專利名稱：電視攝像機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電視攝像設(shè)備，它能夠控制和校正用來照亮要被成像的物體的光源強度的增益，并使光強度周期地改變。
圖2是常規(guī)的電視攝像機中使用的視頻(圖像)信號系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)的方塊圖。
如圖2所示，在電視攝像機的視頻信號系統(tǒng)中，從被成像的物體(未示出)發(fā)出的入射光入射到成像鏡頭1上，并通過用來控制視角的可變焦距鏡頭以及用來控制焦距的聚焦鏡頭系統(tǒng)到達成像裝置2的成像平面。成像鏡頭1是這樣設(shè)置的，使得可以提供用來根據(jù)入射光的強度來控制到達成像裝置2的光量的光圈14，并且，如果需要，可以輸出關(guān)于可變焦鏡頭系統(tǒng)(未示出)和聚焦鏡頭系統(tǒng)(也未示出)的位置信息以及光圈裝置14的光量控制情況的信息。在成像裝置(下文稱為“CCD”)2中，到達成像平面的物體的像在CCD驅(qū)動控制裝置13(下文稱為“CCD驅(qū)動器”)的控制下被轉(zhuǎn)換成行序圖像(視頻)信號，CCD驅(qū)動器將在下面討論。
應該理解，上述CCD2是一種一般稱作CCD的固態(tài)成像元件，因為其結(jié)構(gòu)與操作是現(xiàn)有技術(shù)，故省略其詳細說明。為了解釋本發(fā)明，只需要對CCD這一術(shù)語作簡單的說明。
CCD由光電轉(zhuǎn)換元件裝配而成，其中屏幕被分成大量象素，引入其電量取決于每個象素的入射光的電子電荷，并在一瞬間期間引入的電荷積聚起來。CCD還具有水平和垂直轉(zhuǎn)移通路(使用一種稱為“電荷耦合器件”的寄存器)，被用來引出在元件上積聚的電子電荷作為行序圖像信號。在正常操作中，所有積聚在元件上的電子電荷，響應行序視頻信號的每場期間的外加控制信號，被轉(zhuǎn)換到垂直轉(zhuǎn)移通路，并在此之后，電子電荷被立即儲存起來，其數(shù)量取決于從物體發(fā)出的相應于下一場的入射光。在這種具有內(nèi)裝快門功能的CCD中，當選擇使快門被操作時(即從CCD驅(qū)動器13中輸出放電脈沖)，在元件上積累的電子電荷，響應放電脈沖通過一不同于轉(zhuǎn)移通路的預備的通路釋放(抽出)，放電脈沖是在場周期期間的預選時間周期內(nèi)施加的(這一放電操作在一場期間可以進行若干次)。然后，在這一放電操作之后剛被存儲的電子電荷在相應于快門打開的期間(快門打開的一個時間間隔)內(nèi)被轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移通路。
應該注意，已被轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移通路的電子電荷，在每個水平掃描期間被轉(zhuǎn)移到沿水平方向設(shè)置的每個象素陣列的水平轉(zhuǎn)移通路，并輸出作為行序視頻信號。
被CCD2轉(zhuǎn)換的行序視頻信號被送到信號處理裝置3(下文稱作“CDS/AGC”)，從而除去對CCD本身特定的噪聲信號，并且調(diào)節(jié)視頻信號，從而產(chǎn)生預定幅值的視頻信號。從CDS/AGC輸出的信號被送到亮度(Y)/顏色(C)信號分離裝置4(下文稱作“Y/C分離器)，把該輸出分離成亮度信號和顏色信號。在Y/C分離器4中，亮度信號的高頻分量(Yh)、亮度信號的低頻分量(Ye)以及主要彩色信號的紅色分量(R)和蘭色分量(B)借助于頻帶分離被分開，并且同步檢測信號也被公開。然后，亮度信號的高頻分量(Yh)和低頻分量(Ye)被送到亮度信號處理裝置5(下文稱為“Y處理器”)，在其中進行例如線性校正(咖馬校正)，水平/垂直輪廓校正等預選的信號處理操作，從而產(chǎn)生亮度信號。
在另一方面，亮度信號的低頻分量(Ye)和初始顏色信號的紅分量(R)/蘭分量(B)被提供給白平衡控制裝置6(下文稱作“WB控制器”)，在其中，這些信號各自的幅值被調(diào)節(jié)到白色的控制再現(xiàn)，并且白平衡信號被送到顏色信號處理裝置7(下文稱作“C處理器”)。然后，C處理器7產(chǎn)生兩個色差信號(R-Ye)和(B-Ye)，兩個色差信號借助編碼器8(下文稱為“ENC”被轉(zhuǎn)換成具有載波顏色信號(C)的形式的信號。
上述的信號處理操作是電視攝像機的基本配置/操作。接著，進行電視攝像機的附加的配置/操作的的說明。
在電視攝像機具有響應來自要成像的物體的入射光的強度自動地控制打開光圈裝置14的功能的情況下，從Y處理器5輸出的亮度信號(Y)被送到光圈控制裝置15，從而以這種方式自動控制光圈裝置14的打開，使得亮度信號(Y)的值被限定在預定范圍內(nèi)。
