DE2635674A1 - Verfahren zur zeilenfreien bildaufzeichnung - Google Patents
Verfahren zur zeilenfreien bildaufzeichnungInfo
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Description
Pa. Dr.-Ing. Rudolf Hell GmbH 3 Kiel, den 14. Juli 1976
Grenzstraße 1-5, 2300 Kiel 14 Lf/Hbs/Uck
f\ r» Q Γ ι" <~~l t
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeilenweisen
Bildaufzeichnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannton
Art.
Bei der Bildaufzeichnung wie Fernsehen, Übertragung von Pressefotos,
Wetterkarten, Schriftstücken oder dgl. über Leitungen oder über Punk
wird das Bild zeilenweise abgetastet und wiederaufgezeichnet. Bei der Aufzeichnung des Bildes wird ein zeilenweise abgelenkter Energiestrahl verwendet, der entsprechend einem bei der Abtastung des
Bildes gewonnenen Bildsignal moduliert wird. Dieses Verfahren ist seit langem bekannt, hat aber den Nachteil, daß die Zeilenstruktur,
die sich aus der Gauß1sehen Energieverteilung des verwendeten Energiestrahls und aus dem Abstand der Einzelzeilen zueinander ergibt,
sichtbar wird. Diese beiden Ursachen führen zu einer Alternative zwischen zwei Fehlern.
Entweder die benachbarten Zeilen stehen relativ zur mittleren Strahlbreite weiter auseinander, dann ist zwar wegen der guten örtlichen
Trennung der Bildinformation die Bildschärfe optimal, aber die im Rhythmus der Zeilenfolge schwankende Zeilenhelligkeit zeichnet sich
störend ab. Wenn andererseits der Zeilenabstand enger als die mittlere Strahlbreite ist und durch die Überlappung die Helligkeits-
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-■*.-♦
Schwankungen der Zellen eliminiert werden, dann tritt ein Schärfeverlust
auf. Diese Probleme sind bekannt und z.B. In der "Elektrotechnische
Zeitschrift", 13. Jahrg., Heft 22, 30. Oktober 1961,
Seite 590 behandelt, um diesen Fehlern zu begegnen, wird entweder
der Schreibfleck mehr oder weniger unscharf verbreitert, womit das
Bild aber unscharfer wird, oder der Schreibstrahl wird quer zur AufzeichnungDrichtung
schnell gevrobbelt. Diea 1st zwar bacssr, dia
Schärfe wird gev;ahrt, aber am Anschluß von Zeile zu Zeile verbleibt
doch noch eine restliche Helligkeitsstörung, wenn die Wobbeleiaplitude
nicht sehr genau auf den Zeilenabstand justiert ist. Hinzu kommt, daß sowohl bei der Verwendung eines Elektronenstrahls als
Aufzeichnungsstrahl als auch bei einem Lichtstrahl eine entsprechende
Ablenkeinheit oder ein Modulator mit einer HF-Ansteuerung erforderlich
ist. Bei Verwendung eines Modulators kommen die auftretenden Lichtverluste hinzu. Oa ein akustischoptischer Modulator nur einwandfrei
arbeitet, wenn der Bragg1sehe Winkel, mit dem der Modulator
gegen die Strahlrichtung geneigt ist, sehr genau eingehalten werden muß, ist eine sehr genaue Justierung des Modulators im Lichtstrahl
erforderlich. Außerdem muß der stets auftretende nicht abgelenkte Teilstrahl vernichtet werden, was zu weiteren Verlusten führt.
Stimmt der Bragg'sehe Winkel nicht genau, sei es durch Änderung dor
Wobbeifrequenz oder durch mechanische Veränderung im Betrieb, so ändert sich die Intensitätsverteilung in Wobbeirichtung, wobei in
einer Auslenkungsrichtung eine stärkere Strahlintensität auftritt als in der anderen. Hierdurch wird aber wieder eine Zeilenstruktur erzeugt.
