DE3223879C2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Videokamera - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Videokamera, bei dem das System unter Verwendung eines von hochfrequenten Komponenten des Videosignals abgeleiteten Fokussignals arbeitet. Vor der Fokussignal-Extrahiereinrichtung (5) ist eine Torschaltung (10) vorgesehen und das Tor wird in Abhängigkeit der Stärke des Fokussignals leitend oder sperrend gesteuert, womit die Zahl der der Fokussignal-Extrahiereinrichtung (5) eingegebenen Videosignale gesteuert wird, was eine Erweiterung des Dynamikbereichs der Fokussignal-Extrahiereinrichtung bewirkt.

Description

5. Auto-Fokussiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des leitenden Zustands der Torschaltung (10) im wesentlichen gleich einer HorizontalabtastperLide und die Dauer des nichtleitenden Zustands der Torschaltung (10) gleich einem ganzzahligen Vielfachen (einschließlich Null) der Horizontalabtastperiode ist.

6. Auto-Fokussiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussignal-Extrahiervorrichtung (5) aufweist:

einen Gleichrichter (5a), der das Videosignal gleichrichtet und

eine Integrierschaltung (5b), die mit dem Gleichrichter (5a) verbunden ist und im Intervall eines Feldes des Videosignals zurückgesetzt wird.

Die Erfindung betrifft Verfahren zur automatischen Scharfeinstellung (Auto-Fokussierung) einer Videokamera, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 und Vorschriften zu ihrer Durchführung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 3 und 4.

Es ist bereits ein Auto-Fokussierverfahren bekannt, das die Eigenschaften der Videokamera verwendet, die stufenweise Steuerung, bei der die Bildschärfe unter Verwendung hochfrequenter Videosignalkomponenten erfaßt und der Entfernungseinstellring (weiterhin Wendel genannt) der Linsen so lange gesteuert gedreht wird, bis die größte Bildschärfe erreicht ist. Dieses Verfahren wird im einzelnen in einem Artikel mit dem Titel beschrieben: »Automatic Focus Adjustment for TV Camera by Step-by-step Servo Systems«, von Ishida et al., NHK Technical Report, VoI. 17, Nr. 1 (1965), Serial No. 86, page 21. Dieses Verfahren wird zunächst genau anhand der F i g. 1 und 2 erklärt.

F i g. 1 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau des bekannten Auto-Fokussiersystems mit der stuftnweisen Steuerung. Die Anordnung enthält ein Linsensystem 1, eine Kameraschaltung 2, einen Videosignal-Ausgangsanschluß 3, ein Hochpaßfilter (HPF) 4, ein Meßglied 5, eine Regeldifferenz-Halteschaltung (dient als Kombination einer Differenzschaltung und einer Abtast- und Halteschaltung) 6, einen Motorantrieb 7 und einen Motor 8, der die Wendel im Linsensystem 1 dreht.

Die Arbeitsweise der in F i g. 1 gezeigten Anordnung wird anhand der in Fig. 2 gezeigten Kennlinien beschrieben. Der von einem Objekt einfallende Strahl wird durch das Linsensystem 1 fokussiert, dann in ein elektrisches Signal durch die Kameraschaltung 2 umgewandelt, die an ihrem Anschluß 3 das Videosignal für das Objekt liefert. Das Hochpaßfilter (HPF) 4 ist für hochfrequente Videosignalkomponenten durchlässig und die Meßschaltung 5 mißt hochfrequente Komponenten und liefert ein Spannungssigna! am Anschluß 51. Da die Spannung am Anschluß 51 (im folgenden »Fokussignal« genannt: Kurve 1 in Fig.2) die Schärfe des Bildes darstellt, erreicht diese ihr Maximum, wenn die Wendelposition (A) des Linsensystems genau entsprechend der Entfernung zwischen Objekt ur.d dem Linsensystem 1 eingestellt ist, und nimmt ab, wenn die Wendeleinstellung von der Objektentfernung abweicht. In F i g. 2 zeigen die Kurven 2 und 3 die Ausgangssignalpegel am Anschluß 61, wenn die Wendelposition jeweils von der Nähe bis unendlich und von unendlich bis zur Nähe bewegt wird.

Aus der Darstellung in F i g. 2 liegt es nahe, daß man mit einer Steuerung der Wendelposition dann eine automatische Fokussierung erreicht, wenn man dem Anstieg der Flanke der Fokussignalkurve bis zum Erreichen derjenigen Wendelposition, wo das Fokussignal sein Maximum hat, folgt Dieser Prozeß wird von dem Teil der Schaltung ausgeführt, der die Regeldifferenz-Halteschaltung 6, den Motorantrieb 7 und den Motor 8 in F i g. 1 enthält Der Motor 8 bewegt die Wendelposition, während die Regeldifferenz-Halteschaltung das Fokussignal am Anschluß 51 innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls abtastet und hält, und dann eine positive Spannung erzeugt, wenn das abgetastete Signal eine positive Änderung zeigt (das ist die ansteigende Flanke), oder eine negative Spannung liefert, wenn das abgetastete

Signal eine negative Änderung (das ist die abfallende Flanke) zeigt. Der Motorantrieb 7 hält die Drehrichtung des Motors 8 beim Anstieg der Kurvenflanke so lange aufrecht, wie die Regeldifferenz-Halteschaltung 6 eine positive Spannung liefert oder wechselt die Drehrichtung, um die absteigende Richtung zu nehmen, wenn die Schaltung 6 eine negative Spannung erzeugt. Somit führt die in F i g. 1 gezeigte Wendelpositionsregelschleife die Wendelposition die Kurvenschräge des Fokussignals, gesteuert von der Ausgangsspannung der Regeldifferenz-Halteschaltung 6, aufwärts, und unter Umständen führt die Wendelposition eine Zickzackbewegung bis zum Erreichen des Maximums der Kurve 1 aus. Wenn das Erreichen des höchsten Kurvenpunkts ermittelt wird, bleib* die Linsenposition fest, womit der Auto-Fokussiervorgang beendet ist.

Es wurde vorangehend ein bekanntes Auto-Fokussiersystem mit einer Schrittweiten Steuerung für eine Videokamera beschrieben. Dieses Verfahren verwendet für den Fokussiervorgang das Bildsignal und verwirklicht ein kostengünstiges und genaues Auto-Fokussier-• system mit einfachem Aufbau und wenigen Anfangseinstellungen verglichen mit dem System mit geschlossener Wendelpositionsregelung, die aufgrund eines unabhängigen Entfernungsmessers erfolgt. Das vorangehend beschriebene Verfahren besitzt jedoch folgende, den Dynamikbereich des Fokussignals betreffende Schwierigkeiten. Die Amplitude des Videosignals von der Kameraschaltung 2 wird auf einen konstanten Pegel durch die automatische oder manuelle Verstärkungsregelung innerhalb der Kameraschaltung 2 geregelt, während der Ausgang der Meßschaltung 5 vom Betrag der hochfrequenten Komponenten im Videosignal abhängt, das ist Energie im Ausgangssignal des HPF 4. Falls dann das Bild weniger vertikale Zeilenkomponenten mit hohem Kontrast besitzt, empfängt die Meßschaltung 5 vom HPF 4 eine geringe Impulszahl mit kleiner Amplitude, was ein Abflachen der Kurve des Fokussiersignals bewirkt. Falls andererseits das Bild sehr viele Vertikalli-

nienteile mit hohem Kontrast aufweist, empfängt die Meßschaltung 5 sehr viele Impulse mit großer Amplitude und die Fokussignalkurve erhält ein sehr hohes Maximum. Bei tatsächlichen Bildsignalen ergibt sich zwischen diesen Kurvenmaxima ein großer Unterschied, der experimentell ermittelt von 1 bis 200 reicht.

