DE1903964A1 - Verfahren zum Abtasten eines bildhaft darstellbaren Geschehens oder Symbols - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Abtasten eines bildhaft darstollbaren Geschehens oder Symbols" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortlaufender Auswählen des innerhalb eines Abtastrasters liegenden und augenblicklich optisch oder elektrisch abzutastenden Elements mindestens eines bildhaft darstellbaren Geschehens oder Symbols bei der Aufnahme oder Wiedergabe aller oder eines aus ihrer Summe bildausschnittsmäßigen Teils der Elemente des Geschehen bzw. des Synbola in den Abtastraster in Forn optischer bzw. elektrischer Signale mittels einer Laser-, Elektronenröhren- und/oder Festkörperanordnung.
• Unter Abtastraster tat hierbei und in folgenden derjenige geometrische Ort aller der genannten Elemente verstanden der deren zeitliche Abtastfolge festl-egt, Verfahren der erwähnten Art sind bekannt, Bei der Fernsehbildwiedergabe mittels eines Sichtgerätes mit einer Braunschen Röhre ist das Abtastraster gemäß dtesen Stand der Technik bekanntlich neigt zeilenförmig und wird dann die Auswahl des augenblicklich wiederzugebenden Elements innerhalb einer Zeile nach Maßgabe der augenblicklichen Stromstärke eines sägezahnförmigen Ablenkstromes des Kathoden-Anzeigestrahls getroffen, während gleichzeitig durch eine zur Zeilenrichtung rechtwinklig verlaufende Strahlablenkung die augenblicklich abzutastende Zeile ausgewählt wird. Bei der Radarbildwiedergabe in Panoramadarstellungsweise bevorzugt man dagegen bekanntlich ein Plarkoordinatenraster mit einer kombinierten radialen und kreisförnigen Strahlablenkung mit dem Koordinatenursprung als Radiusursprung und Kreismittelpunkt. Auch ist ein spiralförmiges Abtastraster für Kathodenstrahlanzeigegeräte bekannt.
• Bei der Übertragung einer Bildvorlage auf elektrischem Wege müssen nämlich die den Helligkeitswerten der einzelnen Bildpunkte entsprechenden elektrischen Signale bekanntliche immer zeitlich nacheinander übertragen werden, da ansonston für jeden Bildpunkt eine eigene Verbindung zwischen Geber und Empfänger vorhanden sein müßte; bei der hohen Bildpunktzahl, die für eine gute Bildauflösung erforderlich ist, würde dann aber der erforderliche Aufwand an Übertragungskanälen zu groß, um noch wirtschaftlich vertrebar zu sein.
• So bleibt nur der Weg, die Bildpunktsignale zeitlich nacheinander zu übertragen. Dazu ist es erforderlich, daß Geber und Schreiber synchron nach dem gleichen Schema das Bild zerlegen bzw. aufbauen.
• Beim F@rnschen wird - wie bereits erwähnt - das Bild in der Regel zeilenweise in einzelne Bildpunkte zerlegt. Nach jeder Zeile kehrt der Abtaststrahl immer an den gleichen, z. B. den vom Betrachter aus gesehen linken Bildrand zurück und schreibt dann die nächste, beim Zeilensprungverfahren (Interlace-Betrieb) jedoch die jeveils übernächste Zeile. Während des Rücklaufs wird der Strahl dunkelgetastet und ein Synchronsignal übertragen. Ebenso muß nach jedem Halb- bzw. Vollbild der Strahl an den oberen Bildrand zurückgebracht werden. Auch dazu ist ein Austast- und ein Synchronsignal erforderlich. Diese Rücklaufzeiten gehen also für die Übertragung von Bildinformationen verloren, was bei vorgegebener Übetragungszeit pro Bild einen @ualitätsverlust gegenüber dem theoretisch möglichen Wert bedeutet, da weniger Bildpunkte in dieser vorgegebenen Zeit übertragen werden können.
• Für die Übertragung von Bewegungsvorgängen genügt es bekanntlich zwar, 25 Bilder pro Sekunde abzutasten bzw. wiederzugeben; jedoch nimmt das monschliche Auge bei dieser Bildfolgefrequenz besonders in den hellen Bildpartien noch ein Flimmern oder Flackern des Bildes wahr, wodurch es sehr schnell ermüdet. Die Wahrnehmungsschwelle für dieses Flimmern liegt weit oberhalb der Bildfolgefrequenz, die für eine Verschmelzung der Bewegungsabläufe erforderlich ist.
