DE4326385C2 - Vorrichtung zur Erzielung einer hohen Bildqualität bei einer Kamera - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filmbildaufnahmevor­ richtung zum Filmen eines Objekts mit Hilfe einer ladungs­ gekoppelten Vorrichtung (CCD), und insbesondere eine Vorrich­ tung zur Erzielung einer hohen Bildqualität bei Videokameras mittels einer Segmentierung in n Stücke und Verlängerung um das n-fache eines Bildschirms von Licht, welches von dem Ob­ jekt auftrifft, um hierdurch das segmentierte, auftreffende Licht sequentiell zu bearbeiten, so daß eine hohe Bildquali­ tät erhalten werden kann, ohne die hohe Anzahl an Pixeln (Bildpunkten) der CCD zu verwenden.

Bei einer typischen Filmbildaufnahmevorrichtung, welche eine CCD verwendet, wurde die Anzahl der Pixel, welche die CCD ausmachen, erhöht, um eine hohe Bildauflösung zu erreichen.

Da wie voranstehend erwähnt eine Begrenzung der Erhöhung der Anzahl der Pixel in der CCD innerhalb einer Reihe optischer Geräte aufgetreten ist, die zur Erzielung einer hohen Bild­ qualität einer Videokamera ausgelegt sind, haben sich bei der Realisierung einer hohen Qualität der Videokamera über eine bestimmte Grenze hinaus zahlreiche Schwierigkeiten ergeben.

Die US-A-4,383,170 beschreibt ein Bildeingabegerät. Eine Bildquelle wird durch einen Verschluss in vier Bildteile aufgeteilt. Der Verschluss umfasst ein Fenster für jeden Bildteil. Die vier Fenster werden nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge geöffnet. Der dem offenen Fenster entsprechende Bildteil wird durch eine Fokussierungslinse und eine Verbundaugenlinse auf einen Lichtsensor abgebildet. Auf diese Weise wird die Bildquelle in ein Bild aufgelöst, das viermal die Pixelzahl des Lichtsensors aufweist.

Die US-A-4,584,606 beschreibt eine Bildaufnahmeeinrichtung. Zwei Halbspiegel sind um 45° gegenüber der optischen Achse des einfallenden Lichts voneinander beabstandet hinter der Aufnahmelinse angeordnet. Jeder Halbspiegel reflektiert 99,9% des einfallenden Lichts und lässt 0,1% gleich -30 Dezibel hindurch. Drei CCDs werden verwendet um das einfallende Licht in elektrische Signale zu wandeln, die addiert werden.

Ausgehend von der US-A-4,383,170 bleibt die Aufgabe zu lösen, eine andere Vorrichtung zum Liefern von Bildern anzugeben, die eine höhere Auflösung als ein verwendeter CCD-Sensor haben.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erzielung einer hohen Bildqualität bei einer Videokamera, durch Segmentierung und nachfolgende Verlängerung eines Lichtbildschirms, ohne eine Erhöhung der Pixelanzahl einer ladungsgekoppelten Vorrich­ tung, um hierdurch eine Zeitdifferenz durch eine segmentier­ te Bildfilmaufnahme zu kompensieren, so daß eine gute Bild­ qualität erhalten werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 2A und 2B Darstellungen der Signalform eines Steuer­ signals, welches an einen Flüssigkristallverschluß gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt wird; und

Fig. 3A bis 3F Bilddarstellungen zur Erläuterung der vorlie­ genden Erfindung.

Nachstehend wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen der Aufbau einer Vorrichtung zur Erzie­ lung einer hohen Bildqualität bei Videokameras beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung, bei welcher die Vorrichtung aufweist:
eine optische Bearbeitungseinrichtung, um einen Bildschirm von Licht, welches von einem Objekt aus auftrifft, in n Stücke zu segmentieren und um das n-fache zu verlängern; eine opti­ sche Wandlereinrichtung, um das in n Stücke segmentierte und um das n-fache aufgeweitete auftreffende Licht an der opti­ schen Bearbeitungseinrichtung in ein elektrisches Signal um­ zuwandeln; und eine Signalrestaurierungseinrichtung, um das in das elektrische Signal umgewandelte und von der optischen Wandlereinrichtung abgegebene Signal wieder zu einem Bild zu machen.

