DE1462449A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen UEbertragung von Bildern - Google Patents

Description

Dr. Friedrich E Mayer Anm.: Sipko Luu Boersma 753 Pforzheim,JoBüs-Maitar-Str. 13

OQstsingel 1O*f

Pforzheim, den 1. Juni 1966 Pelf t/Niederlande

VEEFAHEEH UND VORRICHTUNG ZUR ELEKTRISCHEN DEBERTBAGPNG VON BILDERK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die elektrische Uebertragung von Bildern, wie sie beim Fernsehen und bei Faksimile-Uebertragung angewandt wird.

Gemäss der Erfindung umfasst der elektrische Bildsender Mittel zum Herleiten einer ortsabhängigen Grosse aus der Bildintensitatsverteilung, Mittel zum Zerlegen dieser Grosse in eine Reihe von |

nahezu orthogonalen Funktionen, Mittel ^zum Bestimmen des Amplitudenwertes der genannten Funktionen, Mittel zum Modulieren dieses Werkes auf mindestens einer Trägerwelle und Mittel zum Kombinieren dieser Trägerwellen zu einem Video-Signal, und der elektrische Bildempfänger umfasst Mittel zum Verwandeln des aus amplitude- -modulierten Tragerwellen bestehenden Video-Spektrums in eine entsprechende Anzahl von ortsabhängigen orthogonalen Funktionen,. wobei die Amplituden der orthogonalen Funktionen von den Amplituden der besagten Trägerwellen bestimmt werden, Mittel zum Zusammenzähle dieser Reihe von Funktionen zu einer ortsabhängigen Grosse und Mittel zum Herleiten der Bildintensitätsverteilung von dieser Grosse.

In einem speziellen Ausfuhrungsbeispiel wurde die Bildintensitats- ' verteilung selbst als die ortsabhängige Grosse gewählt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die ortsabhängige Grosse so gewählt, dass ihr Energiespektrum der Bildintensitätsverteilung gleich ist.

Ueberlagerung des Video-Signals durch den bildbegleitenden Ton ist möglich.

SÖ98CU/0705

Auch möglich ist die Korrektion einer optischen Unscharfe im Bild mittels frequenzabhängiger Filter im Video-Kanal.

Die Erfindung bietet die Gelegeneheit, das Video-Linienspektrun. mit andern Linienspektren zu verflechten, wobei jedes Spektrum eine verschiedene Farbe darstellt.

^M O

elektrischem Wege^ übertragen von Bildernlist an sich bekannt. Das hierzu bisher noch immer angewandte Verfahren besteht darin., dass die Intensitätsverteilung im Gegenstand von Punkt zu Punkt abgetastet wird (P. Nipkov 1884).

Beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Abtastung von Punkt zu Punkt nicht angewandt, sondern wird das Bild von einer Summe orthogonaler Funktionen hergeleitet.

Die Zerlegung einer Intensitäts- oder Lichtamplitudenverteilung in eine Reihe von orthogonalen Funktionen ist an sich bekannt.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erreichen einer elektrischen Bildübertragung mittels der besagten Reihenentwicklung.

Das Verfahren wird anhand zweier Vorrichtungen, in denen es angewandt wurde, näher erörtert.

Zugleich werden hierbei die Vorteile des Verfahrens besprochen werden.

Bei der ersten Vorrichtung (Fig. 2) wird die Bildintensität selbst in eine Reihe orthogonalerEigenfunktionen zerlegt. Diese Vorrichtung arbeitet linear.

Bei der zweiten Vorrichtung (Fig. 3) wird die Bildintensität aus dem Quadrat einer anderen Grosse gebildet. Die Amplituden der Reihenentwicklung dieser letzteren Grosse werden auf Trägerwellen moduliert elektrisch übertragen.

BAD ORiGiNAL

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Fig. 1 stellt die Bildfläche dar.

Fig. 2, Nrn. 1, 2 und 3 stellen einvpiezoelektrische*», halbleitenüey» Kristall dar mit einem p-n Uebergang bei 2, einer festen leitenden Bekleidung 1 und einer Gaze 3·

k und 9 sind elektromechanischen Wanaler, 5 ist ein Verstärker, 6, 7 und 8 haben eine Bedeutung die derjenigen von 1, 2 und 3 entspricht.

10 ist eine thermionische Kathode.

11 ist ein Fluoreszenzschirm.

Fig. 3j Nr. 12 ist eine ebene monochromatische V'/ellenfront.

13 ist eine durchsichtige Platte, 1*f ist ein Wandler.

15 ist eine Linse, 16 ist das zu übertragende Diapositiv.

17 ist eine Linse, 18 ist eine Fhotozelle, 19 ist ein durchlaufendes Lichtbündel, 20 ist ein abgelenktes Bündel, 21 ist ein Verstärker^ 22 ist ein Wandler, 23 ist eine durchsichtige Platte 2k ist eine Linse, 25 ist ein Empfangsschirm.

Fig. 1 dient zur Erörterung der linear arbeitenden Vorrichtung gemäss Fig. 2. Das zu sendende Bild ist der Buchstabe P im linken Untenquadrant der Fig. 1. Die Intensität I(x,y) ist hier naturgemäss immer positiv.