• Mit zunehmender Melligkeit der weißen Bildpartien schiebt sich diese Wahrnehmungsschwelle zu höheren Frequenzen hinaus. Je 12,5 Mz Flimmerfrequenz steigt die zulässige Melligkeit in den weißen Bildpartien etwa und den Faktor 10. Außerden hängt diese Schwelle noch von der Umfeldbeleuchtung, dem Montrast und der Verteilung der schwarzen und weißen Bildanteile ab, außerdem natürlich vom Abstand des Betrachters zum Bildschir@. Geht man über die optimale Betrachtungsentfernung hinaus, kann das Auge nicht mehr alle angebotenen Einzelheiten auflösen. Damit sinkt dann auch die Flimmerfrequenzgrenze. Unter der @oraussetzung optimaler Beobachtungsentfernung (zwei benachbarte Zeilen sollen dem Auge unter 1,5 Winkelminuten erscheinen, dann verschwindet die Zeilenstruktur) hängt die Flimmerfrequenzerenze im wesentlichen von der Helligkeit der weißen Bildpartien ab. Bekannte Untersuchungen haben ergeben, daß für die in nicht abgedunkelten Räumen erforderliche Helligkeit der weißen Bildpartien eine Flimmerfrequenz von 50 Hz ausreicht. Um flimmerfreie Fernsehbilder zu erhalton, wäe also eine Bildfolgefrequenz von 50 Hz erforderlich. Die damit notwendig werdende doppelte Bandbreite des Übertragungskanals wird üblicherweise durch die Anwendung des oben bereits erwähnten Zeilensprungverfahrens umgangon, Statt eines Vollbildes werden hierbei zwei T@ilbilder, deren Zeilenraster ineinander verkämmt sind, übertragen. So erhält man die für die Verschmelzung der Bewegungsabläufe notwendige Bildfolgefrequenz von 25 Hz und gleichzeitig di Teilbildfrequenz von 50 Hz, die für die Flimmerfreiheit des Bildes maßgebend ist, ohnc auf die sonst erforderliche doppelte Bandbreite übergehen zu müssen, Genäß der z. B. in der Bundesrepublik Deutschland beim Fernseh-Rundfunk zur Zeit gültigen Norm werden 625 Zeilen pro Bild nach dem Zeilensprungverfahen geschrieben. Bei einem Bildformat nit de üblichen Kantenverhältnis von 4 : 3 ergibt sich daher eine notwendige Übertragungs-Bandbreite von 625 . 3/4 . 625 . 25 . 0,5 sec-1 = 6,484 MHz.
• Der Faktor 0,5 ergibt sich daraus, daß man bei dieser Bandbreitenbetrachtung die einzelnen Bildpunkte als abwechselnd schwarz und weiß annimmt. Die daraus resultierende rechteckförmige Signalfrequenz nähert man durch den Sinus ihrer Grundwelle an. Unter Berücksichtigung eines sogenannten Kellfaktors von 0,75 ergibt sich somit die genormte Bandbreite von 5 MHz. Aus den angeführten Daten errechnet sich eine Zeilenfrequenz von 625 . 25 sec-1 = 15,625 kHz.
• Die Zeilendauer ist also 64 usec, die Vollbilddauer 40 msec.
• Für die Strahlrückläufe sind gleichzeitig folgende Werte für des Austastsignal genormt: In waagrechter Richtung 18,5 % der Zeilenperiode = 11,85 µsec, in senkrechten Richtung die Dauer von zwanzig Zeilen = 1,23 msec. Insgesamt gehen also für die Übertragung von Bildsignalen 605 . 11,85 /usec + 2 1 ,28 msec = 9,73 csec verloren. Das sind etwa 24,3 % der Übertragungszeit eines Vollbildes. Die effektive Auflösung des Bildes entspricht also nur noch etwa 473 Zeilen Den größten Anteil an der gesamten Austastzeit von 9,73 msec bilden mit 7,17 msec # 74 % die Zeilenaustastlücken.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das bei gegebener Bandbreite gegenüber den bekannten Abtastverfahren gerin gere Bild-Auflösungsverluste und Austastzeiten aufweist.
• Die E@findung besteht bei einem Verfahron der einleitend genannten Art darin, daß die aufnehmbaron bzw. wiedergebbaren Elemente lagemäßig den Kreuzungspunkten eines fiktiven kartesischen Gitternetzes aus in der Koordinatonrichtung x verlaufenden teilen x rit i = 1, 2, 3 ... n und in der Koordinatenrichtung y verlaufenden Spalten yk mit k = 1, 2, 3 ... m mit identischen einzelnen gegenseitigen sukzessien Seilen- und Spaltanabständen zugeordnet sind, daß die Abtastung schrittw ise mit zwar - sofern durch das Raster vorgegeben - r@chtwinklis abknickender Fortschnaltrichtung, jedoch im@@er mit der gleichen Schrittlänge erfolgt, die gleich dem einzelnen gegenseitigen Zeilen- und Spaltenabstand ist, und daß bei jedem Schritt maximal entweder ein Koordinatenwert der Werte xi oder ein Koordinatenwert der Werte yk @eändert wird.
