DE69432069T2

DE69432069T2 - Elektronische Belichtungszeitregelung

Info

Publication number: DE69432069T2
Application number: DE69432069T
Authority: DE
Inventors: Alan N. Cooper
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: KR950012267A; JPH07255008A; KR100341978B1; US6081294A; EP0647063A1; DE69432069D1; EP0647063B1; TW302449B; MY112406A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer Systeme und insbesondere ein verbessertes Videoverarbeitungssystem.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Elektronische Irissteuereinrichtungen wurden entwickelt, um eine mechanische Iris zum Steuern der auf einen elektronischen Festkörper-Bildsensor fallenden Lichtmenge überflüssig zu machen oder zu ergänzen. Eine elektronische Iris steuert die Belichtungszeit durch periodisches Belichten oder Entfernen der von photonenerzeugten Elektron-Loch-Paaren innerhalb des Bildsensors erzeugten Ladung. Dieser Prozeß der periodischen Zerstörung oder Entfernung von Ladung wird als Löschen des Bildsensors bezeichnet. Die Ladung wird auch vom Bildsensor entfernt, wenn das Signal vom Bildsensor auf einen dem Bildsensor zugeordneten Bildspeicher übertragen wird. Dieser Prozeß wird als Bildübertragung bezeichnet. Der Zeitraum zwischen dem Löschen des Bilds und der Übertragung des Bilds legt die elektronische Belichtungszeit fest. Durch Ändern der relativen Positionen des Bildlöschvorgangs und des Bildübertragungsvorgangs kann die Länge der Belichtungszeit elektronisch gesteuert werden.
Der Bildspeicher ist kapazitiv mit dem Bildsensor gekoppelt. Dementsprechend werden während des Auslesens von Informationen aus dem Bildspeicher am Bildsensor oder am Bildspeicher keine anderen Operationen ausgeführt, um eine Wechselwirkung mit der Auslesesequenz zu minimieren. Bei den meisten Fernsehanwendungen beträgt die maximale Belichtungszeit für ein Datenfeld 16,67 Millisekunden. Ein typisches Fernsehdatenfeld enthält 262,5 Informationszeilen. Hierdurch wird die minimale Belichtung für Operationen während des Auslesens des Bildspeichers auf 63,5 Mikrosekunden gelegt, weil alle Bildlösch- oder Bildübertragungsvorgänge während des Horizontalaustastzeitraums oder des Vertikalaustastzeitraums auftreten müssen. Die Irissteuerung war typischerweise ausschließlich auf Belichtungseinstellungen in Inkrementen von 63,5 Mikrose kunden beschränkt. Diese inkrementelle Änderung der Belichtungszeit führt in der Hinsicht zu einem Problem, daß die prozentuale Änderung der Belichtung stark nichtlinear ist, weil die anfänglichen inkrementellen Änderungen verglichen mit der ganzen Feldzeit von 16,67 Millisekunden sehr klein sind und die letzten inkrementellen Änderungen zu Belichtungsänderungen von bis zu einschließlich fünfzig Prozent führen können.
In US-A-5 040 070 ist ein CCD-Bildsensor offenbart, bei dem die Zeit zum Abführen der im Lichtempfangsabschnitt gespeicherten Ladungen entsprechend einem Belichtungszustand der CCD festgelegt wird, so daß ein Belichtungszeitraum verkürzt oder verlängert wird. Die Breite einer einzelnen Verkürzung und Verlängerung des Belichtungszeitraums ist veränderlich. Wenn die Ladungsabfuhrzeit in den Vertikalaustastzeitraum eintritt und der Belichtungszeitraum recht kurz wird, wird die Ladungsabfuhrzeit in einer Einheit eines Zeitraums festgelegt, der kürzer ist als eine Horizontalperiode eines Bildsignals.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist ein Bedarf an einer elektronischen Irissteuereinrichtung aufgetreten, die eine linearere Belichtungssteuerung bietet. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Irissteuereinrichtung vorgesehen, durch die die Nachteile und Probleme, die bei früheren Systemen auftreten, im wesentlichen beseitigt oder verringert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Videoverarbeitungssystem vorgesehen, welches aufweist:
einen Bildsensor, der einen Bildbereich aufweist, welcher Licht empfangen kann, um ein Bild zu erzeugen, wobei der Bildsensor das Bild vom Bildsensor ansprechend auf ein Bildlöschsignal löschen kann,
einen Bildspeicher, der mit dem Bildbereich des Bildsensors gekoppelt ist und Bilddaten vom Bildbereich des Bildsensors empfangen kann und die Bilddaten ansprechend auf ein Bildübertragungssignal speichern kann, wobei eine dem Bild zugeordnete Belichtungszeit als die Zeit zwischen dem Bildsignal und dem Bildübertragungssignal definiert ist, und
eine elektronische Irissteuerschaltung, die mit dem Bildbereich des Bildsensors und dem Bildspeicher gekoppelt ist und das Bildlöschsignal und das Bildübertragungssignal erzeugen und senden kann, wobei die elektronische Irissteuerschaltung so arbeiten kann, daß sie die Belichtungszeit um sequentielle Inkremente ändert, wobei mindestens einige der sequentiellen Inkremente eine veränderliche Länge mit zunehmend kürzerer Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verringert wird, und eine zunehmend längere Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verlängert wird,
wobei die elektronische Irissteuerschaltung aufweist:
