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Procédé pour tracer des courbes sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques".
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La présente invention est relative à un procédé pour tracer des courbes sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques au moyen d'un balayage de trame. Cette opération est en prinoipe la même que celle qui est effectuée lorsqu'on produit une image sur l'é- cran d'un récepteur de télévision au moyen d'un signal vidéo reçu.
Dans la version utilisée suivant l'invention. le procédé de trame suppose que l'on fait couvrir l'écran au faisceau d'électrons, uniformément et successivement au moyen d'un balayage de base de temps,de préférence le long de l'axe horizontal, et d'un balayage coïncident et beaucoup plus rapide, de préférence le long ue l'axe vertical, de sorte que le faiscoau d'électrons, seulement lorsqu'il passe sur des points où un point de courbe doit être indicé, re- çoit suffisamment d'énergie d'une impulsion vidéo pour rendre le point d'impact du faisceau luminescent sur l'écran.
L'excitation du faisceau par les impulsions vidéo, est obtenue en appliquant ces impulsions à une grille du tube à rayons cathodi- ques,de manière à exciter le faisceau d'électrons une fois pour chaque courbe à tracer, pour chaque balayage rapide. D'ordinaire les impulsions vidéo sont si courtes par rapport au temps de balayage vertical que les points tracés de la courbe apparaissent comme de petits spots ronds sur l'écran.
Si l'on augmentela durée des impulsions, les spots tracés perdent leur caractère ponctuel et apparaissent au contraire sous forme de traits dans la direction du balayage rapide.
Lorsqu'un tracé simultané de plusieurs courbes est désiré, auquel cas l'image sur l'écran présente dans une certaine mesure le même caractère que celle d'un écran de télévision, le présent procédé de trame peut être plus avantageux qu'un procède plus clas- sique, dans lequel le faisceau d'électrons est dévié dans la direc- tion horizontale au moyen d'une tension ou d'un courant en dents de scie, engendrant ainsi une base de temps dans ladite direction, et dans la direction verticale au moyen du signal de courant ou de tension qui doit être représenté par une courbe sur l'écran.
Ainsi, un traçage de trame simultané des courbes en question peut avantageusement être appliqué en électronique médicale, où, par exemple dans l'enregistrement de cardiogrammes, il est néces- saire d'obtenir un enregistrement simultané de petits signaux de tension biologique , qui sont prélevés à partir d'élec- trodes placées dans différentes parties du corps humain.
Cependant, ces signaux ont d'ordinaire un caractère impulsion-
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nel aveo des portions rapidement croissantes et décroissantes qui sont traoées avec une intensité lumineuse faible et/ou d'une ma- nière plut8t discontinue, étant donné qu'un point de chaque courbe est tracé pour chaque balayage vertical et une partie de courbe s'étendant essentiellement dans la direction verticale n'est cou- pée que par un nombre relativement faible de balayages par unité de longueur.
Une meilleure continuité pour une telle portion de courbe peut bien entendu être obtenue d'une manière oonnue en aug- mentant le nombre de balayages verticaux par unité de longueur ho- rizontale, de sorte qu'un nombre total de points plus important est tracé sur l'écran. Mais alors lu vitesse de balayage doit être également augmentée, ce qui signifie que la durée des impul- sions vidéo doit être diminuée afin de maintenir le caractère ponctuel des spots tracés.
Ceci à son tour, diminue l'intensité lumineuse de chaque point tracé, et l'intensité lumineuse totale pour une partie de courbe donnée n'est pas augmentée dans de tel- les conditions.Ainsi, avec une durée d'impulsion et une amplitude d'impulsion précéterminées, la densité lumineuse d'une courbe varie avec la pente de la courbe en relation avec la direction du balayage de base de temps. Ceci donne naissance à des inconvénients considérables pour l'examen visuel des courbes et, en particulier lorsque les courbes doivent être photographiées.
Théoriquement, ce problème peut bien entendu être résolu en augmentant l'amplitude de l'impulsion vidéo lors du tracé de par- tiesde courbe de pente croissante et décroissante élevée, afin d'obtenir une intensité lumineuse plus élevée pour chaque point tracé. Mais en pratique, ceci peut donner naissance à une dégra- dation de la concen ration du faisceau d'électrons le long d'une telle portion, et par conséquent une moins bonne netteté de la courba enregistrée.