• Die Erfindung ist somit in ihrer Anwendbarkeit nicht auf die Fernsehbild-Wiedergabetechnik beispielsweise die Video Technik in Fernseh-Rundfunk-Dmpfäangern, beschränkt, sondern auch bei der Aufnakme und/oder Wiedergabe bildhaft darstellbarer ruhender oder bewegter allgemeiner Geschehen und flächenhafter oder dreidinmensionaler Symbolc - z. B. alphanumerischer Zeichen, Landkarten, Luftlagedarstellungen, hand-und/oder druckschriftlicher Belege, wie beispielsweise Urkunden und Sahlungsschecks sowie im polizeilichen Fahndungsdienst, z. B, zum Übertragen von Fingerabdrücken und Personen-Lichtbildern - vorteilhaft verwendbar.
• Fig. 1 zeigt das Abtastraster, das bei einer basonders einfachen Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft verwendbar ist, bei der die Zeilen abwechsalnd von links nach rechts und dann von rechts nach links abgetastet werden. Die vertikalen Schritte von Zeile zu Zeile müssen bei diesem Abtastraster nicht ausgetastet werden. Sie liefern ja den gleicher. Beitrag zur Bildinformation wie zwei benachbarte Punkte in der Korizontalen, Es scheint zunächst, daß dadurch die Möglicheit entfällt, Zeiensynchronsignale zu übertragen, nämlich dann, wenn dafür kein getrennter Kanal vorgeschen wird. Aber diese Überlegung ist unberechtigt; denn dieses Abtastraster wird zweckmäßigerwseise sowieso nicht mit Hilfe der bisher üblichen zwei Sägezahngeneratoren realisiert sondern mit Hilfe einer digitalen Anstauerschaltung, die den Abtaststrahl Punkt für Punkt weiterschaltet. Eine solche digitale Ansteuerschaltung benötigt lediglich einen Steuergenerator für die Punktfolgefrequenz. Diesen über eine Bildperiode (40 msec) phasenstabil zu halten bereitet keine prinzipiellen Schwierigkeiten. Damit enftällt jetzt die bisherig Notwendigkeit, Zeilensynchronimpulse zu übertragen; die horizontale Austastlücke kann deshalb ganz entfallen.
• Auch die vertikale Austastlücke kann bei diesem Abtastraster erheblich verkürzt werden. Selbst wenn man den Strahl mit der Taktfrequenz zurückführt, genügt eine Austastlücke von maximal einer Zeilendauer, Denn zur Synchronisation genügt ein kurzer Impuls, der sich leicht in dieser Zeit übertragen läßt, Beim Fernsehen gemäß der oben erwähnten Morm ist ja auch der Vertikalimpuls nur deshalb so breit gewählt worden, weil die Forderung bestand, Horizontal- und Vertikalimpulseauf möglichst einfachem Weg (Differenzierglied und Integrierglied) im Empfänger zu trennen.
• Die Erfindung weist, wie aus den bisherigen Ausführungen insbesomdere zu Fig. 1 hervorgeht, folgende Vorteile uf, die zusammenfassend angegeben seien: a) keine Zeilensynchronimpulse b) keine Zeilenaustastimpulse c) Verkürzung des Vertikalimpulses auf max. eine Zeilendauer Diese drei Vorteile zusammen bedeuten eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber der bisher für Synchronimpulse zu reservierenden Übertragung. Statt 21,3 % beim Fernsehen nach der obengenannter. ITorn gehen jetzt nur noch 0,32 % der Bildperiode für die Übertragung von Bildinformationen verloren.
• Statt effektiver 473 Zeilen werden jetzt 623 Zeilen aufgelöst. Die zur Verfügung stehende Bendbreite wird also bei Anwendung der E--findung fast ganz für die Übertragung von Bildinformationen ausgenutzt. Außerdem ist es wegen des Wagfalls der Zeilenimpulse nicht mehr notwendig, den jeweiligen Vertikalimpuls nach dem komplizierten Schema zusammenzusetzen, das beim Fernsehen angewandt wird. Es ist nur noch ein Steuergenerator für die Punktfolgefrequenz erforderlich. Während der Dauer des Vertikalimpulses muß also nicht gleichzeitig ein zweiter, nämlich der Zeilengenerator synchronisiert werden. Die zusätzlichen Anforderungen an die Zusammensetzung des Vertikalimpulses, die durch das Integrierglied zur Trennung der Seilen- und Bildsynchronimpulses hinzukamen, sind demnach ebenfalls hinfällig.
• Die vorerwähnten Vorteile, insbesonders die durch die Zeit ersparnis gegebene bessere Ausnutzung der vorgegebenen Bandbreite, vergrößern sich, wenn - wie im folgenden beschrieben in Verbindung mit der Erfindung eine Art Interlace-Verfahren angewandt wird. Anderenfalls wäre nämlich für eine flimmerfreie Wiedergabe von Bildern eine Vollbeildabtastung mit 50 Hz zu fordern, was die doppelte Bandbeite gegenüber den bisherigen Verfahren beanspruchen würde; damit aber verlöre das erfindungsgemäße Verfahren erheblich an Bedeutung.
