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Die
Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung für bandförmige Medien, die periodische
Markierungen aufweisen, mit einer Einrichtung zur Ermittlung der
Transportgeschwindigkeit des Mediums.
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Eine
derartige Transportvorrichtung findet beispielsweise in Filmabtastern
Verwendung, wo es in besonderem Maße auf den Gleichlauf des abgetasteten
Films ankommt, der in diesem Fall das bandförmige Medium darstellt. Die
Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der genannten Anwendung
dargestellt, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Bei
heutigen Fernsehsendungen setzt sich das Fernsehbild sehr häufig aus
Filmsequenzen und einer Aufnahme mit einer Fernsehkamera oder digitalen
Videoeffekten zusammen. Solche zusammengesetzten Fernsehbilder stellen
sehr hohe Anforderungen an die Stabilität des Bildstandes und folglich an
den Gleichlauf eines Filmabtasters, mit dem das gesendete Filmmaterial
abgetastet wird. Bereits Schwankungen, die kleiner als eine Fernsehzeile sind,
wirken sich störend
für den
Betrachter aus.
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Ganz
allgemein gilt, daß die
genaue Messung der tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit des bandförmigen Mediums – sei es
Film oder ein anderes Material – entscheidend
für eine
Verbesserung des Gleichlaufes ist.
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Um
den von Bildstandsfehlern verursachten Schwierigkeiten zu begegnen,
schlägt
die
DE 195 31 508
A1 einen Fernsehfilmabtaster vor, der eine Einrichtung
zur Ermittlung und automatischen Korrektur von vertikalen und horizontalen
Bildstandsfehlern bei der kontinuierlichen Abtastung eines Filmstreifens aufweist.
Der bekannte Fernsehfilmabtaster verwendet zu diesem Zweck zwei
Gruppen von Zeilensensoren und Bildspeichern, wobei vertikale und
horizontale Korrektursignale durch Abtastung der Perforationslöcher ermittelt
werden. Die erste Gruppe von Zeilensensoren ist quer zur Filmlaufrichtung
angeordnet und dient zur Ermittlung vertikaler Korrektursignale.
Die Abmessungen der ersten Gruppe von Zeilensensoren entsprechen
ungefähr
der Breite der Perforationslöcher
quer zur Filmtransportrichtung und ungefähr der Breite eines Filmbildes
entlang der Filmtransportrichtung. Im Betrieb des Filmabtasters erzeugt
die Vorderkante eines Perforationsloches einen Helligkeitssprung
für jedes
Photoelement, dessen Ausgangssignale zur Ermittlung eines vertikalen Korrektursignals
ausgewertet werden. Zur Ableitung von horizontalen Korrektursignalen
ist eine zweite Gruppe von Photosensoren in Bereich der linken Kante
des Films angeordnet. Die Zeilensensoren der zweiten Gruppe verlaufen
rechtwinklig zu den Zeilensensoren der ersten Gruppe. Der Gleichlauf
des Films wird mittels eines Zahnrollentachoimpulses sowie der vertikalen
Korrektursignale geregelt.
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Hiervon
ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Transportvorrichtung
für ein
bandförmiges
Medium vorzuschlagen, die eine verbesserte Einrichtung zur Ermittlung
der Transportgeschwindigkeit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Transportvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Insbesondere
ist bei der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung
ein Zeilensensor vorgesehen, der sich entlang der Transportvorrichtung
erstreckt. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um einen Bereich des
Mediums auf den Zeilensensor abzubilden. Eine an den Zeilensensor angeschlossene
Signalverarbeitungsschaltung ermittelt aus den Ausgangssignalen
des Zeilensensors die Transportgeschwindigkeit des Mediums.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kommt somit ohne mechanische Komponenten, wie zum Beispiel Zahnrollen,
zur Messung der Transportgeschwindigkeit aus.
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Die
Signalverarbeitungsschaltung des Filmabtasters kann einen Zeilenspeicher
aufweisen, in welchem die Bilddaten des Zeilensensors abgespeichert
werden. Der Zeilenspeicher ermöglicht
das Zwischenspeichern von Bildern, um gegebenenfalls einer nachgeschalteten
Bearbeitung von Bilddaten ausreichend Verarbeitungszeit zur Verfügung zu
stellen.
