Die Erfindung bezieht sich auf eine Objektbildnachführeinrichtung
zur Objektbildnachführung an einer Bildaufnahmeebene
sowie auf eine Autofocuseinrichtung zur automatischen
Scharfeinstellung bzw. zur Aufrechterhaltung
eines Scharfeinstellungszustandes.
In herkömmlichen Bildaufnahmegeräten wie Videokameras
wird zum Erfassen des Schärfegrads eines Objektbilds an
der Bildaufnahmeebene oder Bildsensorebene eine Hochfrequenzkomponente
des Videosignals herangezogen, wobei
eine Fokussierlinse derart eingestellt wird, daß die
Amplitude der Hochfrequenzkomponente maximal wird, wodurch
die Kamera automatisch auf einen Scharfeinstellungszustand
eingestellt wird. Im einzelnen ändert sich
das Videosignal plötzlich an oder nahe der Grenz- bzw.
Umrißlinie des Objekts, was zur Folge hat, daß die
Hochfrequenzkomponente zunimmt. Es ist erwiesen, daß
bei dem Anstieg der Hochfrequenzkomponente die Fokussierlinse
dem Scharfeinstellungszustand umso näher
ist, je höher der Pegel des Videosignals ist. Falls dabei
bei der Aufnahme eines Objekts sich das Objekt bewegt
oder die Kamera bewegt wird, so daß sich das Objekt
in bezug auf die Kamera zu bewegen scheint, wird
durch diese Bewegung die Hochfrequenzkomponente verringert
oder es wird dann, wenn das Objekt aus dem Schärfemeßbereich
heraustritt, automatisch auf ein anderes
Objekt scharf eingestellt. Zur Lösung dieser sehr
schwierigen Probleme wurde vorgeschlagen, den Schärfemeßbereich
dem bewegten Objekt nachzuziehen bzw. nachzuführen,
sobald eine Bewegung des Objekts erfaßt ist,
so daß trotz der Bewegung des Objekts die automatische
Nachführung die fortgesetzte Scharfeinstellung der Fokussierlinse
auf das Zielobjekt ermöglicht.
Für Nachführeinrichtungen nach dem Stand der Technik
wurden vielerlei Verfahren vorgeschlagen, bei denen
beispielsweise die Farbe, die Helligkeit oder eine andere
Eigenschaft des Objekts zu einem Zeitpunkt abgefragt
und gespeichert und danach mit der zum nächsten
Zeitpunkt abgefragten verglichen wird, um zu ermitteln,
ob sich das Objekt bewegt hat oder nicht. Ein anderes
Verfahren besteht darin, daß ein Vergleich hinsichtlich
der vertikalen und horizontalen Korrelation in bezug
auf unterschiedliche Zeitpunkte vorgenommen wird.
Bei diesen Verfahren bestehen jedoch mancherlei Probleme
insofern, als häufig die Eigenschaft des Objekts
nicht auf genaue Weise erfaßt werden kann, die Gestaltung
der Einrichtung kompliziert wird und die erforderliche
Speicherkapazität verhältnismäßig groß ist.
Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem ein gewählter Bereich auf der Bildaufnahmeebene
eingestellt wird, hinsichtlich des mittleren
Videosignalpegels die Differenz zwischen der Außenseite
und der Innenseite des gewählten Bereichs gebildet
wird und dann der Schärfemeßbereich derart versetzt
wird, daß die Differenz das Maximum erreicht.
Durch die Anwendung dieses Verfahrens wird der Aufbau
der Einrichtung vereinfacht, so daß damit ein großer
Fortschritt erreicht wird.
Bei kürzlichen Versuchen und Untersuchungen wurde jedoch
herausgefunden, daß es zur tatsächlichen praktischen
Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens
zur Objektnachführung gemäß der Durchschnittspegeldifferenz
des Videosignals zwischen der Außenseite und der
Innenseite des gewählten Bereichs noch vieler weiterer
Verbesserungen bedarf.
D. h., falls die Helligkeitsdifferenz zwischen dem Objekt
und dessen Hintergrund gering ist, ist die Objektnachführeinrichtung
sehr empfindlich gegenüber einer
Beeinflussung durch ein anderes Objekt. Daher sind die
Genauigkeit und die Zuverlässigkeit bei der Erfassung
der Bewegung des Objekts derart verringert, daß die
ausreichende Fähigkeit zum Aufrechterhalten der
Scharfeinstellung auf das Zielobjekt nicht bei irgendeiner
beliebigen Objektbewegungsgeschwindigkeit erreicht
werden kann.
In der Videokamera wird die Scharfeinstellung des Aufnahmeobjektivs
nach einem Verfahren gesteuert, bei dem
der Schärfegrad der Abbildung auf der Bildaufnahmeebene
aus der Hochfrequenzkomponente des abgegebenen Videosignals
ermittelt wird und dann ein Maximalwert der Hochfrequenzkomponente
gesucht wird, während die Blendenöffnung
der Objektivblende nach einem Verfahren gesteuert
wird, bei dem der mittlere Helligkeitspegel des abgegebenen
Videosignals herangezogen wird. Bei diesem
Verfahren müssen alle Videosignale für die ganze Fläche
des Bildfelds verarbeitet werden. Zum Unterschied gegenüber
diesen Verfahren wurden Punktmeßverfahren zur
Entfernungs- und Lichtmessung (beispielsweise in den
japanischen Patentanmeldungen JP-OS 11 20 178 und JP-OS
11 20 180) vorgeschlagen, bei denen auf der Bildaufnahmeebene
ein Objekterfassungsbereich derart versetzt
wird, daß hinsichtlich des mittleren Videosignalpegels
die Differenz zwischen der Innenseite und der Außenseite
eines gewählten Bereichs an der Bildaufnahmeebene
maximal wird, und ein Entfernungsmeßbereich oder Lichtmeßbereich
entsprechend dem Videosignal aus dem Objekterfassungsbereich
eingestellt wird.
