DE3643870C2 - Verfahren und Schaltung zur automatischen Belichtungsregelung einer Fernsehkamera - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bisher wurde bei Fernsehkameras die Stellspannung zum Verstellen der Blende vom Videosignal nach Spitzenwert- oder Mittelwertmessung abgeleitet. Dabei ist aber häufig der Fall aufgetreten, daß helle Motive vor dunklerem Hintergrund überbelichtet wurden und daß dunklere Motive vor hellem Hintergrund nicht ausreichend gut erkennbar waren. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bisher bereits bekannt, aus dem gesamten Videosignal die Videosignale eines vorbestimmten Bildausschnittes zu extrahieren - im folgenden als sogenannte "Spot-Messung" bezeichnet - und die Helligkeitssignale aus den Videosignalen des extrahierten Bildausschnittes abzuleiten, wonach lediglich diese Helligkeitssignale zur Bildung einer Regelgröße für die Blendensteuereinrichtung herangezogen werden. In der Praxis kann es jedoch ohne weiteres vorkommen, daß gerade der Bereich eines Bildausschnittes auf einem sehr hellen Hintergrund zu liegen kommt, der für die Regelung der Blenden-Steuereinrichtung herangezogen wird, was dann zwangsläufig zu einer fehlerhaften Belichtung führen kann. Eine optimale Blendenregelung wird also hierbei nur dann erzielt, wenn nur das dem aufzunehmenden Motiv entsprechende Videosignal ausgemessen wird und keine lokale Änderung des Motivs erfolgt. Deshalb sind zur weiteren Verbesserung der Blendenregelung auch bereits Meß- und Auswerte-Verfahren bekannt, bei welchen der mittlere Teil des Bildfeldes bei der nach der Messung erfolgenden Auswertung stärker an der Bildung der Stellspannung beteiligt ist als die beiden äußeren Ränder rechts und links sowie ggf. der obere Rand. Dieses Verfahren - im folgenden als sogenannte "mittenbetonte Integralmessung" bezeichnet - geht von der Überlegung aus, daß sich das Hauptmotiv vorwiegend in der Bildmitte befindet und in oberen Bildteil in der Regel keine wichtigen Bildelemente (z. B. nur Himmel) vorhanden sind. Hierbei kann es jedoch zu Blendenänderungen kommen, wenn sich helle Motive aus oder in den stärker bewerteten Teil bewegen. Bei diesen bekannten Meßverfahren "Spotmessung" sowie "mittenbetone Integralmesssung" werden die jeweiligen Meßwerte mit einem vorher eingestellten Referenzwert verglichen und danach die Blendenstellung so lange verändert, bis beide Werte identisch sind.

In der JP 60-136 480 A2 ist eine automatische Belichtungsregelung für eine Fernsehkamera beschrieben, wobei das gesamte Bildfeld in mehrere Teilbildfelder unterteilt ist. Hierbei soll die Belichtung der einzelnen Teilbildfelder unabhängig voneinander mittels einer entsprechenden Stellspannung für jeweils einen Bereich einer in mehrere Bereiche unterteilte Blende durchgeführt werden.

Ferner ist in der US 4 423 936 ein fotografisches Belichtungssteuersystem für ein Foto-Entwicklungsgerät angegeben. Hierbei wird für die Blendenregelung eine Stellspannung erzeugt, welche nach der sogenannten "mittenbetonten Integralmessung" abgeleitet wird.

Außerdem ist aus der DE-AS 12 41 869 eine Schaltung zur Verbesserung der Detail-Erkennbarkeit innerhalb einer einstellbaren Fläche eines Fernsehbildes bekannt, wobei vom Videosignal dieser Fläche eine Regelspannung abgeleitet wird, die vom Pegel dieses Videosignalanteils abhängig ist. Mit dieser Regelspannung ist dann beispielsweise der in das Objektiv eines Bildsignalgebers eintretende Lichtstrom mittels einer Blende regelbar. Dabei kann das Videosignal entweder nur der ausgewählten Fläche oder aber des gesamten Fernsehbildes verändert werden. Außerdem ist es auch möglich, von mehreren einstellbaren Flächen jeweils eine Regelspannung abzuleiten, wobei durch jede dieser Regelspannungen Änderungen des Lichtstromes bewirkt werden können.