Da der Dynamikbereich des Fokussignals hauptsächlich von der Versorgungsspannung begrenzt wird, legt man die Meßschaltung 5 so aus, daß sie von den oben erwähnten hohen Maxima nicht gesättigt wird. Die Meßschaltung 5 liefert eine kleine Spannung für ein Bild mit wenigen vertikalen Linienteilen und bewirkt damit eine Fehlfunktion der Regeldifferenz-Halteschaltung 6, und diese Schaltung kann nicht die dem vollen Bereich des Fokussignals entsprechende Ausgangsspannung erzeugen.

Falls umgekehrt die Meßschaltung 5 so ausgelegt wird, daß sie für ein Bild mit wenigen senkrechten Linienteilen eine genügend große Ausgangsspannung erzeugt, wird sie von einem kontrastreichen Bild in die Sättigung getrieben, und die Spitze der Fokussiersignalkurve wird abgeflacht. Auch in diesem Fall erhält die Regeldifferenz-Halteschaltung kein richtiges Signal und es ist kein genauer Anstieg zu erwarten.

Die DE-OS 22 41 297 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum atomatischen Scharfeinstellen einer Fernsehkamera, wobei ein Signal, das der Anzahl der hochfrequenten Komponenten im Videosignal entspricht, zur Auto-Fokussierung zu einer Linsenantriebssteuerschaltung zurückgekoppelt wird und die hochfrequenten Komponenten durch ein Bildwinkeltorsignal durchgeschaltet und verarbeitet werden. Das Bildwinkehorsigna! wird durch Verarbeitung des Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignals gebildet. Durch dieses Bildwinkeltorsignal werden die Videosignalkomponenten in oder in der Nähe der Mitte der Bildröhre zur Auto-Fokussierung erfaßt. Das aus der DE-OS 22 41 297 bekannte Verfahren enthält nicht die Steuerung der Anzahl der zur Bildung des Fokussiersignals zu extrahierenden hochfrequenten Komponenten im Videosignal selbst. Zur Extraktion des Aulofokussiersignals werden Spitzenwertdetektoren 55, 56 (Fig.4) verwendet, deren Ausgang einen Spitzenwert des durch ein Hochpaßfilter geleiteten Videosignals darstellt. Somit kann nur bei sorgfältiger Auslegung der Spitzenwertdetektoren deren Sättigung vermieden werden.

Auch die US-PS 43 54 204 offenbart ein Auto-Fokussiersystem, bei dem ein Bildwinkeltor 11 abhängig vom Horizontal- und Vertikalsynchronisiersignal so gebildet wird, daß Videosignalkomponenten in oder in der Nähe der Mitte der Bildröhre durchgelassen werden (F i g. 11 der US-PS 43 54 204). Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe tritt weder bei der DE-OS 22 41 297 noch bei der US-PS 43 54 204 auf.

Die JP-A 56/58 375 (Patents abstracts of Japan) offenbart ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Verfahrensansprüche 1 und 2 bzw. der unabhängigen Vorrichtungsansprüche 3 und 4. Bei diesem bekannten Verfahren wird das einem Detektor 5 eingegebene Signal in Abhängigkeit von der Anzahl der im aufgenommenen Bild enthaltenen Profile gesteuert, um die Sättigung des Detektors zu vermeiden und eine befriedigende Auto-Fokussierung zu erreichen. Bei der JP-A 56/58 375 wird die Amplitude des Videosignals in Abhängigkeit von der Anzahl der Profile (die Menge der hochfrequenten Komponenten) komprimiert, wodurch das Fokussiersignal den Dynamikbereich des Detektors einhält Demnach wird die Anzahl der dem Detektor 5 zugeführten Profile nicht geändert. Das den Fokussiergrad darstellende Fokussiersignal wird bei der JP-A 56/58 375 auf der Basis der Anzahl der hochfrequenten Komponenten erzeugt. In diesem Fall besitzt der Detektor 5 notwendigerweise eine integrierte Funktion und weist somit für das ihm eingegebene Signal einen Schwellwert auf. Die Erzeugung des Fokussiersignals wird deshalb immer dann mit Fehlern behaftet sein, wenn das Eingangssignal des Detektors 5 den Schwellwert nicht oder nur wenig überschreitet. Der regelbare Verstärker 14 wird so geregelt, daß sein Ausgangssignal eine kleine Amplitude annimmt, wenn die Anzahl der Profile groß wird. Dadurch fallen Teile des Videosignals unterhalb des Schwellwertpegels weg, und es kann für sie kein Fokussiersignal erzeugt werden.

Wenn sich die Linse der Fokussierposition nähert, erhöht sich die Anzahl der Profile am Ausgang des Hochpaßfilters 4 und das Fokussiersignal wächst an. Als Ergebnis hat die Fokussiercharakteristik steile Anstiegsflanken und einen im wesentlichen flachen Bereich um das Optimum. Eine genaue Scharfeinstellung ist deshalb bei einem Bild, das viele Profile enthält, schwierig herzustellen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Mängel der herkömmlichen Technik zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Auto-Fokussiersystem zu ermöglichen, das einen befriedigenden schrittweisen Betrieb unabhängig vom Betrag der senkrechten Linienteile im Bild ausführt, und das demnach für eine Videokamera eine befriedigende Scharfeinstellung für jedes Objekt ermöglicht.

Die obige Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 erfindungsgemäß durch die in ihren kennzeichnenden Teilen angeführten Verfahrensschritte gelöst.

Die unabhängigen Vorrichtungsansprüche 3 und 4 lösen bei einer durch deren Oberbegriffe angegebenen Vorrichtung die obige Aufgabe erfindungsgemäß durch die in ihren kennzeichnenden Teilen enthaltenen Merkmale.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Auto-Fokussiersystems,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die das Funktionsprinzip der Anordnung von F i g. 1 erklärt,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführung der Erfindung,

F i g. 4A und 4B Darstellungen, die zur Erklärung der Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung dienen,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung der Erfindung,

F i g. 6 eine graphische Darstellung, die die Ausführung von F i g. 5 erläutert,

F i g. 7 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten eines Teils der Anordnung von F i g. 5 darstellt,

Fig.8 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführung der Erfindung,

F i g. 9 einen Impulswellenformenplan, der die Wellenformen, die an verschiedenen Teilen der Anordnung in F i g. 8 beobachtet werden,

Fi g. 10 ein Zeitdiagramm, das zur Erklärung des von der Ausführung in Fig.8 automatisch ausgeführten Schwellwertsetzens dient,

F i g. 11 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Mikrocomputers,
Fi g. 12 eine Tabelle, die Inhalte des im Mikrocompu-

ter befindlichen RAM darstellt,

F i g. 13 ein Flußdiagramm des im Mikrocomputer gespeicherten Programms, das das anfängliche Setzen der Schwellwerte ausführt; und

F i g. 14 ein Flußdiagramm des im Mikrocomputer gespeicherten Programms, das die Verstärkungsregelung durchführt.

