WO1998033326A1 - Digital colour camera for electronic photography - Google Patents

Digital colour camera for electronic photography Download PDF

Info

Publication number
WO1998033326A1
WO1998033326A1 PCT/EP1998/000425 EP9800425W WO9833326A1 WO 1998033326 A1 WO1998033326 A1 WO 1998033326A1 EP 9800425 W EP9800425 W EP 9800425W WO 9833326 A1 WO9833326 A1 WO 9833326A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
camera according
sensor
color
image
change
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/000425
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reimar Lenz
Original Assignee
Reimar Lenz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reimar Lenz filed Critical Reimar Lenz
Priority to JP53160998A priority Critical patent/JP2001522546A/en
Priority to EP98905355A priority patent/EP0954928A1/en
Priority to AU60978/98A priority patent/AU6097898A/en
Publication of WO1998033326A1 publication Critical patent/WO1998033326A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/46Colour picture communication systems
    • H04N1/48Picture signal generators
    • H04N1/486Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene

Definitions

  • the invention relates to a digital color camera with an area sensor, in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements arranged in a matrix with a color mosaic filter corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device that generates partial images in chronological order for recording a color image.
  • an area sensor in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements arranged in a matrix with a color mosaic filter corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device that generates partial images in chronological order for recording a color image.
  • CCD area sensors are usually used in video cameras, but they can also be used to generate individual images.
  • a color image converter with a set of three CCD area sensors with associated color filter masks is used, so that the individual area sensors each detect a color, for example the primary colors red (R), blue (B) and green (G).
  • the light-sensitive sensor elements of an Interline Transfer CCD area sensor have an area size that is only half as large as the grid spacing, which means that there are light-insensitive areas between the individual sensor elements. Of course, some of the image information is lost as a result.
  • a color mosaic filter for three color separations being located on the area sensor.
  • Three adjacent sensor elements then form a color resolution element.
  • the local resolution in such color image converters is of course relatively low compared to, for example, a monochrome image converter with a CCD area sensor.
  • the inventor has proposed a color image converter which is greatly improved in comparison and which only contains a CCD area sensor with a color mosaic filter with three color separations.
  • the recording takes place in three steps, one step for a partial image, with the CCD area sensor being moved relative to the object image with the aid of piezoelectric actuators in a cycle of three steps such that each pixel is successively placed on one of three image sensor elements for the three Color separations fall. (EP-A-0 396 687).
  • the invention is based on the object of specifying a digital color camera which on the one hand only requires a single CCD area sensor and on the other hand also enables the recording of moving objects in good quality.
  • This object is achieved according to the invention in that two partial images are taken at a time interval which is shorter than the second time period which is required for reading out a partial image from the sensor, and that the spectral characteristic at least between the two images is taken for taking a color image is switchable for some of the pixels of the color image to be generated.
  • the latter feature is already known from the aforementioned EP-A-0 396 687: from one and the same pixel, different color separations are obtained in succession by differently colored sensor elements.
  • the spectral characteristic can be changed in the manner explained in more detail below in various ways, for example by moving the CCD area sensor towards the object image in a certain direction and by a certain amount.
  • the further feature according to the invention relates to the time interval between two successive recordings for the individual partial images.
  • the time interval between the recordings of the two partial images must be small enough so that a moving object and, accordingly, the associated object image cannot shift significantly with respect to the CCD area sensor. Even with relatively quickly moving objects, a sharp image with essentially correct color information should still be possible.
  • the time span between two consecutive partial recordings cannot be shortened extremely; because for both partial exposures the individual sensor elements need a certain amount of time to
  • the color separation that is still missing for each pixel can be obtained by arithmetic or in another way.
  • the taking of pictures in succession at a short time interval is already known per se, namely for displaying a sequence of movements. While it is specifically a question here of determining different movement phases by means of two images taken in quick succession, on the contrary, the object of the invention is to generate an image despite the time interval between two images, which apparently corresponds to only a single point in time.
  • the mode of operation of the usual CCD area sensors plays a considerable role.
  • two time intervals are necessary to record an image with such CCD area sensors, the first time interval is used for the accumulation of charges in the respective image sensor element, the second interval is used for reading out these charges.
  • the charge transfer from the sensor elements to the vertical is carried out prior to the reading
  • Bucket chains e.g. B. an interline transfer CDD sensor in less than 1 ⁇ s, so that the photo element is then ready to collect new charges. While the "second" partial image is then recorded, the layers belonging to the "first" partial image are made from these vertical bucket chains in a manner known per se read out.
  • the complete time for reading out an image in the case of such CCD area sensors specifies the average frame rate in the case of television picture sequences, so that this average frame rate cannot be increased beyond the limit given by the reading out of the picture. According to the invention, however, the time interval between two partial recordings is shortened. This is only possible because there is a restriction to only two fields.
  • the first time span in which charges are accumulated in the individual sensor elements is halved, for example.
  • the above considerations relate primarily to so-called progressive scan interline transfer sensors, in which there is space in the bucket chains for the complete picture, and which are therefore ideal for a digital camera.
  • the invention can also be implemented with so-called television image interline transfer and frame interline sensors. With these, only half of the sensor elements can be evaluated, but they are interesting because of their low price for cameras according to the invention.
  • the frame interline sensor has a storage zone next to the image field and can deliver three independent images in a very short period of time.
  • a third image can also be recorded so that all three color separations can be obtained quasi-simultaneously for each image location. Color alias artifacts can thus be completely avoided.
  • the change in the spectral characteristic between the two partial images can take place by means of a relative shift between the object image and the area sensor. If one considers a single pixel of the color image to be generated, then this pixel becomes the first pixel
  • This pixel is thus detected with two different spectral characteristics. This also applies to the other pixels.
  • the color mosaic filter is designed so that it corresponds to three color separations.
  • every second sensor element of the matrix of the area sensor can be sensitive to green, corresponding to the bright fields of a chessboard, the remaining half of the sensor elements being alternately sensitive to red and blue.
  • the relative shift can correspond to an integer multiple of a pixel spacing, in horizontal or in vertical
  • the spectral characteristic between the two partial images can also be changed by a relative shift in the diagonal direction, v / o each by half a pixel in X-
  • a color mosaic filter is preferably used for three color separations. This displacement of the area sensor will second partial image recorded at those image locations that lie in the spaces between the image locations of the first partial image.
  • the resulting image can be imagined as four times the number of pixels, i.e. twice the number in the x and y directions. Some pixels that were not recorded at all in the first field (spectral zero characteristic) are now recorded in the second field with a colored sensor element, while on the other hand all pixels that were recorded in the first field with a colored sensor element are recorded in the second field at all cannot be recorded (with spectral zero characteristic). Half of all pixels of the imaginary resulting image four times the number of pixels is not captured by the first or the second partial image.
  • the change between non-detection (zero characteristic) and detection (with color filter) of a pixel also means a change in the spectral characteristic in the sense of the invention.
  • the area sensor can be displaced vertically and / or horizontally in the image plane, for which use is preferably made of piezo actuators.
  • piezo actuators magnetostrictive, electrodynamic or other actuators can also be used.
  • the relative displacement between the area sensor and the object image can also be carried out by optical measures, for example by pivoting a prism located in the beam path, with the aid of a Kerr cell or by changing the polarization in cooperation with birefringent materials.
  • a color filter which can be selectively inserted into the beam path or which is permanently in the beam path and offers the possibility of changing its permeability.
  • a liquid crystal component can be provided as a color filter permanently in the beam path.
  • Another possibility for changing the spectral characteristic is to vary the spectral sensitivity curve of the photodiodes of the sensor by applying variable electrical voltages to the CCD area sensor. There is then no need for a relative shift between the object image and the area sensor.
  • the operation of the sensor elements is prevented between the recordings of the two partial images.
  • This can be done in a number of ways, as explained below.
  • One way to achieve this is to keep the object dark in the transition phase when changing the spectral characteristic, thus preventing light from falling on the area sensor.
  • the object can be illuminated with a flash for each partial image recording.
  • two differently colored flashes only make sense if the color sensor has a color mosaic filter with only two different colors and thus the spectral characteristic is to be changed globally in order to obtain the minimum required third color separation.
  • the two successive flashes mentioned above can be generated by a single flash device or by means of a device with two flash lamps.
  • the purpose of these measures is to prevent blurring of the image (motion blurring, spectral blurring).
  • blurring of the image motion blurring, spectral blurring
  • An optical / mechanical shutter can be used to shorten the time interval between the recording of the two partial images. It can be used to precisely set the effective exposure times, which by definition are the middle of the respective first time periods in which charges are normally accumulated in the individual sensor elements. These effective exposure times can also be achieved by "active lighting", that is to say the object to be photographed can be photographed with correspondingly timed flashes.
  • partial images are generated for producing high-quality color images in two short successive time periods, with those taking place between the recordings of the partial images
  • the analog image data coming from the CCD sensor is digitized with the aid of an analog / digital converter, so that it can be processed in a computing unit.
  • the color information relating to the individual partial images can be processed within the camera receiving the color image converter according to the invention, but the image information can also be processed as it is after the analog / digital conversion. Buffer to process later.
  • the invention offers a number of special advantages, which are, as it were, by-products of the measures according to the invention: if the CCD sensor is moved between the recordings of the partial images with the aid of a piezoelectric actuator, there is also the possibility, by wobbling the sensor, of information for automatic Calibration and gaining focus. By comparing the two partial images, information can be obtained as to whether the object is possibly moving too quickly in order to obtain a sharp image. If necessary, a warning signal can be generated for the user.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a digital color camera according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a horizontally and vertically displaceably mounted CCD area sensor
  • FIG. 3 shows a detail of the surface of the sensor according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a detail similar to FIG. 3, a direction of displacement of the CCD area sensor being indicated;
  • FIG. 5 shows a view similar to FIG. 4, but after the displacement has taken place vertically downward, the one obtained from both partial images
  • Color information is shown; 6 shows a similar section of the surface of a CCD sensor with a displacement vector according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 7 shows the detail of the CCD sensor of FIG. 6 after it has taken place
  • FIG. 8 shows a pulse diagram which illustrates the mode of operation of the color camera according to the invention.
  • FIG. 9 and 10 are schematic representations of a progressive scan interline transfer CCD area sensor (FIG. 9) and a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor (FIG. 10);
  • FIG. 11 shows a detail from the surface of a CCD area sensor for a third embodiment of the invention.
  • Fig. 12 shows the effective light sensitivity of the sensor elements of a sensor with a color filter pattern according to Fig. 11, if the spectral sensitivity characteristic e.g. by inserting a filter that is only permeable to green.
  • Fig. 1 shows schematically a digital color camera, which is constructed similarly to a conventional camera with which, for example, 35 mm films are exposed.
  • a CCD area sensor 1 is located at the relevant point in the color camera according to the invention, which is mounted on a holder 2 with the aid of piezo actuators 3.
  • An object image of an object 78 is projected onto the CCD area sensor with the aid of an objective 16.
  • the CCD area sensor is a progressive scan interline transfer CCD area sensor or, alternatively, a normal one Interline Transfer CCD area sensor for the TV field process, a frame interline transfer CCD area sensor for the TV field process with additional memory zone, a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor with additional Storage zone and full screen method or a frame transfer CCD area sensor.
  • a progressive scan interline transfer CCD area sensor for full-screen operation is preferred, since in sensors with field operation the achievable vertical resolution in the camera according to the invention drops to half. Nevertheless, despite the disadvantage mentioned, the use of such sensors is quite interesting, since they are available in large quantities for
  • Video cameras are produced and are therefore very cheap.
  • the operation of the camera is controlled by a central processing unit (CPU) 5, the control signals to a driver 7 for the piezo actuators 3, to a CCD driver 8, a shutter control 9 and a flash control
  • CPU central processing unit
  • the analog image signals coming from the CCD area sensor 1 are converted by an analog / digital converter 6 and input into the CPU 5 for storage and / or image processing.
  • the central unit 5 can be connected to an external computer 13 or to an external image memory 15 via interfaces 12 and 14.
  • the housing of the camera is indicated by block 77.
  • a flash unit 18 with a reflector and one or two flash lamps 19 can be attached to the camera housing 77, the method of operation of which is explained below.
  • the CCD area sensor 1 can be moved in the horizontal direction (X direction) and vertical direction (Y direction) with respect to the outer frame of the holder 2 due to the piezoelectric actuators 3. The one to move the
  • Variable voltages to be applied to the CCD sensor 1 are applied by the central unit 5 via the piezo driver 7.
  • 3 shows a section of the surface of the CCD sensor 1.
  • the individual sensor elements 20 and the color mosaic filter 21 for the individual sensor elements can be seen.
  • G means that the sensor element in question is sensitive to the color green (G).
  • every second sensor element 20 is sensitive to green (G) in the vertical as well as in the horizontal direction.
  • every second sensor element is sensitive to blue (B) and red (R).
  • FIG. 4 shows the same arrangement as FIG. 3, but with some additional information in FIG. 4.
  • a vector V v indicates the direction in which the CCD sensor 1 is shifted after the recording of a first partial image (FIG. 3) in order to record a second partial image in the second position.
  • the individual image sensors 20 have a grid spacing d H and d v in the horizontal and vertical directions.
  • the size of the individual sensor elements 20 corresponds to approximately half the grid spacing.
  • the CCD sensor is moved in the direction of arrow V v by a grid spacing, so that an imaginary point A of the sensor is located at point B when the second partial image is recorded.
  • the four sensor elements in the rightmost column receive color information for the colors B, G, B and G of the relevant pixels, the sensor elements in the second column from the right receive information regarding the colors G. , R, G or R for the pixels corresponding to these sensor elements, etc.
  • Pixels are only the color separations obtained in the second field, only the color information obtained in the first field is available for the top line of pixels, which is why these lines are shown in parentheses in FIG. 5).
  • the color separations G and R are available for each pixel.
  • the third color separation for each pixel can be calculated from all of this color information, for example using the formula given at the beginning.
  • color images can be generated, for example printed out, from the total image information then available.
  • the camera shown as a block in FIG. 1 is connected to a memory or an external computer in order to transmit the data of the color images for further processing.
  • the information for the third color separation in each case can be calculated internally in the camera itself, but alternatively also externally in the computer 13 shown at the bottom right in FIG. 1.
  • 6 and 7 show a second embodiment of the invention.
  • two color separations are not recorded for each pixel, but it is used for an emerging image With double resolution in the x and y directions, only one color separation was recorded, namely for every second pixel of the resulting image.
  • 6 shows the direction of displacement and the amount of displacement V D for the displacement of the CCD sensor 1 between the recording of the first and the second partial image.
  • the second can be used for the black and white recording of colorful templates
  • Embodiment in connection with a black / white sensor i.e. a sensor without a color mosaic filter can be used for practically artifact-free doubling of the resolution of the sensor, whereby moving objects can also be recorded here.
  • FIG. 8 shows in the form of a pulse diagram the chronological sequence of the sequence on various parts of the color image converter according to FIG. 1.
  • FIG. 8a shows the horizontal time axis in units of milliseconds.
  • the periodic normal operation of a progressive scan interline transfer CCD sensor 1 is shown schematically in FIG. 8b).
  • the electrons generated by capturing photons are accumulated within an exposure period 35, the duration of which is T.
  • the ordinate in FIG. 8 b) is the charge of a single sensor element of the CCD sensor 1, which increases linearly with time, with constant incidence of light.
  • the center of each exposure time period 35 is designated 41 and is referred to here as the “effective exposure time”.
  • Two adjacent "effective exposure times" 41 have a time interval T, from one another.
  • the charge packet accumulated up to that point is transferred from the sensor element under consideration into the associated vertical bucket chain with a transmission pulse 43 or 75.
  • FIG. 8d shows the reading intervals 32 for the respective preceding exposure process 36, 37, 38 or 39 Exposure with the duration T is also referred to here as the “first time period”, the time period for the readout corresponding to the readout interval 32 is also referred to here as the “second time period”.
  • FIG. 8e shows the light transmission curve of the closure 17 (see FIG. 1).
  • the shutter is opened and a time interval T 2 begins, at the end of which the exposure for a first field is ended due to the transmission pulse 75 (FIG. 8c).
  • the middle of the time interval T 2 is designated 48 and, similarly to the times 41 in FIG. 8b), means the "effective exposure time" for the first partial image.
  • the CCD area sensor 1 according to FIGS. 4 and 5 is moved vertically downwards by a grid spacing, so that the individual sensor elements are then moved down by one pixel are.
  • the reading interval 32 begins shortly after the exposure shown at 53 has ended.
  • the duration of this process cannot be shortened and corresponds to the "normal operation" of the CCD sensor.
  • the exposure process begins at 54 for the second field after the shifted CCD sensor has arrived in its second position according to FIG. 8f). This is followed by a time period T 2 with the "effective exposure time" 48.
  • the time interval 49 between the two effective exposure times 48 is smaller than the normal time interval T, between two effective exposure times in FIG. 8b).
  • the starting time for the flash can be set such that one for each of the first and the second partial image the same amount of light is available.
  • Fig. 81 shows the light output for a double flash, which instead of
  • Flash with the light output according to Fig. 8j) can be used.
  • FIG. 8m shows the charge accumulation (signal curves 53 and 54) for the two partial images corresponding to the double flashes 63 in FIG. 81).
  • Fig. 8n shows erase pulse bursts 66 with interposed pulse pauses 47, after which a continuous read operation of the CCD sensor 1 takes place with the shutter 17 open, so that the user can adjust the device (focus etc.), the duration of the pulse -Bursts 66 like that is selected so that the effective exposure time for the image sensor element in question corresponds approximately to the time period T 2 in FIG. 8e).
  • Fig. 9 shows schematically a progressive scan interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with those already mentioned
  • a horizontal CCD bucket chain 71 is connected to the vertical bucket chains and to this an output amplifier 72.
  • the CCD sensor cutouts according to FIGS. 3 to 7 correspond to the illustration according to FIG. 9, but in FIGS. 3 to 7 the CCD bucket chains 70 and 71 and the output amplifier 72 are omitted.
  • FIG. 10 schematically shows a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with an additional, optically covered memory zone 73.
  • Such a sensor enables the rapid successive recording of three partial images and thus the complete avoidance of color aliasing; because the
  • Transfer from the vertical bucket chains 70 into the storage zone 73 can also be carried out quickly enough with 1/1000 sec for the recording of moving objects, as can the transfer of charges from the light-sensitive elements 20 into the vertical bucket chains 70.
  • the spectral characteristic based on a pixel of the resulting image, would have to be changed twice, that is to say between the first and the second and the third partial image. This could be done by moving the CCD sensor twice.
  • FIG. 11 schematically shows the detail of a CCD image sensor with a color mosaic filter 74, which makes the individual sensor elements 20 sensitive to yellow (Y) and cyan (C).
  • the CCD sensor 1 remains in its place during the recording of the first and the second partial image.
  • a filter is placed mechanically or optically (for example with the aid of a liquid crystal component) between the recordings for the two partial images