Weiterhin ist aus der DE-31 29 356 C 2 bereits eine automatische Belichtungssteuerung für eine Fernsehkamera bekannt, wobei die Videosignale eines Gesamtbildfeldes in solche mehrerer Teilbildfelder nach Zeitteilerart unterteilt werden. Danach können die Videosignale eines bestimmten Teilbildfeldes wahlweise entnommen und zur Ableitung der Stellspannung für die Belichtungs­ steuerung benutzt werden. Das hat jedoch den Nachteil, daß der Kameramann das jeweils für die Belichtungs­ steuerung günstigste Teilbildfeld selbst auswählen und einschalten muß. Außerdem ist dabei nachteilig, daß diese Teilbildfelder aus waagerechten (aneinandergrenzenden) Bildstreifen bestehen, so daß unwichtige Bildelemente zu ungenauer Belichtungssteuerung beitragen können.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine optimale Belichtungsregelung, insbesondere bei kontrastreichen Motiven und Spitzlichtern möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß für die Belichtungsregelung nur die Bildbereiche zur Ableitung der Stellspannung benutzt werden, welche nach optimaler Bildfeldauswahl eine gute Detailerkennbarkeit gewährleisten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

In weiteren Unteransprüchen ist eine zweckmäßige Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 1a eine Aufteilung des Gesamtbildfeldes in Teil­ bildfelder.

Fig. 2 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Blendenregelung.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Blendenregelung dargestellt, welches Teil einer Fernsehkamera ist. Die Fernsehkamera besteht dabei in ihrem Aufnahmeteil aus einem Objektiv 1, einer Irisblende 2 und einem die Lichtstrahlen in die drei Farbwerte R, G, B aufteilenden Strahlenteiler 3, mit welchem die opto-elektrischen Wandler 4, 5, 6, wie Aufnahmeröhren oder Halbleiter- Sensoren, optisch verbunden sind. An den Signalaus­ gängen der opto-elektrischen Wandler 4, 5, 6 sind Vorverstärker 7, 8, 9 angeschlossen, deren Signale an den Ausgangsklemmen 11, 12, 13 zur weiteren Verarbeitung in bekannter Weise zur Verfügung stehen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Ausgänge der Vorverstärker 7, 8, 9 außerdem mit den Eingängen einer nichtadditiven Mischschaltung 14 verbunden, in welcher der jeweils größte Wert der Eingangssignale ausgewählt und für die Ableitung der Stellspannung benutzt wird. Der Ausgang der NAM- Schaltung 14 ist beispielsweise an die Eingänge von neun elektronischen Schaltern 16a bis 16i angeschlossen, deren Anzahl der Anzahl der Teilbildfelder gemäß Fig. 1a entspricht. In Fig. 1a ist ein Gesamtbildfeld beispielsweise in neun gleich große Felder a bis i unterteilt, welche jeweils ausgewertet und von denen einige zur Ableitung der Stellspannung herangezogen werden. Die Schalter 16a bis 16i werden dabei von einem Taktgenerator 17 gesteuert, welcher von den Vertikal- und Horizontal-Synchronimpulsen synchroni­ siert ist. Somit werden z. B. durch Schließen des Schalters 16a die höchsten Signalwerte der ersten Zeile im Teilbild­ feld a weitergeleitet, wonach durch Öffnen des Schalters 16a und Schließen des Schalters 16b die höchsten Werte der ersten Zeile des Teilbildfeldes b und nach Öffnen des Schalters 16b und Schließen des Schalters 16c die höchsten Werte der ersten Zeile des Teilbildfeldes c übertragen werden. Die Ausgänge der Schalter 16a bis 16i sind an je einen Meßfeld-Detektor 18a bis 18i angeschlossen, in welchen jeweils der Spitzenwert sowie der Mittelwert der übertragenen Signalwerte gemessen wird. Die Meßfelddetektoren 18a bis 18i verfügen daher über je zwei Ausgänge für die Abnahme des Spitzenwertes einerseits sowie des Mittelwertes andererseits. Nach Messung dieser beiden Werte pro Teilbildfeld werden diese Meßwerte in Zwischenspeichern 19a bis 19i zwischen­ gespeichert und über einen Multiplexer 21, welcher ebenfalls vom Taktgenerator 17 angesteuert wird, jeweils sequentiell einem A/D-Wandler 22 zugeführt. Diese Meßwerte werden nun mit Hilfe des A/D-Wandlers 22 digitalisiert und den Dateneingängen eines Rechners 23 zugeleitet.

