DE3411932A1

DE3411932A1 - Unabhaengiger farbabgleich fuer eine videoeinrichtung

Info

Publication number: DE3411932A1
Application number: DE19843411932
Authority: DE
Inventors: David M. Waltham Mass. Fischer; Joseph Auburn N.Y. Sarofeen
Original assignee: Welch Allyn Inc
Current assignee: Welch Allyn Inc
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1984-10-25
Also published as: GB2138647B; JPS59205884A; US4546379A; GB2138647A; GB8410192D0

Description

BESCHREIBUNG;

Die Erfindung betrifft Reihenfarbbilder, insbesondere den Farbabgleich bei einer Videoeinrichtung unter Verwendung von Reihenfarbbildern.

Mit der Einführung kleiner charge coupled devices (CCD = LadungsverSchiebeelemente) lassen sich jetzt äußerst kleine Videokameras herstellen, die in enge Räume eingeführt werden können, die bisher für diese Bauart von Videoeinrichtung unzugänglich waren. Normalerweise enthält die Kamera nur ein einziges Schwarzweiß-CCD-Bildaufnahmegerät. Um ein Farbbild zu schaffen werden drei monochrome Farbauszugsbilder eines Zielobjekts erzeugt und bei jedem Videoeinzelbild aufgenommen um Daten über die Hauptfarben rot, grün und blau zu gewinnen. Ein Endoskop mit einer kleinen CCD-bestückten Kamera zum Durchmustern von entfernten Körperhöhlen ist in der US-Patentschrift Nr. 4 074 306 bekannt gemacht. Diese Einrichtung verwendet eine Farbenscheibe, welche für den erforderlichen Farbauszug sorgt. Ein rotes, grünes und blaues Filter wird an einer Lampe vorbeigedreht, welche ein Zielobjekt in der Bildebene der Kamera beleuchtet. Die Farbauszugsbilder werden der Reihenfolge nach durch die Kamera aufgenommen, wobei die Farbbilder auf einer Braun'sehen Röhre übereinandergelegt werden, nachdem die Signale verarbeitet wurden.

Außer dem Nachteil des sequentiellen Übereinanderlegens der Farbbilder auf einer Braun'sehen Röhre weist die Einrichtung der US-Patentschrift Nr. 4 074 306 keinerlei Vorrichtung auf, um die Farbe in jedem Farbauszugsbild richtig abzugleichen/ damit das Videobild nach einer Wiedervereinigung der Bilder die im Original vorhandenen

Farben genau darstelle. Folglich kann dieses Endoskop 35

nicht die Farbreinheit schaffen, die für eine genaue Sichtdiagnose der untersuchten Körperregion erforderlich ist, wodurch der Nutzen des Instruments erheblich eingeschränkt wird.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Reihenfarbbilder bei Videoeinrichtungen zu verbessern. Die Erfindung soll einen Farbabgleich bei einer Videobildeinrichtung unter Verwendung einer Farbenscheibe und einer einig ζigen Lichtquelle schaffen, um Farbauszugsbilder eines originalen Zielobjekts zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, die Leuchtdichte einer einzigen Lampe zu verändern, die zur Erzeugung aufeinanderfolgender monochromer Bilder in einer Videoanlage dient, so daß die im dargestellten Bild vorhandenen Farben genau die im originalen Zielobjekt enthaltenen Farben wiedergeben. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen Farbendoskope mit Reihenfarbbildern verbessert werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit Hilfe einer Blitzlampe gelöst, welche ein Zielobjekt in der Bildebene einer Videokamera durch eine drehbare Farbenscheibe beleuchtet, wodurch das Zielobjekt der Reihe nach mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchtet wird. Die Drehzahl der Scheibe ist auf die Videobildgeschwindigkeit bezogen, so das ein rotes, ein grünes und ein blaues Bild während einer jeden Videobildfolge erfaßt werden. Die am Entladungskondensator der Lampe anliegende Spannung wird während einer jeden Bildfolgefreguenz gesteuert, um die Farbdichte der

^O drei Farbbilder abzugleichen, damit das Videobild die im Original vorhandenen Farben genau wiedergebe.