Die optische Bearbeitungseinrichtung weist bei dem voranste­ hend erwähnten Aufbau auf: eine Lichtsammellinse 10 zum Sam­ meln von Licht, welches von einem Objekt aus auftrifft; eine Irisblende 20 zur Einstellung der Lichtmenge, welche von der Lichtsammellinse 10 gesammelt wird; einen Lichtsegmentierungs­ spiegel 30, um das auftreffende Licht eines Bildschirms, welches durch die Irisblende 20 gelangt ist, in zwei Pfade auf­ zuteilen; einen ersten Korrekturspiegel 31 für den optischen Pfad, zur Korrektur der Richtung des Lichtpfades zu einer Sei­ te, welcher von dem Lichtsegmentierungsspiegel 30 abgeteilt wurde; Flüssigkristallverschlüsse 40 und 41 zur sequentiellen Übertragung jeweiliger Lichtstrahlen, die auf den jeweiligen Pfad über die Spiegel 30 und 31 gelenkt werden; Ausdehnungs­ linsen 50 und 51, um jeweils das auftreffende Licht um das n-fache auszudehnen, welches von den Flüssigkristallverschlüs­ sen 40 und 41 auf den jeweiligen Pfad übertragen wird; und zweite Korrekturspiegel 32 und 33 für den optischen Pfad, um sequentiell auf die optische Wandlereinrichtung das auftref­ fende Licht zu übertragen, welches auf den jeweiligen Pfad durch die Ausdehnungslinsen 50 und 51 ausgedehnt wurde.

Die optische Wandlereinrichtung umfaßt: eine CCD 60 zur Um­ wandlung des auftreffenden Lichts, welches pro Pfad von der optischen Behandlungseinrichtung übertragen wurde, in elek­ trische Signale; und eine Signaldetektor- und Verstärkungs­ einstelleinheit 61, um pro Pfad die von der CCD 60 gewandel­ ten elektrischen Signale zu erfassen, und diese daraufhin als Signale zu verstärken, welche eine vorbestimmte Größe aufweisen.

Die Signalrestaurierungseinrichtung umfaßt: einen Analog/Digi­ tal-Wandler (A/D) 62 zur Umwandlung, in digitale Signale, der jeweiligen Wegbildsignale, die in vorbestimmter Größe durch die optische Bearbeitungseinrichtung verstärkt werden; Spei­ cher 64 und 65 zur pfadweisen Speicherung der Bildsignale, die durch den A/D-Wandler 62 in digitale Signale umgewandelt wur­ den; und eine Interpolations-Reproduktions-Einheit 70 zur Kom­ pensation einer Zeitdifferenz der pfadweise in den Speichern 64 und 65 gespeicherten Signale, um daraufhin die Bildsignale eines Bildschirms an eine Signalbearbeitungseinheit 71 auszu­ geben.

Nachstehend wird eine Betriebsablaufsequenz der voranstehend erläuterten Vorrichtung beschrieben.

Wird das in Fig. 3A gezeigte Objekt gefilmt, so wird die Lichtmenge des auftreffenden Lichts, welches von der Licht­ sammellinse 10 von Fig. 1 gesammelt wird, durch die Iris­ blende 20 eingestellt.

Das auftreffende Licht, dessen Lichtmenge an der Irisblende 20 eingestellt wurde, wird in zwei Pfade durch den Lichtseg­ mentierungsspiegel 30 aufgeteilt.