Man denkt sich nun das Bild mit einem gespiegelten P im rechten Obenquadrant ergänzt, welches P nun gerade eine negative Intensität darstellt: I*(x,y).

Das Totalbild ist nun symmetrisch in bezug auf den Kittelpunkt a,b und hat einen mittleren '.'/ort = 0.

Durch diese Symmetrie kann das Totalbild wie folgt geschrieben werden:

BAD ORIGINAL

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-kr

Im linken Untenquadrant ist diese Reihe in der Lage jedes zu sendende Bild zu beschreiben₄ denn dort ist I ^W (x,y)=O. Die

a sind die Amplituden der Eigenfunktionen A (x*y) nni nni

^mit Anm/x.vUsmf n^.s\r\tm | In Fig» 2 wird das zu sendende Bild I(x,y) auf dem linken Untenquadrant eines schwingenden Kristalls 2 abgebildet· D*\r Kristall hat Seiten 2a und 2b und wird im Punkt 0,0 mittels eines elektromechanischen Wandlers erregt.

Der Viandler wird mit einem derartigen Signal V(t) gespeist, dass fc d«v Kristall in allen seinen Eigenschwingungen mit der gleichen Amplitude zu schwingen anfängt. V(t) kann z.B. ein Eauschsignal sein. Die mechanische Spannung im Kristall wird:

Nun besteht dft^ Kristall aus halbleitendem, piezoelektrischem Material in das dicht an der linken Oberflache ein p-n Uebergang hineingebaut ist. Hierdurch entsteht im Kristall eine elektrische Feldstärke, senkrecht zur Oberfläche und proportional zur mechanischen Spannung: E(x,y,t)= <3tx,y,t), wobei der konstante Proportionalitätsfaktor fortgelassen worden ist.

Nun ist das ρ Gebiet mit einer leitenden Bekleidung 1 versehen. Dicht vor der η-Oberfläche befindet sich eine Gaze 3· Durch die Anordnung dieser Elektroden fangt ein dielektrischer Verschiebungs strom zu fliessen an. Dieser Strom gibt auf dem p-n Uebergang (Depletionsschicht) einen Spannungsunterschied, der E(x,y,t) und somit auch 6" (x,y,t) proportional ist

^cos

Diese Wechselspannung wird am Uebergang 2 gleichgerichtet, sodass alle Punkte des η-Gebietes in bezug auf die Bekleidung 1 positiv werden.

BAD ORIGINAL

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Die Wechselspannung-V (x,y_tt) bestöht nun an jeder Stelle x,y aus einem Spektrum in dem sehr viele FrequenzentO vorkommen. Obwohl

nm

die Spannung V an jeder Stelle eine andere Form hat, so wird doch, infolge, der grossen Anzahl Frequenzen, der effektive Wert von V an allen Stellen x,y derselbe sein* Nach der Einschaltung wird somit die η Schicht ebenmässig positiv aufgeladen werden, wonach der p-n Uebergang 2 weiter isoliert.

Ein Quadrant des Kristalles wird nun vom auszusendenden Gegenstand I (x»y) in der Weise gemäss Fig. 1 beleuchtet.

An den Stellen x,y im p-n Uebergang 2 auf die Licht I (x,y) fällt, entsteht ein Photostrom, der dort die positive Ladung der η Schicht abbricht. An dieser Stelle wird die Ladung dann durch Gleichrichtung ™ der ortlichen V (x,y,tX wieder aufjNiveau gebracht. Es fängt dann ein zusätzlicher Viechseistrom zu fliessen an, der proportional ist zu:

cos.(o_nmt) (4)

Dieser Strom kommt, über die ganze Oberfläche (2a bei 2b) integriert

aus der Elektrode: 1 hervor:
2a 26

U(t)

Mit Hilfe von (2) und der Orthogonalität der A. wird dieses:

Der Faktor -J wird dadurch verursacht, dass hier, im Gegensatz zu. . der Figur 1 und der. Gleichung (2), das gespiegelte Bild mit negativer Intensität fehlt. Das Bild I (x»y) vmrde einen ebenspgrossen Beitrag zum Integral (5) gegeben haben als das echte Bild I(x,y) das nun allein da ist. Der Faktor -J wird nunmehr zusammen mit allen anderen konstanten Faktoren fortgelassen.

BAD ORIGINAL

; Der Ausgangsstrom ü(t) besteht aus einer Anzahl Trägerwellen mit

Frequenzen CJ^ , jede mit einer Amplitude a . Geinäss (2) sind mn nm

diese a gerade die Koeffizienten der Reihenenentwicklung des Gegenstandes l(x,y) in orthogonalen Bigenfunktionen. U(t) kann gesendet werden*

In Fig. 2 wird das Video-Signal U(t) über einen Verstärker 5 einem Empfangskristall 6?8 zugeführt, das mit dem Senderkristall vollkommen identisch ist.