Das vorstehend beschriebene Punktmeßverfahren beruht
auf der allgemeinen Voraussetzung, daß der Pegel des
Videosignals für das Objekt stark von dem Pegel des Videosignals
für den Hintergrund verschieden ist. Wenn
die Differenz der Videosignalpegel zwischen dem Objekt
und dessen Hintergrund gering ist, entsteht ein Problem
dahingehend, daß die Genauigkeit der Nachführung mit
dem bewegten Objekt sehr stark verringert ist.
Mit der Erfindung im Zusammenhang stehende Patentanmeldungen
sind folgende: Hinsichtlich der Nachführung die
US-Patentanmeldungen Seriennr.
7 37 163 vom 23. Mai 1985 (Nachführung unter Herausgreifen
eines charakteristischen Punkts),
2 40 915 vom 6. September 1988 (Nachführung gemäß
Helligkeitsdifferenz) und
2 37 511 vom 26. August 1988 (Ermittlung der Bildbewegung).
Als weiteres Beispiel für die Anwendung der Folgetechnik
bei einer Einrichtung zur automatischen Belichtung
ist die US-Patentanmeldung Seriennr. 2 64 204 vom 28. Oktober
1988 zu nennen.
Weiterhin sind hinsichtlich des allgemeinen Falls der
automatischen Scharfeinstellung die US-PS 47 62 986,
die US 48 71 906 und die US-Patentanmeldungen Seriennr.
0 17 183 vom 19. Februar 1987
0 46 252 vom 5. Mai 1987
1 21 624 vom 17. November 1987
1 54 078 vom 9. Februar 1988 und
1 54 795 vom 11. Februar 1988
zu nennen.
Die US 47 01 782 beschreibt eine automatische Fokussiereinrichtung,
bei der eine Scharfeinstellung aufgrund
der Erfassung des Kontrastes oder des Helligkeitsverlaufes
des Bildinhaltes eines Fensterausschnittes
des Gesamtbildes durchgeführt wird.
Die EP 01 80 186 A1 beschreibt ebenfalls eine automatische
Fokussiereinrichtung für eine Videokamera. Eine
Scharfeinstellung wird dort entsprechend einer Hochfrequenzkomponente
des Videosignals durchgeführt.
Auch die DE 9 50 220 C2 beschreibt eine Autofokus-Einrichtung,
bei der das durch Differenzenbildung ermittelte
maximale Ausgangssignal der einzelnen Fotoelemente
zur Scharfeinstellung herangezogen wird.
Die nachveröffentlichte US 48 72 058 zeigt schließlich
eine Autofokus-Einrichtung, die auf der Grundlage einer
Spitzenwert-Nachführung arbeitet.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
eine Objektbildführeinrichtung bzw. eine Autofokus-
Einrichtung zu schaffen, bei der eine Nachführung bzw.
eine Scharfeinstellung auf ein bewegtes Objekt weitgehend
unabhängig von dessen Abbildungszustand auf der
Bildaufnahmeebenen ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüche 1
bzw. 16 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile werden insbesondere
durch das Vorsehen zweier Nachführeinrichtungen
erreicht, wobei durch ein selektives Betreiben einer
der beiden Nachführeinrichtungen eine einer bestimmten
Situation angepaßte Nachführung bzw.
Scharfeinstellung sichergestellt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Blockdarstellung einer Einrichtung
zur automatischen Scharfeinstellung als erstes
Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmeeinrichtung.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das die innere
Gestaltung einer in Fig. 1 gezeigten Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektorschaltung
11 zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die innere
Gestaltung einer in Fig. 1 gezeigten Helligkeitsdifferenz-
Detektorschaltung 10 zeigt.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Bildaufnahme
ebene.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Algorith
mus für das Wählen von Nachführbetriebsarten zeigt.
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm für einen Kontrast-
Nachführungs-Algorithmus.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm für einen Hellig
keitsdifferenz-Nachführungs-Algorithmus.
Fig. 8 ist eine Blockdarstellung der Bildaufnahme
einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das ausführlich
eine Spitzenwert-Detektorschaltung 38 nach Fig. 8 zeigt.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das ausführlich
eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 nach Fig. 8
zeigt.
Fig. 11 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der
Unterteilung einer Bildaufnahmeebene in eine Anzahl von Ab
schnitten.
Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm der grundlegenden
Funktion einer Nachführsteuerschaltung 42 nach Fig. 8.
Fig. 13 ist ein ausführliches Ablaufdiagramm für
eine Helligkeitsdifferenz-Nachführung nach Fig. 12.
Fig. 14 ist eine grafische Darstellung einer Hyste
resecharakteristik bei dem Wechsel zwischen Nachführbetriebs
arten.
In den Fig. 1 bis 7 ist als erstes Ausführungsbeispiel der
Bildaufnahmeeinrichtung eine Einrichtung zur automatischen
Scharfeinstellung gezeigt.
Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine
Scharfeinstellungseinrichtung, in der eine erste Objektnach
führeinrichtung oder eine zweite Objektnachführeinrichtung
gemäß voneinander verschiedenen Algorithmen auf geeignete
Weise entsprechend dem Zustand einer Bildaufnahmeebene derart
gewählt wird, daß eine hochgenaue und optimale Objektnachfüh
rung ausgeführt wird, wodurch es ermöglicht ist, einen Schär
femeßbereich mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf
das Objektbild einzustellen.
In der automatischen Scharfeinstellungseinrichtung gemäß
diesem Ausführungsbeispiel sind nach Fig. 4 ein Schärfemeßbe
reich A für die Scharfeinstellung und ein Objektnachführbe
reich B für die Erfassung der Bewegung eines Objekts für die
Objektnachführung versetzbar an einer Bildaufnahmeebene 100
eingestellt, an der die Lage des Objekts mittels des Objekt
nachführbereichs B erfaßt wird und der Schärfemeßbereich A
mit diesem Objekt in Deckung gebracht wird. Die Fig. 1 ist
eine Blockdarstellung, die den Aufbau der automatischen
Scharfeinstellungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungs
beispiel zeigt.