在電視攝像機具有按照照亮被攝物體的光源能夠設(shè)定白色再現(xiàn)的功能的情況下，兩種色差信號(R-Ye)和(B-Ye)被反鎖回WB控制裝置6，然后，當白色再現(xiàn)被調(diào)節(jié)時(即色差信號(R-Ye)和(B-Ye)的值基本上等于零，而成像物體顏色為白色的一種操作)，被用作為要被控制的信號。
在電視攝像機具有自動閃爍檢測/校正功能并當照亮物體的光源的亮度周期地改變，其周期為兩倍的用于光源的AC電源的周期時，一種所謂的“閃爍”現(xiàn)象得到校正，這種閃爍現(xiàn)象是由于視頻信號的幅值以等于視頻信號的場周期和亮度改變周期之差(差拍周期)的周期而改變引起的。
在這種自動閃爍檢測/校正型電視攝像機中，從Y處理器與輸出的亮度信號(Y)被送入閃爍檢測裝置11，在其中具有包括在亮度信號Y內(nèi)的特定周期的幅值改變分量被取出，并把改變分量的幅值和預定的參考值進行比較，從而確定是否存在閃爍。然后把比較結(jié)果信號供給固定快門裝置12，它發(fā)出相當于預定快門打開時間的信號給CCD驅(qū)動器13，然后驅(qū)動器13把相當于預選快門打開時間的放電脈沖供給CCD2。應當注意，雖然這一快門預定打開時間可用上述差拍周期確定，當驅(qū)動光源的AC電源的頻率是50Hz(即亮度改變頻率為H2)時，并且視頻信號的場頻為60H2時，這一快門打開時間一般設(shè)為1/100秒(0.01秒)。
此外，在具有其它快門功能的電視攝像機中，當對快速運動的物體攝像時，一種靜止圖象(快動物體的單張圖象)的模糊現(xiàn)象可在場單元中被防止。在這種電視攝像機中，固定快門裝置12提供相應于由操作單元(未示出)選擇的快門打開時間的信號，并且CCD驅(qū)動器13提供相應于所選快門打開信號的放電脈沖給CCD2。
在上述的常規(guī)電視攝像機中，有如下問題。
那就是，為了提高成像鏡頭1的性能，光圈裝置14一般必須設(shè)在這樣的位置上，即使得這一光圈裝置14位于成像鏡頭1的光軸上，而來自成象物體的光基本上平行于這一光軸行進。
這會妨礙成象鏡頭1的小型化，此外，打開裝置的孔的形狀也在成象屏上成象形成所謂的“鬼影”，并且當孔的面積小時(即光闌數(shù)增加)，由于繞射現(xiàn)象會使成象鏡頭的清晰度變差。
如下文詳述的，當裝有具有快門功能的CCD裝置時，電視攝像機的快門功能，從由CCD2進行光電轉(zhuǎn)換的入射光的基本量是可控的觀點看來，可用來代替光圈裝置14的功能，因此存在這種電視攝像機，其中CCD2的快門功能在特定的成像條件下被用來代替配備光圈裝置14。不過，可控的快門打開時間(操作時間的最小單位)并不短到足夠復蓋一亮的物體。并且，沒有這樣的CCD裝置，它具有能夠足以復蓋來自成象物體的入射光量的全部可變范圍(動態(tài)范圍)。因此，在提供大量入射光的情況下，在這種成象條件下會發(fā)生閃爍現(xiàn)象，因為為了減少入射光量，選擇高速快門動作，這使亮度信號(Y)和顏色信號(C)的閃爍量增加(理由待述)。在這種情況下，用CCD2快門功能來代替光圈裝置14的電視攝像機就不能實現(xiàn)。
而且，在一種常規(guī)的電視攝像機中，當檢測照亮成象物體的光源的驅(qū)動電源引起的閃爍現(xiàn)象時，CCD2的快門操作速度被改變成一般的快門操作速度，從而消除這一閃爍現(xiàn)象。在這種電視攝像機中，則有另一問題。即在CCD2的元件上積累的電子電荷量被減少了，因而在所選快門操作速度下和正常的快門操作速度相比降低了對成象物體的亮度靈敏度。
圖1示意地示出了常規(guī)WB控制6的基本結(jié)構(gòu)。在這一常規(guī)的WB控制6中，當照亮物體的光源改變時，在成象物體由電視攝像機取為白色的條件下進行白平衡再調(diào)整。在圖1的結(jié)構(gòu)中，從C處理器7輸出的色差信號(R-Ye)和(B-Ye)分別反饋給平均裝置61和62，在其中這些色差信號分別在時域內(nèi)積分以獲得平均信號。該平均信號被供給比較裝置63和64，在其中這些平均色差信號(R-Ye)和(B-Ye)和自動白色參考電壓(EW)進行比較。自動白色參考電壓(EW)有一用于無彩色的相當于色差信號(R-Ye)和(B-Ye)的值。通過開關(guān)裝置65和66，把在比較裝置63，64中進行的比較(各個差分量)的結(jié)果信號送至增益控制裝置67，68，其增益被如此控制和保持，使得產(chǎn)生平均色差信號(R-Ye)和(B-Ye)的值分別和自動白色參考電壓(EW)匹配。
