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Abtast- und Wiedergabeverfahren, insbesondere für photographische
Zwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur punktweisen Abtastung und Wiedergabe
einer Bildvorlage, bei dem mittels einer Rückkopplungsschleife die Intensität des
Abtastlichtes in Abhängigkeit von der Dichte der Bildvorlage gesteuert wird.
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In der Phototechnik sind bereits Abtastverfahren bekannt, mit denen
der Bildkontrast durch elektronisch hergestellte Masken verändert werden kann. Solche
Verfahren verwenden eine punktförmige, das Bild nach einem bestimmten Raster überstreichende
Lichtquelle, ein lichtempfindliches Organ, wie z. B. eine Photozelle, welches das
durch die Vorlage modulierte Abtastlicht mißt, sowie ein Rückkopplungsnetzwerk,
über welches die Lichtquelle in Abhängigkeit von dem lichtempfindlichen Organ nach
einer bestimmten Gesetzmäßigkeit gesteuert wird und so die Herstellung der obengenannten
Masken gewährleistet. Als Lichtquelle wird üblicherweise der Lichtpunkt einer Kathodenstrahlröhre
verwendet, der gleichzeitig als Lese- und Schreiborgan dient. In der Regel ist das
Rückkopplungsnetzwerk so gepolt, daß eine negative Rückkopplung erfolgt. Bei größerer
Dichte der Bildvorlage wird also die Lichtquelle heller und umgekehrt. Auf der Kathodenstrahlröhre
entsteht so ein negatives Bild der Vorlage, welches mit diesem in optischer Deckung
steht. Durch überlagerung dieses sogenannten Maskenbildes wird der Kontrast der
Vorlage geschwächt. Dank dieser Fähigkeit, den Kontrast der Vorlage zu ändern, eignet
sich dieses Verfahren zum photographischen Kopieren. Diese Kontrastschwächung entspricht
einer Gradationsverflachung des Kopierpapiers. Infolge der Bildumkehrung des Maskenbildes
kann das Verfahren auch zur Bildwiedergabe verwendet werden, beispielsweise zur
Sichtbarmachung (Umkehrung) einer Negativvorlage.
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Ein solches Abtastverfahren besitzt jedoch verschiedene Nachteile,
die auf der Verwendung einer Rückkopplungsschleife beruhen. So entstehen im allgemeinen
Maskenbilder mit stark verzerrten Hochlichtern. Wohl können durch Verwendung einer
unendlich großen Schleifenverstärkung Helligkeitsverzerrungen vermieden werden,
dabei ist aber keine variable Reduktion des Kontrastes mehr möglich.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen, an Stelle einer negativen eine
positive Rückkopplung zu verwenden. In analoger Weise entsteht dadurch auf der Kathodenstrahlröhre
ein positives Bild der Vorlage, welches durch Überlagerung den Kontrast der Vorlage
verstärkt. Dies würde, im Falle der Anwendung des Verfahrens zu photographischem
Kopieren, demnach einer Gradationsversteilerung des Kopierpapiers entsprechen. Gemäß
diesem vorgeschlagenen Verfahren wird die Gesamtverstärkung der Schleife für alle
Bildpunkte kleiner als Eins gehalten, da sonst die Schleife unstabil wird. Dadurch
müssen starke Helligkeitsverzerrungen des Maskenbildes in Kauf genommen werden.
Eine Verminderung dieser durch die Nichtlinearität des Rückkopplungsgesetzes bei
positiver Rückkopplung bedingten Verzerrungen kann zwar theoretisch durch Einführung
eines nichtlinearen Verstärkers in den Rückkopplungszweig erreicht werden, doch
verursacht die praktische Realisierung eines solchen nichtlinearen Verstärkers beträchtliche
Schwierigkeiten.
