DE2060544A1 - Farbfernsehkamera mit einer einzigen Roehre unter Verwendung eines Phasenabstandes von 180 Grad - Google Patents

Description

Western Electric Company Incorporated Enloe, L, H, 10

Farbfernsehkamera mit einer einzigen Röhre unter Verwendung eines

Phasenabstandes von 180°

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines Farbfernsehsignals und im einzelnen auf eine neue Farbfernsehkamera mit einer einzelnen Bildabtaströhre.

Das Publikums-Fernsehen hat sich von der Schwarz-Weiß- zur Farbübertragung entwickelt, und es ist zu erwarten, daß auch sogenannte ge schlossene Fernsehsysteme, wie z. B. Bildzusatzgeräte in der Fernsprechübertragungstechnik, in Zukunft Farbbilder übertragen. Bevor jedoch eine derartige geschlossene Farbfernsehübertragung durchführbar ist, muß ein einfaches, zuverlässiges und billiges Farbfernsehsystem gefunden werden, das speziell für den Hausgebrauch geeignet ist. Ein Aufnahmesystem, oder einfacher gesagt die Aufnahmekamera muß die notwendigen Mittel enthalten, um das Bild eines Objektes zu erzeugen und dieses in elektrische Aus gangs signale für die Übertragung umzuwandeln. Eine Farbfernsehkamera enthält im wesentlichen ein optisches System zur Erzeugung eines Bildes auf einem Target, ein Bildabtastsystem zur elektronischen Darstellung des Bildes und ein Demodulations system, das aus der elektronischen Darstellung ein Ausgangs-

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signal mit drei unabhängigen Variablen erzeugt, die bekanntlich für eine vollständige Farbinformation erforderlich sind.

Eine einzige Abtaströhre ist in der Lage, die drei unabhängigen Variab» len herzustellen, aber diese Röhre spricht nur auf die Lichtintensität an und die Farbinformation muß deshalb als Funktion der Lage auf dem Target bestimmt werden. Eine derartige Kamera ist in dem US-Patent 2 733 291 vom 31. Januar 1956 beschrieben. Der Einsatz dieses Systems ist jedoch begrenzt, wenn eine hohe Bildauflösung verlangt wird. Die bekannte Kamera verwendet zwei gestreifte Farbfilter zwischen dem Objekt und dem Target. Eines dieser beiden moduliert räumlich das primäre rote Bild mit einer Frequenz von einigen hundert Perioden per Bildweite, die durch den Abstand der Streifen bestimmt wird. In dem hier benutzten Sinn führt eine derartige räumliche Modulation dazu, daß das Bild in räumlich getrennten Bereichen erzeugt wird, wobei die Modulationsfrequenz der Wiederholungsfrequenz dieser Bereiche entspricht. Der blaue und grüne Lichtanteil des Objektes durchläuft dieses Filter unbeeinflußt und das rote Ausgangssignal wird dadurch erhalten, daß das amplitudenmodulierte Signal über ein geeignetes Bandfilter auf einen Hüllkurvendetektor gegeben wird. Das andere gestreifte Farbfilter führt die gleiche Funktion für den blauen Farbanteil aus mit einer Trägerfrequenz, die höher als die des roten Signals ist. Der niederfrequente

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«5

Anteil des Video-Signals enthält eine lineare Kombination des roten, grünen und blauen Signals, und eine geeignete Matrix mit den beiden anderen Aus gangs Signalen ergibt das grüne Signal.

Die Probleme eines solchen Systems bestehen in einem Rauschen bei hoher Frequenz und einer Farbverfärbung. Der größte Anteil dieser Fehler tritt in dem Kanal für die blaue Farbe auf. Das Ansprechen der Λ

Kameraröhre bei der blauen Trägerfrequenz ist mit Bezug auf den niederfrequenten Wert beträchtlich schlechter, wodurch sich ein überhöhtes Rauschen ergibt. Da die Fokussierung des Elektronstrahles sich an den Bildrändern verändert, ist diese Schwächung eine Funktion der Lage auf dem Target. Die resultierende Farbverschiebung oder Farbverfärbung als eine Funktion der Lage kann dadurch auf annehmbare Werte reduziert werden, daß man eine Kamera von hoher Qualität mit vorgesehener Farbkontrolle einsetzt, was jedoch zu erheblichen Kosten und ^ Wartungsproblemen führt.

In dem Aufnahmesystem nach der US-PS 2 733 291 werden mehrfach gefärbte vertikale Streifen längs des Targets für eine Frequenztrennung der drei primären Farben verwendet. Der blaue Farbanteil ist auf einem Träger mit hoher Frequenz und der rote Anteil auf einen Träger mittlerer Frequenz moduliert, während die grüne Farbe eine lineare Kombir nation aller Farben bei einer niedrigen Frequenz ist.

