DE4032969A1

DE4032969A1 - Bildverwischungs-korrektureinrichtung

Info

Publication number: DE4032969A1
Application number: DE4032969A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1991-04-25
Also published as: GB9022131D0; GB2239575B; US5189518A; GB2239575A; US5450126A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildverwischungs-Kor rektureinrichtung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordne ten Patentansprüche 1, 2 und 5 zur Korrektur einer Bildver wischung in einer Abbildungseinrichtung, die z. B. eine Mi niaturkamera oder insbesondere eine tragbare Videokamera sein kann.

Eine Verschmierung eines Bildes auf einem Schirm, bei spielsweise auf einem Fernsehschirm, wird z. B. durch Bewe gung eines Subjekts während der Aufnahme oder allgemein durch eine Parallelbewegung einer Kamera beim Nachführen hervorgerufen. Auch eine durch eine Kameravibration oder dergleichen bei der Aufnahme erzeugte Bildbewegung führt manchmal zu einer Bildverschmierung. Im Falle einer Tele skopaufnahme ist der Beobachtungswinkel sehr klein, so daß schon kleine Vibrationen zu einer starken Verschmierung des Bildes führen, was eine Bildverschlechterung nach sich zieht. Nimmt darüber hinaus ein Benutzer Szenen mit einer in seiner Hand geführten Videokamera auf, während er geht oder sich in einem Helikopter oder dergleichen befindet, so werden auch durch die Vibration der Kamera Verschmierungen auf dem Bildschirm hervorgerufen.

Als Maßnahme zur Verhinderung einer Bildverwischung bzw. Bildverschmierung wurde bereits eine einen Gyrosensor ent haltende Verwischungsprüfeinrichtung entwickelt. Diese Ein richtung bewegt eine Position oder eine optische Achse in umgekehrter Richtung um einen Betrag der Verschiebung, die durch den Gyrosensor detektiert worden ist, um die Ver schiebung zu steuern und zu korrigieren.

In der Zwischenzeit wurde vorgeschlagen, die Verwischung bzw. Verschmierung durch elektrische Verarbeitung der Bild information zu korrigieren.

Die Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm des allgemeinen Aufbaus einer konventionellen Bildverwischungs-Korrektureinrich tung, bei der die Bildinformation elektrisch verarbeitet wird. In Fig. 6 sind bezeichnet mit dem Bezugszeichen 601 ein Analog/Digital-Wandler (nachfolgend als A/D-Wandler ab gekürzt), mit dem Bezugszeichen 602 ein Speicher, in den ein Eingangssignal einschreibbar ist, welches aus ihm wie der ausgelesen werden kann, mit dem Bezugszeichen 12 eine Bewegungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren einer Richtung und einer Größe einer Verwischung des Eingangs signals, mit dem Bezugszeichen 603 eine Speicherlese-Steu erschaltung zur Steuerung einer Ausleseadresse des Spei chers 602 in Übereinstimmung mit der Bewegung von der Bewe gungsvektor-Detektorschaltung 12, mit dem Bezugszeichen 604 eine Interpolationsschaltung, die einen Teil eines aus dem Speicher 602 ausgelesenen Videosignals ausdehnt und inter poliert, und mit dem Bezugszeichen 605 ein Digital/Analog- Wandler (nachfolgend als D/A-Wandler abgekürzt).

Als nächstes wird der Verwischungskorrekturbetrieb dieser Einrichtung im einzelnen beschrieben.

Ein Eingangsvideosignal wird mit konstanter Abtastfrequenz abgetastet und mit Hilfe des A/D-Wandlers 601 in ein digi tales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird dann in den Speicher 602 eingeschrieben.

Zusätzlich detektiert die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 12 eine Bewegung (Geschwindigkeit) in jedem Rahmen (frame) anhand der Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Rah men. Die Speicherlese-Steuerschaltung 603 liest einen Teil der Signale, die in den Speicher 602 eingeschrieben worden sind, durch Bewegung eines Referenzpunkts (Ausleseadresse) in Übereinstimmung mit einer Größe der Bewegung aus, die durch die Bewegungsvektor-Detektorschaltung 12 erhalten worden ist. Das gelesene Signal wird mit Hilfe der Interpo lationsschaltung 604 zu einer Originalschirmgröße erweitert und interpoliert und dann mit Hilfe des D/A-Wandlers 605 in ein Videosignal umgewandelt, bevor es ausgegeben wird.

Die Fig. 7 zeigt eine Darstellung, gemäß der ein Signal durch Bewegung des Referenzpunkts aus dem Speicher 602 aus gelesen wird. Das Bezugszeichen W kennzeichnet einen Be reich, in welchen das Eingangssignal im Speicher einge schrieben wird. Dieser Bereich ist immer konstant. Das Be zugszeichen R₀ stellt einen Bereich dar, in welchem ein Si gnal aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn die Größe bzw. der Anteil der Bewegung Null ist. Dagegen stellt das Be zugszeichen R_xy einen Bereich dar, in welchem ein Signal aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn der Anteil der Bewe gung den Wert x in Horizontalrichtung und den Wert y in Vertikalrichtung aufweist. Der Anteil der Bewegung kann durch Integration der Bewegung (Geschwindigkeit) in jedem Rahmen erhalten werden; die während der Bewegungsvektorde tektion ermittelt wird, wobei sich die Akkumulation von Fehlern bei der Integration dadurch verhindern läßt, daß der Auslesebereich fortwährend zum Bereich R₀ gebracht wird.

Bei dieser Bildverwischungs-Korrektureinrichtung lassen sich in idealer Weise Entfernung und Richtung eines jeden Pixels (Bildpunkts) im sich bewegenden Bild berechnen, um die Größe einer Verwischung bzw. Verschmierung des Bildes zwischen Rahmen bzw. Halbbildern zu detektieren. Dieses Verfahren weist die höchste Genauigkeit bei der Vektorde tektion auf. Es wird jedoch eine sehr umfangreiche Hardware und ausgesprochen viel Zeit zur Durchführung des Verfahrens benötigt, so daß es schwierig ist, dieses Verfahren zu rea lisieren. Es gibt jedoch eine allgemeinere Methode zur Be stimmung des Bewegungsvektors im gesamten Schirm durch Auf finden der Größe einer Bewegung von mehreren Pixeln im Schirm. Die Pixel sollen nachfolgend als repräsentative Punkte bezeichnet werden.

Die Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm einer allgemeinen Be rechnungsschaltung für repräsentative Punkte. Dagegen zeigt die Fig. 17 die Beziehung zwischen einem Block im Bild und einem repräsentativen Punkt für den Fall eines konventio nellen Beispiels. Das Bild von einem Feld wird in eine vor bestimmte Anzahl von Blöcken 115 unterteilt, wobei ein re präsentativer Punkt R_ÿ 114 im Zentrum eines jeden Blocks vorhanden ist. Die Pegeldifferenz zwischen dem repräsenta tiven Punkt im vorhergehenden Rahmen und den gesamten Pi xeln S_{i+x, j+y} 116 innerhalb des Blocks wird in jedem Block berechnet.

Gemäß Fig. 16 wird ein eingehendes Videosignal (a) mit Hilfe des A/D-Wandlers 101 in ein digitales Signal umgewan delt. Dann wird ein vorbestimmtes Pixel, das den repräsen tativen Punkt 114 im Block 115 darstellen soll, über eine Halteschaltung 102 in den Speicher 103 für repräsentative Punkte eingeschrieben. Im Speicher 103 für repräsentative Punkte gespeicherte Daten werden einen Rahmen später ausge lesen und über eine Halteschaltung 104 einer Absolutwert schaltung 106 zugeführt. Darüber hinaus werden die anderen A/D-gewandelten Daten des Videosignals über eine Halte schaltung 105 zur Absolutwertschaltung 106 übertragen. Der Absolutwert der Differenz zwischen dem Signal (b) des re präsentativen Punkts (repräsentatives Punktsignal) des vor hergehenden Rahmens, das von der Halteschaltung 104 ausge geben wird, und dem Pixelsignal (c) des gegenwärtigen Rah mens wird mit Hilfe der Absolutwertschaltung 106 berechnet. Diese Berechnung wird in jedem Block ausgeführt, wobei ein Ausgangssignal (d) von der Absolutwertschaltung 106 nach einander zu Tabellen hinzuaddiert wird, die in Übereinstim mung stehen mit derselben Adresse des Pixels in jedem Block und die in der akkumulierten Additionstabelle 108 vorhanden sind. Das Ergebnis der Addition in den Tabellen wird einem Tabellenwertkomparator 109 zugeführt. Schließlich wird be stimmt, wie weit und in welcher Richtung sich die Bildposi tion für einen Rahmen verschoben hat. Es wird also ein Vek torwert (e) ermittelt, und zwar anhand einer Adresse, für die das Ergebnis der Addition ein Minimum ist. Der Vektor wert (e) wird vom Tabellenwertkomparator 109 ausgegeben. Genauer gesagt wird der Absolutwert der Differenz zwischen dem repräsentativen Punkt Rÿ und einem Signal S_{i+x, j+y} bestimmt, dessen Position sich durch eine Horizontalrich tung x und eine Vertikalrichtung y ergibt. Die einzelnen Absolutwerte werden aufsummiert, und zwar für dieselbe Po sition eines jeden repräsentativen Punkts, was zum Wert D_xy führt, wobei x und y Laufwerte sind. Der Ausdruck D_xy läßt sich wie folgt schreiben:

D_xy=Σ|R_ÿ-S_{i+x, j+y}|

Die Werte von x und y für das Minimum von D_xy werden als Bewegungsvektoren jeweils für die Horizontalrichtung und die Vertikalrichtung verwendet.