應該注意，這一控制借助于把開關(guān)65和66接通開始，并且當平均色差信號(R-Ye)和(B-Ye)和自動白色參考電壓(EW)匹配時，開關(guān)65、66被打開。一般在這一操作被手動地啟動后，這些開關(guān)65和66的實際的調(diào)整操作和釋放是自動地完成和終止的。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了下述的裝置在一個根據(jù)成象裝置的快門操作如此設(shè)置的電視攝像機中，所述成象裝置用來把借助于光學鏡頭聚焦在成像平面上的光圖像進行光電轉(zhuǎn)換，使得光電轉(zhuǎn)換過的光圖像信號作為行序視頻信號輸出，從成像裝置輸出的視頻信號的幅值被控制，借以使視頻信號的幅值維持在一預定范圍內(nèi)，該范圍與來自成象物體的入射光的量的改變有關(guān)，所述電視攝像機至少包括正常放電脈沖發(fā)生裝置，用來在水平空白周期內(nèi)和視頻信號的水平同步信號同步產(chǎn)生具有預定定時的脈沖序列;
N倍放電脈沖發(fā)生裝置，用來在至少視頻信號的垂直空白周期內(nèi)產(chǎn)生脈沖序列，所述脈沖序列等于由一整數(shù)乘以視頻信號的水平同步信號所獲得的值;以及快門時間決定裝置，用來響應視頻信號的亮度信號確定快門時間，其中當由快門時間確定裝置確定的放電脈沖的定時出現(xiàn)在視頻信號的圖像周期之內(nèi)時，并且在放電脈沖被用來釋放不需要的已被存儲在與成象裝置的各個象素相應提供的光電轉(zhuǎn)換裝置中的電子電荷時，放電脈沖在來自正常放電脈沖產(chǎn)生裝置的輸出脈沖的每一個定時或幾個定時被供給成像裝置，而當由快門時間確定裝置確定的放電脈沖的定時處在視頻信號的垂直空白周期之內(nèi)時，放電脈沖在來自N倍放電脈沖產(chǎn)生裝置的輸出脈沖的每個定時或幾個定時供給成象裝置。
此外，在根據(jù)成象裝置的快門操作如此設(shè)置的電視攝像機中，成象裝置用來對由光學鏡頭聚焦在成象平等上的光學圖像進行光電轉(zhuǎn)換，使得被光電轉(zhuǎn)換過的光學圖像作為行序視頻信號輸出，并且從成象裝置輸出的視頻信號的幅值被控制，使得視頻信號的幅值維持在與來自成象物體的入射光的量有關(guān)的一個預定范圍內(nèi)，電視攝像機至少包括預選場數(shù)的積分裝置，和視頻信號的場掃描頻率以及來自成象物體的入射光的量的變化周期相應地被提供;
輸入開關(guān)裝置，用來轉(zhuǎn)換每一場的視頻信號，并用來順序地分配轉(zhuǎn)換過的視頻信號進入預定場數(shù)的積分裝置;
輸出開關(guān)裝置，用來順序地轉(zhuǎn)換要被輸出的預定場數(shù)的積分裝置的輸出;
快門時間確定裝置，用來響應來自輸出轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號的值確定快門時間，其中每個場積分裝置由一預定的時間常數(shù)對亮度信號在與輸入開關(guān)裝置相連接的預定的場數(shù)期間進行積分，借此在預選的場數(shù)發(fā)生期間輸出亮度信號的平均值;以及輸出轉(zhuǎn)換裝置，用來順序地對每一場轉(zhuǎn)換預定場數(shù)積分裝置的輸出，借此輸出一個連續(xù)信號，從而由快門時間確定裝置確定的放電脈沖定時被控制，它釋放存儲在與成象裝置的各個象素相應的光電轉(zhuǎn)換元件中的不需要的電子電荷。
而且，在根據(jù)成象裝置的快門操作這樣設(shè)置的電視攝像機中，其中的成象裝置用來對由光學鏡頭聚焦在成象平面上的光學圖像進行光電轉(zhuǎn)換，使得被光電轉(zhuǎn)換過的光學圖像作為行序視頻信號輸出，并且從成象裝置輸出的視頻信號的幅值被控制，借此使視頻信號的顏色的再現(xiàn)被維持在與來自成象物體的入射光的量的改變有關(guān)的預定范圍內(nèi)，該電視攝像機至少包括按照視頻信號的場掃描頻率和來自成象物體的入射光的量的改變周期提供的兩組預定場數(shù)積分裝置;
兩組輸入轉(zhuǎn)換裝置，用來轉(zhuǎn)換輸入的兩個色差信號(R-Ye)和(B-Ye)，并把這兩個色差信號分配給預定場數(shù)積分裝置;以及輸出轉(zhuǎn)換裝置，用來順序地轉(zhuǎn)換要被輸出的來自預定行數(shù)積分裝置的輸出，其中每個場積分裝置以一預定時間常數(shù)，對色差信號(E-Ye)和(B-Ye)與輸入轉(zhuǎn)換裝置的操作相配合在一所選的場數(shù)內(nèi)進行積分，借以輸出在預選場數(shù)發(fā)生期間的色差信號的平均值;
兩個輸出轉(zhuǎn)換裝置，順序地轉(zhuǎn)換每場的來自預選場數(shù)積分裝置的輸出，借以輸出一個連續(xù)信號;以及把來自兩個輸出轉(zhuǎn)換裝置的每場的兩個色差信號(R-Ye)和(B-Ye)的平均值和一預選的參考值進行比較，并且響應比較的結(jié)果控制用于初始顏色信號的增益控制裝置的增益。
圖1示意地表示常規(guī)的白色平衡控制裝置的基本結(jié)構(gòu)(方塊圖);
圖2示意地表示常規(guī)的電視攝像機的視頻信號系統(tǒng)的主要電路結(jié)構(gòu);
圖3示意地表示本發(fā)明的電視攝像機中使用的視頻信號系統(tǒng)的主要電路結(jié)構(gòu);
圖4示意地表示本發(fā)明電視攝像機中使用的寬快門裝置的主要電路結(jié)構(gòu);