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Es ist daher in der DT-OS 24 04 393 eine weitere Möglichkeit angegeben,
die Zeilenstruktur de3 Bildes zu unterdrücken. Bei Verwendung eines Lichtstrahls zur Aufzeichnung wird der Lichstrahl mit
Hilfe mehrerer nebenainanderliegender blendenfürmiger öffnungen
in mehrere Teil3trahlen zerlegt, diese werden dann über eine Optik
als mehrere parallele Einzelzeilen aufgeschrieben, wodurch dia Zailsi)
Zwischenräume entfallen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß Lichtverluste durch die BlendenswischenrauraQ und die pariphsren
Bereiche auftreten. Weitere Lichtverluste treten dadurch auf, daß die Blende in dem mittleren Bereich des Strahlprofils, der annähernd
gleiche Intensität hat, angeordnet sein muß, wenn die Teilstrahlem
gleiche Intensität haben sollen. Außerdem 1st die Herstellung solcher Blenden aufwendig, und es können Störungen durch Verschmutzung der
Blenden auftreten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses Problem besser und sicherer zu lösen und ein Verfahren anzugeben, mit dem die Zeilenstruktur
völlig unterdrückt werden kann, ohne daß ein Schärfeverlust auftritt.
Die vorliegende Erfindung erreicht dies durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.
Hierbai wird vorteilhafterwaicö ao verfahren, daß der 3chr-sibssilenabstand
im entsprechenden Zahlenverhältnis verringert wird, und auch der Durchmesser des Schreibstrahls zumindest in Richtung quer
zur Zeilenrichtung im gleichen Verhältnis verringert wird, während
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die Anzahl der Schreibzeilen pro Bild in diesem Verhältnis erhöht wird. Dabei braucht aber die Anzahl der Abtastzeilen und damit die
Übertragungskapazität nicht erhöht zu werden, die meist im Abtastbildrauschon
und in der Übertragungsbandbreite der übertragungsleitung eine Grenze hat.
Nach einer bevorzugten Ausführungsweise iat es vorteilhaft, daß der
Bildinhalt einer Bildabtsstssila zunächst zwischsngespaichert wird
und dann der Speicherinhalt mehrfach nacheinander abgerufen wird. Hierzu braucht man einen Speicher für zwei Abtastzeilen. Während
in der einen Hälfte die ankommenden Bildwerte der zuletzt abgetasteten Bildzeile langsam eingeschrieben werden, werden aus der
anderen Hälfte mehrfach und schneller nacheinander die Werte der
vorhergehenden Abtastzeile ausgelesen und aufgezeichnete Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, daß der Schreibzeilenvorschub
unabhängig von dem Bildinhalt völlig gleichmäßig erfolgt. Eine durch
die Aufzeichnungsstruktur bedingte sichtbare Zeilenstruktur ist
also nicht mehr möglich. Das technische Verfahren der Speicherung der Bildwerte einzelner Bildzeilen und ihre Wiederaufschreibung mit
geänderter Geschwindigkeit ist durch das Patent 1 193 534 (US-PS 3,272,918) bekannt und seit mehreren Jahren durch die Chromagraphen-Geräte
der Firma Dr. Hell realisiert, eo daß auf die technische Durchführung dieses Verfahrensabschnittes auf nähere Beschreibung
verzichtet warden kann.
Durch das angegebene Verfahren wird zwar der Zeilenstrukturierungsanteil
der Schreibseite völlig vermieden. Es verbleibt in der Aufzeichnung aber noch ein Anteil, der von der im Vergleich zur Auf-
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-H
zeichnung relativ groben Abtastung herrührt. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird ohne Erhöhung der zu übertragenden Bildinformation
eine weitere Verringerung der Zellenstruktur dadurch erzielt, daß der Bildinhalt zweier benachbarter Bildabtastzeilen
zwischengespeichert wird, und daß durch Mittelwertbildung aus den Abtastwerten benachbarter Bildpunkte aus beiden Zeilen die EiIdwerte
einer aufzuschreibenden Bildzeile ermittelt werden, walcha im geometrischen übergangsgebiet zwischen den beiden Abtastzeilen
zur Aufschreibung gebracht wird· Wenn A, B und C die Bildinhalt«*
dreier aufeinanderfolgender Abtastzeilen bedeuten, so kann z.B. zuerst dreimal die Zeile A geschrieben werden, dann werden zwei
Zeilen mit der Mischung aus A und B geschrieben, dann werden drei Zeilen von B, dann zwei Zeilen der Mischung aus B und C und schließlich
drei Zeilen aus C geschrieben. Da3 sind fünf Schreibzeilen je Abtastzeile.
