DE3442647C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen CCD-Bildwandler von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Ein Bildwandler dieser Art ist aus DE 32 31 295 A1 bekannt. Andere Bildwandler dieser Art sind aus US-PS 40 10 319 und JP-OS 57-17 276 bekannt. Diese Bildwandler zeichnen sich durch eine Einrichtung zur Vermeidung oder Verringerung des vertikalen Bildschmierens aus. Das Funktionsprinzip dieser bekannten Anordnung wird anhand von Fig. 1, 3a und 3b, näher erläutert um das Verständnis der der Erfindung zugrundeliegenden Problemstellung zu erleichtern.

Gemäß Fig. 1 hat der CCD-Bildaufnehmer 1 vom Rahmen-Über­ tragungs-Typ ein erstes Register 11, ein zweites Register 12 und ein Ausleseregister 13. Im ersten Register 11, wel­ ches eine Bildaufnahmefläche definiert, sind die fotoelek­ trischen Wandler P, in der untersten Zeile maskiert und die anderen fotoelektrischen Wandler P so angeordnet, daß sie ein Lichtbild empfangen. Das zweite Register 12, welches ein Speicherfeld bildet, und das Ausleseregister 13 sind ebenfalls maskiert. Wenn ein Taktimpuls an den CCD 1 ange­ legt wird, werden alternierend eine Bildsammelperiode (z. B. 16,1 msec) und eine Bildübertragungsperiode (z. B. 0,5 msec) wiederholt. Es wird angenommen, daß eine Szene mit einem hellen kreisförmigen Punkt auf das erste Register 11 proji­ ziert wird.

Bevor der erste Aufnahmezyklus (Indigrationszyklus) an­ fängt, erscheint ein "Feld" ohne Bildinformation im ersten Register 11, als ob ein "Feld" durch das erste Register 11 jalousieartig herabgezogen würde. Das erste Register 11 empfängt Licht auch während das "Feld" herabgezogen wird. Entsprechend tragen die fotoelektrischen Wandler P′ in der letzten Zeile H′ ein Signal, das durch das schnelle verti­ kale Abtasten des neuen Feldes über das lichtempfangende Feld erhalten wird. Wenn das auf dem Feld ausgebildete Bild keinen hervorstechenden hellen Teil hat, ist das Signal in der letzten Zeile H′ so klein, daß es vernachlässigt werden kann. Wenn dagegen das Bild im Feld einen hellen Teil hat, wie z. B. einen hellen Punkt, wird der fotoelektrische Wand­ ler in geringem Maße integriert, während das Feld über dem hellen Punkt abgetastet wird. In diesem Fall hat die La­ dungsverteilung entlang der Linie LM von Fig. 3a, welche sich durch die maskierte letzte Zeile H′ erstreckt, einen kleinen Peak, wie durch den Graphen G_LM angedeutet. Da die­ ser kleine Peak in jeder horizontalen Zeile auftaucht und dazuaddiert wird, erscheint in diesem Feld eine vertikale Verschmierung. Deshalb wird das in G_LM gezeigte Signal als Schmiersignal bezeichnet.

Während des ersten Aufnahmezyklus, werden die fotoelektri­ schen Wandler P integriert, wobei jeder auf einem Pegel ge­ laden wird, der der Helligkeit des empfangenen Lichtes ent­ spricht. Dadurch wird das empfangene Bild in ein Ladungs­ muster auf den fotoelektrischen Wandler P umgewandelt. Die Ladungsverteilung entlang einer Zeile L1 von Fig. 3a, wel­ che durch den hellen Punkt verläuft, ist als G_L1 angedeu­ tet.

Dann werden im ersten Übertragungszyklus, welcher der ver­ tikalen Austastperiode eines kommerziellen Fernsehsystems entspricht, die Ladungssignale, die im "Feld" gesammelt wurden, parallel in Spaltenrichtung vom Register 11 zum Re­ gister 12 übertragen, so daß die Ladungen in den fotoelek­ trischen Wandlern P in der obersten Zeile in die in der zweiten Zeile übertragen werden usw. Während des Übertra­ gungszyklus erscheint ein neues Feld im ersten Register 11 in der gleichen Weise, d. h. jalousieartig, wie oben be­ schrieben.