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Weiterhin
ist es zweckmäßig, dass
eine Ausleseeinrichtung den Zeilensensor mit einer vorgegebenen
Taktrate ausliest.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die Signalverarbeitungsschaltung so eingerichtet
sein, dass sie charakteristische Intensitätsmuster erkennt und aus der
Verschiebung der Intensitätsmuster
zwischen einem ersten Auslesezeitpunkt des Zeilensensors und einem
nachfolgenden Auslesezeitpunkt sowie der Auslesetaktrate die Transportgeschwindigkeit
berechnet.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Signalverarbeitungsschaltung so eingerichtet,
dass mehrere Intensitätsmuster
ausgewertet werden und aus den dazugehörenden Transportgeschwindigkeiten
ein Mittelwert gebildet wird.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung gibt die Signalverarbeitungsschaltung
ein die Transportgeschwindigkeit repräsentierendes Geschwindigkeitssignal
ab. Zweckmäßigerweise
bildet das Geschwindigkeitssignal ein Eingangssignal für eine Servoeinheit,
welche die Transportgeschwindigkeit als Funktion des Geschwindigkeitssignals
der Signalverarbeitungsschaltung regelt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Regelung der Transportgeschwindigkeit eines bandförmigen Mediums mit
periodischen Markierungen anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Regelung der Transportgeschwindigkeit umfasst folgende Schritte:
- a) Auslesen einer Sensorzeile;
- b) Abspeichern der Ausgangsdaten der Sensorzeile in einem Bildspeicher;
- c) Ermittlung von Intensitätsmustern
aus den Ausgangsdaten der Sensorzeile;
- d) Feststellen der Verschiebung eines Intensitätsmusters
zwischen einem ersten Auslesezeitpunkt und einem nachfolgenden Auslesezeitpunkt
und Berechnen der Transportgeschwindigkeit sowie
- e) Erzeugen eines Geschwindigkeitssignales, welches die Transportgeschwindigkeit
des Mediums repräsentiert.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Transportgeschwindigkeit
als Funktion des Geschwindigkeitssignales geregelt.
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Vorteilhafterweise
wird der niederfrequente Anteil von Schwankungen des Geschwindigkeitssignales
einer Servoeinheit zugeführt,
um die Transportgeschwindigkeit des Mediums zu regeln. Ergänzend hierzu
kann der hochfrequente Anteil von Schwankungen des Geschwindigkeitssignales
einer Bilddatenverarbeitungsschaltung zugeführt werden, um Bildstandskorrekturen
zu bewirken.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden mehrere Intensitätsmuster
ausgewertet, um für
jedes Intensitätsmuster eine
Transportgeschwindigkeit zu berechnen und um das Geschwindigkeitssignal
aus einem Mittelwert zu erzeugen, welcher aus allen berechneten
Transportgeschwindigkeiten gebildet wird.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen Transportgeschwindigkeiten, die um mehr als einen vorgegebenen
Grenzwert von dem Mittelwert abweichen, von der Berechnung des Mittelwertes
auszuschließen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Filmabtaster
in einer schematischen Darstellung;
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2 einen Ausschnitt des Filmabtasters aus 1 und
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3 Ausgangssignale eines
optischen Sensors, der die Perforationslöcher eines Films auswertet.
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Im
folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem Filmabtaster
als konkretem Beispiel beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf die Verwendung in einem Filmabtaster beschränkt, sondern kann auch in Filmrekordern
oder jedem anderen Gerät
eingesetzt werden, wo es auf einen möglichst guten Gleichlauf eines
bandförmigen
Mediums ankommt. Im Anwendungsfall eines Filmabtasters ist das bandförmige Medium
ein Film, der Perforationslöcher
als periodische Markierungen aufweist.
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In 1 ist schematisch ein Filmabtaster dargestellt,
der eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung
umfasst und als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet
ist. In dem Filmabtaster 1 wird mittels einer Filmtransporteinrichtung
ein Film 2 an einem sogenannten Filmgate 3 vorbei transportiert. Die
Filmtransporteinrichtung umfasst zwei Filmspulen 4a, 4b,
die von Motoren angetrieben sind. Weiterhin ist eine angetriebene
Capstan-Welle 5 vorgesehen. Die Filmtransportgeschwindigkeit
wird von einer in 1 nicht
dargestellten Servoeinheit über
eine entsprechende Regelung der Drehzahl einer der Filmspulen und
der Capstan-Welle 5 geregelt.