Mittels des auf die Rauschqüelle V(t) angeschlossenen Wandlers 9 werden im Empfangskristall ebenfalls alle Eigenschwingungen gleich ^ stark erregt (3)· Hierdurch entsteht auf dem p-n Uebergang 7 wieder eine Wechselspannung:

Hierüber wird nun in allen Funkten x, y das Video-Signal, das zwischen den Bekleidungen 6 und 8 angeschlossen ist, überlagert. Die Totalspannung auf dem p-n Uebergang 7 wird:

Nun ist der Uebergang 7 eine Diode, ein nichtlineares Element, das das Signal (8) detektieren wird. Das Detektionsresultat wird mittels der Kapazität der p-n Schicht 7 und der grossen Kapazität zwischen der η Schicht und der Gaze 8, über die Zeit gemittelt, ' d.h., geglättet.

Beschränkt man sich auf den quadratischen Term aus der Diodenkennlinie, so ist die resultierende Gleichspannung:

x li'/t)

Die ersten,zwei Terme. rechts liefern nur konstante, von χ und y unabhängige Terme, die.wir fortlassen können.

BAD

909804/07m

Der in der Zeit gemittelte Wert des doppelten Produktes liefert,

Dieser Term ist identisch mit (2), sodass im η Gebiet ein Ladungsbild entsteht;

Im linken Untenquadrant des Empfangskristalles entsteht somit ein Ladungsbild I(x,y), das eine getreue Abbildung des gesendeten Gegenstandes darstellt. Im rechten Obenquadrant entsteht gleichzeitig das am Punkt a,b gespiegelte Bild I* (x,y) von umgekehrter i Polarität, in der Weise nach Fig. 1. Das Ladungsbild I (x,y) (oder besser das Strombild) kann in ein sichtbares Bild umgesetzt werden, indem man ein breites Elektronenbündel damit moduliert. Dies ist in Fig. 2 schematisch angegeben. Auf dem Fluoreszenzschirm 11 entsteht das sichtbare Bild.

Man kann hierfür nach Wahl entweder das positive Bild I (x,y) oder das negative Bild I (x»y) verwenden,.

Das beschriebene Bildübertragungssystem hat etliche merkwürdige Eigenschaften.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind Empfänger und Sender einander ' praktisch gleich. Die Vorrichtung eignet sich fast zur Bildübertragung in zwei Richtungen.

Für Ladungsbilder trifft dieses auch zu (der photoelektrische Effekt ist nicht ohne weiteres umkehrbar).

Das Kristall 1,2,3Λ aus der Fig. 2 ist ein linearer Modulator mit

■' ■ ■ ■ ·. ' ■ ■■ '·. < ^Λ ί '·* drei Toren: k für V(t), 1 für TJ(t) und die Schicht 2 für das Strombild I (x,y). Nun sind 1 und k verwechselbar: man darf ÄäS Rauscheignal der 1 zuführen, das Video-Signal kommt darin aus äe*r Klemme k. Wenn man die Signale V(t) und U(t> beide der 1 und der h ·

oder der k und der 1 zuführt, so bildet sich das Bild I (x,y) in der Schicht 2;

Eine Eigenschaft des Verfahrens, also nicht speziell der Vorrichtung der Fig* 2, ist, dass man nicht ein für alleraal eine Definition ("Anzahl Linien") zu normalisieren braucht« Die Definition wird hier nur von der Video-Bandbreite und nicht von einem Linienraster beschrankt» Man kann mit hoher Definition senden und nach Wahl mit hoher Definition (Grossbild, Kino) oder mit niedriger Definition (Wohnzimmer) wiedergeben.

Die Frequenzen im Video-Signal sind den ''Raumfrequenzen" im Bild proportional. Dies bedeutet, dass man eine Unscharfe im optischen System des Senders mittels Filter im Video-Kanal korrigieren kann: Der Zuschauer zuhause kann nach Belieben scharf auf don Vordergrund oder auf den Hintergrund des Bildes einstellen.

Das Spektrum (das CO ) des Video-Signals besteht aus einem Linien-

nm

spektrum. Der gegenseitige Abstand zwischen zwei benachbarten Linien verkleinert sich nach der Seite der hohen Frequenzen hin. .

Beim übersenden der sich bewegenden Bilder verbreitern sich die Linien. An der oberen Seite des Spektrums soll ihr gegenseitiger Abstand dann noch gross genug sein um einem Ueberlappen vorzubeugen.

Im Frequenzgebiet von O bis 15 kHz kommen keine Linien vor« Dort ist also Platz für das zum Bild gehörige Tonsignal*

Ausgenommen ganz oben im Bande bleiben zwischen den Spektrallinien offene Zwischenräume frei. In diesen können zwei zusätzliche Frequenzreihen untergebracht werden, die, von zwei zusätzlichen Kristallen herrührend, Farbeninformation übertragen. Nur die höchsten Frequenzen (feinsten Details) bleiben dann ungefärbt.

Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung kann auch mit Hilfe · anderer Vorrichtungen als derjenigen gemäss Fig. 2 realisiert werden..