Dann wird während des zweiten Aufnahmezyklus ein Ladungs­ muster in der oben beschriebenen Weise ausgebildet, und gleichzeitig werden die im zweiten Register 12 gespeicher­ ten Signale über das Ausleseregister 13 seriell ausgelesen, wobei das als erstes ausgelesene Zeilensignal, welches das Schmiersignal von den fotoelektrischen Wandlern P′ der letzten Zeile H′ ist, in den Zeilenspeicher 2 übertragen und darin gespeichert wird. Nach dem Auslesen des Schmiersignals wird der Schalter S aus der in Fig. 1 ge­ zeigten Stellung so umgeschaltet, daß der Anschluß Ta mit dem Anschluß Tc und der Anschluß Td mit dem Anschluß Tf verbunden werden. Folglich werden das Auslesesignal über die Anschlüsse Ta und Tc und das Schmiersignal aus dem Zei­ lenspeicher 2 gleichzeitig zum Subtrahierwerk 3 übertragen, in welchem das Schmiersignal vom Auslesesignal abgezogen und das im Graphen G_L1-Lm dargestellte Subtraktionssignal erzeugt wird. Wenn die Subtraktion für jedes horizontale Zeilensignal durchgeführt wird, kann ein Bild ohne Ver­ schmierung erzeugt werden, wie in Fig. 3b gezeigt.

Bei einem solchen bekannten CCD-Bildwandler tritt ein Pro­ blem auf, wenn der Bildwandler mit einem Überlauf-drain-Bus für die Verringerung von Überstrahleffekten (blooming) ver­ sehen ist. Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung einer Überlaufsenke 14, die kammartig zwischen den Zeilen von fotoelektrischen Wandlern P liegt. Wenn ein sehr helles Bild auffällt, erzeugen die fotoelektrischen Wandler erheb­ lich mehr Ladungssignal, als an dieser Stelle gespeichert werden kann. Die Überschußladung neigt dazu, entlang dem ladungsgekoppelten Kanal zu benachbarten Stellen auszu­ streuen, was ein "Überstrahlen" des Bildes zur Folge hat. Bei Verwendung der Überlaufsenke 14 fließt die Überschuß­ ladung, die oberhalb eines vorbestimmten Pegels Vmax liegt, durch die Überlaufsenke 14 ab, wodurch das unerwünschte Überstrahlen vermieden wird.

Bei Verwendung einer solchen Überlaufsenke 14 od. dgl. An­ ordnung zum Reduzieren des Überstrahlens gemeinsam mit der oben beschriebenen Anordnung zum Verringern der Verschmie­ rung, tritt nun das folgende Problem auf.

Wenn ein sehr helles Bild, wie z. B. ein sehr heller Licht­ punkt, wie in Fig. 4a gezeigt, auf das CCD-Feld auffällt, hat die Ladungsverteilung entlang der Zeile 1 einen abge­ schnittenen Peak, wobei die Maximalspannung auf Vmax be­ schränkt ist, wie im Graphen G_L1 gezeigt. Wenn das Schmier­ signal G_LM vom Zeilensignal entlang der Zeile L1 abgezogen wird, wird das Peakplateau eingedrückt wie in G_L1-Lm ge­ zeigt, was einen dunklen Teil im Zentrum des Lichtpunktes erzeugt, wie in Fig. 4b gezeigt.

Im Hinblick auf diese Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bildwandler der eingangs ge­ nannten Art, der eine Einrichtung zum Vermindern des Bild­ schmierens aufweist, mit einfachen Mitteln so auszugestal­ ten, daß die Erscheinung der Abdunklung im Zentrum heller Bildbereiche vermieden wird, auch wenn Mittel zum Reduzie­ ren des Überstrahlens am Rand heller Bildbereiche vorgese­ hen sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß inner­ halb sehr heller Bildbereiche, wenn das Zeilensignal über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Einrichtung zum Verhindern des Bildschmierens unwirksam gemacht wird, so daß auch die oben beschriebene Erscheinung der Abdunklung im Zentrum heller Bildbereiche nicht auftreten kann. An der Peripherie heller Bildbereiche, wenn das Zeilensignal wie­ der unter den Schwellenwert abgesunken ist, bleibt jedoch die Einrichtung zum Verhindern des Schmierens voll wirksam.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren genauer be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1, ein Schaltkreisdiagramm eines herkömmlichen CCD-Bildwandlers;

Fig. 2, ein schematisches Bild eines Feldes von foto­ elektrischen Wandlern in CCD mit einer Überlaufsenke;

Fig. 3a,eine schematische Ansicht, die eine vertikale Verschmierung zeigt, die auf dem reproduzierten Bild eines hellen Punktes erscheint; und Graphen der Ladungsverteilung entlang spezieller Zeilen L1 und LM, und ein erzeugtes Vi­ deosignal,

Fig. 3b, eine schematische Ansicht, die ein reproduzier­ tes Bild zeigt, bei dem die Verschmierung entfernt ist;

Fig. 4a, eine schematische Ansicht, die eine vertikale Verschmierung zeigt, die auf dem reproduzierten Bild eines sehr hellen Punktes erscheint, und Graphen der Ladungsver­ teilung entlang spezieller Zeilen L1 und LM, und ein er­ zeugtes Videosignal;

Fig. 4b, eine schematische Ansicht des erzeugten Bil­ des, bei welchem die Verschmierung entfernt ist, die aber eine unerwünschte dunkle Stelle im hellen Teil hat.