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Eine andere Möglichkeit der Frequenztrennung ist in der US-PS 2 827 512 beschrieben und besteht in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Abtasttechnik. Dabei wird eine einzelne Farbkamera mit periodisch wiederkehrenden, vertikalen Streifen des roten, grünen und blauen Bildes verwendet. Die primären Bilder werden optisch längs des Targets aufgezeichnet und die zeitliche Abtastung dient zur Unterscheidung der Bilder. Diese Zeitkodierung weist den eigentümlichen Nachteil auf, daß eine übermäßig hohe Bildauflösung des Systems erforderlich ist, da der Abtaststrahl in der Lage sein muß, die farbigen Streifen voneinander zu trennen bzw. aufzulösen, und daher die Streifen wesentlich breiter sein müssen als der Abtaststrahl. Darüber hinaus müssen die Farbstreifen voneinander getrennt sein, so daß keine Farbüberlappung stattfindet. Aus diesen Gründen ist die Anzahl der möglichen Streifen längs des Targets und damit das Auflösungsvermögen begrenzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind optische und elektronische Einrichtungen derart kombiniert, daß eine einzelne Farbfernsehkamera erhalten wird, die die Unzulänglichkeiten der beiden beschriebenen Methoden zur Frequenztrennung nicht mehr aufweist.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet. Ein aus drei primären Bildern unterschiedlicher Farbe zusammenge-

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setztes und ausgerichtetes Bild wird optisch auf das Target einer konventionellen Abtaströhre fokussiert. Die Bilder liegen in Form von um 120 räumlich getrennten Streifen vor, von denen jeder schmäler als die Breite des Abtaststrahles sein kann. Das Äusgangssignal der Äbtaströhre enthält eine niederfrequente monochromatische Komponente und einen hochfrequenten chromatischen Anteil, der herrührend von der um 120 Grad räumlichen Trennung der Bilder, aus drei um 120 Grad phasenverschobenen Signalen besteht. Über eine Phasendemodulation, bei der als Referenzphase das Signal eines Hilfsbildrasters verwendet und auf dem Target mit dem zusammengesetzten Bild überlagert wird, erfolgt eine Trennung der drei hochfrequenten Signale. Diese werden dann mit dem monochromatischen Signal kombiniert, um drei geeignete unabhängige Aus gangs signale zu erhalten.

Im Falle der Phasendemodulation ist ein eindeutiges Verfahren zur Bildung des Referenzsignales erforderlich. Die Phasendemodulation erlaubt jedoch gegenüber der zeitsequentiellen Abtast-Methode die Verwendung schmalerer und sich überlappender Streifen, so daß eine größere Anzahl derselben auf dem Target untergebracht werden kann. Dadurch wird eine bessere Auflösung ohne Verwendung kostspieliger Abtaströhren mit hoher Strahlauflösung erreicht,

Das Wesen der Erfindung soll anhand der Figuren erläutert werden.

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Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Farbkamera mit einer ein_T zelnen Abtaströhre gemäß der Erfindung;

Fig. 2 stellt ein bekanntes optisches System dar;

Fig. 3 '- gibt die Frequenzverteilung bei der Betriebsweise einer Kamera gemäß der Erfindung wieder; -■·-... .......

Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Targets der Abtaströhre und das entsprechende Signaldiagramm der Phasendemodulation für eine Kamera gemäß der Erfindung;

Fig. 5 stellt eine Ansicht des Targets einer Abtaströhre und des entsprechenden Signaldiagramms für eine bekannte Kamera mit zeitlich aufeinanderfolgender Abtastung dar.

Fig. 6 gibt den Strahlenverlauf wieder, wie er durch eine aus mehreren Einzellinsen bestehende Linsenplatte in dem optischen System nach Fig. 2 erhalten wird.

Eine besondere Schwierigkeit bei einer Farbfernsehkamera mit einer einzigen Röhre ist das Aperturverhalten (aperture response) der Kameraröhre. Dieses ist in typischer Weise rein reel (d.h.,besitzt keine Imaginärkomponente) und bewirkt daher keine Phasenverzerrung, aber die Amplitudenkennlinie ist in der Bandbreite begrenzt, die nur schwierig entzerrt werden kann, um eine flache Übertragungscharakteristik über die gewünschte Bandbreite zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf

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die Tatsache, daß das Aperturverhalten sich als Funktion der Abtaststrahlposition aufgrund von Defokussierungsproblemen ändert. In dem System nach der US-PS 2 722 291 bewirkt die Veränderung des Aperturverhaltens entsprechende Änderungen in der Amplitude des blauen Trägers und führt zu Farbverschiebungen.

Die Kamera gemäß der Erfindung umgeht diese Probleme. Es wird lediglich eine Trägerfrequenz und daher eine möglichst kleine Bandbreite benötigt. Weiterhin macht sich keine durch eine Strahldefokussierung oder anderer räumlich abhängiger Faktoren bewirkte Änderung in der Größe des Farbträgers als eine Färb verschiebung bemerkbar. Die Helligkeit und Sättigung wird beeinflußt, aber es ist in der Farbtechnik bekannt, daß, wenn Verzerrungen auftreten, diese Helligkeits- oder Sättigungsverzerrungen und keine Farbverschiebungen sein sollten.