Zu diesem Zeitpunkt weist ein Block, in dessen Zentrum der repräsentative Punkt positioniert ist, eine Größe des Vek tors auf, also einen Bereich, in welchem der Vektor das Bild korrigieren kann. Im Hinblick auf die akkumulierte Ad dition läßt sich darüber hinaus sagen, daß die Genauigkeit der Vektordetektion verbessert wird, je größer die Anzahl der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird somit durch Addition der repräsentativen Punkte des gesamten Schirms erhalten, was bedeutet, daß die Bewegung des gesamten Schirms gemittelt wird.

Bei der zuerst beschriebenen Abbildungseinrichtung, die den Gyrosensor zum Detektieren von Bildverwischungen aufweist, ist von Nachteil, daß der Sensor relativ teuer ist. Ferner müssen die Position des Sensors bestimmt und ein Platz für ihn freigehalten werden.

Um eine Bildverschlechterung zu verhindern, müssen darüber hinaus hochpräzise A/D-Wandler und D/A-Wandler verwendet werden, ein Speicher mit hoher Kapazität sowie eine aufwen dige Schaltung zur Speichersteuerung oder zur Ausdehnung und Interpolation. Das System ist daher sehr teuer und ver braucht relativ viel Strom. Da andererseits das korrigierte Signal ein Teil des kontinuierlich zugeführten Eingangs signals ist, wird die Information zu einem gewissen Teil reduziert, so daß die Auflösung des Signals herabgesetzt wird. Wird ein Korrekturbereich zur Korrektur einer Bild verschmierung vergrößert, so wird der Anteil der Informati on weiter reduziert, was zu einer noch geringeren Auflösung führt. Der Bereich der Korrektur kann also nicht sehr stark erhöht werden.

Bei der als zweites beschriebenen Einrichtung, die die Be wegungsvektor-Detektorschaltung aufweist, wird der Bewe gungsvektor in einer Ebene ermittelt (zweidimensional), so daß die akkumulierten Additionstabellen erforderlich sind, deren Anzahl der Anzahl der gesamten Pixel innerhalb des Blocks entspricht. Sind beispielsweise 32 Pixel in Horizon talrichtung und 16 Pixel in Vertikalrichtung vorhanden, al so 512 Pixel (=32×16), so sind 512 akkumulierte Addi tionstabellen erforderlich, was bedeutet, daß die elektro nische Schaltung relativ umfangreich wird. Bei der Berech nung des Bewegungsvektors müssen darüber hinaus die gesam ten Daten in den akkumulierten Additionstabellen verglichen werden, so daß viel Zeit für den Vergleich und damit für die Bildkorrektur benötigt wird.

Bei der oben beschriebenen Bewegungsvektor-Detekoreinrich tung der konventionellen Bildverwischungs-Korrektureinrich tung wird die Bewegung darüber hinaus über den gesamten Schirm gemittelt, so daß die Anordnung der Blöcke zum De tektieren des Bewegungsvektors nicht immer symmetrisch um das Zentrum des Schirms herum erfolgt. Der Bewegungsvektor läßt sich daher nur einwandfrei detektieren, wenn das Bild parallelverschoben wird. Erfolgt ein Zoom-Vorgang, also ei ne Vergrößerung oder Verkleinerung, so läßt sich häufig der Bewegungsvektor nicht ermitteln. Wird der Bewegungsvektor falsch detektiert, was häufiger bei einem Zoom-Betrieb als bei einer Parallelverschiebung der Kamera auftritt, so führt die Verarbeitung des falschen Bewegungsvektors zu seltsamen Bilderscheinungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nach teile zu überwinden und eine Bildverwischungs-Korrekturein richtung zu schaffen, die kostengünstig herstellbar sowie klein und leicht aufgebaut ist.

Ziel der Erfindung ist es ferner, eine Bildverwischungs- Korrektureinrichtung zu schaffen, die nur eine kleine Bewe gungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren eines Bewe gungsvektors aufweist und zur Detektion des Bewegungsvek tors nur wenig Rechenzeit benötigt.

Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Bildver wischungs-Korrektureinrichtung zu schaffen, deren Bewe gungsvektor-Detektorschaltung in der Lage ist, Bewegungs vektoren auch dann einwandfrei und ohne nachteilige Auswir kungen auf die Bildqualität zu detektieren, wenn ein Benut zer während der Aufnahme mit einer Videokamera eine Zoom- Operation durchführt.

Lösungen der gestellten Aufgaben sind den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1, 2 und 5 zu entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Bildverwischungs-Korrektureinrich tung (image blur correcting apparatus) ein Linsentrommel teil mit einer Mehrzahl von Linsen und eine Abbildungs- bzw. Bildwandlereinrichtung, eine Bildsignal-Verarbeitungs einrichtung zur Erzeugung eines Bildsignals aus einem elek trischen Signal, das von der Abbildungs- bzw. Bildwandler einrichtung ausgegeben worden ist, einen Trägerkörper zum Tragen des Linsentrommelteils, derart, daß es sich frei um eine Rotationsachse drehen kann, die die Achse eines Strahls, der auf das Linsentrommelteil auftrifft, unter rechtem Winkel oder nahezu rechten Winkeln kreuzt, ein Stellglied, das zwischen dem Linsentrommelteil und dem Trä gerkörper angeordnet ist, um das Linsentrommelteil zu dre hen, eine Relativwinkel-Detektoreinrichtung zum Detektieren eines Relativwinkels zwischen dem Linsentrommelteil und dem Trägerkörper, Mittel zum Detektieren eines die Größe einer Bildverwischung angebenden Bewegungsvektors anhand der Kor relation zwischen zwei Rahmen einer Bildinformation von der Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung, die zeitlich kontinu ierlich bzw. nacheinander erhalten werden, Winkelgeschwin digkeits-Betriebsmittel zur Berechnung einer Winkelge schwindigkeit unter Verwendung eines Zoom-Multiplikations faktors auf der Grundlage des detektierten Bewegungsvektors sowie Rechensteuermittel zur Ausgabe eines Steuersignals in Übereinstimmung mit der Rotationswinkelgeschwindigkeitsin formation und der Relativwinkelinformation.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die Bildverwischungs-Korrektureinrichtung dadurch aus, daß Be wegungsvektoren für den gesamten Schirm anhand der Größe einer Bewegung eines Pixels in jedem Block auf der Grundla ge von repräsentativen Punkten, die in einer Mehrzahl von Blöcken in einem Bild gesetzt worden sind, bestimmt werden, um die Größe der Bewegung zwischen Rahmen des Bildes zu de tektieren, Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts der Dif ferenz zwischen dem Pixel des repräsentativen Punkts für jeden Block des Rahmens, der direkt vor dem Rahmen liegt, dessen Bewegungsvektor bestimmt werden soll, und jeweils den Pixeln auf einer horizontalen Geraden sowie auf einer vertikalen Geraden durch den repräsentativen Punkt desjeni gen Rahmens, dessen Bewegung detektiert werden soll, vor handen sind, Horizontal- und Vertikalakkumulations-Addi tionstabellen zur akkumulierenden Addition jeweils der Ho rizontalabsolutwerte und der Vertikalabsolutwerte vorhanden sind, Mittel zum Detektieren von zwei sich kreuzenden, ein dimensionalen Bewegungsvektoren anhand der horizontalakku mulierten und der vertikalakkumulierten Additionswerte vor gesehen sind und Mittel zur Berechnung eines zweidimensio nalen Bewegungsvektors aus den beiden sich kreuzenden ein dimensionalen Bewegungsvektoren vorhanden sind.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die Bildverwischungs-Korrektureinrichtung aus durch Mittel zum Auffinden des Absolutwerts der Differenz zwischen zwei auf einanderfolgenden Rahmen Block für Block, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt worden ist, Mittel zum Berechnen von Tabellen durch Addition des Abso lutwerts der Differenz in jedem Block über einen Bereich, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Bereichen unter teilt worden ist, die die mehreren Blöcke enthalten, Mittel zum Auffinden eines Bewegungsvektors in jedem Bereich an hand der obigen Tabelle in jedem Bereich, Mittel, die be stimmen, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder der Schirm einer Zoom-Operation unterworfen ist, und zwar anhand des für jeden Bereich erhaltenen Bewegungsvektors, und Mittel zur Ausgabe des Bewegungsvektors mit einem Wert, der durch Mittelung der Bewegungsvektoren im gesamten Schirm erhalten wird, wenn die Parallelbewegung detektiert worden ist, oder zur Ausgabe eines Bewegungsvektors mit ei nem Wert, der durch Multiplikation des Mittelwerts der er haltenen Bewegungsvektoren für den gesamten Schirm mit ei ner vorbestimmten Schwächungskonstante k (0 k < 1) gebil det wird, wenn ein Zoom-Betrieb erfolgt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der Bewegungsvektor des Bildes direkt anhand des Videosignals detektiert. Die Rotationswinkelgeschwindigkeit wird unter Berücksichtigung eines Zoom-Multiplikationsfaktors oder dergleichen berechnet. Die Bildverwischung bzw. Bildver schmierung (image blur) wird dadurch korrigiert, daß das Stellglied angetrieben wird, so daß ein geschlossener Re gelkreis bzw. eine Rückkopplungsschleife erhalten wird. Ein Relativwinkel zwischen dem Linsentrommelteil (lens-barrel part) und dem Trägerkörper wird detektiert, wobei das Stellglied so angesteuert wird, daß der oben beschriebene Winkel (Relativwinkel) zu Null gemacht wird, und zwar in einem niedrigen Frequenzbereich. Die Bildverwischung läßt sich somit in Abhängigkeit vom Zoom-Multiplikationsfaktor korrigieren, wobei das Linsentrommelteil so gesteuert wer den kann, daß es in normaler Zeit zu der Referenzposition des Trägerkörpers zurückkehren kann.

