgesehen.

ίο Die Signale der Photosensoren in den geradzahligen und ungeradzahligen horizontalen Zeilen können gleichzeitig an den Ausgangsleitungen 16 und 17 angegriffen werden. Diese Signale gelangen direkt zu den Synchron-Demodulatoren 3 und 4, und zur Addierstufe 5 in F i g. 2. Die in F i g. 2 und 3 dargestellten Schaltungen sind natürlich auf die in den F i g. 1 (b) und 1 (c) dargestellten Fälle anwendbar.

Gemäß der in F i g. 2 dargestellten Schaltung wird das (R+G + B)-Signal, das als Helligkeitssignal verwendet wird, von der Addierstufe 5 bereitgestellt Um das G-Signa) allein zu erhalten, werden die Signale der Ausgangsleitungen 16 und 17 beispielsweise jeweils durch Bandpaßfilter (BPF) geschickt die sich ergebenden Signale werden einer Subtraktion unterzogen und das Differenzsignal wird demoduliert Der Filtervorgang und die Subtraktion kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Dabei reicht dann ein Bandpaßfilter aus. Es ist auch möglich, Signale mit den Ausgangssignalen der Ausgangsleitungen 16 und 17, die um einen, einem Photosensor entsprechenden Zeitraum verzögert wurden, und die nichtverzögerten Ausgangssignale zu subtrahieren, und die Differenzsignale können dann nach synchroner Demodulation addiert werden. Die beiden jeweiligen Signale, die durch die Subtraktionsvorgänge erzeugt wurden, können wiederum einer Subtraktion unterzogen werden, wobei das sich dabei ergebende Differenzsignal synchron demoduliert werden kann.
Das R-Signal kann man in der Weise erhalten, daß ein Signal, das man durch Hindurchgehen des G-Signals durch ein Tiefpaßfilter erhält, von einem Signal abgezogen wird, das man durch Hindurchgehen des Signals der Ausgangsleitung 16 durch einen Tiefpaßfilter erhält, oder daß das zuvor genannte G-Signal von den Signalen der Ausgangsleitung 16 abgezogen wird. Das R-Signal läßt sich ebenfalls in der Weise erhalten, daß ein Signal, bei dem das Ausgangssignal der Ausgangsleitung 16 um einen einem Photosensor entsprechenden Zeitraum verzögert wurde, und das unverzögerte Signal einen Subtraktionsvorgang unterzogen wird, und daß das Differenzsignal synchron demoduliert wird. Durch eine entsprechende Verarbeitung des Signals an der Ausgangsleitung 17 kann man das B-Signal erhalten.

Die F i g. 4 (a) bis 4 (c) zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform liegen das erste und zweiter Filter von vier benachbarten Filterelementen in horizontaler Richtung nebeneinander, und das dritte und das vierte Filter liegen in horizontaler Richtung nebeneinander.

In Fig.4(a) liegen das R- und das B-Filter in derselben horizontalen Zeile. In F i g. 4 (b) liegen das B- und das G-Filter in derselben horizontalen Zeile, und in Fig.4(c) liegen das G- und das R-Filter in derselben hoiizontalen Zeile. Wenn die Signale der n-ten und (n+\)-ten horizontalen Zeile bei diesem Ausführungsbeispiel addiert werden, so wird auch hier das Summensignal der beiden Photosensoren, die in

vertikaler Richtung nebeneinanderliegen, immer das (R + G + B)-Signal. Wenn dieses Signal als Helligkeitssignal verwendet wird, läßt sich ein Bild mit guter Auflösung wiedergewinnen.

Insbesondere bei dem in F i g. 4 (c) dargestellten ' Mosaikfarbfil ors tritt die G-Signalkomponente bei jedem zweiten Photosensor sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung auf, und auch die R-Signalkomponenten treten bei jedem zweiten Photosensor sowohl in horizontaler als auch in vertikaler '" Richtung auf, so daß der sogenannte Moire-Effekt stark verringert wird.

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Signalverarbeitungsschaltung einer monolithischen Farbbildaufnahmeeinrichtung, bei der das in F i g, 4 (a) darge- ' ^r> stellte Mosaikfarbfilter verwendet wird. Diese F i g. 5 zeigt eine Verzögerungsstufe 1, die eine Verzögerung um einen Horizontal-Abtastperiode durchführt, eine Signalschaltstufe 2, einen Synchron-Demodulator 3, eine Addierstufe 5, einen Impulsgenerator 6, Tiefpaßfilter (TPF) 7,8 und 9, sowie eine Matrixschaltung 10. Bei dieser Schaltungsanordnung treten das R- und das B-Signal abwechselnd an einem Ausgang 2a der Signalschaltstufe 2 auf, und das (G + B)-Signal und das (R-t-G)-Signal treten abwechselnd an einem Ausgang 2b dieser Signalschaltstufe 2 auf. Man erhält daher durch Synchron-Demodulation der Signale am Ausgang 2a mittels des Synchron-Demodulators 3 und durch Hindurchschicken der demodulierten Signale durch Tiefpaßfilter 7 und 8 das R- bzw. das B-Signal. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Ausgangssignal der Addierstufe 5 das (R-t-G-t-B)-Signal. Dieses Signal kann durch das Tiefpaßfilter 9 geschickt werden, um nur ein Modulationsfrequenzband- bzw. Basisbandsignal abzuleiten, und kann als ein Helligkeitssignal verwendet werden.