In 1 kann zum Beispiel
die Filmspule 4a als Aufwickelspule angetrieben sein. Mittels
Umlenkrollen 6 wird der Film geführt.
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Eine
Beleuchtungseinrichtung 7 erzeugt Licht, das aus einem
Beleuchtungsspalt des Filmgates 3 austritt und den Film
beleuchtet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich
um eine Durchleuchtung des Films, aber grundsätzlich ist die Erfindung auch
auf Einrichtungen anwendbar, bei denen das abzutastende Bild reflektiv
beleuchtet wird. Darüber
hinaus ist die Erfindung vollkommen unabhängig davon, ob es sich bei
dem Film um einen Positivfilm oder Negativfilm handelt.
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Um
die Servoeinheit in die Lage zu versetzen, die Filmtransportgeschwindigkeit
zu regeln, ist neben einem in 1 nicht
dargestellten Filmzughebel ein Geschwindigkeitsaufnehmer 21 (2) vorgesehen, welcher die
aktuelle Transportgeschwindigkeit des Filmstreifens erfasst. Dem
Filmzughebel ist eine Meßeinrichtung
zugeordnet, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches mit dem gemeinsam
mit dem Transportgeschwindigkeitswert der Servoeinheit als Regelgröße zuführt wird.
Die Servoeinheit steuert sodann den Antriebsmotor der angetriebenen
Filmspule 4a in der Weise an, dass eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit
eingehalten wird.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 7 weist ein Leuchtmittel auf, dessen
Licht durch optische Mittel auf den Beleuchtungsspalt des Filmgates 3 abgebildet
und dabei mit Integrationsmitteln integriert wird. Bei der Integration
wird das Licht möglichst
isotrop gemacht. Die optischen Mittel und die Integrationsmittel,
zum Beispiel ein Integrationsstab oder Integrationszylinder, sind
der Übersichtlichkeit
halber in 1 nicht dargestellt.
Der Beleuchtungsspalt des Filmgates 3 wird mit einem Objektiv 8 auf
einen Strahlteiler 9 abgebildet. Der Strahlteiler 9 zerlegt
das einfallende Licht in an sich bekannter Weise in die Grundfarben
Rot, Grün
und Blau, die jeweils von einem zugeordneten Sensor 11R, 11G, 11B erfaßt werden.
In dem Strahlengang der Lichtbündel
ist hinter dem Strahlteiler 9 weiterhin jeweils ein Farbfilter 12R, 12G, 12B angeordnet.
Die elektrischen Ausgangssignale der Sensoren 11R, 11G, 11B werden
von zugeordneten Ausleseschaltungen 13R, 13G, 13B ausgelesen,
in digitale Signale umgewandelt und einer Bilddatenverarbeitungsschaltung 14 zugeführt. Die
Bilddatenverarbeitungsschaltung 14 umfasst einen Bilddatenspeicher,
in welchem die Bilddaten abgespeichert werden. Die Bilddatenverarbeitungsschaltung 14 ist
in der Lage, Videosignale gemäß unterschiedlicher
Fernsehstandards und Formate an einem Ausgang 16 abzugeben.
Die Videosignale liegen sowohl als analoge als auch als digitale
Signale vor.
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In 2 ist eine schematische
Detailansicht des als Ganzes mit dem Bezugszeichen 21 bezeichneten
Geschwindigkeitsaufnehmers dargestellt. Der Geschwindigkeitsaufnehmer 21 umfasst
eine Beleuchtungseinrichtung 22 sowie einen Zeilensensor 23.
Die Beleuchtungseinrichtung 22 bildet Perforationslöcher 24 eines
Filmstreifens 26 auf den Zeilensensor 23 ab, wie
es durch die Pfeile 27 angedeutet ist. Der Filmstreifen 26 bewegt
sich in 2 in Richtung
des Pfeiles 28. Der Zeilensensor 23 ist mindestens
so lang wie ein Perforationsloch und dem Abstand zwischen zwei Perforationslöchern in
Filmtransportrichtung. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung
kann der Zeilensensor 23 auch länger sein. Zwischen den randständig angeordneten Perforationslöchern 24 liegen
auf dem Filmstreifen 2 Filmbilder 29. Als Zeilensensoren
kommen aus heutiger Sicht zum Beispiel CCD-Sensoren und CMOS-Sensoren
in Frage.