Der Entladungskondensator ist mit dem Kollektor eines Darlington-Transistors über einen Zeilenablenktransformator verbunden, so daß die am Kondensator anliegende

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Ladungsspannung durch die Stärke des Stroms begrenzt wird, der die Primärwicklung des Transformators durchfließt.Ein Widerstand ist in den Emitterkreis des Transistors geschaltet, der den Kollektorstrom abgreift und für diesen ein Spannungssignal erzeugt. Das abgegriffene oder gemessene Spannungssignal liegt gleichzeitig am Eingang von drei getrennten Vergleichsschaltungen an, welche die Basisstromsteuerung des Transistors übernehmen. An den anderen Eingang der einzelnen Vergleichsschaltungen ist ein Poten-

2Q tiometer angeschlossen. Wenn die am Widerstand abgegriffene Spannung die voreingestellte Potentiometerspannung erreicht, fällt die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung auf Null zurück. Ein Schaltglied verbindet die einzelnen Vergleichsschaltungen mit der Basisstromsteuerung des Transistors in einer Reihenfolge, die an die Farbfolge der Videoeinrichtung angepaßt ist, wodurch die einzelnen Potentiometer den Transistor jeweils während eines bestimmten Abschnitts der Videofarbfolgefrequenz steuert. Dadurch wird wiederum die Leuchtdichte des Zielobjekts bei einer Farbbildfrequenz gesteuert, damit die Hauptfarben zum Erzielen der gewünschten Farbreinheit abgeglichen werden können.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die einzige Figur zeigt schematisch die Einrichtung der Farbenscheibe, die zur Reihenbeleuchtung eines Zielobjekts mit dem Licht der verschiedenen Hauptfarben dient, um Farbauszugsbilder für eine Videoanlage zu schaffen.

In der US-Patentschrift Nr. 4 253 447 wird eine Videoeinrichtung für ein verbessertes Farbendoskop gezeigt, bei der drei aufeinanderfolgende monochrome Farbauszugsbilder durch eine mit einem CCD (LadungsverSchiebeelement) be-

stückte Videokamera erfaßt werden. Nach dem Verarbeiten werden die Bilder gleichzeitig auf einem Videobildschirm dargestellt und erzeugen ein Vollfarbenbild des Zielobjekts. Diese Einrichtung verwendet drei unabhängige Lichtquellen zur Beleuchtung des Zielobjekts mit rotem, grünem und blauem Licht. Die Quellen werden in dner Taktfolge mit dem der Videoeinrichtung beaufschlagt, wodurch die auf die drei Farbbilder bezogenen Bilddaten während eines Videoeinzelbildes oder der Videobildfrequenz in vorgeschriebener

-^q Ordnung erfaßt werden. Die Erfindung soll die Auslegung mit drei Lampen dieser Patentschrift durch eine einzige mit einer Farbenscheibe ersetzen, welche eine einzige Blitzlampe zum Erzeugen der erforderlichen Farbauszugsbilder und zum Abgleich der Hauptfarben braucht, um bei jedem Videobild eine Farbtreue zu erreichen. In der Zeichnung ist die Beleuchtungseinrichtung 10 für ein Endoskop nach der vorerwähnten US-Patentschrift Nr. 4 253 447 gedacht, die/ausdrücklich mit angezogen wird. Ein Zielobjekt 11 liegt in der Bildebene einer nicht gezeigten Videokamera und wird durch eine Blitzlampe 13 über eine dazwischengeschaltete Farbenscheibe beleuchtet. Die Scheibe weist ein Rot-, Grün- und Blaufilter auf. Wenn sich die Scheibe dreht werden die Filter der Reihe nach durch den Lichtweg der Lampe gefahren. Die Scheibe ist über eine Welle 14 direkt an einen Synchronmotor 15 gekuppelt. Die Drehzahl der Scheibe wird durch eine Motorsynchronisierschaltung 16 geregelt, so daß jedes der drei Filter während eines jeden Videoteilbildes den Lichtweg durchläuft. Ein Farbschaltfolgeregler 40 steuert die Scheibe, so daß die roten Farbauszugsbilder während des roten Abschnittes des Teilbildes und die grünen und blauen Farbauszugsbilder während des grünen und blauen Abschnittes desselben Teilbildes erfaßt werden. Die Perioden der einzelnen roten, grünen und blauen Farbauszugsbilder sind im wesentlichen gLeich,

wobei eine kleine Zeitverzögerung zwischen den einzelnen liegt, damit die erfaßten Daten in der Videoanlage verarbeitet werden können.