Anhand der F i g. 3, 4a und 4b wird die erste Ausführung der Erfindung genau beschrieben. Das Prinzip dieser Ausführung ist wie folgt:

Kontrastreiche senkrechte Linienkomponenten, die im Bildsignal enthalten sind (das sind senkrechte Profilteile des Bildes) werden extrahiert und gezählt. Entsprechend dem Zählwert wird das Videosignal in Einheiten von Abtastzeüen eingeteilt, so daß an die Meßschaltung der Fokussignal-Extrahiereinrichtung übertragene Videosignale teilweise vernachlässigt werden, womit ein Sättigen der Meßschaltung verhindert wird. Dieses Prinzip beruht auf der Tatsache, daß das den Profilteilen entsprechende Bildsignal viele hochfrequente Komponenten enthält.

In Fig.3 sind die aus einem Linsensystem 1, einer Kameraschaltung 2, einem Anschluß 3, einem HPF 4, einer Meßschaltung 5, einer Regeldifferenz-Halteschaltung 6, einem Motorantrieb 7, einem Motor 8 und Anschlüssen 51 und 61 bestehenden Teile dieselben wie bei der Anordnung des herkömmlichen Auto-Fokussiersystems, das anhand der F i g. 1 beschrieben wurde. Die Ausführung der Erfindung in F i g. 3 enthält ferner einen als Torschaltung dienenden elektronischen Schalter 10, ein Tiefpaßfilter (TPF) 11, eine Differenzierschaltung 12, einen Schwellwertverstärker 13, einen Zähler 14, einen Torsignalgenerator 15 und einen Synchronisationsteiler 16. Bei der Anordnung in Fig.3 ist, falls die Torschaltung 10 dauernd geöffnet ist, der aus Linsensystem 1 bis zum Motor 8 sich erstreckende Regelkreis genau dasselbe wie bei der Anordnung des herkömmlichen Auto-Fokussiersystems von F i g. 1 und bedarf keiner weiteren Erklärung.

Zuerst wird die Einrichtung, die das der Anzahl der Vertikalprofile im Bildsignal entsprechende Signal erzeugt, beschrieben. Das von der Kameraschaltung 2 erzeugte Videosignal wird durch das TPF 11 der Differenzierschaltung 12 zugeführt, die dann den Profilteilen des Bilds entsprechende Signale erzeugt. Der Zweck des TPF 11 besteht darin, ein zu schnelles Reagieren der Differenzierschaltung 12 auf unscharfe Teile des Bildes zu verhindern, und wird vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz von mehreren 100 KHz oder weniger ausgestattet. Da das Ausgangssignal des TPF11 hochfrequente Komponenten von 100 KHz oder mehr enthält, besteht die Möglichkeit, die Profilinformation im Bildsignal zu erhalten.

Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 12 wird durch eine Schwellwertschaltung 13 geschickt, so daß Profilkomponenten, die kontrastärmer sind, als der vorgegebene Schwellwert angibt, ausgesondert werden, und dann werden die Profilimpulse vom Zähler 14 gezählt.

Der Zähler 14 wird vom Ausgangssignal des Sync-Teilers 16 in einem Intervall des Vertikal-Sync-Signals zurückgesetzt, wodurch der Zähler die Profilzahl, die in einem Bildfeld, nachdem die Abtastung an der linken oberen Ecke des Bilds begonnen und an der unteren rechten Ecke des Bilds beendet wurde, enthalten sind, zählt.

F i g. 4A zeigt die Bilderzeugung am Schirm, wobei zur Vereinfachung der Erklärung nur sieben Abtastzeilen (1 bis 7) gezeigt sind. (Das Standard NTSC-Fernsehsystem verwendet 262,5 Abtastzeüen für jedes Bildfeld.) In diesem Bild trifft die Abtastlinie 1 kein Profil, die Abtastlinie 2 zwei Profile usw. und der Zähler wird schließlich die Gesamtsumme von 12 Profilen zählen.

Im folgenden wird die automatische Verstärkungsregelung durch das die Profilanzahl darstellende Signal beschrieben. Das die Profilanzahl darstellende Signal wird vom Zähler 14 geliefert und zum Torsignalgenerator 15 geleitet. Wenn die Schaltung 15 einen Zählerwert, der kleiner ist als der Voreinstellwert, empfängt, hält sie die Torschaltung 10 leitend. Wenn die Schaltung 15 einen Zählerwert erhält, der größer ist als der Voreinstellwert, bewirkt sie, daß die Torschaltung 10 in Abhängigkeit von dem Horizontal- und Vertikal-Sync-Signal vom Sync-Teiler 16 hochfrequente Videosignale jeweils im Intervall von zwei Abtastzeüen leitet, womit sie die Anzahl der in die Meßschaltung 5 einlaufenden Signale verringert. Das Ergebnis dieser Verarbeitung zeigt Fig.4B, wo die Torschaltung 10 für die Abtastzeüen 1, 3, 5 und 7 leitend ist, und für die Abtastzeüen 2,4 und 6 nicht leitet.

Beim in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt der Torsignalgenerator 15, daß die Torschaltung 10 dauernd oder nur alle zwei Abtastzeüen, abhängig vom empfangenen Zählwert leitend ist. Die Anordnung kann jedoch so ausgelegt sein, daß die Torschaltung das Signal alle drei, fünf oder neun Abtastzeüen oder andererseits alle zwei oder drei Abtastzeüen für die oberen und unteren Zeilen des Schirms und kontinuierlich für mittlere Schirmteile leitet. Der Torsignalgenerator 15 wird hier nicht im einzelnen beschrieben, jedoch wird dessen Funktion in Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsart deutlich gemacht. Die beim Aufbau in Fig.3 am Ausgang des HPF 4 angeordnete Torschaltung 10 kann jedoch auch vor dem H PF 4 eingefügt sein. Anhand der Fig.5 und 6 wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In dieser Ausführung werden zwei Schwellwertschaltungen am Ausgang der Meßschaltung in der Fokussignal-Extrahiereinrichtung vorgesehen, statt dem oben beschriebenen Profilzähler, mit einem auf den annähernden Sättigungswert der Meßschaltung und einem anderen auf den ungefähren Nullsignalpegel des Detektors gesetzten Schwellwert. Die Ausgangssignale der Schwellwertschaltungen werden dem Torsignalgenerator geliefert, so daß Videosignale während einzelner Abtastzeüen mit Torsignalen gesteuert werden. In F i g. 5 sind die Schaltungsblöcke mit den Bezugszeichen 1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 8, 51,61,10 und 16 dieselben Bestandteile, wie sie in F i g. 3 gezeigt werden. Die neue Anordnung enthält weiterhin einen Torsignalgenerator 15', Schwellwertschaltungen 17 und 18 und einen Anschluß 19. Wenn bei der Anordnung in Fig.5 die Torschaltung 10 leitend gehalten wird, ist es schwierig, die Charakteristik des Fokussignals am Ausgang der Regeldifferenz-Halteschaltung 6, wie die Kurve 5 in F i g. 6 zeigt, nur durch Verstärkungseinstellung der Meßschaltung 5 zu erreichen, ohne daß beim Maximum Sättigung eintritt, während ein befriedigender Signalbereich entsprechend der Wendelposition erzielt wird. Stattdessen kann man keinen befriedigenden Signalbereich erzielen, wenn die Profilanzahl klein ist, wie die Kurve 6 zeigt. Falls das Signal den Sättigungswert der Meßschaltung 5 übersteigt, wird der Spitzenwert der Kurve abgeflacht, wenn die Profilanzahl groß ist, wie Kurve 4 in F i g. 6 zeigt. Bei der in Fig.5 gezeigten Anordnung wird der Schwellwert a der Schwellwertschaltung 17 so gelegt, daß er in der