Nach Fig. 1 wird ein Objektiv 1 mittels eines Motors 5 scharf
eingestellt. Ein Bildsensor 2 wie ein Ladungskopplungs- bzw.
CCD-Bildsensor setzt ein durch das Objektiv 1 auf seiner
Bildaufnahmefläche erzeugtes Objektbild in elektrische Sig
nale um, die in Form von Videosignalen abgegeben werden. Die
von dem Bildsensor 2 abgegebenen Videosignale werden in einem
Verstärker 3 verstärkt. An den Videosignalen aus dem Verstär
ker 3 werden in einer Aufbereitungsschaltung 4 die Gammakor
rektur, die Austastung, das Hinzusetzen von Synchronisiersig
nalen und andere Verarbeitungen zum Erzeugen von Fernsehsig
nalen ausgeführt, die einem Videoausgangsanschluß VOUT zuge
führt werden. Aus den von dem Verstärker 3 abgegebenen Video
signalen wird mit einem Bandpaßfilter 7 eine Hochfrequenzkom
ponente für die Schärfemessung herausgegriffen. Anstelle des
Bandpaßfilters 7 können eine Differenzierschaltung und eine
Absolutwertschaltung zum Erzeugen eines den Absolutwert des
Ausgangssignals der Differenzierschaltung darstellenden Aus
gangssignals benutzt werden. Ein auf Schaltimpulse aus einem
Schaltimpulsgenerator 9 ansprechendes Schaltglied 8 führt von
den Videosignalen für ein Halbbild die im Inneren des Schär
femeßbereichs A erhaltenen Videosignale einer Spitzenwert/
Spitzenwertlage-Detektorschaltung 11 zu. Auf diese Weise
werden hinsichtlich der Bildaufnahmeebene 100 nur Signale
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Bildaufnahmeebene
herausgegriffen und der Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektor
schaltung 11 zugeführt, die nachfolgend ausführlich beschrie
ben wird. Von der Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektorschal
tung 11 wird eine Stelle, die dem höchsten Pegel aus den
Ausgangssignalen des Schaltglieds 8 in einer Halbbildperiode
entspricht, in Form von Horizontal- und Vertikal-Lageinforma
tionen H bzw. V einem Mikrocomputer 12 zugeführt, während
dieser höchste Pegel einer Motortreiberschaltung 6 zugeführt
wird. Eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 10, die
nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, empfängt aus dem
Mikrocomputer 12 ein Datensignal G und berechnet die Diffe
renz hinsichtlich der Pegel mittlerer Helligkeit zwischen der
Innenseite und der Außenseite des Objektnachführbereichs B an
der Bildaufnahmeebene. Daten F über diese Differenz werden
dem Mikrocomputer 12 zugeführt. Ausgehend von den Spitzen
wert-Lageinformationen und der Helligkeitsdifferenz zwischen
dem Inneren und dem Äußeren des Objektnachführbereichs B
steuert der Mikrocomputer 12 den Schaltimpulsgenerator 9
derart, daß damit die Lage des Schärfemeßbereichs A an der
Bildaufnahmeebene eingestellt wird. Die Motortreiberschaltung
6 bestimmt entsprechend dem in jeder Halbbildperiode aus der
Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektorschaltung 11 zugeführten
Spitzenwert für den Kontrast die Richtung, in der der Motor 5
zu einer Aufwärts-Servoregelung in der Weise zu betreiben
ist, daß der Spitzenwert maximal wird.
Als nächstes wird die Spitzenwert/Spitzenwertlage-Detektor
schaltung 11 anhand der Fig. 2 ausführlich beschrieben. Das
Ausgangssignal des Schaltglieds 8 wird einer ersten Spitzen
wert-Detektorschaltung 111 zugeführt.
Diese Spitzenwert-Detektorschaltung 111 hält während der
Aufnahme der Hochfrequenzkomponente aus dem Bandpaßfilter 7
den Spitzenwert des Eingangssignals bei jeder einzelnen Hori
zontalabtastung des Schärfemeßbereichs A fest. Hinsichtlich
der Abschnittsunterteilung der Bildaufnahmeebene 100 nach
Fig. 4 wird durch ein Taktsignal mit einer der Horizontalun
terteilung nach Fig. 4 entsprechenden Frequenz, die gleich
dem n-fachen einer Horizontalabtastfrequenz fH ist, in einer
Abfrage/Halteschaltung 112 der Ausgangssignalwert der Spit
zenwert-Detektorschaltung 111 gespeichert. Von einem Verglei
cher 113 wird das Ausgangssignal dieser Abfrage/Halteschal
tung 112 mit dem Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektor
schaltung 111 verglichen. Der Vergleicher 113 erzeugt ein
Impulssignal, das zu einem Zeitpunkt ansteigt, an dem sich
das Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektorschaltung 111
ändert. Die Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert-
Detektorschaltung 111 setzt voraus, daß eine Änderung aller
Ausgangssignale an einer Umrißlinie einer bestimmten Art von
Objektbild auftritt. Je steiler eine solche Änderung ist,
umso näher ist das Objektiv 1 dem Scharfeinstellungszustand.
Ein Zähler 114 zählt ein Taktsignal mit einer Frequenz nfH.
Auf das Impulssignal aus dem Vergleicher 113 hin speichert
eine Datenhalteschaltung 115 den Zählstand des Zählers 114.