Bereits der Grenzfall aus nur je einer Schreibzeile aus A, A+B, B,
B+C, C usw. stellt eine beträchtliche Zeilenstrukturverbesserung nach dem Erfindungsgedanken der mehrfachen Zeilenschreibung mit
gleichem Bildinhaltsanteil dar.
Eine vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, anstelle der Zwischenspeicherung
eine Abtastzeile mehrfach abzutasten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 5 näher
erläutert. Es zeigern
Fig. 1 die Intensitätsverteilung dea Schreibstrahls über mehrere
Zeilen eines Bildes, bei dem die Zeilenstruktur sichtbar ist (Stand der Technik),
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Fig. 2 die Intensitätsverteilung des Schreibstrahls über mehrere
Zeilen bei einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 die Intensitätsverteilung bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 4 ein Beispiel eines TromzaelaufZeichnungsgerätes zur zeilenfreien
Bildaufzeichnung,
Fig. 5 ein Beispiel eines Aufzeichnungsgerätes zur ebenen zeilenfreien
Bildaufzeichnung.
Zn den Figuren 1 bis 3 werden verschiedene Verläufe der Intensitätsverteilung
des Schreibstrahls quer zur Zeilenrichtung angegeben.
Fig. 1 zeigt den Intensitätsverlauf bei herkömmlicher Aufzeichnung
mit Zeilenstruktur am Beispiel von drei Zeilen A, B und C, deren Mittellinien gestrichelt gezeichnet sind und mit dem Maximum der
Energie der einzelnen Teilstrahlen zusammenfallen. Obschon sich die
Teilstrahlen überlappen, liegt die Intensität an den Uberlappungssteilen
unterhalb der Belichtungsschwelle S des Aufzeichnungsmaterials .
Fig. 2 zeigt den Intensitätsverlauf im Fall, daß erfindungsgeraäß
jede Zeile mehrfach,- d.h« 3fach, geschrieben wird. Der Vorschub ist
stets gleich gewählt und der Querschnitt der Teilstrahlen entsprechend verringert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden in der
709886/0499 " ? "
Aufsummierung dieser Zellen die Amplitudenschwankungen Im Abstand
kleiner, durch Streueffekte zusätzlich Im Betrag verringert und daher dem Auge unsichtbar. Die Intensität liegt Immer über der
Filmschwelle S.
In Flg. 3 1st eine andere Lösung dargestellt. Zuerst wird dieselbe
Zelle zweimal geschrieben (A, A), dann ein Gemisch aus der ersten
A + B
und der zweiten Zeile ( ■ ■-), dann zweimal die zweite Zeile (B, B) und anschließend ein Gemisch aus der zweiten und der nächsten Zeile B 4* C
(—j-^) usw. Wird ein Zeilengemisch aufgeschrieben, so haben die
(—j-^) usw. Wird ein Zeilengemisch aufgeschrieben, so haben die
A + B
Teilstrahlen entsprechend geringeren Querschnitt ( · ), als wenn
die Intensitäten addiert würden (A + B). Durch diese Art der Aufschreibung wird die Bildinformation verteilt, wie sie der Verteilung
auf der Abtastseite entspricht. Auch hler liegt die Intensität an den Uberlappungsstellen immer über der Filmschwelle S.
Fig. 4 zeigt eine AusfUhrungeform der Erfindung als Trommelabtast-
und -aufzeichnungsgerät zur Bildübertragung. Solche Geräte werden in
der Reproduktionstechnik zur Reproduktion von Bildern oder zur Fernübertragung von Bildern, auch Faksimileübertragung genannt, verwendet.
Das zu übertragende Bild 1 wird auf eine rotierende Abtasttrommel 2
aufgespannt und mit Hilfe eines axial entlang der Trommel verschiebbaren optischelektrischen Abtastkopfes 3 in Aufsicht oder Durchsicht
punkt- und zeilenweise abgetastet. Der Axialvorschub des Abtastkopfes 3 kann kontinuierlich oder sprungweise erfolgen, wodurch die
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Abtastzeilen die Form von Spiralen und Kreisen haben. Die Trommel 2
wird von einem Motor 4 angetrieben/ von dem über ein Getriebe 5 eine
Spindel 6 in Umdrehung versetzt wird, welche im vorliegenden Fall einen kontinuierlichen Axialvorschub des Abtastkopfes 3 bewirkt.