In Figur 1 ist das Blockdiagramm eines Farbfernsehaufnahmesystems gemäß der Erfindung dargestellt. Die Kamera besteht aus einem optischen System 10, einer einzelnen monochromatischen Abtaströhre 3 0, einer Referenzsignalschaltung 40 und einer Demodulationsschaltung 50. Jedes dieser Systeme wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Wesentlich ist jedoch folgendes. Das optische System 10 bewirkt eine räumliehe Phasentrennung der drei primären Farbbilder. Die Referenz signalschltung 40 erzeugt ein Signal, das mit der Strahlgeschwindigkeit, die ■

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2 O 6 O 5 A A

am Ausgang der Abtaströhre 30 auftritt, moduliert ist. Die Demodulations schaltung 50 verwendet die Phasendifferenz zwischen den Komponenten des Bildausgangs der Abtaströhre 30 und das Signal der Referenzschaltung 40, um das Bildaus gangs signal in drei unabhängige Variable umzuwandeln, die mit E„(t), E^(t) und E„(t) für die entsprechenden

it Cr J->

Farben rot, grün und blau bezeichnet werden.

Optisches System

Ein bekanntes optisches System ist in der Literaturstelle "Recent Developments in Color TV Cameras in Japan" von K. Hayashi in the Proceedings of the International Electronics Conference, September 1967, Paper No. 67013, Session No. 1, beschrieben. Dieses System ist für eine schrittweise Abtastung mit zwei Abtaströhren ausgelegt und in Figur 2 dargestellt. Das Objekt 70 wird über die Objektivlinse 71 in die Ebene der Feldlinse 72 abgebildet. Die Lichtstrahlen treten aus der Hilfslinse 73 parallel aus und fallen auf drei dichroiti&che Spiegel 74, 75 und 76, die derart orientiert sind, daß drei getrennte parallele Lichtstrahlen mit den Farben rot, blau und grün entstehen. Diese Strahlen erzeugen mittels der Hilfslinse 77 ein Bild auf der Oberfläche einer aus mehreren Einzellinsen bestehenden Platte 78, in deren Brennpunkt das Target 79 der Abtaströhre 80 liegt.

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Die Wirkungsweise der linsenähnlichen Platte 78 ist in Figur 6 dargestellt und in "The Optics of the Lenticular Color-Film Process" by R. Kingslake in the Journal of the SMPTE, Vol. 67, January 1958, at pages 8-13, im einzelnen beschrieben. Die linsenförmige Platte 78 bildet Streifen auf dem Target 79 ab, das in der hinteren Brennebene der Platte 78 angeordnet ist. Die relative Phasenverschiebung der den verschiedenen primären Farben zugeordneten Streifen werden durch die Einfallswinkel der von den Spiegeln 74 bis 76 und über die Hilfslinse 77 ankommenden Strahlen und die Krümmung der Einzellinsen bestimmt. Die linsenförmige Platte 78 fokussiert das Licht im wesentlichen in der hinteren Brennweite in diskreten Bereichen, deren vertikale Trennung eine Funktion des Einfallswinkels der Strahlen ist. Wie der Figur 6 zu entnehmen ist, treten die roten Bildstrahlen unter den Winkel ß in die Platte 78 ein und werden als rote Punkte in jeder Gruppe fokussiert. Die blauen Strahlen fallen parallel zur optischen Achse und die grünen Strahlen unter den Winkel ß„ ein und werden dementsprechend in einem

et

blauen und grünen Punkt in jeder Gruppe gebündelt.

Das optische System hat theoretisch einen Wirkungsgrad von 100%, da das gesamte einfallende Licht auf das Target der Kamera übertragen wird. Es weist jedoch den Nachteil auf, daß ein großer Durchmesser der Hilfslinse 77 zur Erzielung einer hohen Lichtempfindlichkeit erfor-

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derlich ist. Ein solches optisches System kann jedoch bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wenn dieser Nachteil nicht als störend empfunden wird.

In der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System nach Figur 1 verwendet. Auf dem Target 31 der Abtaströhre 30 wird ein Bild durch WL Überlagerung von drei primären Bildern erzeugt und aufgezeichnet. Jedes primäre Bild ist in horizontaler Richtung entlang der Stirnfläche des Targets 31 räumlich moduliert mit einer Wiederholungsfrequenz, die der gewünschten Bildauflösung entspricht. Eine Frequenz von 150 Perioden per Bildweite ist geeignet; das bedeutet 150 dreifarbige Reihen von Streifen. Ein Teilausschnitt des Targets 31 ist in Figur 4 dargestellt. Jede dargestellte Streifenreihe enthält einen roten (R) blauen (B) und grünen (G) Streifen. Jeder von ihnen stellt einen vertikalen Streifen des primären Farbbildes auf dem Target 31 dar.