• Voraussetzung für die Anwendung eines Interlace-Verfahrens ist ein Abtastschema, das gestattet, zwei oder mehr Teilraster aus benachbarten Bildpunkten überlappungsfrei ineinander zu schreiben. Das ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf folgende drei Arten möglich, die Weiterbildungen der Erfindung darstellen: 1. Ein genau gleiches Mäander wird um einen Zeilenabsiand versetzt gleichsinnig in das ersto hin ingeschrieben.
• 2. Ein gegenläufiges Mäander wird um eine Zeilenbreite versetzt in das erste hineingeschrieben.
• 3. Das zweite Mäander wird rückwärks von unten nach oben in das erste hineingeschrieben, d. h. die Abtasteinrichtungen in den zwei Mäander sind gegensinnig.
• Einen Überblick über diese drei letztgenannten Möglichkeiten geben die Fig. 2, 3 und 4. ierbei zeigt Fig. 2 gleichsinnig ineinandergeschriebene Teilraster, Fig. 3 gegensinnig ineinandergeschriobene Teilraster und Fig. 4 den Fall, dnß das erste Teilraster von oben nach unten und das zweite Teilraster von unten nach oben geschrieben ist. Bei der Entscneidung, welches dieser drei Abtastschemata in gerade vorliegenden Anwendungsfall am sinnvollsten angewendet wird, muß gegebenenfalls ein bisher nicht erwähnter Gesichtspunkt in die Überlegung mit einbezogen werden, und zwar die möglichst unverzerrte Abtast- und Wiedergabemöglichkeit bewegter Bilder oder Symbole.
• Zuvor muß jedoch noch untersucht werden, wie genau die beiden Teilraster ineinander verschachtelt werden müssen, um damit endgültig sagen zu können. ob ein Interlace-Verfahren zu realisieren ist. Sind nämlich die beiden Teilraster etwas gegeneinander verschoben, so überlappen sich die Punkte zweier benachbarter Zilen, wodurch bei der Wiedergabe eine unerwünschte Aufhellung an diesen Stellen auftritt. Wird angenommon, daß die Bezugsspannung des digitalen Spannungsteilders um den relativ großen Betrag von max. 5 % schwankt, so stellt sich die Frage, wie eit sich dann zwei bonachbarte Punkte überlappen (siehe Fig. 5).
• Die Überlappung ist gleich zweimal der Fläche @ dieses Kreisabschnites, also 0,1175 r² = Kreisradius eines Punktes. Das ergibt ein Verhältnis zur gesämitfläche eines Punktes von 0,1175/# = 0,0375 # 3,75 %.
• In diesen Zusammenhang ergeben sich mit den ans Fig, 5 ersichtlichen Größen weitere folgende Gleichungen: F = ## (3h² + 4s²) s = 2r sin(#) = 0,872 r h = 4(1 - cos #) = 0,1 r r = 1; # d = 5% # h = 0,1 cos(a) = 0,9; sin (#) - 0,436; a = 250 2 ,, - 50' Dieser Wert für die Überlappung ist noch tragbar, ohne daß sich die Aufhellung störend bemerkbar macht. Da sich Jedoch eine Stabilisierung der Bezugsspannung auf 5 % und weniger ohne besondere Schwierigkeiten realisieren läßt, steht der Anwendung des Interlace-Verfahens bei der Erfindung somit nichts entgegen.
• Zur weiteren Beurteilung der anhand der Fig. 2 bis 4 beschriebenen drei Abtastschemate ist nun die Verzerrung bewegter Bilder zu untersuchen. Durch das zeitliche Nacheinander bei einer Bildpunktabtastung tritt notwendigerweise eine geometrische Verzerrung von im Bild bewegeten Konturen auf, sobald die Geschwindigkeit dieser bewegten Bildanteile nicht mehr gengen die Abtastgeschwindigkeit zu vernachlässigen is. Dieser Effekt wird auch beim normalen Fernsehen sichtbar, wenn die Bewegungsverschiebung größer als etwa 1/4 Bildbreite pro Sekunde ist.
• Fig, 6 zeigt die Bewagungsverzerrung beim üblichen Fernsehen ohne und mit Zeilensprung.
• Im Bild bewegte vertikale Kanten werden also abgeschrägt wiedergegeben. Beim Zeilensprungverfahren tritt zusätzlich noch ein Zerreißen, zumindest aber eine Verbreiterung des vertikalen Balkens auf.
• tlie macht sich nun diese Bewegungsverzerrung bei den verschiedenen Kotastschemata nach der Erfindur.g bemerkbar? Dazu werden zunächst einmal zwei benachbarte Zeilen bei mäanderförmiger Abtastung ohne Zeilensprung betrachtet (siehe Fig. 7), in der die Zeiteinheit gleich der reziproken Abtstfrequanz ist.