Abstract

Disclosed is a colour camera designed to make digital pictures, including moving objects, using one single CCD surface sensor with a colour mosaic filter, according to a method consisting in making two partial pictures in a quick sequence, for example by using a double flash and by modifying between both frames the spectral characteristic for the image points of the colour picture to be made, in such a way that, after the first partial picture, the CCD surface sensor is moved vertically by a screen distance. From the resulting colour separations for each image element information is obtained on the third missing colour separation, without the usual colour changes specific to a colour camera with a mosaic filter.

Description

Digitale Farbkamera für die elektronische FotografieDigital color camera for electronic photography
Die Erfindung betrifft eine digitale Farbkamera mit einem Flächensensor, insbesondere CCD-Flächensensor, aus matrixförmig angeordneten lichtempfindlichen Sensorelementen mit einem Farbmosaikfilter ent- sprechend mindestens zwei Farbauszügen, und mit einer Belichtungssteuereinrichtung, die zur Aufnahme eines Farbbildes in zeitlicher Folge Teilbilder erzeugt.The invention relates to a digital color camera with an area sensor, in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements arranged in a matrix with a color mosaic filter corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device that generates partial images in chronological order for recording a color image.
Üblicherweise werden CCD-Flächensensoren in Videokameras verwen- det, man kann mit ihnen jedoch auch Einzelbilder erzeugen. Zur Herstellung von Farbbildern, die die vollständige Farbinformation eines Objektbildes beinhalten, verwendet man einen Farbbildwandler mit einem Satz von drei CCD-Flächensensoren mit zugehörigen Farbfiltermasken, so daß die einzelnen Flächensensoren jeweils eine Farbe er- fassen, beispielsweise die Grundfarben Rot (R), Blau (B) und Grün (G).CCD area sensors are usually used in video cameras, but they can also be used to generate individual images. To produce color images that contain the complete color information of an object image, a color image converter with a set of three CCD area sensors with associated color filter masks is used, so that the individual area sensors each detect a color, for example the primary colors red (R), blue (B) and green (G).
Die lichtempfindlichen Sensorelemente eines Interline- Transfer-CCD- Flächensensors haben baulich bedingt eine Flächengröße, die etwa nur halb so groß ist wie der Rasterabstand, das heißt, zwischen den einzel- nen Sensorelementen befinden sich lichtunempfindliche Bereiche. Hierdurch geht natürlich ein Teil der Bildinformation verloren.For structural reasons, the light-sensitive sensor elements of an Interline Transfer CCD area sensor have an area size that is only half as large as the grid spacing, which means that there are light-insensitive areas between the individual sensor elements. Of course, some of the image information is lost as a result.
Um den Preis eines Farbbildwandlers zu senken, wurde bereits vorgeschlagen, anstelle dreier CCD-Flächensensoren nur einen solchen Sensor zu verwenden, wobei sich auf dem Flächensensor ein Farbmosaikfilter für drei Farbauszüge befindet. Dabei bilden drei einander benachbarte Sensorelemente dann ein Färb- Auflösungselement. Die örtliche Auflösung bei solchen Farbbildwandlern ist natürlich relativ gering, verglichen beispielsweise mit einem monochromen Bildwandler mit einem CCD-Flächensensor. Von dem Erfinder wurde ein demgegenüber stark verbesserter Farbbildwandler vorgeschlagen, der nur einen CCD-Flächensensor mit einem Farbmosaikfilter mit drei Farbauszügen enthält. Die Aufnahme erfolgt in drei Schritten, jeweils ein Schritt für ein Teilbild, wobei in einem Zyklus von drei Schritten der CCD-Flächensensor relativ zu dem Objektbild mit Hilfe von piezoelektrischen Stellgliedern derart bewegt wird, daß nacheinander jeder Bildpunkt auf eines von drei Bildsensorelementen für die drei Farbauszüge fällt. (EP-A-0 396 687).In order to lower the price of a color image converter, it has already been proposed to use only one such sensor instead of three CCD area sensors, a color mosaic filter for three color separations being located on the area sensor. Three adjacent sensor elements then form a color resolution element. The local resolution in such color image converters is of course relatively low compared to, for example, a monochrome image converter with a CCD area sensor. In contrast, the inventor has proposed a color image converter which is greatly improved in comparison and which only contains a CCD area sensor with a color mosaic filter with three color separations. The recording takes place in three steps, one step for a partial image, with the CCD area sensor being moved relative to the object image with the aid of piezoelectric actuators in a cycle of three steps such that each pixel is successively placed on one of three image sensor elements for the three Color separations fall. (EP-A-0 396 687).
Dieses Prinzip der zeitlich gestaffelten Aufnahme von Teilbildern mit anschließendem Zusammensetzen der Teilinformationen zu einem einheitlichen Farbbild hat sich bewährt. Allerdings eignet sich dieser bekannte Farbbildwandler nur zur Aufnahme ruhender Objekte. Dies ist aufgrund der Bauweise der CCD-Flächensensoren als unvermeidbar angesehen worden; denn an die bei üblichen CCD-Flächensensoren 20 msec (Fernsehnorm) bzw. 100 ms (hochauflösende Sensoren) betragende Aufladezeit, in der in jedem einzelnen Bildsensorelement Photonen aufgefangen werden, schließt sich ein Schritt des Auslesens der Ladungen an. Das Auslesen der Bildinformation aus dem Sensor dauert etwa so lange wie das in der jeweils vorausgehenden Zeitspanne erfolgendeThis principle of staggered recording of partial images with subsequent combination of the partial information into a uniform color image has proven itself. However, this known color image converter is only suitable for recording stationary objects. Due to the design of the CCD area sensors, this has been regarded as inevitable; The step of reading the charges follows the charging time of 20 msec (television standard) or 100 ms (high-resolution sensors) in conventional CCD area sensors, during which photons are captured in each individual image sensor element. The reading of the image information from the sensor takes approximately as long as that which takes place in the preceding time period
Ansammeln der Ladungen und läßt sich praktisch nicht beschleunigen. Will man drei Teilbilder mit einem solchen CCD-Flächensensor aufnehmen, so benötigt man also mindestens einen Zeitraum, der etwa vier Zeitintervallen zum Ansammeln von Ladungen oder Auslesen der La- dungsinformation entspricht, nämlich drei Ladungsansammel-Zeitspannen und - um eine Zeitspanne versetzt - drei Auslese-Zeitspannen. Dazu kommt noch die Zeit zum (mechanischen) Verlagern des CCD-Flächensensors relativ zu dem Objektbild. Dieses Verlagern des Sensors muß zwischen den einzelnen Teilbildaufnahmen erfolgen.Accumulation of the charges and practically cannot be accelerated. If you want to record three partial images with such a CCD area sensor, you need at least a time period that corresponds to approximately four time intervals for accumulating charges or reading out the charge information, namely three charge accumulation periods and - offset by one period - three readouts -Times. In addition, there is the time for (mechanical) displacement of the CCD area sensor relative to the object image. This shifting of the sensor must take place between the individual partial image recordings.
Bei ruhenden Objekten spielt die relativ lange Zeit für die oben geschilderten Abläufe keine Rolle. Bei sich bewegenden Objekten geht aber wesentliche Bildinformation zwischen den Aufnahmen der einzelnen Teilbilder verloren. Betrachtet man einen einzelnen Bildpunkt, von dem nacheinander drei Aufnahmen entsprechend den drei Farbauszügen gemacht werden, so befindet sich ein gedachter Punkt eines sich bewegenden Objekts bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes schon nicht mehr exakt an der Stelle, an der er sich bei der Aufnahme des ersten Teilbildes befunden hat, und bei Aufnahme des dritten Teilbildes schließlich befindet sich der Objektpunkt höchstwahrscheinlich an einer ganz anderen Stelle. Werden die Informationen der drei Farbauszüge dann zusammengesetzt, so werden Informationen von verschiedenen Objektpunkten zusammengesetzt, was sich durch unerwünschte Farb- Störungen bemerkbar macht.In the case of stationary objects, the relatively long time does not matter for the processes described above. With moving objects, however, essential image information is lost between the recordings of the individual partial images. Looking at a single pixel from which If three shots are taken in succession according to the three color separations, an imaginary point of a moving object is no longer exactly at the point at which it was when the first sub-frame was captured, and when the second sub-frame was captured Finally, in the third sub-picture, the object point is most likely in a completely different place. If the information from the three color separations is then put together, information from different object points is put together, which is noticeable by undesirable color disturbances.
Natürlich kann man zum Photographieren sich bewegender Objekte ("Schnappschuß") einen Farbbildwandler mit drei separaten CCD- Flächensensoren vorsehen, jedoch würde ein derartiger Farbbildwandler aufgrund seines sehr hohen Preises kaum kommerziell nutzbar sein.Of course, a color image converter with three separate CCD area sensors can be provided for photographing moving objects ("snapshot"), but such a color image converter would hardly be commercially usable due to its very high price.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Farbkamera anzugeben, die einerseits nur einen einzigen CCD-Flächensensor benötigt und andererseits auch die Aufnahme bewegter Objekte in guter Qualität ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a digital color camera which on the one hand only requires a single CCD area sensor and on the other hand also enables the recording of moving objects in good quality.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zur Aufnahme eines Farbbildes zwei Teilbilder in einem zeitlichen Abstand aufgenommen werden, der kürzer ist als die zweite Zeitspanne, die zum Auslesen eines Teilbildes aus dem Sensor benötigt wird, und daß zwischen den beiden Aufnahmen die spektrale Charakteristik zumindest für einen Teil der Bildpunkte des zu erzeugenden Farbbildes umschaltbar ist.This object is achieved according to the invention in that two partial images are taken at a time interval which is shorter than the second time period which is required for reading out a partial image from the sensor, and that the spectral characteristic at least between the two images is taken for taking a color image is switchable for some of the pixels of the color image to be generated.
Das letztgenannte Merkmal ist im Prinzip bereits aus der vorerwähnten EP-A-0 396 687 bekannt: von ein und demselben Bildpunkt werden nacheinander durch verschieden eingefärbte Sensorelemente verschiedene Farbauszüge gewonnen. Das Ändern der spektralen Charakteristik kann in der unten noch näher erläuterten Weise auf verschiedenen Wegen erfolgen, beispielsweise durch Verschieben des CCD-Flächensensors gegenüber dem Objektbild in eine bestimmte Richtung und um einen bestimmten Betrag.In principle, the latter feature is already known from the aforementioned EP-A-0 396 687: from one and the same pixel, different color separations are obtained in succession by differently colored sensor elements. The spectral characteristic can be changed in the manner explained in more detail below in various ways, for example by moving the CCD area sensor towards the object image in a certain direction and by a certain amount.
Das weitere erfindungsgemäße Merkmal betrifft den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen für die einzelnen Teilbilder. Zunächst einmal muß der zeitliche Abstand zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder klein genug sein, damit ein sich bewegendes Objekt und dementsprechend das dazugehörige Objektbild sich in Bezug auf den CCD-Flächensensor nicht wesentlich verlagern kann. Auch bei relativ schnell bewegten Objekten soll noch eine scharfe Aufnahme mit im wesentlichen korrekter Farbinformation möglich sein.The further feature according to the invention relates to the time interval between two successive recordings for the individual partial images. First of all, the time interval between the recordings of the two partial images must be small enough so that a moving object and, accordingly, the associated object image cannot shift significantly with respect to the CCD area sensor. Even with relatively quickly moving objects, a sharp image with essentially correct color information should still be possible.