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Der
Geschwindigkeitsaufnehmer 21 basiert allein auf optischen
Messungen und umgeht alle mechanischen Komponenten wie sie herkömmlicherweise
in Filmabtastern benutzt worden sind. Folglich können die mit mechanischen Komponenten
stets einhergehenden Nachteile, wie zum Beispiel, hohe Kosten, mechanische
Toleranzen sowie ein unvermeidlicher Verschleiß des Filmmaterials, gar nicht erst
auftreten.
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Die
Funktion des Geschwindigkeitsaufnehmers 21 wird nun anhand
von 3 näher beschrieben.
Die Beleuchtung der Perforationslöcher 24 durch die
Beleuchtungseinrichtung 22 erzeugt in dem Zeilensensor 23 Ausgangssignale,
die entsprechend der erfassten Beleuchtungsintensität moduliert
sind. 3a zeigt die gemessenen
Beleuchtungsintensitäten
entlang des Zeilensensors 23 zu einem ersten Auslesezeitpunkt.
In 3a ist die gemessene
Beleuchtungsintensität
I als Ordinate in willkürlichen Einheiten
(a.u.) über
einer Zeitachse als Abszisse aufgetragen. Da der Zeilensensor 23 entlang
der Filmtransportrichtung angeordnet ist, entspricht eine bestimmte
Position eines Pixels des Zeilensensors 23 bei vorgegebener
Filmtransportgeschwindigkeit einem bestimmten Zeitpunkt und umgekehrt.
An einer mit einem Pfeil 31 markierten Stelle ist ein starker Anstieg
der Beleuchtungsintensität
deutlich zu erkennen. Dieser Anstieg der Beleuchtungsintensität kann beispielsweise
durch den Rand eines Perforationsloches 24 hervorgerufen
werden. Es wird jedoch betont, dass zur Erfassung der Filmtransportgeschwindigkeit
nicht nur die Ränder
von Perforationslöchern 24 herangezogen
werden können,
sondern alle Strukturen, die zur Ausbildung eines charakteristischen
Intensitätsmusters
führen,
welches von einer nachgeschalteten Verarbeitungsschaltung erkennbar ist.
Ein Beispiel für
ein solches Intensitätsmuster
ist in 3a mit einem
Pfeil 32 markiert. Ein geeignetes Verfahren zur Erkennung
eines charakteristischen Intensitätsmusters ist die Autokorrelation
der Ausgangssignale des Zeilensensors 23.
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In 3b zeigt die von den Sensor 23 gemessene
Beleuchtungsintensität
zu einem zweiten späteren
Auslesezeitpunkt. Zwischen dem ersten Auslesezeitpunkt und dem zweiten
Auslesezeitpunkt hat sich der Filmstreifen 26 weiterbewegt,
was gleichzeitig zu einer Verschiebung der mit den Pfeilen 31 und 32 markierten
Intensitäten
geführt
hat, wie aus einem Vergleich zwischen den 3a und 3b ersichtlich
ist. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem ersten Auslesezeitpunkt
und dem zweiten Auslesezeitpunkt sowie der Verschiebung der charakteristischen Intensitätsmuster
entlang des Zeilensensors 23, dessen Abmessungen bekannt
sind, lässt
sich in einer entsprechend eingerichteten Auswerteschaltung die Filmtransportgeschwindigkeit
berechnen.
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Um
charakteristische Intensitätsmuster
zu finden, wird das Intensitätssignal
nach Spitzen oder Rampen abgesucht. Erforderlichenfalls kann die
Suche auf den Anfang des Zeilensensors 23 beschränkt werden,
um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Anfänglich werden alle in Frage
kommenden Intensitätsmuster
identifiziert und nachfolgend überwacht.
Ergeben sich unterschiedliche Filmtransportgeschwindigkeiten aus
den unterschiedlichen Intensitätsmustern,
so werden diese in Gruppen eingeordnet. Je mehr Intensitätsmuster
zu derselben Filmtransportgeschwindigkeit führen, desto höher werden diese
Intensitätsmuster
bei der endgültigen
Berechnung gewichtet. Darüber
hinaus werden besonders charakteristische Muster, wie zum Beispiel
Perforationslöcher
von vornherein höher
gewichtet als andere. In einer ersten Näherung wird die Filmtransportgeschwindigkeit
nach diesem Verfahren berechnet. Alle Muster, die einen Geschwindigkeitsunterschied zu
der berechneten Filmtransportgeschwindigkeit aufweisen, der größer ist
als ein vorgegebener Grenzwert, werden für die zukünftigen Berechnungen der Filmtransportgeschwindigkeit
nicht mehr berücksichtigt.