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So kann man im Empfanger gemass Figw 2 das Muster der Eigenfunktionen näohbilderij indem man mehr als einen Wandler längs des Krietallrandes anordnet* ι

Auoh kann man an der Sendeeeite den Gegenstand auf einem «schwingenden, doppe1-brechenden, Zwischen Polaroidschoiben angeordneten Kristall abbilden »^J)as ganze aus dem Kristall hervortretende Licht wird dann in einer Photozelie versammelt» Der Photostrom hat jetzt auch die Form (6) für U(t)_#

In Fig. 2 ist das Videosignal =0 wenn kein Bild da ist» Die Amplituden a der Tragerwellen sind gleich 0 wenn das Bild fehlt» Die a werden hier also durch "Amplitudenmodulation mit unterdrückter

nm ■ ·

Trägerwelle" übertragen* Daher die Notwendigkeit des VerfUgbarseins des Referenz-Signals V(t) auch an der Empfängerseite« Man kann die A a auch mittels gewöhnlicher Amplitudenmodulation übertragen. Hierzu kann man z.B. beim Signal U(t) alle Trägerwellen O mit mit einer gleich grossen Amplitude zusammenzählen. Das Referenzsignal V(t) ("Synchronisation") ist dann im Empfänger nicht mehr nötig. Der Empfanger arbeitet dann nur noch mit dem Video-Signal ' U(t), das dann sowohl dem Wandler 9 als der Elektrode 6 zugeführt werden soll. Der Empfänger ist jetzt fur Phasenbildung im Video-Signal unempfindlich geworden, genau so wie bei Tonübertragung·

Wenn das Tonsignal in das leere Band von 0 bis 15 kHz hineingefugt wird, entsteht ein Signal, das als Ganzes übertragen werden kann ohne dass auf Phasenverformung geachtet zu werden braucht.

Zusammenfassend sind die Eigenschaften des Verfahrens wobei die Bildintensität selbst als Summe einer Reihe orthogonaler Funktionen gesehen wird, deren Amplituden am moduliert auf Trägerwellen übertragen werden:

1_.Es gibt kein die Definition beschränkendes Linienraster.

2.Optische Schärfe-Korrektion mittels elektrischer Filter. • ^.Das Tonsignal passt .in einen offenen Platz des Video-Spektrums j hinein. .

k.Darstellung von Farben ist möglich durch einfache Ueberlagerung dreier Signale ohne dass die Bandbreite grosser wird.

909804/0705 BADOR.UNAI.

5i Unempfindlichkeit für Phasenverformung, sowohl im akustischen wie auch im optischen Teil des Spektrums;

Beim vorliegenden Verfahren ist es nicht notwendig immer die BiIdintehäität selber als lineare Ueberlagerung zu sehen* Man kann auch eine Hilfsgrösse /tf (x,t) einführen, die zerlegt wird* Die Bildintensität wird dann durch das Quadrat dieser / gebildet. Dies is.t möglich^ weil eine Intensität immer positiv ist.

Das Verfahren mit Hilfsgrösse wird anhand der Vorrichtung gemäss Fig. 3 näher erörtert. In dieser Figur ist 16 ein zu sendendes : Diapositiv.

^ Eine monochromatische ebene Welle (Wellenlänge λ ) fällt auf ein

Plättchen durchsichtiges Material 13· In diesem Plättchen wird

mittels der Rauschquelle V(t) und des Wandlers 14 ein Muster von Stehwellen aufrechterhalten*

Das Plättchen 13 nun wird benutzt als Phasengitter fur die ebene Wellenfront 12. Einfachheitshalber wird die Behandlung hier auf den eindimensionalen Fall beschränkt, der Fall zweidimensionaler Bilder verläuft vollkommen analog.

Die Ortskoordinate längs des Plättchens 13 ist u. Die Durchlässigkeit des Plättchens ist, abgesehen von konstanten Termen und Faktoren:

T/utUZ sin nu. cos.nV.t

Das Ablenkungslicht dieses Phasengitters fällt über die Linse 15 mit Brennpunktsabstand f auf das zu sendende Diapositiv 16, auf.

An der Stelle χ des Gegenstandes 16 fällt eine Lichtamplitude

^{mit a}=

BAD ORIGiNAL

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Wählt man die Einheit für χ bequemheitshalber so, dass a=1 und schreibt man für das auffallende Licht E(t)=e^LtJ wobei cJ die j die sehr hohe Lichtfrequenz Z¹Kc/K ist, so ist ' !

ι cot r -τ-■ i\-i^xu. ί 1O\

/T(U₁I)C da [JZ)

O ■ ,

Die Lichtamplitude ist hiervon der reelle Teil* das ist '

cot Σcos.nV₀t sine 2if(n-xn (Ί3)

Nun gibt es noch ein zweites Plättchen -13, das in Fig. 3 nicht sichtbar "ist. Dieses Plattchen wird" genau so wie 13 erregt, aber nur 90 ausser Phase. Das Liehtj das dahindurch fällt| wird auch

90 in Phase gedreht₍ z*Bw durch ein ~· Plättchen. Das a

Ablenkungsbild /6 dieses Plättchens fallt auch auf das Diapositiv

16 auf .. .

ot Σ sin r\V_ot .

die Summe ist

Man braucht nicht zwei getrennte Plättchen 13 zu nehmen. Das Plättchen 13 kann aus einem doppel-brechenden Kristall bestehen mit 90 Phasenunterschied zwischen dem gewöhnlichen Strahl-und dem aussergewöhnlichen Strahl·

Die Lichtamplitude '/$. (x,t) aus (1*0 beleuchtet den Gegenstand, der eine Ämplitudendurchlassigkeit V(x) hat.