Wie dargestellt, weisen die drei räumlichen Träger eine Phasendifferenz von 120 Grad zueinander auf. Das bedeutet, daß die drei Streifen nach gleichen Intervallen auf der Stirnseite des Targets wiederkehren. Diese Phasenbeziehung ist jedoch nicht unbedingt notwendig, und bei davon abweichender Phasenlage ist lediglich eine Modifizierung der Demodulations schaltung 50 erforderlich. Es kann also jede von Null verschiedene

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Phasenbeziehung bei der Verwendung einer geeigneten Matrix ausgenutzt werden. Die erläuterte Phasenbeziehung von 120 Grad wird jedoch bevorzugt angewendet, da in diesem Fall das Bildausgangssignal eine von der Farbe unabhängige Amplitude aufweist. Zur Illustration wurden Winkel von -120 , 0 und+120 für die rote, grüne und blaue Farbe angenommen. Eine derartige räumliche Modulation der drei Bilder läßt sich wirkungsvoll durchführen.

Das für die Erfindung vorgesehene optische System 10 nach Fig. 1 ist gegenüber dem System nach Fig. 2 modifiziert, um den Nachteil eines großen Durchmessers der Hilfslinse 77 zu eliminieren. Weiterhin wurde ein für die Demodulation notwendiges Referenzbildraster eingefügt. Das Objekt 11 wird über die Objektivlinse 12 in die Ebene der Feldlinse 13 fokussiert. Die Lichtstrahlen verlassen die Hilfslinse 14 als Parallelstrahlbündel uiid fallen auf drei dichroitische Spiegel 15, 16 und 17, die jeweils nur den roten, blauen und grünen Anteil des Lichtes reflektieren. Die Spiegel 15 bis 17 verlaufen zueinander parallel und sind um 45 gegenüber dem einfallenden Parallellichtbündel geneigt, so daß die reflektierten Strahlen zu den einfallenden Strahlen senkrecht verlaufen. Diese Strahlen werden über die Hilfslinse 18 auf eine linsenähnliche Platte 19 mit einer räumlichen Frequenz ox, fokussiert, die vor der Abtaströhre 30 liegt und derart angeordnet ist, daß sich das Target 31 in der hinteren

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Brennebene der Platte 19 befindet. Die in der Figur von der Linse 18 zu der Platte 19 eingezeichneten Lichtstrahlen beaufschlagen eine Einzellinse der linsenförmigen Platte 19. Selbstverständlich existieren äquivalente Strahlen für die weiteren Einzellinsen.

In deni bevorzugten optischen System 10 werden die primären Farbbilder in unterschiedlichen Bereichen gebildet. Wie dargestellt, liegt der rote Bereich links von der optischen Achse der Hilfslinse 30, der blaue Anteil etwa in der Mitte und die grüne Farbe rechts von der besagten optischen Achse derart, daß eine Überlappung der Farbstreifen auf dem Target 31 entsteht und damit eine Zeitteilungs-Demodulation unmöglich macht. Durch diese Überlappung kann jedoch der Durchmesser der Hilfslinse 18 kleiner gestaltet werden als in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2.

Aus der Tatsache, daß die Objektivbrennweite für das grüne und blaue Bild von dem entsprechenden roten Bild um den Betrag 2 D und 2 D differieren folgt, daß die verschiedenen primären Bilder in verschiedenen Ebenen fokussiert werden. Aus dem bereits zitierten Aufsatz von Klingslake geht jedoch hervor, daß die drei Farbbilder in der hinteren Brennebene der linsenförmigen Platte 19 in einem Punkt zusammenfallen, obwohl der öffnungswinkel für die drei Farben verschieden sind. Dies führt zur gleichen Größe und Lage für jedes Farbbild, so daß keine

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Farbränder auftreten. Wie dem vorgenannten Aufsatz weiterhin zu entnehmen ist, wird dies jedoch nur erreicht, wenn die Spiegel 15 bis 17 unter einem Winkel von 45 zu den einfallenden Lichtstrahlen stehen.

Phasenreferenzsignal·

Wenn auch andere optische Systeme als das nach Fig. 1 verwendet werden können, ist doch gerade dieses System geeignet, ein optisches Phasenreferenzsignal zu erzeugen, welches notwendig ist, weil die vorgeschlagene Phasenreferenzdemodulation es erforderKch macht, daß das Bildausgangssignal der Abtaströhre 30 mit Bezug auf einen Referenzträger oder ein Indexsignal phasendemoduliert wird. In dem NTSC-System ist die Frequenz des Farbhilfsträgers sehr stabil. Es ist daher üblich, durch Einfügung einer Sinuswellen-Burst in die horizontale Austast-Lücke des übertragenden Signales einen phasenfesten Oszillator zu synchronisieren, um den Referenzträger zu erhalten. Bei der vorliegenden Kamera jedoch Λ

liegen die Phasenverhältnisse schwieriger, da der Farbträger durch die Änderungen der Abtastgeschwindigkeit des Elektrodenstrahles in der Röhre 30 in seiner Phase moduliert wird. Zur Vermeidung von Farbfehlern muß daher der Referenzträger dem Elektrodenstrahl folgen. Daher wird das Bild eines durchsichtigen Hilfsobjektes auf die Linsenplatte 19 fokussiert, um ein Referenzsignal zu erhalten, das mit der Strahlgeschwindigkeit moduliert ist. Ein durchsichtiges Bildraster oder

