DE1938732A1 - Einrichtung zum Projizieren eines Farbbildes mittels einer Schwarz-Weiss-Projektionsvorlage - Google Patents

Description

6853-69/Dr.ν.Β/Ε
RCA 60,889
U.S.Ser.No. 750,884
Piled: August 7, 1968

RCA Corporation
New York, N.Y. (V.St.A.)

Einrichtung zum Projizieren eines Farbbildes mittels einer Schwarz-Weiß-Projektionsvorlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Projizieren eines Farbbildes mittels einer Schwarz-Weiß-Pro-i jektionsvorlage, z.B. eines Transparentbildes wie eines Filmes, ; auf der das Bild für verschiedene Farben jeweils in verschiedenen Richtungen beugungscodiert aufgezeichnet ist, mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Projektionsvorlage und einer Linsenanordnung, die das Licht von der Projektionsvorlage sowohl zu einem Bild der Lichtquelle in einer zwischen der -Projektionsvorlage und einer Projektions- oder Bildebene liegenden Filterebene als auch zu einem Bild der Projektionsvorlage in der Projektionsebene, in der dieses Bild nutzbar gemacht wird, fokussiert.

Bei graphischen Systemen ist es oft erforderlich, graphische Information oder Bildinformation zu übertragen, manipulieren, ändern, projizieren, wiederzugeben und zu reproduzieren. Wenn es sich bei der graphischen Information um mehrfarbige Information oder ein Farbbild handelt, ist die Übertragung der Information über Nachrichtenkanäle beschränkter Bandbreite kompliziert und zeitraubend, da die verschiedenen Farb-

009840/1829

anteile des Bildes übertragen werden müssen. Zur Vereinfachung der Übertragung ist es bekannt, ein Parbhild in Form eines farbcodierten Schwarz-Weiß-Bildes zu übertragen, aus dem das Farbbild auf der Empfangsseite des übertragungskanales' rekonstruiert werden kann. Wenn das Farbbild an der Empfangsseite zur Her stellung von Farbdruckplatten oder Klischees verwendet werden soll, kann man das empfangene farbcodierte Schwarz-Weiß-Bild so decodieren, daß drei oder vier Farbauszugnegative entstehen, wie sie für die Herstellung der entsprechenden Druckplatten benötigt werden. Wenn in einem System farbcodierte Schwarzweiß-Transparentbilder verwendet werden, kann es auch notwendig oder wünschenswert sein, das Transparentbild zu Überwachungszwecken farbig wiederzugeben oder zu projizieren oder eine farbige Vergrößerung gewünschter Abmessungen herzustellen.

Es ist bekannt, daß ein Farbbild in codierter Form auf einem Schwarzweißfilm aufgezeichnet werden kann, indem man den SchwärzweißfiIm durch ein färbcodierendes Beugungsgitter oder eine entsprechende Maske belichtet. Der so belichtete Film wird zur Herstellung eines Schwarzweiß-Transparentbildes umkehrentwickelt. Mittels dieses Schwarzweiß-Transparentbildes kann dann ein Farbbild projiziert werden, in dem man das Transparentbild mit einer punktförmigen Lichtquelle beleuchtet und eine Filtermaske in den Linsen enthaltenden optischen Weg zwischen dem Transparentbild und einem Projektionsschirm oder einer anderen Einrichtung zur Nutzbarmachung de.s projizierten Bildes bringt. Bei den bekannten Projektionsverfahren müssen kleine oder punktförmige Lichtquelle verwendet werden, die wegen ihrer geringen Abmessungen nur einen begrenzten Strom zu liefern vermögen. Das projizierte Farbbild ist daher gewöhnlich nicht so hell, wie es/ wünschenswert wäre, insbesondere wenn es wesentlich größer ist als das Transparentbild. Eine Einrichtung der oben erwähnten Art ist in der US-Patentschrift Re. 20,748 vom 7.6.1938 beschrieben. Auch die Verwendung eines Lasers zur Herstellung einer hellen, punktförmigen Lichtquelle ergeben keine zufriedenstellenden Verhältnisse, da dann Schwierigkeiten durch Staub und andere Un-