Ein Speicherwert H der Datenhalteschaltung 115 zeigt als
Anzahl von gezählten Impulsen an, welcher der n Horizontalun
terteilungsabschnitte zu der Änderung des Ausgangssignals der
Spitzenwert-Detektorschaltung 111, nämlich zum Spitzenwert
des Ausgangssignals des Bandpaßfilters 7 beigetragen hat.
Falls bei dem dargestellten Beispiel innerhalb des Schärfe
meßbereichs A in der Horizontalrichtung mehrere Spitzenwerte
auftreten, zeigt der Wert H die Lage des höchsten dieser
Spitzenwerte an.
Eine zweite Spitzenwert-Detektorschaltung 116 empfängt das
Ausgangssignal der ersten Spitzenwert-Detektorschaltung 111
und hält einen in der Vertikalrichtung innerhalb des Schärfe
meßbereichs A erreichten Spitzenwert fest. Eine Abfrage/Hal
teschaltung 117 und ein Vergleicher 118 bilden ähnlich wie
die Abfrage/Halteschaltung 112 und der Vergleicher 113 ein
Signal, das einem Zeitpunkt entspricht, an dem sich das
Ausgangssignal der Spitzenwert-Detektorschaltung 116 ändert,
wobei die Frequenz eines Abfragetaktsignals für die Abfrage/
Halteschaltung 117 entsprechend der Anzahl der Vertikalunter
teilungsabschnitte nach Fig. 4 m-mal so hoch wie eine Fre
quenz fV des Vertikalsynchronisiersignals ist. Infolgedessen
zeigt das Ausgangssignal des Vergleichers 118 an, welcher der
Vertikalabschnitte zu der Änderung des Ausgangssignals der
Spitzenwert-Detektorschaltung 116 beigetragen hat.
Ein Zähler 119 zählt die Taktsignale mit der Frequenz mfV.
Auf das Impulssignal aus dem Vergleicher 118 hin speichert
eine Datenhalteschaltung 120 den Zählwert des Zählers 119.
Ein Speicherwert V der Datenhalteschaltung 120 zeigt an, in
welchem der m Vertikalunterteilungsabschnitte der durch die
Änderung des Ausgangssignals der Spitzenwert-Detektorschal
tung 116 erfaßte Spitzenwert, nämlich der Spitzenwert des
Ausgangssignals des Bandpaßfilters 7 liegt. Falls bei dem
dargestellten Beispiel in der vertikalen Richtung innerhalb
des Schärfemeßbereichs A mehrere Spitzenwerte auftreten,
zeigt der Wert V die Lage des höchsten dieser Spitzenwerte
an.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird der Zähler 114 zu
Beginn der Horizontalabtastung gelöscht, während die Spitzen
wert-Detektorschaltungen 111 und 116 und der Zähler 119 zu
Beginn der Vertikalabtastung gelöscht werden.
Es ist anzumerken, daß der mittels der Spitzenwert-Detektor
schaltung 116 zu erfassende Spitzenwert der höchste Wert über
der ganzen Fläche der Bildaufnahmeebene ist, der als ein den
Scharfeinstellungsgrad bzw. Schärfegrad darstellendes Signal
der Motortreiberschaltung 6 zugeführt wird.
Als nächstes werden die Einzelheiten der Helligkeitsdiffe
renz-Detektorschaltung 10 anhand der Fig. 3 beschrieben. Nach
Fig. 3 wird eine Helligkeitskomponente des Videosignals aus
dem Verstärker 3 einem Schaltglied 133 zugeführt. Ein Schalt
impulsgenerator 131 bildet einen Schaltimpuls, der auf der
Bildaufnahmeebene der Lage des Objektnachführbereichs B ent
spricht, die durch das Steuersignal G aus dem Mikrocomputer
12 angegeben ist. Auf diesen Schaltimpuls hin führt das
Schaltglied 133 von den Videosignalen für ein Halbbild die im
Inneren des Objektnachführbereichs B erhaltenen Videosignale
einem Integrator 135 zu. Der Integrator 135 führt danach sein
Integrationsausgangssignal einer Flächenkorrekturschaltung
137 für das Normieren des Integrationswerts auf die Fläche
des Objektnachführbereichs B zu. Ferner führt im Ansprechen
auf den mittels eines Inverters 132 invertierten Schaltimpuls
aus dem Schaltimpulsgenerator 131 hin ein Inversions-Schalt
glied 134 von den Videosignalen für ein Halbbild die aus
einem bestimmten Bereich außerhalb des durch das Schaltglied
133 festgelegten Objektnachführbereichs B, nämlich aus der
ganzen Bildaufnahmeebene mit Ausnahme des Objektnachführbe
reichs erhaltenen Videosignale einem Integrator 136 zu. Der
Integrator 136 führt danach sein Integrationsausgangssignal
einer Flächenkorrekturschaltung 138 zum Normieren des Inte
grationswerts auf die Fläche des bestimmten Bereichs zu. Die
Flächenkorrekturschaltungen 137 und 138 werden eingesetzt, da
wegen der unterschiedlichen Flächen innerhalb und außerhalb
des jeweiligen Bereichs die Ausgangssignale der Integratoren
135 und 136 nicht direkt miteinander verglichen werden kön
nen, so daß jeder Integrationswert auf die Fläche des Be
reichs normiert werden muß, aus dem der Wert herausgegriffen
ist. Auf diese Weise werden die Werte vergleichbar. In einer
Subtrahierschaltung 139, der die von den Flächenkorrektur
schaltungen 137 und 138 abgegebenen Signale zugeführt werden,
wird die Differenz zwischen diesen gebildet. Diese Differenz
information wird einer Absolutwertschaltung 140 zugeführt.
Die von der Absolutwertschaltung 140 abgegebenen Daten F
werden dem Mikrocomputer 12 zugeführt.
Als nächstes wird anhand der Fig. 5 bis 7 der Nachführungs-
Algorithmus für den Mikrocomputer 12 erläutert.