Nähe des Sättigungswerts der Meßschaltung 5 liegt und der Schwellwert β der Schwellwertschaltung 18 so, daß er in der Nähe des Nullsignalpegels der Meßschaltung 5 liegt. Der Torsignalgenerator 15' steuert die Torschaltung 10 abhängig von den Ausgangssignalen der Schweliwertschaltungen 17 und 18 entsprechend dem am Anschluß 51 auftretenden Fokussignal leitend oder nichtleitend. Somit wird die Anzahl, der vom HPF 4 der Meßschaltung 5 gelieferten Impulse verringert, wodurch die faktische Verstärkung der Meßschaltung 5 gesteuert wird.

Bei dieser Anordnung steuert der Torsignalgenerator 15' die Torschaltung 10, wenn der Fokussignalpegel unterhalb des Schwellwerts β ist, so daß diese häufiger leitet, während, wenn das Fokussignal den Schwellwert α übersteigt, die Torschaltung 10 weniger häufig leitet, wodurch das Fokussignal in einem durch die Schwellwerte β und λ gegebenen Bereich bleibt, d. h. im Dynamikbereich der Meßschaltung 5.

F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild des zur Steuerung der Torschaltung 10 dienenden Torsignalgenerators 15'. Diese Anordnung enthält einen Zähler 151, einen programmierbaren Decoder 152, einen Vorwärts Rückwärts-Zähler 153, eine UND-Schaltung 154, eine Erfassungseinrichtung 155, die die Änderung des Inhalts des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 153 erfaßt und Torschaltungen 156 und 157. Der Zähler 151 empfängt an seinem Zählanschluß t das Horizontalsynchronisationssignal vom Sync-Teiler 16 und an seinem Rücksetz-Anschluß R das Vertikal-Synchronisationssignal (ein Impuls pro Feld), und deshalb stellt der Inhalt des Zählers 151, der an seinen Ausgängen Qi bis Q 8 erscheint, die Abtastzeilennummer dar. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153 wird am Beginn des Auto-Fokusbetriebs zurückgesetzt, danach entsprechend dem Ausgang der Schwellwertschaltung 17 über die Torschaltung 156 inkrementiert, d. h., daß jedesmal, wenn das Fokussignal den Schwellwert λ überschreitet, und entsprechend dem Ausgang der Schwellwertschaltung 18 über die Torschaltung 157 dekrementiert, d. h. jedesmal, wenn das Fokussignal unter den Schwellwert β geht.

Der programmierbare Decoder 152 steuert in Verbindung mit der UND-Schaltung 154 entsprechend einer vorgegebenen Regel so, daß die Torschaltung 10 abhängig vom Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 153 alle Horizontalabtastsignale, jedes zweite Signal oder jedes dritte Signal leitet. In einem speziellen Beispiel, wird die Verstärkungsumschaltung in sieben Schritten, die vom Leiten aller Abtastzeilen bis zum Leiten einer Abtastzeile im Intervall von 64 Zeilen reicht. Bei dieser Anordnung werden die Ausgangsimpulse des HPF 4 gesteuert von den Torschaltungen 156 und 157, immer wenn die Verstärkungsumschaltung stattfindet, in Einheiten der Abtastzeilen aufgenommen. Die Änderungserfassungseinrichtung 155 steuert die Torschaltungen 156 und 157 leitend, wenn der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153 seinen Inhalt nicht verändert, während diese Schaltungen nur, wenn sich der Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153 verändert leitend werden, wodurch der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153 weder vorwärts, noch rückwärts zählt, wenn das Fokussignal zwischen den Schwellwerten χ und/?bleibt, jedoch kontinuierlich vorwärts oder rückwärts zählt, wenn das Fokussignal jeweils oberhalb der Schwelle η oder unterhalb der Schwelle β liegt. Die Änderungserfassungseinrichtung 157 kann vom Fachmann leicht in digitaler Schaltkreistechnik ausgeführt werden, weshalb ihre Erklärung vernachlässigt wird.

Weiterhin wird die Betriebsweise des Auto-Fokussiersystems von F i g. 5 anhand der F i g. 6 beschrieben. Wenn angenommen wird, daß der Auto-Fokussierbetrieb mit dem auf Nähe eingestellten Linsensystem 1 beginnt, befindet sich das Fokussignal unterhalb dem Schwellwert β und bewirkt, daß die Torschaltung 10 die Ausgangsimpulse des HPF 4 für alle Horizontalabtastzeilen durchläßt und die Fokussignalspannung beginnt längs der Kurve 4 in F i g. 6 anzusteigen. Wenn die Linsenposition Punkt PA erreicht, bei dem die Schwellwertschaltung 17 feststellt, daß das Fokussignal unter die Schwelle α geht, wird der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153 inkrementiert. De-:Λ erzeugt aufgrund der Wirkung des programmierbaren Dekoders 152 der An-Schluß 19 jeweils alle zwei Horizontalabtastzeilen Signale, die die Torschaltung 10 so steuern, daß sie etwa die Hälfte der Ausgangsimpulse leitet, wodurch der Fokussignalpegel um die Hälfte verringert wird. Danach wächst die Fokussignalspannung längs der Kurve 5 bis die Linsenposition Punkt PB erreicht, die den genauen Fokuspunkt für das abgebildete Objekt darstellt, womit der Auto-Fokussierbetrieb beendet ist.

Obwohl beim obigen Beispiel die Verstärkung nur einmal umgeschaltet wird, kann mar· annehmen, daß die Verstärkung wieder umschaltet, wenn die Fokussignalspannung den Schwellwert α im Anstieg der Kurve j überschreitet. Ebenfalls werden im obigen Beispiel, wenn das Fokussignal anfängt, längs der Kurve 4 anzusteigen, die Signale sämtlicher Abtastzeilen durchgelassen, da der Anfangswert des Fokussignals kleiner als die Schwelle β war. Es ist aber nicht wichtig, daß am Anfang des Auto-Fokusbetriebs die Signale sämtlicher Abtastzeilen durchgelassen werden. Wesentlich ist jedoch die Einstellung der Verstärkung, so daß das Fokussignal sich zwischen den Schwellwerten & und β bewegt, bevor der Auto-Fokusbetrieb beginnt. Der mit Verstärkungsumschaltung einhergehende Anstiegsbetrieb erweist sich nicht nur für das kontinuierliche Halten des Fokussignals im Dynamikbereich der Meßschaltung 5 als vorteilhaft, sondern ermöglicht auch deshalb einen genauen Anstiegsbetrieb, da das Fokussignal den steilsten Anstiegsweg nimmt, während das Fokussignal klein ist, und stufenweise zur geringeren Verstärkung wechselt, so daß die Meßschaltung 5 einen genügend großen Spannungsunterschied für die Regeldifferenz-Halteschaltung 6 erzeugt. Dies wird beim Vergleich mit einer anderen Verstärkungsregelungsmethode dadurch deutlich, daß, wenn das Fokussignal beim Erreichen der genauen Fokussierstellung PB durch eine Einrichtung vorhergesagt und der Anstiegsbetrieb längs der Kurve 5 in F i g. 6 beginnt, die Steigung der ansteigenden Flanke zwischen Anfangsposition und der Linsenposition PA nur halb so groß wie bei der Erfindung ist