Ainsi, l'invention a pour objet de fournir un procédé de trame pour tracer des courbes, dans lequel la densité lumineuse le long d'une courbe est à peu près indépendante de sa pente, et dans le- quel une meilleure continuité des portions de courbe de forte pen- te enregistrées est obtenue. Une caractéristique particulière du procédé réside en ce que la durée de chaque impulsion vidéo, à l'intérieur de certaines valeurs prédéterminées, est rendue dépen- dante de la pente de la courbe à tracer, au point correspondant à ladite impulsion vidéo.
Pour obtenir le meilleur résultai la limite inférieure de la
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durée de l'impulsion vidéo est de préférence prédéterminée à une valeur qui donne une intensité lumineuse et/ou une continuité'sa- tisfaisantes pour une courbe tracée parallèlement audit balayage de base de temps.
Dans la gamme où lA durée de l'impulsion vidéo dépend de la pente de la courbe, l'augmentation de la durée de l'impulslon vi- déo au-delà d'une certaine valeur limite inférieure prédéterminée, est de préférence rendue proportionnelle à la valeur absolue de la dérivée en fonction du temps de la fonction qui est représentée par la courbe à trauer, Cette version de l'invention est relati- vement facile à réaliser, et a donné dans la pratique des résul- tats satisfaisants.
Les points lumineux tracés sur l'écran apparaissent alors com- me décrit plus haut,sous forme de traits s'étendant dans la di- rection du balayage vertical rapide, la longueur de ces traits augmentant avec la pente de la courbe tracée. Cependant, plus les traits sont longs,moins leur direction dévie de celle de la courbe tracée au point significatif, de sorte que la composante des traits perpendiculaire à la courbe peut être maintenue dans des limites raisonables par un choix approprié d'un facteur de proportionalité. Ceoi est important, car ce sont évidemment les composantes transversales des traits qui peuvent rendre la courbe moins nette et par conséquent masquer un petit détail de cette courbe.
En outre, l'intensité lumineuse totale de chaque spot tracé est évidemment proportionnelle à la durée de l'impulsion vidéo as- sociée, et ainsi également à la pente de la courbe dans ladite gamme prédéterminée. Ceci compense donc la densité déoroissante des points tracés avec l'augmentation de la pente de la courbe, de sorte que la densité lumineuse le long de la courbe reste à peu près constante.
Etant donné que les composantes principales des traits sont ainsi dirigées le long de la courbe lorsque la pente est forte, ceci contribue considérablement à rendre le tracé de la courbe plus continu. Ici, les meilleurs résultats sont obtenus par des varia- tions faibles de la pente de la courbe tracée. Lors d'une transi- tion abrupte entre une portion de courbe de forte ente et une portion de faible pente, ou inversement, par exemple aux angles d'une impulsion rectangulaire, un trait de dépassement peut faci- lement se produire.
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Ainsi, la limite supérieure de l'impulsion vidéo peut être ré- glée à la valeur maximale qui peut être acceptée pour ne pas mas- quer les petits détails de la courbe tracée dans la direction du- dit balayage rapide.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- rattront au cours de la description qui va suivre.
Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 représente un exemple de courbe tracée au moyen d'une technique de trame conventionnelle, et une courbe tracée suivant le procédé de l'invention, respectivement ; la Fig. 2 représente une intersection de courbes de forte pente tracées au moyen d'une technique classique ainsi qu'une in- tersection tracée suivant le procédé de l'invention respectivement; et la Fig. la Fig. 3 représente le tracé d'une impulsion rectan- gulaire, suivant le procédé de l'invention, mais avec une durée d'impulsion insuffisamment limitée.
La courbe a de la Fig, 1 représente une impulsion triangulaire/ pointe acérée du type se rencontrant dans un cardiogramme,tandis que la courbe b représente la même impulsion tracée au moyen d'une technique de trame classique ': aveo intervalle de ligne de 1 mm pour le balayage rapide.
La courbe c représente la même impulsion tracée par le procédé suivant l'invention, la courbe étant cons- tituée de traits de différentes longueurs 1 dans la direction du balayage rapide suivant l'équation :
1 - 1o + k tg [alpha] (1) ici 10 est la longueur du trait en fonction de la valeur minimale prédéterminée de la durée de l'impulsion, tandis que k est un fac- teur de proportionnalité et est l'angle de pente de la courbe. tg [alpha] est naturellement proportionnelle à la dérivée en fone- tion du temps de la fonction qui est représentée par la courbe à tracer.