圖5(a)到(d)示意地表示本發(fā)明的電視攝像機的快門操作時間和放電脈沖之間的關(guān)系;
圖6(a)到(g)是說明閃爍提取裝置的操作以及閃爍現(xiàn)象的被形定時圖;
圖7是用于本發(fā)明的電視攝像機中的閃爍提取裝置的主要電路結(jié)構(gòu);以及圖8是本發(fā)明的電視攝像機中使用的顏色閃爍提取裝置的主要電路結(jié)構(gòu);
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的電視攝像機的實施例。應該注意，在常規(guī)電視攝像機中的相同的標號表示實施例的電視攝像機的相同的裝置和結(jié)構(gòu)，并省略它們的詳細說明。
還應該注意，按照本發(fā)明的電視攝像機，視頻信號的場頻選為60H2，驅(qū)動照亮被成象物體的光源的交流電源的頻率為50H2。這些條件可以被理解，例如，NTSC制式電視攝像機用在50H2的交流電源中作為一個示例的情況。即使這些結(jié)構(gòu)方案改變時，如果這一電視攝像機結(jié)構(gòu)(方塊圖)的一部分也改變，則本發(fā)明構(gòu)思可以顯然適用于任何形式的電視攝像機，而保持同一發(fā)明構(gòu)思。
圖3示意地表示用于本發(fā)明實施例中的視頻(圖像)信號系統(tǒng)的主要電路結(jié)構(gòu)。
在圖3所示的本發(fā)明的實施例的電視攝像機中，來自被成象物體(未示出)的入射光入射到成象鏡頭10上，然后經(jīng)過用來調(diào)節(jié)視角的可變焦距鏡頭系統(tǒng)和用來調(diào)節(jié)焦距的聚焦系統(tǒng)(兩者都未示出但都包括在成象鏡頭10中)進入CCD2的成象平面。通過CCD2把這一進入光轉(zhuǎn)換成行序視頻信號。被CCD2轉(zhuǎn)換的行序視頻信號由CDS/AGC3，Y/C分離器4，和Y處理器5以和常規(guī)視頻信號處理方式相類似的方式進行處理，從而產(chǎn)生并輸出亮度信號(Y)，并且由WB控制器16和C處理器7產(chǎn)生兩組色差信號(R-Ye)和(B-Ye)。而且，這些色差信號由ENC8轉(zhuǎn)換成顏色載波信號“C”，借以輸出顏色載波信號“C”。
然后，把亮度信號(Y)供給Y閃爍提取裝置21，從而產(chǎn)生亮度電平信號(YS)(待后討論)，并把亮度電平信號(YS)送入寬快門裝置22。這兩組色差信號(R-Ye)和(B-Ye)被送給顏色閃爍提取裝置23，借以產(chǎn)生兩個平均色差信號電平，即RS和BS。這些平均色差信號被送到WB控制器16(待后討論)。
首先參見圖4所示的主要結(jié)構(gòu)討論寬快門裝置22。
寬快門裝置22由快門時間決定裝置221、正常放電脈沖發(fā)生裝置222、N倍放電脈沖產(chǎn)生裝置223、和放電脈沖輸出裝置224構(gòu)成。在寬快門裝置22內(nèi)，送入有亮度電平信號(YS)、時鐘脈沖(HD)，它是由參考脈沖發(fā)生器(未示出)和視頻信號的水平同步信號相同步而產(chǎn)生的，以及視頻信號的垂直同步信號(VD)。這些電路裝置被這樣連接，使得建立如圖4所示的信號流。正常放電脈沖產(chǎn)生裝置222產(chǎn)生并輸出正常放電脈沖(RP)，它是具有在水平空白周期內(nèi)的預定定時的脈沖串，并且和基于時鐘脈沖(HD)的視頻信號的水平同步信號一致。N倍放電脈沖產(chǎn)生裝置223產(chǎn)生并輸出N倍放電脈沖(ND)，在脈沖串中的脈沖數(shù)等于由一整數(shù)，例如25乘以視頻信號的水平同步信號所得的值?？扉T時間確定裝置221把進入的亮度信號(YS)和預定的亮度參考電平(ES)進行比較，從而確定當亮度電平信號(YS)大于亮度參考電平時，快門時間設(shè)定為短(高速)，以便響應其間的差用于相繼的快門動作，而當亮度電平信號(YS)小于亮度參考電平(ES)時，快門時間被設(shè)定為長(低速)，以便響應其間的差用于在由前一快門時間處理的狀態(tài)之后立即相繼的快門動作。并且作為快門時間信息(ST)輸出被確定的快門時間。例如，假定現(xiàn)在的亮度參考電平(ES)設(shè)定為具有2000勒的亮度的成象物體的電平，當在先的快門時間為0.005秒(1/200秒)時，響應正在輸出的快門時間信息(ST)，相繼的快門時間以如此方式改變，使得成象物體的差度增大，(變亮)。當亮度電平信號(YS)從先前的相應于2000勒的物體亮度的電平改變?yōu)橄喈斢?500勒的新電平時，因為成象物體的亮度增加了25%，一種減少快門時間25%的信息。即把快門時間設(shè)定為0.004秒(1/250秒)的快門時間信息(ST)被輸出。