Die Ableitung der Stellspannung für die Blendenregelung erfolgt im Rechner 23 mit Hilfe eines darin realisierten Algorithmus, wodurch aus den Meßwerten der einzelnen Teilbildfelder nach entsprechender Auswertung das jeweilige Stellsignal erzeugt und an den Ausgängen des Rechners 23 als Digitalsignal abnehmbar ist. Dieses Digitalsignal wird in einem nachfolgenden D/A-Wandler 24 in eine analoge Steuerspannung umgewandelt und einer Servo-Schaltung 26 zugeführt. Von der Servo-Schaltung 26 wird danach eine Stellspannung erzeugt, welche zum Verstellen der Iris-Blende 2 dient. Außerdem gibt die Servo-Schaltung 26 als Rückmeldung des aktuellen Blendenwertes eine Signalspannung ab, welche in einem A/D-Wandler 27 digitalisiert und weiteren Eingängen des Rechners 23 zugeführt wird.

Für die Auswertung und weitere Verarbeitung der Meßwerte im Rechner 23 ist der Aussteuerungsgrad sowie die Dynamik in jedem Teilbildfeld wichtig. Wie bereits oben ausgeführt, werden dem Rechner 23 von jedem Teil­ bildfeld a bis i zwei Meßwerte, nämlich der Mittelwert und der Spitzenwert, zugeführt. Da hierbei der Aussteuerungsgrad dem Mittelwert entspricht, und die Dynamik das Verhältnis von Spitzenwert zum Mittelwert darstellt, kann mit diesen beiden Meßwerten die erfindungsgemäße Blendenregelung durchgeführt werden. Die Auswertung von Aussteuerungsgrad und Dynamik von jedem Teilbildfeld führt nun zu unterschiedlichen Weiterverarbeitungen der Signaldaten. Zu Beginn des Regelvorganges, also beispielsweise kurz nach dem Einschalten der Fernsehkamera, ist es zweckmäßig, daß das auszuwertende Bild eine gewisse Grundhelligkeit besitzt, welche zunächst mittels der Blende eingestellt werden muß. Um dies zu erreichen, werden zuerst die im Rechner 23 eingeschriebenen Meßdaten nach der sogenannten "mittenbetonten Integralmessung" ausgewertet. Da sich meist die bildwichtige Information in der Bildmitte befindet, werden die vier Teilbildfelder a, c, g und i an den Bildecken nicht ausgewertet, und die Teilbildfelder b, d, e, f und h werden hierbei mit unterschiedlicher Gewichtung bewertet. So wird das Feld b mit 4%, das Feld d mit 12%, das Feld e mit 37%, das Feld f mit 12% und das Feld h mit 26% der Meßwertgröße (Mittelwert) beispielsweise weiter­ verarbeitet. Die mit diesen Faktoren bewerteten Integral- oder Mittelwerte werden nun noch mit einem für optimale Belichtung gewonnenen Vorgabewert verglichen, davon die Stellgröße abgeleitet, welche nach Umwandlung in die Stellspannung zur Verstellung der Blende dient.