eine Signaldecoderschaltung, die ein Akkordeontaktsignal mit einer konstanten Anzahl von Übergangen für einen gegebenen Zeitraum erzeugen kann und für mindestens einige der Übergänge veränderliche Perioden aufweist,
eine Iriszählerschaltung, die über das Akkordeontaktsignal mit der Signaldecoderschaltung gekoppelt ist und einen Iriszählwert ansprechend auf das Akkordeontaktsignal inkrementieren kann,
eine Iris-Signaldecoderschaltung, die mit der Iriszählerschaltung gekoppelt ist und das Bildlöschsignal ansprechend auf das Erreichen eines vorgegebenen Zählwerts durch die Iriszählerschaltung erzeugen und ausgeben kann, und
eine Zählwertlängen-Festlegungsschaltung, die den vorgegebenen Iriszählwert ansprechend auf Belichtungssignale, die die Notwendigkeit zum Ändern der Belichtungszeit angeben, ändern kann,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Signaldecoderschaltung durch mehrere Steuerzonensignale, die der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung angeben, wo das Bildlöschsignal innerhalb der durch den gegebenen Zeitraum gebildeten Zeitbasis liegt, mit der Zählwertlängen- Festlegungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Zählwertlängen-Festlegungsschaltung den maximalen Iriszählwert ansprechend auf bestimmte Angaben von den Steuerzonensignalen um einen Änderungswert, der größer als eins ist, ändern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Verarbeiten eines Videobilds vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Empfangen von Licht von einem Objekt zur Erzeugung eines Bilds unter Verwendung eines Bildsensors mit einem Bildbereich,
Löschen des Bilds vom Bildsensor ansprechend auf ein Bildlöschsignal,
Empfangen von Bilddaten, die das Bild vom Bildsensor darstellen, und Speichern der Bilddaten ansprechend auf ein Bildübertragungssignal in einem mit dem Bildbereich des Bildsensors gekoppelten Bildspeicher, wobei die dem Bild zugeordnete Belichtungszeit als die Zeit zwischen dem Bildlöschsignal und dem Bildübertragungssignal definiert ist,
Erzeugen und Senden des Bildlöschsignals und des Bildübertragungssignals unter Verwendung einer mit dem Bildsensor und dem Bildspeicher gekoppelten elektronischen Irissteuerschaltung und
Ändern der Belichtungszeit um sequentielle Inkremente unter Verwendung der elektronischen Irissteuerschaltung, wobei mindestens einige der sequentiellen Inkremente eine veränderliche Länge mit zunehmend kürzerer Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verringert wird, und eine zunehmend längere Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verlängert wird,
Erzeugen eines Akkordeontaktsignals mit einer konstanten Anzahl von Übergängen für einen gegebenen Zeitraum mit veränderlichen Perioden für mindestens einige der Übergänge in einer Signaldecoderschaltung,
Inkrementieren eines Iriszählwerts in einer Iriszählerschaltung, die über das Akkordeontaktsignal mit der Signaldecoderschaltung gekoppelt ist, ansprechend auf das Akkordeontaktsignal,
Erzeugen und Ausgeben des Bildlöschsignals ansprechend auf das Erreichen des maximalen Zählwerts durch die Iriszählerschaltung und
Ändern des maximalen Iriszählwerts ansprechend auf Belichtungssignale, die die Notwendigkeit zum Ändern der Belichtungszeit angeben,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ändern des maximalen Iriszählwerts aufweist:
Ändern des maximalen Iriszählwerts ansprechend auf bestimmte Angaben mehrerer Steuerzonensignale um einen Änderungswert, der größer als eins ist, wobei die Signaldecoderschaltung durch die Steuerzonensignale, die der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung angeben, wo das Bildlöschsignal innerhalb der durch den gegebenen Zeitraum gebildeten Zeitbasis liegt, mit der Zählwertlängen- Festlegungsschaltung gekoppelt ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Vorteile, die mit dem System gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind, können beim Lesen der detaillierten Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang mit den anliegenden Figuren vollständiger verstanden werden, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Merkmale angeben, wobei:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Videoverarbeitungssystems ist,
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Irissteuerschaltung ist und
