Technik Wissen von CANON

Das CANON Handbuch über die Optik von TV-Systemen. Diese Artikel sind mit freundlicher Genehmigung der CANON Deutschland hier übernommen bzw. überarbeitet und ergänzt. Die sauberen und verständlichen Darstellungen und Erklärungen sind aussergewöhnlich detailliert und informativ.

7.6 Pixelreihenversatz ("Pixel-Offset")

Bei 3-CCD-Kameras sind die CCDs für den Blau- und Rot-Kanal gegenüber dem CCD für den Grün-Kanal um eine halbe Pixel-Rasterweite horizontal versetzt, weil die visuell wahrnehmbare Auflösung bei Anwendung dieser Technik verbessert erscheint. Das Funktionsprinzip soll an Bild 103 erläutert werden.

: Bild 102 Kristallscheibe als Tiefpaßfilter

In Bild 103 zeigt oben (a) die horizontale Pixelanordnung im CCD des Grün-Kanals und darunter in den CCDs des Blau- und Rot-Kanals. Das Bild eines schwarz-weißen Liniengitters mit der doppelten Rasterweite (bzw. der halben Ortsfrequenz) der Pixelstruktur ist darübergelegt.

Die Linien sind gegenüber den Pixeln im Grün-Kanal um eine halbe Pixel-Rasterweite verschoben, so daß jede Linie zur Hälfte auf zwei benachbarte Pixel fällt und jedes Pixel das gleiche Signal von 50 % der Maximalhelligkeit liefert. Im Grün-Kanal kann also kein die Gitterstruktur repräsentierendes Signal entstehen (b). Wären die Pixel der CCDs für den Blau- und Rot-Kanal in gleicher Flucht angeordnet, könnte auch dort die Gitterstruktur im Signal nicht sichtbar werden.

: Bild 103 Auflösungsverbesserung durch Pixelreihenversatz ("Offset")

Wenn jedoch die Pixelreihen der CCDs für den Blau- und Rot-Kanal um eine halbe Pixel-Rasterweite gegenüber denen des Grün-Kanals versetzt (engl. "offset") angeordnet sind, sind die Ausgangssignale des Blau- und Rot-Kanals jeweils ein getreues Abbild (b) des sich auf jedem Paar benachbarter Pixel Wiederholenden schwarz-weißen Musters. Da das Luminanzsignal Y als Summe der im Intensitäts- verhältnis 6:3:1 gewichteten Signale der drei Farbkanäle Grün, Rot und Blau gebildet wird, zeigt es die Struktur des Liniengitters (c).

Wäre das Liniengitter jedoch so (gegenüber der Darstellung in Bild 103 um eine halbe Pixel-Rasterweite verschoben) abgebildet worden, daß die Linien voll auf jedes zweite Pixel im CCD des Grün-Kanals fielen und dort ein dem Muster entsprechendes Signal lieferten, aber auf den versetzten Pixeln der CCDs des Blau- und Rot-Kanals keine Struktur hinterließen, würde sich im Luminanzsignal Y auch wieder die Gitterstruktur zeigen.

Wie dieses Beispiel zeigt, hilft der Pixelversatz, die Strukturauflösung im Luminanzsignal zu verbessern.

7.7 Artefakte - und wie sie zu beseitigen sind . . .

: === Bild 104 ===

Weil sich die Farbteilerprismen nahe an den Bildsensoren (Röhrentarget bzw. CCD-Oberfläche) befinden und zahlreiche reflektierende Flächen besitzen, neigen sie dazu, "Geisterbilder" zu erzeugen, die auch als Artefakte bezeichnet werden.

Da die zu den Artefakten führenden Reflexionen innerhalb des Prismensystems nach der Farbaufspaltung entstehen, sind die Artefakte an ihren verschiedenen Farben zu erkennen. Die Prismen erzeugen je nach Art der verursachenden Reflexion zwei grundsätzlich verschiedene Artefakttypen.

Der erste Typ

entsteht durch Lichtstrahlen, die innerhalb des Prismensystems einen anderen als den vorgeschriebenen Weg nehmen, beispielsweise so wie in Bild 104. Der normale Weg führt über zwei Reflexionen zur Bildebene des Blau-Kanals. Die Lichtstrahlen, die das Geisterbild erzeugen, nehmen einen Weg mit drei Reflexionen. Das in diesem Beispiel entstandene Artefakt erscheint ausschließlich im Blau-Kanal, und zwar als blaues Lichtband im Monitorbild.

