DE3780998T2 - Schaltung zur schwarzwertkorrektur fuer videokamera. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Videokameras und betrifft speziell eine Vorrichtung zur Korrektur der Schwarzwertpegel in einer Videokamera.
• Bekannflich erzeugen alle Videokameras unabhängig vom Typ ihrer Bildaufnahmevorrichtung auch dann ein Videosignal, wenn auf die Bildaufnahmevorrichtung kein Licht auftrifft. Der Pegel dieses Videosignal, das dann erzeugt wird, wenn kein Licht einfällt, ist als Schwarzwertpegel bekannt. Er ist auf den sogenannten Dunkelstrom der lichtempfindlichen Anordnung zurückzuführen. Die Tatsache, daß ein solches Videoausgangssignal vorhanden ist, wenn kein Licht auf die Bildaufnahmevorrichtung fällt, macht eine Kalibrierung der Videokamera erforderlich, bei der ein Auslöschungssignal erzeugt wird, um den in der individuellen Kamera auftretenden Dunkelstrom zu eliminieren. Dies ist natürlich deshalb notwendig, weil andernfalls ein Videosignal-Ausgangspegel auftritt, obwohl kein Licht gemessen wird. Da sich der Pegel des Videoausgangssignals in Abhängigkeit z.B. von der Umgebungstemperatur und von Schwankungen des Vorstroms ändert, ist eine periodische Systemkalibrierung und/oder Schwarzwertpegelauslöschung erforderlich. Außerdem wird die Schwarzbalance der Kamera gestört, wenn der Schwarzwertpegel in einer Farbvideokamera mit Mehrfachröhre oder Mehrfachvorrichtung unvollkommen eliminiert wurde. Trifterscheinungen in dem Videoverstärker und dem Videoprozessor, die Bestandteile der Schaltung der Videokamera bilden, führen ebenfalls zu Änderungen des Schwarzwertpegels und/oder zu Störungen der Schwarzbalance. Es ist ein Detektierungsvorgang vorzunehmen, durch den festgestellt wird, ob der Schwarzwertpegel am Ausgang der Endstufe des Videosignal-Verarbeitungssystems vollständig ausgelöscht oder eliminiert wurde.
• Die in Videokameras dieses Typs üblicherweise verwendete Videosignal-Verarbeitungsschaltung enthält einen Videoverstärker, dessen Verstärkungsgrad in Abhängigkeit von der Helligkeit des Aufnahmeobjekts zwischen zwei Pegeln umgeschaltet werden kann. Dies bringt ein weiteres Problem für die Schwarzwertpegelauslöschung mit sich, weil sich der Schwarzwertpegel des Ausgangsverstärkers beim Umschalten des Verstärkungsgrads ändern kann. Deshalb kann man nur dann davon ausgehen, daß der Schwarzwertpegel tatsächlich vollständig ausgelöscht wird, wenn bei der Umschaltung des Verstärkungsgrads von einem Pegel auf den anderen keine Änderung im Schwarzwertpegel auftritt.
• Aus JP-A-59178080 ist es bekannt, das Außenlicht durch ein Verschlußteil auszuschließen und die beiden Werte des Verstärkungsgrads zu subtrahieren und so ein Signal für die Schwarzwertpegelauslöschung zu gewinnen.
• Alle bekannten Systeme dieser Art führen einfach eine Messung der Schwarzwertpegelauslöschung relativ zu dem Videoverstärker durch und liefern das Auslöschungssignal unabhängig von der Betätigung des Schalters zur Einstellung des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers.
• Alle bisher bekannten Lösungen zur Gewinnung einer Schwarzwertpegelauslöschung haben verschiedene Nachteile:
• Der Schwarzwertpegel ändert sich relativ langsam, deshalb wird vor der Schwarzwertpegelkorrektur eine feste Zeitverzögerung eingeschaltet, d.h. es man sieht eine recht lange Verzögerungszeit vor, damit sich der Scwarzwertpegel stabilisieren kann, bevor die entsprechenden Messungen zur Erzeugung des Auslöschungssignals durchgeführt werden. Dieses Verfahren führt jedoch nicht zu vollständig befriedigenden Ergebnissen, weil der Schwarzwertpegel häufig auch noch nach der Verzögerungszeit unstabil ist, so daß die Korrektur ungenau wird. Mit anderen Worten, eine feste Zeitverzögerung ist häufig ungeeignet, weil die Stabilisierung nicht immer innerhalb der vorbestimmten Zeit erfolgt oder weil sie umgekehrt sehr schnell erfolgen kann und die Verzögerungszeit dann den Prozeß unnötig verlangsamt. Außerdem ist die Übertragungskennlinie der Videosignal-Verarbeitungsschaltung in der Regel eine komplexe nichtlineare Kennlinie, so daß eine vollkommene Schwarzwertpegeleliminierung durch eine einzige Auslöschung nicht erreicht werden kann. Es werden durch das Umschalten des Verstärkungsgrads mehrere Korrekturen des Schwarzwertpegels durchgeführt, bis ein ''Konvergenzzustand" erreicht wird. Diese Art die Kalibrierung oder Korrektur erfordert offensichtlich viel Zeit. Außerdem besitzt die nichtlineare Kennlinie der Videosignal-Verarbeitungsschaltung in der Regel eine "Totzone". Wegen dieser Totzone läßt sich das passende Auslöschungssignal für den Schwarzwertpegel in unmittelbarer Nähe des realen Schwarzwertpegels nicht ermitteln, so daß die Schwarzwertpegelauslöschung unvollkommen ist.