009840/1829

vollkommenheiten im optischen Weg auftreten können.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung zum Decodieren einer färbcodierten Schwarzweiß-Projektionsvorlage wie eines Transparentbildes und zur Projektion eines entsprechenden Farbbildes mit wesentlich größerer Helligkeit, alf?bisher möglich war, anzugeben. Dies wird gemäß einem Beispiel der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Lichtquelle verwendet wird, die aus einer großen Anzahl von kleinen Lichtquellen besteht, die eine regelmäßige Anordnung bilden. Es wird fer-j ner eine farftSodierte Filtermaske verwendet, die Abmessungen hat, die den Dimensionen der Anordnung der kleinen Lichtquellen entsprechen. Die färbdecodierende Filtermaske enthält für jede Farbe, die herausgezogen werden soll, eine Anzahl von im Abstandj voneinander verlaufender, paralleler, gefärbter Filterstreifen, wobei die Filterstreifen verschiedener Farben Winkel miteinander bilden. Alle Elemente sind mit solchen Abmessungen und Geometrien aufgebaut, daß jede einzelne individuelle Lichtquelle zur Helligkeit des rekonstruierten Farbbildes beiträgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kamera zur Aufnahme eines Farbbildes auf Schwarzweiß-Film, wobei auf dem Film sowohl die Helligkeitsinformation als auch die Farbinformation des aufzunehmenden Originals aufgezeichnet wird;

Fig. 2 ein räumliches Dreifarben-Farbfilter für die Kamera gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Einrichtung zum Beleuchten eines unter Verwendung der Kamera gemäß Fig. 1 aufgenommenen farbcodierten Schwarzweiß-Transparentbildes und zur Projektion eines rekonstruierten Farbbildes mittes dieses Transparentbildes;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung aus kleinen Lichtquellen, wie sie bei der Einrichtung gemäß

009840/1829

-it-

Fig. 3 verwendet wird, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zur Decodierung dienenden Farbfiltermaske für die Einrichtung gemäß Fig. 3. ·

Die in Fig. 1 dargestellte Kamera enthält ein Gehäuse 10, ein Objektiv 11, einen panchromatischen Schwarzweißfilm 12 und ein dreifarbiges räumliches Filter'13. Das Filter 13 ist im Weg des Lichtes angeordnet, das von einem Objekt lh ausgeht und auf den Film 12 fällt; das Filter befindet sich nahe beim Film 12 oder in Berührung mit diesem.

Das in der Kamera gemäß Fig. 1 angeordnete Filter ist in Fig. 2 dargestellt. Es enthält eine große Anzahl von senkrecht verlaufenden gelben Filterstreifen Y, eine große Anzahl von horizontal verlaufenden magentafarbenen (purpurfarbenen) Filterstreifen M und eine große Anzahl von diagonal verlaufenden cyanfarbenen (blaugrünen) Filterstreifen C. Die erwähnten drei Gruppen von Filterstreifen entsprechen den drei subtraktiven Primärfarben. In Fig. 2 sind der Deutlichkeit halber nur jeweils wenige Filterstreifen dargestellt, in der Praxis nehmen die Filterstreifen den ganzen wirksamen Bereich des Filters 13 ein. Die Filterstreifen jeder Farbe sind vorzugsweise sehr ! schmal und nahe benachbart, um eine gute Bildauflösung zu ge- ι währleisten. Auf jeden Zoll können z.B. etwa 300 paralleler j beabstandeter Filterstreifen einer Farbe fallen. Bei dem in Fig» 2 dargestellten Filter bilden die cyanfarbenen Filterstreifen C Winkel von 30 und 60° mit den magentafarbenen bzw. gelben Filterstreifen. Diese speziellen Winkelverhältnisse haben ge- , wisse Vorteile, sie sind jedoch nicht wesentlich. Das Objektlicht einer gegebenen Farbe, das durch ein entsprechendes Filterstreifen-Strichgitter fällt, wird auf dem Schwarzweißfilm in Form von in nahem Abstand voneinander verlaufender paralleler Linien aufgezeichnet. Die parallelen Linien nehmen einen Flächen· bereich ein und haben eine Dichte, welche den Abmessungen und ". dem Betrag der jeweiligen Farbe im Original entsprechen.