Die durchgelassene Lichtamplitude ist

Hierin ist a ein konstanter Faktor, der klein ist in bezug auf 1 und der die Folge ist aller bis jetzt erfahrenen Abschwächung. Wie sieht dieses E aus? Die sine Funktionen haben alle einen von Null verschiedenen Wert|wenn ihr Argument klein ist,d.h. für ^

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Auf die verschiedenen Stellen x=n fallen Wellenpakete auf, jedes mit einer anderen Lichtfrequenz CO + Π Y₀ , also jeweils mit einer anderen Farbe*.

Jedes Wellenpaket hat an der Stelle des Gegenstandes nur eine geringe Ausdehnung, ungefähr eine Einheit in der x-Richtung.

Durch (15) wird der Gegenstand V (x) in eine Summe von sine Funktionen zerlegt. Man vergleiche Shannons sampling theorema (CE. Shannon and «7, Weaver: The Mathematical Theory of Communication, Univ» of Illinois Press 19^9)·

Der beleuchtete Gegenstand E (x-,t) wird mittels der Linse 17 auf der Photozelle 18 abgebildet. Ebenfalls wird ein Teil der ursprünglichen Wellenfront 12 über diesem Bild überlagert (die Bündel 19 und 20). Dieses Licht istCOS-ijt f Ψ^ wo ψ_η ein zufälliger Phasenwinkel ist.

Die totale Lxchtamplxtude an der Stelle x=n ist dann

V(n).sin (Vj ₊n^₀ t)

+a

Der Photostrom ist das Quadrat hiervon, entblösst von. seinen allerhöchsten Frequenzen. Da a // 1. wird dieses, mit Ausserachtlassung eines konstanten Faktors und eines konstanten Termes:

Der Photostrom bei x=n ist somit ein Wechselstrom mit der Frequenz η r und mit einer Amplitude, die der Bemusterung V(n) des Gegenstandes V(x) an der Stelle x=n entspricht. Der Strom der totalen Photozelle ist:

*r V(n)

V(x) kann nach Shannon als eine Reihe (orthogonaler) sine Funktionen geschrieben werden.. Die Amplituden dieser sine Funktionen werden dann durch die Werte V(n) gegeben.

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BAD

Das AuBgangssignal U(t) besteht aus einer Heihe Trägerwellen mit Frequenzen η y . mit Amplituden, die den Koeffizienten der Reihe sine Funktionen fur den Gegenstand gleich sind.

Wird in Fig. 2 die Bildintensität in Sinusfunktionen zerlegtj so wird hier die Lichtamplitude in sine Funktionen zerlegt*

Es is/t wesentlich, dass das Hilfslicht cos iCJX+ Ύ_η )i die Bündel 19 und 20, eigentlich die nullte Ordnung des Gitters 13, auf der Phptokathode 18 das.ganze Bild des Gegenstandes überdecke"«..

Sollte diese nullte Ordnung neben das Bild mit den Wellenpaketen fallen, so würde die Photozelle die nullte Ordnung und die gesonderten Wellenpakete individuell quadratieren und erst danach addieren. Dann kommen int Photostrom gar keine Wecihselstromkoniponenten mehr vor

Wird die nullte Ordnung über alle Pakete zerstreut, so werden die Amplituden erst addiert und danach erst quadratiert* Der totale Gleichstrom bleibt naturgemass derselbe, aber es bildet sich jetzt ein brauchbares Wechselstromsignal U(t) (17)·

Die Photozelle wird hier als Mengstufe benutzt: der Ausgangswechselstrom ist der Lichtamplitudendurchlässigkeit des Gegenstandes, also der Wurzel aus der Intensitätsdurchlässigkeit proportional.

Die Wellenpakete sind in bezug auf die nullte Ordnung um einen Betrag η / in Frequenz verschoben» Der Frequenzunterschied betragt maximal einige MHz. Alle Pakete haben eine etwas verschiedene Farbe. Doch braucht die Monochromasie des Lichtes nicht s.o gut zu sein, dass ein Spektroskop sie trennen könnte.

Die Monochromasie ist genügend wenn die Gitterordnungen auf dem Gegenstand räumlich getrennt sind*· Die Bandbreite der nullten Ordnung und der Pakete ist dann um viele Potenzen von 10 grosser als ihr gegenseitiger Frequenzunterschied· Dennoch ergeben sie bei.

BAD OBiQINAL ·

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Mischung in der Photozelle gut definierte Unterschiedsfrequenzen

Das iührt davon herj dass jedes Wellenpaket eine in Frequenz verschobene nullte Ordnung ist.· Alle Ordnungen sind ''koharent", obwohl sie alle verschiedene Frequenzen haben«

Sie sind nicht kohärent im in der Optik üblichen_tstrikten Sinne, sondern ungefähr wie die Kohärenz zwischen Steuersender und Hilfssönder bei elektronischen Navigationssystemen.