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht denentsprechend darin, eine Vorrichtung zum Auslöschen des Schwarzwertpegelausgangssignals in einer Videokamera zu schaffen, die in der Lage ist, die oben erwähnten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu beseitigen.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schwarzwertpegel-Korrekturschaltung zu schaffen, die in der Lage ist, die Schwarzwertpegelauslöschung mit höherer Genauigkeit und mit größerer Verarbeitungsgeschwindigkeit auszuführen als die bisher bekannten Systeme.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schwarzwertpegel-Korrekturschaltung für eine Videokamera vorgesehen, die sich für die Verwendung in einem Videoverstärker mit zwischen zwei bekannten Pegeln umschaltbarem Verstärkungsgrad eignet. Wenn das Kameraobjektiv geschlossen ist, so daß kein Licht einfällt, wird ein Korrektursignal für den Videoverstärker erzeugt, das die Schwarzpegelwerte des Verstärkers sowohl vor als auch nach dem Umschalten des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers korrigieren kann. Es ist weiterhin eine Beurteilungsschaltung zum Vergleich von zwei Schwarzpegelwerten vorgesehen, die in zwei durch ein vorbestimmtes Zeitintervall voneinander getrennten Zeitpunkten gewonnen werden, wenn kein Licht einfällt. Dadurch wird festgestellt, ob zwischen den beiden Schwarzpegelwerten eine Änderung stattfindet. Die Korrekturschaltung gemäß vorliegender Erfindung sieht weiterhin vor, daß das Korrektursignal auf der Differenz zwischen den Schwarzpegelwerten basiert, die mit Hilfe der Detektorschaltung sowohl vor als auch nach der Umschaltung des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers gewonnen werden, damit irgendwelche Unterschiede in den Schwarzwertpegeln bei den verschiedenen Verstärkereinstellungen verringert werden. Die Schwarzwertkorrekturschaltung enthält ferner eine in die Detektorschaltung und die Beurteilungsschaltung eingefügte Schleife, mit der man den Schwarzwertpegel-Korrekturwert konvergieren lassen kann, so daß die Erfassung der Differenz der Schwarzwertpegel und die Erzeugung des Korrekturwerts bei jedem Umschalten des Verstärkungsgrads wiederholt werden.
• Gemäß einem anderem Aspekt der Erfindung wird eine Erfassung der Begrenzung durchgeführt, um festzustellen, ob der korrigierte Schwarzwertpegel unter dem Schwarzwert-Begrenzungspegel des Videoverstärkers liegt. Eine solche Begrenzungs-Detektorschaltung bewirkt, daß der Korrekturwert mit einem vorbestimmten Referenzwert vergliechen und im Anschluß an diesen Vergleichder feste Wert des Ausgangssignals anstelle des berechneten Korrekturwerts benutzt und dann die oben erwähnten Schleifenschaltung erneut wirksam wird.
• Die Erfindung ergibt sich aus den Ansprüchen.
• Die oben genannten Ziele sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die im folgenden anhand der Zeichnungen gegebene detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels verdeutlicht.
• Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Schwarzwert-Korrekturschaltung zum Einsatz in einer Videokamera,
• Fig. 2 zeigt eine Wellenformdarstellung des Schwarzwert-Ausgangssignals einer Videokamera,
• Fig. 3 zeigt eine Wellenformdarstellung der Änderung des Schwarzwertpegels, die auf einer entsprechenden Änderung des Verstarkungsgrads des Videoverstärkers beruht,
• Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für die in der Schaltung nach Fig. 1 durchgeführte Grobkorrektur des Schwarzwertpegels gemäß vorliegender Erfindung,
• Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für die Feinkorrektur des Schwarzwertpegels gemäß vorliegender Erfindung.
• Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Schwarzwertpegel-Korrektursystems ist die Videokamera eine Dreiröhren-Farbbildkamera mit drei Bildaufnahmeröhren oder alternativ eine Kamera mit drei Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtungen. Das von dem Aufnahmeobjekt reflektierte Licht verläuft in bekannter Weise durch ein geeignetes Objektiv 1 herkömmlicher Bauart mit Irisblende oder anderweitig verstellbarer Blende. Das durch das Objektiv 1 kommende Licht wird mittels eines Prismas 2 nach Farben aufgeteilt und trifft dann auf die lichtempfindlichen Flächen der Bildaufnahmevorrichtungen 3R, 3G, 3B, die den Farben Rot, Grün bzw. Blau entsprechen. Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Farbbildkamera enthält, ist die Erfindung in entsprechender Weise auch in einem Schwarz/Weiß-Videosystem anwendbar. Die Ausgangssignale der Bildaufnahmevorrichtungen verlaufen dann über eine Reihe von Verstärkern und Videoprozessoren für die einzelnen Farben. So wird beispielsweise das von der Bildaufnahmevorrichtung 3G für die Farbe Grün erzeugte Signal über einen Vorverstärker 4, einen Vorverstärker 5, einen Videoverstärker 6 und einen Videoverstärker 7 geführt, dessen Ausgangssignal dann einem Kodierer 8 zugeführt wird. Gleichartige Serienschaltungen sind jeweils für die Bildaufnahmevorrichtung 3R für die Farbe Rot und für die Bildaufnahmevorrichtung 3B für die Farbe Blau vorgesehen. Der Videoverstärker 6 ist zwischen wenigstens zwei bekannten Verstärkungsgradpegeln umschaltbar. Der Kodierer 8 wird mit drei Eingangssignalen beaufschlagt, die den drei Ausgangssignalen der drei Bildaufnahmevorrichtungen 3R, 3G bzw. 3B entsprechen. Der Kodierer 8 besteht aus einem einfacher Konverter, der das Videosignal beispielsweise in das NTSC-System umwandelt und das Videoausgangssignal für die Anwendereinrichtungen liefert.
• Fig. 2 soll die bekannte Erscheinung veranschaulichen, daß sich das Schwarzwertausgangssignal jedes Farbsystems der Videoprozessorschaltung 7 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, von Änderungen des Vorstroms und dgl. ändert, wenn kein Licht auftrifft. Diese Änderung des Schwarzwertausgangssignals ist in Fig. 2 mit id bezeichnet. Es ist diese Änderung, die durch die Schaltung gemäß der Erfindung eliminiert wird.
• Es sei noch einmal auf Fig. 1 zurückgegriffen. Dabei sei angenommen, daß ein an der Kamera montierter (nicht dargestellter) Schalter zur automatischen Einstellung des Schwarzwertpegels betätigt wurde. Eine Steuerung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Mikrocomputer besteht, erzeugt dann einen Befehl zum Schließen des Objektivs. Dieser Befehl wird dem Objektivsystem 1 zugeführt und bewirkt das Schließen der Irisblende. Dadurch wird ein Zustand herbeigeführt, in dem kein Licht auf die lichtempfindlich Vorrichtungen auftrifft. In diesem Zustand wird das Schwarzwert-Ausgangssignal der Videoprozessorschaltung 7 über eine Abtast- und Halteschaltung 9 einem Verstärker 10 zugeführt. Die Abtast- und Halteschaltung 9 wird auf der Basis eines Gattersignal gesteuert, das beispielsweise 70% des Zentrums des Bildschirms entspricht. Das Gattersignal wird durch Impulsformung eines horizontalen Synchronisiersignals erzeugt, das in der horizontalen Synchronisierschaltung der Videokamera zur Verfügung steht. Diese Impulsformung kann durch monostabile Multivibratoren bewirkt werden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10 repräsentiert das extrahierte Schwarzwertsingnal und wird einem Eingang eines Komparators 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Mikrocomputer 12 zugeführt wird. Ein digitales Ausgangssignal des Mikrocomputers 12 wird über einen Digital/Analogwandler (D/A-Wandler) 13 geleitet, dessen Ausgangssignal das Löschausgangssignal bildet und dem anderen Eingang des Komparators 11 zugeführt wird. Die aus dem Komparator 11, dem Mikrocomputer 12 und dem D/A-Wandler 13 bestehende Kombination arbeitet als Analog/Digitalwandler, der das Eingangssignal des Mikrocomputers in eine digitale Größe umwandelt.
• Eine weitere Funktion des Mikrocomputers 12 besteht darin, den EIN/AUS-Befehl zur Änderung des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers 6 zu gewinnen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 6 zwischen 0dB und 9dB umgeschaltet. Auf diese Weise ermöglicht der Verstärker mit umschaltbarem Verstärkungsgrad die oben beschriebene Detektierung der Schwarzwertpegel für jeden Verstärkungsgrad des Videoverstärkers. Der Mikrocomputer 12 berechnet die Korrekturgröße, die zur Eliminierung der Differenz zwischen den Schwarzwertpegeln bei den verschiedenen Verstärkungsgraden für die drei Farben benötigt wird. Er kann diese Korrekturgröße in Form eines Korrektursignals ic erzeugen, das über den D/A-Wandler 13 und eine Multiplexerschaltung 14 dem Videoverstärker 6 für jedes der drei Farbsysteme zugeführt wird. So werden das rote Ausgangssignal und das blaue Ausgangssignal des