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Es
stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, um die Wegstrecke von
Mustern zu bestimmen, die sie zwischen zwei Auslesepunkten zurücklegen.
Die möglichen
Verfahren hängen
von der Anzahl der zur Verfügung
stehenden Zeilenspeicher ab:
Wenn nur ein einziger Zeilenspeicher
zur Verfügung steht,
wird die Musterinformation und deren Position in einem getrennten
Speicher abgelegt. Nachdem eine neue Zeile ausgelesen wurde, wird
diese nach charakteristischen Mustern abgesucht und aus der von
den Mustern zurückgelegten
Wegstrecke sowie der Auslesefrequenz beziehungsweise der Zeitdifferenz
zwischen den beiden Auslesezeitpunkten wird eine Filmgeschwindigkeit
berechnet.
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Stehen
mehrere Zeilenspeicher zur Verfügung,
so werden nur die Positionen der charakteristischen Muster in einem
getrennten Speicher abgelegt. In einem Vergleichsschritt wird eine
nachfolgende Zeile über
eine vorhergehende, mit dem Ziel einer möglichst genauen Anpassung,
gelegt. Die hierfür
erforderliche Verschiebung entspricht der Wegstrecke, welche die
charakteristischen Muster zurückgelegt haben.
Anschließend
kann aus der zurückgelegten Wegstrecke
und der Auslesefrequenz wieder eine Filmtransportgeschwindigkeit
berechnet werden.
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Die
auf diese Weise gewonnene Filmtransportgeschwindigkeit wird für zwei unterschiedliche Zwecke
eingesetzt.
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Mit
geeigneten Filtermitteln werden Veränderungen der Filmtransportgeschwindigkeit
herausgefiltert und in einen langsam veränderlichen Anteil sowie einen
schnell veränderlichen
Anteil getrennt. Die langsamen Änderungen
der Filmtransportgeschwindigkeit werden unmittelbar der Servoeinheit
zur Regelung der Filmtransportgeschwindigkeit mittels einer Regelung
der Filmtransportvorrichtung zugeführt.
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Die
mechanische Trägheit
des Systems läßt nur Änderungen
unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit zu, weshalb erforderlichenfalls
die langsam veränderlichen
Anteile des Geschwindigkeitssignales mit einem Tiefpaßfilter
abgetrennt werden. Aus Anteilen der Filmtransportgeschwindigkeit, die
sich schneller ändern,
wird ein Korrektursignal erzeugt, welches zu der Breite des abgetasteten
Filmmaterials und der Breite der Abtastzeile proportional ist. Dieses
Korrektursignal wird der Bilddatenverarbeitungsschaltung 14 zugeführt, welche
die durch Schwankungen der Filmtransportgeschwindigkeit hervorgerufenen
Deformationen des Bildes durch Dehnen oder Komprimieren der abgetasteten
Bilddaten kompensiert.
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Nach
einem anderen Verfahren ist es auch möglich, das Korrektursignal
dazu zu verwenden, den Abtastvorgang auszulösen und die Integrationszeit
des CCD-Sensors festzulegen. Auf diese Weise wird ebenfalls die
Breite der abgetasteten Bildzeile variiert. Gleichzeitig wird die
Beleuchtungsintensität angepasst,
um eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke, unabhängig von
der Integrationszeit des CCD-Sensors, zu gewährleisten. Darüber hinaus oder
auch alternativ dazu ist es möglich,
die Verstärkungsfunktion
der Ausgangssignale des CCD-Sensors in entsprechender Weise zu beeinflussen.
Das bedeutet, dass Schwankungen der Beleuchtungsintensität durch
Anpassungen der Verstärkerfunktionen
kompensiert werden.
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Der
insoweit beschriebene Geschwindigkeitsaufnehmer ist dazu geeignet,
bekannte mechanische Geschwindigkeitsaufnehmer zu ersetzen, die beispielsweise
auf der Drehzahlmessung von Zahnrollen beruhen.