In Fig. 3 wird das Signal U(t) über den Video-Verstärker 21 dem Wandler 22 zugeführt. Das durchsichtige Plättchen 23 ist mit dem Plättchen 13 im Sender identisch. Dieselben Frequenzen nr bilden dasselbe Muster von Stehwellen. Das Empfangerplättchen wird mit dem Signal TJ(t) aus (17) erregt, sodass jede Eigenschwingung hier eine verschiedene Amplitude hat, nämlich die V(n) aus (17)·

Das Plättchen 23 wird mit monochromatischem, kohärentem Licht beleuchtet, das nicht dieselbe Wellenlänge wie an der Sendeseitc zu haben braucht.

Die Ablenkungsordnungen bilden sich auch hier. In der Bildfläche der Linse 2k entstehen Ordnungen (Wellenpakete), deren Amplitude der Amplitude der betreffenden Eigenschwingung in 23, und somit der V(n), proportional ist.

Die Bildamplitude auf dem Schirm 25 v/ird:

Das Auge, das diese Lichtamplitude wahrnimmt, quadratiert und filtert die höheren Frequenzen heraus; es sieht ein Bild:

a
B(x) =oi (x._t ti. Dies wird, wegen der Orthogonalität der sine

BAD ORIGINAL

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Funktionenί B(χ) ^ V (χ) ..,.„...*...(19)· Die Bildintensität i Β(χ) entspricht der Intensität im Gegenstande, Die Frequenzen der y/elienpakete und auch ihre gegenseitigen Unterschiedsfrequenzen sollen grosser sein als die Flackerfrequenz des Auges.

Ebensowie in der Vorrichtung nach Fig. 2 bildet sich auch hier im Empfänger ein zweites, an der Achse gespiegeltes, Bild. Dieses Bild entsteht hier dadurch, dass die Gitterordnungen des Empfänger-Schwingplättchens 23 zu Paaren vorkommen: je zwei und zwei
symmetrisch bezuglich der Achse (nullte Ordnung).

Bei der linear arbeitenden Vorrichtung nach Fig. 2 war dieses

zusätzliche Bild ein negatives Bild. Hier, in Fig. 3» ist das ™

zusätzliche Bild positiv, diese Vorrichtung arbeitet quadratisch.

Im Falle eines zweidimensionalen Bildes verläuft die Behandlung vollständig auf demselben Woge. Nur bilden die Frequenzen der V.'ellenpakete jetzt keine harmonische Reihe mehr.

Beim Sehen quadratiert das.Auge und geht die Phase ψ_η des Wellen^ pakets verloren. Diese Phase ist unwichtig. Sie war im Sender schon in zufälliger Weise zustande gekommen. Also darf im
Uebertragungskanal Phasenverformung vorhanden sein_fohne dass dieso das Bild beeinflusst,.wie bei Tonübertragung.

'■' ' ■'■■·■ ■ ■■■'■■

Dies ist ein grosser Vorteil im Vergleich mit den bestehenden: Fernsehsystemen. Da die Phase unwichtig ist, bedarf es auch
keiner Synchronisationssignalc. . , ■

Ebensowie bei der Vorrichtung nach- Fig. 2 besteht das Spektrum auch hier aus diskreten Linien (die sich bei sich bewegenden
Bildern etwas verbreitern). In den Zwischenräumen können dann wieder eine oder zwei Frequonzreihen für Farbenübertragung
angeordnet werden. ,

BAD ORIGINAL 909 804/07 0 5

_16- IfUtTiO

Man kann drei Schvxngplattchen benutzen, die mit drei Arten monochromatischem Licht., rot, grün und blau j arbeiten. Bei einer geeigneten Wahl der VergrÖsserungen kann man die drei Farbbilder zusammenfallen lassen.

! Das Verfahren, wobei die Bildintensität oder eine andere Örösse in eine Reihe praktische orthogonale Funktionen zerlegt wird j deren Amplituden dann als Modulation auf Trägerwelle«, übertragen werden, wird hier an zwei speziellen Vorrichtungen erörtert«

' Das Verfahren wurde tatsächlich in beiden Vorrichtungen angewandt? Das Video-Signal U(t) der beiden Vorrichtungen ist ein Linienspektrum aus Trägerwellen.

Im ersten Beispiel bilden ihre Amplituden die Koeffizienten einer Fourierschen Reihe, in der die Bildintensität selbst zerlegt worden ist.

Im zweiten Beispiel (Fig. J>) bilden sie die Amplitud&nreihe von sine Funktionen, aus der das Bild mittels Quadratieren gefunden werden kann.

Man kann aber auch im zweiten Beispiel die Amplituden als Koeffizienten einer Fourierschen Reihe auffassen, gleichwie bei der ersten Vorrichtung. So gesehen sind es die Koeffizienten der Fourierschen Reihenentwicklung von /6 (u) in der Ebene des Schwingplättchens 23·

Diese Boschreibung der Fig. 3 ist derjenigen mit sine Funktionen in dor Bildfläche völlig gleichwertig.

Die Bildintensitat wird jetzt durch "die Entnahme aus dem Energiespektrum" von j6 (u) erhalten.