Multiplexers 14 den (nicht dargestellten) variablen Verstärkern für die Farben Rot bzw. Blau zugeführt. Der Multiplexer 14, der das Korrektursignal des D/A-Wandlers 13 aufnimmt, arbeitet ähnlich wie eine Abtastund Halteschaltung und wird durch ein Steuersignal gesteuert, das ihn einfach anweist oder informiert, welche der verschiedenen Farben für die Schwarzwertpegelsteuerung ausgewählt wurde. Ein solches Steuersignal kann durch einen Modus-Steuerschalter erzeugt werden. Wenn das Steuersignal ic dem Multiplexer 14 zugeführt wird, ist der Ausgang des D/AWandlers 13 mit dem Videoverstärker für den roten Kanal verbunden, und die aus dem D/A-Wandler 13 kommende Spannung für den roten Kanal wird von dem Multiplexer 14 als Ausgangssignal gehalten, selbst wenn dieser den Verbindungszustand so ändert, daß der Ausgang des D/A-Wandlers 13 beispielsweise mit dem Videoverstärker 6 für den grünen Kanal verbunden ist. In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal dann gehalten, wenn der Kanal für die blaue Farbe korrigiert wird.
• Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Der Schwarzwertpegel ist für den Fall, daß auf die lichtempfindlichen Flächen kein Licht auftrifft und die Vergrößerung des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers ausgeschaltet ist (0dB), ist mit V&sub0; und für den Fall, daß die Vergrößerung des Verstärkungsgrads eingeschaltet ist (9dB), mit kV&sub0; bezeichnet. Wenn die Werte, die in den dem EIN- und AUS-Zustand des Verstärkungsgrads entsprechenden Zeiten aufgenommen oder dem Mikrocomputer zugeführt werden, mit Von bzw. Voff bezeichnet werden, gilt
• Der Differenzwert, der benötigt ist, um diesen Ausdruck gegen Null konvergieren zu lassen, ist derjenige, der sich zur Eliminierung der Pegeländerung des Schwarzwerts verwenden läßt.
• In Wirklichkeit besitzt die Videoprozessorschaltung 7 eine nichtlineare Kennlinie. Deshalb läßt sich der Schwarzwertpegel durch eine einmalige Korrektur nicht vollständig eliminieren, so daß die Detektierung der Schwarzwertpegeldifferenz und die darauf basierende Korrektur wiederholt werden müssen, bis der Absolutwert der Differenz zwischen Von und Voff kleiner oder gleich einem festen Grenzwert ist, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 Bit beträgt. Dieses eine Bit ist natürlich das niedrigstwertige Bit (LSB), und als Steuersignal ist im vorliegenden System ein 8-Bit-Signal gewählt. Das Differenzsignal wird weiter unten beschrieben, es sei hier jedoch erwähnt, daß in den praktischen Ausführungsformen von Systemen dieser Art der Differenzwert, der berechnet und zur Erzeugung des dem Videoverstärker tatsächlichen zugeführten Steuersignals verwendet wird, von dem tatsächlichen 8-Bit-Wert etwas abweicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können sowohl der berechnete Differenzwert als auch das tatsächliche Steuersignal 8 Bit umfassen.
• Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme der in dem Mikrocomputer 12 ausgeführten Verarbeitungs- und Verfährensschritte zur Schwarzwertpegelkorrektur.DATA
• Zunächst wird die Grobkorrektur durchgeführt. Sobald beispielsweise durch Betätigung eines Schalters die Entscheidung getroffen wird, daß eine Schwarzwertpegelkorrektur stattfinden soll, wird durch ein Signal, das dem Videoverstärker 6 über die Leitung 15 zugeführt wird, die Vergrößerung des Verstärkungsgrads des Videoverstärkers 6 ausgeschaltet. Anschließend wird über die Leitung 16 der Befehl zum Schließen der Irisblende des Objektivs 1 gegeben. Dann wird nach Abwarten einer kurzen Zeitspanne, die drei Videohalbbildern entspricht, das dem tatsächlichen Schwarzwertpegel entsprechende Signal von dem Mikrocomputer 12 als DATA 1 aufgenommen, und nach Abwarten einer weiteren Zeitspanne von drei Videohalbbildern wird das Schwarzwertpegelsignal als DATA 2 erneut von dem Mikrocomputer 12 aufgenommen. Anschließend wird in einem Entscheidungsschritt festgestellt, ob DATA 1 = DATA 2 ist. Falls beide Daten gleich sind, wird festgestellt, ob sich der Zustand des Schwarzwertpegels stabilisiert hat, und DATA 2 wird als Offsetwert (OFFSET) gespeichert. Falls jedoch DATA 1 nicht gleich DATA 2 ist, kehrt die Verarbeitung zu dem Schritt 3 zurück, und es werden ähnliche Vergleiche wiederholt, vorausgesetzt daß diese Schleifeniteration ein vorbestimmte Zeit, z.B. 30 Videohalbbildintervalle nicht überschreitet. Falls nach etwa zehnmaliger Wiederholung der Zustand, daß DATA 1 = DATA 2, nicht erreicht wurde, wird eine Fehleranzeige erzeugt. Durch die Feststellung, ob der Schwarzwertpegel, wie oben beschrieben, vollkommen stabilisiert ist, wird bei der Anordnung gemäß vorliegender Erfindung eine höhere Detektierungsgenauigkeit erreicht, und ein korrektes Schwarzwertpegelsignal kann schneller detektiert werden als bei dem herkömmlichen Verfahren, bei dem unterstellt wird, daß der Schwarzwertpegel sich nach einer vorbestimmten Zeitspanne stabilisiert hat, wobei diese Zeitspanne typischerweise sehr viel größer ist als die sechs Videohalbbilder, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel hierfür in Anschlag gebracht werden.