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Dieses bisher als Nachteil empfundene Auftreten von Unstabilitäten
für Bildpunkte, deren Dichte im Zusammenwirken mit den übrigen Parametern eines
positiv rückgekoppelten Abtastsystems zu einer Gesamtverstärkung gleich oder größer
als Eins führt, wird nun erfindungsgemäß zur Durchführung von Dichteselektionen
verwendet. Die Erfindung betrifft ein Abtastverfahren, bei dem eine Vorlage mit
einem Lichtstrahl punktweise abgetastet wird, wobei das Abtastlicht gleichzeitig
zur Beleuchtung und zur Wiedergabe der Vorlage dient und wobei die Intensität
des
Lichtstrahles über einer Rückkopplungsschleife, welche im Sinne einer positiven
Rückkopplung gepolt ist, in Abhängigkeit von dem durch die Vorlage hindurchtretenden
Licht gesteuert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß für alle Bildpunkte der
Vorlage, deren Transparenz einen gewissen Schwellenwert überschreitet, die aus der
Verstärkung der Rückkopplungsschleife und der Transmission der Vorlage sich ergebende
Gesamtverstärkung größer als -f-1 ist.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden,
wobei F i g. 1 ein mögliches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens für
Kopierarbeiten und F i g. 2 die zeitliche Veränderung der Verstärkung im Gegenkopplungskreis
zeigt.
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Die in F i g. 1 gezeigte Kathodenstrahlröhre 1 besitzt eine Kathode
14, ein Steuergitter 13, Horizontalablenkplatten 17, Vertikalablenkplatten
16 und einen Bildschirm 15. Die Ablenkplatten 17 werden von einem Horizontalablenkgenerator
11 und die Ablenkplatten 16 von einem Vertikalablenkgenerator 12 gespeist.
Diese Generatoren erzeugen auf dem Bildschirm einen Raster konstanter Helligkeit,
z. B. nach Fernsehart. Ferner ist eine Hochspannungsquelle 10 über einen
Leiter 18 zwischen Bildschirm 15 und Erde 19 angeschlossen. Ein lichtdurchlässiger
Gegenstand 3, z. B. ein Negativ, wird mittels Objektiv 2 vom Lichtstrahl beleuchtet.
Der in Abhängigkeit von der Transparenz des jeweils abgetasteten Bildpunktes in
der Helligkeit modulierte Lichtstrahl beleuchtet durch das optische System 4 eine
lichtempfindliche Schicht 6, z. B. ein lichtempfindliches Photopapier. Ein Strahlteiler
5 leitet einen Teil des Lichtes auf eine lichtempfindliche Meßvorrichtung 7, z.
B. einen Photomultiplier. Dieser steuert über eine elektrische Verbindung 20 einen
Verstärker B. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 8
wird über den
Leiter 21 an das Gitter 13 der Kathodenstrahlröhre 1 angelegt. Das Gerät 9 dient
zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 8 in einer später zu erläuternden
Weise. Verstärker 8 ist so gepolt, daß ein am Eingang negativer Impuls (a)
am Ausgang positiv (b) erscheint.
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Voraussetzungsgemäß liegt in der Schleife von F i g. 1 positive Rückkopplung
vor. Wenn A die elektrische Verstärkung des Verstärkers 8, ß, die elektrisch-optische
Verstärkung der Strecke Verstärkerausgang - Bildröhre - Vorlage-Photozelle-Verstärkereingang
bei vollständig durchsichtiger Vorlage und T die Transparenz der Vorlage ist, so
gilt für die Gesamtverstärkung:
Für alle Punkte der Vorlage, für welche die Bedingung A T ß0 > 1 erfüllt
ist, wird die Verstärkung unendlich groß; praktisch bedeutet dies eine Aufschaukelung
des Systems bis zur Sättigung, womit auf dem Bildschirm 15 ein weißer Punkt
(Punkt maximaler Helligkeit) erscheint. Wenn z. B. A = 20 und ß, = 0,5, dann werden
auf der Bildröhre alle Punkte weiß erscheinen, deren Transparenz T in der Vorlage
> 1/l0 ist, d. h. alle Punkte der Vorlage, deren Dichte D kleiner als Eins ist.
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Für Bildpunkte der Vorlage, bei welchen das Produkt A T ß0
< 1 ist, entsteht theoretisch ein positives Maskenbild. Da der Kontrast
solcher Maskenpunkte jedoch schwach und die Helligkeit gegenüber den weißen Punkten
zumeist verschwindend gering ist, wird das Maskenbild praktisch unsichtbar bleiben,
so daß von einem bistabilen Verhalten des Systems gesprochen werden kann: es werden
auf der Bildröhre entweder ganz helle (weiße) oder ganz dunkle (schwarze) Punkte
erscheinen.