In den beschriebenen Vorrichtungen wird der Eigenwert jeder Eigenschwingung des Schwingplättchens als eine einzige Frequenz übertragen«

909804/0705 bad original

Man soll nun dafür Sorge tragen* dass keine Entartung auftritt: Bei jeder Frequenz darf nur eine einzige Eigenschwingung auftreten. Die aus Gründen der Einfachkeit rechtwinklig gewählte Bildabgrenzung nach Fig. ί soll ein wenig geändert unsymmetrisch gemacht werden«

In den beiden beschriebenen VorEichtungen kommt die Reihe orthogonaler Funktionen mittels Stehwellen in einem Schwingplättchen zustande. Dies ist nicht wesentlich für das vorliegende Verfahren»

Das Verfahren kann auch in Richtungen angewandt werden, in denen diese Funktionen auf andere Weise gebildet werden. So würde, in Fig, 3t ein System Von laufenden Wellen im Plättchen 13 dasselbe Resultat ergeben: eigentlich ein besseres, denn das zweite, nicht dargestellte Plättchen für das Quaäratursignal /$ kann dann ausfallen·

Auch kann man die Komponenten u und ν des Wellenvektors einer, in der Fläche 13 verlaufenden, zweidimensionalen Vielle exp i(ux+vy) gesondert übertragen, z.B. indem man sie an zwei ausgehende Tragerwellenfrequenzen ankuppelt. Bei den beschriebenen Vorrichtungen wird der Modul des VJellenvoktors stets durch eine einzige Trägerwellenfrequenz dargestellt.

Bei einer anderen Losung finden gar keine Wellen in Schwingplättchen Verwendung, sondern sind im Sender und im Empfänger die orthogonalen Funktionen als Muster vorhanden»

Auch kann man die orthogonalen Funktionen mittels Moiremuster, die von zwei anderen bezüglich einander sich bewegenden oder variierenden j Mustern gebildet werden, an Ort und Stelle erregen..

Der Fachmann kennt viele Methoden, geraäss welchen bekannte§geometrische Muster (orthogonale Funktionen) in den Empfänger eingebaut •oder an Ort und Stelle erregt werden können.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Vorrichtung zur elektrischen Uebertragung von Bildern, *ie mit Mitteln zum Herleiten einer ortsabhängigen Grosse aus der Bildintensitätsverteilung, Mitteln zum Zerlegen dieser Grosse in eine Reihe von nahezu orthogonalen Funktionen, Mitteln zum Bestimmen des Amplitudenwertes der genannten Funktionen, Mitteln zum Modulieren dieses Wertes auf mindestens einer Trägerwelle und Mitteln zum Kombinieren dieser Trä^erwellen zu einem Video-Signal versehen ist.

   Vorrichtung gemass Anspruch 1, aöOSL die Bildintensitätsverteilung selbst als die ortsabhängige Grosse gewählt wird.

   Vorrichtung gemäss Anspruch 1, nalftHtf die ortsabhängige Grosse so gewählt wird, dass ihr Snergiespektrum mit der Bildintensitätsverteilung identisch ist.

   Vorrichtung gemäss Anspruch 1, "XSQeS. das Video-Signal durch den bildbegleitenden Ton überlagert ist.

   5« Vorrichtung gemäss Anspruch 1, üöQSSl die Korrektion einer Unscharfe im optischen Bild mittels frequenzabhängiger Filter im Video-Kanal erfolgt« .

   6* Vorrichtung gemäss Anspruch 1, «ΟΒΘδ. das Video-Signal aus verflochtenen Linienspektren besteht, wobei jedes Spektrum eine verschiedene Farbe darstellt.

   ♦♦ *

   7. Vorrichtung zum elektrischen Empfang von Bildern, #ie mit Mitteln

   zum Verwandeln des aus amplitude-modulierten Trägerwellen bestehenden Video-Spektrums in eine entsprechende Anzahl von ortsabhängigen orthogonalen Funktionen, wobei die Amplituden der orthogonalen Funktionen von den Amplituden der besagten Trägerwellen bestimmt werden, mit Mitteln zum Zusammenzählen dieser Reihe von Funktionen zu einer ortsabhängigen Grosse und Mitteln zum Herleiten der BiIdintentisitätsverteilung von dieser Grosse versehen ist«

   ♦ ■

   8. Vorrichtung gemäss Anspruch ¹J, HäQXJt die Bildintensitätsverteilung

   selbst als die ortsabhängige Grosse gewählt wird.

   ♦ 9« Vorrichtung gemäss Anspruch 7» KXöeL die ortsabhängige Grosse so gewählt wird, dass ihr Energiespektrum mit der Bildintensitäts- verteilung identisch ist.

   * dadurch gekennzeichnet, daß
   ** mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gesendeten

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   ♦ ■

   10. Vorrichtung gemäss Anspruch 7> *XBäCt das Video-Signal durch den bildbegleitenden Ton überlagert ist.

   *
   lli Vorrichtung gemäss Anspruch 7 j MlHBt die Korrektion einer Unscharfe im optischen Bild mittels frequenzabhängiger Filter im Video-Kanal erfolgt»

   12» Vorrichtung gemäss Anspruch 7 j Xlkacfc das Video-Signal aus verflochtenen Linienspektren besteht₅ wobei jedes Spektrum eine verschiedene Farbe darstellt.

