DE3634414A1 - Fernsehkamera mit einem target - Google Patents

Description

Fernsehkameras enthalten unter anderem ein Kameragehäuse, ein Objektiv und eine zur Erzeugung des Videosignals vorgese­ hene Speicherplatte, im folgenden Target genannt. Auf dem Target wird mittels der Optik ein Bildfeld erzeugt, aus dem durch Abtastung mit einem Elektronenstrahl oder sonstige Ab­ tastung entsprechend einem Fernsehraster das Videosignal er­ zeugt wird.

Insbesondere bei kleinen tragbaren Kameras besteht in der Praxis die Gefahr, daß das Bild durch eine starke ungewollte Beschleunigung des Kameragehäuses beeinträch­ tigt, d. h. verwackelt wird. Das bedeutet, daß z. B. das ge­ wünschte Bildfeld aus dem Bereich des Target teilweise her­ ausgerät und Teile des gewünschten Bildes kurzzeitig verlo­ rengehen.

Derartige Verwacklungen lassen sich weitgehend ausschal­ ten oder verringern durch Anordnung des Kameragehäuses auf einem Stativ oder durch Hilfsmittel, mit denen die Kamera am Körper getragen wird. Derartige Mittel sind jedoch in der Praxis nicht immer anwendbar oder auch oft nicht ausrei­ chend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Fernseh­ kamera die Auswirkungen von unerwünschten starken Beschleuni­ gungen des Kameragehäuses auf das mit der Kamera erzeugte Videosignal zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der Erfindung wird also eine starke, ungewollte Beschleu­ nigung des Kameragehäuses meßtechnisch erfaßt und in eine elektrische Stellgröße umgewandelt. Diese Stellgröße wirkt auf die Lage des Abtastrasters auf dem Target so ein, daß die durch die ungewollte Beschleunigung verursachte Bewegung des Bildfeldes in den beiden in der Ebene des Targets ortho­ gonalen Richtungen kompensiert wird. Die Ermittlung der star­ ken Beschleunigung des Kameragehäuses ist auch dadurch mög­ lich, daß die von der Kamera erzeugten Signale jeweils von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern verglichen wer­ den. Wenn die Differenz zwischen diesen Signalen oder eines Teiles derselben einen bestimmten Schwellwert überschreitet, so kann dies als Indiz dafür gewertet werden, daß eine uner­ wünschte Beschleunigung vorliegt. Vorzugsweise wird in den Weg der Stellgröße ein Schwellwert eingeführt, um die unge­ wollten starken Beschleunigungen und Bewegungen des Kamerage­ häuses durch eine Verwacklung von den gewollten, langsameren Beschleunigungen und Bewegungen bei einem Schwenkvorgang bei Verfolgung einer bestimmten Szene zu unterscheiden. Es ist auch möglich, das von der Kamera gelieferte Signal eines Bil­ des zunächst in einen Speicher einzugeben und erst dann zu verwerten, wenn während der Abtastung des Bildfeldes auf dem Target keine Verwacklung registriert wurde. Sobald während der Abtastung des Bildfeldes eine Verwacklung registriert wird, wird das gesamte Bild nicht verwertet, sondern durch ein gespeichertes Bild aus einem vorangehenden Zeitabschnitt ersetzt. Die dadurch bewirkte geringe Beeinflussung der Bewe­ gungsphase ist weniger störend als eine Verwacklung des ge­ samten Bildes.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigt

Fig. 1 die Lage des Bildfeldes auf dem Target,

Fig. 2 im Prinzip eine erfindungsgemäße Schaltung und

Fig. 3 eine Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 2.

In Fig. 1a ist mit dem Objektiv der Kamera auf dem Target 1 ein Bildausschnitt abgebildet. Das gesamte Target 1 ist homo­ gen ausgebildet und zur Erzeugung des Videosignals geeignet. Die Abtastung des Target 1 erfolgt jedoch nur über den Be­ reich des gewünschten Bildfeldes 2 mit dem Startpunkt S am oberen linken Bildrand in Form eines Fernsehrasters zeilen­ weise. Der Bildbereich zwischen dem äußeren Rand des Bildfel­ des 2 und dem Rand des Target 1 wird somit nicht abgetastet und für die Erzeugung des Videosignals nicht ausgenutzt. Das erzeugte Videosignal stellt also nur den Bildausschnitt des Bildfeldes 2 dar. Die beiden in der Ebene des Target 1 ortho­ gonalen Richtungen sind mit x, y bezeichnet. Die Daten von x, y geben also die Lage des Bildfeldes 2 innerhalb des Target 1 an.