Die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilaufnahmen kann aber auch nicht extrem stark verkürzt werden; denn für beide Teilauf- nahmen benötigen die einzelnen Sensorelemente eine gewisse Zeit, umThe time span between two consecutive partial recordings cannot be shortened extremely; because for both partial exposures the individual sensor elements need a certain amount of time to
Photonen in einer Menge einfangen zu können, die eine signifikante Information darstellt. Ferner wird zwischen den zwei Teilaufnahmen noch eine zeitliche Lücke benötigt, in welcher die spektrale Charakteristik für die einzelnen Bildpunkte geändert wird.Being able to capture photons in an amount that represents significant information. Furthermore, a time gap is required between the two partial recordings, in which the spectral characteristic for the individual pixels is changed.
Versuche mit Ausführungsbeispielen der Erfindung haben gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Farbbildwandler scharfe Farbbilder hergestellt werden können, die praktisch frei von Farbaliasstörungen sind. Wurde bislang davon ausgegangen, daß für solche qualitativ hochstehen- den Farbbilder drei Farbauszüge unerläßlich sind, so hat der Erfinder erkannt, daß es nicht unbedingt notwendig ist, an jedem Bildort die Information von drei Auszügen zur Verfügung zu haben. Stehen pro Bildelement zwei Farbauszüge zur Verfügung und in unmittelbarer Nachbarschaft der fehlende dritte Farbauszug, so läßt sich durch ein- fache Rechnung der Wert für den dritten Farbauszug an dem jeweiligenExperiments with embodiments of the invention have shown that sharp color images can be produced with the color image converter according to the invention, which are practically free of color alias disturbances. While it was previously assumed that three color separations are indispensable for such high-quality color images, the inventor has recognized that it is not absolutely necessary to have the information from three extracts available at each image location. If two color separations are available per picture element and the missing third color separation in the immediate vicinity, the value for the third color separation on the respective one can be calculated by simple calculation
Bildelement ermitteln. Betrachtet man beispielsweise drei nebeneinanderliegende Bildpunkte mit den Indizes "1", "2" und "3", an denen jeweils die Farbinformation für Grün (Gl, G2, G3) und teilweise für Blau und Rot (Bl, R2, B3) vorliegt, so läßt sich zum Beispiel für den mittleren Punkt der Wert von Blau nach der Formel berechnen:Determine image element. For example, consider three adjacent pixels with the indices "1", "2" and "3", on each of which the color information for green (Gl, G2, G3) and partially for blue and Red (Bl, R2, B3) is present, for example the value of blue for the middle point can be calculated using the formula:
B2 = G2 x (Bl + B3) Gl + G3B2 = G2 x (Bl + B3) Gl + G3
Der für je einen Bildpunkt noch fehlende Farbauszug läßt sich in der oben angegebenen oder in anderer Weise durch Rechnen gewinnen.The color separation that is still missing for each pixel can be obtained by arithmetic or in another way.
Neben der Erkenntnis, daß bereits zwei Farbauszüge für die einzelnenIn addition to the realization that there are already two color separations for the individual
Bildpunkt genügen, um ein qualitativ hochstehendes Farbbild zu erzeugen, ist auch die Erkenntnis wichtig, daß auch bei bewegten Objekten nicht unbedingt eine "gleichzeitige" Aufnahme für sämtliche Bildpunkte stattfinden muß, sondern daß es ausreicht, wenn die Teilbilder in einem relativ kurzen zeitlichen Abstand nacheinander aufgenommen werden.Sufficient pixels to produce a high-quality color image, it is also important to recognize that even with moving objects, a "simultaneous" recording for all pixels does not necessarily have to take place, but that it is sufficient if the partial images in succession in a relatively short time interval be included.
Das Aufnehmen von Bildern nacheinander in kurzem zeitlichen Abstand ist an sich bereits bekannt, und zwar für Darstellungen eines Bewegungsablaufs. Während es hierbei speziell darum geht, durch zwei kurz nacheinander aufgenommene Bilder unterschiedliche Bewegungsphasen zu ermitteln, geht es bei der Erfindung im Gegenteil darum, trotz zeitlichen Abstands zwischen zwei Aufnahmen ein Bild zu erzeugen, welches scheinbar nur einem einzigen Zeitpunkt entspricht.The taking of pictures in succession at a short time interval is already known per se, namely for displaying a sequence of movements. While it is specifically a question here of determining different movement phases by means of two images taken in quick succession, on the contrary, the object of the invention is to generate an image despite the time interval between two images, which apparently corresponds to only a single point in time.
Erfindungsgemäß spielt die Funktionsweise der üblichen CCD-Flächen- sensoren eine beträchtliche Rolle. Wie erwähnt, sind zur Aufnahme eines Bildes bei solchen CCD-Flächensensoren zwei Zeitintervalle notwendig, das erste Zeitintervall dient zum Ansammeln von Ladungen in dem jeweiligen Bildsensorelement, das zweite Intervall dient zum Auslesen dieser Ladungen. Allerdings erfolgt die dem Auslesen vorangehen- de Übertragung der Ladungen aus den Sensorelementen in die vertikalenAccording to the invention, the mode of operation of the usual CCD area sensors plays a considerable role. As mentioned, two time intervals are necessary to record an image with such CCD area sensors, the first time interval is used for the accumulation of charges in the respective image sensor element, the second interval is used for reading out these charges. However, the charge transfer from the sensor elements to the vertical is carried out prior to the reading
Eimerketten z. B. eines Interline-Transfer-CDD-Sensors in weniger als 1 μs, so daß anschließend das Photoelement wieder bereit ist zum Ansammeln neuer Ladungen. Während dann das "zweite" Teilbild aufgenommen wird, werden die zu dem "ersten" Teilbild gehörigen La- düngen in an sich bekannter Weise aus diesen vertikalen Eimerketten ausgelesen. Die vollständige Zeit zum Auslesen eines Bildes bei solchen CCD-Flächensensoren gibt bei Fernsehbildsequenzen die mittlere Bildrate vor, so daß diese mittlere Bildrate sich nicht über die durch das Auslesen des Bildes vorgegebene Grenze hinaus steigern läßt. Erfin- dungsgemäß jedoch erfolgt eine Verkürzung des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Teilaufnahmen. Dies ist nur deshalb möglich, weil eine Beschränkung auf nur zwei Teilbilder erfolgt. Die erste Zeitspanne, in der Ladungen in den einzelnen Sensorelementen angesammelt werden, wird beispielsweise halbiert. Nach Beendigung des verkürzten Ladungs- ansammel-Zeitraums wird die Belichtung der Sensorelemente unterbunden, es erfolgt der kurze Ladungstransfer aus dem Photoelement des jeweiligen Bildsensorelements in die zugehörige Ladungseimerkette, und dann wird mit dem Auslesen des "ersten" Teilbildes begonnen. Nachdem die spektrale Charakteristik für den betreffenden Bildpunkt geändert ist, wird mit dem Aufnehmen des "zweiten" Teilbildes begonnen. Mit Hilfe dieser für einen üblichen CCD-Flächensensor völlig untypischen Arbeitsweise wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, mit nur einem Sensor von Farb-Alias praktisch völlig freie Farbbilder von sich bewegenden Objekten zu erzeugen.Bucket chains e.g. B. an interline transfer CDD sensor in less than 1 μs, so that the photo element is then ready to collect new charges. While the "second" partial image is then recorded, the layers belonging to the "first" partial image are made from these vertical bucket chains in a manner known per se read out. The complete time for reading out an image in the case of such CCD area sensors specifies the average frame rate in the case of television picture sequences, so that this average frame rate cannot be increased beyond the limit given by the reading out of the picture. According to the invention, however, the time interval between two partial recordings is shortened. This is only possible because there is a restriction to only two fields. The first time span in which charges are accumulated in the individual sensor elements is halved, for example. After the shortened charge accumulation period has ended, the exposure of the sensor elements is prevented, the charge is briefly transferred from the photo element of the respective image sensor element into the associated charge bucket chain, and reading out of the "first" partial image is then started. After the spectral characteristic for the pixel concerned has been changed, the recording of the "second" partial image is started. With the aid of this method of operation, which is completely atypical for a conventional CCD area sensor, the possibility is created according to the invention of generating practically completely free color images of moving objects with only one sensor of color aliases.
Die obigen Betrachtungen betreffen vornehmlich sogenannte Progressiv- Scan-Interline-Transfer-Sensoren, bei denen in den Eimerketten Platz für das vollständige Bild ist, und die sich daher ideal für eine digitale Kamera eignen. Die Erfindung ist aber auch mit sogenannten Fernsehbild- Interline-Transfer- und Frame-Interline-Sensoren ausführbar. Bei diesen kann zwar nur die Hälfte der Sensorelemente ausgewertet werden, dafür sind sie aber wegen ihres geringen Preises für Kameras gemäß der Erfindung interessant. Der Frame-Interline-Sensor verfügt über eine Speicherzone neben dem Bildfeld und kann drei voneinander unabhän- gige Bilder in einem sehr kurzen Zeitraum liefern. Zusätzlich zu den zwei in der oben erläuterten Weise aufgenommenen Teilbildern kann also noch ein drittes Bild aufgenommen werden, so daß für jeden Bildort sämtliche drei Farbauszüge quasi simultan gewonnen werden können. Farb-Alias-Artefakte können damit vollständig vermieden werden. In einer speziellen Ausgestaltung kann - wie bereits erwähnt - die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildem durch Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor erfolgen. Betrachtet man einen einzigen Bildpunkt des zu erzeu- genden Farbbildes, so wird beim ersten Teilbild dieser Bildpunkt zumThe above considerations relate primarily to so-called progressive scan interline transfer sensors, in which there is space in the bucket chains for the complete picture, and which are therefore ideal for a digital camera. However, the invention can also be implemented with so-called television image interline transfer and frame interline sensors. With these, only half of the sensor elements can be evaluated, but they are interesting because of their low price for cameras according to the invention. The frame interline sensor has a storage zone next to the image field and can deliver three independent images in a very short period of time. In addition to the two partial images recorded in the manner explained above, a third image can also be recorded so that all three color separations can be obtained quasi-simultaneously for each image location. Color alias artifacts can thus be completely avoided. In a special embodiment, as already mentioned, the change in the spectral characteristic between the two partial images can take place by means of a relative shift between the object image and the area sensor. If one considers a single pixel of the color image to be generated, then this pixel becomes the first pixel
Beispiel mit einem für Rot empfindlichen Sensorelement aufgenommen, und beim zweiten Teilbild mit einem zum Beispiel für Grün empfindlichen Sensorelement. Damit wird dieser Bildpunkt also mit zwei verschiedenen spektralen Charakteristika erfaßt. Dies gilt auch für die übrigen Bildpunkte.Example taken with a sensor element sensitive to red, and in the second field with a sensor element sensitive to green, for example. This pixel is thus detected with two different spectral characteristics. This also applies to the other pixels.
Das Farbmosaikfilter ist so beschaffen, daß es drei Farbauszügen entspricht. Bei einem solchen Farbmosaikfilter kann beispielsweise entsprechend den hellen Feldern eines Schachbretts jedes zweite Sensor- element der Matrix des Flächensensors für Grün empfindlich sein, wobei die verbleibende Hälfte der Sensorelemente abwechselnd für Rot und für Blau empfindlich ist.The color mosaic filter is designed so that it corresponds to three color separations. In the case of such a color mosaic filter, for example, every second sensor element of the matrix of the area sensor can be sensitive to green, corresponding to the bright fields of a chessboard, the remaining half of the sensor elements being alternately sensitive to red and blue.
Die Relativverschiebung kann einem ganzzahligen Vielfachen eines Pixelabstands entsprechen, und zwar in horizontaler oder in vertikalerThe relative shift can correspond to an integer multiple of a pixel spacing, in horizontal or in vertical