Der Abtastkopf enthält eine schematisch dargestellte Optik 7 und einen optischelektrischen Wandler 8, an dessen Ausgang ein analoges
Bildsignal erscheint/ das in einer an sich bekannten Gradationsstufe 9,
DT-PS 1035475/ korrigiert wird und in einem an die Gradationsstufen
angeschlossenen A/D-Wandler 10 in digitale Signale umgewandelt wird«
Die Digitalisierung des analogen Bildsignals erfolgt in einem Takt/
der von einem Oszillator 11 auf den A/D-Wandler gelangt. Der Oszillator 11 wird von einem Impulsgeber 12 bei jeder Trommeldrehung gestartet/
wobei im Beispiel der Flg. 4 ein induktiver Impulsgeber vorgesehen ist. Bs könnten auch optische oder mechanische Impulsgeber
für diesen Zweck verwendet werden. Die Frequenz des Oszillators 11 ist so gewählt/ daß eine ausreichend feine Zerlegung des analogen
Bildsignals gewährleistet ist. D&c Oszillator liefert den Takt für
die zeitliche Zerlegung des aus der Gradationsstufe 9 ankommenden analogen Bildsignals in A/D-Wandler 10. Das vom Impulsgeber 12 gelieferte
Startsignal und die digitalisierten Bildsignale gelangen über eine übertragungsleitung 13, die auch eine Sender-Empfänger-Strecke
sein kann, auf die Empfangsseite. In einer Weiche 14 erfolgt die Trennung der Startimpulse, der Bildsignale und des Bildpunkttaktes,
in dem dia Bildsignale digitalisiert sind. Die Startl^pulse
werden über eine Leitung 15 in einem Taktvervielfacher 16 eingespeist
und multipliziert. Der Taktvervielfacher arbeitet in vorteilhafter
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Weise phasenstarr (phaselocked loop). Der Multiplikationsfaktor
des Vervielfachers 16 ist so gewählt, daß er der Zeilenzahl entspricht, die jweils mit gleicher Bildinformation geschrieben
werden soll. Das vervielfachte Signal wird in einem Leistungsverstärker 17 umgeformt und zum Antrieb eines Synchronmotors 18 verwendet,
der eine Aufzeichnungstrommel 19 antreibt, auf der ein Aufzeichnungsträger 20 befestigt ist. Wie auf der Abtastseite
wird von der Aufzeichnungstrommel eine Spindel 21 über ein Getriebe 22 angetrieben, durch die ein Aufzeichnungskopf 23 axial
entlang der Aufzeichnungstrommel bewegt wird. Der Aufzeichnungskopf enthält üblicherweise eine Schreiblampe 24 mit einer schematisch
dargestellten Optik 25 oder eine Laserschreibeinheit, mit der das Bild zeilenweise aufgezeichnet wird.
Um das Bild ohne Zeilenstruktur aufzeichnen zu können, wird das
vom Abtaster über die Weiche 14 ankommende digitalisierte Bildsignal
mittels der Zeilenstartimpulse auf Leitung 15 und des Bildpunkttaktes
auf Leitung 26 über einen Adressenschalter 28 zeilenweise abwechselnd in zwei Speicherbereiche I und II eines Speichers 30
gegeben.
Der Adressenschalter 28 bewirkt mittels eines von den Zellenstartimpulsen
gesteuerten Umschalters 29 das wechselweise Einspeichern der Zeilen in Speicherbereich I und II des Speichers 30. Diese
Art der Zeilenspeicherung mit alternierendem Auslesen ist bereits für einen anderen Zweck, nämlich für die elektronische Vergrößerung
vn Bildern in der DT-PS 1 193 534 (US-PS 3,272,918) bekannt, so daß hier auf die Beschreibung der Einzelheiten der Speichersteuerung
verzichtet werden kann.
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Um bei der Wiederaufzeichnung des Bildes aus dem Speicher Fehler '
durch Änderungen der Winkellage zwischen Abtasttromrael 2 und Auf- ,
zeichnungstronsnel 19 zu vermeiden, wird der Takt, mit dem die Bild- j
signale aufgezeichnet werden, direkt von der Trommel 19 abgenommen. J
Würde der Takt der Abtasteinheit hierfür benutzt, so könnten Spiel
Im Getriebe 22, in verwendeten Kupplungen und Ungenauigkeiten im Gleichlauf des Motors zu einer falschen Zuordnung der Bildsignale
auf dem Aufzeichnungsträger, also zu Fehlern, führen.