Da bei der Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach der Erfindung nur zwei sich kreuzende, eindimensionale Vektoren bzw. Bewegungsvektoren anhand der akkumulierten Additions tabellen ermittelt werden, kann die Anzahl der akkumulier ten Additionstabellen die Summe der Anzahl von Pixeln in Horizontalrichtung sowie der Anzahl von Pixeln in Vertikal richtung sein. Beträgt z. B. in einem Block die Anzahl der Pixel in Horizontalrichtung 32 und die Anzahl der Pixel in Vertikalrichtung 16, so ergibt sich eine Anzahl von nur 48 (= 32 + 16) akkumulierten Additionstabellen. Die akkumu lierten Additionstabellen können daher durch Schaltungen implementiert werden, deren Umfang nur ein Zehntel oder we niger betragen wie Schaltungen des konventionellen Typs. Darüber hinaus läßt sich auch die Zeit zur Berechnung des Bewegungsvektors reduzieren, wenn die Anzahl der akkumu lierten Additionstabellen reduziert wird.

Ferner wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung die Bewegung des ganzen Schirms nicht durch seine Mit telung detektiert, sondern durch Detektion von Bewegungs vektoren in jedem Bereich, die durch Unterteilung des Schirms erhalten werden. Es wird bestimmt, ob der gesamte Schirm sich parallel bewegt oder einem Zoom-Betrieb unter worfen ist, und zwar anhand der Tatsache, daß im Falle ei ner Parallelbewegung die Bewegungsvektoren in den jeweili gen Bereichen im wesentlichen in dieselbe Richtung weisen, während im Falle des Zoom-Betriebs die Bewegungsvektoren von einander gegenüberliegenden Bereichen in unterschiedli che Richtungen weisen. Auch bei Durchführung eines Zoom-Be triebs können also die Bewegungsvektoren detektiert werden, ohne daß dies zu seltsamen Erscheinungen im Bild führt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bildverwischungs-Korrektureinrichtung einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 den spezifischen Aufbau eines Stellglieds in der Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Relativwinkel-Detektor schaltung der Bildverwischungs-Korrektureinrich tung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Bewegungsvektor-Detektor schaltung der Bildverwischungs-Korrektureinrich tung nach Fig. 1,

Fig. 5 Positionsbeziehungen zwischen einem Schirm und ei nem repräsentativen Punkt während des Berechnungs betriebs der Bewegungsvektor-Detekorschaltung nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer konventionellen Bildverwi schungs-Korrektureinrichtung, die auf elektrischem Wege arbeitet,

Fig. 7 Speicherbereiche zum Einspeichern und Auslesen ei nes Signals in bzw. aus einem Speicher der konven tionellen Einrichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Berechnungsschaltung für repräsentative Punkte in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Beziehung zwischen einem Block und einem re präsentativen Punkt innerhalb eines Bildes während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 8,

Fig. 10 und 11 akkumulierte Additionstabellen,

Fig. 12 eine horizontalakkumulierte Additionstabelle,

Fig. 13 eine Bewegungsvektor-Detektoreinrichtung in Über einstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 14 ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Block und einem Bereich,

Fig. 15 Darstellungen zur Erläuterung eines Betriebs, mit dem bestimmt wird, ob eine Parallelbewegungs- oder Zoom-Operation durchgeführt wird,

Fig. 16 ein Blockdiagramm einer allgemeinen Berechnungs schaltung für repräsentative Punkte, und

Fig. 17 die Beziehung zwischen einem Block und einem re präsentativen Punkt eines Bildes für den Fall ei nes konventionellen Beispiels.

Im nachfolgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben. Die Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Bildverwi schungs-Korrektureinrichtung in Übereinstimmung mit dem er sten Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 1 sind mehrere Linsen (nicht dargestellt) sowie eine Bildwandlereinrichtung 2 (z. B. eine CCD-Platte oder eine Bildaufnahmeröhre) mit ei nem Linsentrommelteil 1 verbunden, das dazu dient, von ei nem Subjekt reflektiertes Licht auf die Bildwandlereinrich tung zu fokussieren. Die Bildwandlereinrichtung 2 wandelt das Bild in ein elektrisches Ladungssignal (elektrisches Signal) um. Eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung 10 liest elektrische Ladungssignale nacheinander aus, um dar aus ein Videosignal zu bilden.

Zwischen dem Linsentrommelteil 1 und einem Trägerkörper 3 ist ein Stellglied 5 angeordnet. Das Stellglied 5 dient zur Drehung des Linsentrommelteils 1 um eine Rotationsachse 6 herum in Gierrichtung (das Linsentrommelteil 1 ist im Be trieb frei drehbar auf einer im wesentlichen horizontalen Oberfläche).

Die Rotationsachse 6 des Stellglieds 5 läuft durch das Gra vitationszentrum G (Massenschwerpunkt) des Linsentrommel teils 1 hindurch und ist durch den Trägerkörper 3 drehbar gelagert. Am Trägerkörper 3 ist ferner ein Griff 4 befe stigt, über den ein Benutzer die Abbildungseinrichtung hal ten kann.

Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Relativwinkel-Detektor schaltung bezeichnet, die einen Relativwinkel zwischen dem Linsentrommelteil 1 und dem Trägerkörper 3 detektiert, und zwar unter Verwendung eines Ausgangssignals eines Hall-Ele ments 9. Ferner bezeichnen das Bezugszeichen 12 eine Bewe gungsvektor-Detektorschaltung zum Detektieren eines Bewe gungsvektors anhand des durch die Videosignal-Verarbei tungsschaltung 10 erzeugten Videosignals, das Bezugszeichen 13 Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel zur Berechnung der Rotationswinkelgeschwindigkeit des Linsentrommelteils 1 unter Berücksichtigung eines Zoom-Multiplikationsfaktors oder dergleichen anhand des Ausgangs der Bewegungsvektor- Detektorschaltung 12 und das Bezugszeichen 14 Berechnungs steuermittel, denen die Ausgangssignale der Relativwinkel- Detektorschaltung 11 und der Winkelgeschwindigkeits-Berech nungsmittel 13 zugeführt werden, um das Stellglied 5 über eine Treiberschaltung 15 zu steuern.