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Diese Anordnung mit ihrem praktisch digitalen Verhalten ergibt somit
die Möglichkeit einer Zweitonwiedergabe mit A und/oder ß, als Tontrennungsparameter.
Das Verfahren eignet sich demzufolge zur Dichteselektion, beispielsweise in der
Mikroskopie zum Auszählen von Teilchen bestimmter Dichte. Auch lassen sich nach
diesem Verfahren arbeitende Densitometer, insbesondere Äquidensitometer vorstellen
oder auch Meßgeräte für photoelastische Zwecke.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Verstärkung
der Rückkopplungsschleife zeitlich verändert, beispielsweise durch Veränderung des
elektrischen Verstärkungsfaktors A. Vorteilhafterweise folgt die zeitliche Veränderung
einem periodischen Gesetz. F i g. 2 zeigt eine Möglichkeit der zeitlichen Veränderung
der Verstärkung im Rückkopplungskreis, wobei t die Zeit, A den elektrischen
Verstärkungsfaktor und TA die Periodendauer bedeutet. Bezüglich der Periodendauer
lassen sich insbesondere zwei wichtige Fälle denken: 1. Die Periodendauer zA der
Veränderung von A ist groß im Vergleich zur Abtastdauer eines ganzen Bildes. Das
Integral Licht mal Zeit wird allmählich über mehrere Bildabtastungen gebildet. Bei
der ersten Bildabtastung werden die hellsten Bildteile der Vorlage weiß auf der
Bildröhre erscheinen. Bei den nächsten Bildabtastungen kommen weitere dunklere Bildteile
der Vorlage zum Aufleuchten, bis zuletzt das ganze Bild auf der Bildröhre weiß erscheint.
Das Maskenbild wird sozusagen schichtweise, ähnlich wie ein topographisches Relief
aufgezeichnet.
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2. Die Periodendauer rA der Veränderung von A ist gleich der Abtastdauer
eines Bildpunktes. Dann wird das Integral Licht mal Zeit punktweise, durch Veränderung
der Dauer des Aufleuchtens des Bildpunktes, selber gebildet. Der Vorgang spielt
sich prinzipiell wie unter 1, jedoch innerhalb der Bildpunktzeit ab. Am Anfang jedes
Bildpunktes beträgt die Verstärkung A1 und wächst am Bildpunktende zu A2 an. Ist
der Bildpunkt der Vorlage weiß bzw. grau bzw. schwarz, dann leuchtet der entsprechende
Maskenbildpunkt während der ganzen Zeit bzw. eines Teils bzw. keines Teils der Bildpunktdauer
auf. Das Bild wird also in einer einzigen Bildabtastung aufgeschrieben, und zwar
punktweise, mit Punkten veränderlicher Länge, ähnlich wie es in der Drucktechnik
üblich ist.
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Selbstverständlich lassen sich noch andere Möglichkeiten denken. So
kann beispielsweise die Periodendauer auch kleiner sein als die Abtastdauer eines
Bildpunktes.
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Gemäß dieser weiteren Ausbildung der Erfindung ist es also möglich,
aus dem ursprünglich rein digitalen Verhalten, das nur eine Zweitonwiedergabe erlaubte,
auch Bilder mit kontinuierlichen Helligkeitsänderungen herzustellen. Dadurch wird
das oben gegebene Verwendungsgebiet der Erfindung noch bedeutend erweitert. So eignet
sich das Verfahren
beispielsweise zur photographischen Aufnahme
und Wiedergabe, zum Kopieren und Vergrößern, insbesondere für radiographische und
photogrammetrische Zwecke. Ferner können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende
Apparate auch als Abtast- und Wiedergabegeräte auf dem Gebiete der elektronischen
Farbkorrektur und in der Fernsehtechnik vorteilhaft verwendet werden.
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Hier haben bereits die eingangs erwähnten Systeme mit konventioneller
positiver Rückkopplung Anwendung gefunden; ihnen gegenüber weist das erfindungsgemäße
System unter anderem den Vorteil leichterer Handhabung der Korrekturmöglichkeiten
auf, da sich die Programmierung der zeitlichen Veränderung der Verstärkung im Rückkopplungsverstärker
bedeutend einfacher realisieren läßt als die Einstellung eines von der Amplitude
des Eingangssignals abhängigen variablen Verstärkungsfaktors des Rückkopplungsverstärkers.