Obwohl es in der obigen Erklärung nicht erklärt wurde, wird beim Verstärkungsumschalten die Größe des Fokussignals wesentlich verringert, wodurch die Regeldifferenz-Halteschaltung 6 eine Ausgangsspannung liefert die eine umgekehrte Drehung des Motors 8 verursacht Es ist jedoch klar, daß der Motorantrieb 7 die kontinuierliche Drehung des Motors 8 in derselben Richtung auch bei einem Übergangsfokussignal aufrechterhalten sollte. Dies erreicht man dadurch, daß beim Verstärkungsumschalten das Fokussignal gerade nach dem Umschaltvorgang seinen Anfangswert erhält.

Dabei behält der Motor 8 seine vorige Bewegungsrichtung bei und das in der Folge erzeugte Fokussignal wird mit dem Anfangswert verglichen. Wenn das Anwachsen des Fokussignals ermittelt wird, wird die normale An-

Stiegssteuerung wieder hergestellt, oder falls ein Abfallen des Signals festgestellt wird, wird angenommen, daß die Linsenposition zur Zeit der Verstärkungsumschaltung die genaue Fokusposition besitzt, wonach das Linsensystem zurückbewegt und in dieser Lage festgehalten wird. Mit dem oben beschriebenen Verfahren erreicht man einen befriedigenden Autofokussierbetrieb.

Der programmierbare Decoder 152 kann auch mit einer zusätzlichen Funktion versehen sein, die bewirkt, daß innerhalb des Zählbereichs des Zählers 151 keine Signale der Horizontalabtastzeilen durchgelassen werden, z. B. von Zeile 0 bis Zeile 79 und von Zeile 185 bis 262,5 unabhängig vom Zählwert des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 153, so daß das Ausgangssignal HPF 4, welches das Fokussignal erzeugt, auf den Bereich von 106 Abtastzeilen in der Mitte des Schirms beschränkt bleibt. Die Verstärkungsregelung wird durch die Reduktion der Anzahl der Abtastzeilen nur innerhalb des gegebenen Bereichs ausgeführt, wodurch das Bild innerhalb des begrenzten Rahmens scharf gestellt wird, und womit vielleicht der Einsatzbereich der mit Autofokussiersystem ausgerüsteten Videokamera erweitert wird.

A>ihand der F i g. 8, 9 und 10 wird eine dritte Ausführung der Erfindung im einzelnen beschrieben. In F i g. 8 sind die Teile mit den Bezugszeichen 1 bis 5,7,8,10, und 15' bis 18 dieselben wie die in der F i g. 5. Die Meßschaltung 5 besteht bei dieser Ausführung aus einem Zweiweg-Gleichrichter 5a, einem Integrator 5b und einem A/D-Wandler 15. Die Schaltung enthält weiterhin eine Steuerung 20, die ähnlich der Regeldifferenz-Halteschaltung 6 in F i g. 5 jedoch als Digitalschaltung funktioniert (Einzelheiten dieser Schaltung enthält die US-PS Nr. 43 20 417 unter dem Titel »Automatisches Fokussiersystem für eine Videokamera«, die demselben Anmelder wie bei der vorliegenden Erfindung erteilt wurde) und einen Taktimpulsgenerator 21. Der Ausgang 158 des Torsignalgenerators 15' zeigt der Steuerung 20 die Verstärkungsumschaltung an. Der Taktimpulsgenerator 21 erzeugt Rücksetzimpulse 21a (Fig.9, (a) für den Integrator 5b und Wandlertaktimpulse 216 (F i g. 9, (d)) für den A/D-Wandler 5c im selbem zeitlichen Abstand wie das Vertikal-Sync-Signal im TV-Signal. Der Integrator 5b integriert die Eingangssignale während einer bestimmten Integrationsperiode, die endet, wenn ein Rücksetzimpuls von der Schaltung 21 ausgegeben wird, und bildet somit ein der Bildschärfe entsprechendes Signal jeweils im zeitlichen Abstand des Vertikalsynksignals. Der Grund für eine solche Anordnung der Meßschaltung 5 ist das Rücksetzen des Fokussignals auf seinen Anfangswert mit jedem Vertikalsynksignal, wodurch die Zeitkonstante der Meßschaltung 5 verringert und das Fokussignal jedes Bildes genau in Abhängigkeit von der Linsenposition zu dieser Zeit erzeugt wird. Die Torschaltung 10 kann zwischen dem Zweiweggleichrichter 5a und dem Integrator 5b eingeschaltet werden. Das Ausgangssignal des Integrators 5b wird im folgenden »Fokussignal« genannt Der A/D-Wandler 5c wandelt das Analogspannungssignal vom Integrator 5b in ein digitales Signal und liefert es der Steuerung 20.

Fig.9b zeigt die Einhüllende des Ausgangssignals vom HPF 4, die in Wirklichkeit aus zahlreichen schmalen Impulsen besteht, deren Impulsbreite in der Größenordnung von μ5 liegt, wobei jeder Impuls ein Profil im Bild darstellt Die einhüllende Signalwellenform entsteht nur während der begrenzten Zeitperiode von G1 bis H1 und G 2 bis H 2, da die Torschaltung 10 Videosignale entsprechend dem mittleren Schirmteil gemäß dem programmierbaren Decoder 152 in Fig.5, wie oben erwähnt, leitet.