Die Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) zeigen jeweils Detailansichten des Stellglieds 5. Ein aus ferromagnetischem Material be stehendes Rückjoch 201 eines Magneten 202 ist am Linsen trommelteil 1 befestigt und dreht sich zusammen mit der Ro tationsachse 6. Der einen magnetischen Fluß erzeugende Magnet 202 ist so magnetisiert, daß er vier Magnetpole auf weist. Spulen 204a und 204b sowie ein Hall-Element 9 (Ma gnetsensor) sind an einem Spulenjoch 203 befestigt, welches mit einem Lager 207 für die Rotationsachse 6 verbunden ist.

In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Magnet 202 mit dem Linsentrommelteil 1 verbunden, während das Spulenjoch 203 mit dem Trägerkörper 3 verbunden ist. Die Spule 204a ist mit der Spule 204b in Reihe ge schaltet, wobei ein Drehmoment erzeugt wird durch einen vom Anschluß 205 zum Anschluß 206 fließenden Strom sowie durch den vom Magneten 202 erzeugten Magnetfluß. Zusätzlich liegt das Hall-Element 9 in einem Bereich, der einem Bereich ge genüberliegt, in welchem die Magnetpole des Magneten 202 umgeschaltet werden. Das Hall-Element 9 erzeugt ein Aus gangssignal in Übereinstimmung mit der Relativdifferenz der Winkel zwischen dem Magneten 202 (ein Winkel der Linsen trommel) und des Spulenjochs 203 (ein Winkel des Trägerkör pers). Der Ausgang des Hall-Elements 9, das das Magnetfeld des Magneten 202 des Stellglieds 5 detektiert, wird der Re lativwinkel-Detektorschaltung 11 als Eingangssignal zuge führt.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der Relativwinkel-Detektor schaltung 11 im einzelnen. DC-Signale, die an beiden Aus gangsanschlüssen des Hall-Elements 9 erhalten werden, wer den um ein vorbestimmtes Vielfaches differentiell ver stärkt, und zwar mit Hilfe einer Differentialverstärker schaltung, die einen Operationsverstärker 301 und Wider stände 302, 303, 304 und 305 enthält. Diese Schaltung lie fert ein Ausgangssignal (c) am Ausgang des Verstärkers 301. Spannungen +VH und -VH sind geeignet ausgewählt, um das Hall-Element 9 über Widerstände 306 und 307 vorzuspannen.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbei spiels einer Bewegungsvektor-Detektorschaltung 12. Gemäß Fig. 4 wird ein durch die Videosignal-Verarbeitungsschal tung 10 erzeugtes Videosignal (a) A/D-gewandelt, und zwar mit Hilfe eines A/D-Wandlers 401. Sodann wird eines der A/D-gewandelten Signale über eine Halteschaltung 402 in ei nen Repräsentativpunktspeicher 403 eingeschrieben. Ein vor bestimmtes Pixel in einem Block, der in diesem Speicher ge speichert ist, wird als ein repräsentativer Punkt ausge wählt bzw. gesetzt. Der Ausgang des Repräsentativpunktspei chers 403 ist daher der repräsentative Punkt, der einen Rahmen zuvor eingeschrieben worden ist, wobei der Ausgang für jeden Block gelesen wird und über die Halteschaltung 404 in ein Signal (e) umgewandelt wird. Das andere Video signal, das in diesen Block eingegeben wird, wird ebenfalls A/D-gewandelt und mit Hilfe der Halteschaltung 405 in ein Signal (d) überführt. Sodann wird der Absolutwert der Dif ferenz zwischen dem Signal (d) und dem Repräsentativpunkt signal (e) mit Hilfe der Absolutwertschaltung 406 berech net. Diese Berechnung wird für jeden Block ausgeführt, des sen Nummer dieselbe ist wie die des repräsentativen Punkts, wobei die jeweiligen Ausgangssignale nacheinander zu Tabel len hinzuaddiert werden, die in Übereinstimmung stehen mit derselben Adresse eines jeden Blocks einer akkumulierten Additionstabelle 407. Das Ergebnis der Tabellen wird einem Tabellenwertkomparator 408 zugeführt. Dieser ermittelt, wie weit und in welcher Richtung sich die Bildposition für ei nen Rahmen von einer Adresse entfernt hat, für die das Er gebnis der Addition ein Minimum ist. Genauer gesagt wird ein Vektorwert (b) ermittelt.

Die Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einem Block des Bildes und seinem repräsentativen Punkt während der allge meinen oben beschriebenen Repräsentativpunktberechnung, wo bei in Fig. 5 gezeigt ist, daß die Berechnung zwischen ei nem Pixel 503 innerhalb des Blocks 502 und einem Repräsen tativpunktpegel in jedem Block im Hinblick auf den reprä sentativen Punkt 501 erfolgt, der einen Rahmen zuvor erhal ten worden ist.

Genauer gesagt wird der Absolutwert der Differenz zwischen dem repräsentativen Punkt R_ÿ und einem Signal S_{i+x, j+y}, das in Horizontalrichtung um x und in Vertikalrichtung um y vom repräsentativen Punkt R_ÿ entfernt ist, aufaddiert, und zwar für jeden repräsentativen Punkt, wobei als Ergebnis der Ausdruck D_xy erhalten wird. Dieser Ausdruck D_xy läßt sich wie folgt darstellen:

Sodann werden das Minimum x und y im Ausdruck D_xy als Bewe gungsvektoren in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung jeweils gesetzt.

Zu dieser Zeit zeigt ein Block, in dessen Zentrum der re präsentative Punkt positioniert ist, die Größe des Vektors, also einen Bereich, in welchem das Bild durch den Vektor korrigiert werden kann. Im Hinblick auf die akkumulierte Addition sei zusätzlich erwähnt, daß sich die Genauigkeit bei der Detektion des Vektors verbessern läßt, je größer die Anzahl der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird da her durch Addition der repräsentativen Punkte im gesamten Schirm erhalten, also durch Mittelung der Bewegung des ge samten Schirms.

Nachfolgend wird eine Regel- bzw. Rückkopplungsschleife nä her beschrieben. Rotiert die Hand eines Benutzers, die den Griff 4 hält, mit einer bestimmten Geschwindigkeit, so ro tiert das Linsentrommelteil 1 mit derselben Geschwindig keit. Dreht sich das Linsentrommelteil 1, so bewegt sich der Videosignalausgang von der Bildsignal-Verarbeitungs schaltung 10 parallel nach links, während sich das Bild des repräsentativen Punkts im vorhergehenden Rahmen nach links um n Pixel im nächsten Rahmen bewegt. Der Absolutwert des Ausgangs der Absolutwertschaltung 406 in der Bewegungsvek tor-Detektorschaltung 12 ist dann kleiner als der linkssei tige, und zwar um n Pixel. Daher ist die akkumulierte Addi tionstabelle 407, in der der Absolutwert eines jeden Blocks akkumuliert ist, kleiner als die Tabelle, die in Überein stimmung mit der Adresse an der linken Seite steht, und zwar um n Pixel. Im Ergebnis wird gefunden, daß der Bewe gungsvektor eine Größe von n Pixel/Rahmen in linker Rich tung aufweist. Die Rotationswinkelgeschwindigkeit des Lin sentrommelteils 1 zu dieser Zeit wird mit Hilfe der Winkel geschwindigkeits-Operationsmittel berechnet, und zwar an hand des so erhaltenen Bewegungsvektors und eines Zoom-Ver hältnisses (ist das Zoom-Verhältnis groß (klein), so wird die Winkelgeschwindigkeit mittels einer großen (kleinen) Skala berechnet). Sodann wird das Stellglied 5 angetrieben, um diese Winkelgeschwindigkeit auf den Wert Null zu brin gen.

Kommt allerdings nur die Winkelgeschwindigkeits-Rückkopp lungsschleife zum Einsatz, so werden Oszillationen oder Ab weichungen erzeugt. Zusätzlich wird, obwohl sich der Winkel durch Integration der detektierten Winkelgeschwindigkeit detektieren läßt, zu diesem Zeitpunkt auch ein Detektorfeh ler akkumuliert. Das Stellglied 5 wird daher so gesteuert, daß der durch die Relativwinkel-Detektorschaltung 11 ermit telte Relativwinkel in einem niedrigen Frequenzbereich zu Null gemacht wird. Die Verschmierung des Bildes läßt sich daher durch zwei Schleifen korrigieren, und zwar unabhängig vom Zoom-Verhältnis, wobei das Linsentrommelteil so gesteu ert wird, daß es in normaler Zeit zur Referenzposition des Trägerkörpers zurückkehren kann.