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm ist, in dem eine Anzahl in der Irissteuereinrichtung und im Videoverarbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeter Signale dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist ein allgemein bei 10 angegebenes Videoverarbeitungssystem dargestellt, das eine Linse 12 aufweist, die Licht auf einen Bildbereich 14 eines Bildsensors 15 fokussiert. Bilddaten werden periodisch vom Bildbereich 14 in einen Bildspeicher 18 übertragen. Der Videoprozessor 16 ruft die Bilddaten aus dem Bildspeicher 18 ab und gibt sie als ein Videoausgangssignal aus. Das Videoausgangssignal wird auch einem ersten Vergleicher 20 und einem zweiten Vergleicher 22 zugeführt. Der erste Vergleicher 20 vergleicht den durchschnittlichen Pegel des Videoausgangssignals mit einer ersten Referenzspannung V&sub1;. In ähnlicher Weise vergleicht der zweite Vergleicher 22 den durchschnittlichen Pegel des Videoausgangssignals mit einer zweiten Referenzspannung V&sub2;. Wenn der Durchschnitt des Videoausgangssignals unter den Referenzpegel V&sub1; fallt, muß die Belichtung des Bilds erhöht werden. Dementsprechend gibt der Vergleicher 20 ein Belichtungserhöhungssignal an eine Irissteuerschaltung 24 aus. Wenn der durchschnittliche Pegel des Videoausgangssignals in ähnlicher Weise über den Referenzpegel V&sub2; ansteigt, muß die Belichtung des Bilds verringert werden. Der Vergleicher 22 gibt daher ein Belichtungsverringerungssignal an die Irissteuereinrichtung 24 aus. Die Irissteuereinrichtung 24 gibt Signale an den Bildbereich 14 des Bildsensors und an den Bildspeicher 18 aus. Die Irissteuereinrichtung 24 steuert teilweise zwei Funktionen des Bildbereichs 14 des Bildsensors und des Bildspeichers 18. Der Bildbereich 14 des Bildsensors überträgt das Bild periodisch zum Bildspeicher 18. Die Übertragung von Daten vom Bildbereich 14 des Bildsensors zum Bildspeicher 18 zerstört die im Bildbereich 14 des Bildsensors gespeicherte Ladung. Die Ladung im Bildbereich 14 des Bildsensors wird durch photonenerzeugte Elektron-Loch-Paare innerhalb des Bildbereichs 14 des Halbleiter-Bildsensors durch Licht erzeugt, das durch die Linse 12 auf den Bildbereich 14 des Bildsensors fokussiert wird. Die Irissteuereinrichtung 24 weist den Bildbereich 14 des Bildsensors auch periodisch an, das Bild aus dem Bildbereich 14 des Bildsensors zu löschen. Diese Löschfunktion wird auch durch Abführen der Ladung aus dem Bildbereich 14 des Bildsensors in ähnlicher Weise wie bei dem Verfahren erreicht, das verwendet wird, um die Ladung zum Bildspeicher 18 zu übertragen. Die Zeit zwischen dem Löschen des Bildbereichs 14 des Bildsensors und der Übertragung der Bilddaten vom Bildbereich 14 des Bildsensors in den Bildspeicher 18 ist die elektronische Belichtungszeit. Dementsprechend kann die Irissteuereinrichtung 24 die Belichtungszeit des im Bildbereich 14 des Bildsensors gespeicherten Bilds steuern, indem sie die Zeiten steuert, zu denen die Signale, die den Bildbereich 14 des Bildsensors und den Bildspeicher 18 anweisen, den Bildbereich 14 des Bildsensors zu löschen und die Bilddaten vom Bildbereich 14 des Bildsensors in den Bildspeicher 18 zu übertragen, auftreten.
Der Bildbereich 14 des Bildsensors und der Bildspeicher 18 weisen ladungsgekoppelte Vorrichtungen auf, die kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Dementsprechend können die von der Irissteuereinrichtung 24 gesteuerten Übertragungs- und Löschvorgänge nicht ausgeführt werden, während der Videoprozessor 16 Bilddaten liest. Falls diese Vorgänge während des Leseprozesses ausgeführt werden, kann das im Bildsensor gespeicherte Bild gestört werden.
Videobilder sind typischerweise als Paare verschachtelter Felder organisiert, die jeweils 262,5 Linien von Bilddaten aufweisen. Diese zwei Felder bilden zusammen einen einzigen Videorahmen mit 525 Zeilen. Die Bilder werden vom Videoprozessor 16 zeilenweise aus dem Bildspeicher 18 ausgelesen. Es gibt zwei typische Ausgaben von Bildsensoren, die einen Bildbereich 14 des Bildsensors und einen Bildspeicher 18 aufweisen können. Die erste Ausgabe ist ein zeilenweise adressierbarer Bildsensor, bei dem jede Zeile einzeln in den Bildspeicher 18 übertragen wird. Der zweite Bildsensortyp ist ein Rahmenübertragungs- Bildsensor. Rahmenübertragungs-Bildsensoren übertragen das ganze Bild auf einmal in den Bildspeicher. Der Videoprozessor 16 funktioniert unabhängig davon, ob der Bildbereich 14 des Bildsensors und der Bildspeicher 18 zeilenweise adressierbare Systeme oder Rahmenübertragungssysteme sind, ähnlich. Der Videoprozessor 16 gibt die Videobilddaten durch das Videoausgangssignal zeilenweise aus.
Nachdem der Videoprozessor 16 eine Zeile von Bilddaten aus dem Bildspeicher 18 ausgelesen hat, tritt eine als Horizontalaustastzeitraum bezeichnete be grenzte Verzögerung auf. Der Horizontalaustastzeitraum ist die Zeit, die der Elektronenstrahl benötigt, um über die Kathodenstrahlröhre (CRT) horizontal zurückzulaufen, nachdem er eine Bildzeile gezeichnet hat. Während des Horizontalaustastzeitraums wird vom Videoprozessor 16 keine Aktivität an den im Bildspeicher 18 gespeicherten Daten ausgeführt. Dementsprechend können die Bildlösch- und die Bildübertragungsfunktionen während des Horizontalaustastzeitraums ausgeführt werden.
Weiterhin tritt zu Beginn jedes Felds von Videodaten eine als Vertikalaustastzeitraum bezeichnete längere Verzögerung auf. Der Vertikalaustastzeitraum weist typischerweise eine Länge in der Größenordnung von 1,27 Millisekunden auf und stellt die Zeit dar, die der Elektronenstrahl benötigt, um von der unteren rechten Ecke des CRT-Anzeigegeräts zu seiner oberen linken Ecke zurückzulaufen. Ähnlich dem Horizontalaustastzeitraum werden wahrend des Vertikalaustastzeitraums vom Videoprozessor 16 keine Operationen an den im Bildspeicher 18 gespeicherten Daten ausgeführt. Dementsprechend können die Bildlösch- und die Bildübertragungsfunktionen an jedem beliebigen Punkt innerhalb des Vertikalaustastzeitraums auftreten.