Auch bei dieser Ausführungsform kann die Verzögerungsstufe 1, die eine Verzögerung von einer Horizontal-Abtastperiode durchführt, sowie die Signalschaltstufe 2 weggelassen werden, wenn die monolithische Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Fig. 3 verwendet wird. Die in F i g. 5 dargestellte Schaltungsanordnung ist auch bei Verwendung der in den Fig.4(b) und 4(c) dargestellten Mosaikfarbfilter anwendbar.

Abwandlungen der in F '< g. 5 dargestellten Schaltungsanordnung werden nachfolgend erläutert.

Die Abtrennung des G-Signals kann dadurch vorgenommen werden, daß Signale, die gegenüber den Signalen an den Ausgangsleitungen 16 und 17 um einen einem Photosensor entsprechenden Zeitraum verzögert sind, und die unverzögerten Signale der Ausgangsleitungen 16 und 17 jeweils einem Subtraktionsvorgang unterzogen werden, wobei die beiden sich ergebenden Differenzsignale addiert werden.

Bei der in Fig.4(a) dargestellten Mosaikfarbfilteranordnung sind die R- und die B-Komponente Trägerschwingungen, deren Frequenzen gleich und dessen Phasen um 180° zueinander phasenverschoben sind. Zum Trennen der R- und der B-Signale wird daher die nachfolgend beschriebene Maßnahme zusätzlich zu der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform in Betracht gezogen.

Das R-Signal oder das B-Signal kann man auch dadurch erhalten, daß die Signale der Ausgangsleitungen 16 und 17 durch Bandpaßfilter hindurchgeschickt, dann in Synchron-Demodulatoren synchron demoduliert und die beiden Signale dann schließlich addiert werden. Das R- oder das B-Signal läßt sich auch dadurch erhalten, daß die Signale der Ausgangsleitungen 16 und 17, die durch Bandpaßfilter geführt werden, einer Subtraktion unterzogen werden, wobei das Differenzsignal durch einen Synchron-Demodulator geführt wird.

Wird eines der in den Fig.! (a) bis 1 (c) und 4 (a) bis 4 (c) dargestellten Mosaikfilter als eine Einheit mit der in Fig.3 dargestellten monolithischen Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildet, so werden die Signale der Photosensoren, die dem R-, dem B-, dem Ye- und dem Cy-Filter entsprechen, abgetastet und gespeichert und danach den Verarbeitungsvorgängen unterzogen, so daß die Signale R, G und B erhalten werden können. Fig.6 zeigt dieses Ausführungsbeispiel bei Verwendung des in Fig.4(a) dargestellten Mosaikfarbfilters. Fig.6 zeigt Tastspeicherstufen 21, 22, 23 und 24, Subtrahierstufen 25 und 26 sowie eine Addierstufe 27. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die R-, B- und G-Signale aus den R-, B-, Cy- und Ye-Signalen abgeleitet und dann als Ausgangssignale bereitgestellt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Farbbildaufnahmeeinrichtung mit einer Matrix aus Photosensoren und diesen jeweils zugeordneten Farbfilterelementen, wobei in jedem von zwei benachbarten Matrixwellen und zwei benachbarten Matrixspalten gebildeten Feld vier unterschiedliche Spektralbereiche transmittierendc Filterelemente vorhanden sind, sowie mit einer Ausleseschaltung, die die Bildsignale aus den Photosensoren der jeweiligen Matrixzeilen sequentiell abtastet und am Ausgang zur Verfugung stellt, dadurch gekennzeichnet, daß von den vier Filterelementen das erste und das zweite die Spaktralbereiche zweier von drei vorgegebenen Farben und das dritte und das vierte die Spektralbereiche der dazu komplementären Farben transmittieren, daß das erste und das dritte Filterelement sowie das zweite und das vierte Filterelement jeweils in Spaltenrichtung der Matrix nebeneinander angeordnet sind, und daß die Ausgangsschaltung (11... 17) jeweils die beiden Photosensoren zweier benachbarter Matrixzeilen gleichzeitig abtastet

2. Farbbildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Ausleseschaltung (11... 17) angeschlossene Signalverarbeitungsschaltung (3... 5, 7... 10) eine Farbartsignal-Verarbeitungsstufe (3, 4) und eine Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsstufe (5,10) aufweist.

3. Farbbildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbartsignal-Verarbeitungsstufe eine synchron mit der Matrixabtastung arbeitende Synchrondemodulatoreinrichtung (3, 4) enthält, die selektiv diejenigen Bildsignale durchläßt, die aus den den ersten und zweiten Filterelementen entsprechenden Photosensoren ausgelesen werden, und daß die Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung eine Addiereinrichtung (5) enthält, die die von der Ausleseschalrung (11... 17) ausgegebenen Signale addiert.