In Fig. 1b ist durch eine Verwacklung, und zwar durch eine ruckartige ungewollte Verschiebung des Kameragehäuses und damit des Target 1, das Bildfeld 2 auf dem Target 1 in posi­ tiver x-Richtung verschoben. Diese Verschiebung wird erfaßt und dementsprechend der Startpunkt S der Rasterablenkung um den Betrag +Δ x so verschoben, daß trotz der Verwacklung die Abtastung des Target 1 wiederum im Punkt S, also zu Be­ ginn des gewünschten Bildfeldes 2, beginnt. Die Verwacklung des Kameragehäuses wirkt sich dadurch im erzeugten Videosi­ gnal nicht aus. Das Videosignal stellt also trotz der Verwacklung wieder genau das Bild des verschobenen Bildfel­ des 2 dar.

In Fig. 1c ist durch eine Verwacklung das Bildfeld 2 auf dem Target 1 in negativer x-Richtung und in positiver y-Richtung verschoben. Dementsprechend wird auch der Startpunkt S der rasterförmigen Abtastung des Target 1 verschoben. Es wird also in allen Fällen stets das gewünschte Bildfeld 2 begin­ nend vom Startpunkt S unabhängig von der Richtung und dem Maß der Verwacklung abgetastet.

In Fig. 2 enthält das Kameragehäuse 3 einen Beschleunigungs­ sensor 4 für die Richtung x und einen Beschleunigungssensor 5 für die Richtung y. Diese Sensoren liefern folgende Span­ nungen, die die Beschleunigung des Gehäuses 3 in den beiden Richtungen x und y anzeigen:

Ux ∼ d² x/dt ² und
Uy ∼ d² y/dt ².

Diese Spannungen werden in den Integratoren 6, 7 durch mathe­ matische Integration in Spannungen umgesetzt, die die Ge­ schwindigkeit der Bewegungen des Kameragehäuses 3 darstellen:

Uvx = dx/dt · K₁
Uvy = dy /dt · K ₂
K₁, ₂: Proportionalitätskonstanten

Diese Spannungen werden dem Prozessor 8 zugeführt. Dieser erzeugt daraus ein Adreßsignal Adr., das einen Bewegungsvek­ tor nach Betrag und Richtung darstellt. Dieses Adreßsignal steuert auf dem als CCD-Schaltung ausgebildeten Target 1 den Startpunkt S des Abtastrasters eines Bildfeldes 2 in der in Fig. 1 beschriebenen Weise.

Die Spannungen von den Ausgängen der Integratoren 6, 7 wer­ den außerdem der Schwellwertschaltung 9 zugeführt, die nur oberhalb eines Schwellwertes Spannungen an die ODER-Stufe 10 abgibt. Bei einer gewollten Schwenkbewegung der Kamera 3, also niedrigen Werten der Beschleunigung und der Geschwindig­ keit, erzeugt die Stufe 10 eine Spannung mit dem Wert "0", durch die der Prozessor 8 gesperrt wird. Das Adreßsignal am Ausgang erscheint dann nicht, weil eine ungewollte ruckarti­ ge Bewegung nicht vorliegt und somit die Korrektur nicht er­ forderlich ist. Wenn eine oder beide Spannungen am Eingang der Schwellwertschaltung 9 den Schwellwert überschreiten und somit das Vorliegen einer ungewollten, starken Beschleuni­ gung des Gehäuses 3 registriert wird, geht die Spannung am Ausgang der Stufe 10 auf "1" und aktiviert den Prozessor 8 in der beschriebenen Weise.

Fig. 3 zeigt zwei Abwandlungen der Anordnung nach Fig. 2. Zunächst sind die mechanischen Beschleunigungssensoren 4, 5 ersetzt durch eine elektronische Schaltung. Das Signal eines Bildes wird einmal direkt und einmal über eine Verzögerungs­ stufe 12 für die Dauer eines Bildes dem Komparator 13 zuge­ führt. Der Komparator 13 vergleicht die Signale von zwei oder mehr zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern oder von de­ finierten Teilen oder Auszügen der Bilder. Bei Normalbetrieb einschließlich einer gewollten Schwenkbewegung übersteigt diese Differenz einen Schwellwert nicht. Bei einer ungewoll­ ten ruckartigen Bewegung, also einem Wackeln des Gehäuses 3, wird dieser Schwellwert überschritten. Auf diese Weise wird mit der Schwellwertschaltung 9 wieder die die Verwacklung anzeigende Stellgröße Us erzeugt.