Die bisherige Beschreibung bezog sich auf ein Ausführungs beispiel zur Verhinderung einer Bildverschmierung in Gier richtung (yaw direction). Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr läßt sich mit ihr auch eine Bildverschmierung in Steigungs- bzw. Teilungsrichtung (pitch direction) korrigieren.

Wie oben beschrieben, kann der Relativwinkel mit Hilfe des Hall-Elements 9 detektiert werden, welches mit dem Stell glied verbunden ist. Es kann aber auch zu diesem Zweck je der andere geeignete Sensor zum Einsatz kommen, der den Winkel zwischen dem Linsentrommelteil und dem Trägerkörper detektieren kann.

Die Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach der Erfin dung läßt sich zudem auch in anderen Einrichtungen bzw. Ge räten verwenden und nicht nur in einer Videokamera.

Wie oben beschrieben, wird in der Bildverwischungs-Korrek tureinrichtung nach Fig. 1 die in Fig. 4 gezeigte Bewe gungsvektor-Detektorschaltung verwendet. Die Schaltung nach Fig. 4 ist relativ groß und aufwendig und benötigt zur Be rechnung des Bewegungsvektors relativ viel Zeit.

Die Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer Repräsentativ punkt-Berechnungsschaltung in einer Bildverwischungs-Kor rektureinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die oben angesprochenen Probleme ge löst sind.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Block des Bildes und dem repräsentativen Punkt im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8.

Mit Hilfe der in Fig. 8 gezeigten Einrichtung wird das Bild eines Feldes in eine vorbestimmte Anzahl von Blöcken 115 unterteilt, wobei jeweils ein repräsentativer Punkt R_if 114 im Zentrum eines jeden Blocks vorhanden ist. Die Pegeldif ferenz zwischen dem repräsentativen Punkt im vorhergehenden Rahmen und einem Pixel S_{i+x, j+y} 116 in Vertikalrichtung des repräsentativen Punkts sowie einem Pixel S_{i+x, j+y} 117 in Horizontalrichtung des repräsentativen Punkts innerhalb des Blocks wird für jeden Block berechnet.

Gemäß Fig. 8 wird ein eingehendes Videosignal (a) zunächst mit Hilfe eines A/D-Wandlers 121 A/D-gewandelt. Sodann wird über eine Halteschaltung 122 ein vorbestimmtes Pixel inner halb des Blocks 115, das den repräsentativen Punkt 114 dar stellen soll, in den Repräsentativpunktspeicher 123 einge schrieben. Im Repräsentativpunktspeicher 123 gespeicherte Daten werden einen Rahmen später ausgelesen und zu einer Vertikal-Absolutwertschaltung 127 sowie zu einer Horizon tal-Absolutwertschaltung 128 übertragen, und zwar über eine Halteschaltung 124. Andererseits werden Daten des A/D-ge wandelten Videosignals zur Vertikal-Absolutwertschaltung 127 übertragen, und zwar durch eine Vertikalpixel-Halte schaltung 125, die zeitlich in Übereinstimmung mit dem Pi xel in Vertikalrichtung des repräsentativen Punkts verrie gelt, sowie zu der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 über eine Horizontalpixel-Halteschaltung 126, die zeitlich in Übereinstimmung mit dem Pixel in Horizontalrichtung des re präsentativen Punkts verriegelt.

Ein Repräsentativpunktsignal (b) im vorhergehenden Rahmen, welches von der Halteschaltung 124 ausgegeben wird, und ein Pixelsignal (c) im gegenwärtigen Rahmen, welches von der Vertikalpixel-Halteschaltung 125 ausgegeben wird, werden zu einer Berechnung in der Vertikal-Absolutwertschaltung 127 herangezogen, um den Absolutwert der zwischen ihnen liegen den Differenz zu ermitteln. Ferner werden das Repräsenta tivpunktsignal (b) des vorhergehenden Rahmens, das von der Halteschaltung 124 ausgegeben wird, und das Pixelsignal (d) im gegenwärtigen Rahmen, welches von der Horizontalpixel- Halteschaltung 126 ausgegeben wird, zu einer Berechnung in der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 herangezogen, um den Absolutwert der zwischen ihnen liegenden Differenz zu bestimmen. Diese Berechnungen werden für jeden Block ausge führt, wobei ein Ausgangssignal (e) von der Vertikal-Abso lutwertschaltung 127 aufeinanderfolgend addiert wird, und zwar zu Tabellen in Übereinstimmung mit derselben Adresse des Pixels in jedem Block in der vertikalakkumulierten Ad ditionstabelle 129. Ferner wird ein Ausgangssignal (f) von der Horizontal-Absolutwertschaltung 128 aufeinanderfolgend addiert, und zwar zu Tabellen in Übereinstimmung mit der selben Adresse des Pixels in jedem Block der horizontalak kumulierten Additionstabelle 130. Das Resultat der horizon talakkumulierten Additionstabelle 130 und das Resultat der vertikalakkumulierten Additionstabelle 129 werden einer eindimensionalen Vektordetektoreinrichtung 131 zugeführt. Diese Detektoreinrichtung 131 detektiert dann einen Verti kalbewegungsvektor (g) und einen Horizontalbewegungsvektor (h). Der Vertikalbewegungsvektor (g) und der Horizontalbe wegungsvektor (h), die zwei sich schneidende, eindimensio nale Vektoren sind, werden einer Berechnungseinrichtung 133 zur Berechnung eines zweidimensionalen Vektors zugeführt, die ihrerseits bestimmt, wie weit und in welcher Richtung sich die Bildposition für einen Rahmen in der letzten Stufe bewegt hat. Die Berechnungseinrichtung 133 bestimmt also einen zweidimensionalen Bewegungsvektor (i).

Zu diesem Zeitpunkt zeigt ein Block, in dessen Zentrum sich der repräsentative Punkt befindet, die Größe des Vektors, also einen Bereich, in welchem der Vektor das Bild korri gieren kann. Im Hinblick auf die akkumulierte Addition kann gesagt werden, daß sich die Genauigkeit der Detektion des Vektors um so mehr verbessern läßt, je größer die Anzahl der Additionen ist. Der Bewegungsvektor wird daher durch Aufaddieren der repräsentativen Punkte des gesamten Schirms erhalten, was bedeutet, daß eine Mittlung der Bewegung des gesamten Schirms erfolgt.

Nachfolgend wird die eindimensionale Vektordetektoreinrich tung 131 näher beschrieben. Die Fig. 10 und 11 zeigen in schematischer Ansicht jeweils eine akkumulierte Additions tabelle zur Erläuterung der eindimensionalen Vektordetekti on. In den Fig. 10(a) und 11(a) sind akkumulierte Addi tionstabellen dargestellt, und zwar in Übereinstimmung mit der gesamten Anzahl von Pixeln in einem Block, wobei eine Horizontalrichtung (x), eine Vertikalrichtung (y) und ein Wert der akkumulierten Additionstabelle (z) durch drei Di mensionen repräsentiert sind, und zwar mit dem repräsenta tiven Punkt als Ursprung. Dagegen ist in den Fig. 10(b) und 11(b) jeweils eine vertikalakkumulierte Additionstabelle D_y gezeigt, die durch Auffinden der Absolutwerte der Differenz zwischen dem repräsentativen Punkt R_ÿ und einem ihm gegen über in Vertikalrichtung y positionierten Signal S_{i, j+y} erhalten wird sowie durch Addieren derselben über jene bei derselben Position y bezüglich eines jeden repräsentativen Punkts. In diesen Fig. 10(b) und 11(b) sind die Vertikal richtung (y) und der Wert der akkumulierten Additionstabel le (z) durch zwei Dimensionen dargestellt, und zwar mit dem repräsentativen Punkt als Ursprung. Ferner zeigen die Fig. 10(c) und 11(c) jeweils eine horizontalakkumulierte Additi onstabelle D_x, die durch Auffinden der Absolutwerte der Differenz zwischen dem repräsentativen Punkt R_ÿ und einem ihm gegenüber in Horizontalrichtung um x verschobenen Si gnal S_i+x erhalten wird sowie durch Addition derselben über jene bei derselben Position x bezüglich eines jeden repräsentativen Punkts. In den Fig. 10(c) und 11(c) sind die Horizontalrichtung (x) und der Wert der akkumulierten Additionstabelle (z) durch zwei Dimensionen repräsentiert, und zwar mit dem repräsentativen Punkt als Ursprung.

Die Werte von D_x und D_y ergeben sich zu diesem Zeitpunkt zu:

D_x=Σ|R_ÿ-S_{i+x, j+y}|

D_y=Σ|R_ÿ-S_{i+x, j+y}|

Unter Verwendung dieser Ausdrücke D_x und D_y werden dann ein Horizontalbewegungsvektor (h) und ein Vertikalbewegungsvek tor (g) detektiert.