Die Fig. 5 veranschaulicht den Algorithmus für die Wahl der
Nachführungsart. Bei einem Schritt S1 wird die mittels der
Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 10 als Datenwert F
berechnete Differenz der mittleren Helligkeit zwischen der
Innenseite und der Außenseite des Objektnachführbereichs B
mit einem vorbestimmten Schwellenwert TH verglichen. Falls
der Datenwert F größer als der Schwellenwert TH ist, schrei
tet der Prozeß zu einem Schritt S2 für einen Helligkeitsdif
ferenz-Nachführungs-Algorithmus weiter. Falls der Datenwert F
nicht größer als der Schwellenwert TH ist, schreitet der Pro
zeß zu einem anderen Schritt S3 für einen Kontrast-Nachfüh
rungs-Algorithmus weiter. Die Fig. 6 veranschaulicht den
Kontrast-Nachführungs-Algorithmus. Bei einem Schritt S101
wird entsprechend den aus der Spitzenwert/Spitzenwertlage-
Detektorschaltung 11 zugeführten Horizontal- und Vertikalko
ordinaten für eine Spitzenwertstelle an der Bildaufnahmeebene
die Spitzenwertstelle ermittelt. Bei einem Schritt S102 wird
der Schaltimpulsgenerator 9 derart gesteuert, daß die Mitte
des Schärfemeßbereichs A mit der bei dem Schritt S101 ermit
telten Spitzenwertstelle in Übereinstimmung kommt. Danach
kehrt der Prozeß zu dem Schritt S1 nach Fig. 5 zurück. Die
Fig. 7 veranschaulicht den Helligkeitsdifferenz-Nachführungs-
Algorithmus. Vor der Erläuterung dieses Ablaufdiagramms wird
kurz das Prinzip beschrieben. Der Objektnachführbereich B
wird z.B. Abschnitt um Abschnitt der Unterteilung nach oben,
nach unten, nach links und nach rechts verschoben. Die bei
aufeinanderfolgenden zwei dieser Lagen erhaltenen Daten wer
den überprüft, um zu ermitteln, in welcher Richtung sich das
Objekt bewegt hat, da dabei hinsichtlich des mittleren Hel
ligkeitswerts der Absolutwert der Differenz zwischen dem
Innenbereich und dem Außenbereich des Objektnachführbereichs
B zum Maximum ansteigt. Dann wird der Schärfemeßbereich A um
einen Unterteilungsabschnitt in dieser Richtung versetzt.
Nachstehend wird das Ablaufdiagramm in Fig. 7 erläutert. Bei
einem Schritt S201 wird der aus der Helligkeitsdifferenz-
Detektorschaltung 10 zugeführte Datenwert F als Wert F1 auf
genommen. Bei einem nächsten Schritt S202 wird an die Hellig
keitsdifferenz-Detektorschaltung 10 ein Befehl für das Ver
schieben des Objektnachführbereichs B um einen Unterteilungs
abschnitt nach rechts auf der in Fig. 4 gezeigten Bildaufnah
meebene abgegeben. Bei einem Schritt S203 wird wieder der
Datenwert F aufgenommen und als Wert F2 bezeichnet. Bei einem
nächsten Schritt S204 wird ermittelt, welcher der Werte F1
und F2 der größere ist. Falls F2<F1 ermittelt wird, schrei
tet der Prozeß zu einem Schritt S206 weiter. Falls F2≦F1 ermittelt wird, wird bei einem Schritt S205 der Objektnach
führbereich B um einen Unterteilungsabschnitt nach links
verschoben. Danach wird bei dem Schritt S206 der Schärfemeß
bereich A mit dem Objektnachführbereich B in Deckung ge
bracht. Darauffolgend wird auf gleichartige Weise in Schrit
ten S207 bis S212 eine Verschiebung um einen Unterteilungsab
schnitt nach oben mit dem Ergebnis vorgenommen, daß der
Objektnachführbereich B dementsprechend versetzt wird. In
Schritten S213 bis S218 wird eine Verschiebung um einen
Unterteilungsabschnitt nach links mit dem Ergebnis vorgenom
men, daß der Objektnachführbereich B dementsprechend versetzt
wird. In Schritten S219 bis S224 wird dann eine Verschiebung
um einen Unterteilungsabschnitt nach unten mit dem Ergebnis
vorgenommen, daß der Objektnachführbereich B dementsprechend
versetzt wird. Danach kehrt der Prozeß zu dem Schritt S1 nach
Fig. 5 zurück.
Diese Prozedur wird wiederholt, bis der Objektnachführbereich
B eine Lage erreicht hat, bei der die Helligkeitsdifferenz
zwischen seinem Innenbereich und seinem Außenbereich den
maximalen Wert annimmt. Auf diese Weise wird das Objekt
fortgesetzt verfolgt bzw. die Objektnachführung ausgeführt.
Der betreffende Datenwert F wird dann dem Mikrocomputer 12
zugeführt. Entsprechend der Anweisung aus dem Mikrocomputer
12 steuert der Schaltimpulsgenerator 9 das Schaltglied 8.
Abhängig von dem Schaltimpuls aus dem Schaltimpulsgenerator 9
werden von den Videosignalen für ein Halbbild die von dem
Innenbereich des Schärfemeßbereichs A erhaltenen Videosignale
von dem Schaltglied 8 durchgelassen. Dadurch wird der Schär
femeßbereich A in die Lage des Objektnachführbereichs B ver
setzt. Hierdurch ist es möglich, trotz einer Bewegung des
Objekts die Scharfeinstellung des Objektivs 1 auf das Objekt
aufrecht zu erhalten.