Richtung. Am günstigsten ist es, den Flächensensor zwischen der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes vertikal, d.h. in y-Richtung zu bewegen, weil dann der Umstand ausgenutzt wird, daß in dieser Richtung die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche der Sensorele- mente größer als in x-Richtung ist, Positionierfehler also weniger Auswirkung haben.Direction. It is most favorable to position the area sensor vertically between the acquisition of the first and the second partial image, i.e. to move in the y-direction, because then the fact is exploited that in this direction the expansion of the light-sensitive surface of the sensor elements is greater than in the x-direction, so positioning errors have less effect.
Alternativ kann die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern auch durch eine Relativverschiebung in dia- gonaler Richtung erfolgen, v/obei jeweils um ein halbes Pixel in X-Alternatively, the spectral characteristic between the two partial images can also be changed by a relative shift in the diagonal direction, v / o each by half a pixel in X-
Richtung und um ein halbes Pixel in Y-Richtung verschoben wird. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Farbmosaikfilter für drei Farbauszüge verwendet. Durch diese Verschiebung des Flächensensors wird das zweite Teilbild an solchen Bildorten aufgenommen, die in den Zwischenräumen zwischen den Bildorten des ersten Teilbildes liegen.Direction and is shifted by half a pixel in the Y direction. In this case, a color mosaic filter is preferably used for three color separations. This displacement of the area sensor will second partial image recorded at those image locations that lie in the spaces between the image locations of the first partial image.
Bei einem üblichen Interline-Transfer-CCD-Flächensensor, bei dem die Abmessungen der wirksamen Lichteintrittsfläche eines Sensorelements etwa dem halben Rasterabstand zwischen benachbarten Sensorelementen entspricht, wird bei der Aufnahme eines Teilbildes immer nur etwa ein Viertel der gesamten Bildinformation aufgenommen. Durch das Diagonalverschieben wird ein weiteres Viertel der Bildinformation aufge- nommen (doppelte Auflösung). Allerdings liegt dann für jeden aufgenommenen Bildpunkt nur Farbinformation entsprechend einem einzigen Farbauszug vor. Wegen der geringeren Information für die Farbe ist diese Ausführungsform weniger günstig als die oben beschriebene Ausführungsform mit Verschiebung um volle Rasterabstände.In a conventional interline transfer CCD area sensor, in which the dimensions of the effective light entry area of a sensor element correspond to approximately half the grid spacing between adjacent sensor elements, only approximately a quarter of the total image information is recorded when a partial image is recorded. By shifting diagonally, another quarter of the image information is recorded (double resolution). However, only color information corresponding to a single color separation is then available for each recorded pixel. Because of the less information for the color, this embodiment is less favorable than the embodiment described above with a shift by full grid spacings.
Auch hier handelt es sich um eine Änderung der spektralen Charakteristik. Man kann sich das entstehende Bild mit einer vierfachen Anzahl von Bildpunkten, also jeweils der doppelten Anzahl in x- und y-Richtung vorstellen. Es werden nun einige Bildpunkte, die beim ersten Teilbild überhaupt nicht erfaßt wurden (spektrale Null- Charakteristik), beim zweiten Teilbild mit einem farbigen Sensorelement erfaßt, während andererseits alle Bildpunkte, die beim ersten Teilbild mit einem farbigen Sensorelement erfaßt wurden, beim zweiten Teilbild überhaupt nicht (mit spektraler Null-Charakteristik) erfaßt werden. Die Hälfte aller Bild- punkte des gedachten entstehenden Bildes vierfacher Anzahl von Bildpunkten wird weder vom ersten noch vom zweiten Teilbild erfaßt. Der Wechsel zwischen Nichterfassen (Null-Charakteristik) und Erfassen (mit Farbfilter) eines Bildpunktes bedeutet ebenfalls eine Änderung der spektralen Charakteristik im Sinne der Erfindung.This is also a change in the spectral characteristic. The resulting image can be imagined as four times the number of pixels, i.e. twice the number in the x and y directions. Some pixels that were not recorded at all in the first field (spectral zero characteristic) are now recorded in the second field with a colored sensor element, while on the other hand all pixels that were recorded in the first field with a colored sensor element are recorded in the second field at all cannot be recorded (with spectral zero characteristic). Half of all pixels of the imaginary resulting image four times the number of pixels is not captured by the first or the second partial image. The change between non-detection (zero characteristic) and detection (with color filter) of a pixel also means a change in the spectral characteristic in the sense of the invention.
Der Flächensensor läßt sich in der Bildebene vertikal und/oder horizontal verschieben, wozu vorzugsweise von Piezostellgliedern Gebrauch gemacht wird. In Frage kommen allerdings auch magnetostriktive, elektrodynamische oder andere Stellglieder. Die Relativ Verschiebung zwischen dem Flächensensor und dem Objektbild kann auch durch optische Maßnahmen erfolgen, beispielsweise durch Verschwenken eines im Strahlengang befindlichen Prismas, mit Hilfe einer Kerr-Zelle oder durch Verändern der Polarisation in Zusammenwirkung mit doppelbrechenden Materialien.The area sensor can be displaced vertically and / or horizontally in the image plane, for which use is preferably made of piezo actuators. However, magnetostrictive, electrodynamic or other actuators can also be used. The relative displacement between the area sensor and the object image can also be carried out by optical measures, for example by pivoting a prism located in the beam path, with the aid of a Kerr cell or by changing the polarization in cooperation with birefringent materials.
Das Ändern der spektralen Charakteristik zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder kann auch durch Ändern der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe der lichtempfindlichen Sensorelemente mitChanging the spectral characteristic between the recordings of the two partial images can also be done by changing the effective spectral sensitivity profiles of the light-sensitive sensor elements
Hilfe eines Farbfilters erfolgen, welches selektiv in den Strahlengang einbringbar ist oder welches sich dauernd im Strahlengang befindet und die Möglichkeit bietet, seine Durchlässigkeit zu ändern. Beispielsweise kann man als permanent im Strahlengang befindliches Farbfilter ein Flüssigkristallbauelement vorsehen. Eine weitere Möglichkeit zum Ändern der spektralen Charakteristik besteht darin, durch Anlegen veränderlicher elektrischer Spannungen an den CCD-Flächensensor den spektralen Empfindlichkeitsverlauf der Photodioden des Sensors zu variieren. Es ist dann keine Relativverschiebung zwischen Objektbild und Flächensensor erforderlich.With the help of a color filter, which can be selectively inserted into the beam path or which is permanently in the beam path and offers the possibility of changing its permeability. For example, a liquid crystal component can be provided as a color filter permanently in the beam path. Another possibility for changing the spectral characteristic is to vary the spectral sensitivity curve of the photodiodes of the sensor by applying variable electrical voltages to the CCD area sensor. There is then no need for a relative shift between the object image and the area sensor.
Zwischen den Aufnahmen der beiden Teilbilder wird der Betrieb der Sensorelemente, das heißt das Ansammeln von Ladungen in den einzelnen Sensorelementen unterbunden. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, wie es nachstehend erläutert wird. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, daß man das Objekt in der Übergangsphase beim Ändern der spektralen Charakteristik dunkel hält, also verhindert, daß Licht auf den Flächensensor fällt. Hierzu kann man zum Beispiel das Objekt für jede Teilbildaufnahme mit einem Blitz beleuchten. Um gleichzeitig eine Änderung der spektralen Charakteristik zu erreichen, kann man bei der Aufnahme des ersten Teilbildes mit einem farblosen Blitz und bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes mit beispielsweise einem grünen Blitz photographieren. Zwei verschiedenfarbige Blitze sind allerdings nur dann sinnvoll, wenn der Farbsensor ein Farbmosaikfilter mit nur zwei verschiedenen Farben aufweist und somit zur Gewinnung des mindestens erforderlichen dritten Farbauszugs die spektrale Charakteristik global verändert werden soll.The operation of the sensor elements, that is, the accumulation of charges in the individual sensor elements, is prevented between the recordings of the two partial images. This can be done in a number of ways, as explained below. One way to achieve this is to keep the object dark in the transition phase when changing the spectral characteristic, thus preventing light from falling on the area sensor. For this purpose, for example, the object can be illuminated with a flash for each partial image recording. In order to achieve a change in the spectral characteristic at the same time, it is possible to photograph with a colorless flash when recording the first field and, for example, with a green flash when recording the second field. However, two differently colored flashes only make sense if the color sensor has a color mosaic filter with only two different colors and thus the spectral characteristic is to be changed globally in order to obtain the minimum required third color separation.
Die oben erwähnten zwei aufeinanderfolgenden Blitze können durch ein einziges Blitzlichtgerät erzeugt werden, oder mit Hilfe eines Geräts mit zwei Blitzlampen. Diese Maßnahmen haben den Zweck, ein Verwischen des Bildes (Bewegungsverwischung, spektrale Verwischung) zu unterbinden. Zu diesem Zweck kann man auch daran denken, die während des Umschaltens der spektralen Charakteristik erzeugte Ladung in denThe two successive flashes mentioned above can be generated by a single flash device or by means of a device with two flash lamps. The purpose of these measures is to prevent blurring of the image (motion blurring, spectral blurring). For this purpose one can also think of the charge generated during the switching of the spectral characteristic in the
Bildsensorelementen elektrisch zu löschen.Electrically delete image sensor elements.
Um den zeitlichen Abstand der Aufnahme der zwei Teilbilder zu verkürzen, kann man einen optischen/mechanischen Verschluß verwenden. Mit dessen Hilfe lassen sich die effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind hier definitionsgemäß die Mitten der jeweiligen ersten Zeitspannen, in denen normalerweise Ladungen in den einzelnen Sensorelementen angesammelt werden, genau einstellen. Diese effektiven Belichtungszeitpunkte können auch durch "aktive Beleuchtung" erreicht werden, das heißt man kann das zu photographierende Objekt mit entsprechend zeitlich abgestimmten Blitzen photographieren.An optical / mechanical shutter can be used to shorten the time interval between the recording of the two partial images. It can be used to precisely set the effective exposure times, which by definition are the middle of the respective first time periods in which charges are normally accumulated in the individual sensor elements. These effective exposure times can also be achieved by "active lighting", that is to say the object to be photographed can be photographed with correspondingly timed flashes.
Wie oben erläutert, werden zum Erzeugen von qualitativ hochstehenden Farbbildern in zwei kurz aufeinanderfolgenden Zeitspannen Teilbilder erzeugt, wobei durch zwischen den Aufnahmen der Teilbilder erfolgendeAs explained above, partial images are generated for producing high-quality color images in two short successive time periods, with those taking place between the recordings of the partial images
Umschaltung der spektralen Charakteristik für zumindest einen Teil der Bildpunkte Teil-Farbinformationen erhalten werden. Um aus diesen Teilinformationen weitere Farbinformation zu berechnen, werden die vom CCD-Sensor kommenden analogen Bilddaten mit Hilfe eines Ana- log/Digital-Wandlers digitalisiert, so daß sie in einer Recheneinheit verarbeitet werden können. Man kann die Farbinformation bezüglich der einzelnen Teilbilder innerhalb der den erfindungsgemäßen Farbbildwandler aufnehmenden Kamera verarbeiten, man kann die Bildinformation aber auch so, wie sie nach der Analog/Digital-Umwandlung vorliegt, Zwischenspeichern, um die Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt vorzunehmen.Switching of the spectral characteristics for at least some of the pixels partial color information can be obtained. In order to calculate further color information from this partial information, the analog image data coming from the CCD sensor is digitized with the aid of an analog / digital converter, so that it can be processed in a computing unit. The color information relating to the individual partial images can be processed within the camera receiving the color image converter according to the invention, but the image information can also be processed as it is after the analog / digital conversion. Buffer to process later.