Im nachfolgenden wird zunächst ein erstes Detektorverfahren beschrieben, mit dem der Minimumwert x in der horizontalak kumulierten Additionstabelle D_x als Horizontalbewegungsvek tor (h) und der Minimumwert y in der vertikalakkumulierten Additionstabelle D_y als Vertikalbewegungsvektor (g) detek tiert werden.

Betrifft das Videosignal ein stillstehendes Bild, und sind die Korrelationen sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung jeweils anteilsmäßig auf einen Abstand re duziert, so liefert die akkumulierte Additionstabelle einen Wert in Form eines umgekehrten Kegels, dessen Spitze im Ur sprung (0, 0,0) liegt, wie die Fig. 10(a) zeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wert der vertikalakkumulierten Additions tabelle D_y gemäß Fig. 10(b) minimal, wenn y = 0 ist, wäh rend der Wert der horizontalakkumulierten Additionstabelle D_x minimal ist, wenn x = 0 ist. Im Ergebnis sind also so wohl der Vertikalbewegungsvektor als auch der Horizontalbe wegungsvektor beide Null-Vektoren.

Bewegt sich dagegen das Videosignal um c in Horizontalrich tung sowie um b in Vertikalrichtung für einen Rahmen, so weist die akkumulierte Additionstabelle die Form eines um gekehrten Kegels auf, wobei jetzt aber die Kegelspitze am Punkt (c, b, 0) liegt, wie die Fig. 11(a) erkennen läßt. In diesem Fall ist die vertikalakkumulierte Additionstabelle D_y der Wert eines Abschnitts des Kegels, wie die Fig. 11(b) zeigt, und zwar in der Ebene x = 0, während die horizonta lakkumulierte Additionstabelle D_x ebenfalls der Wert eines Abschnitts des Kegels ist, wie die Fig. 11(c) zeigt, und zwar in der Ebene y = 0. Entsprechend der Fig. 11(b) ist der Wert der vertikalakkumulierten Additionstabelle D_y mi nimal, wenn y = b ist. Dagegen zeigt die Fig. 11(c), daß der Wert der horizontalakkumulierten Additionstabelle D_x minimal ist, wenn der Wert x = c ist. Auf diese Weise wer den der Vertikalbewegungsvektor (g) zu (0, b) und der Hori zontalbewegungsvektor (h) zu (c, 0) ermittelt.

Im nachfolgenden wird ein zweites Detektorverfahren be schrieben, bei dem die Konfiguration der akkumulierten Ad ditionstabelle zuvor detektiert wird. Sodann werden der Vertikalbewegungsvektor (g) anhand des Minimumwerts in der vertikalakkumulierten Additionstabelle D_y und der Horizon talbewegungsvektor (h) anhand des Minimumwerts in der hori zontalakkumulierten Additionstabelle D_x ermittelt.

Weist die akkumulierte Additionstabelle die Form eines um gekehrten Kegels auf, wie die Fig. 11(a) zeigt, und ist die Kegelspitze um c in Horizontalrichtung x sowie um b in Ver tikalrichtung y verschoben, so kann die akkumulierte Addi tionstabelle durch folgende Gleichung repräsentiert werden:

(x-c)²+(y-b)²={f(z)}² (z<0)

Sei der Einfachheit halber angenommen, daß der Kegel eine perfekte Form aufweist, so gilt f(z) = kz. Die akkumulierte Additionstabelle läßt sich daher wie folgt umschreiben:

(x-c)²+(y-b)²=(kz)² (z<0)

Da die vertikalakkumulierte Additionstabelle D_y nur einen Kegelabschnitt in der Ebene x = 0 betrifft, wird für sie folgender Ausdruck erhalten:

c²+(y-b)²=(kz)²

Ist y = b, so folgt, daß, z0 = ±c/k ist. Daraus ergibt sich, daß z das Minimum ist, da folgende Gleichung gilt:

z={c²+(y-b)²}^1/2/k

Andererseits läßt sich dadurch der Horizontalbewegungsvek tor (h) zu (c, 0) bestimmen, wenn das Minimum z0 von z ge funden worden ist.

Genauer gesagt wird herausgefunden, daß c=± k · z0 ist, während der Horizontalbewegungsvektor die Werte (k · z0, 0) oder (-k · z0, 0) annehmen kann. Jeder dieser Vektoren läßt sich dadurch bestimmen, daß ermittelt wird, ob c positiv oder negativ ist, und zwar bezüglich der horizontalakkumu lierten Additionstabelle.

Da die horizontalakkumulierte Additionstabelle D_y einen Ke gelabschnitt betrifft, der in der Ebene y = 0 liegt, läßt sich diese wie folgt schreiben:

(x-c)²+b²=(kz)²

Ist x=c, so gilt z0=±b/k. Der Wert z ist dann das Mi nimum, da folgende Gleichung gültig ist:

z={(x-c²)+b²}^1/2/k

Aus diesem Grunde läßt sich andererseits auch der Vertikal bewegungsvektor (g) zu (0, b) bestimmen, wenn das Minimum z0 von z gefunden worden ist.

Genauer gesagt wird gefunden, daß b=± k · z0 ist, wobei der Bewegungsvektor die Werte (0, k · z0) oder (0, -k · z0) anneh men kann. Jeder dieser Vektoren läßt sich dadurch bestim men, daß ermittelt wird, ob c positiv oder negativ ist, und zwar bezüglich der vertikalakkumulierten Additionstabelle.

Im vorstehenden wurde angenommen, daß die akkumulierte Ad ditionstabelle die Form eines perfekten Kegels aufweist, so daß vorausgesetzt werden konnte, daß f(z) = kz ist. Die gleichen Betrachtungen lassen sich aber auch anstellen für eine allgemeinere Funktion von z. Obwohl die Funktion f(z) von z zu diesem Zeitpunkt mit dem Bildinhalt zu diesem Zeitpunkt schwenkt, da es auch kleine Variationen im Falle von kontinuierlichen Videosignalen gibt, ist es immer mög lich, f(z) durch Detektieren der Konfiguration der akkumu lierten Additionstabelle in jedem Rahmen aufzufinden.

Die Fig. 12 zeigt eine ideale horizontalakkumulierte Addi tionstabelle, die eine relative steile hyperbolische Kurve aufweist, wenn eine kleine Bewegung in einer Diagonalrich tung erfolgt, wie in Fig. 12(a) zu erkennen ist, und die eine seichte hyperbolische Kurve aufweist, wenn in Diago nalrichtung eine große Bewegung erfolgt, wie in Fig. 12(b) zu erkennen ist.

Bezogen auf Fig. 12 wird gemäß dem ersten Verfahren x0 de tektiert, wenn z das Minimum ist, wobei anhand dieses Werts x0 der Horizontalbewegungsvektor detektiert wird. Bei dem zweiten Verfahren wird der Minimumwert z0 von z detektiert, wobei der Vertikalbewegungsvektor anhand des Werts von z0 gefunden wird.

Im Falle einer tatsächlichen horizontalakkumulierten Addi tionstabelle existiert jedoch ein Fehler Δz in Richtung z infolge eines Quantisierungsfehlers, eines Abrundungsfeh lers, einer Differenz im Horizontalkorrelationspegel des Bildes, und dergleichen. Aus diesem Grunde wird zu dieser Zeit auch ein Fehler Δx in Richtung x erzeugt. Da im Falle der seichten hyperbolischen Kurve gemäß Fig. 12(b) Δx groß ist, ist die Detektorgenauigkeit von x klein. Da aber z0 groß ist, wird eine verbesserte Detektorgenauigkeit von z erhalten.

Da dasselbe Verfahren auch bei der vertikalakkumulierten Additionstabelle angewendet wird, ist das zweite Detektor verfahren effektiver als das erste Detektorverfahren, wenn eine große Bewegung in Diagonalrichtung gemäß Fig. 12(b) erfolgt.

Im vorstehenden wurden ein erstes und ein zweites Detektor verfahren beschrieben, die mit Hilfe der Detektormittel zum Detektieren eindimensionaler Vektoren durchgeführt werden können. Ein Endergebnis läßt sich durch Addition der detek tierten Resultate nach dem ersten und zweiten Ausführungs beispiel erhalten, und zwar unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Verhältnisses. Es ist aber auch möglich, in Übereinstimmung mit der Konfiguration der akkumulierten Ad ditionstabelle eines dieser Verfahren auszuwählen.