Die relative Position der Bildübertragungs- und der Bildlöschvorgänge steuert die elektronische Belichtung des Bilds auf dem Bildsensor 15. Die einzige Zeit, zu der die Bildlösch- und die Bildübertragungsfunktion auftreten können, ist eine Zeit während des Horizontalaustastzeitraums, der nur alle 63,5 Mikrosekunden auftritt, oder eine Zeit während des Vertikalaustastzeitraums, der während eines Rahmens von Videodaten zu Beginn jedes Felds zweimal auftritt und etwa 1,2 Millisekunden dauert.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Irissteuereinrichtung 24 dargestellt, wobei sowohl der Horizontalaustastzeitraum als auch der Vertikalaustastzeitraum ausgenutzt werden, um eine Übergangsphasen-Irissteuereinrichtung zu verwirklichen, die die Steuerung des Bildsensors 15 derart ermöglicht, daß ein linearer Betrieb angenähert wird. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Mastertaktsignal verwendet, um eine Horizontalzählerschaltung 26 anzusteuern. Die Horizontalzählerschaltung 26 wird zum Adressieren der Horizontalposition innerhalb einer einzigen Zeile des Videobilds verwendet. Die Horizontalzählerschaltung 26 inkrementiert vom Mastertaktsignal angesteuert, bis sie einen Maximalwert erreicht, und wird dann zurückgesetzt. Nach dem Rücksetzen wird ein Horizontalansteuersignal erzeugt und an eine Vertikalzählerschaltung 28 ausgegeben. Der Horizontalzählerwert wird an eine Signaldecoderschaltung 30 ausgegeben. Die Vertikalzählerschaltung 28 wird jedesmal dann inkrementiert, wenn die Horizontalzählerschaltung 26 am Ende der Bilddatenzeile ihren Maximalwert erreicht. Dementsprechend wird die Vertikalzählerschaltung 28 bei jedem Auftreten eines Horizontalaustastzeitraums inkrementiert. Der Wert innerhalb der Vertikalzählerschaltung 28 wird auch an den Signaldecoder 30 ausgegeben. Die Vertikalzählerschaltung 28 zählt einen Maximalwert, der beispielsweise 525 sein kann oder einem Zählwert für jede Zeile in einem vollständigen Rahmen von Videodaten entsprechen kann. Nach dem Erreichen des Maximalwerts wird die Vertikalzählerschaltung 28 zurückgesetzt und beginnt von eins zu zählen. Der Signaldecoder 30 verwendet den Vertikalzählerwert und den Horizontalzählerwert zum Bestimmen, wann Horizontalaustast- und Vertikalaustastzeiträume auftreten.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausrührungsform wird das Bildübertragungssignal in der Phase mit dem Mastertaktsignal und dem Horizontalansteuersignal gekoppelt. Dementsprechend gibt der Signaldecoder 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung immer dann ein Bildübertragungs- Freigabesignal an eine Bildübertragungs-Steuerschaltung 32 aus, wenn das Bildübertragungssignal unmittelbar vor dem Ende eines Vertikalaustastzeitraums durch die Signaldecoderschaltung 30 zur Bildübertragungs-Steuerschaltung übertragen wird.
Wenn die Phase des Bildübertragungssignals mit dem Mastertaktsignal, dem Signal des Horizontalzählers 26 und dem Signal des Vertikalzählers 28 gekoppelt ist, kann die Belichtung des Bildsensors gesteuert werden, indem die relative Position des auch zur Bildübertragungs-Steuerschaltung 32 übertragenen Bildlösch signals eingestellt wird. Das Bildlöschsignal wird durch eine in Fig. 2 dargestellte Iris-Signaldecoderschaltung 34 erzeugt. Die Iris-Signaldecoderschaltung erhält einen Zählwert von einem Iriszähler 36. Der Iriszähler 36 inkrementiert bei jedem Übergang eines Akkordeontaktsignals (ACLK). Das ACLK-Signal wird als ein Akkordeontaktsignal bezeichnet, weil es ein nichtlineares Taktsignal ist, das für die zum Verarbeiten eines vollen Rahmens von Videodaten erforderliche Zeit eine konstante Anzahl von Übergängen aufweist. Die Übergänge des ACLK-Signals treten jedoch nicht in linearer Weise auf. Die Übergänge weisen eine unterschiedliche Dauer auf und können in Steuerzonen eingeteilt werden, die nachstehend vollständiger erörtert werden.
Der maximale Zählwert für den Iriszähler wird von einer in Fig. 2 dargestellten Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 festgelegt. Die Zählwertlängen- Festlegungsschaltung 38 empfangt Steuerzonen-Indikatorsignale vom Signaldecoder 30. Die Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 empfängt auch das Belichtungsverringerungs- und das Belichtungserhöhungssignal von den zuvor mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Vergleichern 20 und 22.
Beim Betrieb wird die Belichtungszeit zwischen dem Bildlöschsignal und dem Bildübertragungssignal vom Iriszähler 36 und vom Irissignaldecoder 34 konstant gehalten oder eingestellt. Zum Konstanthalten der Belichtungszeit zählt der Iriszähler bis zu einer festgelegten Anzahl von Übergängen des ACLK-Signals. Solange die vom Iriszähler 36 verwendete maximale Zählwertlänge unverändert bleibt, bleibt die Phase des vom Irissignaldecoder 34 ausgegebenen Bildlöschsignals in bezug auf das vom Signaldecoder 30 ausgegebene Bildübertragungssignal fest.