Dans le présent exemple les constantes sont choisies de telle manière que 10 - k - 0,5 mm, de sorte que les longueurs des traits Atteindront des valeura appréciables qu'aveo des pentes de courbe d'une valeur représentée à la Fig. 1. On comprendra aisément que la courbe c de la Fig. 1 a une intensité lumineuse totale beaucoup grande que l'enregistrement classique de la courbe b. Les inter- valles de ligne sont les mêmes dans les deux Fig., mais il est naturellement beaucoup plus facile de percevoir la forme de la
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courbe d'après le tracé de la courbe c suivant l'invention, étant donné que celle-ci, outre qu'elle présente une intensité lumineuse totale plus élevée, apparaît plus continue que l'enregistrement classique de la courbe b.
Suivant un autre exemple, le graphique a de la Fig. 2, repré- sente deux courbes P et Q de forte pente qui se coupent. Les gra- phiques b et c de la Fig. 2 représentent respectivement un tracé de trame classique de ces courbes et un enregistrement suivant le procédé de l'invention et l'é4uation (1) ci-dessus, la densité de balayage vertical étant la même dans les deux cas. L'ensemble de points au voisinage du point d'intersection du graphique b de la Fig. 2 apparaît à première vue plut8t confus, et il est évident que le tracé des courbes et leur point d'intersection sont beau- coup plus facilement visibles sur le graphique c de la Fig. 2.
L'intensité lumineuse totale dans la zone critique est également bien supérieure dans le dernier oas.
Comme mentionné, ci-dessus, il ne serait cependant pas bon de permettre à la durée de l'impulsion d'augmenter vers des valeurs extrêmes, lorsque la direction de la courbe approche la verticale.
La raison de cette limitation imposée est rendue évidente par la Fig. 3. Sur la courbe a de cette Fig.,il est représenté une impul- sion rectangulaire à flanos à peu près verticaux. Si cette im- pulsion devait être tracée suivant l'équation (1), sans imposer de limite maximale à la longueur des traits, il se produirait, com- me Indiqué par la courbe b de la Fig. 3,de longs traits vertioaux dépassant le sommet applati de l'impulsion. Ces traits peuvent être confondus avec des dépassements se produisant fortuitement dans les circuits générateurs d'impulsions, ce qui entraînerait une mauvaise interprétation de la courbe enregistrée.
Avec une variation manuelle de la durée de l'impulsion vidéo et par cons'- quent de la longueur des traits, l'origine des dépassements peut bien entendu être déterminée.
Au lieu de ceci, il convient d'ordinaire de limiter la durée des impulsions et ainsi de fixer 1 l'avance une longueur maximale des traita. L'équation (1) sera alors remplacée par :
EMI6.1
1 - 10 + k tgd pour t6d - tg " 0 1 - 1 pour tg - tg co. 0 (2 loi 1m est le maximum permis pour la longueur du trait qui est ob- tenu avec un angle de pente [alpha] pour la courbe.
La valeur optimale du maximum permis de durée d'impulsions
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dépend cependant du type de courbe que l'on doit tracer, et doit de préférence être réglable dans l'appareil utilisé pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention.
La densité de ligne verticale qui est appliquée pour le tra- çage des courbes des Fig.,est bien entendu beaucoup plus faible que les densités pratiquas convenables. Ainsi, dans un appareil d'essai actuel, des densités de lignes de 150 à 1500 lignes par mm étaient appliquées. Ces valeurs doivent cependant ne pas être considérées comme des normes ou des valeurs limites pour les densités de lignes qui peuvent être convenablement appliquées.
Dans cet appareil, la plus courte durée d'impulsions vidéo pouvant être produite était réglée à 0,15 microseconde, alcrs que la durée maximale de ¯'impul- sion vidéo était réglée à 1,5 microseconde, la durée des impulsions augmentant linairement en fonction de la valeur absolue de la dérivée en fonction du temps de la fonction à tracer, dans la gam- me comprise entre les valeurs extrêmes ci-dessus.
Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre dans la pratique de nombreuses manières au moyen de technique convention- nelles, qui ne seront pas décrites ici,
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Method for plotting curves on the screen of a cathode ray tube ".
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The present invention relates to a method for plotting curves on the screen of a cathode ray tube by means of raster scanning. This operation is in principle the same as that which is carried out when producing an image on the screen of a television receiver by means of a received video signal.