Die Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm einer Repräsentativ punkt-Berechnungsschaltung in der Bildverwischungs-Korrek tureinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Sie löst die Probleme der Bewegungsvektor-Detek torschaltung in Fig. 4, bei der ein Bewegungsvektor nicht erfolgreich detektiert werden kann, wenn ein Zoom-Betrieb durchgeführt wird.

Gemäß Fig. 13 gelangt ein ankommendes Videosignal (a) zu nächst an den Eingang eines A/D-Wandlers 141. Das ankommen de Videosignal (a) wird durch die Videosignal-Verarbei tungsschaltung 10 in Fig. 1 erzeugt. Dieses Videosignal (a) wird zunächst durch den A/D-Wandler 141 in ein digitales Signal umgewandelt, wobei dann eines der A/D-gewandelten Signale über eine Halteschaltung 142 in einen Repräsenta tivpunktspeicher 143 eingegeben und dort gespeichert wird. Ein vorbestimmtes Pixel in einem Block, der in diesen Spei cher eingeschrieben worden ist, stellt den Repräsentativ punkt dar. Der Ausgang vom Repräsentativpunktspeicher 143 ist aus diesem Grunde ein repräsentativer Punkt, der einen Rahmen zuvor eingeschrieben worden ist. Der Ausgang des Re präsentativpunktspeichers 143 wird blockweise ausgelesen und wird über eine Halteschaltung 144 in ein Signal (b) überführt. Der Absolutwert der Differenz zwischen dem Si gnal (c), das das andere A/D-gewandelte Videosignal ist, das zu diesem Block eingegeben und durch eine Halteschal tung 145 übertragen worden ist, und dem Repräsentativpunkt signal (b) wird in einer Absolutwertschaltung 406 berech net. Das Bezugszeichen 147 kennzeichnet einen Schalter, über den das Ergebnis der Absolutwertschaltung 146 zu einer der akkumulierten Additionstabellen 148a bis 148i eines je den Bereichs ausgegeben wird. Ferner bezeichnen das Bezugs zeichen 150 eine Parallelbewegungs-/Zoombetriebs-Bestim mungseinrichtung, die anhand eines Ausgangs von jeweiligen Tabellenwertkomparatoren 149a bis 149i für jeden Bereich entscheidet, ob eine Parallelbewegung oder ein Zoom-Betrieb durchgeführt werden, das Bezugszeichen 151 eine Bewegungs vektor-Mittelungseinrichtung zum Auffinden eines Mittel werts der Ausgänge der Tabellenwertkomparatoren 149a bis 149i, das Bezugszeichen 152 eine Multiplikationsschaltung, die den Ausgang der Schaltung 151 mit dem Faktor k multi pliziert (0 k < 1), und das Bezugszeichen 153 einen Schalter.

Die Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen den Blöcken und den Bereichen. Ein Schirm ist in 81 (= 9× 9) Blöcke unter teilt, während ein Bereich 9 (= 3× 3) Blöcke enthält. Das bedeutet, daß ein Schirm in 9 (= 3 ×3) Bereiche unterteilt ist, also in die Bereiche a bis i. Die Fig. 15 zeigt Dar stellungen zur Erläuterung des Prozesses, durch den be stimmt wird, ob eine Parallelbewegung oder ein Zoombetrieb durchgeführt werden.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der in Fig. 13 gezeigten Schaltung näher beschrieben.

Das Eingangsvideosignal (a) wird mit Hilfe des A/D-Wandlers 141 A/D-gewandelt, also in ein digitales Signal überführt. Ein vorbestimmtes Pixel, das einen repräsentativen Punkt 114 im Block 115 darstellen soll, wird über die Halteschal tung 142 in den Repräsentativpunktspeicher 143 eingeschrie ben und dort gespeichert. Sodann wird der Absolutwert der Differenz zwischen dem Repräsentativpunktsignal (b) des vorhergehenden Rahmens, das von der Halteschaltung 144 aus gegeben wird, und dem Videosignal (c) des gegenwärtigen Rahmens, das von der Halteschaltung 145 ausgegeben wird, berechnet, und zwar mit Hilfe der Absolutwertschaltung 146. Das Verfahren ist dasselbe wie das zuvor beschriebene. Die se Berechnungen werden für jeden Block durchgeführt, wobei das Ausgangssignal (d) der Absolutwertschaltung 146 mit Hilfe des Schalters 147 umgeschaltet und dann nacheinander zu einer Tabelle in Übereinstimmung mit jedem Pixel von neun akkumulierten Additionstabellen 148a bis 148i hinzuad diert wird, wobei jede dieser Tabellen zu jeweils einem der Bereiche gehört, die die Blöcke enthalten.

Das Ergebnis der Addition in der Tabelle eines jeden Be reichs wird in jeweils einen Tabellenwertkomparator 149a bis 149i eingegeben, der für den jeweiligen Bereich vorhan den ist. Schließlich wird bestimmt, wie weit und in welcher Richtung sich die Bildposition für einen Rahmen bewegt hat, und zwar anhand einer Blockadresse, für die das Additions ergebnis ein Minimum ist. Dies erfolgt in jedem Bereich, so daß neun Bewegungsvektorwerte ea, ..., ei erhalten werden, und zwar jeweils einer für einen der neun Bereiche.

Diese neun Bewegungsvektorwerte werden mit Hilfe der Bewe gungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 gemittelt, wobei der Mittelwert, so wie er ist, dem Schalter 153 zugeführt wird. Andererseits wird der durch die Schaltung 151 erhaltene Mittelwert in der Multiplikationsschaltung 152 mit dem Fak tor k multipliziert (0 k < 1), um eine Schwächung durch zuführen. Der Ausgang der Multiplikationsschaltung 152 wird dann ebenfalls dem Schalter 153 zugeführt.

Diese neun Bewegungsvektorwerte werden darüber hinaus der Parallelbewegungs-/Zoomoperation-Bestimmungseinrichtung 150 zugeführt, die den Schalter 153 dann, wenn sie eine Paral lelbewegung bestimmt hat, so schaltet, daß er den Ausgang von der Bewegungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 direkt empfängt. Der Bewegungsvektor wird dann von der Schaltung 151 direkt zum Schalter 153 übertragen. Stellt die Schal tung 150 dagegen fest, daß ein Zoombetrieb ausgeführt wird, so wird der Schalter 153 so umgestellt, daß er den Ausgang von der Multiplikationsschaltung 152 empfängt. In diesem Fall wird von der Schaltung 152 der abgeschwächte Bewe gungsvektor zum Schalter 153 übertragen.

Nachfolgend wird der Betrieb der Parallelbewegungs-/Zoombe trieb-Bestimmungseinrichtung 150 unter Bezugnahme auf die Fig. 15 näher erläutert. Obwohl gemäß Fig. 15(a) die Bewe gungsvektoren der Bereiche a bis i etwas schwanken, sind ihre x- und y-Komponenten jedoch beide positiv. Die Bewe gungsvektoren liegen darüber hinaus nahe am Mittelwert des Vektors, so daß deswegen die Schaltung 150 eine Parallelbe wegung feststellt. In diesem Fall wird daher der Schalter 153 so geschaltet, daß der Ausgang (2, 2) von der Bewe gungsvektor-Mittelungseinrichtung 151 der Bewegungsvektor ist, und zwar unverändert.

Sind andererseits entsprechend Fig. 15(b) die Bewegungsvek toren der Bereiche a und i, der Bereiche c und g, der Be reiche b und h sowie der Bereiche d und f jeweils im we sentlichen einander entgegengerichtet, so bestimmt die Schaltung 150, daß ein Zoom-Betrieb vorliegt. In diesem Fall wird daher der Schalter 153 so umgestellt, daß der Ausgang (k · 5/9, 0) von der Multiplikationsschaltung 152 den Bewegungsvektor bildet.

Im obigen Ausführungsbeispiel wurde die Bewegung des Schirms zwischen Rahmen (frames) detektiert. Es ist aber auch möglich, die Bewegung zwischen Teil- oder Halbbildern (fields) zu detektieren.

Wie oben beschrieben, wird mit Hilfe der Bildverwischungs- Korrektureinrichtung nach der Erfindung die Bildverwischung bzw. Bildverschmierung eines Bildes durch elektrische Ver arbeitung der Bildinformation detektiert. Sodann wird eine optische Achse durch Rotation des Linsentrommelteils in Übereinstimmung mit dem oben detektierten Ausgang korri giert. Wird die Verschmierung bzw. Verwischung des Bildes auf diese Weise detektiert, so ist kein teurer Gyrosensor erforderlich. Auch entfallen teure A/D-Wandler, D/A-Wand ler, Speicher oder dergleichen. Die Bildverwischungs-Kor rektureinrichtung nach der Erfindung ist daher sehr kosten günstig herstellbar und weist nur einen geringen Leistungs verbrauch auf.