Mit anderen Worten läßt, wenn Licht entsprechend einem in Fig. 3A gezeigten Bildschirm über die Irisblende 20 auftrifft, der Lichtsegmentierungsspiegel 30 einen Teil durch, wie in Fig. 3B gezeigt, und reflektiert einen Teil, wie in Fig. 3C dargestellt.

Das von dem Lichtsegmentierungsspiegel 30 reflektierte Licht trifft auf den ersten Korrekturspiegel 31 für den optischen Pfad auf.

Der erste Korrekturspiegel 31 für den optischen Pfad korri­ giert den Lichtpfad von Licht, welches von dem Lichtsegmen­ tierungsspiegel 30 auftrifft, in eine Richtung, in welcher das Licht zuerst empfangen wurde, und sammelt gleichzeitig das auftreffende Licht, welches wie in Fig. 3C gezeigt segmen­ tiert wurde, im Zentrum des Bildschirms.

Das Licht, welches durch den Lichtsegmentierungsspiegel 30 hindurchgegangen ist, wie in Fig. 3B gezeigt, tritt in den Flüssigkristallverschluß 41 ein, und der Lichtweg, der bei dem ersten Korrekturspiegel 31 für den optischen Pfad korri­ giert und im Zentrum gesammelt wurde, wie in Fig. 3D erläu­ tert, tritt in den Flüssigkristallverschluß 40 ein.

Der Flüssigkristallverschluß 40 läßt das auftreffende Licht auf der Grundlage eines Steuersignals durch, wie in Fig. 2A gezeigt, und der zweite Flüssigkristallverschluß 41 läßt das auftreffende Licht auf der Grundlage eines Steuersignals durch, wie in Fig. 2B gezeigt.

Das auf die Flüssigkristallverschlüsse 40 und 41 auftreffende Licht, wobei ein Bildschirm segmentiert und sequentiell durch das Steuersignal ml in eine Form gebracht ist, welches in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, wird sequentiell durch die Steuer­ signale (m2, m3, . . .) durchgelassen.

Das auftreffende Licht, welches sequentiell durch die Flüssig­ kristallverschlüsse 40 und 41 hindurchgelassen wird, wird horizontal durch die Ausdehnungslinsen 50 und 51 entsprechend der Anzahl der Pfade ausgebreitet.

Mit anderen Worten wird, wenn die Anzahl der beteiligten Pfade Zwei beträgt, das in Fig. 3B dargestellte auftreffende Licht, welches durch den Flüssigkristallverschluß 41 hin­ durchgegangen ist, horizontal auf das Zweifache bei der Aus­ dehnungslinse 51 verbreitert, wie in Fig. 3E gezeigt ist, und das in Fig. 3D gezeigte auftreffende Licht, welches durch den Flüssigkristallverschluß 40 hindurchgegangen ist, wird hori­ zontal auf das Zweifache durch die Ausdehnungslinse 50 ver­ breitert, wie in Fig. 3F gezeigt ist.

Die auftreffenden Lichtstrahlen, die durch die Ausdehnungs­ linsen 50 und 51 ausgedehnt wurden, gelangen zu den zweiten Korrekturspiegeln 32 und 33 für den optischen Pfad.

Die zweiten Korrekturspiegel 32 und 33 für den optischen Pfad korrigieren den Lichtpfad zu einer Hauptpfadseite, die vor der Segmentierung des auftreffenden Lichts gebildet wird.

Die auftreffenden Lichtstrahlen, deren Lichtpfade korrigiert wurden, treten in die CCD 60 ein.

Die CCD 60 wandelt das segmentierte und sequentiell auftref­ fende Licht in ein elektrisches Signal um, welches daraufhin ausgegeben wird.

Das durch die Ausdehnungslinse 51 ausgedehnte Licht, welches daraufhin wie in Fig. 3E gezeigt auftrifft, wird daher in das elektrische Signal umgewandelt und durch die Ausdehnungslinse 50 ausgedehnt, und dann wird das durch die Ausdehnungslinse 50 ausgedehnte Licht, welches daraufhin wie in Fig. 3F gezeigt auftrifft, in das elektrische Signal umgewandelt, welches daraufhin ausgegeben wird.