• Beim Übergang von der ersten zur zweiten Zeile werden vertikal benachbarte Punkte sofort hintereinander abgetastet, eine Bewegungsverzerrung kann praktisch nicht sichtbar werden, weil das Auge so hohe Geschwindigkeiten sowieso nicht mehr auflöst.
• Der Abstand, , rit dem zwei vertikal benachbarte Punkte zeitlich nacheinander abgetastet werden, wächst dann zum linken Bildrand hin bis zu einem maximalen Wert, der gleich der Abtastdauer zweier Zeilen ist. Mier ist die Bewegungsauflösung also am schlechtester, Zwischen der zweiten unc' dritten Zeile ist es genau umgekehrt. Die beste Bewegungsauflösung ist am linken Bildrand und die schlechteste am rechten Bildrand. Ledig lich in der Bildmitte ist der Abstand, mit dem zwei vertikal benachbarte Punkte nacheinander abgetastet werden, konstant über die ganze Bildhöhe, und zwar - zeitlich gesehen - oine Zeilendauer lang. Beim Fernsehen ist dieser zeitliche Abstand immer konstant jiber die ganze Bildbreite gleich dem maximalen Wert einer Zeilendauer gegenüber einem Maximalwert von zwei Zeilenperioden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Zu dem Schrägstellen bewegter vertikaler Konturen kommen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch kleine Knicke in die schräge Kante. Diese Knickes machen sich als zeilenpaarweises Zerreißen der vertikalen Kante an den Bildrändern bemerkbar, während in der Bildmitte die Verhältnisse die gleichon sind wie beim Fornschen ohne Zeilonsprung, d. h. eine durchgehende schräge Linie (siehe Fig. 3). Für dies@s zeilenpaarweise Zerrei@en der vertikalen Kanten ist das Auge auf joden Fall empfindlicher als gegen ein reines Schrägstellen der vertikalen Konturen. Eine genaue Angabe darüber, ab wann und wie sehr dieser Effekt störend bemerkbar wird, kann hier nicht gemacht werden, da keine Ergebnisse einer dafür erforderlichen Reihenuntersuchung bekannt sind. Wird aber berücksichtigt, daß erstens dieser Effekt nur i den äußeren Bildpartien auftritt und daß zwoitens durch den Wegfall des Zeilenrücklaufes die Zeilen schneller hintereinander geschrieben werden, die für die gleiche Schrägstellung größere Geschwindigkeiten in horizontaler Richtung erforderlich sind, dann kann in etwa davon ausgegangen werden, daß sich dieser Effekt erst bei der gleichen horizontalen Geschwindigkeit auswirkt wie bein Fernsehen. Wahrscheinlich liegt er sogar etwas höher (Zeilenaustastung beim Fernsehen 18,5 %).
• Bei der Abtastung mit Zeilensprung nach den ersten der drei angegebenen Verfahren (Fig. 2) kommt nun noch irje beim Fernsehen die Verbreiterung des vertikalen Balkens hinzu. Es gilt auch dabei noch die eben gemachte Aussage, daß die gleic;.e Bewegungsauflösung wie beim Fernsehen zu erreichen ist.
• Bei der Abtastung nach dem Schema cit gegenläufig eingeschriebenem zweiten Mäander (Fig. 3) muß nach dem Teilbildwechsel erst noch eine Seile geschrieben werden, bis ein bewegter Vorgang am linken Bildrand abgetastet wird (siehe Fig. 9).
• Die Verhältnisse für die Wiedergabe bewegter Bilder verschlechtern sich also offensichtlich gegenüber dem Raster nach Fig. 2.
• Beim dritten der angeführten Abtastverfahren (Fig. 4) nach der Erfindung wird am Ende des ersten Teilrasters das zweite Teilraster rückwärts in das erste hineingeschrieben, um die Austastzeit für einen vertikalen Rücklauf einzusparen, Da aber sowieso pro Bildabtastperiode ein Synchronsignal mit der entsprechenden Austastlücke übertragen werden muß, ist bei dem schon auf maximal eine Zeilendauer verkürzten Vertikalimpuls durch die mögliche Einsparung eines Teilbildsynchronimpulses keine nennenswerte Auflösungsverbesserung mehr zu erreichen. Bei der Betrachtung der Verhältnisse bei der Abtastung bewegter Bildvorlagen aber zeigt sich ein wesentlicher Nachteil dieses dritten Abtastverfahrens. Ein in horizontaler Richtung bewegter Balken wird keilförmig auseinandergezerrt wiedergegebe@ (siehe Fig. 10). Außerdem wird der letzte Punkt der zweiten Zeile erst nach einer vollen Bildperiode geschrieben. Bis dahin aber ist der obere Bildrand des ersten Teilrastera schon erheblich dunkler geworden, was im Falle von Bildröhren nur durch länger nachleuchtende Phosphore zu mildorn wäre.