Die Belichtungszeit wird eingestellt, indem zugelassen wird, daß sich die Phase des Bildlöschsignals frei bezüglich derjenigen des Bildübertragungssignals ändert, bis die Belichtungslänge die gewünschte Zeitdauer erreicht. Es wird veranlaßt, daß sich das Bildlöschsignal frei ändert, indem die maximale Zählwertlänge, die vom Iriszähler 36 verwendet wird, um die Übergänge des ACLK-Signals zu zählen, geändert wird. Die Zählwertlänge wird ansprechend auf das Belichtungs verringerungssignal oder das Belichtungserhöhungssignal von der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 geändert. Die Zählwertlänge wird von der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 erhöht, um die Belichtungslänge zu verringern, und die Zählwertlänge wird verringert, um die Belichtungslänge zu erhöhen.
In Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm dargestellt, das einige der beim Betrieb des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Signale nebeneinander dargestellt zeigt. Die erste Linie aus Fig. 3 ist ein Feldindikatorsignal. Ein niedriger Wert des Feldindikatorsignals gibt an, daß das erste Feld des Rahmens verarbeitet wird, während ein hoher Wert des Feldindikatorsignals angibt, daß das zweite Feld des Rahmens verarbeitet wird. Die zweite Linie in Fig. 3 gibt das Vertikalaustast-Indikatorsignal an. Die Vertikalaustastzeiträume treten, wie dargestellt, am Anfang jedes Felds auf und dauern etwa 1,27 Millisekunden. Die nächste Linie aus Fig. 3 gibt das Bildübertragungssignal an. Das Bildübertragungssignal ist ein Signal mit einer sehr kurzen Dauer, das unmittelbar vor dem Ende des Vertikalaustastzeitraums auftritt. Wie zuvor erörtert wurde, ermöglicht das Bildübertragungssignal die Übertragung des Bilds vom Bildbereich 14 des Bildsensors in den Bildspeicher 18. Diese Übertragung nimmt etwa 10 Mikrosekunden in Anspruch.
Die nächste Linie aus Fig. 3 zeigt die Übergänge auf dem Horizontalansteuersignal. Jede vertikale Linie innerhalb der Darstellung des Horizontalansteuersignals zeigt einen Übergang, der gleichzeitig mit einem Horizontalaustastzeitraum auftritt. Zu Klarheitszwecken kann die tatsächliche Dauer der Horizontalansteuerübergänge nicht dargestellt werden. Ein tatsächlicher Übergang tritt alle 63,5 Mikrosekunden auf, und es gibt zwischen dem Anfang des Felds 1 und dem Ende des Felds 2 525 Übergänge. Weiterhin gibt es etwa 21 tatsächliche Übergänge des Horizontalansteuersignals während des Vertikalaustastzeitraums. Zu Klarheitszwecken und zum Darlegen der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist das Horizontalansteuersignal mit viel größeren Übergängen dargestellt, um die Beziehung zwischen dem Horizontalansteuersignal und dem folgenden ACLK- Signal zu veranschaulichen.
Wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 2 erörtert wurde, empfangt der Iriszähler 36 das ACLK-Taktsignal vom Signaldecoder 30 und verwendet das ACLK-Signal zum Auslösen seiner Zählvorgänge. Der Irissignaldecoder 34 erzeugt das Bildlöschsignal ansprechend auf den Wert im Iriszähler 36. Dementsprechend werden der Irissignaldecoder 34 und das Bildlöschsignal im wesentlichen vom ACLK- Signal getaktet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, entspricht das Bildlöschsignal einem Übergang des ACLK-Signals. Wenn der maximale Zählwert für den Iriszähler 36 durch die Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 geändert wird, treibt das Bildlöschsignal zum nächsten Übergang des ACLK-Signals, wie in Umrissen bei einer Bezugszahl 42 in Fig. 3 dargestellt ist, wodurch die Belichtungszeit des Systems erheblich verringert wird. Der Ort des Bildlöschsignals, der die maximale Belichtung ergibt, ist in Fig. 3 mit einer Bezugszahl 40 bezeichnet.
Falls das Bildlöschsignal direkt vom Horizontalansteuersignal getaktet werden würde, würde das Bildlöschsignal in gleichen Inkrementen von einem Übergang des Horizontalansteuersignals zum nächsten treiben. Wenngleich dieses Verfahren zum Einstellen der Belichtung, eine gleichmäßige Änderung der Belichtungszeit bieten würde, wenn sich die Phase des Bildlöschsignals bezüglich der Phase des Bildübertragungssignals frei ändert, würde die prozentuale Änderung jeder inkrementellen Änderung stark nichtlinear variieren. Beispielsweise beinhaltet das anfängliche Inkrement vom Wert des Bildlöschsignals, das den längsten möglichen Belichtungszeitraum bietet, zum nächstlängsten möglichen Zeitraum eine Änderung von etwa 0,4 Prozent. Dagegen beinhaltet die letzte inkrementelle Änderung von der nächstkürzesten zur kürzesten möglichen Belichtungszeit eine Belichtungsänderung von 50 Prozent.
Damit der in Fig. 1 beschriebene Rückkopplungsprozeß wirksamer arbeiten kann, sollte die prozentuale Belichtungsänderung einer linearen Beziehung so nahe wie möglich gebracht werden. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet zwei Verfahren, um die Belichtungsänderung linearer zu machen.