這樣，被確定的快門時間信息(ST)被送到放電脈沖輸出裝置224，它還被提供有正常放電脈沖(RP)、N倍放電脈沖(NP)、以及垂直同步信號(VD)。在這種情況下，按如下所述從放電脈沖輸出裝置224輸出一放電脈沖PP)圖5(a)到(d)示意地表示快門時間和放電脈沖(PP)之間的關(guān)系。在圖5(a)中在根據(jù)垂直同步信號(VD)產(chǎn)生的視頻信號的圖像周期和垂直空白周期的波形圖上表示出了水平同步信號的位置。在圖5(a)中，當使用NTSC型視頻信號時，1場等于1/60秒(大約0.0167秒)在此期間水平同步周期的數(shù)是262.5(將作時間間隔表示為262.5H)，并且垂直空白周期大約為1.27ms，在此期間水平同步周期數(shù)等于20(20H的時間間隔)。
一般地說，為了避免由于釋放不需要的電子電荷而引起的使周期信號變差的副作用，放電脈沖(PP)必須在水平同步信號的空白周期(水平空白周期)內(nèi)輸出。
為了便于說明，假定從CCD2的各個象素中有效電子電荷的讀出在垂直空白周期的末端結(jié)束，并把快門時間表示成相應的水平同步周期數(shù)，即位于垂直空白周期的端點和在這一場中放電脈沖(PP)被提供(輸出)的時刻之間的同步脈沖周期數(shù)。因為1H相當于大約63.5ms，假定放電脈沖(PP)在圖5(a)中的等于離垂直空白周期的端點為52H的點“A”被提供，快門時間則成為大約3.3ms(大約1/300秒)。按同一原理，當放電脈沖(PP)在圖5(a)中相當于9H的點B處提供時，快門時間則近似為0.57ms(1/1750秒)。
應當注意，直到放電脈沖輸入的時刻在象素上積累的電荷被排走，因此這些電荷不被用來產(chǎn)生視頻信號，另一方面，如果在垂直空白周期的端點之前不施加放電脈沖(PP)，快門時間則成為1/60秒，在1場期間積累的全部電子電荷作為有效輸出用來產(chǎn)生視頻信號。
而且，現(xiàn)在進行快門時間最小可變單位的說明，以便借助于快門操作處理成象物體的大范圍的亮度改變。
首先，作為初始條件，放電脈沖(PP)僅在水平同步脈沖的空白周期內(nèi)加到CCD上，像在常規(guī)電視攝像機中進行的那樣。倒如，在一個快門時間為1/60秒(相當于在一場周期內(nèi)沒有快門操作)的電視攝像機中，在100勒的成象物體的亮度被調(diào)節(jié)到最亮的信號的條件下，當物體的亮度成為500勒時，快門時間必須為1/300秒。快門操作可以這樣進行調(diào)整，使得放電脈沖(PP)在上述的點“A”輸出，即52H點。如果放電脈沖在接近52H的點輸出，快門時間的1H的最小可變單位則成為相當于小于1/300秒的2%。因而，在快門變化操作中沒有問題。相反，當在同一電視攝像機中物體的亮度成為3000勒時，快門時間則要求等于1/1800秒，即上述的點“B”，即9H點或8H點?？扉T時間的最小可變單位成為1/1800秒的11%或更多，當相應于1H的快門時間在點“B”周圍改變時。此外，當物體的亮度為20000勒時，快門時間必須是1/12000秒，這相當于超過1H一點兒。這意味著，當快門時間以1H的增量作為最小可變單位改變時，將成為1/12000秒的50%之多。如果是這種情況，在亮度信號電平中引起的變化，當快門時間在成象操作期間被改變時，將太大，因而是不現(xiàn)實的。
回到本發(fā)明的說明上來，圖5(b)代表正常放電脈沖的脈沖串(RP)。這一正常放電脈沖(RP)是一種在每一水平空白周期出現(xiàn)的脈沖。圖5(c)表示N倍放電脈沖(NP)的脈沖串。N倍放電脈沖(NP)是以N倍的正常放電脈沖(RP)的頻率發(fā)生的脈沖串。放電脈沖輸出裝置224，根據(jù)進入的快門時間信息(ST)，從先前垂直空白周期的結(jié)束點獲得放電脈沖(PP)應當被輸出的時刻，并選擇這樣一個脈沖作為放電脈沖(PP)，它具有最接近于從正常放電脈沖發(fā)生裝置222產(chǎn)生的正常放電脈沖(RP)的脈沖串的輸出定時的輸出定時，借此，輸出這一脈沖作為放電脈沖(PP)。放電脈沖輸出裝置224選擇具有輸出定時接近于從N倍放電脈沖發(fā)生裝置223中產(chǎn)生的N倍放電脈沖(NP)的脈沖串的輸出定時的脈沖，并輸出這一脈沖作為放電脈沖(PP)，如果輸出該放電脈沖(PP)的定時位于視頻信號的垂直空白周期之內(nèi)的話。結(jié)果，用來表示能被放電脈沖(PP)使用的定時的脈沖串表示在圖5(d)中。當N倍放電脈沖(NP)的數(shù)量多至25倍的正常放電脈沖(RP)時，即使上例的快門時間選取11等于1/12000秒，快門時間可以設(shè)定在(不同于選取的)1/25H的增量上，因而最小可變快門時間單位可以小到4%。
下面說明在Y閃爍提取裝置21中產(chǎn)生亮度電平信號(YS)的裝置和方法，也將對快門操作期間的閃爍現(xiàn)象進行說明。
圖6(a)到(g)是說明Y閃爍提取裝置21的操作以及在快門操作期發(fā)生的閃爍現(xiàn)象的例圖。其中，橫座標為時間軸，它按視頻信號的場周期劃分，而縱座標代表各個信號的電平。如上所述，在這一電視攝像機中，視頻信號場頻選為60H2，照亮成象物體的光源的交流電源的頻率為50H2。