009840/1829

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zum Beleuchten eines mit der Kamera gemäß Pig. I hergestellten Schwarz-Weiß-Transparentbildes 14 und zur Projektion eines wiederhergestellten Farbbildes auf einen Projektionsschirm 15 oder eine andere Einrichtung zur Nutzbarmachung des Farbbildes. Die Einrichtung enthält eine große Lichtquelle 16 für weißes Licht, einen hinter diesen angeordneten Reflektor 17 und eine Kondensorlinse 18 in einem Gehäus$ 19, dessen eine Wand von einer durchbrochenen Platte 20 gebildetwird. Die in Fig. 4 dargestellte durchbrochene Platte 20 weist eine regelmäßige Anordnung von öffnungen 22 auf, die in Zeilen ; und Spalten angeordnet sind. Die Zeilen und Spalten haben solche Abstände, daß diagonale Linien, die durch die Mitten der öffnungen verlaufen, Winkel von 60 bzw.-30° mit den Zeilen und Spalten; bilden. Die öffnungen können jeweils einen Durchmesser von etwa ; 0,8 mm (1/32") haben Das Licht von der großen Lichtquelle l6,das durch den Kondensor 18 und die öffnungen 22 fällt, scheint also in der Praxis von einer Anzahl einzelner kleiner Lichtquellen auszugehen. Zwischen der Lichtquelle und den öffnungen 22 kann . auch eine Faseroptik angeordnet werden. Wieder eine andere Möglichkeit besteht darin, in den öffnungen 22 oder anstelle dieser öffnungen eine Anordnung kleiner Lämpchen vorzusehen.

Das Licht von den öffnungen 22 wird durch eine Kollimatorlinse 24 auf das Schwarzweiß-Transparentbild 14 geworfen. Das Licht, das das Transparentbild 14 durchsetzt hat, fällt durch eine Linse 26, eine färbdecodierende Filtermaske 28 'und eine Linse 32 auf den Bild- oder Projektionsschirm 15. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die Linsen 24, 26 und 32 gleiche Brennweiten F und ihre Abstände von den jeweile benachbarten Elementen im Strahlengang zwischen der durchbrochenen Platte 20 und dem Projektionsschirm 15 sind jeweils gleich einer Brennweite. Der Abstand 34· zwischen der durchbrochenen Platte 20 und der farbdecodierenden Filtermaske 28 ist dann gleich vier Brennweiten F, so daß die durch die durchbrochene Platte 20 gebildete Anordnung aus den kleinen Lichtquellen in natürlicher Größe in die Ebene der Filtermaske

009840/1829

28 abgebildet wird. In entsprechender Weise ist auch der Abstand 36 zwischen dem Schwarzweiß-Transparentbild 14 und dem Projektionsschirm 15 gleich dem Vierfachen der Brennweite P, so daß das Transparentbild in natürlicher Größe auf den Projektionsschirm 15 abgebildet wird.

Die Einrichtung gemäß Fig. 3 ist nur zur Vereinfachung der Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung mit drei Linsen gleicher Brennweite und mit gleichen Abständen zwischen den Elementen im Strahlengang dargestellt. Selbstverständlich kann man auch andere entsprechende optische Anordnungen verwenden. Gewünschtenfalls kann man mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Linsen verschiedener Brennweiten mit entsprechenden Abständen zwischen den Elementen arbeiten. Insbesondere für die Linse 32, die als Projektionsobjektiv arbeitet, kann man andere bekannte Anordnungen verwenden, wenn das auf den Projektionsschirm 15 projizierte Bild wesentlich größer als das Transparentbild I²I sein soll.