• Nach der Speicherung von DATA 2 als Offsetwert geht der Prozeß zu (1) über. Um den Verstärkungsgrad des Videoverstärkers 6 umzuschalten, wird festgestellt, ob er in diesem Zeitpunkt 0dB beträgt. Wenn dies der Fall, wird er auf den 9dB-Pegel umgeschaltet. Dies entspricht der Einschaltung der höheren Verstärkung. Wenn der Verstärkungsgrad hingegen bereits auf 9dB eingestellt war und demnach die vorangehenden Schritte mit diesem Verstärkungsgrad durchgeführt wurden, wird der Verstärkungsgrad nun auf 0dB zurückgeschaltet, d.h. die höhere Verstärkung wird ausgeschaltet. Nach dem passenden Umschalten des Verstärkungsgrads folgt in jedem Fall eine ähnliche Datendetektierungsprozedur entsprechend dem oben bei (3) beschriebenen Verfahren, und es wird dann der Wert des stabilisierten Schwarzwertpegel in den Mikrocomputer 12 als DATA 3 eingegeben.
• Die Verarbeitung geht dann zu (2) über, und es wird die Differenz Δ zwischen den Daten vor und nach dem Umschalten des Verstärkungsgrads berechnet, die dem OFFSET und dem Wert DATA 3 entspricht. In diesem Zeitpunkt wird das Vorzeichen der Differenz entsprechend dem Wert des momentanen Verstärkungsgrads bestimmt, d.h. die bei 9dB empfangenen Daten werden stets von den bei 0dB erzeugten Daten abgezogen. Falls der momentan Verstärkungsgrad 9dB beträgt, werden so die Daten bei 9dB nach dem Umschalten (DATA 3) von den Daten bei 0dB vor dem Umschalten (OFFSET) subtrahiert. Wenn umgekehrt der momentane Verstärkungsgrad 0dB ist, werden die Daten bei 9dB vor dem Umschalten (OFFSET) von den Daten bei 0dB nach dem Umschalten (DATA 3) subtrahiert.
• Falls der Absolutwert von Δ, wie oben erwähnt, 1 Bit oder Null wird, wird er als "konvergierter" Wert betrachtet. Die Sequenz geht dann zu dem nächsten Schritt der Präzisionsoder Feinkorrektur über. Da der konvergierte Zustand üblicherweise nicht mit einer einzigen Iteration erreicht wird, wird der Wert Δ über den D/A-Wandler 13 und die Multiplexerschaltung 14 dem Videoverstärker 6 als Korrekturwert ic zugeführt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Verarbeitungssequenz kehrt dann zu (3) zurück, und das Verfahren zur Detektierung der Schwarzwertpegel vor dem Umschalten des Verstärkungsgrads, die Berechnung der Differenz und die Lieferung des Korrekturwerts werden wiederholt, bis der Absolutwert der Differenz kleiner oder gleich 1 Bit ist. Die maximale Zahl der Iterationen für die zu wiederholenden Konvertierungsschleifen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf sechzehn eingestellt. Wenn der in Rückwärtsrichtung zu zählende Zählstand den Wert Null erreicht, d.h. wenn die Schleife sechzehn mal wiederholt wurde, wird Fehlerzustand angezeigt.
• Falls der Verstärkungsgrad in der Schleife beim ersten Durchlauf von 0dB auf 9dB umgeschaltet wurde, wird er beim zweiten Durchlauf, wie oben beschrieben, von 9dB auf 0dB umgeschaltet, d.h. es wird jedesmal der Differenzwert Δ berechnet, wenn der Verstärkungsgrad zur Korrektur des Schwarzwertpegels zwischen 0dB und 9dB umgeschaltet wird. Die Geschwindigkeit der Konvergenz kann deshalb mehr als doppelt so groß sein wie bei bisher bekannten Systemen.