Die verwendete Lichtquelle 13 ist eine herkömmliche Blitzlampe, die manchmal auch als Lichtbogenentladungslampe bezeichnet wird. Wie allgemein bekannt ist, weist die Lampe eine mit einem Edelgas wie Xenon oder dergleichen gefüllten Quarzkolben auf. Ein Zündimpuls hoher Spannung vom Zündkreis 31 der Lampe liegt an den Elektroden der Lampe an und ionisiert die Gasfüllung, wodurch ein Strompfad zwischen den Elektroden geschaffen wird. Nach der Zündung entlädt sich ein Entladungskondensator 17 im Entladungskreis der Lampe über die Elektroden, wodurch ein Blitz- licht hoher Leuchtdichte entsteht. Die Dichte des während einer jeden Blitzperiode von der Lampe abgestrahlten Lichtes ist auf die Höhe der Spannung bezogen die am Entladungskondensator anliegt. Die Leuchtdichte kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

E = 1/2 CV² (1)

worin:

C = die Kapazität des Kondensators und

V = am Kondensator anliegende Spannung. 25

Eine Seite des Entladungskondensators 17 ist an die Sekundärwicklung 22 eines Ablenktransformators 20 über eine Sperrdiode 23 geführt. Die Primärwicklung 21 des Transformators ist in Reihe zwischen den Kollektor eines Darlingtontransistors 27 und eine Spannungsquelle V_ geschaltet. Ein Meßwiderstand 33 liegt zwischen dem Emitter 29 des Transistors und Masse. Die am Widerstand abfallende Spannung ist dem Kollektorstrom direkt proportional.

Die Basisstromsteuerung 30 des Transistors wird durch drei getrennte Vergleichsschaltungen 37-39 gesteuert, die über ein Schaltglied an die Stromsteuerung angeschlossen sind. Die am Widerstand 32 abfallende Spannung, die nachfolgend als abgegriffene Spannung bezeichnet wird, liegt jeweils am negativen Eingang der drei Vergleichsschaltungen an. Der zweite oder positive Eingang einer jeden Vergleichsschaltung ist jeweils über ein Potentiometer an eine unabhängige Versorgungsspannung V geführt.

cc

IQ Die Vergleichsschaltung 37 und das Potentiometer 33 bilden einen Rotsteuerkreis, die Vergleichsschaltung 38 und das Potentiometer 34 einen Grünsteuerkreis und die Vergleichsschaltung 39 sowie das Potentiometer 35 einen Blausteuerkreis. Die einzelnen Vergleichsschaltungen erzeugen NuIlausgangsspannung, wenn die am negativen Eingang anliegende abgegriffene Spannung den Wert der am positiven Eingang anliegenden vorgegebenen Steuerspannung erreicht.

Das Ausgangssignal der einzelnen Vergleichsschaltungen liegt an einem der drei UND-Glieder des Schaltnetzwerks an. Die Glieder werden in einer Taktfolge durch ein Ansteuerungssignal des Farbschaltfolgereglers 40 beaufschlagt. Das Rotschaltglied 42 wird während des roten Abschnittes der einzelnen Videoteilbilder, das Grünschaltglied 43 und das Blauschaltglied 44 jeweils während der grünen und blauen Abschnitte des Videoteilbildes beaufschlagt. Das Ausgangssignal der einzelnen UND-Glieder gelangt an ein ODER-Glied 45 und von dort sowohl zum Zündsteuerkreis 31 und zur Basisstromsteuerung 30 des Transistors. Der Zündsteuerkreis beaufschlagt den Transistor wenn vom Schaltnetzwerk eine digitale Eins her anliegt und schaltet den Transistor ab, wenn eine digitale Null empfangen wird.

Am Anfang eines roten Videoteilbildes wird das rote Videoschaltglied 42 vom Farbschaltfolgeregler 40 beaufschlagt, worauf das Ausgangssignal der Rotvergleichsschaltung 37 an der Basisstromsteuerung 30 ,des Darlington-Transistors 27 anliegt. Das Anfangssignal der Basisstromsteuerung beaufschlagt den Transistor, wodurch Strom durch die Primärwicklung des Zeilenablenktransformators 20 fließen kann. Dieser Stromfluß durch die Primärwicklung des Transformators baut ein Kraftfeld im Transformator auf. Wenn der Stromfluß aufhört, bricht das Feld zusammen und induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung, welche ihrerseits die Diode 25 vorwärts steuert und den Kondensator 17 auflädt. Die am Kondensator anliegende Spannung ist direkt auf den Strom bezogen, der die Primärwicklungen durchflössen hat und durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

1/2CV² = 1/2 (L xl²) (2)

P P

worin:

L = Induktivität der Primärwicklung I = Stromfluß durch die Primärwicklung.