Das Artefakt läßt sich durch eine Maske vor der Eintrittsfläche des Prismas und einen gleichfalls als Maske wirkenden Einschnitt im Prisma verhindern.

Auf analoge Weise kann auch im Prisma des Rot-Kanals ein Artefakt - hier natürlich als roter Streifen - entstehen, und deshalb wird auch dieses Prisma mit einem maskierenden Einschnitt versehen.

: === Bild 105 ===

Der zweite Artefakttyp

hat seine Ursache in gestreut reflektiertem Licht, das an zahlreichen Seitenflächen und Kanten der Prismen entstehen kann. Das entstehende Artefakt ist ebenfalls blau, grün oder rot, aber hat im allgemeinen eine unregelmäßige Form, die sich in vertikaler Richtung über das Bild erstreckt. Bild 105 zeigt ein solches Artefakt, das durch Streulicht von der oberen Seitenfläche des letzten Prismas verursacht wird. Auch zur Vermeidung solcher Artefakte werden Masken und Einschnitte in den Prismen benutzt.

Wenn die Masken oder Einschnitte wie hier sehr nahe an der Bildebene liegen, muß auch das wenige an den Kanten der Masken oder Einschnitte gestreute Licht als Störfaktor beachtet werden. Seine Beseitigung erfordert große Sorgfalt sowohl bei der Konstruktion als auch in der Fertigung.

Das dabei benötigte Know-how muß sehr vielseitig sein und sich auf Form und Lage der Masken und Einschnitte, auf die Bearbeitungsmethoden (z. B. das Fräsen des Einschnitts und seine Oberflächenbearbeitung), auf die Auswahl der optimalen reflexions-mindernden Beschichtungen und des Maskenmaterials erstrecken.

: === Bild 106 ===

7.8 Diffuse Vorbelichtung (Bias-Licht)

Eine diffuse Vor- oder Grundbelichtung, auch "Bias-Licht" genannt, wird in TV-Kameras nicht mehr benötigt, wenn diese mit CCDs statt mit Aufnahmeröhren arbeiten.

Allerdings arbeiten bestimmte Spezialkameras, beispielsweise hochempfindliche Kameras für extrem niedrige Beleuchtungsstärken oder HDTV-Kameras, noch immer mit Aufnahmeröhren. Bei solchen Kameras hat das optische Farbteilersystem die wichtige zusätzliche Aufgabe, das Bias-Licht in den Strahlengang einzuspeisen. Das Bias-Licht sorgt für eine genau definierte Grundbelichtung der Bildfläche zur Verminderung des Nachzieheffekts.

Das Bias-Licht muß 1. eine konstante Intensität und 2. das richtige Intensitätsverhältnis zwischen den drei Aufnahmeröhren gewährleisten. Zur Einspeisung des Bias-Lichts sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, darunter die mit Hilfe innenbeschichteter hohler Lichtleitstäbe ("clad rods"), die direkte Einspeisung am ersten Prisma und die Einspeisung über eine planparallele Glasplatte ("dummy").

Die erstgenannte Methode der Bias-Be-leuchtung mit innen- beschichteten Lichtleitstäben (Bild 107) war als erste entwickelt worden und zeichnet sich durch eine sehr konstante Beleuchtung und die Möglichkeit einer einfachen elektronischen "Shading"-Kompensation aus. Von Nachteil sind die hohen Kosten und der Platzbedarf. In großen Studiokameras, die eine Reduzierung des "Shadings" erfordern, wird diese Methode aber noch immer verwendet.

Die Methode der direkten Einspeisung des Bias-Lichts ins erste Prisma benötigt keinen zusätzlichen Platz und eignet sich deshab besonders für Kompaktkameras. Die "Dummy"-Glas- Methode stützt sich auf die Besonderheiten der beiden anderen genannten Methoden. Die richtige Farbbalance wird zwar mit Hilfe von Filtern erzielt, doch wurden erst in jüngster Vergangenheit Systeme mit drei Lampen entwickelt, die eine individuelle Regelung der roten, grünen und blauen Farbanteile des Bias-Lichts ermöglichen.

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