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Gitter 20, dessen Dichte sich periodisch ändert, beispielsweise sinusförmig in der horizontalen Strahlrichtung X, ist so angeordnet, daß das Licht einer Hilf slichtquelle 21 das Bildraster 20 durchläuft und auf die linsenförmige Platte 19 auffällt. Das Bild dieses durchsichtigen Objekts wird durch die Lichtplatte 19 optisch moduliert, ebenso wie das rote, grüne und blaue Bild, wobei die räumliche Differenzfrequenz

Γ(&»λ - Cu. ) X + (λ# -öL. )] und die ursprünglich durchsichtige Komponente ti. j c t

cos (ij. X +ott ) auftritt. Die Summenfrequenz liegt außerhalb des Interesses, während die Frequenzkomponente cos to* der linsenförmigen Platte nicht brauchbar ist. In den vorgenannten Ausdrücken sind Co, _t oC^ und co-id^t die räumliche Kreisfrequenz und Phase des durchsichtigen Objekts 20 bzw. der Linsenplatte 19. Diese Komponenten werden durch den Abtastvorgang in der Röhre 30 in elektrische Signale umgewandelt und dem Referenzsignalkreis 40 zugeführt. Die Bandpaßfilter 41 und 42 lassen nur die Differenzfrequenz £O.-(c und die Frequenz des durchsichtigen Bildrasters to. durch, während alle anderen Signale, wie z.B. die Bildkomponente, unterdrückt werden. Diese beiden Signale werden über phasenfeste Übertragungsglieder (phase-lock loops) 43 und 44, wie z.B. Schmalbandfilter, ausgesondert. Diese Signale werden dann zusammen in einer symmetrischen Mischstufe überlagert, um ein Signal mit der Summenfrequenz zu erhalten, das als das gewünschte Phasenreferenzsignal benutzt wird. Es sei noch festgestellt, daß die Frequenz und Phase

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des Bildrasters 20 relativ unwichtig sind, da sie sich auslöschen. Die Frequenz Oi. sollte jedoch so hoch sein, daß sie und die Differenzfrequenz oberhalb des niederfrequenten monochromatischen Bandes und unterhalb des chromatischen Bandes liegt. Die Beziehung zwischen diesen Frequenzen kann aus der Fig. 3 ersehen werden.

Ein alternatives Referenzsignalverfahren für ein System mit einer Phasentrennung von 120 könnte einfach die dritte Harmonische der Frequenz der plattenförmigen Linse am Ausgang der Abtaströhre verwenden. Es wäre lediglich eine übliche 1:3 Teilerschaltung erforderlich, um das Referenzsignal von der dritten Harmonischen abzuleiten. Für ein solches System ist es erforderlich, daß die Abtaströhre auf die dritte Harmonische anspricht und daß mit sogenannten Anlaufstreifen die Phase mehrdeutig beseitigt wird.

Aufnahme und Phasendemodulation

Die Aufnahmeröhre 30 ist eine übliche Schwarz-Weiß-Röhre, wie z.B. ein Vidicon oder Plumbicon, die auf die Lichtintensität auf dem Target anspricht. Diese Röhre ist nicht geeignet, die Farbe des auffallenden · Lichtes zu bestimmen, sondern sie erfaßt nur die Intensität an aufeinanderfolgenden Punkten des Targets. Der Kameraausgang ist über eine Leitung 3 9 mit der Referenzsignalschaltung 40 und der Demodulations-

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schaltung 50 verbunden. Das Aus gangs signal enthält das oben erwähnte Referenzsignal und ein Bildsignal, das aus einer niederfrequenten monochromatischen Komponente und einer hochfrequenten, zu einer Trägerfrequenz zentrierten Komponente besteht, wobei die hochfrequente Komponente die chromatische Information enthält. Das Bildsignal läßt sich darstellen durch den Ausdruck;

e (t) « C f[R{t)+G(t)+B{t)] + [R(t)cos(03_e Ϊ-2ΊΓ/3 )+Gfct) (1)

cosw. t + B(t)cos(iJ t+27T/3 )] ϊ ,

ε- i

wobei C ein Proportionalität sfakfcor ist und R(t), G(t) und B(t) zu der Intensität des roten, grünen und blauen Bildes proportionale Signale darstellen. Der erste Term ist ein niederfrequenter monochromatischer Term und der zweite Term ein hochfrequenter chromatischer Term, in dem R(t), G(t) und B{t) auf elektrische Träger der gleichen Frequenz

moduliert sind, wobei ihre Phasen um 120 getrennt sind. Die Phasenreferenzdemodulation löst im wesentlichen die Vektorsumme in drei phasengetrennte Komponenten auf. Diese drei Komponenten sind nicht voneinander unabhängig, sondern enthalten nur zwei unabhängige Variable. Die monochromatische Komponente stellt jedoch die dritte unabhängige Variable dar und die Kombination dieser vier Komponenten gestattet die Wiedergewinnung von drei unabhängigen Signalen, welche die primären Farbbilder rot, grün und blau repräsentieren.