• Das ersteder hier beschrieben@@ Abtastverfahren nach der Erfindung, also dasjenige nach Fig. 2, ist am vorteilhaftesten für eine praktische Anwendung bei der Abtastung bewegter Bilder geelgnet. In der Bildauflösung ist es dem beim Fernsehen üblichen Verfahren überlegen (623 statt 473 Zeilen) und in der Wiedergabe bewegter Vorgänge ist es bis zu der Schwelle, bei der sich auch in Fernsehen die geometrischen Verzerrungen störend bemerkbar machen, als gleichwertig anzusehen, Oberhalb dieser Schwelle aber werden allerdings die oeo-.etrischen Verzerrungen besonders an den Bildrändern stärker sichtbar al 8 beim Fernsehen.
• Wird die ungleichmäßige Bewegungsauflösung in Kauf genommen, eil an einer bestimmten Stelle es Bildes eine besonders gute Auflösung erhalten werden soll, so ist noch ein anderes Abtastschema vorteilhaft benutzbar, das zu einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gehört. Bei der Betrachtung der Abtastverfahren nach Fig. 2 bis 4 hatte sich ergeben, daß zeilenpaarweise abwechselnd zm rechten und linken Bildrand eine besonders gute Auflösung auch von Bewegungsvorgän gen vorhanden war. Immer dann, wenn vertikal benachbarte Bildpunkte direkt nacheinander abgetastet wurden, konnte keine Bewegungsverzerrung mehr festgestellt werden, weil die dafür erforderlichen Geschwindigkeiten vom menschlichen Auge sowieso nicht nehr aufgelöst werden. Es kommt also darauf an, in den gewünschten Bildbereich die Bildpunkte in möglichst kurzer Zeit nacheinander abzutasten. Diese Forderung dann bei konstanter Schreibgeschwindigkeit mit einem spiralförmigen Abtastschema erreicht werden. Fig. ii verdeutlicht dieses Abtastschema; sie zeigt gleichzeitig das wesentliche Merkmal einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung, nämlich wie die Teilraster für ein Interlace-Verfahren ohne Überschneidung besonders vorteilhaft ineinander verschachtelt werden können. Für die Abtastgeschwindigkeit läßt sich sagen: Die Teilrasterfrequenz ist 50 Hz. Die Winkelgeschwindigkeit ist also # = 2#.50 sec-1. Bei der hohen Bildpunktzahl lassen sich die einzelnen Windungen der Abtastspirale durch einen Kreis entsprechenden Durchmessers annähern. Es müssen dann m = a/2P Kreise verschiedenen Durchmessers in 1/50 sec geschrieben verden (a = Bildhöhe, 2 m = Anzahl der auf a entfallenden Punkte, P = Punktadurchmesser, 2 m # Zeilenzahl).
• m Jeder dieser Kreiso muß in 1/50 Sekunden abgetastet werden.
• Der Radius der Kreise wächst um jeweils einen Punktdurchmesser P. Der Radius des n-ten eises ist also r = n.P. Auf seinem Umfang liegen 2r#/p=2#n Punkte. Die Abtastfrequenz für dies Anzahl Punkte ist also f = 50 (2#nm) Mz. Die wirklich abzutastende Punktzahl ist aber nicht die dem Umfang dieses Kreises entsprechende Punktzahl 2#n. Vielmehr stellt dieser Kreis den eingeschriebenen Kreis des zugehörigen abzutastenden Quadrats dar. Letzteres aber hat einen Umfang von 8r (siehe Fig. 12). Damit ergibt sich für die jeweilige Punktzahl ein Korrekturfaktor von 8r/2#r=4/#. Die Abtastfequenz für diese Punktzahl ist f=50(2#nm)4/# Hz = 400 mn Hz mit m = const und r = n.P. Sie steigt also linear mit der Entfernun von Rastermittelpunkt. Um bei der quadratischen Abtastung eine konstante Winkelgeschwindigkeit zu erreichen, darf aber s ilbst über eine horizontale oder vcrtikale Abtastperiode eincs solchen Quadrates die Abtastgeschwindig keit nicht konstant bleiben, da sich die Entrfernung zum Ilittelpunkt dabei -ndert, was eineu anderen Kreisradius entsprechen würde. Die vorstehende Formel für die Abtastfrequenz behäl aber ihre Gültigkeit, wenn man n=(x/P)²+(y/ setzt, wobei (x/P) und(y/P) die auf den Punktdurchmesser normierten Koordinaten des jeweiligen Eildpunktes sind.
• Folglich gilt fabt =400 m {(x/P)²+(y/P)²] Hz. Damit ist ein direkter Zusammenhang mit den Ablenkspannungen gegeben.