Es ist anzumerken, daß zwar bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel ein Nachführungsbereich zum Verfolgen des
Objekts durch das Ermitteln der Lage des Objekts gebildet
wird und dann der Schärfemeßbereich auf diese Lage einge
stellt wird, aber auf andere Weise der Schärfemeßbereich und
der Objektnachführbereich nicht einzeln für sich gesteuert
werden müssen, sondern ohne irgendeine Beeinträchtigung durch
einen gemeinsamen Bereich ersetzt werden können.
Es ist ferner anzumerken, daß als weitere mögliche Abwand
lungsform der Schärfmeßbereich zugleich auch beispielsweise
als Lichtmengenmeßbereich benutzt werden kann.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist bei der automatischen
Scharfeinstelleinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel auch
dann, wenn die mittlere Helligkeitsdifferenz zwischen dem
Objekt und dem Hintergrund so gering ist, daß eine Bewegung
des Objekts kaum zu erfassen ist, durch die selektive Nach
führung gemäß dem Spitzenwert gewährleistet, daß die Objekt
nachführung auf genaue Weise ausgeführt werden kann. Daher
kann in Situationen, die immer wieder auftreten, mit hoher
Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf das bewegte Objekt scharf
eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nicht mehr ein anson
sten für das Erfassen der Bewegung des Objekts erforderlicher
groß ausgelegter Speicher verwendet werden muß, was die Ge
staltung der Einrichtung vereinfacht.
Als nächstes zeigen die Fig. 8 bis 14 eine automatische
Scharfeinstellungseinrichtung als zweites Ausführungsbeispiel
der Bildaufnahmeeinrichtung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden in Abhängigkeit von dem
Abbildungszustand auf der Bildaufnahmeebene auf geeignete
Weise zwei Objektnachführungs-Betriebsarten mit voneinander
verschiedenen Algorithmen gewählt, wodurch es ermöglicht ist,
daß die Bildaufnahmeeinrichtung immer unter den besten Bedin
gungen die Objektlage erfassen kann, auf die der Schärfemeß
bereich und dergleichen eingestellt wird. Bei dem Umschalten
von einer der beiden Objektnachführungsarten auf die andere
oder umgekehrt haben jeweilige Schwellenwerte für die beiden
Schaltrichtungen eine Hysteresecharakteristik, wodurch eine
Verbesserung hinsichtlich einer besseren Stabilisierung des
Nachführungsvorgangs erreicht wird.
Die Fig. 8 ist eine Blockdarstellung, die den Aufbau des
zweiten Ausführungsbeispiels der Bildaufnahmeeinrichtung zur
Anwendung für die Scharfeinstellung zeigt. Nach Fig. 8 wird
ein Objektiv 20 mittels eines Motors 22 scharf eingestellt.
Ein Bildsensor 24 wie ein Ladungskopplungs- bzw. CCD-Bildsen
sor setzt ein von dem Objektiv 20 auf der Bildaufnahmefläche
des Bildsensors erzeugtes optisches Bild in ein elektrisches
Signal um, das in Form von Videosignalen abgegeben wird. Mit
26 ist ein Verstärker für die Videosignale bezeichnet. Eine
Signalaufbereitungsschaltung 28 setzt das Ausgangssignal des
Verstärkers 26 in ein Helligkeitssignal Y und zwei Farbdiffe
renzsignale (R-Y) und (B-Y) um. Ein Codierer 30 setzt die
Komponentensignale aus der Signalaufbereitungsschaltung 28 in
ein zusammengesetztes bzw. BAS-Signal um.
Von einem Bandpaßfilter 32 wird aus dem Helligkeitssignal Y
eine Hochfrequenzkomponente herausgegriffen und einem Schalt
glied 34 zugeführt. Das Schaltglied 34 läßt im Ansprechen auf
einen Schaltimpuls aus einem Schaltimpulsgenerator 36 die
Videosignale durch, die dem Innenbereich eines Entfernungs
meßbereichs innerhalb eines Entfernungsmeßrahmens entspre
chen, der in einer vorbestimmten Lage auf einer Bildaufnahme
ebene gemäß Fig. 11 gebildet ist. Eine nachfolgend ausführli
cher beschriebene Spitzenwert-Detektorschaltung 38 erfaßt aus
den von dem Schaltglied 34 durchgelassenen Signalen in einer
jeden Halbbildperiode einen maximalen Spitzenwert und dessen
Lage. Der Spitzenwert wird einer Aufwärts- bzw. Hochrege
lungs-Servoschaltung 40 zugeführt, während die Informationen
über die horizontale und die vertikale Spitzenwertlage einer
Nachführsteuerschaltung 42 zugeführt werden. Die Aufwärtsre
gelungs-Servoschaltung 40 vergleicht den Spitzenwert im ge
genwärtigen Halbbild mit dem Spitzenwert des letzten Halb
bilds, um daraus die Richtung zu bestimmen, in der das Objek
tiv 20 nachzustellen ist. Eine Motortreiberschaltung 43
treibt den Motor 22 in der ermittelten Nachstellrichtung an.
Eine Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 berechnet im
Ansprechen auf einen Schaltimpuls aus einem Schaltimpulsgene
rator 46 die Differenz des Pegels mittlerer Helligkeit zwi
schen der Innenseite und der Außenseite eines bestimmten
Bereichs bzw. Objekterfassungsbereichs, der gemäß Fig. 11 in
einer vorbestimmten Lage auf der Bildaufnahmeebene gebildet
ist. Das Rechenergebnis wird der Nachführsteuerschaltung 42
zugeführt. Die nachfolgend ausführlicher beschriebene Nach
führsteuerschaltung 42 steuert die Schaltimpulsgeneratoren 36
und 46 entsprechend den Spitzenwertlage-Informationen aus der
Spitzenwert-Detektorschaltung 38 und der Helligkeitsmittel
wert-Differenz aus der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung
44. Die Nachführsteuerschaltung 42 wird zweckdienlich als
Mikrocomputer mit einem Programm für die Nachführsteuerung
gestaltet.