Bei allen geeigneten optischen Anordnungen ist es er- j forderlich, daß die durch die durchbrochene Platte 20 gebildete · Anordnung aus den kleinen Lichtquellen in Deckung mit dem Filterstreifenmuster der Filtermaske 28 in die Ebene dieser Maske abgebildet wird.' Es ist außerdem erforderlich, daß das optische System das Transparentbild 1*1 auf den Projektionsschirm 15 abbildet oder in eine Ebene, die so liegt, daß das virtuelle Bild betrachtet werden kann.

Die in dem System gemäß Fig. 3 verwendete und in Fig. dargestellte farbdecodierende Filtermaske 28 besteht aus im Abstand voneinander verlaufenden, horizontalen blauen Filterstreifen B, im Abstand voneinander verlaufenden, vertikalen grünen Filterstreifen G und im Abstand voneinander verlaufenden diagonalen roten Filterstreifen R. Die roten Filterstreifen bilden Winkel von 60° mit den horizontalen blauen Streifen und Winkel von 30° niit den vertikalen grünen Streifen. Die Filterstreifen der in Fig. 5 dargestellten Filtermaske haben gemein-

009840/1829

same Schnittbereiche, die jeweils dort liegen, wo entsprechende

i ehzelne Lichtquellen abgebildet werden. Mit anderen Worten ge- j sagt, schneiden sich ein blauer Streifen, ein roter Streifen j und ein grüner Streifen in einem gemeinsamen Schnittber-eich in ; einem Punkt, in den das Licht von einer der kleinen Lichtquellen fokussiert wird. Ein Schnitt- oder Überkreuzungsbereich von drei Farbfilterstreifen läßt praktisch kein Licht durch. Die Anordnung der das Licht nicht durchlassenden Schnittbereiche werden also in Deckung mit dem Bild der Anordnung der in Fig. 4 dargestellten kleinen Lichtquellen gebracht. Es ist zwar nicht notwendig, daß die Anordnung der Lichtquellen genau die gleiche Größe hat wie die Anordnung der Schnittbereiche der Filterstreifen, es ist jedoch in der Praxis zweckmäßig, die Abmessungen gleich zu wählen. Die Bereiche auf der Oberfläche der Filtermaske gemäß Fig. 5, die nicht von irgend einem Filterstreifen eingenommen werden, sind vorzugsweise lichtundurchlässig, um Streulicht abzuschirmen.

Alle Filterstreifen der in Fig. 5 dargestellten Maske haben die gleiche Breite, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Bildes einer Lichtquelle 22 in der Ebene der Filtermaske 28 ist. Die Breite der verschiedenen Streifen und die Durchmesser der verschiedenen Lichtquellen können gleich sein und z.B. etwa 0,8 mm betragen. Die Abstände zwischen den diagonal verlaufenden Filterstreifen R sind gleich der Breite dieser Streifen. Kenn dies der Fall ist, ergeben sich wegen der Winkel von 30 bzw. 60° größere Abstände zwischen den vertikalen Filterstreifen G und noch größere Abstände zwischen den horizontalen Filterstreifen B. Die Abstände der vertikalen und horizontalen Filterstreifen sind gleich oder proportional zu den Abständen der Spalten und Reihen, die die Lichtquellen 22 in der Anordnung gemäß Fig. 4 bilden. Jede der in Fig. 4 dargestellten Lichtquellen wird auf einen entsprechenden Schnittbereich der Filterstreifen R, G und B in Fig. 5 abgebildet.