如現(xiàn)有技術(shù)所述，在光源的亮度以兩倍于交流電源的周期的周期改變時將以最高的強度發(fā)生閃爍現(xiàn)象。這是由照亮成象物體的光源的交流電源引起的。圖6(a)代表用來照亮成象物體的這一光源的亮度的變化。
在圖6(a)中，劃陰影線部分的寬度代表快門時間T。CCD2把在象素上積累的電子電荷轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其等積成正比的行序視頻信號并輸出轉(zhuǎn)換過的信號。圖6(b)中表示被CCD2轉(zhuǎn)換成視頻信號的入射光的量。
在圖6(c)中，從CCD2行序地輸出的亮度信號(Y)用實線表示，每場的亮度信號段的平均值用水平虛線表示，其在不同場之間的電平改變是由圖像的改變引起的。在這種情況下，每三場的平均亮度電值的周期改變是特殊的，這可能是閃爍的原因。在圖6(a)到6(g)中，在快門操作和光源亮度變化之間的相對相位作為例子表示。顯然，對每場亮度值變化量受這一相位關(guān)系和快門時間的影響。
其次，說明Y閃爍提取裝置21。
如圖6(C)中水平虛線所示，作為提取平均亮度值改變的一般方法，在信號處理期間在時域內(nèi)進行積分。然而，當圖6(C)中的實線所示的亮度信號(Y)沿時間軸積分時，在多個場之中的平均的亮度值的基本的改變也被平均了，并由于這一積分產(chǎn)生了時間滯后，因而不可能提取在一場內(nèi)的實際時間內(nèi)的基本的變化。
本發(fā)明的Y閃爍提取裝置21正是考慮這一困難而設(shè)計的，其電路結(jié)構(gòu)見圖7。
在圖7中，Y閃爍提取裝置21的主要結(jié)構(gòu)包括輸入轉(zhuǎn)換裝置211，三組亮度信號場積分裝置(下文稱作“YF積分器”)212至214，以及輸出轉(zhuǎn)換裝置215，亮度信號(Y)和用來自一個裝置(未詳細示出)的垂直同步信號同步的場轉(zhuǎn)換信號(FC)輸入給Y閃爍提取裝置21，并且這些電路裝置被如此連接，使得建立起圖中所示的信號流。
同時，參見圖6說明本Y閃爍提取裝置21。輸入的亮度信號(Y)被輸入轉(zhuǎn)換裝置211響應場轉(zhuǎn)換信號(FC)而轉(zhuǎn)換。圖6(a)到(g)所示的第一個一場(11F)的亮度信號(Y)被轉(zhuǎn)換到Y(jié)F積分器212，下一個一場(12F)的亮度信號被轉(zhuǎn)換到Y(jié)F積分器213，相鄰一場(13F)的亮度信號被轉(zhuǎn)換到Y(jié)F積分器214，并因而下一個一場(21F)的亮度信號(Y)被轉(zhuǎn)換給YF積分器212。這些亮度信號被連續(xù)地且順序地供給相應的YF積分器212到214。YF積分器212到214對選擇輸入的亮度信號(Y)用一預定的足夠大于場周期的時間常數(shù)積分，從而輸出圖6(d)到圖6(f)的信號。圖6(d)表示從YF積分器212輸出的信號，圖6(e)表示從YF積分器213輸出的信號，圖6(f)表示從YF積分器214輸出的信號。然后，從YF積分器212到214輸出的信號被輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)215以和輸入轉(zhuǎn)換裝置211相同的順序進行轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生如圖6(g)所示的連續(xù)信號，并作為亮度值信號(YS)輸出，它相當于圖6(C)中的水平虛線。
這樣，所產(chǎn)生的亮度值信號(YS)被送到寬快門裝置22，在其中這亮度值信號和前述的亮度參考值(ES)進行比較，并且根據(jù)每場的每個平均值對快門時間進行實時控制。因而可以校正閃爍。
現(xiàn)在對關(guān)于需要若干個亮度信號場積分裝置的原因進行補充說明。在上述實施例中，使用了三級亮度信號場積分裝置，這是因為光源的交流電源的頻率被假定為50H2，亮度改變以100H2發(fā)生，而電視攝像機的視頻信號的場頻率是60H2，因而每三場發(fā)生一次閃爍。因為這一閃爍周期等于亮度變化周期和場周期之間的最小的公分母，為計算的閃爍周期被場周期去除時，便于計算出所需的亮度信號場積分裝置的級數(shù)。作為另一個例子，假定光源的電源頻率為60H2，亮度改變發(fā)生頻率為120H2，從電視攝像機輸出的視頻信號的場頻為50H2，因為每5場發(fā)生一次閃爍，所以需要5級亮度信號場積分裝置。應該注意，輸入/輸出轉(zhuǎn)換裝置的接點數(shù)量必須適用于相應的5級亮度信號場積分裝置。
現(xiàn)在說明顏色閃爍現(xiàn)象的校正。