Anhand der Fig. 9 wird die Spitzenwert-Detektorschaltung 38
ausführlich beschrieben. Mit fV ist ein Vertikalsynchron
siersignal bezeichnet. Das Ausgangssignal des Schaltglieds 34
wird einer Spitzenwert-Halteschaltung 50 und einem Verglei
cher 52 zugeführt. Die Spitzenwert-Halteschaltung 50 wird bei
jeder Halbbildperiode rückgesetzt. Dem Vergleicher 52 wird
auch der in der Spitzenwert-Halteschaltung 50 gespeicherte
Spitzenwert zugeführt. Daher erzeugt der Vergleicher 52 je
desmal dann einen Impuls, wenn von der Spitzenwert-Halte
schaltung 50 ein neuer Spitzenwert zu speichern ist. Ein
Zähler 54 zählt ein Taktsignal mit einer Frequenz nfH, wobei
fH die Horizontalsynchronisierfrequenz ist und n eine ganze
Zahl ist. Ein weiterer Zähler 56 zählt ein Taktsignal mit
einer Frequenz mfV, wobei fV die Vertikalsynchronisierfrequenz
ist und m eine ganze Zahl ist. D.h., der Zählwert des Zählers
54 zeigt die horizontale Lage auf der in Fig. 11 gezeigten
Bildaufnahmeebene an, während der Zählwert des Zählers 56 die
vertikale Lage angibt. Die Zählwerte der Zähler 54 und 56
werden jeweils auf den Ausgangsimpuls des Vergleichers 52 hin
in Abfrage/Halteschaltungen 58 bzw. 60 aufgenommen und ge
speichert. Wenn ein Halbbild fertig ist, zeigt die Abfrage/
Halteschaltung 58 die horizontale Lage des maximalen Spitzen
wertes in dem einen Halbbild an, während die Abfrage/Halte
schaltung 60 die vertikale Lage anzeigt. Die Abfrage/Halte
schaltungen 58 und 60 und der Zähler 56 werden bei jeder
Halbbildperiode rückgesetzt, während der Zähler 54 bei jeder
Horizontalabtastperiode rückgesetzt wird.
Als nächstes werden anhand der Fig. 10 die Einzelheiten der
Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 beschrieben. Das
Helligkeitssignal Y aus der Signalaufbereitungsschaltung 28
wird Schaltgliedern 62 und 64 zugeführt. Das Schaltglied 62
läßt im Ansprechen auf einen Schaltimpuls aus dem Schaltim
pulsgenerator 46 nur das Helligkeitssignal durch, das in dem
durch die Nachführsteuerschaltung 42 bestimmten Bereich (nach
Fig. 11) erhalten wird. Dieses Helligkeitssignal wird in
einem Integrator 66 integriert. Von einer Flächenkorrektur
schaltung 68 wird der Integrationswert aus dem Integrator 66
auf die Fläche des bestimmten Bereichs normiert. Dies ist
deshalb der Fall, weil die Flächen innerhalb und außerhalb
des Erfassungsbereichs voneinander verschieden sind und daher
die Integrationswerte der den jeweiligen Flächen entsprechen
den Signale voneinander verschieden sind. Es ist daher not
wendig, die Integrationswerte unter Berücksichtigung der
Flächengrößen zu korrigieren. Das zweite Schaltglied 64 wird
durch den invertierten Schaltimpuls aus einem Inverter 70
gesteuert, nämlich derart, daß das in dem Bereich außerhalb
des Erfassungsbereichs (nach Fig. 11) erhaltene Helligkeits
signal durchgelassen wird. Ein Integrator 72 integriert das
Ausgangssignal des Schaltglieds 64. Auf die vorangehend be
schriebene Weise wird der Integrationswert mittels einer
Flächenkorrekturschaltung 74 gemittelt bzw. normiert. Eine
Subtrahierschaltung 76 subtrahiert das Ausgangssignal der
Flächenkorrekturschaltung 74 von dem Ausgangssignal der Flä
chenkorrekturschaltung 68. Eine Absolutwertschaltung 78 er
zeugt ein Ausgangssignal, das dem Absolutwert des Ausgangs
signals der Subtrahierschaltung 76 entspricht. Dieses Aus
gangssignal ΔF der Absolutwertschaltung 78 wird der Nach
führsteuerschaltung 42 zugeführt.
Anhand der Fig. 12, 13 und 14 wird ein Algorithmus für die
Funktion der Nachführsteuerschaltung 42 erläutert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind zwei Nachführungsarten vorgesehen,
nämlich die Helligkeitsdifferenz-Nachführung und die Spitzen
wert-Nachführung. Wenn die Helligkeit des Objekts von der
Helligkeit des Hintergrunds stark verschieden ist und das
Helligkeitdifferenzsignal ΔF hoch ist, wird die Helligkeits
differenz-Nachführung angewandt. Wenn das Signal ΔF so klein
ist, daß die Helligkeitsdifferenz-Nachführung nicht anwendbar
ist, wird die Spitzenwert-Nachführung angewandt. In diesem
Fall wird von der Helligkeitsdifferenz-Nachführung auf die
Spitzenwert-Nachführung bei einem Schwellenwert TH1 umge
schaltet, während in Gegenrichtung von der Spitzenwert-
Nachführung auf die Helligkeitsdifferenz-Nachführung bei
einem zweiten Schwellenwert TH2 umgeschaltet wird, der höher
als der erste Schwellenwert TH1 ist.
