DE3149567C2

DE3149567C2 - Farb-Abbildungsfeld

Info

Publication number: DE3149567C2
Application number: DE3149567A
Authority: DE
Inventors: Shigehiro Nara Miyatake; Takashi Watanabe
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1984-09-20
Also published as: US4479143A; JPS57102281U; GB2091968A; FR2496371B1; FR2496371A1; DE3149567A1

Abstract

Das Farb-Abbildungsfeld, das grüne, rote und blaue Sensor elemente aufweist, wird aus einem einzigen Festkörper-CCD gebildet. Die grünen Sensorelemente (G) sind in horizontaler und vertikaler Richtung jeweils an jeder zweiten Position des Feldes angeordnet. Die roten Sensorelemente (R) sind in einem horizontalen Zeilenpaar aus benachbarten Zeilen jeweils zwischen den grünen Sensorelementen angeordnet und die blauen Sensorelemente (B) sind in dem nächstfolgenden Zeilenpaar zwischen den grünen Sensorelementen (G) angeordnet. Bei zeilenweiser Abtastung werden die roten und blauen Sensorelemente mit gleicher Abtastrate abgetastet wie die grünen Sensorelemente. Auf diese Weise erfolgt eine verbesserte Farbauflösung in horizontaler Richtung.

Description

ίο Die Erfindung betrifft ein Facb-Abbildungsfeld nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der DE-OS 27 40 795 bekannt ist

Farbfernsehkameras nehmen das Bild eines Objektes auf und erzeugen ein Videosignal, das drei verschiedene Farbsignale umfaßt, beispielsweise die Farbsignale grün, rot und blau. Um dies durchführen zu können, muß das von der Videokamera aufgenommene Bild in drei verschiedenen Farben zerlegt werden. Zur Durchführung dieser Farbzerlegung ist es bekannt, Farb-Abbildungsfelder zu benutzen, bei denen Sensorelemente für unterschiedliche Spektralbereiche in einer gemeinsamen Ebene in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Dabei sind unterschiedliche Aufteilungen des Abbildungsfeldes in die unterschiedlichen Spektralfelder üblich, wie sie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. la, Ib und 2 erläutert werden:

Nach Fig. la (DE-OS 27 40 795 lFig.3); DE-OS 26 08 998 (Fig. IB) ist in dem Farb-Abbildungsfeld in Zeilenrichtung (horizontal) und in Spaltenrichtung (vertikal) jeweils jedes zweite Feld ein Grün-Feld. Die zwischen den Grün-Feldern liegenden Felder sind in allen ungeradzahligen Zeilen Rot-Felder und in allen geradzahligen Zeilen Blau-Felder. Wenn die von den Farbfeldern gelieferten Informationen nach dem Halbbildverfahren verarbeitet werden, bei dem in einem Halbbild die ungeradzahligen Zeilen und in dem nächstfolgenden Halbbild die geradzahligen Zeilen nacheinander abgetastet werden, fehlt in dem einen Halbbild die Blau-Information und in dem anderen Halbbild die Rot-Information vollständig. Dadurch entsteht ein Gelb-Blau-Flakkern, das nur durch Verwendung eines zusätzlich erforderlichen Halbbildspeichers beseitigt werden kann, der jeweils die Rot-Information, die im ersten Halbbild anfällt, für das zweite Halbbild speichert und die Blau-Information, die im zweiten Halbbild anfällt, für das nächstfolgende erste Halbbild speichert.

Das in Fig. Ib dargestellte Farb-Abbildungsfeld (DE-OS 27 40 795 (Fig. 1), von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, enthält ebenfalls an jeder

so zweiten Stelle in Zeilenrichtung und in Spaltenrichtung ein Grün-Feld. Zwischen den Grün-Feldern eines Paares vertikaler Spalten befinden sich Rot-Felder und zwischen den Grün-Feldern des benachbarten Spaltenpaares befinden sich Blau-Felder. Bei dieser Anordnung haben die Rot-Felder innerhalb einer gemeinsamen Zeile jeweils einen Abstand von vier Feldern. Das Auflösungsvermögen von rot ist daher in horizontaler Richtung schlecht. Das gleiche gilt für die Farbe blau. Dieses Farb-Abbildungsfeld hat allerdings den Vorteil, daß in

M) jedem Halbbild sowohl Rot-Informationen als auch Blau-lnformalionen enthalten sind, weil jede Zeile alle drei Farbinformationen — allerdings mit ziemlich großen Abständen — enthält.