In the version used according to the invention. the raster method assumes that the screen is covered with the electron beam, uniformly and successively by means of a time base scan, preferably along the horizontal axis, and a coincident scan and much faster, preferably along the vertical axis, so that the electron beam, only when passing over points where a curve point is to be indexed, receives sufficient energy from a video pulse to make the point of impact of the beam luminescent on the screen.
The excitation of the beam by the video pulses is obtained by applying these pulses to a grid of the cathode ray tube, so as to excite the electron beam once for each curve to be drawn, for each rapid scan. Usually the video pulses are so short compared to the vertical scan time that the plotted points of the curve appear as small round spots on the screen.
If the duration of the pulses is increased, the plotted spots lose their punctual character and instead appear as lines in the direction of the rapid scanning.
Where simultaneous plotting of several curves is desired, in which case the image on the screen has to some extent the same character as that of a television screen, the present raster method may be more advantageous than one. more conventional, in which the electron beam is deflected in the horizontal direction by means of a sawtooth voltage or current, thereby generating a time base in said direction, and in the direction vertical by means of the current or voltage signal which must be represented by a curve on the screen.
Thus, simultaneous raster tracing of the curves in question can advantageously be applied in medical electronics, where, for example in the recording of cardiograms, it is necessary to obtain a simultaneous recording of small biological tension signals, which are taken from electrodes placed in different parts of the human body.
However, these signals are usually of a pulse character.
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nel with rapidly increasing and decreasing portions which are plotted with low light intensity and / or rather discontinuously, since a point of each curve is plotted for each vertical sweep and a part of the curve s' extending essentially in the vertical direction is only intersected by a relatively small number of scans per unit length.
Better continuity for such a portion of a curve can of course be obtained in a known way by increasing the number of vertical scans per unit of horizontal length, so that a larger total number of points is plotted on the screen. But then the scanning speed must also be increased, which means that the duration of the video pulses must be reduced in order to maintain the punctual character of the plotted spots.
This in turn decreases the light intensity of each plotted point, and the total light intensity for a given portion of the curve is not increased under such conditions. Thus, with pulse duration and amplitude of predetermined pulses, the light density of a curve varies with the slope of the curve in relation to the direction of the time base scan. This gives rise to considerable disadvantages for the visual examination of the curves and, in particular when the curves are to be photographed.
Theoretically, this problem can of course be solved by increasing the amplitude of the video pulse when plotting parts of a curve of high increasing and decreasing slope, in order to obtain a higher light intensity for each plotted point. But in practice, this can give rise to a degradation of the concentration of the electron beam along such a portion, and consequently a poorer sharpness of the recorded curve.
Thus, the object of the invention is to provide a raster method for plotting curves, in which the light density along a curve is approximately independent of its slope, and in which better continuity of the portions of the curve. recorded steep slope curve is obtained. A particular characteristic of the method resides in that the duration of each video pulse, within certain predetermined values, is made dependent on the slope of the curve to be traced, at the point corresponding to said video pulse.
To obtain the best result the lower limit of the
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duration of the video pulse is preferably predetermined at a value which gives satisfactory light intensity and / or continuity for a curve drawn parallel to said time base scan.
In the range where the duration of the video pulse depends on the slope of the curve, the increase in the duration of the video pulse beyond a certain predetermined lower limit value is preferably made proportional to the absolute value of the derivative as a function of time of the function which is represented by the curve to be plotted. This version of the invention is relatively easy to produce, and has given satisfactory results in practice.
The light points drawn on the screen then appear, as described above, in the form of lines extending in the direction of the rapid vertical scan, the length of these lines increasing with the slope of the curve drawn. However, the longer the lines, the less their direction deviates from that of the curve drawn at the significant point, so that the component of the lines perpendicular to the curve can be kept within reasonable limits by an appropriate choice of a proportionality factor. . This is important, because it is obviously the transverse components of the lines which can make the curve less clear and consequently hide a small detail of this curve.
In addition, the total light intensity of each plotted spot is obviously proportional to the duration of the associated video pulse, and thus also to the slope of the curve in said predetermined range. This therefore compensates for the decaying density of the plotted points with the increase in the slope of the curve, so that the light density along the curve remains approximately constant.