Die Erfindung bietet eine Reihe von speziellen Vorteilen, die gleichsam als Nebenprodukte der erfindungsgemäßen Maßnahmen anfallen: wenn man den CCD-Sensor mit Hilfe eines piezoelektrischen Stellglieds zwischen den Aufnahmen der Teilbilder verschiebt, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, durch Wackelnlassen des Sensors Informationen für eine automatische Kalibrierung und zur Fokussierung zu gewinnen. Durch Vergleich der beiden Teilbilder kann man Information darüber gewinnen, ob das Objekt sich gegebenenfalls zu schnell bewegt, um eine scharfe Aufnahme zu erhalten. Gegebenenfalls kann für den Benutzer ein Warnsignal erzeugt werden.The invention offers a number of special advantages, which are, as it were, by-products of the measures according to the invention: if the CCD sensor is moved between the recordings of the partial images with the aid of a piezoelectric actuator, there is also the possibility, by wobbling the sensor, of information for automatic Calibration and gaining focus. By comparing the two partial images, information can be obtained as to whether the object is possibly moving too quickly in order to obtain a sharp image. If necessary, a warning signal can be generated for the user.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand derIn the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen digitalen Farbkamera;1 shows a block diagram of an embodiment of a digital color camera according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines horizontal und vertikal ver- schieblich gelagerten CCD-Flächensensors;2 shows a schematic illustration of a horizontally and vertically displaceably mounted CCD area sensor;
Fig. 3 einen Ausschnitt der Oberfläche des Sensors nach Fig. 2;3 shows a detail of the surface of the sensor according to FIG. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt ähnlich wie Fig. 3, wobei eine Verschiebungsrichtung des CCD-Flächensensors angegeben ist;FIG. 4 shows a detail similar to FIG. 3, a direction of displacement of the CCD area sensor being indicated;
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, jedoch nach erfolgter Verschie- bung vertikal nach unten, wobei die aus beiden Teilbildern gewonnene5 shows a view similar to FIG. 4, but after the displacement has taken place vertically downward, the one obtained from both partial images
Farbinformation dargestellt ist; Fig. 6 einen ähnlichen Ausschnitt der Oberfläche eines CCD-Sensors mit einem Verschiebungsvektor entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;Color information is shown; 6 shows a similar section of the surface of a CCD sensor with a displacement vector according to a second embodiment of the invention;
Fig. 7 den Ausschnitt des CCD-Sensors nach Fig. 6 nach erfolgterFig. 7 shows the detail of the CCD sensor of FIG. 6 after it has taken place
Verschiebung, wobei sämtliche von beiden Teilbildern erfaßten Bildpunkte dargestellt sind;Shift, wherein all the pixels captured by the two partial images are shown;
Fig. 8 ein Impulsdiagramm, welches die Arbeitsweise der erfindungs- gemäßen Farbkamera verdeutlicht;8 shows a pulse diagram which illustrates the mode of operation of the color camera according to the invention;
Fig. 9 und 10 schematische Darstellungen eines Progressive-Scan-Inter- line-Transfer-CCD-Flächensensors (Fig. 9) bzw. eines Progressiv-Scan- Frame-Interline-Transfer-CCD-Flächensensors (Fig. 10);9 and 10 are schematic representations of a progressive scan interline transfer CCD area sensor (FIG. 9) and a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor (FIG. 10);
Fig. 11 einen Ausschnitt aus der Oberfläche eines CCD-Flächensensors für eine dritte Ausführungsform der Erfindung; und11 shows a detail from the surface of a CCD area sensor for a third embodiment of the invention; and
Fig. 12 die effektive Lichtempfindlichkeit der Sensorelemente eines Sensors mit Farbfiltermuster gemäß Fig. 11, wenn die spektrale Empfindlichkeitscharakteristik z.B. durch das Einfügen eines nur für Grün durchlässigen Filters verändert wird.Fig. 12 shows the effective light sensitivity of the sensor elements of a sensor with a color filter pattern according to Fig. 11, if the spectral sensitivity characteristic e.g. by inserting a filter that is only permeable to green.
Fig. 1 zeigt schematisch eine digitale Farbkamera, die ähnlich aufgebaut ist wie eine übliche Kamera, mit der beispielsweise 35-mm-Filme belichtet werden. Anstelle der Einzelbildebene eines herkömmlichen Films befindet sich an der betreffenden Stelle in der erfindungsgemäßen Farbkamera ein CCD-Flächensensor 1 , der mit Hilfe von Piezostellgliedern 3 an einer Halterung 2 gelagert ist. Von einem Objekt 78 wird ein Ob- jektbild mit Hilfe eines Objektivs 16 auf den CCD-Flächensensor proji- ziert. Im Strahlengang, also vor, im oder hinter dem Objektiv 16 befinden sich ein Verschluß 17 und eine Blende 76. Der CCD-Flächensensor ist je nach speziellem Ausführungsbeispiel ein Progressiv-Scan-Interline- Transfer-CCD-Flächensensor, oder - alternativ - ein normaler Interline- Transfer-CCD-Flächensensor für das Fernseh-Halbbild-Verfahren, ein Frame-Interline-Transfer-CCD-Flächensensor für das Fernseh-Halbbild- Verfahren mit zusätzlicher Speicherzone, ein Progressive-Scan-Frame- Interline-Transfer-CCD-Flächensensor mit zusätzlicher Speicherzone und Vollbild- Verfahren oder ein Frame-Transfer-CCD-Flächensensor. Bevorzugt wird ein Progressive-Scan-Interline-Transfer-CCD-Flächensensor für den Vollbildbetrieb, da bei Sensoren mit Halbbildbetrieb die erzielbare vertikale Auflösung bei der erfindungsgemäßen Kamera auf die Hälfte sinkt. Dennoch ist der Einsatz solcher Sensoren trotz des genann- ten Nachteiles durchaus interessant, da sie in großen Stückzahlen fürFig. 1 shows schematically a digital color camera, which is constructed similarly to a conventional camera with which, for example, 35 mm films are exposed. Instead of the single image plane of a conventional film, a CCD area sensor 1 is located at the relevant point in the color camera according to the invention, which is mounted on a holder 2 with the aid of piezo actuators 3. An object image of an object 78 is projected onto the CCD area sensor with the aid of an objective 16. In the beam path, ie in front of, in or behind the lens 16, there is a shutter 17 and an aperture 76. Depending on the specific embodiment, the CCD area sensor is a progressive scan interline transfer CCD area sensor or, alternatively, a normal one Interline Transfer CCD area sensor for the TV field process, a frame interline transfer CCD area sensor for the TV field process with additional memory zone, a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor with additional Storage zone and full screen method or a frame transfer CCD area sensor. A progressive scan interline transfer CCD area sensor for full-screen operation is preferred, since in sensors with field operation the achievable vertical resolution in the camera according to the invention drops to half. Nevertheless, despite the disadvantage mentioned, the use of such sensors is quite interesting, since they are available in large quantities for
Videokameras produziert werden und deshalb sehr billig sind.Video cameras are produced and are therefore very cheap.
Der Betrieb der Kamera wird gesteuert von einer Zentraleinheit (CPU) 5, die Steuersignale auf einen Treiber 7 für die Piezostellglieder 3, auf einen CCD-Treiber 8, eine Verschlußsteuerung 9 und eine BlitzsteuerungThe operation of the camera is controlled by a central processing unit (CPU) 5, the control signals to a driver 7 for the piezo actuators 3, to a CCD driver 8, a shutter control 9 and a flash control
10 gibt. Die von dem CCD-Flächensensor 1 kommenden analogen Bildsignale werden von einem Analog/Digital-Wandler 6 umgesetzt und in die CPU 5 zur Speicherung und/oder Bildverarbeitung eingegeben. Über Schnittstellen 12 und 14 ist die Zentraleinheit 5 mit einem externen Rechner 13 bzw. mit einem externen Bildspeicher 15 verbindbar. Das10 there. The analog image signals coming from the CCD area sensor 1 are converted by an analog / digital converter 6 and input into the CPU 5 for storage and / or image processing. The central unit 5 can be connected to an external computer 13 or to an external image memory 15 via interfaces 12 and 14. The
Gehäuse der Kamera ist durch den Block 77 angedeutet.The housing of the camera is indicated by block 77.
An das Kameragehäuse 77 ansetzbar ist ein Blitzlichtgerät 18 mit einem Reflektor und ein oder zwei Blitzlampen 19, deren Arbeitsweise weiter unten erläutert wird.A flash unit 18 with a reflector and one or two flash lamps 19 can be attached to the camera housing 77, the method of operation of which is explained below.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich der CCD-Flächensensor 1 aufgrund der piezoelektrischen Stellglieder 3 in horizontaler Richtung (X- Richtung) und vertikaler Richtung (Y-Richtung) in Bezug auf den äußeren Rahmen der Halterung 2 verschieben. Die zum Verschieben desAs shown in FIG. 2, the CCD area sensor 1 can be moved in the horizontal direction (X direction) and vertical direction (Y direction) with respect to the outer frame of the holder 2 due to the piezoelectric actuators 3. The one to move the
CCD-Sensors 1 anzulegenden variablen Spannungen werden von der Zentraleinheit 5 über den Piezo-Treiber 7 angelegt. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Oberfläche des CCD-Sensors 1. Man erkennt die einzelnen Sensorelemente 20 und das Farbmosaikfilter 21 für die einzelnen Sensorelemente. G bedeutet, daß das betreffende Sensorelement empfindlich für die Farbe Grün (G) ist. Gemäß Fig. 3 ist so- wohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung jedes zweite Sensorelement 20 empfindlich für Grün (G). In jeder zweiten Reihe und jeder zweiten Spalte ist jedes zweite Sensorelement empfindlich für Blau (B) bzw. Rot (R).Variable voltages to be applied to the CCD sensor 1 are applied by the central unit 5 via the piezo driver 7. 3 shows a section of the surface of the CCD sensor 1. The individual sensor elements 20 and the color mosaic filter 21 for the individual sensor elements can be seen. G means that the sensor element in question is sensitive to the color green (G). According to FIG. 3, every second sensor element 20 is sensitive to green (G) in the vertical as well as in the horizontal direction. In every second row and every second column, every second sensor element is sensitive to blue (B) and red (R).
Fig. 4 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 3, wobei jedoch einige zusätzliche Information in Fig. 4 enthalten ist. Beispielsweise ist durch einen Vektor Vv angegeben, in welcher Richtung der CCD-Sensor 1 nach der Aufnahme eines ersten Teilbildes (Fig. 3) verschoben wird, um in der zweiten Stellung ein zweites Teilbild aufzunehmen.FIG. 4 shows the same arrangement as FIG. 3, but with some additional information in FIG. 4. For example, a vector V v indicates the direction in which the CCD sensor 1 is shifted after the recording of a first partial image (FIG. 3) in order to record a second partial image in the second position.
Gemäß Fig. 4 besitzen die einzelnen Bildsensoren 20 einen Rasterabstand dH und dv in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Die Größe der einzelnen Sensorelemente 20 entspricht etwa dem halben Rasterabstand. Zwischen den Aufnahmen zweier Teilbilder wird der CCD-Sensor in Richtung des Pfeils Vv um einen Rasterabstand bewegt, so daß ein imaginärer Punkt A des Sensors sich bei der Aufnahme des zweiten Teilbildes an der Stelle B befindet.4, the individual image sensors 20 have a grid spacing d H and d v in the horizontal and vertical directions. The size of the individual sensor elements 20 corresponds to approximately half the grid spacing. Between the recordings of two partial images, the CCD sensor is moved in the direction of arrow V v by a grid spacing, so that an imaginary point A of the sensor is located at point B when the second partial image is recorded.
Während der Aufnahme des ersten Teilbildes gemäß Fig. 3 empfangen die vier Sensorelemente in der ganz rechts dargestellten Spalte Farbinformation für die Farben B, G, B bzw. G der betreffenden Bildpunkte, die Sensorelemente in der zweiten Spalte von rechts empfangen Information betreffend die Farben G, R, G bzw. R für die diesen Sensorelementen entsprechenden Bildpunkte, etc.3, the four sensor elements in the rightmost column receive color information for the colors B, G, B and G of the relevant pixels, the sensor elements in the second column from the right receive information regarding the colors G. , R, G or R for the pixels corresponding to these sensor elements, etc.