Wenn die Torscha'tung 10 leitet, ist die Funktion der Anordnung mit dem Linsensystem 1 über die Meßschaltung 5 identisch mit der des herkömmlichen Autofokussystems, wie sie in Verbindung mit F i g. 5 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß das Ausgangssignal der Meßschaltung durch einen A/D-Wandler 5cin eine digitale Spannung, die die Bildschärfe, die am Anschluß 51 erscheint, wiedergibt (F i g. 9, (c)), und die Schwellwertschaltungen 17 und 18 und die Steuerung 20 eine digitale Verarbeitung durchführen. Wenn diese Digitalspannung den Sättigungswert der Meßschaltung 5 erreicht, 3er hauptsächlich vom Sättigungswert des Integrators 5b bestimmt wird, steuert der Torsignalgenerator 15' in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 17 und entsprechend den Horizontal- und Vertikalsynchronsignalen vom Syncteiler 16 die Torschaltung 10 so, daß sie Videosignale von weniger Horizontalabtastzeilen leitet, wodurch die Eingangssignale zur Meßschaltung 5 verringert werden. Umgekehrt steuert, wenn das Ausgangssignal der Meßschaltung den Null-Signalpegel erreicht, der Torsignalgenerator 15' abhängig vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 18 und entsprechend den Horizontal- und Vertikalsynksignalen vom Synkteiler 16 die Torschaltung 10 so, daß sie Videosignale einer erhöhten Anzahl von Horizontalabtastzeilen leitet, so daß die Eingangssignale zur Meßschaltung 5 zunehmen. In diesem Fall wird die Anzahl der Verarbeitungen der Torschaltung 10 immer wenn das Ausgangssignal der Meßschaltung den Schwellwert übersteigt, umgeschaltet. Somit wird das Ausgangssignal der Meßschaltung 5 hinsichtlich des Erreichens eines optimalen Spannungspegels gesteuert und die Steuerung 20 hält eine genügende Bestimmungsbedingung aufrecht, womit der Aufstieg längs der Kurve des Fokussignals ohne Fehler durchgeführt wird. Während des Betriebs kann das Fokussignal, das ohne weiteres dem Umschalten der Anzahl der Torschaltungsverarbeitungen folgt, keine Differenz mit dem nachfolgenden Fokussignal erzeugen. Dies liegt daran, daß die Differenz zwischen zwei Fokussignalen eher die Differenz der Anzahl der Torschaltungsverarbeitungen darstellt, als es die von der Bewegung des Linsensystems herrührende Änderung der Bildschärfe erzeugte Signalkomponente verursacht, was zu einer ungenauen Bestimmung führt. Deshalb sollte in diesem Fall die Anstiegsverarbeitung neu beginnen, wobei das Fokussignal ohne weiteres dem Umschalten der Anzahl der Torsignalverarbeitungen, die auf ihren Anfangswert gesetzt werden, folgen kann. Vor oder nach diesem Betrieb kann der Motor zeitweilig angehalten werden oder kann in derselben Richtung weiterlaufen.

Im folgenden wird das Setzen der Schwellwerte der Schwellwertschaltungen 17 und 18 beschrieben. Die Schwellwerte können festgelegt sein, wenn der Sättigungspegel und der Null-Signalpegel der Meßschaltung 5 von Umwelteinflüssen, wie der Umgebungstemperatur, unabhängig sind, oder wenn der Detektor 5 einen genügenden Dynamikbereich besitzt, der einen Spielraum der gesetzten Schwellwerte erlaubt. Bei der praktischen Realisierung der Schaltung kann man diese Bedingungen im allgemeinen jedoch nicht erreichen, und es ist deshalb wünschenswert, die Schwellwerte so anzupassen, daß der volle Dynamikbereich der Meßschaltung 5 im Betrieb ausgenutzt wird.

Anhand der Fig. 10 wird die Einrichtung zum Schwellwertsetzen beschrieben. In Fig. 10c definieren

die Pegel (A) und (B) den Dvnamikbereich der Meßschaltung 5, der durch die Betriebsspannung begrenzt wird, wobei (A) der Null-Signalpegel und (B) der Sättigungspegel ist Beim Einschalten des Autofokussiersystems (s. Fig. 10a) wird die EinsteUsteuerung für die Schwellwertschaltung 17 durchgeführt, wie in Fi g. 10 (b) gezeigt ist Genauer gesagt, sendet die Steuerschaltung 20 dem Taktimpulsgenerator 21 ein lntegrator-Rücksetz-Hemmsignal 20a, der dann während der Zeitdauer 0— 7"! die Ausgabe des Rücksetzsignals (s. Fig.9(a) an den Integrator 5b verhindert Damit wird das Ausgangssignal des Integrators 5b, der gewöhnlich zur Erzeugung des Null-Signalpegels (A) mit jedem Vertikalsyncsignal zurückgesetzt wird, den Sättigungspegel (B) nach einer gewissen Zeit, wie (1) in F i g. 10 (c) zeigt, erreichen. Entsprechend kann von der vom A/D-Wandler 5c nach Ablauf dieser Zeit empfangenen Spannung angenommen werden, daß sie den Sättigungspegel (B) erreicht hat. Die Schwellwertschaltung 17 wird auf diese Spannung oder auf die um einen Grenzwert erhöhte Spannung (das ist der Pegel (C) als Sättigungsschwellwert (hoher Schwellwert) eingestellt. Nach dem Einstellen des höheren Schwellwerts verschwindet das Integrator-Rücksetzverhinderungssignal von der Steuerschaltung 20 (zur Zeit T2) und die Steuerung fährt mit dem Einstellen der Schwellwertschaltung 18, wie in Fig. 10(b) gezeigt, fort. Der Integrator 5b wird mit jedem Vertikal-Sync-Signal zurückgesetzt und erzeugt das durch (2) in F i g. 10 dargestellte Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Integrators 5b wird wiederholt einer A/D-Wandlung durch die Schaltung 5c entsprechend der Anweisung der Steuerschaltung 20 in einer Zeitperiode von etwa 2 ms, die kurzer ist als die Vertikalsynksignalperiode, unterworfen, und der Kleinstwert der gewandelten Spannung oder der um einen Grenzwert vermehrte Spannungswert (das ist Pegel (2)) wird als Null-Signal-Schwellwert (niederer Schwellwert) in der Schwellwertschaltung 18 eingestellt. Nach dem Einstellen der .Schwellwertschaltungen 17 und 18 fährt die Steuerung mit dem Anstiegsbetrieb, wie Fie. 10(b) zeigt fort, und der Auto-Fokussierbetrieia beginnt. Wenn während dem Anstieg in bezug auf die Sch well wer Ie das Ausgangssignal des Integrators 5b den Pegel (C) von F i g. 10 (zur Zeit 7"3) übersteigt, steuert die Schwellwertschaltung 17 die Torschaltung 10 so, daß die Eingangssignale zur Meßschaltung 5 verringert werden, und wenn das Integrationsausgangssignal unterhalb den Pegel (D) geht, steuert die Schwellwertschaltung 18 die Torschaltung 10 so, daß sie die Einzaiil der Eingangssignale zur Meßschaltung 5 erhöht. Das Einstellen der Schwellwerte wird jedesmal beim Einschalten des Auto-Fokussiersystems durchgeführt und auch wenn das Thermometer innerhalb des Systems eine Temperaturänderung feststellt. Somit bleibt die automatische Verstärkungsregelung auch dann stabil, wenn der Dynamikbereich der Meßschaltung 5 sich aufgrund ungleicher Schaltungsteile und ähnlicher Einflüsse verändert. Die Steuerung 20 ist bereits bekannt, weshalb sie nicht erklärt wird. (s. die oben erwähnte US-Patentschrift Nr. 43 20 417).