Fig. 5, eine Schaltkreisanordnung des erfindungsgemäßen CCD-Bildwandlers;

Fig. 6, eine Schaltkreisanordnung einer Schalteranord­ nung von Fig. 5;

Fig. 7a, eine schematische Ansicht, die die vertikale Verschmierung zeigt, die im reproduzierten Bild eines sehr hellen Punktes auftaucht, und Graphen der Ladungsverteilung entlang spezieller Zeilen L1, L2 und LM und ein erzeugtes Videosignal; und

Fig. 7b, eine schematische Ansicht, die das reprodu­ zierte Bild mit entfernter Verschmierung zeigt ohne jeden ungewünschten dunklen Teil innerhalb des hellen Teils.

Fig. 5 zeigt einen CCD-Bildwandler gemäß der Erfindung. Verglichen mit dem bekannten CCD-Bildwandler von Fig. 1 enthält der erfindungsgemäße zusätzlich einen Komparator 4, der mit einer Konstantspannungsquelle 5 und einem Schal­ ter S2 verbunden ist. Der CCD-Bildwandler von Fig. 5 hat eine Überlaufsenke 14, wie z. B. die von Fig. 2 od. dgl., welche ein Überstrahlen verhindert.

Der Schalter S2 hat Anschlüsse Tg, Th und Ti von denen Th mit dem Anschluß Tc des Schalters S1, Ti mit dem Subtra­ hierwerk 3 verbunden ist und Tg ein Ausgangsanschluß ist, der entweder mit dem Anschluß Th oder Ti verbunden ist. Der Schalter S2 wird durch das Ausgangssignal vom Kompara­ tor 4 gesteuert.

Der Komparator 4 ist an seinem Eingang verbunden mit dem Anschluß Tc des Schalters S1 um ein Auslesesignal vom CCD 1 zu empfangen, wenn der Schalter S1 seine Anschlüsse Ta und Tc verbindet. Ein weiterer Eingang des Komparators 4 ist mit einer Konstantspannungsquelle 5 verbunden, um eine Schwellenspannung V_TH zu empfangen, die ein wenig unterhalb der Spannung Vmax der Überlaufsenke 14 liegt. Der Ausgang des Komparators 4 ist mit dem Schalter S2 ver­ bunden.

Der Betrieb des CCD-Bildwandlers gemäß der Erfindung wird weiter unten beschrieben unter der Annahme, daß der Bild-CCD 1 zwei helle kreisförmige Punkte aufweist, wie in Fig. 7a gezeigt.

Wenn das Auslesesignal vom CCD 1, welches vom Anschluß Tc erhalten wird, kleiner als der Schwellenpegel V_TH ist, d. h. wenn das diesem Signal entsprechende Bild eine Hel­ ligkeit unterhalb eines bestimmten Pegels hat, wie das durch die gerundeten Spitzen in den Graphen G_L1 und G_L2 von Fig. 7a gezeigt ist, erzeugt der Komparator 4 ein Sig­ nal zum Bewirken, daß der Schalter S2 seinen Anschluß Ti mit dem Anschluß Tg verbindet, wodurch ein subtrahiertes Videosignal am Ausgangsanschluß Tg erzeugt wird. Folglich wird ein Videosignal ohne Verschmierung am Anschluß TG ab­ gezogen.

Auf der anderen Seite, wenn das Auslesesignal vom CCD 1, wie es vom Anschluß Tc erhalten wird, größer als der Schwellenpegel V_TH ist, d. h. wenn das diesem Signal ent­ sprechende Bild eine Helligkeit oberhalb eines bestimmten Pegels hat, wie durch die abgeflachten Spitzen in den Graphen G_L1 und G_L2 in Fig. 7a gezeigt, erzeugt der Kom­ parator 4 ein Signal, welches bewirkt, daß der Schalter 2 seinen Anschluß Th mit dem Anschluß Tg verbindet, wodurch ein Videosignal ohne Subtraktion am Ausgangsanschluß Tg erzeugt wird. Entsprechend kann ein Bild erzeugt werden, welches keine unerwünschten dunklen Flecken im hellen Feld hat.