Die am Widerstand 32 abgefallene abgegriffene Spannung 25

ist dem Kollektorstrom direkt proportional.

Wenn die am Widerstand 32 anliegende Spannung den Wert der am Rotsteuerpotentiometer eingestellten Spannung erreicht, geht die Ausgangsspannung der Rotvergleichsschal-30

tung auf Null zurück und sperrt damit den Transistor. Dadurch wird die Ladungsstärke des Lampenentladungskondensators in Abhängigkeit von der Einstellung des Rotpotentiometers begrenzt. Nach Aufladung des Kondensators wird

die Lampe über den Zündkreis gezündet, wodurch die Gas-35

füllung ionisiert wird und der Kondensator sich durch die Lampe entlädt. Wie erwähnt, ist die Dichte des von der Lampe ausgesandten Lichtes während der roten Blitzperiode direkt auf die Spannung am Entladungskondensator bezogen und wird dadurch durch die Einstellung des Rotpotentiometers gesteuert.

Die Leuchtdichte während der übrigen Hauptfarbteilbilder wird in gleicher Weise eingestellt. Unter Verwendung der drei Steuerpotentiometer können die im Videobild dargestellten drei Hauptfarben feingeregelt werden, um die Hauptfarben bis zu einem Punkt abzugleichen, an dem die im Videobild enthaltenen Farben die im Zielobjekt enthaltenen Farben genau wiedergeben. Die Leuchtdichte der einzelnen Hauptfarben kann außerdem nach Bedarf eingestellt und neu eingestellt werden, um genaue Zielobjektdaten zu liefern, wenn die Videoeinrichtung arbeitet. Ein Zeilenablenktransformator im Kollektorkreis des Darlington-Transistors gestattet es, daß die Lampe laufend mit hoher Geschwindigkeit während der einzelnen Farbteilbilder stroposkopisch abgetastet werden kann, ohne Gefahr zu laufen, daß der Lichtbogen zwischen den Blitzen bestehen bleibt. Die an der Lampe anliegende Spannung hängt von der Stärke des Stromes ab, der die Primärwicklung des Zeilenablenk-

Transformators durchläuft und nicht von der Transformatorspannung. Daher beeinflussen Veränderungen der anliegenden Spannung nicht die Leuchtdichte der Lampe, wodurch ein verläßlicheres Bild erzeugt wird.

Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Videoeinrichtung, bei der ein Zielobjekt während eines jeden Videoteilbildes dadurch abgebildet wird, daß das Zielobjekt der Reihenfolge nach mit dem Licht der verschiedenen Hauptfarben abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zum Einstellen der zum Beleuchten des Zielobjekts (11) angewandten Leuchtdichte einer jeden Hauptfarbe folgende Baugruppen aufweist:

Eine Blitzlampe (13) mit einem Zündkreis (31), um eine in der Lampe (13) enthaltene Gasfüllung zu ionisieren, und einen Kondensator (17), der sich durch das ionisierte Gas entlädt, um einen Blitz zu erzeugen, dessen Leuchtdichte proportional der Ladung des Kondensators (17) ist,

eine Farbenscheibe (12), die eine Reihe von Filtern der Hauptfarben zwischen der Lampe (13) und dem Zielobjekt (11) durchlaufen läßt, wodurch dieses (11) einmal mit dem Licht einer jeden Hauptfarbe beleuchtet wird,

einen Zeilenablenktransformator (20) mit einer zwischen eine Spannungsquelle (V ) und den Kollektor (29) eines Transistors (2 7) geschalteten Primärwicklung und einer an den Lampenkondensator (17) angeschlossenen Sekundärwicklung (22), welche den Kondensator (17) auflädt, wenn der Transformator (20) beaufschlagt wird,

einen zwischen den Emitter (29) des Transistors (27) und Masse gelegten Meßwiderstand (32), wodurch die an ihm (32) abfallende Spannung proportional dem Stromfluß der Primärwicklung (21) des Transformators (20) ist,

mehrere Vergleichsschaltungen (37,38,39), deren Zahl gleich ist der Zahl der Hauptfarben, wobei jede Vergleichsschaltung (37-39) einen an den Meßwiderstand (32) geführten ersten Eingang (-) sowie einen an ein Potentiometer (32,34,35) geführten zweiten Eingang (+) aufweist und alle Vergleichsschaltungen (37-39) ein Nullausgangssignal erzeugen, wenn die abgegriffene Spannung gleich ist der Potentiometerspannung,