Die Filterstreifen in der farbdecodierenden Filtermaske gemäß Fig. 5 sind Filterstreifen in den drei Primärfarben des additiven Systems, während die drei Farbfilterstreifengruppen

009840/1829

in der Codiermaske gemäß Fig. 2 die drei Primärfarben des subträktiven Systems aufweisen. Die horizontalen blauen Filterstreifen der in Fig. 5 dargestellten Maske decodieren die Farbinformation, die durch die vertikalen gelben Filterstreifen in Fig. 2erzeugt wird, die vertikalen grünen Farbstreifen in Fig. 5 reproduzieren die Information, die dur.ch die horizontalen magentafarbenen Streifen in Fig. 2 codiert wurde, und die diagonal verlaufenden roten Farbstreifen in Fig. 5 reproduzieren die Färbinformation, die durch die diagonalen cyanfarbenen Farbstreifen in Fig. 2 codiert wurde.

Im Betrieb der in Fig. 3 dargestellten Farbdecodier- und Projektionseinrichttmg verlaufen die Wege der von der in der Mitte liegenden kleinen Lichtquelle 22' ausgehenden Lichtstrahlen in einem Raumbereich, der durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, durch die Linse 24, das Transparentbild 14, die Linse 26, die Filtermaske 28 und die Linse 32 zum Projektionsschirm 15. Das Licht von der Lichtquelle 22' konvergiert wie dargestellt, in einem Punkt 40* auf der Filtermaske 28, der auch in Fig. 5 bezeichnet ist und in einem Überschneidungsbereich von drei Farbstreifen liegt. Im Punkt 40' wird praktisch das ganze Licht von der Lichtquelle 22 zurückgehalten, da das Licht jeder der drei Farben jeweils von zwei Farbfilterstreifen der anderen beiden Primärfarben zurückgehalten wird.

Das durch das farbcodierte Schwarzweiß-Transparentbild 14 fallende Licht wird jedoch durch das Blau codierte Gitter auf dem Transparentbild in horizontaler Richtung nach links und j rechts gebeugt, so daß die Beugungskomponenten erster Ordnung Teile der blauen Farbfilterstreifen in der Filtermaske gemäß Fig. 5 angrenzend an den Schnittbereich 40' der drei Farbstrei-^: fen durchsetzen. Die Beugungskomponenten zweiter Ordnung sollen' möglichst durch Teile der blauen Farbfilterstreifen fallen, die jenseits der nächsten Filterstreifen-Kreuzungsbereiche liegen. In ähnlicher Weise fällt das gebeugte Licht, das die roten und , ' grüne Information darstellt, durch Teile der roten und grünen

009840/1829

Filterstreifen beidseits des Schnittbereiches 40' . Eine mathe.-matische und graphische Beschreibung der räumlichen Domänenfilterung von Licht findet sich in der Veröffentlichung "Optical Data Processing and Filtering Systems" von L.J. Cutrona u.a. in den IRE Transactions on Information Theory, Juni I960, Seiten 386 bis 400. Durch die eine kleine Lichtquelle 22^f wird also ein Farbbild auf dem Projektionsschirm 15 erzeugt. Dem so erzeugten Bild fehlt jedoch die Helligkeit, da die Lichtstärke der einzelnen Lichtquelle 22' beschränkt ist.

Eine zusätzliche Beleuchtung wird durch dine weitere kleine Lichtquelle 22" bewirkt, von der ein Lichtbündel ausgeht, das einen Raum einnimmt, der durch die punktierten Linien in Fig. 3 dargestellt ist. Das Licht von der Lichtquelle 22" beleuchtet den gleichen Bereich des Transparentbildes 14 und das Bild davon wird auf denselben Bereich des Projektionsschirmes 15 geworfen. Das Licht von der kleinen Lichtquelle 22" fällt je-! doch auf einen Punkt 40" in der Ebene der Filtermaske 28. Der Punkt 40" ist in Fig. 5 eingezeichnet und liegt ebenfalls in einem Überschneidungsbereich eines blauen, roten und grünen Filterstreifens, der kein Licht durchläßt. Die Beugungsmaxima der ersten und höherer Ordnung, die die Färbinformation im Transparentbild 14 darstellen, durchsetzen jedoch benachbarte Teile der einzelnen Farbfilterstreifen, wodurch auf dem Projektdonsschirm 15 das Bild in Farbe wiedergegeben wird.