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Ein monochromatisches Signal M(t), definiert als (1/3 ) CR{t)+G(t)+B(t)J

wird in der Schaltung 50 durch ein Tiefpaßfilter 51 wiedergewonnen, und die hochfrequente chromatische Komponente durchläuft das Bandfilter 52 und wird in der Verzögerungsschaltung 53 verzögert. Ein Referenzsignal der Schaltung 40, das in Phase mit dem roten, grünen und blauen Träger ist, wird in den symmetrischen Demodulatoren 54, 55 und 56 mit dem chromatischen Signal multipliziert. Das Signal der Referenzsignalschaltung 40 kann als 2 cos (ω + φ) dargestellt werden, wobei der Phasenwinkel φ zu Anfang durch den Phasenschieber 46 eingestellt wird, um zu gewährleisten, daß das dem Demodulator 54 zugeführte Signal gleichphasig zu dem Parbträger ist, der in diesem Kanal demoduliert werden soll. Es sei angenommen, daß die relative Phase des grünen Trägers Null und des roten Trägers φ + 21Γ/3 ist. Damit

e_B(t) ■ (2/3 )H(t) - (1/3 ) [ G(t)+B(t)] , (2)

stellt sich das Aus gangs signal e (t) des Demodulators dar als;

ix

wobei der zu 2co. zentrierte hochfrequente Term durch geeignete Filter im Ausgang des Demodulators 54 unterdrückt wird. Die Phase des Referenzsignals aus der Schaltung 40 wird stufenweise um 120 in den Phasenschiebern 57 und 58 erhöht. Daher wird die Phase des Referenzsignals, das zur Multiplikation mit den verbleibenden zwei Anteilen des

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chromatischen Signals in den Demodulatoren 55 und 56 verwendet wird, um 120 bzw 240 erhöht gegenüber dem Referenzsignal, das zur Erzeugung der roten Komponente e_(t) verwendet wird. Die Ausgangssignale an den Demodulatoren 55 und 56 lassen sich wie folgt darstellen:

e_G{t) - (2/3 )G(t) - (1/3 )[B(t)+R(t)] (3)

e_B(t) - (2/.J )B(t) - (1/3 ) [ G(t)+R(t)] . (4)

Der Zeitverzögerungskreis 62 verzögert das vom Filter 51 kommende monochromatische Signal in der gleichen Weise wie das chromatische Signal in der Schaltung 53 verzögert wird. Diese Verzögerungen entsprechen den in den Übertragungsgliedern 43 und 44 auftretenden Verzögerungen und halten das Bild und das Referenzsignal in Gleichlauf. Das verzögerte monochromatische Signal M{t) wird kombiniert mit den Signalen β_Ώ(ΐ), e_,(t) und e_.(t) der Demodulatoren 54, 55 und 56 mittels der Summierer 59, 60 und 61, um die erfaßten primären Signale E_x, (t), E (t) und E (t) wiederzugewinnen. Diese Signale können in einer wünschenswerten Weise kodiert werden, bevor sie; den Übertragungsmitteln zugeführt werden. Eine zusätzliche Matrix ist vor der Übertragung wünschenswert, wozu die lineare Matrix 63 vorgesehen ist. Die Summierer 59, 60 und 61 können aber auch durch geeignete Matrizenschaltungen ersetzt werden und ergeben geeignete Ausgangssignale für drei unabhängige Variable.

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20605U /5

Der besondere Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, daß durch eine Defokussierung oder andere räumlich abhängige Faktoren bewirkte Änderung in der Größe des Farbträgers zu keiner Farbverschiebung führt. Eine Schwächung der Farbträger ist gleichbedeutend mit der Einfügung identischer Verstärker mit der Verstärkung K in die Demodulatorausgänge e_,{t), e (t) und e (t),. wobei für den Fall K *

Jfci Gr ±J j

die Verstärkung Null ist. Die wiedergewonnenen primären Spannungen lassen sich dann wie folgt darstellen

E_R(t) * M(t) + Ke_R(t) - KR(t) + M{t) ί 1-Ki

E_G(t)

E_B(t) « M(t) + Ke_B(t) - KB(t) + M(t) [1-Kl

Die Spannungen Ε_{ί)_Λ E_,(t) und E_n(t) können als Massen gedacht werden in der gebräuchlichen "Massenpunkt-Analogie", wie sie in "The Reproduction of Colour" von R. W. G. Hunt, John Wiley & Sons, Inc. 1967 im Kapitel 6 beschrieben ist.

Vernachlässigt man den zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichungen 5, so würde sich ein Dreieck mit den Massen KR(t), KG(t) und KB(t) an seinen Lotlinien ergeben, welches den gleichen Massenschwerpunkt wie ein identisches Dreieck mit den Massen R(t), G(t) und B(t) aufweist. Wenn daher die Verstärkung K sich ändert, beeinflußt

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der erste Term nur die Helligkeit, aber nicht die Sättigung oder die Farbe.