Obwohl das auftreffende Licht um das Zweifache horizontal ausgedehnt ist, wie in den Fig. 3E und 3F gezeigt, ist daher in diesem Moment die Fläche des auftreffenden Lichts, welches durch die CCD gefilmt wird, dieselbe.

Da das von der CCD 60 ausgegebene elektrische Signal ein schwaches Signal ist, wird das Signal durch die Signalerfas­ sungs- und Verstärkungseinstelleinheit 61 detektiert und bis zu einem vorbestimmten Pegel verstärkt, um daraufhin ausge­ geben zu werden.

Der A/D-Wandler 62 wandelt die analogen Signale, die bei der Signalerfassungs- und Verstärkungseinstelleinheit 61 auf ei­ nen vorbestimmten Pegel verstärkt werden, in Digitalsignale um, um diese daraufhin auszugeben.

Die von dem A/D-Wandler 62 ausgegebenen Digitalsignale werden in Speichern 64 und 65 gespeichert, entsprechend dem jeweili­ gen Lichtpfad der optischen Bearbeitungseinrichtung.

Mit anderen Worten wird das Digitalsignal entsprechend dem auftreffenden Licht (Fig. 3E), welches durch den Flüssigkri­ stallverschluß 41 infolge eines Schaltvorgangs eines Schal­ ters 63 hindurchgegangen ist, in dem Speicher 64 gespeichert, und das Digitalsignal entsprechend dem auftreffenden Licht (Fig. 3F), welches durch den Flüssigkristallverschluß 40 hin­ durchgegangen ist, in dem Speicher 65 gespeichert.

Die Interpolations-Reproduktions-Einheit 70 liest aus dem Speicher 65 ein Digitalsignal entsprechend "a" von Fig. 3F aus, liest aus dem Speicher 64 ein Digitalsignal entsprechend "b" von Fig. 3E aus, und liest aus dem Speicher 65 ein Digi­ talsignal entsprechend "c" von Fig. 3F aus, um daraufhin die­ se Signale an die Signalbearbeitungseinheit 71 auszugeben.

Obwohl die Signalbearbeitungseinheit 71 die CCD verwendet, welche dieselbe Pixelanzahl aufweist, bearbeitet sie schließ­ lich Signale, welche eine mehr als doppelt so große Auflösung aufweisen.

Wie aus den voranstehenden Erläuterungen deutlich wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Wirkung erzielt werden, daß ein Bildschirm zur Verfügung gestellt wird, der mehr als die doppelte Auflösung aufweist, obwohl eine CCD mit dersel­ ben Pixelanzahl eingesetzt wird.

Die voranstehende Beschreibung und die zugehörigen Zeichnun­ gen dienen zur Erläuterung und sollen nicht eingrenzend verstanden werden. Es sind weitere Abänderungen und Modifi­ kationen möglich, ohne von dem Wesen und Umfang der vorlie­ genden Erfindung abzuweichen.

Obwohl bei der vorliegenden Erfindung das Licht horizontal ausgebreitet wurde, ist auch eine Erhöhung der Auflösung in der Vertikalrichtung mit Hilfe einer vertikalen Ausbreitung möglich, und es wird darauf hingewiesen, daß Ausbreitungen in die Horizontal- und Vertikalrichtung sämtlich durch Horizon­ tal- und Vertikalrichtungen der Ausbreitungen möglich sind.

Zwar erfolgte die voranstehende Beschreibung auf der Grund­ lage einer Erläuterung von zwei Lichtpfaden, jedoch kann der Lichtpfad entsprechend einer Erhöhung der Auflösung oder Größe der CCD ausgeweitet werden, und der Speicher an diesem Punkt kann entsprechend der Erhöhung der Anzahl der Lichtpfade ver­ größert werden.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung so beschrieben, daß ein Bildschirm in zwei Pfade aufgeteilt wurde, nämlich für das Zentrum und die linke/rechte Seite, jedoch ist offensichtlich, daß die technische Ausführung nicht hierauf beschränkt ist, sondern der Pfad auch in zwei Teile um das Zentrum herum auf­ geteilt werden kann, um auf diese Weise aufgeweitet zu werden.