Bei dem Farb-Abbildungsfeld der Fig. 2 sind die roten M und blauen Felder jeweils in vertikaler Richtung paarweise angeordnet und die Paare aus grünen, roten und blauen Feldern sind in ähnlicher Weise angeordnet wie in Fig. 1 a, d. h. die ersten beiden Zeilen in Fig. 2 entspre-

chen der ersten Zeile in Fig. la und die beiden nächsten Zeilen in Fig. 2 entsprechen der zweiten Zeile in Fig. la. Wenn diese Anordnung nach Fig. 2 mit einer Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt wird, die nach dem Halbbildverfahren arbeitet, wird da - Videosignal von grün, rot und blau in jedes der ungeradzahligen und geradzahligen Halbbilder aufgenommen, so daß bei dieser Anordnung das Farbflackern vermieden wird. Die Anordnung nach Fig. 2 hat aber den Nachteil, daß jedes Feld eine doppelt so große Fläche bedeckt wie erforderlich ist Daher ist das Auflösungsvermögen verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farb-Abbildungsfeld der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das ein verbessertes Farb-Auflösungsvermögen in horizontaler Richtung hat und dessen Signale mit einer relativ einfachen Schaltung getrennt und verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen von Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei dem erfindungsgemäßen Farb-Abbildungssystem ist das Farb-Auflösungsvermögen in horizontaler Richtung vergrößert und es besteht die Möglichkeit, mit einer relativ einfachen Verarbeitungsschaltung beispielsweise die Rot-Information der ersten Zeile in die dritte Zeile, die an sich keine Rot-Information enthält, zu übertragen. Bei dem Abbildungsfeld fehlt in jeweils zwei Zeilen eine Farbinformation. Betrachtet man jedoch ein Halbbild, dann fehlt dieselbe FarbinformEiion nur in jeder zweiten Zeile. Durch eine Verzögerungsschaltung, die um eine Zeile verzögert, kann man erreichen, daß die fehlende Farbinformation aus der vorhergehenden Zeile aufgefüllt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Farb-Abbildungsfeld sind gegenüber dem bekannten System der Fig. Ib die Zeilen und Spplten gegeneinander vertauscht, so daß man das Abbildungsfeld durch Drehung des bekannten Abbildungsfeldes um 90° erhalten kann. Hierbei ist folgendes zu beachten: Die Abtastung eines Fernsehbildes erfolgt zeilenmäßig, d. h. es wird eine horizontale Zeile nach der anderen abgetastet und signalmäßig verarbeitet. Da darüber hinaus beim Halbbildverfahren die ungeradzahligen Zeilen und die geradzahligen Zeilen jeweils in einem Halbbild verarbeitet werden, ergibt sich, daß die Zeilen und Spalten des Abbildungsfeldes einander nicht gleichzusetzen sind. Ein Abbildungsfeld, das eine bestimmte Anordnung der Farben in Zeilenrichtung enthält, erfordert eine völlig andere Signalverarbeitung als ein Abbildungsfeld, bei dem dieselbe Anordnung der Farben in Spaltenrichtung vorliegt. Ein weiterer Grund, warum die Vertauschung von Zeilen und Spalten der Felder eines Farb-Abbildungsfeldes zj unterschiedlichen Egebnissen führt, ist physiologischer Art. Das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges in horizontaler Richtung ist unterschiedlich von dem Auflösungsvermögen in vertikaler Richtung. Das Auge erfordert eine größere Auflösung in horizontaler als in vertikaler Richtung. Diesem Effekt wird durch die Erfindung Rechnung getragen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Farb-Abbildungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Die Besonderheit liegt darin, daß die Schalteinrichtung synchron mit dem Intervall der Zeilendauer gesteuert ist, d. h. jeweils nach Übertragung einer Zeile umgeschaltet wird. Dadurch ist es möglich, z. B. innerhalb des ungeraden Halbbildes die Rot-Information von der ersten Zeile auf die dritte Zeile zu übertragen und die Blau-Information von der dritten Zeile auf die fünfte Zeile. Beim Stand der Technik (DE-OS 27 40 795) erfolgt dagegen die Umschaltung der betreffenden Schalteinrichtung jeweils nach einem Halbbild — also mit erheblich größe^r> rcr Verzögerung — .

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 a, Ib und 2 Teildiagramme von bekannten

ίο Farbbildfeldern,

Fig.3 ein Teildiagramm eines Farbbildfeldes nach der Erfindung,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Niquist-Domäne des Farbbildfeldes der F i g. 3.