Nach erfolgter Einstellung einer gewissen Grundhelligkeit, wodurch die erzeugten Videosignale im Aussteuerungsbereich der opto-elektrischen Wandler liegen, werden nun die Videosignale sämtlicher Teilbildfelder ausgewertet. Hierbei wird der vorherrschende Aussteuerungsgrad (Mittelwert) sowie die ermittelte Dynamik der einzelnen Teilbildfelder mit einem Ausscheidungskriterium ver­ glichen, welches einen teilbildfeldabhängigen Mindestwert der Dynamik darstellt. Ist das Ausscheidungskriterium erfüllt, d. h. enthält das betreffende Feld hauptsächlich große einfarbige bzw. kontrastarme Flächen, dann wird dieses Feld ausgeschieden. Auch wenn in einem Feld einem bestimmten Dynamikwert ein zu geringer Mittelwert zugeordnet ist (Auftreten von Spitzlichern), ist auch dieses Feld auszuscheiden.Von den Meßdaten der noch verbleibenden Felder wird dann nach einem Soll-Ist- Vergleich die Stellgröße abgeleitet. Diese oben be­ schriebene Auswertung der Meßdaten sämtlicher Teilbildfelder mit Ausscheidung unwichtiger Teilbild­ felder wird im folgenden als sogenannte "Selektiv- Feldmessung" bezeichnet. Bei dieser Messung werden die drei Felder mit dem jeweils größten Integral- oder Mittelwert zur Berechnung herangezogen. In jedem Feld wird dabei ein Vergleichswert ermittelt und daraus die entsprechende Blendenänderung errechnet. Die errechneten Änderungen werden über die entsprechenden Felder zu gleichen Teilen gemittelt.

Außer den Meßarten "mittenbetonte Integralmessung" und "Selektiv-Feldmessung" kann für die Einstellung der Blende auch die sogenannte "Spot-Messung" her­ angezogen werden. Hierbei wird nur ein Teilbildfeld in der Mitte, z. B. das Feld e gemäß Fig. 1a, ausgewertet, wobei die Ermittlung der Blendenänderung durch einen Vergleich mit einem festgelegten Wert oder mit einem von der in diesem Feld herrschenden Dynamik abgeleiteten Wert erfolgt.