In Übereinstimmung mit der Erfindung sind Pixel, die in ei nem Block mit einem repräsentativen Punkt zu vergleichen sind, nur an den oberen, unteren, rechten und linken Seiten des repräsentativen Punkts positioniert. Es werden zwei eindimensionale Vektoren, also ein Vertikalbewegungsvektor und ein Horizontalbewegungsvektor, individuell berechnet, und zwar einerseits anhand des Minimumwerts der vertikalak kumulierten Additionstabelle, die aus den oberen und unte ren Teilen erhalten wird, und andererseits anhand des Mi nimumwerts der horizontalakkumulierten Additionstabelle, die aus den rechten und linken Teilen erhalten wird.

Schließlich wird ein zweidimensionaler Bewegungsvektor aus den obengenannten und sich schneidenden beiden eindimensio nalen Vektoren berechnet, also aus dem Vertikalbewegungs vektor und dem Horizontalbewegungsvektor. Im Ergebnis kann der Bewegungsvektor mit nur wenigen akkumulierten Addi tionstabellen in kurzer Rechenzeit detektiert werden.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der Bewegungsvek tor nicht durch Mittelwertbildung der Bewegung im gesamten Schirm detektiert, sondern durch Detektion eines Bewegungs vektors in jedem Bereich, wobei die Bereiche durch Unter teilung des Schirms erhalten werden. Ferner wird festge stellt, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder ob ein Zoom-Betrieb erfolgt. Die Bestimmung erfolgt anhand der Tatsache, daß bei einer Parallelverschiebung die Bewegungs vektoren in den jeweiligen Bereichen praktisch dieselbe Richtung aufweisen, während sie bei einem Zoom-Betrieb in zum Teil entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Wird der Zoom-Betrieb detektiert, so wird als Bewegungsvektor derje nige Wert angesehen, der durch Multiplikation des Mittel werts der Bewegungsvektoren des gesamten Schirms mit einer vorbestimmten Schwächungskonstante erhalten wird. Es wird also eine Vektordetektoreinrichtung geschaffen, die einen solchen Bewegungsvektor detektiert, der nicht zu seltsamen Bilderscheinungen führt, auch wenn ein Zoom-Betrieb bei der Aufnahme durchgeführt wird.

Claims

1. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, gekennzeich net durch:

- ein Linsentrommelteil (1) mit einer Linse und einer Ab bildungs- bzw. Bildwandlereinrichtung (2),
- eine Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung (10) zur Bildung eines Videosignals (a) aus einem von der Abbildungs- bzw. Bildwandlereinrichtung (2) erhaltenen elektrischen Si gnal,
- einen Trägerkörper (3) zum Tragen des Linsentrommelteils (1), derart, daß es sich frei um eine Rotationsachse (6) drehen kann, die die Achse eines Strahls, der auf das Linsentrommelteil (1) auftrifft, unter rechtem Winkel oder nahezu rechten Winkeln kreuzt,
- ein Stellglied (5), das zwischen dem Linsentrommelteil (1) und dem Trägerkörper (3) angeordnet ist, um das Lin sentrommelteil (1) zu drehen,
- eine Relativwinkel-Detektoreinrichtung (11) zum Detektie ren eines Relativwinkels zwischen dem Linsentrommelteil (1) und dem Trägerkörper (3),
- Mittel (12) zum Detektieren eines eine Bildverwischung angebenden Bewegungsvektors anhand der Korrelation zwi schen zwei Rahmen einer Bildinformation von der Bild signal-Verarbeitungseinrichtung (10), die zeitlich konti nuierlich bzw. nacheinander erhalten werden,
- Winkelgeschwindigkeits-Betriebsmittel (13) zur Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung eines Zoom- Multiplikationsfaktors oder dergleichen auf der Grundlage des detektierten Bewegungsvektors und
- Rechensteuermittel (14) zur Ausgabe eines Steuersignals zum Stellglied (5) in Übereinstimmung mit den Ausgangs signalen der Relativwinkel-Detektoreinrichtung (11) und der Winkelgeschwindigkeits-Betriebsmittel (13).

2. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß

- Bewegungsvektoren für den gesamten Schirm anhand der Grö ße einer Bewegung eines Pixels in jedem Block auf der Grundlage von repräsentativen Punkten, die in einer Mehr zahl von Blöcken in einem Bild gesetzt worden sind, be stimmt werden, um die Größe der Bewegung zwischen Rahmen des Bildes zu detektieren,
- Mittel (406; 127, 128; 146) zur Bestimmung des Absolut werts der Differenz zwischen dem Pixel des repräsentati ven Punkts für jeden Block des Rahmens, der direkt vor dem Rahmen liegt, dessen Bewegungsvektor bestimmt werden soll, und jeweils den Pixeln auf einer horizontalen Gera den sowie auf einer vertikalen Geraden durch den reprä sentativen Punkt desjenigen Rahmens, dessen Bewegung de tektiert werden soll, vorhanden sind,
- Horizontal- und Vertikalakkumulations-Additionstabellen (407; 129, 130; 148a bis 148i) zur akkumulierenden Addi tion jeweils der Horizontalabsolutwerte und der Vertikal absolutwerte vorhanden sind,
- Mittel (131) zum Detektieren von zwei sich kreuzenden, eindimensionalen Bewegungsvektoren anhand der horizonta lakkumulierten und der vertikalakkumulierten Additions werte vorgesehen sind, und
- Mittel (133) zur Berechnung eines zweidimensionalen Bewe gungsvektors aus den beiden sich kreuzenden eindimensio nalen Bewegungsvektoren vorhanden sind.

3. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel (131) für die eindimensionalen Bewegungsvektoren die Bewe gungsvektoren in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung auf der Grundlage der Koordinaten der akkumulierten Mini mum-Additionswerte der Horizontalakkumulations- und der Vertikalakkumulations-Additionstabellen detektieren.

4. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel (131) für die eindimensionalen Bewegungsvektoren auf einer ge krümmten Oberfläche, die die akkumulierten Additionswerte der akkumulierten Additionstabellen repräsentiert, einen Punkt detektieren, der am nächsten zur XY-Ebene liegt, und ferner die Bewegungsvektoren in Horizontal- und in Verti kalrichtung auf der Grundlage der Koordinaten dieses näch sten Punkts bestimmen.

5. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung, gekennzeich net durch:

- Mittel (406; 127, 128; 146) zum Auffinden des Absolut werts der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden zwei Schirmen Block für Block, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt worden ist,
- Mittel (148a bis 148i) zur Berechnung einer Tabelle durch Addition des Absolutwerts der Differenz bei jedem Block über einen Bereich, nachdem ein Schirm in eine Mehrzahl von Bereichen (a bis i) unterteilt worden ist, die je weils mehrere Blöcke enthalten,
- Mittel (149a bis 149i) zum Auffinden eines Bewegungsvek tors in jedem Bereich (a bis i) anhand der in jedem Be reich akkumulierten Tabelle,
- Parallelbewegungs-/Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150), die anhand der für die jeweiligen Bereiche (a bis i) er haltenen Bewegungsvektoren bestimmen, ob sich der gesamte Schirm parallel bewegt oder der Schirm einer Zoom-Opera tion unterworfen ist, und
- Mittel (151, 152, 153) zur Ausgabe des Bewegungsvektors mit einem Wert, der durch Mittelung der Bewegungsvektoren im gesamten Schirm erhalten wird, wenn die Bestimmungs mittel (150) feststellen, daß die Parallelbewegung er folgt, sowie mit einem Wert, der durch Multiplikation des Mittelwerts der erhaltenen Bewegungsvektoren für den ge samten Schirm mit einer vorbestimmten Schwächungskonstan ten k (0 k < 1) gebildet wird, wenn die Bestimmungsmit tel (150) feststellen, daß ein Zoom-Betrieb durchgeführt wird.

6. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm in neun Berei che (a bis i) unterteilt ist.

7. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelbewegungs-/ Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150) eine Parallelbewegung detektieren, wenn die Bewegungsvektoren in allen Bereichen (a bis i) wenigstens annähernd in dieselbe Richtung weisen.

8. Bildverwischungs-Korrektureinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelbewegungs-/ Zoombetrieb-Bestimmungsmittel (150) einen Zoom-Betrieb de tektieren, wenn die Bewegungsvektoren von einander gegenü berliegenden Bereichen in entgegengesetzte Richtungen wei sen.