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Farb-Abbildungsvorrichtung,

F i g. 6 ein detailliertes Blockschaltbild des Schaltteils aus F i g. 5,

F i g. 7 eine Zeittabelle der Folge der an den wesentlichen Punkten des Blockschaltbildes der Fig.6 auftretenden Farbsignale, und

F i g. 8a, 8b und 8c zeigen weitere Ausführungsformen von Farbbildfeldern, ähnlich demjenigen der F i g. 3.

In F i g. 3 ist ein Ausschnitt eines Farbbildfeldes 2 dargestellt, das aus einer einzigen Schicht eines Festkörpersubstrats gebildet ist, beispielsweise eines Siliciumhalbleitersubstrats. Das Farbbildfeld 2 weist zahlreiche Sensorelemente 4 auf, die in zwei orthogonalen Richtungen

(z. B. horizontal und vertikal) in Matrixform angeordnet sind. Jedem der Sensorelemente ist ein Filter überlagert, das selektiv Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchläßt. Im einzelnen befinden sich über den mit G bezeichneten Sensorelementen 4 Filter, die selektiv nur das grüne Licht des Spektrums durchlassen (im Folgenden als Grünfilter bezeichnet), über den mit R bezeichneten Sensorelementen 4 befinden sich Filter, die selektiv nur rotes Licht durchlassen (im Folgenden als Rotfilter bezeichnet) und über den mit B bezeichneten Sensorelementen 4 befinden sich Filter, die selektiv nur das blaue Licht des Spektrums durchlassen (im Folgenden als Blaufilter bezeichnet). Das unter dem Grünfilter befindliche Sensorelement wird im Folgenden als grünes Sensorelement bezeichnet. In gleicher Weise werden die unter den roten und den blauen Filtern angeordneten Sensorelementen als rote bzw. blaue Sensorelemente bezeichnet.

Da das menschliche Auge ein größeres Auflösungsvermögen für grün hat als für rot oder blau, sind die grünen Sensorelemente G mit höherer Dichte angeordnet als die anderen Sensorelemente R und B. Im einzelnen ist jedes zweite Sensorelement entlang der orthogonalen Richtungen des Farbbildfeldes ein grünes Sensorelement, ähnlich einem Schachbrett, wogegen die ro-

ten Sensorelemente R jeweils in zwei benachbarten horizontalen Zeilen die Positionen zwischen den grünen Sensorelementen einnehmen und die blauen Sensorelemente B, die Positionen zwischen den grünen Sensorelementen in den beiden nächstfolgenden Zeilen.

bo In Fig.4 ist der Auflösungsbereich der Raumfrequenzen für grüne, rote und blaue Farben dargestellt. In de. Darstellung bezeichnet /Λ/die Nyquist-Grenze des gesamten Bildfeldes. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, erstreckt sich der benutzbare Bereich von rot und blau in horizontaler Richtung bis zur Nyquist-Grenze, wodurch belegt wird, daß das Auflösungsvermögen von rot und blau ebenso gut ist wie das von grün.

In Fig. 5 ist eine Abbildungseinrichtung in verein-

fachter Form dargestellt. Das Farb-Abbildungsfeld 2 ist mit einer Taktimpulsquelle 6 und einem Schieberegister 10 gekoppelt, um die Bildinformation von den einzelnen (horizontalen) Zeilen des Abbildungsfeldes in Abhängigkeit von dem empfangenen Licht dem Schieberegister 10 zuzuführen. Eine von dem Takt der Taktimpulsquelle 6 gesteuerte Zeitsteuerschaltung 8 ist mit dem Schieberegister 10 derart verbunden, daß dieses zum verschachtelten Auslesen gesteuert wird. Infolge der Zeitsteuerschaltung 8 erzeugt das Schieberegister 10 seriell ausgerichtete Bildinformation in der Reihenfolge der ungeraden Zeilen und geraden Zeilen. Beispielsweise liest das Schieberegister 10 die Bildinformation in der folgenden Reihenfolge aus: erste Zeile, dritte Zeile, fünfte Zeile ... und dann zweite Zeile, vierte Zeile, sechste Zeile ... Diese Operation wird immer wiederholt und für den Fachmann ist verständlich, daß auf diese Weise die Bildinformation aus den ungeradzahligen Zeilen ein Videosignal eines ungeraden Halbbildes und die Bildinformation der geradzahligen Zeilen ein Videosignal eines geraden Halbbildes bildet. In Fig. 7 ist in Zeile A eine Linie von Videosignalen für ein Bild dargestellt. Obwohl in jeder horizontalen Zeile (1 H)nur vier Farbsignale dargestellt sind, ist für den Fachmann verständlich, daß jede Zeile viel mehr solcher Signale enthält. In Fig. 7 bezeichnet die jeweils hinter »lW«in Klammern angegebene Zahl die Zahl der betreffenden horizontalen Zeile aus F i g. 3.