Das erste Verfahren zum Einstellen der Linearität der Belichtungsänderung wird durch Erzeugen des nichtlinearen Taktsignals ACLK erreicht. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält das ACLK-Signal eine konstante Anzahl von Übergängen für die für einen vollständigen Rahmen von Videodaten erforderliche Zeitdauer. Die Übergänge sind jedoch ungleichmäßig beabstandet, um zu Beginn des Felds längere Übergänge und während des Vertikalaustastzeitraums sehr kurze Übergänge zu ermöglichen. Wie vorstehend erörtert wurde, muß der Bildlöschprozeß entweder während eines Horizontalaustastzeitraums oder des Vertikalaustastzeitraums auftreten. Dementsprechend treten die Übergänge des ACLK-Signals beispielsweise innerhalb des in Fig. 3 dargestellten Bereichs 44 jeweils während eines Horizontalaustastzeitraums auf. Dementsprechend können die Übergänge innerhalb des Bereichs 44 nicht häufiger als alle 63,5 Mikrosekunden auftreten. Diese Randbedingung gilt jedoch nicht für den in Fig. 3 im Bereich 46 dargestellten Vertikalaustastzeitraum. Dementsprechend können die Übergänge des ACLK-Signals innerhalb des Bereichs 46 in jedem beliebigen Intervall beabstandet sein.
Der Bereich 44 kann auch in einen Bereich 48 und in einen Bereich 50 unterteilt werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treten die Übergänge des ACLK- Signals innerhalb des Bereichs 48 einmal bei jedem zweifachen Auftreten eines Horizontalaustastzeitraums auf. Innerhalb des Bereichs 50 tritt ein Übergang des ACLK-Signals jedesmal dann auf, wenn ein Horizontalaustastzeitraum auftritt. Das Fortschreiten des ACLK-Signals sorgt dafür, daß das inkrementelle freie Ändern des Bildlöschsignals von einem Übergang zu einem anderen in manchen Abschnitten, wie den Bereichen 48 und 50 der Zeitbasis, größere Schritte aufweist und innerhalb anderer Bereiche der Zeitbasis, wie des Bereichs 46, sehr feine Übergänge aufweist. Durch diese Veränderlichkeit der Übergangslänge wird die Linearität der prozentualen Änderung der Belichtungszeit erhöht. Die Wirkung des nichtlinearen Taktsignals ACLK sorgt dafür, daß die Änderung der Belichtungszeit von der Position 40 zur Position 42 in etwa die gleiche prozentuale Änderung der Belichtung darstellt wie beispielsweise die Änderung von der Position 52 zur Position 54, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
In Fig. 3 sind auch das Irisblendenöffnungssignal und das Irisblendenschließsignal dargestellt, die vom Signaldecoder 30 erzeugt werden und verhindern, daß sich das Bildlöschsignal über eine vorgegebene Grenze frei ändert, wenn die Belichtungszeit geändert wird. Wenn zugelassen wird, daß sich das Bildlöschsignal weiter frei ändert, geht das Signal sofort von der kürzesten zur längsten Belichtungseinstellung über. Das Irisblendenöffnungssignal und das Irisblendenschließsignal verhindern, daß dies auftritt.
In Fig. 3 sind auch drei als Beispiel dienende Steuerzonensignale dargestellt, nämlich das Steuerzone-1-Signal, das Steuerzone-2-Signal und das Steuerzone-3- Signal. Die Steuerzonensignale werden vom erfindungsgemäßen System verwendet, um das zweite Verfahren zum Erhöhen der Linearität der Belichtungsänderung des Systems zu verwirklichen. Die Steuerzonensignale geben der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung 38 an, wo das Bildlöschsignal innerhalb der Zeitbasis liegt. Beispielsweise ist das Steuerzone-1-Signal innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs 48 aktiv, ist das Steuerzone-2-Signal während des vorstehend beschriebenen Bereichs 50 aktiv und ist das Steuerzone-3-Signal während des Bereichs 46 aktiv, der dem Vertikalaustastzeitraum entspricht. Die Steuerzonensignale werden verwendet, um eins übersteigenden Änderungen des maximalen Zählwerts des Iriszählers 36 Rechnung zu tragen. Während der Anfangsstufen der Zeitbasis im Bereich 48 kann der Iriszähler 36 das Bildlöschsignal beispielsweise veranlassen, mehr als einen Übergang durchzumachen, indem der maximale Zählwert um zwei oder mehr statt um eins geändert wird. Durch Ändern des maximalen Zählwerts des Iriszählers 36 um sogar noch größere Beträge können sogar noch schnellere Übergänge des Bildlöschsignals in bezug auf das Bildübertragungssignal erreicht werden. Die Steuerzonensignale werden verwendet, um die Zeitbasis derart in Bereiche einzuteilen, daß die Kombination des nichtlinearen ACLK-Taktsignals und der Verwendung selektiver maximaler Zählwerte für den Iriszähler verwendet werden kann, um ein lineareres Ansprechen der prozentualen Belichtungsänderung zu erzeugen. Es sei bemerkt, daß die Steuerzonensignale und die Übergänge des ACLK-Signals, die in der erläuterten Ausführungsform vorhanden sind, ausschließlich dazu dienen, die Vorteile der vorliegenden Erfin dung aufzuzeigen, und daß sie nicht als die vorliegende Erfindung auf diese oder eine andere als Beispiel dienende Ausführungsform einschränken sollen. Die Steuerzonensignale und die ACLK-Signalübergänge können in einer beliebigen Anzahl von Kombinationen verwendet werden, um das jeweils erforderliche Belichtungsansprechen zu erzeugen.