Schaltglieder (42,43,44), welche das Ausgangssignal der einzelnen Vergleichsschaltungen (37-39) an die Basis des Transistors (27) anlegen, um diesen (27) abzuschalten, wenn das Ausgangssignal der Schaltglieder (45) auf Null abfällt und,

eine Steuereinrichtung (40), welche die Schaltglieder (42-44) in einer Taktfolge mit einem Videoteilbild beaufschlagt, wodurch die Leuchtdichte der Lampe (13) während eines jeden bildgebenden Taktes gesteuert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündsteuerkreis (31) mit den Schaltgliedern (42-44) verbunden ist, um die Lampe (13) zu ionisieren.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbenscheibe (12) ein rotes, grünes und blaues Filter aufweist und, daß auch die drei Vergleichsschaltungen (37,38,39) zu ihr (12) gehören, welche die Leuchtdichte der Lampe (13) während der roten, grünen und blauen Bildgeberperioden steuern.
4. Videoanlage, bei der ein Zielobjekt während eines jeden Videoteilbildes durch eine Reihenbestrahlung mit Strahlen verschiedener Wellenlängen abgebildet wird

und die ein Gerät zum Einstellen der Strahlungsdichte während einer jeden Teilbildfolge aufweist, gekennzeichnet durch

eine mit einer Gasfüllung versehene Strahlungsquelle (13), einen Schaltkreis (31) zum Ionisieren der Gasfüllung und einen Kondensator (17), der sich durch das ionisierte Gas entlädt und einen Strahl von einer Leuchtdichte erzeugt, die proportional der Ladung des Kondensators (17) ist,

eine Einrichtung (12,40) zum Ändern der Strahlungsverteilung im Hauptstrahl, so daß die auf ein Zielobjekt (11) während der einzelnen Teilbildfolgen auftreffenden Strahlen verschiedene Wellenlängen aufweisen,

einen an den Kondensator (17) angeschlossenen Induktivitätsgenerator (20), der zwischen eine Quelle fester Spannung (V_) und Masse über einen elektronischen Schalter (27) geschaltet ist, wodurch beim Öffnen des Schalters (27) der Kondensator (17) aufgeladen wird,

einen Stromfühler (32), welcher den durch den Induktivitätsgenerator (20) an Masse fließenden Strom abgreift,

mehrere Vergleichsschaltungen (37,38,39) deren Zahl gleich ist der Zahl der Bildfolgen in jedem Teilbild,

wobei jede Vergleichsschaltung (37-39) einen ersten Eingang (-) aufweist, der über den Stromfühler (32) angeschlossen ist, und einen zweiten Eingang (+), der an eine programmierbare Spannungsquelle (V 33, 34,35)

CC

geführt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das sich verändert, wenn die programmierbare Spannung und

die am Stromfühler (32) anliegende Spannung gleich sind, und

eine Steuereinrichtung (40), welche den Schalter (2 7) öffnet, wenn sich die Ausgangsspannung von einer der Vergleichsschaltungen (37-39) verändert.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) folgende Baugruppen aufweist;

Schaltglieder (42,43,44), welche den Ausgang der einzelnen Vergleichsschaltungen (37-39) mit dem Schalter (27) verbinden und

;

eine Steuereinrichtung (40), welche die Schaltglieder (42-44) steuert, um wahlweise die Vergleichsschaltungen (37-39) mit dem Schalter (2 7) in einer Taktfolge zu verbinden, wodurch die Dichte des Strahls während einer jeden Teilbildfolge gesteuert wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Transistor (27) ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler ein Widerstand (32) ist, der'zwischen den Transistor (27) und Masse geschaltet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Lichtbogenlampe (13) und die Einrichtung zur Veränderung der Strahlungsverteilung eine Filterscheibe (12) ist, die sich durch den Strahl bewegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folgesteuerung (40) den Stromfühler (32) synchron mit der Drehung der Scheibe (12) beaufschlagt.