Rechts in Fig. 4 sind drei übereinander liegende Bildpunkte Pyi, Pyi+ 1 und Pyi+2 dargestellt. Der von dem Ausschnitt des CCD-Sensors 1 in beiden Teilbildern überdeckte Bereich ist durch ein "Objektbild" I gestrichelt angedeutet. Nach der Aufnahme des ersten Teilbildes gemäß Fig. 3 wird durch Anlegen von entsprechenden Spannungen an die piezoelektrischen Stellglieder 3 der CCD-Sensor um die Strecke Vv entsprechend einem ver- tikalen Rasterabstand dv verschoben, bevor die zweite Teilaufnahme erfolgt. Rechts in Fig. 5 sind wieder die drei Bildpunkte Pyi bis Pyi+2 dargestellt. Man sieht, daß nach der Aufnahme des zweiten Teilbildes für diese drei Bildpunkte oder Bildorte Pyi bis Pyi +2 jeweils zwei Farbauszüge zur Verfügung stehen, nämlich GA, B^, GA vom ersten Teil- bild und BB, GB, BB vom zweiten Teilbild (für die unterste Zeile vonOn the right in FIG. 4, three superimposed pixels Pyi, Pyi + 1 and Pyi + 2 are shown. The area covered by the section of the CCD sensor 1 in both partial images is indicated by a "object image" I in dashed lines. After recording the first partial image according to FIG. 3, by applying appropriate voltages to the piezoelectric actuators 3, the CCD sensor is displaced by the distance V v according to a vertical grid spacing d v before the second partial image is taken. The three pixels Pyi to Pyi + 2 are again shown on the right in FIG. It can be seen that after the acquisition of the second partial image, two color separations are available for these three pixels or image locations Pyi to Pyi +2, namely G A , B ^, G A from the first partial image and B B , G B , B B from the second field (for the bottom line of
Bildpunkten stehen nur die beim zweiten Teilbild gewonnenen Farbauszüge, für die oberste Zeile von Bildpunkten nur die beim ersten Teilbild gewonnenen Farbinformationen zur Verfügung, weshalb diese Zeilen in Fig. 5 in Klammern gesetzt sind).Pixels are only the color separations obtained in the second field, only the color information obtained in the first field is available for the top line of pixels, which is why these lines are shown in parentheses in FIG. 5).
In der zweiten Spalte von rechts in Fig. 5 ist zu erkennen, daß dort für jeden Bildpunkt die Farbauszüge G und R verfügbar sind. Man kann nun nach relativ einfachen Rechenregeln aus all diesen Farbinformationen den jeweils dritten Farbauszug für jeden Bildpunkt berechnen, beispiels- weise nach der eingangs angegebenen Formel.In the second column from the right in FIG. 5 it can be seen that the color separations G and R are available for each pixel. Using relatively simple calculation rules, the third color separation for each pixel can be calculated from all of this color information, for example using the formula given at the beginning.
Nach dem Berechnen des jeweils dritten Farbauszugs können von den insgesamt dann zur Verfügung stehenden Bildinformationen Farbbilder erzeugt werden, beispielsweise ausgedruckt werden. Hierzu wird die in Fig. 1 als Block dargestellte Kamera an einen Speicher oder einen externen Rechner angeschlossen, um die Daten der Farbbilder zur Weiterverarbeitung zu übertragen. Das Errechnen der Information für den jeweils dritten Farbauszug kann intern in der Kamera selbst erfolgen, jedoch alternativ auch extern in dem in Fig. 1 rechts unten dargestellten Rech- ner 13.After the calculation of the third color separation in each case, color images can be generated, for example printed out, from the total image information then available. For this purpose, the camera shown as a block in FIG. 1 is connected to a memory or an external computer in order to transmit the data of the color images for further processing. The information for the third color separation in each case can be calculated internally in the camera itself, but alternatively also externally in the computer 13 shown at the bottom right in FIG. 1.
Fig. 6 und 7 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden für jeweils einen Bildpunkt nicht zwei Farbauszüge aufgenommen, sondern es wird für ein entstehendes Bild mit doppelter Auflösung in x- und y-Richtung nur jeweils ein Farbauszug aufgenommen, und zwar für jeden zweiten Bildpunkt des entstehenden Bildes. Fig. 6 zeigt die Verschiebungsrichtung und den Verschiebungsbetrag VD für die Verschiebung des CCD-Sensors 1 zwischen der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes.6 and 7 show a second embodiment of the invention. In this embodiment, two color separations are not recorded for each pixel, but it is used for an emerging image With double resolution in the x and y directions, only one color separation was recorded, namely for every second pixel of the resulting image. 6 shows the direction of displacement and the amount of displacement V D for the displacement of the CCD sensor 1 between the recording of the first and the second partial image.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, liegt nach der Aufnahme des zweiten Teilbildes Information für eine Anzahl von Bildpunkten vor, die doppelt so groß ist wie die Anzahl der Sensorelemente des CCD-Sensors 1. Aufgrund der diagonalen Verschiebung um jeweils einen halben Sensor- element-Rasterabstand wird die effektive Auflösung in beiden Achsrichtungen verdoppelt. Allerdings steht für jeden erfaßten Bildpunkt nur noch 1/3 der vollständigen Farbinformation, nämlich jeweils nur ein Farbauszug, zur Verfügung. Da aber die Hälfte der Bildpunkte des entstehenden Bildes doppelter Auflösung überhaupt nicht erfaßt wird, steht sogar im Mittel nur 1/6 der vollständigen Farbinformation zurAs can be seen in FIG. 7, after the second partial image has been recorded, there is information for a number of pixels which is twice as large as the number of sensor elements of the CCD sensor 1. Due to the diagonal displacement by half a sensor element grid spacing, the effective resolution is doubled in both axis directions. However, only 1/3 of the complete color information, namely only one color separation, is available for each captured pixel. However, since half of the pixels of the resulting double-resolution image are not recorded at all, only 1/6 of the complete color information is available on average
Verfügung. Diese Ausführungsform ist daher bezüglich der Farbwiedergabequalität etwas ungünstiger als die Ausführungsform, die oben in Verbindung mit den Figuren 4 bis 5 erläutert wurde, da die Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 anfälliger gegenüber Farb-Alias- Störungen ist. Für Vorlagen, von denen bekannt ist, daß sie unbunt sind, zum Beispiel schwarzer Text auf weißem Hintergrund, kann unter Kenntnis dieses Vorwissens die zweite Ausführungsform der Erfindung sehr vorteilhaft genutzt werden.Available. This embodiment is therefore somewhat less favorable in terms of color rendering quality than the embodiment which was explained above in connection with FIGS. 4 to 5, since the embodiment according to FIGS. 6 and 7 is more susceptible to color alias interference. For templates which are known to be achromatic, for example black text on a white background, the second embodiment of the invention can be used very advantageously with this knowledge.
Für die Schwarz/ Weiß -Aufnahme von bunten Vorlagen kann die zweiteThe second can be used for the black and white recording of colorful templates
Ausführungsform in Verbindung mit einem Schwarz/Weiß-Sensor, d.h. einem Sensor ohne Farbmosaikfilter, zur praktisch artefaktfreien Verdopplung der Auflösung des Sensors eingesetzt werden, wobei auch hier die Aufnahme bewegter Objekte möglich ist.Embodiment in connection with a black / white sensor, i.e. a sensor without a color mosaic filter can be used for practically artifact-free doubling of the resolution of the sensor, whereby moving objects can also be recorded here.
Fig. 8 zeigt in Form eines Impulsdiagramms die zeitliche Folge des Ablaufs an verschiedenen Teilen des Farbbildwandlers nach Fig. 1.FIG. 8 shows in the form of a pulse diagram the chronological sequence of the sequence on various parts of the color image converter according to FIG. 1.
Fig. 8a) zeigt die horizontale Zeitachse in Einheiten von Millisekunden. In Fig. 8b) ist schematisch der periodische Normalbetrieb eines Progres- siv-Scan-Interline-Transfer-CCD-Sensors 1 dargestellt. Die durch Einfangen von Photonen entstehenden Elektronen werden innerhalb einer Belichtungszeitspanne 35, deren Dauer T, beträgt, angesammelt. Auf der8a) shows the horizontal time axis in units of milliseconds. The periodic normal operation of a progressive scan interline transfer CCD sensor 1 is shown schematically in FIG. 8b). The electrons generated by capturing photons are accumulated within an exposure period 35, the duration of which is T. On the
Ordinate in Fig. 8b) ist die bei konstantem Lichteinfall mit der Zeit linear wachsende Ladung eines hier betrachteten einzelnen Sensorelements des CCD-Sensors 1 dargestellt. Die Mitte jeder Belichtungszeitspanne 35 ist mit 41 bezeichnet und wird hier als "effektiver Be- lichtungszeitpunkt" bezeichnet. Zwei benachbarte "effektive Belichtungszeitpunkte" 41 haben einen zeitlichen Abstand T, voneinander.The ordinate in FIG. 8 b) is the charge of a single sensor element of the CCD sensor 1, which increases linearly with time, with constant incidence of light. The center of each exposure time period 35 is designated 41 and is referred to here as the “effective exposure time”. Two adjacent "effective exposure times" 41 have a time interval T, from one another.
Am Ende der Belichtungszeit wird mit einem Übertragungsimpuls 43 oder 75 das bis dahin angesammelte Ladungspaket aus dem betrachteten Sensorelement in die dazugehörige vertikale Eimerkette übertragen.At the end of the exposure time, the charge packet accumulated up to that point is transferred from the sensor element under consideration into the associated vertical bucket chain with a transmission pulse 43 or 75.
Nach dieser Übertragung kann der nächste Belichtungs Vorgang beginnen. In Fig. 8b) sind vier aufeinanderfolgende Belichtungsvorgänge 37, 38, 39 und 40 dargestellt.After this transfer, the next exposure process can begin. 8b) shows four successive exposure processes 37, 38, 39 and 40.
Nach dem Übertragen des Ladungspakets aus dem betrachteten Sensorelement in die zugehörige Eimerkette aufgrund des Impulses 43 oder 75 erfolgt das Auslesen, Fig. 8d) zeigt die Ausleseintervalle 32 für den jeweils vorausgehenden Belichtungsvorgang 36, 37, 38, bzw. 39. Die Zeitspanne für das Belichten mit der Dauer T, wird hier auch als "erste Zeitspanne" bezeichnet, die Zeitspanne für das Auslesen entsprechend dem Ausleseintervall 32 wird hier auch als "zweite Zeitspanne" bezeichnet.After the charge packet has been transferred from the sensor element in question into the associated bucket chain on the basis of pulse 43 or 75, the reading takes place, FIG. 8d) shows the reading intervals 32 for the respective preceding exposure process 36, 37, 38 or 39 Exposure with the duration T is also referred to here as the “first time period”, the time period for the readout corresponding to the readout interval 32 is also referred to here as the “second time period”.
In Fig. 8e) ist der Lichtdurchlässigkeitsverlauf des Verschlusses 17 (siehe Fig. 1) dargestellt. Zu einem Zeitpunkt 46 wird der Verschluß geöffnet, und es beginnt ein Zeitintervall T2, zu dessen Ende die Belichtung für ein erstes Teilbild beendet wird aufgrund des Übertragungsimpulses 75 (Fig. 8c). Die Mitte des Zeitintervalls T2 ist mit 48 bezeichnet und bedeutet ähnlich wie die Zeitpunkte 41 in Fig. 8b) den "effektiven Belichtungszeitpunkt" für das erste Teilbild. Nach Ablauf der ersten Zeitspanne T2, also nach Beendigung des Belichtungsvorgangs für das erste Teilbild, wird der CCD-Flächensensor 1 gemäß Fig. 4 und 5 vertikal nach unten um einen Rasterabstand bewegt, so daß die einzelnen Sensorelemente dann um einen Bildpunkt nach unten verrückt sind.8e) shows the light transmission curve of the closure 17 (see FIG. 1). At a time 46, the shutter is opened and a time interval T 2 begins, at the end of which the exposure for a first field is ended due to the transmission pulse 75 (FIG. 8c). The middle of the time interval T 2 is designated 48 and, similarly to the times 41 in FIG. 8b), means the "effective exposure time" for the first partial image. After the end of the first time period T 2 , that is to say after the exposure process for the first partial image has ended, the CCD area sensor 1 according to FIGS. 4 and 5 is moved vertically downwards by a grid spacing, so that the individual sensor elements are then moved down by one pixel are.