Der Gesamtablauf der Blendenregelung soll nunmehr anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 2 näher erläutert werden. Nach dem Start des Programmes werden - wie bereits beschrieben - sämtliche ermittelten Meßwerte in den Speicherteil des Rechners 23 eingelesen. Diese Werte werden dann mit den bisherigen oder Vergangen­ heitswerten verglichen, wonach entschieden wird, welche Meßart für eine optimale Blendenregelung herangezogen werden soll. So wird eine "mittenbetonte Integralmessung" außer zu Beginn des Kamerabetriebes immer dann gewählt, wenn sich der Integral- oder Mittelwert in mehr als drei Teilbildfeldern um mehr als eine Blendenstufe geändert hat. Ist der Integral- oder Mittelwert im mittleren Teilbildfeld e größer als 85%, dann wird die sogenannte "Spot-Messung" angewendet. Hat sich der Integral- oder Mittelwert in mehr als zwei Teilbildfeldern um mehr als eine viertel Blendenstufe geändert, dann wird die sogenannte "Selektiv-Feldmessung" durchgeführt. Falls sich keine Änderungen der Meßwerte ergeben haben, dann braucht keine Blendenänderung durchgeführt zu werden, wobei in diesem Falle ein neuer Meßvorgang durch das Einlesen neuer Meßwerte eingeleitet wird. Nach der Durchführung einer der verschiedenen Meßarten, wonach die Stellgröße für die Einstellung der errechneten Blendenstellung abgeleitet worden ist, werden die Meßwerte der einzelnen Teilbildfelder als sogenannte "Vergangenheitswerte" im Rechner 23 abgespeichert. Mit diesen "Vergangenheitswerten" kann dann ein neuer Meß- und Regelungsvorgang eingeleitet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur automatischen Belichtungsreglung einer Fernsehkamera mit Hilfe einer vom Videosignal abgeleiteten Stellspannung zum Verstellen der Blende, wobei vom Videosignal eines gesamten Bildfeldes die gemäß einer Unterteilung dieses Bildfeldes in mehrere Teilbildfelder (a bis i) entsprechenden Videosignale extrahiert und gemessen werden, und wobei diese Meßwerte nach Bewertung und Vergleich mit vorgegebenen Referenz­ werten zur Ableitung der Stellspannung benutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale der einzelnen Teilbildfelder (a bis i) bezüglich des Aussteuerungsgrades sowie der Dynamik gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussteuerungsgrad durch Mittelwertbildung und die Dynamik durch Bildung des Verhältnisses von Spitzenwert zu Mittelwert der Videosignale ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Videosignalen der verschiedenen Teilbildfelder (a bis i) abgeleiteten Meßwerte durch gewichtete Bewertung mit unterschiedlichen Bewertungsgrößen zur Ableitung der Stellspannung beitragen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Kamerabetriebes zunächst eine "mittenbetonte Integralmessung" zur Einstellung der Blende auf einen entsprechenden Wert durchgeführt wird, daß danach und während des weiteren Kamerabetriebes eine ständige Auswertung der Meßwerte bezüglich der Auswahl der zur Ableitung der Stellspannung verwendeten Meßart erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung des Mittelwertes der Videosignale in mehr als einem Drittel des Gesamtbildfeldes entsprechenden Teilbildfeldern um mehr als eine Blendenstufe eine "mittenbetonte Integralmessung" zur Ableitung der Stellspannung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines Mittelwertes des Videosignals im mittleren Teilbildfeld von mehr als 85% eine "Spotmessung" zur Ableitung der Stellspannung durchge­ führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung des Mittelwertes der Videosignale in mehr als einem Fünftel des Gesamtbildfeldes ent­ sprechenden Teilbildfeldern um mehr als eine viertel Blendenstufe eine "Selektivfeldmessung" zur Ableitung der Stellspannung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auswertung sämtlicher Teilbildfelder (a bis i) der Aussteuerungsgrad sowie die Dynamik in den einzelnen Teilbildfeldern ermittelt und mit einer gewichteten Referenz verglichen werden, und daß die Teilbildfelder vor der Ableitung der Stellspannung ausgeschieden werden, deren Meßwerte die einen Mindestwert der Dynamik darstellende Referenz nicht erreichen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert zur Einstellung der Blende in Abhängigkeit der Dynamik jedes nicht ausgeschiedenen Teilbildfeldes gebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Meßwerte und die daraus resultierende Ableitung der Stellspannung mit Hilfe eines entsprechenden in einem Rechner (23) realisierten Algorithmus erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehr als ein Video­ signal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von diesen Signalen der jeweils höchste Wert durch nicht­ additive Mischung abgeleitet und weiterverarbeitet wird.

12. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemäß der Anzahl von Teilbildfeldern (a bis i) entsprechende Anzahl von demgemäß getakteten elektronischen Schaltern (16a bis 16i) vorgesehen ist, an deren jeweiligen Eingang das Videosignal des Gesamtbildfeldes anliegt und deren Ausgänge mit je einem Meßfeld-Detetektor (18a bis 18i) verbunden sind, daß die Ausgänge der Meßfeld-Detektoren (18a bis 18i) an Zwischenspeicher (19a bis 19i) und deren Ausgänge über einen entsprechend getakteten Multiplexer (21) und einen A/D-Wandler (22) an die Eingänge eines Rechners (23) geführt sind, daß die Ausgänge des Rechners (23) über einen D/A-Wandler (24) mit der Servoschaltung (26) zur Verarbeitung der Stellspannung für die Blende (2) verbunden sind, und daß der Rückmeldeausgang der Servoschaltung (26) über einen weiteren A/D-Wandler (27) mit weiteren Eingängen des Rechners (23) verbunden ist.

13. Schaltung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgänge mehrerer Kameravorverstärker (7, 8, 9) mit je einem Eingang einer nichtadditiven Mischschaltung (14) verbunden sind, deren Ausgang an die Eingänge der elektronischen Schalter (16a bis 16i) angeschlossen ist.