Die zweiten Glieder auf der rechten Seite des Gleichungssystems (5) sind identisch. Fügt man gleiche Massen an den Lotlinien des Dreiecks zu, so verschiebt sich der Massenschwerpunkt von seiner früheren Lage geradlinig abwärts in eine Position, welche er einnehmen würde, wenn nur diese gleichen Massen vorhanden wären. Damit wird ausgedrückt, daß die Farbe mit der Änderung von K sich von ihrem korrekten Wert abwärts zur Referenzfarbe Weiß verschiebt. Daraus folgt, daß sowohl die Helligkeit als auch die Sättigung mit einer Änderung von K variieren, während die Farbe konstant bleibt. Hauttönungen mögen sich dabei aufhellen (oder für K > 1 tiefer ausfallen), aber es tritt keine Änderung mit grünem Farbstich usw. ein.

Das Signaldiagramm der Phasendemodulation des Kamerasystems ist in Fig. 4 im Gegensatz zu der zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastung nach Fig. 5 dargestellt. Die beiden Verfahren zeigen nur insofern Übereinstimmung, als sie beide eine konventionelle monochromatische Abtaströhre verwenden. Das beschriebene optische System mit den dichroitischen Spiegeln und der linsenähnlichen Platte erzeugt die Primärfarbbilder in sich wiederholenden vertikalen Streifen. Diese Streifen sind

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in den Fig. 4 und 5 in den Ausschnitten des Targets 31 und 81 mit R, G, B für die Farben rot, grün und blau eingezeichnet. Ein wesentlicher Unterschied ist darin zu sehen, daß bei dem Verfahren nach Fig. 5 die Streifen räumlich getrennt sind, während bei dem der Fig. zugrundeliegenden System sich die Streifen überlappen»

Der Ladungsverlauf entsprechend der dargestellten Position der verti- ä

kalen Streifen weist angenommene Intensitätswerte auf, die natürlich durch das Objekt bestimmt werden. Der Strom des die Targets 31 und 81 abtastenden Elektronenstrahls ist mit 32 und 82 bezeichnet. Im Falle der Sampling-Methode muß der Elektronenstrahl 82 schmaler als die Breite der Streifen sein und es ist ein hohes Auflösungsvermögen der Abtaströhre notwendig, um Farbfehler zu vermeiden. Das Ausgangssignal 83 ist im wesentlichen repräsentativ für eine einzelne Farbe nur an einer bestimmten Stelle und zu einer bestimmten Zeit, die für einen j

speziellen Streifen zentral ist. Zwischen den zentralen Zeiten, z.B. t , t usw., ist das Ausgangssignal eine Kombination der Farben. Der Abtaster 84 benutzt nur diese repräsentativen Zeiten. Das Ausgangssignal ist daher eine zeitlich aufeinanderfolgende Serie von Abtastimpulsen, die die drei Primärfarbbilder R, G, B darstellen.

Im Fall der Phasendemodulation ist für den Strahl 32 keine hohe Auflösung erforderlich, er kann also in der vorher beschriebenen Weise

1 09825/ Uli

206:5-./.

mehrere Streifen gleichzeitig erfassen. Das Aus gangs signal enthält einen niederfrequenten Anteil und einen hochfrequenten Anteil, der wie bereits beschrieben, aus drei Komponenten besteht, die um einen Betrag gleich dem räumlichen Abstand der Streifen in der Phase gegeneinander verschoben sind. Diese Komponenten stellen in ihrer Phase um 120 Grad verschobene Sinuswellen dar» die mit R, G und B bezeichnet sind. Der Phasendemodulator 34, der ein Teil der Demodulationsschaltung 50 ist, verwendet das kontinuierliche Ausgangssignal, um die drei kontinuierlichen hochfrequenten Signale e , e und e zu erzeugen, die zusammen nur die chromatische Information enthalten. Das niederfrequente monochromatische Signal, das mit ε_Ώ, e und ε

rl G 13

kombiniert werden muß, um die drei individuellen Aus gangs signale zu erhalten, tritt ebenfalls im Ausgang der Abtaströhre auf. Zur Vereinfachung ist die monochromatische Komponente ebenso wie die Komponente des Bildrasters mit der Frequenz &> und der Komponente der Differenzfrequenz i~_t -C_- nicht in der Wellenform 33 enthalten. Die überlagerten Frequenzkomponenten können jedoch der Fig. 3 entnommen werden.

Wie bereits erwähnt, benötigt das Phasendemodulations-Verfahren eine geringere Strahlauflösung als die Sampling-Methode. Durch die Überlappung der Streifen wird die Verwendung einer größeren Anzahl der selben ermöglicht und damit eine bessere Bildqualität gewährleistet.