Die zweite Abwandlung ist folgende: Die von der Kamera 3 gelieferten Bilder werden zunächst dem Speicher 15 zuge­ führt, der etwa die Signale von zwei bis drei Bildern spei­ chern kann. Bei der Abtastung eines Bildes wird das erzeugte Videosignal zunächst nicht auf die Ausgangsklemme 11 gege­ ben, sondern in dem Speicher 15 gespeichert. Wenn am Ende der Abtastung eines Bildes keine ungewollte Bewegung der Ka­ mera 3, also keine Verwacklung registriert wurde, erscheint eine Spannung U 1, die das Auslesen des gespeicherten Bildsi­ gnals dieses Bildes bewirkt, so daß dieses Signal an der Klemme 11 erscheint. Wenn während der Abtastung des Bildes, unabhängig vom Zeitpunkt innerhalb des Bildes, eine Verwack­ lung registriert wurde, erscheint eine Spannung U 2. Die Span­ nung U 2 bewirkt, daß das Signal dieses Bildes, das der Verwacklung unterliegt, nicht ausgewertet wird. Stattdessen wird das Signal eines zeitlich vorangehenden Bildes ohne Verwacklung, das vorher in dem Speicher 15 gespeichert ist, ausgelesen und der Klemme 11 zugeführt. Gestörte Bilder, in denen durch die Schaltung 13, 9 eine Verwacklung registriert wurde, werden also jeweils nicht verwertet und durch nicht gestörte Bilder aus einem davor liegenden Zeitraum ersetzt.

Die Stellgröße oder das Adreßsignal am Ausgang des Prozes­ sors 8 beinhaltet z. B. eine neue Startadresse für den Start­ punkt S der Rasterabtastung eines Bildfeldes bei CCD-Arrays. Die Ausgangsspannung des Prozessors kann auch eine analoge Korrekturspannung bei einer Röhrenkamera sein. Der Vergleich der Signale aufeinanderfolgender Bilder in dem Komparator 13 in Fig. 3 kann sich auch auf bestimmte ausgewählte Bildberei­ che erstrecken. Dabei ist auch ein Vergleich über mehrere aufeinanderfolgende Vollbilder möglich, eine sogenannte zwei­ dimensionale Autokorrelation. Durch eine solche Lösung läßt sich ebenfalls ein Bewegungsvektor ermitteln, also eine Stellgröße oder eine Abdreßspannung, die das Maß und die Rich­ tung der ungewollten Bewegung der Kamera 3 angibt und ent­ sprechend den Startpunkt S verschiebt.

Claims (6)

1. Fernsehkamera mit einem Target, auf den mittels einer Optik ein gewünschtes Bildfeld (2) projiziert wird und das zur Erzeugung des Videosignals entlang eines Ra­ sters abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (1) größer ist als das Bildfeld (2) und daß aus einer Bewegung der Kamera (3) mit Beschleunigungssenso­ ren (4, 5) eine Stellgröße (Uvx, Uvy) gewonnen wird, die eine Verschiebung des Startpunktes (S) des Abtast­ rasters auf dem Target (1) ermöglicht.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kameragehäuse (3) zwei Beschleunigungssensoren (4, 5) für zwei orthogonale Richtungen (X, Y) in der Tar­ getebene vorgesehen sind, deren Ausgangsspannungen (Ux, Uy) zwei Integratoren (6, 7) zugeführt sind, aus deren die Geschwindigkeiten darstellenden Ausgangsspannungen (Uvx, Uvy) die Stellgröße (Us) gewonnen wird.

3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen (Uvx, Uvy) der Integratoren (6, 7) einer Schwellwertschaltung (9) zugeführt sind, die un­ terhalb des Schwellwertes die Verschiebung des Start­ punktes (S) verhindert.

4. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten der Stellgröße das Signal des gerade ab­ getasteten Bildes nicht verwertet und durch das Signal eines vorangehenden Bildes ersetzt wird.

5. Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils die von der Kamera (3) gelieferten Signale von Bildern in einen Speicher (15) eingelesen werden und ein Bild nur dann ausgelesen und verwertet wird, wenn während der Abtastung dieses Bildes keine ruckartige Bewegung registriert wurde, und ansonsten durch ein vor­ angehendes, gespeichertes Bild ersetzt wird.

6. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße in einem Komparator (13) oder einem Korre­ lator gewonnen wird, der die Bildsignale aufeinanderfol­ gender Bilder oder Teile davon vergleicht und bei einer Signaldifferenz oberhalb eines Schwellwertes die Stell­ größe (Us) erzeugt.