In Fig. 7a zeigen die Graphen G_L1, G₁₂ und G_LM, Video­ signale, die entlang der Spalten L1, L2 bzw. LM erhalten werden, bevor die ungewünschten Schmiersignale entfernt werden. Wenn das im Graph G_L1 gezeigte Signal verarbei­ tet wird im Schaltkreis von Fig. 5 wird es in das Signal umgewandelt, welches durch den Graph G_L1 gezeigt wird, bei welchem die abgerundeten Spitzen eliminiert sind, aber ohne Änderung in den abgeflachten Spitzen. Eine ähnliche Änderung ist im Signal von Graph G_L2 zu sehen. Durch die Benutzung der Signale gemäß den Graphen G_L1 und G_L2 hat somit das reproduzierte Bild keine Verschmierung und kei­ nen dunklen Punkt innerhalb der hellen Flächen, wie in Fig. 7b gezeigt.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Schal­ ters S2, welcher durch eine logische Schaltung gebildet ist. Der Anschluß Ti ist mit dem analogen Schalter AS1 ver­ bunden. In ähnlicher Weise ist der Anschluß Th mit dem analogen Schalter AS1 verbunden. Die Ausgänge der analogen Schalter AS1 und AS2 sind miteinander verbunden und außer­ dem mit dem Ausgangsanschluß Tg. Eine Leitung vom Kompara­ tor 4 ist mit dem Inverter IN1 verbunden, der mit einem weiteren Inverter IN2 verbunden ist und ebenso mit einem Steueranschluß des analogen Schalters AS2. Der Ausgang des Inverters IN2 ist verbunden mit einem Steueranschluß des analogen Schalters AS1.

Der Komperator 4 in Verbindung mit dem Schalter S2 von Fig. 6 arbeitet so, daß, wenn das Auslesesignal vom CCD vom Anschluß Tc kleiner als der Schwellenpegel V_Th ist, d. h. wenn das dem Signal entsprechende Bild eine Helligkeit unterhalb eines bestimmten Pegels hat, der Komparator 4 ein HOCH-Signal erzeugt. So erzeugt der Inverter IN1 ein TIEF-Signal, um den Analogschalter AS2 zu unterbrechen, und der Inverter IN2 ein HOCH-Signal, um den Analogschal­ ter AS1 anzuschalten. Auf diese Weise wird das subtrahier­ te Videosignal über den Anschluß Ti, den Analogschalter AS1 zum Ausgangsanschluß Tg übertragen.

Auf der anderen Seite, wenn das Auslesesignal vom CCD 1 vom Anschluß Tc größer ist als der Schwellenpegel V_Th, d. h. wenn das dem Signal entsprechende Bild eine Helligkeit ober­ halb eines bestimmten Pegels hat, erzeugt der Komparator 4 ein TIEF-Signal. So erzeugt der Inverter IN1 ein HOCH-Sig­ nal, um den Analogschalter AS2 anzuschalten, und der In­ verter IN2 erzeugt ein TIEF-Signal um den Analogschalter AS1 auszuschalten. So wird ein Videosignal ohne Subtraktion am Ausgangsanschluß Tg erzeugt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die den Schaltkreisen 2, 3, 4 und 5 von Fig. 5 zugeführten Signale in digitaler Form verarbeitet werden. In so einem Falle ist ein Analog-Digital-Konverter 20 zwischen dem CCD 1 und dem Schalter S1 geschaltet, und ein Digital-Ana­ log-Konverter 21 hinter dem Ausgangsanschluß Tg geschaltet, wie in Fig. 5 gezeigt.

Claims (1)

1. CCD-Bildwandler mit einem CCD-Bildaufnehmer (1), der in Zeilen und Spalten angeordnete fotoelektrische Wandler (P) aufweist, die in jeder Zeile ein Zeilensignal liefern, wo­ bei mindestens eine Zeile (H′) durch Abdeckung maskiert ist und ein Bildschmiersignal liefert,
   einem Zeilenspeicher (2) zum Abspeichern und periodi­ schen Reproduzieren des Schmiersignals von der maskierten Zeile (H′),
   und einer Subtrahierstufe (3), die durch Subtrahieren des Schmiersignals von jedem Zeilensignal ein Subtraktions­ signal liefert, das ein bezüglich des Bildschmierens korri­ giertes Ausgangssignal darstellt, gekennzeichnet durch einen Komparator (4) zum Vergleichen des jeweiligen Zeilensignals mit einer von einer Konstantspannungsquelle (5) erzeugten Schwellen­ spannung (V_TH),
   und eine vom Komparator (4) gesteuerte Schaltervor­ richtung (S), die entweder bei Unterschwellenspannung (V_TH) liegendem Zeilensignal das Subtraktionssignal oder bei Überschwellenspannung (V_TH) liegendem Zeilensignal das Zei­ lensignal selbst als Ausgangssignal durchläßt.