Die Farb-Abbildungsvorrichtung in F i g. 5 enthält ferner eine Schalteinheit 12, die die Farbsignalfolge in eine benutzbare Form aufteilt, beispielsweise in parallele Grün-, Rot- und Blau-Videosignale. Die separierten Videosignale werden an den Ausgangsanschlüssen 22, 24 und 26 erzeugt.

In Fig.6 ist ein detailliertes Blockschaltbild der Schalteinheit 12 dargestellt, welche Tore 14 und 16, eine 1 H-Verzögerungsschaltung 18 und eine Schalteinrichtung 20 enthält. Jedes der Tore 14 und 16 besteht aus einer Abtastschaltung und ist mit dem Ausgang des Schieberegisters 10 verbunden. Die Tore 14 und 16 werden abwechselnd betätigt, um die grünen Farbsignale und die anderen Farbsignale (d. h. rot und blau) voneinander zu trennen. Das Tor 14 erzeugt auf diese Weise eine Reihe von Grün-Signalen gemäß Zeile ß in F i g. 7 und diese Grün-Signale werden über ein Tiefpaßfilter 15 dem Ausgangsanschluß 22 zugeführt. Das Tor 16 erzeugt abwechselnd eine Reihe ^von Rot-Signalen und dann eine Reihe von Blau-Signalen, wie dies in Zeile Cin F i g. 7 angegeben ist. Die Verzögerungsschaltung 18 verzögert das Signal vom Tor 16, um XH (eine ZeilendauerV so daß die Verzögerungsschaltung 18 die in Zeile D von F i g. 7 angegebenen verzögerten Farbsignale ausgibt.

Die Schalteinrichtung 20 enthält zwei Kontakte 20a und 206, die mit den Anschlüssen 24 bzw. 26 über Tiefpaßfilter 17 und 19 verbunden sind. Die Kontakte 20a und 20i> wechseln abwechselnd ihre Stellung synchron zueinander bei jedem Zeilensignal zwischen einer ersten Stellung, in der der Kontakt 20a oder 2Of) an das Tor 16 angeschlossen ist und einer zweiten Stellung, in der der Kontakt 20a oder 20f> an die Verzögerungsschaltung 18 angeschlossen ist. Da die Kontakte 20a und 206 gegensinnig zueinander betrieben werden, befindet sich der erste Kontakt 20a in der ersten und der zweiten Stellung, während sich der zweite Kontakt 20£> jeweils in der zweiten und der ersten Stellung befindet. Auf diese Weise wird an den Ausgangsanschluß 24 nur das Rot-Signal Fund an den Ausgangsanschluß 26 nur das Blau-Signal B gelegt, wie dies in den Zeilen £ und F von F i g. 7 dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Tore 14 und 16 und die Schalteinrichtung 20 von der Zeitsteuerschaltung 8 getaktet und gesteuert werden.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die über den Kontakt 20a und von dem Tor 16 gelieferten Rot-Signale von denjenigen Rot-Signalen kompensiert werden, die über die Verzögerungsschaltung 18 kommen, so daß die Chrominanz von rot verbessert wird.

ίο Das gleiche gilt für die Blau-Signale.

Da bei der oben in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen Anordnung der grünen, roten und blauen Sensorelemente die grünen Sensorelemente, für die das menschliche Auge besonders empfindlich ist, die Hälfte der Elementpositionen einnehmen und schachbrettartig verteilt angeordnet sind, erfolgt die Bildauflösung unter dem Gesichtspunkt der Leuchtdichte (Luminanz) mit hoher Qualität.

Da ferner die roten und blauen Sensorelemente, wenn man ein Halbbild betrachtet, in jeder zweiten Zeile angeordnet sind, können die Videosignale für rot und blau abwechselnd in der Zeilenfolge erzielt werden. Bei Verwendung der 1 W-Verzögerungsschaltung, die innerhalb des Halbbildes um eine Zeile verzögert, kann man die Grün-, Rot- und Blau-Signale mit der Abtastfrequenz erhalten. Auf diese Weise kann man sagen, daß bei verschachtelter Datenausgabe der Abbildungsvorrichtung das Farb-Abbildungsfeld kein Farbwertflackern hervorruft.