• Es sei nun angenommen, daß die Grobkorrektur beendet wurde und die Differenz kleiner ist als 1 Bit (LSB). Dann findet die in Fig. 5 dargestellte Feinkorrektur statt. Der erste Schritt der Feinkorrektur besteht darin, daß festgelegt wird, wie oft die Daten für die Mittelwertberechnung herangezogen werden. Dies kann z.B. zweimal der Fall sein. Danach wird die Zahl der Schleifendurchläufe z.B. auf sechzehn festgelegt. Anschließend wird die Richtung der laufenden Steuerung, d.h. das Vorzeichen des Korrekturwerts ic bestimmt, und die Verbesserung der Daten wird in der Weise durchgeführt, daß die Steuerspannung, die den eigentlichen Korrekturwert ic darstellt, durch Addieren oder Subtrahieren eines Bits in entgegengesetzter Richtung korrigiert wird. In diesem Zeitpunkt wird auch entschieden, ein sogenanntes Über- oder Unterschreiten zu prüfen, und falls ein solches Über- oder Unterschreiten festgestellt wird, wird ein Fehlerkennzeichen gesetzt. Überschreiten oder Unterschreiten bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Schwarzwertpegel nicht justiert werden kann, bevor gewisse Schaltungszustände geändert werden. Obwohl diese Umstände nur selten auftreten; ist dieser Prüfschritt als Sicherheitsfaktor vorgesehen. Zur Erläuterung sei angenommen, daß das Steuersignal in dem Grobkorrekturvorgang den Wert 255 annimmt, d.h. alle Stellen eine "1" haben, und daß dann in dem Feinkorrekturvorgang eine weitere "1" zu dem Steuersignal addiert werden muß, so daß letztlich alle Stellen des Steuersignals zu "0" werden. Dies ist ein Überlaufzustand, der zu einer Fehleranzeige führt. Es sei nun in diesem Beispiel angenommen, daß kein Überlauf stattfindet, daß der berichtigte Korrekturwert von dem Videoprozessor ausgegeben wird und daß der gewonnene Schwarzwertpegel als DATA 1 eingespeichert wird. Als nächstes wird der Verstärkungsgrad des Videoverstärkers 6 umgeschaltet. Die nächsten Schwarzwertdaten werden als DATA 2 eingespeichert. Anschließend wird die oben beschriebene Berichtigung durch Addieren oder Subtrahieren eines Bits solange wiederholt, bis das Ergebnis der Rechnung (DATA 1 - DATA 2) seine Polarität, d.h. sein Vorzeichen ändert. Falls die Polarität die gleiche bleibt, wird der Verstärkungsgrad wiederhergestellt, und die Korrekturspannungsdaten werden durch Addieren oder Subtrahieren eines weiteren Bits weiter berichtigt, und zwar in den Grenzen der zu Beginn des Prozesses festgelegten Zahl von Schleifendurchläufen. Wenn die Polarität hingegen wechselt, zeigt dies an, daß der Zielpunkt, der Gleichheitzustand DATA 1 = DATA 2, überschritten wurde. Deshalb wird in diesem Zeitpunkt der Wert DATA 2 in den Speicher gegeben. Anschließend wird der Verstärkungsgrad wiederhergestellt, und es werden die gleichen Operationen wiederholt, um mehrere Werte von DATA 2 für die Mittelwertberechnung zu gewinnen. Wenn die Zahl der Dateneingaben für die Mittelwertberechnung erreicht ist, wird der Mittelwert auf der Basis der Zahl der in dem Speicher gespeicherten Werten für DATA 2 berechnet. Das Ergebnis wird in dem Speicher fixiert und bildet die endgültigen Steuerdaten.
• Wie oben erwähnt wurde, hat die Videoprozessorschaltung 7 typischerweise eine nichtlineare Übertragungskennlinie. Eine solche Übertragungskennlinie ist die sogenannte lineare Klemmkennlinie. Dies bedeutet, daß in der Nähe des realen Schwarzwertpegels eine Signalklemmung vorgesehen ist, damit die Schaltung nicht auf Rauschen anspricht. Somit befindet sich in der Eingangs/Ausgangskennlinie der Videoprozessorschaltung 7 eine Totzone. Falls der korrigierte Schwarzwertpegel nach dem Schließen des Objektivs in diese Totzone fällt, ändert sich das Ausgangssignal der Videoprozessorschaltung nicht, wenn der Korrekturwert bei der Präzisions- oder Feinkorrektur um ein Bit zunimmt oder abnimmt. Deshalb erzeugt der Schwarzwertpegel selbst beim Umschalten des Verstärktungrads keinerlei Differenz. Dieser Zustand, d.h. das Hineinfallen in den linearen Klemmbereich, kann festgestellt werden, indem man prüft, ob die Zahl der durchgeführten Schleifendurchläufe zur Verbesserung des Werts die vorgegebene Zahl überschreitet, die im obigen Beispiel sechzehn betrug. Wenn dies der Fall ist, wird festgestellt, ob die Steuerspannung (ic) einen Referenzwert überschreitet, z.B. ein digitales Datenwort, das in hexadezimaler Notation den Wert C0&sub2; hat und dem Klemmpegel entspricht. Falls die Steuerspannung über diesem Wert liegt, wird festgestellt, daß der Schwarzwertpegel in dem linearen Klemmbereich eingefangen ist, und die Steuerspannung wird auf 2,5 Volt abgesenkt, was in hexadezimaler Notation dem Wert 80&sub2; entspricht. Da der Schwarzwertpegel dadurch höher gesetzt wird, wird die Prozedur in Fig. 4 von (3) an neu begonnen. Es sei angemerkt, daß der Schwarzwertpegel in dem vorliegenden Steuersystem nach oben strebt, wenn der Korrekturwert oder die Steuerspannung abgesenkt werden. Wenn die Steuerspannung unter einem Referenzwert liegt und durch eine Plus- oder Minusberichtigung der Daten keine Abweichung des Ausgangssignals erzielbar ist, wird die Abweichung als Fehler interpretiert.