1 0 9 8 2 5 / U 1 1 ^{0RIGtNAL INSPECTED}

206C54A

Weiterhin kann im Falle der Phasendemodulation bei gleicher Streifengröße eine billige Abtaströhre mit geringer Auflösung verwendet werden, oder es läßt sich als alternative Lösung eine Abtaströhre gleicher Auflösung mit einer größeren Anzahl von schmaleren Streifen einsetzen.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   lJ Farbfernsehkamera mit einem einzigen Target (31) und einer optischen Vorrichtung (Spiegel 15, 16, 17 und linsenförmige Platte 19) zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes auf dem Target, das aus drei Primärfarbbildern überlagert und derart ausgerichtet ist, daß jedes der Primärbilder längs des Targets räumlich auf einen räumlichen Träger gemeinsamer Frequenz moduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung die Primärbilder derart fokussiert, daß die Phasenwinkel der räumlichen Träger je um 120 Grad voneinander getrennt sind,

   daß eine Vorrichtung (30) die räumlich modulierten Bilder abtastet und ein elektrisches Signal erzeugt, das aus einer Komponente niedriger Frequenz und einer Komponente hoher Frequenz besteht, die aus drei hochfrequenten Komponenten zusammengesetzt ist, welche auf Träger gleicher Frequenz mit einer gemeinsamen Phasentrennung von 120 Grad moduliert sind,

   daß eine Vorrichtung (Lichtquelle 21, Bildraster 20 und Schaltung 40) vorgesehen ist, die ein Referenzsignal zur Verfolgung der Abtastgeschwindigkeit erzeugt, und

   daß eine Phasendemodulationsschaltung (Demodulatoren 54, 55, 56, Phasenschieber 57, 58 und Summierer 59, 60, 61) das Referenzsignal,

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   is

   die niederfrequente Komponente und die hochfrequenten Signale kombiniert, um drei unabhängige modulierte Aus gangs signale zu erhalten, von denen jedes ein Primärfarbbild repräsentiert.
2. 2. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendemodulationsschaltung die hochfrequente Komponente in drei individuelle kontinuierliche Signale mit einem gegenseitigen Phasen- " abstand von 120 Grad trennt, und daß die Kombinations einrichtung für die Signale jedem der drei individuellen Signale die niederfrequente Komponente zufügt, um drei Aus gangs signale zu erhalten, die jeweils proportional zu einem der Primärfarbbilder sind.
3. 3. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung die hochfrequente Komponente erzeugt, die aus

   drei modulierten Wellen einer einzigen Trägerfrequenz mit einem ge- ([

   genseitigen Phasenabstand von 120 Grad zusammengesetzt sind, daß die Anordnung zur Erzeugung des Referenzsignals Phasenschieber zur Einstellung der Phase des Referenzsignals enthält, um drei individuelle Referenzsignale zu erzeugen, die je in Phase zu einer der drei modulierten Wellen sind, und daß die Demodulationsschaltung eine Einrichtung zur Multiplikation der hochfrequenten Komponente mit demjenigen der drei Referenzsignale enthält, welches in Phase mit der einen der

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   drei modulierten Wellen ist.
4. 4. Farbfernsehkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinrichtung einen ersten, zweiten und dritten, mit der hochfrequenten Komponente beaufschlagten, symmetrischen Demodulator aufweist, und daß die Einrichtung zur Einstellung der Phase eine Einrichtung enthält, die das Referenzsignal dem ersten Demodulator, das um 120 Grad verschobene Referenzsignal dem zweiten Demodulator und das um 240 Grad verschobene Referenzsignal dem dritten Demodulator zuführt.
5. 5. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung jedes der Primärbilder als Muster in Form eines Satzes primärer Farbstreifen auf dem Target fokussiert, und daß jeder Satz einen Streifen jeder Primärfarbe enthält, die gegenseitig voneinander räumlich um 120 Grad in der Abtastrichtung getrennt sind.
6. 6. Farbfernsehkamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung die primären Farbstreifen derart fokussiert, daß sie sich gegenseitig überlappen und somit wesentlich schmaler als die Schärfeneinstellung des Elektronenstrahles sind.

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7. 7. Farbfernsehkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung drei derart angeordnete dichroitische Spiegel aufweist, daß das Objektbild in drei Bereiche mit je einem Primärfarbbild aufgespalten wird, daß eine linsenähnliche Platte vorgesehen ist, um jedes der drei primären Bilder auf dem Target in Sätzen mit primären Farbstreifen zu fokussieren, und daß jeder Satz einen Streifen der Primärfarbe enthält, die gegenseitig räumlich um 120 Grad in der Ab- ^ tastrichtung getrennt sind.
8. 8. Farbfernsehkamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung des Referenzsignales eine Einrichtung enthält, um Licht durch ein transparentes periodisches Bildraster zu leiten und auf der linsenähnlichen Platte abzubilden, wobei dieses Bild auf dem Target mit den drei primären Bildern überlagert wird.
9. 9. Farbfernsehkamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung ein Bildsignal erzeugt, das aus einer niederfrequenten, zum monochromatischen Anteil des zusammengesetzten Bildes proportionalen Komponente, einem hochfrequenten, zu dem chromatischen Anteil des zusammengesetzten Bildes proportionalen Signal und einem überlagerten Referenzsignal besteht, das eine zur Frequenz des Bildrasters proportionale Komponente und eine Komponente mit der

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   Differenzfrequenz aus der Frequenz der linsenähnlichen Platte und der Frequenz des Bildrasters enthält, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des Referenzsignales Mittel zur Trennung dieser Differenzfrequenz und der Frequenz des Bildrasters und Mittel zur Mischung dieser beiden

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   Frequenzen aufweisen, um die Summenfrequenz zu erzeugen.

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