Da ferner die roten und blauen Sensorelemente in benachbarten Zeilenpaaren einander abwechseln, kann die Auflösung von rot und blau mit hoher Qualität in horizontaler Richtung durchgeführt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Sensorelemente 4, von denen gesagt wurde, daß sie von grünen, roten bzw. blauen Filtern überdeckt sind, auch mit Farbfiltern überdeckt seien, die hierzu komplementäre Farben haben. Beispielsweise sind gemäß F i g. 8a die roten und blauen Filter durch Gelb- und Cyanblau-Filter ersetzt, was mit Ve bzw. Cy bezeichnet ist. Eine andere Anordnung ist in Fig.8b dargestellt, bei der die Grün-Filter durch Weiß-Filter ersetzt sind, die mit W bezeichnet sind. Eine weitere Anordnung ist in Fig. 8c dargestellt, bei der die Grün-, Rot- und Blau-Filter durch Weiß-, Gelb- und Cyanblau-Filter ersetzt sind.

Die Abbildungseinrichtung kann als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung hergestellt werden, beispielsweise als MOS-Chip, CID-Chip, CCD-Chip oder BBD-Chip.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Farb-Abbildungsfeld mit einem ersten Typ (G) von Sensorelementen, die für Licht in einem ersten Spektralbereich empfindlich sind, einem zweiten Typ (R) von Sensorelemenien, die für Licht in einem zweiten Spektralbereich empfindlich sind, und einem dritten Typ (B) von Sensorelementen, die für Licht in einem dritten Spektralbereich empfindlich sind, wobei alle drei Typen von Elementen horizontal und vertikal in einer Ebene angeordnet sind und sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung jedes zweite Element vom ersten Typ (G) ist, und wobei zwischen Elementen des ersten Typs (G) aus jeweils einem Paar benachbarter horizontaler Zeilen Elemente des zweiten Typs (R) angeordnet sind, d a durch gekennzeichnet, daß zwischen allen Elementen des ersten Typs (G) aus' jeweils in einem Paar benachbarter horizontaler Zeilen Elemente des zweiten Typs (R) angeordnet sind und daß die übrigen Elementpositionen von Elementen des dritten Typs (B^ eingenommen werden.

2. Farb-Abbildungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des ersten, zweiten und dritten Typs jeweils für grünes, rotes und blaues Licht empfindlich sind.

3. Farb-Abbildungsfeld nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des ersten, zweiten und dritten Typs jeweils für weißes, gelbes und cyanblaufarbenes Licht empfindlich sind.

4. Farb-Abbildungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des ersten, zweiten und dritten Typs jeweils für grünes, gelbes und cyanblaufarbiges Licht empfindlich sind.

5. Farb-Abbildungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des ersten, zweiten und dritten Typs jeweils für weißes, rotes und blaues Licht empfindlich sind.

6. Farb-Abbildungseinrichtung mit einem Farb-Abbildungsfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Schieberegister (10) zur Aufnahme und zum Fortschaken der Farbsignale des Farb-Abbildungsfeldes in der Reihenfolge der ungeradzahligen Zeilen und dann der geradzahligen Zeilen, mit einer Einrichtung (12) zur Aufteilung der aus dem Schieberegister (10) kommenden seriellen Farbsignale in drei parallele Farbsignale unter Verwendung eines ersten Tores (14), das jedes zweite Farbsignal durchläßt, und eines zweiten Tores (16), das gegensinnig zu dem ersten Tor (14) jedes zweite Farbsignal durchläßt, mit einer Verzögerungsschaltung (18) zur Verzögerung des Ausgangssignals des zweiten Tores um eine Zeilendauer und mit einer Schalteinrichtung (20) zum abwechselnden und wechselseitigen Verbinden des Ausgangs des zweiten Tores (16) und des Ausgangs der Verzögerungsschaltung (18) mit Ausgangsleitungen (14 und 26) für Signale der zweiten Farbe und der dritten Farbe, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (20) synchron mit dem Intervall (H)dcr Zeilendauer gesteuert ist.

7. Farb-Abbildungseinrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Tor (14, 16) jeweils aus Abtastschaltungcn bestehen.

8. Farb-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtastschaltung (14) an ein Tiefpaßfilter(15) angeschlossen ist.

9. Farb-Abbildungseinrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kontakt (20a, 20b) jeweils mit einem zweiten Tiefpaßfilter (17) bzw. einem dritten Tiefpaßfilter (19) verbunden sind.