Since the principal components of the lines are thus directed along the curve when the slope is steep, this contributes considerably to making the drawing of the curve more continuous. Here, the best results are obtained by small variations in the slope of the plotted curve. During an abrupt transition between a portion of a steep curve and a portion of low slope, or vice versa, for example at the angles of a rectangular pulse, an overshoot line can easily occur.
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Thus, the upper limit of the video pulse can be set to the maximum value that can be accepted so as not to obscure the small details of the curve drawn in the direction of said rapid scan.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent during the description which follows.
In the appended drawing, given solely by way of example: FIG. 1 shows an example of a curve plotted using a conventional raster technique, and a curve plotted according to the method of the invention, respectively; Fig. 2 shows an intersection of steep curves drawn by means of a conventional technique as well as an intersection drawn according to the method of the invention respectively; and Fig. Fig. 3 represents the trace of a rectangular pulse, according to the method of the invention, but with an insufficiently limited pulse duration.
Curve a in Fig, 1 represents a triangular pulse / sharp point of the type found in a cardiogram, while curve b represents the same pulse plotted using a conventional raster technique ': with line interval of 1 mm for fast scanning.
Curve c represents the same pulse plotted by the method according to the invention, the curve being made up of lines of different lengths 1 in the direction of rapid scanning according to the equation:
1 - 1o + k tg [alpha] (1) here 10 is the length of the stroke as a function of the predetermined minimum value of the pulse duration, while k is a factor of proportionality and is the angle of slope of the curve. tg [alpha] is naturally proportional to the time derivative of the function which is represented by the curve to be plotted.
In the present example the constants are chosen such that 10 - k - 0.5 mm, so that the lengths of the lines will reach appreciable values than with the slope slopes of a value shown in FIG. 1. It will easily be understood that the curve c of FIG. 1 has a much greater total light intensity than the conventional recording of curve b. The line intervals are the same in both Figs., But it is naturally much easier to perceive the shape of the
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curve according to the plot of curve c according to the invention, given that the latter, besides having a higher total light intensity, appears more continuous than the conventional recording of curve b.
According to another example, the graph a of FIG. 2, represents two curves P and Q of strong slope which intersect. The graphs b and c of FIG. 2 respectively show a conventional raster plot of these curves and a recording according to the method of the invention and the above evaluation (1), the vertical scanning density being the same in both cases. The set of points in the vicinity of the point of intersection of graph b of FIG. 2 appears at first glance rather confused, and it is evident that the course of the curves and their point of intersection are much more easily visible in graph c of FIG. 2.
The total light intensity in the critical zone is also much higher in the last oas.
As mentioned above, however, it would not be good to allow the duration of the pulse to increase towards extreme values, as the direction of the curve approaches vertical.
The reason for this imposed limitation is made evident by FIG. 3. On the curve a of this Fig. There is shown a rectangular pulse with roughly vertical blanks. If this pulse were to be traced according to equation (1), without imposing a maximum limit on the length of the lines, it would occur, as indicated by curve b in Fig. 3, long vertical lines extending beyond the flattened top of the pulse. These features can be confused with overshoots occurring fortuitously in the pulse generator circuits, which would lead to a misinterpretation of the recorded curve.
By manually varying the duration of the video pulse and therefore the length of the lines, the origin of the overshoots can of course be determined.
Instead, it is usually convenient to limit the duration of the pulses and thus to fix the advance a maximum length of the processes. Equation (1) will then be replaced by:
EMI6.1
1 - 10 + k tgd for t6d - tg "0 1 - 1 for tg - tg co. 0 (2 law 1m is the maximum allowed for the length of the line which is obtained with a slope angle [alpha] for the curve.
The optimum value of the maximum allowable pulse duration
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however, depends on the type of curve to be drawn, and should preferably be adjustable in the apparatus used to implement the method according to the invention.
The vertical line density which is applied for plotting the curves of Figs, is of course much lower than the practical suitable densities. Thus, in a current test apparatus, line densities of 150 to 1500 lines per mm were applied. These values, however, should not be considered as standards or limit values for line densities which can be properly applied.
In this apparatus, the shortest video pulse duration that could be produced was set to 0.15 microseconds, while the maximum video pulse duration was set to 1.5 microseconds, with the pulse duration linearly increasing in length. function of the absolute value of the derivative as a function of time of the function to be plotted, in the range between the extreme values above.
The process according to the invention can be carried out in practice in numerous ways by means of conventional techniques, which will not be described here,