• Die Nachsteuergröße kann also unmittelbar aus den Ablenkspannungen hergeleitet werden. Für die Melligkeitsnachsteuerung gilt folgendes: Die Verweildauer des Abtaststrahles auf einem Bildpunkt ist t = 1/fabt. Die Lichtausbeute eines Leuchtphosphores ist direkt proportional der zugeführten Energie. Dies gilt bis zu einer Sättigungsgrenze, die aber vernachlässigt werden kann, da der Schirm nicht so hoch belastet werden dar@. Bei konstanter Beschleunigungsspannung muß demnach der Korrekturfaktor für die Helligkeitssteuerung proportional 1/fabt sein. Dieser Wert ist ebenfalls aus den Ablenkspannungen herzuleiten.
• Zusammenfassend kann folgendes gesagt werden: Für normale Anwendungen ist eine mäanderförmige Abtastung, bei der das zweite Teilraster gleichsinnig in das erste Teilraster hineingeschrieben wird, mit Vorteil benutzbar (siebe Fig. 13); denn sie bietet gegenüber dem beim Fernsehen üblichen Abtastschema bei gleicher Bewegungsauflösung eine erheblich größere Bildpunktauflösung (623 Zeilen gegenüber 473 Zeilen). Weil lediglich noch ein einziger Vertikalimpuls, aber keine Zeilenimpulse mehr übertragen werden müssen, ist folglich eine bessere Ausnutzung der Bandbreite möglich.
• Wird dagegen lediglich an einer bestimmten Bildstelle eine besonders gute Bewegungsauflösung unter Vernachlässigung von Verzerrungen außerhalb des interessierenden Gebietes gewünscht, dann ist eine spiralförmige Abtastung mit konstanter Punktfolgefrequenz vorteilhaft (siehe Fig. 14). Dieses Abtastschema bietet die gleich gute Bandbreitenausnutzung wie das mäanderförmige (623 Zeilen). Außerdem kann in der Rastermitte keine Bewegung wiedergegben werden, deren Verzerrung vom Auge noch auflösbar ist.
• Beiden Verfahren (Fig. 13 und 14) gemeinsam ist die erheblich bessere Bandbreitenausnutzung. Die Übertraung von Zeilenimpulsen entfällt. Damit vereinfacht sich das Synchronimpuls-Schema erheblich, entsprachend auch der Taktgeber für dieses Impulsschema. In der vertikalen Austastlücke werden nur noch ein, bzw. zwei Synchronimpulse übertragen. Diese Unterscheidung ist notwendig, damit der Empfänger weiß, welches Teilraster er schreiben soll. Statt zweier Sägezahngeneratoren ist nur noch ein Steuergenerator für die Punktfolgefrequenz erforderlich. Außerdem kann bei der digitalen Ansteuerung jeder Punkt in kürzester Zeit unabhängig vom Abtastschema angesteuert werden, was z. B. für eine von einem Rechner gesteuerte Symboleinblendung von großem Vorteil ist. Diese Symbole lassen sich digital speichern und sind leicht zu ändern. Gegenüber dem beim Fernsehen erforderlichen Trickmischer ist hierfür der Aufwand gering. Unter Beachtung der vom System ber gegebenen Grenzen können also diese auf digitaler Ansteuerung beruhenden Abtastverfahren mit Vorteil angewendet werden.
• Di. in Fig. 15 gezeigte Grundschaltung einer zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung mit Spiralabtastung vorteilhaft geeigneten Schaltung hat die Aufgabe, fortlaufond paarweise die xi- und yi-Koordinatenwerte der abzutastenden Punkte Pi einer quadratförmigen archimedischen Spirale zu bilden.
• In dieser Grundschaltung sind - mit A gekennzeichnete kreisförmige Symbole logische Und-Tore.
• - mit O gekennzeichnete kreisförmige Symbole logische Oder-Tore.
• - mit F gekennzeichnete rechtecktige Symbole bistabile Schalter, z. B. Flip-Flops, mit den zwei Schaltstellungen o und-L, - Z1 (Z2) ein Digitalzählor mit dem ZHhlimpulseingang Z12 (Z22), dem Nullstellimpulseingang Z11 (Z21) und dem Ausgang Z13 (Z23) zur fortlaufenden Ausgabe des momentanen Zählendwertes.
• - K ein digitaler Komparator, d. h. eine Vergleichsschaltung, die fortlaufend die momentanen Zählendwerte der Zahler Z1 und Z2 miteinander vergleicht und bei Gleichheit (Ungleichheit) der Zählwerte ein Signal am Ausgang K12 (K11) ausgibt, - Z3 (Z4) ein Vorwärts-Rückwärts-Digitalzähler zur Drzeugung des Wertes der x-Koordinate (y-Koordinate) und zur fortlaufenden Ausgabe dieses Wertes über die Ausgänge Z35 bis Z3i (Z45 bis Z4j), mit dem Kopiereingang Z33 (Z43) zur Eingabe des vorgegebenen Anfangswertes der x-Koordinate (y-Koordinate), dem Kopierbefehlseingang Z34 (Z44) und den zwei Zählsignaleingängen Z31 und Z32 (Z41 und Z42), von denen der eine den Eingang für die zu addierenden Zählsignale und der andere den Eingang für die zu subtrahierenden Zählsignale darstellt, U1 bis Un (V1 bis V ) die Ausgabeleitungen der Grundschaltung für den Wert der x-Koordinate (y-Koordinate), E1 (E2) der Eingang der Grundschaltung für die Eingabe des Anfangsertes der x-Koordinate (y-Koordinate).