Im folgenden wird eine vierte Ausführungsart beschrieben, in der die Steuerschaltung 20, die Schwellwertschaltungen 17 und 18 der Taktimpulsgenerator 11 und Teile des Torimpulsgenerators 15', wie F i g. 8 zeigt, durch einen Mikrocomputer ersetzt sind. Der hier verwendete Mikrocomputer kann ein handelsüblicher Allzweck-Mikrocomputer sein, z. B. ein 4-Bit Mikrocomputer HMCS-44 oder HMCS-45. wie ihn Firma Hitachi Ltd. herstellt

F i g. 11 zeigt eine Grobstruktur des Mikrocomputers 80. Der Mikrocomputer 80 enthält die der Steuerschaltung 20, den Schwellwertschaltungen 17 und 18 und dem Taktimpulsgenerator 21 in F i g. 8 äquivalente Funktionen und weiter Teile des Torsignalgenerators 15' einschließlich dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153, der Erfassungseinrichtung 155 und den Torschaltungen 156 und 157, wie sie F i g. 7 zeigt Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Torsignalgenerator durch einen Zähler 151, einen programmierbaren Decoder 152 und einer UND-Schaltung 154 gebildet Der Mikrocomputer 80 ist ein Allzweckgerät das eine CPU 81, ein ROM 82, ein RAM 83, eine 1/O-Schaltung 84, einen D/A-Wandler 85

is und einen Signalbus 86 enthält Im ROM 82 wird das Programm zur automatischen Fokuseinstellung, das Programm zur Verstärkungsregelung (Torsteuerung) und das Programm, das die anfänglichen Schwellwerte zur Verstärkungsregelung einstellt gespeichert

Nachfolgend wird das Verstärkungsregelungsprogramm und das Programm zum Einstellen der Anfangsschwellwerte für die Verstärkungsregelung beschrieben. F i g. 12 zeigt einen Teil des Speicherbereichs des RAM 83, wo in den Speicherplätzen mit den Adressen 100 bis 106 Da .en mit einer bestimmten Bitzahl gespeichert sind, die das momentane Fokussignal, das vorangegangene /VD-gewandelte Fokussignal, das maximale Fokussiginal, das minimale Fokussignal, den hohen Schwellwert den niedrigen Schwellwert und die momentane Verstärkung (das ist das die Anzahl der Verarbeitungen der Torschaltung 10 steuerndes Signal), darstellen. Die im den Adressen 104 und 105 gespeicherten Daten entsprechend den Schwellwerten der SchwellwertschdltiLingen 17 und 18, wie sie den F i g. 5, 7 und 8 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, und die in den Adressen 106 gespeicherten Daten entsprechenden Inhalten des in F i g. 7 dargestellten Vorwärts-Rückwärts-Zähler 153.
Fig. 13 steigt, daß das Programm zum Einstellen der Anfangsschwellwerte durch das Einschalten der Videokamera, angestoßen wird. Ein ganzzahliger Wert, z. B. »64« wird in einem entsprechenden Zähler innerhalb des Mikrocomputers 80 gesetzt. Danach sperrt der Mikrocomputer 80 die Ausgabe des Integrator-Rücksetzimpulses 21a an den Integrator 5b und liefert dem A/D-Wandler 5c Taktimpulse mit einer Impulsperiode von etwa 2 ms. Auf jedes Taktsignal hin wird das momentane Fokussignal in der Adresse 100 gespeichert und zur selben Zeit das maximale Fokussignal in der Adresse

so 102 erneuert. Dann wird der Inhalt des zuvor gesetzten Zählers geprüft, und wenn er nicht Null enthält, wird er um Eins dekrementiert und derselbe Ablauf so lange wiederholt, bis der Zähler Null ist, wonach der hohe Schwellwert aufgrund des in Adresse 102 gespeicherten maximalen Fokussignals eingestellt und in Adresse 104 abgespeichert wird.

Nachfolgend wird der Anfangswert der niederen Schwelle eingestellt. Zuerst wird ein entsprechender Zähler innerhalb des Mikrocomputers 80 auf den Wen

to »64« gesetzt. Dann wird der Integrator-Rücksetzimpuls 21a zum Integrator 5f> freigegeben und Taktimpulse mil einer Impulsperiode von etwa 2 ms dem A/D-Wandlei 5c geliefert. Dann wird das vom A/D-Wandler 5c er zeugte Fokussignal in Adresse 100 abgespeichert unc das Minimum-Fokussignal in Adresse 103 erneuert. Da; Erneuern bedeutet hier, daß die in Adresse 100 und 10: gespeicherten Daten verglichen werden und der Inhal an der Adresse 103 durch den kleineren Wert ersetz

wird. Danach wird der Zählennhalt geprüft und wenn er nicht Null ist um Eins dekrementiert und derselbe Ablauf wird solange wiederholt bis der Zählerstand gleich Null wird, wonach der niedere Schwellwert aufgrund des an der Adresse 103 gespeicherten Minimum-Fokussignal gesetzt und an Adresse 105 abgespeichert. Auf die Beendigung des Einstellprogramms für die anfänglichen Schwellwerte wird das Programm für die Auto-Fokussierung durchgeführt

Nach dem Start des Auto-Fokussierprogramms (dieses Programm ist nicht in der Erfindung enthalten und wird hier nicht beschrieben), empfängt der Mikrocomputer das Fokussignal vom A/D-Wandler 15. Nach dem Empfang des Fokussignals wird die Verstärkungsregelroutine, wie in Fig. 14 gezeigt gestartet. Das Fokussignal wird in der Adresse 100 des RAM 83 als momentanes Fokussignal gespeichert und zur selben Zeit mit dem oberen Schwellwert, der vorher eingestellt wurde, verglichen. Wenn das Signal kleiner als der obere Schwellwert ist wird es mit dem unteren Schwellwert verglichen. Wenn das Signal größer als der untere Schwellwert ist, kehrt die Steuerung zum Auto-Fokussierprogramm ohne Änderung des im RAM 83 an Adresse 106 gespeicherten momentanen Verstärkungsgrads zurück. Wenn das Signal größer als der obere Schwellwert ist wird der momentane Verstärkungsgrad (der in der Adresse 106 des RAM 83 gespeichert ist und die Anzahl der Verarbeitungen der Torschaltung 10 steuert) geprüft ob er einen Kleinstwert aufweist oder nicht. Falls der Kleinstwert der momentanen Verstärkung ermittelt wird, kehrt die Steuerung zum Auto-Fokussierprogramm zurück. Falls nicht der Kleinstwert ermittelt wird, wird der in Adresse 106 gespeicherte momentane Verstärkungsgrad um einen Schritt erniedrigt. Auf den nächsten Taktimpuls vom A/D-Wandler hin empfängt der Mikrocomputer ein digitales Fokussignal und speichert es in Adresse 101 als vorhergehendes Fokussignal ab und kehrt dann zum Auto-Fokussierprogramm zurück.