Fig. 8h) zeigt die zeitlich zunehmende, angesammelte Ladung in dem hier betrachteten einzelnen Bildsensorelement. Der Anstieg der Ladung beginnt naturgemäß erst, nachdem durch Öffnen des Verschlusses Licht auf den Sensor fallen kann, und endet, wenn der Verschluß geschlossen wird. Nachdem die Ladung bei 53 einen gewissen Wert erreicht hat, erfolgt die Übertragung von dem Sensorelement in die zugehörige Eimerkette, und durch in Fig. 8g) dargestellte Löschimpulse 60 werden während dieser Impulszeit der Impulse 60 Ladungen gelöscht, die in dem Sensorelement durch Lichteinfall entstehen.8h) shows the accumulated charge increasing in time in the individual image sensor element considered here. The increase in the charge naturally only begins after light can fall on the sensor when the closure is opened, and ends when the closure is closed. After the charge has reached a certain value at 53, the transfer from the sensor element into the associated bucket chain takes place, and charges 60 that are generated in the sensor element by light incidence are deleted during this pulse time of the pulses 60 by means of erase pulses 60 shown in FIG. 8g).
Wie in Fig. 8i) zu sehen ist, beginnt kurz nach Beendigung der bei 53 gezeigten Belichtung das Ausleseintervall 32 (53). Die Dauer dieses Vorgangs läßt sich nicht verkürzen und entspricht dem "Normalbetrieb" des CCD-Sensors.As can be seen in FIG. 8i), the reading interval 32 (53) begins shortly after the exposure shown at 53 has ended. The duration of this process cannot be shortened and corresponds to the "normal operation" of the CCD sensor.
Nach den Löschimpulsen beginnt der Belichtungsvorgang bei 54 für das zweite Teilbild, nachdem gemäß Fig. 8f) der verschobene CCD-Sensor in seiner zweiten Position angekommen ist. Es schließt sich wieder eine Zeitspanne T2 mit dem "effektiven Belichtungszeitpunkt" 48 an. Der zeitliche Abstand 49 zwischen den beiden effektiven Belichtungszeitpunkten 48 ist kleiner als der normale zeitliche Abstand T, zwischen zwei effektiven Belichtungszeitpunkten in Fig. 8b).After the erase pulses, the exposure process begins at 54 for the second field after the shifted CCD sensor has arrived in its second position according to FIG. 8f). This is followed by a time period T 2 with the "effective exposure time" 48. The time interval 49 between the two effective exposure times 48 is smaller than the normal time interval T, between two effective exposure times in FIG. 8b).
Nach Ende der zweiten Zeitspanne T2 wird der Verschluß gemäß Fig.After the second period T 2 has ended , the closure according to FIG.
8e) geschlossen, so daß sich keine weiteren Ladungen mehr ansammeln, was durch den horizontalen Endabschnitt des Ladungsverlaufs 54 in Fig. 8h) dargestellt ist. Nach Ende des Auslesens des ersten Teilbildes wird das entsprechende Ladungspaket 54 in die zugehörige Eimerkette des Sensorelements übertragen, anschließend erfolgt das Auslesen der Information in dem Ausleseintervall 32 (54) in Fig. 8i). Nach Ende des Intervalls 32 (54) steht die gesamte Information der beiden Teilbilder zur Verfügung. Die aus dem CCD-Sensor 1 kommende analoge Bildinformation wird von dem Analog/Digital-Wandler 6 in Digitalwerte umgesetzt und an die Zentraleinheit 5 gegeben. In dieser Zentraleinheit 5 oder in einem externen Rechner 13 erfolgt dann die Weiterverarbeitung der Bildinformation, um die noch fehlende Information für den dritten Farbauszug zu errechnen.8e) closed, so that no further charges accumulate, which is represented by the horizontal end section of the charge profile 54 in FIG. 8h). After the reading out of the first partial image, the corresponding charge packet 54 is inserted into the associated bucket chain Transfer sensor element, then the information is read out in the readout interval 32 (54) in FIG. 8i). After the interval 32 (54) has ended, the entire information of the two partial images is available. The analog image information coming from the CCD sensor 1 is converted into digital values by the analog / digital converter 6 and sent to the central unit 5. The image information is then further processed in this central unit 5 or in an external computer 13 in order to calculate the information which is still missing for the third color separation.
Der oben geschilderte Ablauf kann in der gleichen Weise stattfinden, wenn von der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 7 Gebrauch gemacht wird, nur daß in diesem Fall eine etwas modifizierte Berechnung der fehlenden Farbauszugsinformation erfolgt.The procedure described above can take place in the same way if use is made of the second embodiment according to FIGS. 6 to 7, except that in this case a somewhat modified calculation of the missing color separation information is carried out.
Fig. 8j) zeigt schematisch die von einer Blitzlampe 19 dargestellte Lichtleistung 61 dar. Wenn der Verlauf der Kurve in Fig. 8j) prinzipiell bekannt ist, läßt sich der Anfangszeitpunkt für den Blitz so einstellen, daß für das erste und das zweite Teilbild jeweils eine gleich große Licht- menge verfügbar ist.8j) schematically shows the light output 61 represented by a flash lamp 19. If the course of the curve in FIG. 8j) is known in principle, the starting time for the flash can be set such that one for each of the first and the second partial image the same amount of light is available.
Fig. 8k) zeigt die Ladungsmenge in dem betrachteten Bildsensorelement bei Verwendung des Blitzlichts gemäß Fig. 8j).8k) shows the amount of charge in the image sensor element under consideration when using the flashing light according to FIG. 8j).
Fig. 81) zeigt die Lichtleistung für einen Doppelblitz, der anstelle desFig. 81) shows the light output for a double flash, which instead of
Blitzes mit der Lichtleistung gemäß Fig. 8j) verwendet werden kann.Flash with the light output according to Fig. 8j) can be used.
Fig. 8m) zeigt die Ladungsansammlung (Signalverläufe 53 und 54) für die beiden Teilbilder entsprechend den Doppelblitzen 63 in Fig. 81). Fig. 8n) zeigt Lösch-Impuls-Bursts 66 mit dazwischen liegenden Impulspausen 47, wonach ein Dauerauslesebetrieb des CCD-Sensors 1 bei geöffnetem Verschluß 17 stattfindet, so daß der Benutzer das Gerät einstellen (fokussieren etc.) kann, wobei die Dauer des Impuls-Bursts 66 so gewählt ist, daß die wirksame Belichtungszeit für das betreffende Bildsensorelement etwa der Zeitspanne T2 in Fig. 8e) entspricht.8m) shows the charge accumulation (signal curves 53 and 54) for the two partial images corresponding to the double flashes 63 in FIG. 81). Fig. 8n) shows erase pulse bursts 66 with interposed pulse pauses 47, after which a continuous read operation of the CCD sensor 1 takes place with the shutter 17 open, so that the user can adjust the device (focus etc.), the duration of the pulse -Bursts 66 like that is selected so that the effective exposure time for the image sensor element in question corresponds approximately to the time period T 2 in FIG. 8e).
Fig. 9 zeigt schematisch einen Progressiv-Scan-Interline-Transfer-CCD- Flächensensor 1 in Schwarz/Weiß-Version mit den bereits erwähntenFig. 9 shows schematically a progressive scan interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with those already mentioned
Sensorelementen 20, den vertikalen CCD-Eimerketten 70 in Dreiphasen- Ausführung, die eine Speicherzone bilden und den Progressiv-Scan- Betriebsmodus erlauben (im Gegensatz zu dem in der Fernsehtechnik üblichen Zeilensprungverfahren). An die vertikalen Eimerketten schließt sich eine horizontale CCD-Eimerkette 71 und an diese ein Ausgangsverstärker 72 an.Sensor elements 20, the vertical CCD bucket chains 70 in three-phase design, which form a storage zone and allow the progressive scan operating mode (in contrast to the interlacing method which is customary in television technology). A horizontal CCD bucket chain 71 is connected to the vertical bucket chains and to this an output amplifier 72.
Die CCD-Sensor- Ausschnitte nach den Fig. 3 bis 7 entsprechen der Darstellung nach Fig. 9, wobei in den Fig. 3 bis 7 jedoch die CCD- Eimerketten 70 und 71 und der Ausgangsverstärker 72 fortgelassen sind.The CCD sensor cutouts according to FIGS. 3 to 7 correspond to the illustration according to FIG. 9, but in FIGS. 3 to 7 the CCD bucket chains 70 and 71 and the output amplifier 72 are omitted.
Fig. 10 zeigt schematisch einen Progressiv-Scan-Frame-Interline-Trans- fer-CCD-Flächensensor 1 in Schwarz/Weiß-Version mit einer zusätzlichen, optisch abgedeckten Speicherzone 73. Ein solcher Sensor ermöglicht die rasch aufeinanderfolgende Aufnahme von drei Teilbildern und damit die völlige Vermeidung von Farb-Alias-Störungen; denn der10 schematically shows a progressive scan frame interline transfer CCD area sensor 1 in black and white version with an additional, optically covered memory zone 73. Such a sensor enables the rapid successive recording of three partial images and thus the complete avoidance of color aliasing; because the
Transfer aus den vertikalen Eimerketten 70 in die Speicherzone 73 kann mit 1/1000 sec auch noch schnell genug für die Aufnahme bewegter Objekte erfolgen, wie auch der Transfer von Ladungen aus den lichtempfindlichen Elementen 20 in die vertikalen Eimerketten 70.Transfer from the vertical bucket chains 70 into the storage zone 73 can also be carried out quickly enough with 1/1000 sec for the recording of moving objects, as can the transfer of charges from the light-sensitive elements 20 into the vertical bucket chains 70.
Bei einem Farbbildwandler mit dem in Fig. 10 dargestellten CCD-Sensor müßte die spektrale Charakteristik, bezogen auf einen Bildpunkt des entstehenden Bildes, zweimal geändert werden, also jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten und dem dritten Teilbild. Dies könnte durch zweimaliges Verschieben des CCD-Sensors geschehen. Dabei wird natürlich immer noch Gebrauch gemacht einerseits von dem erfindungsgemäßen Merkmale des Umschaltens der spektralen Charakteristik zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilbildern und andererseits von dem Merkmal, daß zwei Teilbilder in einem verkürzten zeitlichen Abstand bezüglich der "zweiten Zeitspanne" aufgenommen werden.In the case of a color image converter with the CCD sensor shown in FIG. 10, the spectral characteristic, based on a pixel of the resulting image, would have to be changed twice, that is to say between the first and the second and the third partial image. This could be done by moving the CCD sensor twice. Of course, use is still made of the features according to the invention of switching the spectral characteristic between two successive partial images, and of the feature that two fields are recorded in a shortened time interval with respect to the "second period".
Fig. 11 zeigt schematisch den Ausschnitt eines CCD-Bildsensors mit einem Farbmosaikfilter 74, der die einzelnen Sensorelemente 20 empfindlich für Gelb (Y) und Cyan (C) macht. Der CCD-Sensor 1 bleibt während der Aufnahme des ersten und des zweiten Teilbildes an seiner Stelle stehen. Zwischen den Aufnahmen für die beiden Teilbilder wird mechanisch oder optisch (zum Beispiel mit Hilfe eines Flüssigkristall- bauelements) ein Filter vor den CCD-Sensor gebracht, im vorliegenden11 schematically shows the detail of a CCD image sensor with a color mosaic filter 74, which makes the individual sensor elements 20 sensitive to yellow (Y) and cyan (C). The CCD sensor 1 remains in its place during the recording of the first and the second partial image. In the present case, a filter is placed mechanically or optically (for example with the aid of a liquid crystal component) between the recordings for the two partial images
Fall ein Grünfilter. Beim ersten Teilbild nehmen die für Cyan (C) empfindlichen Sensorelemente dann die Information entsprechend der Summe der Farben Blau und Grün auf, die anderen Sensorelemente für Gelb (Y) nehmen Farbinformation für Grün plus Rot auf. Bei der Auf- nähme des zweiten Teilbildes wird also durch das Grünfilter im Strahlengang nur der jeweilige Grün-Anteil zu den Sensorelementen durchgelassen, so daß sowohl die für Cyan (C) als auch die für Gelb (Y) empfindlichen Sensorelemente nur noch die Farbinformation für Grün empfangen, wie in Fig. 12 dargestellt. Damit stehen auch bei dieser Ausführungsform zwei Farbauszüge für jedes Sensorelement zur Verfügung, woraus sich die Information für den dritten Farbauszug errechnen läßt. Auch bei dieser Ausführungsform wird also erfindungsgemäß zwischen den Aufnahmen für zwei in kurzer Folge aufgenommene Teilbilder die spektrale Charakteristik für die Bildpunkte umge- schaltet. Case a green filter. In the first partial image, the sensor elements sensitive to cyan (C) then take up the information corresponding to the sum of the colors blue and green, the other sensor elements for yellow (Y) take up color information for green plus red. When the second partial image is recorded, the green filter in the beam path only allows the respective green component to pass through to the sensor elements, so that both the sensor elements sensitive to cyan (C) and yellow (Y) only have the color information for Received green as shown in Fig. 12. In this embodiment, two color separations are therefore also available for each sensor element, from which the information for the third color separation can be calculated. In this embodiment, too, the spectral characteristic for the pixels is switched between the recordings for two partial images recorded in a short sequence.