Zwar wurde bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das auftreffende Licht segmentiert, um daraufhin ausgedehnt zu werden, jedoch läßt sich das Ziel der vorliegenden Erfin­ dung auch dadurch erreichen, daß das auftreffende Licht zuerst ausgebreitet und dann segmentiert wird, um bearbeitet zu wer­ den, so daß darauf hingewiesen wird, daß eine Änderung der Bearbeitungssequenz immer noch dazu führt, daß das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird, und daher vom Wesen und Umfang der Erfindung eingeschlossen sein soll, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzielung einer hohen Bildqualität bei einer Kamera, mit:
einer optischen Bearbeitungseinrichtung, um einen Strahlengang von Licht, welches von einem Objekt aus einfällt, in n Teilstrahlengänge aufzuteilen und jeden Teilstrahlengang auf das n-fache aufzuweiten;
einer optischen Wandlereinrichtung (60), um das Licht aller Teilstrahlengänge in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
einer Signalrestaurierungseinrichtung (62, 63, 64, 65), um das in das elektrische Signal umgewandelte und von der optischen Wandlereinrichtung ausgegebene Signal wieder zu einem Bild zusammenzufügen,
dadurch gekennzeichnet, dass die optische Bearbeitungseinrichtung umfasst:
einen Lichtsegmentierungsspiegel (30) zur Aufteilung des Strahlengangs in n Teilstrahlengänge;
und einen Sammelspiegel (33) um jeden der Teilstrahlengänge auf die optische Wandlereinrichtung (60) zu spiegeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Bearbeitungseinrichtung ferner aufweist:
eine Lichtsammellinse (10) zum Sammeln des vom Objekt auftreffenden Lichts im Strahlengang;
eine Irisblende (20) im Strahlengang zur Einstellung der Menge des Lichts, welches von der Lichtsammellinse (10) gesammelt wird;
einen Korrekturspiegel (31) zum Ablenken eines Teilstrahlengangs aus der vom zum Lichtsegmentierungsspiegel (30) vorgegebenen Richtung;
einen Flüssigkristallverschluss (40, 41) für jeden Teilstrahlengang, wobei die Flüssigkristallverschlüsse sequentiell transparent geschaltet werden, so dass maximal ein Flüssigkristallverschluss transparent geschaltet ist;
Ausdehnungslinsen (50), um je einen Teilstrahlengang, um das n-fache aufzuweiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wandlereinrichtung aufweist:
eine CCD (60) zur Umwandlung des auftreffenden Lichts, welches strahlengangweise von der optischen Bearbeitungseinrichtung übertragen wurde, in elektrische Signale; und
eine Signalerfassungs- und Verstärkungseinstelleinheit (61), um teilstrahlengangweise die durch die CCD umgewandelten elektrischen Signale zu erfassen, und diese daraufhin mit vorbestimmter Größe zu verstärken.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalrestaurierungseinrichtung aufweist:
einen Analog/Digital-Wandler (62) zur Umwandlung der von der optischen Wandlereinrichtung gelieferten elektrischen Signale in Digitalsignale;
Speicher (64, 65) zur teilstrahlengangweisen Speicherung der Digitalsignale; und
eine Interpolations-Reproduktions-Einheit (70) zum Kompensieren einer Zeitdifferenz der Digitalsignale, die teilstrahlengangweise in den Speichern (64, 65) gespeichert wurden, und zur nachfolgenden Ausgabe der Digitalsignale eines wieder zusammengefügten Bildes an eine Signalbearbeitungseinheit (71).