Die Ausführungen über die Lichtquelle 22" und den ihr zugeordneten Punkt 40" auf der Filtermaske gelten auch für die anderen Lichtquellen 22 bezüglich entsprechenden Punkten auf der Filtermaske 28. Jede einzelne Lichtquelle 22 trägt zur HeI- ^! ligkeit des auf den Projektionsschirm 15 projizierten Bildes bei. Die Helligkeit des reproduzierten Bildes wird daher proportional zur Anzahl der. verwendeten einzelnen Lichtquellen erhöht. Die starke Erhöhung der Helligkeit wird durch die beschriebenen, relativ einfachen und billigen Maßnahmen erreicht.

009840/1829

Claims (8)

1. Patentansprüche

   Einrichtung zum Projizieren eines Farbbildes mittels einer Schwarzweiß-Projektionsvorlage, aus der das Bild für verschiedene Farben jeweils in verschiedenen Richtungen beugungscodiert aufgezeichnet ist, mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Projektionsvorlage und einer Linsenanordnung, die das Licht von der Projektionsvorlage sowohl zu einem Bild der Lichtquelle in einer zwischen der Projektionsvorlage und einer Projektionsebene liegenden Filterebene als auch zu einem Bild der Projektionsvorlage in der Projektionsebene, in der dieses Bild nutzbar gemacht wird, fokussiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16, 17, 18, 20, 22) aus einer Anordnung vieler kleiner Lichtquellen (22, 22', 22") besteht und daß in der Filterebene eine Farbdecodierfiltermaske (28) angeordnet ist, die Farbfilterstreifen (B, R, G) enthält, wobei die Farbfilterstreifen gleicher Farbe jeweils ' parallel zueinander in einer Richtung verlaufen, die in Be- j Ziehung zur Richtung der Beugungscodierung für die betreffende Farbe steht, und wobei sich die Filterstreifen der verschiedenen Farben in gemeinsamen Schnittbereichen schneiden, die am Ort (40^r, 40") der Bilder entsprechender Lichtquellen (22¹, 22") liegen, so daß alle kleinen Einzellichtquellen zur Helligkeit des Farbbildes in der Projektionsebene (15) beitragen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittbereiche der Filter- ' streifen (B, R, G) der verschiedenen Farben praktisch lichtundurchlässig sind.

   0098ΛΟ/1829
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pilterstreifen (B, R, G) der verschiedenen Farben Winkel von 90, 60 und 30°. miteinander bilden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermaske (28) in den Bereichen zwischen den Filterstreifen (B, R, G) im wesentlichen lichtundurchlässig ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Filterstreifen (B, R, G) im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Bildes einer Einzellichtquelle (22) in der Filterebene ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellichtquellen (22) der Anordnung in Zeilen und Spalten angeordnet sind und daß der Abstand der Zeilen und der Abstand der Spalten derart verschieden sind, daß eine diagonale Linie durch die Lichtquellen der Anordnung mit den Zeilen und Spalteiiiinkel von wenigstens 30 und 60° bilden.
7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Überschneidungsbereichen (MO¹, 40") der Filterstreifen (B, R, G) größer sind als der Abstand der Beugungsmaxima erster Ordnung der Filterebene.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Überkreuzungsbereichen der Filterstreifen kleiner als die Abstände der Beugungsmaxima zweiter Ordnung in der Filterebene sind.

   009840/1829

   ORJGlNAL INSPECTED

   Leersei-te