In einem früheren Schritt der Verstärkungssteuerungsroutine wird, wenn das Fokussignal kleiner als der niedere Schwellwert erkannt wird, der an Adresse 106 des RAM 83 gespeicherte momentane Verstärkungsgrad, das ist die Anzahl der Torschaltungsverarbeitungen, geprüft ob er einen Höchstwert erreicht hat oder nicht. Wenn das Erreichen des Höchstwerts des momentanen Verstärkungsgrads erkannt wird, kehrt die Steuerung zum Auto-Fokussierprogramm zurück, und falls nicht der höchste Verstärkungsgrad erkannt wird, wird dieser um einen Schritt erhöht und in Adresse 106 abgespeichert. Dann wird auf das nächste Taktsignal hin der Inhalt der Adresse 106 in ein Digitalsignal gewandelt und an Adresse 101 des RAM als voriges Fokussignal abgespeichert

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, wie die Anzahl der Verarbeitungen der Torschaltung 10 gesteuert wird und Anfangsschwellwerte unter Verwendung eines Mikrocomputers eingestellt werden.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung das Optimum des Fokussignals durch Steuerung der in die Meßschaltung eingegebenen Signale auch dann erreicht, wenn bei herkömmlichen Systemen aufgrund eines eingeschränkten Dynamikbereichs der Meßschaltung ein befriedigender Anstiegsverlauf nicht ausgeführt werden kann. Die Erfindung macht auch in solchen Fällen einen befriedigenden Anstieg möglich. Darüber hinaus werden die Schwellwerte zum Umschalten des Verstärkungsgrads jeweils beim Einschalten des Systems zurückgesetzt und folglich die Verstärkungsumschaltung durch ungleiche Schaltungsteile und Änderungen der Kenngrößen aufgrund von Alterung oder thermischen Belastungen nicht berührt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Auto-Fokussierverfahren zum automatischen Scharfeinstellen einer Videokamera mit Linsensystern mit folgenden Verfahrensschritten

a) Extraktion der in einem Videosignal enthaltenen Hochfrequenzkomponenten;

b) Zählen der extrahierten Hochfrequenzkomponenten innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer;

c) Steuerung der Extraktion in Schritt a) in Abhängigkeit von der in Schritt b) bestimmten Anzahl; und is

d) Steuerung des Linsensystems der Videokamera, so da3 das in Schritt a) gewonnene Signal einen maximalen Wert annimmt;

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

e) Vergleich der im Verfahrensschritt b) ermittelten Anzahl mit einer vorgegebenen Zahl,

wenn die im Verfahrensschritt b) ermittelte Anzahl kleiner als die vorgegebene Zahl ist,

f) dauerndes Öffnen eines Tors für die der Extraktion im Verfahrensschritt a) zugeführten Videosignale,

und wenn die in Schritt b) ermittelte Anzahl größer als die vorgegebene Zahl ist,

g) öffnen des Tors jeweils für die Zeitdauer einer Horizontal-Abtastperiode, jedoch nur bei jeder ΛΖ-ten Horizontalabtastperiode (N ganzzahlig,

z. B./V= 2), so daß

das in den Schritten f) bzw. g) gebildete Tor die Anzahl der zur Extraktion gelangenden hochfrequenten Videosignalkomponenten so steuert, daß das erzeugte Autofokussignal innerhalb eines vorgegebenen Dynamikbereichs bleibt.

2. Auto-Fokussierverfahren zum automatischen Scharfeinstellen einer Videokamera mit Linsensystem, mit folgenden Verfahrensschritten:

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1. Extraktion der in einem Videosignal enthaltenen hochfrequenten Signalkomponenten;

2. Bestimmung des Signalpegels der im ersten Schritt extrahierten hochfrequenten Videosignalkomponenten;

3. Steuerung der Extraktion im ersten Verfahrensschritt in Abhängigkeit von dem im zweiten Schritt bestimmten Signalpegel; und

4. Steuerung des Linsensystems der Videokamera,

so daß das im ersten Verfahrensschritt gewonnene Signal einen maximalen Pegel annimmt;

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

5. Vergleich des im zweiten Verfahrensschritt bestimmten Signalpegels der hochfrequenten Videosignalkomponenten mit einem unteren und einem oberen Schwellwert, wobei der untere Schwellwert in der Nähe des Null-Signalpegels und der obere Schwellwert entsprechend der oberen Grenze eines vorgegebenen Dynamikbereichs der Einrichtung, die in Schritt 2 den Signalpegel bestimmt, gelegt ist;

6. Erzeugung von Torimpulsen, deren Dauer jeweils eine Horizontalabtastperiode beträgt und deren Periodendauer so gesteuert :st, daß sie länger wird, wenn der Pegel des Fokussignals unter den oberen Schwellwert geht und daß sie kürzer wird, wenn der Pegel des Fokussignals über den unteren Schwellwert geht und jeweils einer ganzzahligen Vielfachen (einschließlich Null) der Horizontalabtastperiodendauer ist; und

7. Steuerung der Anzahl der zur Extraktion gelangenden Videosignale durch das im 6. Schritt erzeugte Torsignal, so daß das erzeugte Auto-Fokussignal innerhalb eines vorgegebenen Dynamikbereichs bleibt.

3. Auto-Fokussiervorrichtung für Videokameras zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Videokamera einschließlich eines Linsensystems, einer Einrichtung, die ein Videosignal von der Videokamera empfängt und daraus ein Fokussignal entsprechend der Azahl der im Videosignal enthaltenden Hochfrequenzkomponenten extrahiert, einer Einrichtung, die das Linsensystem der Videokamera so steuert, daß das Ausgangssignal der Fokussignalextrahiereinrichtung einen maximalen Wert annimmt, und mit einer Einrichtung, die abhängig von der Anzahl der während einer vorgegebenen Zeitdauer im Videosignal enthaltenen Hochfrequenzkomponenten das der Fokussignalextrahiereinrichtung übertragene Videosignal steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignalsteuereinrichtung aufweist:

eine Torschaltung (10) vor oder innerhalb der Fokussignalextrahiereinrichtung, und
eine Einrichtung (11 — 18), die in Abhängigkeit von der Anzahl der im Videosignal innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer enthaltenen hochfrequenten Komponenten ein Torsteuersignal erzeugt, das die Torschaltung (10) in den leitenden oder nichtleitenden Zustand versetzt (F i g. 3).

4. Auto-Fokussiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit

einer Videokamera einschließlich eines Linsensystems,

einer Einrichtung, die ein Videosignal von der Videokamera empfängt und daraus ein Fokussignal entsprechend des Pegels der im Videosignal enthaltenen Hochfrequenzkomponenten extrahiert,
einer Einrichtung, die das Linsensystem der Videokamera so steuert, daß das Ausgangssignal der Fokussignalextrahiereinrichtung einen maximalen Wert annimmt und mit

einer Einrichtung, die abhängig vom Pegel der im Videosignal enthaltenen Hochfrequenzkomponenten das der Fokussignalextrahiereinrichtung übertragene Videosignal steuert,

dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignalsteuereinrichtung aufweist:

— eine Torschaltung (10) vor oder innerhalb der Fokussignalextrahiereinrichtung, und

— eine Einrichtung (11 — 18) zur Erzeugung von Torsteuersignalen, die aufweist

— eine Schwellwertschaltung (17,18), die das Ausgangssignal der Fokussignal-Extrahiereinrichtung (5) empfängt und eine erste Schwellwertschaltung (17), deren Schwellwert in der Nähe

des Sättigungspegels der Fokussignal-Extrahiereinrichtung (5) liegt, und eine zweite Schwellwertschaltung (18) aufweist, deren Schwellwert in der Nähe des Null-Signalpegels der Fokussignal-Extrahiereinrichtung (5) liegt, und

— eine Torsignalgeneratorschaltung (15), die das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung (17, 18) empfängt und die Torschaltung (iO) so steuert, daß deren nichtleitender Zustand langer wird, wenn der Pegel des Fokussignal:» den ersten Schwellwert unterschreitet und kurzer wird, wenn der Pegel des Fokussignals den zweiten Schwellwert überschreitet.