• E3 der Eingang der Grundschaltung für die Eingabe des sogenannten Stellimpulses, mit dem der Betriebsbereitschaftszustand der Grun?schaltung hergestellt wird, der Eingang der Grundschaltung für die Eingabe der Zählimpulse, E5 der Eingang der Grundschaltung für das Anlegen der Startspannung, durch das der Detrieb der Grundschalung hergestellt wird, E6 der Eingang der Grundschaltung für das Eingeben des Stopsignals zum Beenden des Betriebs der Grundschaltung.
• Xn Abhängigkeit davon, ob der Ausgang des Und-Tores A6 (A8) mit der: Additionseingang oder Subtrdtionseingang und der Ausgang des Und-Tores A7 (A9) mit dem Subtraktionseingang oder Additionseingang des Zählers Z3 (Z4) verbunden wird, werden die Werte der x-Koordinate (y-Koordinate) in der in Fig, 2A (2B) gezeigten Form mit positivem oder negativen Vorzeichen erzeugt.

Claims (9)

P a t e n t a n s P r ii c h e

1. Verfahren zum fortlaufenden Auswählen des augenblicklich innerhalb eines Abtastrasters optisch oder elektrisch abzutastenden Elements mindestens eines bildhaft darstellbaren Geschehens oder Symbols bei der Aufnahme oder Wiedergabe al ler oder eines aus ihrer Sunde bildanusschnittsmäßigen Teils der Elemente des Geschehens bzw. des Spmbols in dem Abtastraster in Form optischer bzw. elektrischer Signale mittelg einer Laser-, Elektronenröhren- und/oder Festkörperanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die aufnehmbaren bzw. wiedergebbaren Elemente lagemäßig den Kreuzungspunkten eines fiktiven kartesischen Gitternetzes aus in der Koordinatenrichtung x verlaufenden Zeiten xi mit i = 1, 2, 3 ... n und ir der Koordinatenrichtung y verlaufenden Spalten yk mit k = 1, 2, 3 ... m mit identischen einzelnen gegenseitigen sukzessiven Zeilen- und Spaltenabständne zugeordnet sind, daß die Abtastung schrittweise mit zwar - sofern durch das Raster vorgegeben - rechtwinklig abknickender Fortschaltrichtung, jedoch immer mit der gleichen Schrittläge erfolgt, die gleich dem einzelnen gegenseitigen Zeilen- und Spaltenabstand ist, und daß bei jedem Schritt maximal entweder ein Koordinatenwert der Werte xi oder ein Koordinatenwert der Worte yk, geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dio Abtastung in einem Zeilenraster in der Weise erfolgt, daß die in Raster aufeinander folgenden Zeilen abwechselnd von links nach rechts und dann von rechts nach links abge tastet werden und daß der Zeilenwechsel der Abtastung am jeweiligen Zeilenende der soeben abgetasteten Zeile erfolgt (Fig. 1).

3. Varfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anvendung des Zeilensprungverfahrens mittels zweier gleichför miger und gleich großer mäanderförmiger Abtastraster, die gegeneinander un eine Zeilenabstand versetzt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zwei mäanderförmigen Raster gleich- (Fig. 2) oder gegensinnig (Fig. 3) sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abtastrichtungen der zwei mäanderförmigen Raster gegensinnig sind (Fig. 4).

6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Raster annähernd spiralförmig ist und sich aus geraden Teilstücken zusammensetzt, die in Wachstumsrichtung der Spirale in gleichen Richtungssinn rechtwinklig aneinander ohne gegenseitige Überschneidungen anschließen und deren Lönge gleich einer oder ein ganzzahliges Vielfaches der einzelnen Schrittlänge ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeweils zwei aneinander anschließende Teilstücke gleich lang gewählt sind und daß sich ihre Längen von den im positiven und negativen Wachstumssinn benachbarten jeweils zwei Teilstücken um die einfache Schrittlänge unterscheiden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die Anwendung des Zeilensprungsverfahrens mittels zweier gleichsinnig ineinander in Abstand einer Schrittlänge gleichsinnig verlaufender mäanderförmiger Teilraster.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die Anwendung des Zeilensprungverfahrens mittels zweier gleichsinnig ineinander im Abstand einer Schrittlänge gleichsinnig verlaufender annähernd spiralförmiger Teilraster.