Claims (10)

1. Schwarzwert-Korrekturschaltung für eine Videokamera

mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) zur Erzeugung eines einem Bild entsprechenden Videosignals,

mit einer Videosignal-Verstärkereinrichtung (6) zum Verstärken des von der Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) abgegebenen Videosignals, wobei der Verstärkungsgrad dieser Videosignal-Verstärkereinrichtung (6) zwischen wenigstens zwei Werten umschaltbar ist,

mit einer mit dem Ausgangssignal der Videosignal-Verstärkereinrichtung (6) gespeisten Videosignal-Verarbeitungseinrichtung (7) zur Verarbeitung des Videosignals, wobei diese Videosignal-Verarbeitungseinrichtung (7) eine Schwarzwert-Begrenzerschaltung zur Begrenzung eines Schwarzwertsignals unterhalb eines vorbestimmten Pegels aufweist,

mit einer Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Bildaufnahmeeinrichtung (1,2, 3R, 3G, 3B) in der Weise, daß in einem Schwarzwert-Korrekturmodus kein Licht auf sie auftrifft,

sowie mit einer Detektoreinrichtung (9, 10) zur Erfassung des Pegels des Ausgangssignals der Videosignal-Verarbeitungseinrichtung (7), wenn kein Licht auf die Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) auftrifft,

gekennzeichnet durch,

eine Bewertungseinrichtung (11, 12, 13) zum Entscheiden, ob die Differenz zwischen den in zwei Zeitpunkten mit einem vorbestimmten zeitlichen Abstand erfaßten Ausgangssignalen der Detektoreinrichtung (9, 10) unterhalb eines Schwellwerts liegt, und daraus abzuleiten, ob der Schwarzwert stabilisiert ist,

eine Korrektureinrichtung (13, 14) zur Erzeugung eines Korrektursignals bei einer Änderung in den stabilisierten Schwarzwerten vor und nach dem Umschalten des Verstärkungsgrads dor Videosignal-Verstärkereieinrichtung (6) und zur Zuführung dieses Korrektursignals zu der Videosignal-Verstärkereinrichtung (6), um die genannte Änderung zu verringern,

eine Einrichtung (12), die durch wiederholtes Betätigen der Detektoreinrichtung (9, 10), der Bewertungseinrichtung (11, 12, 13) und der Korrektureinrichtung (13, 14) ein Konvergieren des Korrektursignals bewirkt,

und eine Begrenzungs-Detektoreinrichtung, die durch Vergleichen des Korrektursignals mit einem vorbestimmten Referenzsignal feststellt, wann der korrigierte Schwarzwert unter dem vorbestimmten Pegel liegt, und dann die Ausgabe eines festen Werts des Schwarzwertsignals anstelle des Korrektursignals und das erneute Betätigen der das Konvergieren bewirkenden Einrichtung (12) veranlaßt.

2. Schwarzwert-Korrekturschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Konvergieren bewirkende Einrichtung (12) eine Mittelwertbildung der mehreren Korrektursignale durchführt, um das endgültige Korrektursignal zu gewinnen.