Claims

1. Videoverarbeitungssystem mit

einem Bildsensor (15), der einen Bildbereich (14) aufweist, welcher Licht empfangen kann, um ein Bild zu erzeugen, wobei der Bildsensor das Bild vom Bildsensor ansprechend auf ein Bildlöschsignal löschen kann,

einem Bildspeicher (18), der mit dem Bildbereich (14) des Bildsensors gekoppelt ist und Bilddaten vom Bildbereich des Bildsensors empfangen kann und die Bilddaten ansprechend auf ein Bildübertragungssignal speichern kann, wobei eine dem Bild zugeordnete Belichtungszeit als die Zeit zwischen dem Bildsignal und dem Bildübertragungssignal definiert ist, und

einer elektronischen Irissteuerschaltung (24), die mit dem Bildbereich des Bildsensors und dem Bildspeicher gekoppelt ist und das Bildlöschsignal und das Bildübertragungssignal erzeugen und senden kann, wobei die elektronische Irissteuerschaltung so arbeiten kann, daß sie die Belichtungszeit um sequentielle Inkremente ändert, wobei mindestens einige der sequentiellen Inkremente eine veränderliche Länge mit zunehmend kürzerer Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verringert wird, und eine zunehmend längere Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verlängert wird,

wobei die elektronische Irissteuerschaltung (24) aufweist:

eine Signaldecoderschaltung (30), die ein Akkordeontaktsignal mit einer konstanten Anzahl von Übergängen für einen gegebenen Zeitraum erzeugen kann und für mindestens einige der Übergänge veränderliche Perioden aufweist,

eine Iriszählerschaltung (36), die über das Akkordeontaktsignal mit der Signaldecoderschaltung gekoppelt ist und einen Iriszählwert ansprechend auf das Akkordeontaktsignal inkrementieren kann,

eine Iris-Signaldecoderschaltung (34), die mit der Iriszählerschaltung gekoppelt ist und das Bildlöschsignal ansprechend auf das Erreichen eines vorgegebenen Zählwerts durch die Iriszählerschaltung erzeugen und ausgeben kann, und

eine Zählwertlängen-Festlegungsschaltung (38), die den vorgegebenen Iriszählwert ansprechend auf Belichtungssignale, die die Notwendigkeit zum Ändern der Belichtungszeit angeben, ändern kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Signaldecoderschaltung (30) durch mehrere Steuerzonensignale, die der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung angeben, wo das Bildlöschsignal innerhalb der durch den gegebenen Zeitraum gebildeten Zeitbasis liegt, mit der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung (38) gekoppelt ist, wobei die Zählwertlängen- Festlegungsschaltung den maximalen Iriszählwert ansprechend auf bestimmte Angaben von den Steuerzonensignalen um einen Änderungswert, der größer als eins ist, ändern kann.

2. Videoverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Signaldecoderschaltung das Bildübertragungssignal bei vorgegebenen Intervallen mit im wesentlichen konstanter Dauer erzeugen kann.

3. Videoverarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Betrieb Übergänge des Akkordeontaktsignals während des Vertikalaustastzeitraums häufiger auftreten als die Horizontalaustastzeiträume.

4. Videoverarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter aufweist:

eine Videoverarbeitungschaltung (16), die mit dem Bildspeicher gekoppelt ist und die Bilddaten aus dem Bildspeicher abrufen kann und das Bild darstellende Videosignale auf einem Anzeigegerät ausgeben kann,

einen ersten Vergleicher (20), der mit den Videosignalen und einem ersten vorgegebenen Vergleichersignal gekoppelt ist und einen ersten Vergleich der Vi deosignale mit dem ersten vorgegebenen Vergleichersignal vornehmen kann und ansprechend auf den ersten Vergleich selektiv ein Belichtungserhöhungssignal ausgeben kann, und

einen zweiten Vergleicher (22), der mit den Videosignalen und einem zweiten vorgegebenen Vergleichersignal gekoppelt ist und einen zweiten Vergleich der Videosignale mit dem zweiten vorgegebenen Vergleichersignal vornehmen kann und ansprechend auf den zweiten Vergleich selektiv ein Belichtungsverringerungssignal ausgeben kann.

5. Videoverarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signaldecoderschaltung (35) weiterhin ein Irisblendenöffnungssignal und ein Irisblendenschließsignal, die das Ändern der Belichtungszeit begrenzen können, erzeugen und ausgeben kann.

6. Videoverarbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Iriszählerschaltung weiterhin den Iriszählwert zurücksetzen kann, wenn der vorgegebene Iriszählwert erreicht wurde.

7. Verfahren zum Verarbeiten eines Videobilds mit den Schritten:

Empfangen von Licht von einem Objekt zur Erzeugung eines Bilds unter Verwendung eines Bildsensors (15) mit einem Bildbereich (14),

Löschen des Bilds vom Bildsensor ansprechend auf ein Bildlöschsignal,

Empfangen von Bilddaten, die das Bild vom Bildsensor darstellen, und Speichern der Bilddaten ansprechend auf ein Bildübertragungssignal in einem mit dem Bildbereich (14) des Bildsensors gekoppelten Bildspeicher (18), wobei die dem Bild zugeordnete Belichtungszeit als die Zeit zwischen dem Bildlöschsignal und dem Bildübertragungssignal definiert ist,

Erzeugen und Senden des Bildlöschsignals und des Bildübertragungssignals unter Verwendung einer mit dem Bildsensor und dem Bildspeicher gekoppelten elektronischen Irissteuerschaltung (24) und

Ändern der Belichtungszeit um sequentielle Inkremente unter Verwendung der elektronischen Irissteuerschaltung, wobei mindestens einige der sequentiellen Inkremente eine veränderliche Länge mit zunehmend kürzerer Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verringert wird, und eine zunehmend längere Dauer haben, wenn die Belichtungszeit verlängert wird,

Erzeugen eines Akkordeontaktsignals mit einer konstanten Anzahl von Übergängen für einen gegebenen Zeitraum mit veränderlichen Perioden für mindestens einige der Übergänge in einer Signaldecoderschaltung (30),

Inkrementieren eines Iriszählwerts in einer Iriszählerschaltung (36), die über das Akkordeontaktsignal mit der Signaldecoderschaltung gekoppelt ist, ansprechend auf das Akkordeontaktsignal,

Erzeugen und Ausgeben des Bildlöschsignals ansprechend auf das Erreichen des maximalen Zählwerts durch die Iriszählerschaltung und

Ändern des maximalen Iriszählwerts ansprechend auf Belichtungssignale, die die Notwendigkeit zum Ändern der Belichtungszeit angeben,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ändern des maximalen Iriszählwerts aufweist:

Ändern des maximalen Iriszählwerts ansprechend auf bestimmte Angaben mehrerer Steuerzonensignale um einen Änderungswert, der größer als eins ist, wobei die Signaldecoderschaltung durch die Steuerzonensignale, die der Zählwertlängen-Festlegungsschaltung angeben, wo das Bildlöschsignal innerhalb der durch den gegebenen Zeitraum gebildeten Zeitbasis liegt, mit der Zählwertlängen- Festlegungsschaltung gekoppelt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter den Schritt des Erzeugens des Bildübertragungssignals in vorgegebenen Intervallen mit im wesentlichen konstanter Dauer aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei beim Betrieb Übergänge des Akkordeontaktsignals während des Vertikalaustastzeitraums häufiger auftreten als die Horizontalaustastzeiträume.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit den weiteren Schritten:

Abrufen der Bilddaten aus dem Bildspeicher und Ausgeben das Bild darstellender Videosignale auf einem Anzeigegerät,

Ausfuhren eines ersten Vergleichs der Videosignale mit einem ersten vorgegebenen Vergleichersignal in einem ersten Vergleicher, der mit den Videosignalen und dem ersten vorgegebenen Vergleichersignal gekoppelt ist,

selektives Ausgeben eines Belichtungserhöhungssignals ansprechend auf den ersten Vergleich,

Ausfuhren eines zweiten Vergleichs der Videosignale mit einem zweiten vorgegebenen Vergleichersignal in einem zweiten Vergleicher, der mit den Videosignalen und dem zweiten vorgegebenen Vergleichersignal gekoppelt ist,

selektives Ausgeben eines Belichtungsverringerungssignals ansprechend auf den zweiten Vergleich.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 mit den weiteren Schritten des Erzeugens und Ausgebens eines Irisblendenöffnungssignals und eines Irisblendenschließsignals zum Begrenzen der Änderung der Belichtungszeit.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mit dem weiteren Schritt des Zurücksetzens des Iriszählwerts, wenn der maximale Iriszählwert erreicht wird.