和亮度信號的閃爍現(xiàn)象相似，如前所述，另一種閃爍現(xiàn)象由于顏色濃縮產(chǎn)生，它是由光源的交流電源引起的。顏色濃縮的閃爍現(xiàn)象是由于被交流電源驅(qū)動的光源的色溫變化引起的，這不同于上述的光源的亮度變化，它引起與亮度信號(Y)有關(guān)的閃爍現(xiàn)象。這一顏色閃爍出現(xiàn)在顏色信號波形中，當快門速度高時，它被增加因而比亮度閃爍現(xiàn)象更為有害。借助于把圖6(a)的縱座標讀成色溫并把圖6(b)到圖6(g)的縱座標讀成彩色信號值，便可類似于亮度閃爍來說明彩色閃爍的發(fā)生。因此對彩色閃爍的詳細解釋被省略了。作為特殊點，兩個彩色差信號(R-Ye)和(B-Ye)在一場內(nèi)的平均值周期性地改變，成為彩色閃爍，如圖6(c)所示。
此外，關(guān)于彩色閃爍，當顏色差信號(R-Ye)或色差信號(B-Ye)在時域內(nèi)積分時，在這些場中平均的彩色信號值的基本變化是難以提取的，這是由于和亮度閃爍現(xiàn)象相同的理由。
本發(fā)明的顏色閃爍提取裝置23是考慮了上述問題而設(shè)計的，其電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。
圖8是顏色閃爍提取裝置23的主要結(jié)構(gòu)，它包括兩套這樣的裝置每套包括輸入轉(zhuǎn)換裝置231，三組彩色信號場積分裝置(下文稱作“CF積分器”)232至234，和一個輸出轉(zhuǎn)換裝置235。兩個色差信號(R-Ye)和(B-Ye)以及和從一個裝置(未示出)產(chǎn)生的垂直同步信號同步的場轉(zhuǎn)換信號(FC)被輸入到這一顏色閃爍提取裝置23，并且上述的電路元件如此連接，使得可以產(chǎn)生圖8所示的信號流。這種顏色閃爍提取裝置23的操作在實際上和亮度閃爍提取裝置的相同，只是對要被處理的信號應把圖6(a)至6(g)的座標換一下，如上所述。因此，顏色閃爍提取裝置23的詳細說明無需給出。
相對于兩個色差信號(R-Ys)和(B-Ye)，在每場內(nèi)的平均色差信號值(RS)和(BS)可以獨立地被取出，如圖6(g)所示。這樣，產(chǎn)生的平均色差信號值(RS)和(BS)便被送入WB控制16，在其中把這些信號值用作校正顏色閃爍現(xiàn)象的操作的信號，下面還要說明。
雖然對在常規(guī)的WB控制6中進行的顏色再現(xiàn)的常規(guī)調(diào)整已進行了簡單的說明，但現(xiàn)在還需進行本發(fā)明的WB控制的詳細說明。
圖9是本發(fā)明的WB控制16的基本結(jié)構(gòu)。參見圖1可見與常規(guī)的WB控制6的區(qū)別在于包括如圖3所示的實施例中所用的顏色閃爍提取裝置23，比較裝置69.70并用轉(zhuǎn)換裝置71.72代替轉(zhuǎn)換裝置65.66。
本發(fā)明的WB控制16的功能之一如下。當照亮物體的光源改變時，借助于把轉(zhuǎn)換裝置71和72轉(zhuǎn)換到“a”接點使由取一白色物體進行的白平衡初始化，其余的操作類似于常規(guī)WB控制6。在完成調(diào)整操作之后，這些轉(zhuǎn)換裝置71.72被轉(zhuǎn)換回“b”點。
另一方面，在正常成象操作期間，來自顏色閃爍提取裝置23的兩個平均的色差信號值(RS)和(BS)被分別反饋回比較裝置69.70。在其中這些平均色差信號值(RS)、(BS)和自動白參考電壓(EW)進行比較，從而分別產(chǎn)生差信號，通過轉(zhuǎn)換裝置71.72把該差信號送入增益控制裝置67.68。在其中從Y/C分離器4輸入的原始彩色信號中的紅分量值(R)和蘭分量值(B)被如此控制，使得兩個色差信號值(RS)、(BS)總與自動白參考電壓匹配。利用這種控制操作，原始彩色信號中的紅分量(R)和蘭分量(B)的值響應每場的平均色溫被調(diào)整，結(jié)果使顏色閃爍得到校正。
應當理解，上述本發(fā)明的WB控制16的基本結(jié)構(gòu)，如圖9所示，可以作為一個例子，因此，它可以修改如下例如，被輸入到平均裝置61和62的信號可以從顏色閃爍提取裝置23中輸出，并且轉(zhuǎn)換裝置71.72可以位于比較裝置69.70的輸出側(cè)，這樣比較裝置63.64就被省略了。
利用上述的本發(fā)明的電視攝像機的結(jié)構(gòu)，因為光學的可變光圈裝置由能夠處理從成象物體發(fā)出的入射光量的寬的改變范圍(動態(tài)范范圍)的快門代替，成象鏡頭可以作得緊湊，此外還可以防止清晰度變差，否則便可能產(chǎn)生所謂的“鬼影”，這是由于光學可變光圈裝置的孔的較外邊的形狀引起的，也可以是由于當孔的面積減小時而發(fā)生的繞射現(xiàn)象所引起的。此外，因為在每場中由光源的電源引起的亮度閃爍和顏色閃爍被實時地提取，提取出的閃爍分量被反饋回用于校正這些亮度/顏色閃爍現(xiàn)象。因此，可以提供穩(wěn)定操作的電視攝像機，即使在用于照亮成象物體的光源的亮度和色溫周期性地改變時也是如此。
權(quán)利要求