   13· Vorrichtung zur elektrischen Uebertragung von Bildern, #ie mit einem Plättchen, mit Mitteln zum Türregen dieses Ilättchens in einem System von lüigenechwingüingen^ Mitteln zum Darstellen des zu übertragenden Bildes auf dtvn Plättchen zu einer Intensitätsverteilung, Mitteln die eine nichtlineare Wirkung herbeiführen, : wodurch die Intensitätsverteilung mit dem besagten System von d

   ligenschwingungen multipliziert wird, und mit Mitteln zum Summieren des genannten Produktes über die Oberfläche des Plättchens, versehen ist«

   14« Vorrichtung gemäss Anspruch 13, 3BXiadC das Plättchen aus einer Schicht piezoelektrischem Material besteht, das von einem elektromechanischen ' 'andler in Schwingung gebracht -werden kann und das an der einen Seite mit einer leitenden Bekleidung als elektrode und an der andere-.i Seite mit einem halbleitenden p-n TJebergang versehen ist, vor welchen letzteren eine leitende Gaze als Elektrode isoliert angeordnet ist.

   15« Vorrichtung zum elektrischen Empfang von ]3ildern, #ie mit einem

   Plättchen, mit rütteln zum Erregen dieses Plättchens in einem |

   System von Eigenschwingingen_s mit Mitteln zum Zuführen des Video-Signals über die ganze Oberfläche des. besagten Plättchens, Mitteln die eine nichtlineare Wirkung herbeiführen, wodurch das genannte Video-Signal mit dem genannten System von "igenschwingingen multipliziert wird, und mit Mitteln zum Herleiten einer Bildintensitätsverteilung aus dem erhaltenen Produkt, versehen ist'.

   16. Vorrichtung geaäss Anspruch 15» «aöBl das Plättchen aus einer Schicht piezoelektrischem Material besteht, das durch einen

   ♦ dadurch, gekennzeichnet ,daß
   ** mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 13 geöendeten

   BAD ORIGINAL

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   elektromechanischen V'andler in Schwingung gebracht werden kann tind das an der einen Seite mit einer leitenden Bekleidung als Elektrode und,an der anderen Seite mit einem halbleitenden p-n Uebergang versehen ist, vor welchem letzteren eine leitende Gaze als Elektrode isoliert angeordnet ist.

   17. Vorrichtung zur elektrischen Uebertragung von Bildern, *ie mit . mindestens ^ψ /einer kohärenten, monochromatischen Lichtquelle, mit mindestens einem von der Lichtquelle beleuchteten Plättchen, in dem durch einen Wandler ein Schwingungensystem aufrechterhalten wird, mit Mitteln zum Beleuchten eines Gegenstandes mit dem vom genannten Plättchen abgelenkten Licht und Mitteln zum Versammeln des Lichtes aus der originalen Lichtquelle überlagert mit Licht vom Gegenstand her auf einer photoelektrischen Zelle und Mitteln zum Uebertragen des von dieser Zelle erzeugten Video-Signals versehen ist.

   18. Vorrichtung gemäss .Anspruch 17, SCaßJEKfc das Plättchen eine durchsichtige Platte ist₅ v.^robei der Gegenstand sich in der Brennfläche einer hinter das Plättchen gestellten Linse befindet, und wobei eine zvreite Linse das Licht vom Gegenstand und Licht von der Lichtquelle herrührend auf einer i'hotokathode bündelt.

   ♦♦ *

   19* Vorrichtung zum elektrischen Jmpfang von P-ildern, SiQ mit einer kohärenten, monochromatischen Lichtquelle, mit einem von der Quelle beleuchteten Plättchen, in dem von einem durch ein Video-Signal gespeisten 7andler ein Schrringungensystem aufrechterhalten wird und Mitteln zum Auffangen des abgelenkten Lichtes der genannten Flatte auf einem Schirm versehen ist.

   nach Anspruch 17 *

   20, Vorrichtung zur elektrischen Uebertragung von Farbbildern^ *ie. mit drei kohärenten, monochromatischen Lichtquellen von verschiedener Farbe, mit drei von den Quellen beleuchteten Plättchen, deren jedes von ihrem eigenen Vandler ein Schwingungenoystem aufgedruckt bekommt, mit Mitteln zum Beleuchten des Gegenstandes mit dem von den drei genannten Plättchen abgelenkten Licht, mit Mitteln zum Versammeln des zusammengesetzten lichtes, das vom Licht aus den drei ursprünglichen Lichtquellen überlagert, mit Licht vom Gegenstand herrührt}auf einer photoelektrischen Zelle und mit Mitteln zum Uebertragen des von dieser Zelle erzeugten Video-Signals versehen ist.

   ♦ dadurch gekennzeichnet, daß
   ** mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 17 gesendeten

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   ♦* *

   21« Vorrichtung zum elektrischen ^Jmpfang von Farbbildern, #ie mit drei kohärenten, monochromatischen Lichtquellen von verschiedener Farbe, drei von diesen Quellen beleuchteten Plättchen* deren jedes von einem Wandler das Video-Signal gespeist bekommt, und liitteln zum Ueberlagern auf einem Schirm der drei abgelenkte^von den Plättchen herrührenden Lichtbundeln versehen ist«

   * dadurch, gekennzeichnet, daß
   ** mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 20 gesendeten

   BAD ORlGlNAL.

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