Claims

Patentansprüche claims
1. Digitale Farbkamera mit einem Flächensensor (1), insbesondere CCD-Flächensensor, aus matrixförmig angeordneten, lichtempfindlichen Sensorelementen (20) mit einem Farbmosaikfilter (21) entsprechend mindestens zwei Farbauszügen, und mit einer Belichtungssteuereinrichtung (5, 8, 9, 10), die zur Aufnahme eines Farbbildes in zeitlicher Folge Teilbilder erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme eines Farbbildes zwei Teilbilder in einem zeitlichen Abstand aufgenommen werden, der kürzer ist als die Zeitspanne, die zum Auslesen eines Teil- bildes aus dem Sensor benötigt wird, und daß zwischen den beiden1. digital color camera with an area sensor (1), in particular a CCD area sensor, consisting of light-sensitive sensor elements (20) arranged in a matrix with a color mosaic filter (21) corresponding to at least two color separations, and with an exposure control device (5, 8, 9, 10), which generates partial images for recording a color image in chronological order, characterized in that two partial images are recorded at a time interval which is shorter than the time required for reading out a partial image from the sensor, and in that between the two
Teilbildaufnahmen die spektrale Charakteristik zumindest für einen Teil der Bildpunkte des zu erzeugenden Farbbildes umschaltbar ist.Field recordings the spectral characteristic can be switched over at least for some of the pixels of the color image to be generated.
2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farb- mosaikfilter mindestens drei Farbauszüge aufweist und die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern durch Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor (1) erfolgt.2. Camera according to claim 1, characterized in that the color mosaic filter has at least three color separations and the change in the spectral characteristic between the two partial images by relative displacement between the object image and the area sensor (1).
3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die3. Camera according to claim 1 or 2, characterized in that the
Relativverschiebung in horizontaler Richtung um ganzzahlige Vielfache des Pixelabstands (dH) oder in vertikaler Richtung um ganzzahlige Vielfache des Pixelabstands (dv) erfolgt.Relative displacement in the horizontal direction by integer multiples of the pixel spacing (d H ) or in the vertical direction by integer multiples of the pixel spacing (d v ).
4. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das4. Camera according to claim 1 or 2, characterized in that the
Farbmosaikfilter vorzugsweise drei Farbauszügen entspricht und die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildern durch eine Relativverschiebung zwischen dem Objektbild und dem Flächensensor (1) um ein halbes Pixel in x-Richtung und um ein halbes Pixel in der dazu senkrechten y-Richtung erfolgt, wobei die x- und die y-Richtung durch die Matrix der Sensorelemente (20) vorgegeben werden.Color mosaic filter preferably corresponds to three color separations and the change in the spectral characteristic between the two partial images takes place by a relative shift between the object image and the area sensor (1) by half a pixel in the x direction and by half a pixel in the perpendicular y direction, whereby the x and the y direction can be specified by the matrix of the sensor elements (20).
5. Kamera nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächensensor (1) in der Bildebene verschiebbar angeordnet ist.5. Camera according to claim 1 to 4, characterized in that the area sensor (1) is arranged displaceably in the image plane.
6. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der spektralen Charakteristik zwischen den beiden Teilbildem durch Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe der lichtempfindlichen Sensorelemente erfolgt.6. Camera according to claim 1, characterized in that the change in the spectral characteristic between the two sub-images takes place by changing the effective spectral sensitivity curves of the light-sensitive sensor elements.
7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch ein in den Strahlengang eingebrachtes oder daraus entferntes oder ausgewech- seltes Farbfilter erfolgt.7. Camera according to claim 6, characterized in that the change in the effective spectral sensitivity curves takes place by means of a color filter which is introduced into the beam path or removed from it or replaced.
8. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch die Veränderung des spektralen Durchlässigkeitsverlaufs eines sich per- manent im Strahlengang befindliches Farbfilters erfolgt.8. Camera according to claim 6, characterized in that the change in the effective spectral sensitivity curves takes place by changing the spectral transmission curve of a color filter that is permanently in the beam path.
9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem permanent im Strahlengang befindlichen, veränderlichen Farbfilter um ein Flüssigkristallbauelement handelt.9. Camera according to claim 8, characterized in that it is in the permanent in the beam path, variable color filter is a liquid crystal device.
10. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der spektralen Empfindlichkeitsverläufe der zwei Teilbilder durch veränderliche elektrische Spannung erfolgt, die an den CCD-Sensor angelegt werden und den spektralen Empfindlichkeitsverlauf der Photodioden des CCD-Sensors verändern.10. Camera according to claim 6, characterized in that the change in the spectral sensitivity curves of the two partial images takes place by means of variable electrical voltage which are applied to the CCD sensor and change the spectral sensitivity curve of the photodiodes of the CCD sensor.
11. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der effektiven spektralen Empfindlichkeitsverläufe durch Veränderung der Beleuchtung des Objekts erfolgt, z.B. durch einen färb- losen Blitz für das erste Teilbild und einen grünen Blitz für das zweite Teilbild.11. Camera according to claim 6, characterized in that the change in the effective spectral sensitivity curves takes place by changing the illumination of the object, for example by a colored loose flash for the first drawing and a green flash for the second drawing.
12. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich- net, daß es sich bei dem CCD-Flächensensor (1) um einen Interline-12. Camera according to one of claims 1 to 11, characterized in that the CCD area sensor (1) is an interline
Transfer-CCD-Sensor handelt.Transfer CCD sensor.
13. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Interline-Transfer-CCD-Sensor um einen Progressive-scan-Sen- sor, d.h. um einen Sensor handelt, der nicht im Zeilensprungverfahren arbeitet.13. Camera according to claim 12, characterized in that the interline transfer CCD sensor is a progressive scan sensor, i.e. is a sensor that does not interlace.
14. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Veränderung der spektralen Charakteristik einfallende Licht zu keinem der beiden Teilbilder beiträgt.14. Camera according to one of claims 1 to 13, characterized in that the light incident during the change in the spectral characteristic does not contribute to either of the two partial images.
15. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch elektrisches Löschen der während der Veränderungszeit in dem Flächensensor erzeugten Ladung.15. A camera according to claim 14, characterized by electrically erasing the charge generated in the area sensor during the change time.
16. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Verhindern des Lichteinfalls auf den Flächensensor während der Veränderung der spektralen Charakteristik.16. Camera according to claim 14, characterized by preventing the incidence of light on the area sensor during the change in the spectral characteristic.
17. Kamera nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Unterbrechen des Strahlengangs zwischen Objekt undXCD-Flächensensor (1) während des Veränderns der spektralen Charakteristik.17. A camera according to claim 14, characterized by interrupting the beam path between the object and the XCD area sensor (1) while changing the spectral characteristic.
18. Kamera nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch das aktive Beleuchten des Objekts mit einem Doppelblitz, wobei zwischen den beiden Blitzen die Veränderung der spektralen Charakteristik erfolgt. 18. Camera according to one of claims 14 to 17, characterized by the active illumination of the object with a double flash, the spectral characteristic changing between the two flashes.
19. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere zeitliche Abstand der effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind die Mitten (41) der jeweiligen ersten Zeitspanne, zu denen die zwei Teilbilder aufgenommen werden, erzeugt wird durch die Verwendung eines optischen/mechanischen Verschlusses.19. Camera according to claim 1, characterized in that the shorter time interval between the effective exposure times, that is, the centers (41) of the respective first time period at which the two partial images are recorded, is generated by using an optical / mechanical shutter.
20. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere zeitliche Abstand der effektiven Belichtungszeitpunkte, das sind die Mitten (41) der jeweiligen ersten Zeitspanne, zu denen die zwei Teilbil- der aufgenommen werden, erzeugt wird durch die Verwendung aktiver20. Camera according to claim 1, characterized in that the shorter time interval between the effective exposure times, that is the centers (41) of the respective first time period at which the two partial images are recorded, is generated more actively by using them
Beleuchtung.Lighting.
21. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Beleuchtung mittels eines Blitzes erfolgt.21. Camera according to claim 20, characterized in that the active lighting takes place by means of a flash.
22. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Beleuchtung mittels eines Doppelblitzes erfolgt.22. Camera according to claim 20, characterized in that the active lighting takes place by means of a double flash.
23. Kamera nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Dop- pelblitz durch Verwendung von zwei nacheinander gezündeten Blitzröhren (19) erzeugt wird.23. Camera according to claim 22, characterized in that the double flash is generated by using two successively fired flash tubes (19).
24. Kamera nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelblitz durch zweifaches Zünden ein und derselben Blitzröhre erzeugt wird.24. Camera according to claim 22, characterized in that the double flash is generated by firing one and the same flash tube.
25. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog/Digital-Wandler die analogen Bilddaten des CCD-Sensors digitalisiert.25. Camera according to claim 1, characterized in that an analog / digital converter digitizes the analog image data of the CCD sensor.
26. Kamera nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Bilddaten einer Speicher - und Recheneinheit (5) zugeführt werden, die das entstehende Farbbild erzeugt. 26. Camera according to claim 25, characterized in that the digital image data are fed to a storage and computing unit (5) which generates the resulting color image.
27. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die entstehenden Farbbilder in dem Farbbildwandler-System gespeichert werden, z.B. in einer auswechselbaren PCMCIA-Karte.27. Camera according to one of claims 1 to 26, characterized in that the resulting color images are stored in the color image converter system, e.g. in a replaceable PCMCIA card.
28. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die entstehenden Farbbilder direkt an einen Rechner (13) übertragen werden.28. Camera according to one of claims 1 to 27, characterized in that the resulting color images are transmitted directly to a computer (13).
29. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeich- net, daß die Bildauflösung weiter gesteigert wird durch die Aufnahme von mehr als zwei Teilbildem, die relativ zueinander verschoben sind.29. Camera according to one of claims 1 to 28, characterized in that the image resolution is further increased by the inclusion of more than two partial images which are shifted relative to one another.
30. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschieben des Flächensensors (1) Piezostellglieder (3) vorgesehen sind. 30. Camera according to claim 1, characterized in that for moving the surface sensor (1) piezo actuators (3) are provided.
PCT/EP1998/000425 1997-01-27 1998-01-26 Digital colour camera for electronic photography WO1998033326A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP53160998A JP2001522546A (en) 1997-01-27 1998-01-26 Digital color camera for electrophotography
EP98905355A EP0954928A1 (en) 1997-01-27 1998-01-26 Digital colour camera for electronic photography
AU60978/98A AU6097898A (en) 1997-01-27 1998-01-26 Digital colour camera for electronic photography

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19702837.3 1997-01-27
DE19702837A DE19702837C1 (en) 1997-01-27 1997-01-27 Digital color camera for electronic photography

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998033326A1 true WO1998033326A1 (en) 1998-07-30

Family

ID=7818457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1998/000425 WO1998033326A1 (en) 1997-01-27 1998-01-26 Digital colour camera for electronic photography

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0954928A1 (en)
JP (1) JP2001522546A (en)
AU (1) AU6097898A (en)
DE (1) DE19702837C1 (en)
WO (1) WO1998033326A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010063960A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Camera with a color image sensor and recording method with such a camera

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10033751B4 (en) * 2000-07-12 2004-09-16 Lenz, Reimar, Dr. Digital, high-resolution cinema film camera
DE10228882A1 (en) * 2002-06-27 2004-02-19 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Calibrating high-accuracy photosensitive sensors involves placing sensor in focal plane base plate, moving sensor in holder until sharp imaging of test structure detected, fixing sensor to base plate
DE102004016736A1 (en) * 2004-04-05 2005-11-10 Carl Zeiss Image recording system, image reproduction system and image recording / reproducing system
DE102014214750B3 (en) * 2014-07-28 2015-06-11 Reimar Lenz Image acquisition system with fast-vibrating global shutter CMOS sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0396687A1 (en) * 1988-10-31 1990-11-14 Reimar Lenz Opto-electronic colour-image sensor.
US5194944A (en) * 1990-05-01 1993-03-16 Chinon Kabushiki Kaisha Image signal processing apparatus for successively transferring a series of color signals obtained as image signals
US5402171A (en) * 1992-09-11 1995-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic still camera with improved picture resolution by image shifting in a parallelogram arrangement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0396687A1 (en) * 1988-10-31 1990-11-14 Reimar Lenz Opto-electronic colour-image sensor.
US5194944A (en) * 1990-05-01 1993-03-16 Chinon Kabushiki Kaisha Image signal processing apparatus for successively transferring a series of color signals obtained as image signals
US5402171A (en) * 1992-09-11 1995-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic still camera with improved picture resolution by image shifting in a parallelogram arrangement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010063960A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Camera with a color image sensor and recording method with such a camera

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001522546A (en) 2001-11-13
EP0954928A1 (en) 1999-11-10
AU6097898A (en) 1998-08-18
DE19702837C1 (en) 1998-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3432393C2 (en) Automatic dimming device for an endoscope
DE3004717C2 (en) Device for the electronic scanning of objects to be recorded
AT389964B (en) FIXED BODY IMAGE RECORDING DEVICE
DE2829607C2 (en)
DE69636322T2 (en) Image pickup device with various methods for pixel shifting
EP0396687B1 (en) Opto-electronic colour-image sensor
DE3320661C2 (en)
DE4440613C1 (en) Device and method for the detection and demodulation of an intensity-modulated radiation field
DE3328737C2 (en)
DE4329839A1 (en) Imaging arrangement with two sensors - contains four colour complementary light sensitive elements in each sensor in 2 by 2 matrix.
DE2801449C2 (en) Solid state television camera
DE102014214750B3 (en) Image acquisition system with fast-vibrating global shutter CMOS sensor
DE2504317A1 (en) COLOR TELEVISION CAMERA
DE10033751B4 (en) Digital, high-resolution cinema film camera
DE2729107A1 (en) METHOD FOR GENERATING COLOR INFORMATION SIGNALS AND ARRANGEMENT FOR CARRYING OUT THE METHOD
DE3230552C2 (en) Solid-state color imaging system
DE19616213A1 (en) Video camera with solid state image pick-up
DE2559578A1 (en) TELEVISION CAMERA
DE3645044C2 (en)
DE3919457A1 (en) STILL IMAGE VIDEO CAMERA
DE19702837C1 (en) Digital color camera for electronic photography
DE2831296C2 (en) Apparatus for electronically scanning super eight films for display on a television set
DE19619186C1 (en) Spatial image recording method
DE2715097A1 (en) COLOR TELEVISION RECORDING PROCEDURE
EP0395913B1 (en) Image pickup device

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DK EE ES FI GB GE GH GM GW HU ID IL IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN ML MR NE SN TD TG

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998905355

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 1998 531609

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09355393

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998905355

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1998905355

Country of ref document: EP