Bei der Wahl der Nachführungsart (oder dem Einschalten der
elektrischen Stromversorgung) wird zuerst als Schwellenwert
TH für die Nachführungsumschaltung der Schwellenwert TH1
eingesetzt. Dann wird das Helligkeitsdifferenzsignal ΔF aus
der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 mit dem Wert TH
verglichen (S301). Falls das Signal ΔF größer als der Wert TH
ist, wird als Wert TH der Wert TH1 eingesetzt (S302), um die
Helligkeitsdifferenz-Nachführung einzuschalten (S303). Dann
wird der Entfernungsmeßrahmen auf einen bei der Wahl der
Helligkeitsdifferenz-Nachführung eingestellten Objekterfas
sungsbereich eingestellt (S304). Danach kehrt der Prozeß zu
dem Schritt S301 zurück. Falls andererseits das Signal ΔF
nicht größer als der Wert TH ist, wird als Wert TH der Wert
TH2 eingesetzt (S305), um die Spitzenwert-Nachführung einzu
schalten (S306). Bei der Spitzenwert-Nachführung wird an der
Bildaufnahmeebene der Objekterfassungsbereich derart einge
stellt, daß seine Mitte an der mittels der Spitzenwert-
Detektorschaltung 38 erfaßten Spitzenwertstelle liegt. Der
Entfernungsmeßrahmen wird auf den auf diese Weise eingestell
ten Objekterfassungsbereich eingestellt (S307). Danach kehrt
der Prozeß zu dem Schritt S301 zurück.
Dadurch kann dann, wenn eine der verschiedenen Nachführungs
arten entsprechend einer Objektzustandsänderung gewählt wird,
selbst bei einer Helligkeitsdifferenz nahe dem Grenzwert für
das Zulassen der Helligkeitsdifferenz-Nachführung der Um
schaltvorgang immer auf stabile Weise ausgeführt werden, ohne
daß ein wiederholtes Hin- und Herschalten auftritt.
Die Fig. 13 zeigt den grundlegenden Ablauf der Helligkeits
differenz-Nachführung bei dem Schritt S303 nach Fig. 12. Es
wird kurz das Grundprinzip erläutert. Gemäß Fig. 11 ist die
Bildaufnahmeebene in mxn Abschnitte unterteilt. Der bestimmte
Bereich bzw. Erfassungsbereich wird z.B. abschnittsweise nach
oben, nach unten, nach links und nach rechts verschoben. Bei
jeder dieser Lagen wird hinsichtlich des Pegels der mittleren
Helligkeit der Absolutwert der Differenz zwischen dem Innen
bereich und dem Außenbereich des Erfassungsbereichs berech
net. Auf die Beurteilung hin, daß sich das Objekt in die Lage
bewegt hat, bei der der Absolutwert maximal wird, wird der
Objekterfassungsbereich versetzt. Nach Fig. 13 wird das Aus
gangssignal ΔF der Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44
aufgenommen und als Variable F1 eingesetzt (S310). Der be
stimmte Bereich wird um einen Unterteilungsabschnitt nach
rechts verschoben (S311), wonach das Ausgangssignal ΔF der
Helligkeitsdifferenz-Detektorschaltung 44 aufgenommen und als
Variable F2 eingesetzt wird (S312). Die Werte F1 und F2
werden miteinander verglichen (S313). Falls F2≦F1 ermittelt
wird, was anzeigt, daß durch die Rechtsverschiebung der Wert
ΔF nicht höher wird, wird der bestimmte Bereich nach links
verschoben (S314). Dann wird der Objekterfassungsbereich auf
den bestimmten Bereich eingestellt (S315).
In Schritten S316 bis S321 wird versuchsweise eine Verschie
bung um einen Unterteilungsabschnitt nach oben vorgenommen.
Entsprechend dem Ergebnis hieraus wird der Objekterfassungs
bereich versetzt. In Schritten S322 bis S327 wird eine Ver
schiebung um einen Unterteilungsabschnitt nach links ver
sucht. Dem Ergebnis entsprechend wird der Objekterfassungsbe
reich versetzt. in Schritten S328 bis S333 wird versuchsweise
um einen Unterteilungsabschnitt nach unten verschoben. Dem
Ergebnis entsprechend wird der Objektiverfassungsbereich
versetzt. Nach dem Schritt S333 kehrt der Prozeß zu dem
Schritt S310 zurück.
Obwohl vorstehend als Beispiel die Scharfeinstellung herange
zogen wurde, besteht bei der Bildaufnahmeeinrichtung keine
Einschränkung hierauf; vielmehr ist natürlich die gleiche
Gestaltung auch zur Lichtmengeneinstellung und dergleichen
anwendbar.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit
der Bildaufzeichnungseinrichtung eine gute Objektnachführung
selbst dann erreicht werden kann, wenn hinsichtlich des mitt
leren Videosignalpegels die Differenz zwischen dem Objekt und
dessen Hintergrund gering ist. Da ferner bei dem Ausführungs
beispiel das Umschalten zwischen den Nachführungsarten mit
einer Hysteresecharakteristik erfolgt, wird ein häufiges
Umschalten verhindert. Daher wird durch die Anwendung der
geschalteten Nachführungsarten kein abnormaler Betriebsablauf
verursacht.
Eine Bildaufnahmeeinrichtung arbeitet in Abhängigkeit von dem
Abbildungszustand auf einer Bildaufnahmefläche unter geeigne
ter Wahl eines ersten Nachführungsalgorithmus, bei dem einem
Objektbild durch Versetzen eines bewegbar an der Bildaufnah
meebene gebildeten Erfassungsbereichs in der Weise nachge
führt wird, daß die Helligkeitspegeldifferenz zwischen dem
Inneren und dem Äußeren dieses Bereichs maximal wird, oder
eines zweiten Nachführungsalgorithmus, bei dem dem Objektbild
durch das Versetzen der Lage des Erfassungsbereichs in der
Weise nachgeführt wird, daß eine Stelle, an der der Kontrast
maximal wird, mit einem mittigen Teilbereich des Erfassungs
bereichs zusammenfällt. Die Schwellenwerte für das Umschalten
zwischen dem ersten und dem zweiten Nachführungsalgorithmus
werden zu einer Hysteresecharakteristik angesetzt.