3. Schwarzwert-Korrekturschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (9, 10) eine Abtast- und Halteschaltung (9) zum Abtasten des Ausgangssignals der Videosignal-Verarbeitungseinrichtung (7) aufweist sowie eine Analog/Digitalwandlerschaltung zum Umwandeln des abgetasteten und gehaltenen Signals in ein digitales Signal.

4. Schwarzwert-Korrekturschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Konvergieren bewirkende Einrichtung (12) eine Einrichtung zum Detektieren der Polarität des Korrektursignals enthält sowie eine Einrichtung zum Berichtigen des Korrektursignals um eine vorbestimmte Größe mit einer zur der detektierten Polarität entgegengesetzten Polarität.

5. Schwarzwert-Korrekturschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Mittel vorgesehen sind, um festzustellen, ob das Korrektursignal nach seiner Berichtigung in einer zur festgestellten Polarität entgegengesetzten Polarität einen vorbestimmten Systempegel überschreitet, und bei Überschreiten dieses Pegels ein Fehlersignal zu setzen.

6. Verfahren zur Korrektur des Schwarzweitsignals in einer Videokamera mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) zur Erzeugung eines einem Bild entsprechenden Videosignals, mit einem Videosignalverstärker (6) zum Verstärken des von der Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) abgegebenen Videosignals, wobei der Verstärkungsgrad dieses Videosignalverstärkers (6) zwischen wenigstens zwei Pegeln umschaltbar ist, und mit einem mit dem Ausgangssignal des Videosignalverstärkers (6) gespeisten Videosignalprozessor (7) zur Verarbeitung des Videosignals, wobei dieser Videosignalprozessor (7) eine Schwarzwert-Begrenzerschaltung zur Begrenzung eines Schwarzwertsignals unterhalb eines vorbestimmten Pegels aufweist, mit den Schritten:

Steuern der Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) in der Weise, daß kein Licht auf sie auftrifft, um die Videokamera in einen Schwarzweit-Korrekturmodus zu versetzen,

Detektieren des Pegels des Ausgangssignals der Videosignal-Verarbeitungseinrichtung (7), wenn kein Licht auf die Bildaufnahmeeinrichtung (1, 2, 3R, 3G, 3B) auftrifft,

wobei das Verfahren zur Korrektur des Schwarzwertsignals gekennzeichnet ist durch die Verfahrensschritte:

Beurteilen, ob die Differenz zwischen den in zwei Zeitpunkten mit einem vorbestimmten zeitlichen Abstand erfaßten Ausgangssignalen der Detektoreinrichtung (9, 10) unterhalb eines Schwellwerts liegt, und feststellen, ob der Schwarzwert stabilisiert ist,

Erzeugen eines Korrektursignals, wenn vor und nach dem Umschalten des Verstärkungsgrads des Videosignalverstärkers (6) eine Änderung in den stabilisierten Schwarzwerten vorhanden ist, und Zuführen dieses Korrektursignals zu dem Videosignalverstärker (6), um die genannte Änderung zu verringern,

Konvergierenlassen des Korrektursignals durch wiederholte Durchführung der Verfahrensschritte des Detektierens, des Beurteilens und des Erzeugens eines Korrektursignals und

Detektieren eines Begrenzungszustands, indem festgestellt wird, daß das korrigierte Schwarzwertsignal unter dem vorbestimmten Pegel liegt, Vergleichen des Korrektursignals mit einem vorbestimmten Referenzsignal, Bewirken, daß anstelle des Korrektursignals ein fester Wert des Schwarzwertsignals ausgegeben wird und erneutes Durchführen des Verfahrensschritts Konvergierenlassens.

7. Verfahren zur Schwarzwertsignalkorrektur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Konvergierenlassens eine Mittelwertbildung der mehreren Korrektursignale zur Erzeugung des endgültigen Korrektursignals beinhaltet.

8. Verfahren zur Schwarzwertsignalkorrektur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Detektierens das Abtasten des Ausgangssignals der Videosignalprozessors beinhaltet sowie das Umwandeln des abgetasteten Signals in ein digitales Signal.

9. Verfahren zur Schwarzwertsignalkorrektur nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Konvergierenlassens das Detektieren der Polarität des Korrektursignals beinhaltet sowie das Berichtigen des Korrektursignals um eine vorbestimmte Größe mit einer zur detektierten Polarität entgegengesetzten Polarität.

10. Verfahren zur Schwarzwertsignalkorrektur nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt, daß festgestellt wird, ob das Korrektursignal einen vorbestimmten Systempegel überschreitet, nachdem es in einer zur Richtung der festgestellten Polarität entgegengesetzten Polarität berichtigt wurde, und daß bei Überschreiten dieses Pegels ein Fehlersignal gesetzt wird.