1.一種具有成象裝置的電視攝像機，所述成象裝置用來使由一可變強度光源照射的物體成象，并輸出一行序視頻信號，其幅值由成象裝置的快門操作在一預定范圍內(nèi)控制，從而抵抗被所述可變強度的光源引起的來自物體的入射光的改變，所述電視攝像機包括正常放電脈沖發(fā)生裝置，用來和行序視頻信號的水平同步信號同步并在行序視頻信號的水平空白周期內(nèi)的預定時刻產(chǎn)生第一脈沖串；N倍放電脈沖發(fā)生裝置，用來在行序視頻信號的至少垂直空白周期內(nèi)產(chǎn)生第二脈沖串，所述第二脈沖串是水平同步信號的整數(shù)倍；快門時間確定裝置，用來響應行序視頻信號的亮度信號的值確定所述快門操作的快門時間；以及提供裝置，用來對成象裝置在從所述第一、第二脈沖中選取的時刻提供放電脈沖，從而泄放在成象裝置中集聚的不需要的電子電荷；其中所述放電脈沖以下述方式提供給所述成象裝置，即當由所述快門時間確定裝置確定的放電脈沖的定時處在行序視頻信號的圖像周期內(nèi)時，則所述放電脈沖以來自所述正常放電脈沖發(fā)生裝置的所述第一脈沖的一個定時或多個定時提供，當由所述快門時間確定裝置確定的放電脈沖的定時處在行序視頻信號的垂直空白周期內(nèi)時，則所述放電脈沖在來自所述N倍放電脈沖發(fā)生裝置的所述第二脈沖的一個定時或多個定時提供。
2.一種具有成象裝置的電視攝像機，所述成象裝置用來使一可變強度光源照射的物體成象，并輸出一行序視頻信號，其幅值由成象裝置的快門操作在一預定范圍內(nèi)控制，從而抵抗被所述可變強度的光源引起的來自物體的入射光的改變，所述電視攝像機包括提供裝置，用來向成象裝置提供放電脈沖，從而泄放在成象裝置中積累的不需要的電子電荷;根據(jù)行序視頻信號的場掃描頻率以及所述來自物體的入射光的周期改變提供的預選場數(shù)積分裝置;輸入轉(zhuǎn)換裝置，用來借助于轉(zhuǎn)換每場的行序視頻信號的亮度信號分配轉(zhuǎn)換過的亮度信號進入預定場數(shù)積分裝置;輸出轉(zhuǎn)換裝置，用來順序地輸出所述預選場數(shù)積分裝置的各個輸出;以及快門時間確定裝置，用來響應從輸出轉(zhuǎn)換裝置來的輸出信號值確定所述快門操作的快門時間;其中每個所述場積分裝置通過用一預定時間常數(shù)積分，輸出被輸入的所述轉(zhuǎn)換過的亮度信號的平均值，并且其中所述輸出轉(zhuǎn)換裝置借助于在每場中順序轉(zhuǎn)換分別從所述預定場數(shù)積分裝置輸出的所述轉(zhuǎn)換過的亮度信號的平均值來輸出一個連續(xù)信號，借助使由所述快門時間確定裝置確定的所述放電脈沖的輸出定時響應所述從所述輸出轉(zhuǎn)換裝置輸出的單個連續(xù)信號被進行控制。
3.一種具有成象裝置的電視攝像機，所述成象裝置用來對由一可變強度光源照射的物體成象，并輸出行序視頻信號，所述行序視頻信號只有借助于通過成象裝置的快門操作來控制行序視頻信號幅值而被保持在一預定范圍內(nèi)的彩色再現(xiàn)，從而抵抗由所述可變強度光源引起的來自物體的入射光的改變，所述行序視頻信號包括兩個色差信號(R-Ye)和(B-Ye)，所述電視攝像機包括一對增益控制裝置，用來分別控制所述兩個色差信號的增益;一對第一和第二場積分裝置，每個包括預選數(shù)積分器，所述預定數(shù)由行序視頻信號的場掃描頻率和來自物體的入射光的改變周期確定;一對輸入轉(zhuǎn)換裝置，用來分別轉(zhuǎn)換被輸入進的所述兩個色差信號，從而使每個色差信號對每一場被分配到所述預選數(shù)積分器;以及一對輸出轉(zhuǎn)換裝置，分別連接到所述第一、第二場積分裝置上，每個輸出轉(zhuǎn)換裝置順序地轉(zhuǎn)換與其相連的所述預定數(shù)積分器的輸出，其中每個所述預定數(shù)積分器借助于以一預定時間常數(shù)對所述色差信號的每一場進行積分，從而輸出被輸入的每一場的所述色差信號的平均值，并且其中所述一對輸出轉(zhuǎn)換裝置的每一個來自所述預定積分器的平均值色差信號的單個連續(xù)信號，并且，其中具有從所述一對輸出轉(zhuǎn)換裝置輸出的平均值的兩個色差信號和一預定參考值進行比較，從而輸出第一、第二增益控制信號，借以響應所述第一、第二增益控制信號分別控制所述增益控制裝置的增益。
全文摘要
一種在成像鏡頭上沒有光學可變光圈裝置，能處理成象物體的寬的照亮范圍的電視攝像機，包括產(chǎn)生視頻信號的CCD成像裝置(2)和在視頻信號的圖像周期期間和視頻信號的水平同步信號同步地產(chǎn)生放電脈沖的快門控制裝置(13，22)放電脈沖在垂直空白周期期間以水平同步信號的整數(shù)倍的定時供給CCD，確定快門時間，控制物體的入射光量。該電視攝像機還有亮度/顏色閃爍提取裝置(23)。
文檔編號H04N5/353GK1112330SQ94112779
公開日1995年11月22日 申請日期1994年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月20日
發(fā)明者森崎秀木 申請人:日本勝利株式會社