Zur direkten Abnahme des Aufzeichnungstaktes von der Trommel 19 ist
ein Impulsgeber 31 vorgesehen, der wie der Impulsgeber 12 auf der
Abtastseite aufgebaut ist und einen Oszillator 32 beim Zeilenbeginn startet. Der Oszillator 32 steuert als Taktfolge das Auslesen der
Bildsignale aus dem Speicher 30 für die Aufzeichnung. Da die Trommel 19 infolge der Taktvervielfachung Im Multiplizierer 16 um ein
so Vielfaches schneller läuft, als eine Zeile wiederholt aufgezeichnet werden soll, liefert auch der Impulsgeber entsprechend vielfache
Impulse, und der Oszillator 32 ist auf eine entsprechend vielfache Frequenz eingestellt.
Durch einen Schalter 33, der über die Leitung 15 von dem Zeilenstart-Impuls der Abtastung betätigt wird, erfolgt eine Umschaltung der
vom Oszillator 32 gelieferten Taktfolge abwechselnd von Zeile zu Zeile auf die beiden' Speicherbereiche I und II des Speichers 30«
Innerhalb eines Umschaltetaktes des Schalters 33 wird die jeweilig angesprochene Zeile mehrfach nacheinander ausgelesen und über den
Schalter 35, der ebenfalls im Takt des Schalters 33 schaltet, über
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ORIGINAL INSPECTED
Al
eine Leitung 36 auf einen D/A-Wandler 37 gegeben, der die Aufzeichnungalichtquelle 24 dee Aufzeichnungekopfes 23 steuert.
Die Einspeicherung der einzelnen Bildzeilen im Speicher 30 erlaubt
durch Änderung der Frequenz dea Oszillators 32 und entsprechende Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 22 ohne großen
Aufwand eine Maßstabsänderung zwischen Abtastung und Wiederaufzeichnung.
Eine Variante der in Fig. 4 beschriebenen Anordnung kann auch darin
bestehen, daß die Bildsignale über die Leitung 13 oder eine übsrtragungsstrecke nicht digital, sondern analog übertragen werden,
wobei der vom Impulsgeber 12 gelieferte Startimpuls ebenfalls mit übertragen wird. Die A/D-Wandlung kann dann auf der Aufzeichnungsseite erfolgen. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann aber
auf beide Varianten angewendet werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung zur Ausführung der Erfindung
mit einer Laseraufzeichnungseinheit. Die an Leitung 15 ankommenden
Zeilenstartimpulse werden in dem Multiplizierer 16 in Zeilenstartimpulse für die Aufzeichnung umgewandelt, wobei der Multiplikationsfaktor sich daraus ergibt, wie oft dieselbe Zeile auf der Aufzeichnungsseite wiederholt aufgezeichnet werden soll· Die Zeilenstartimpulse treiben einen Schrittmotor 38 über einen Leistungsverstärker 17 an. Durch den Schrittmotor wird eine Trommel 39 um eine
Zeilenbreite weitergedreht, wodurch die Aufzeichnungsfolie, auf der das Bild aufgezeichnet werden soll, in der Aufzeichnungsebene
zeilenweise weitertransportiert wird.
- 12 -
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Der vom Multiplizierer 16 gelieferte Takt wird zur Synchronisation
eines Sägezahngenerators 40 verwendet, der über einen Verstärker 41 ein elektromagnetisch angetriebenes Galvanometer 42 mit einem
Spiegel 46 auslenkt, der so justiert ist, daß er einen mit dem Bildsignal modulierten Laserstrahl 43 zeilenweise über die Aufzeichnungsfolie
ablenkt.
Der Laserstrahl 43 wird in eineni Laser 44 erzeugt und gelangt über
einen Modulator 45 und eine schematisch dargestellte Optik 45· auf
den Galvanometerspiegel 46.
Abweichend von der Aufzeichnungseinheit der Fig. 4 werden die vom
Multiplizierer vervielfältigten Zeilenanfangsimpulse zur Synchronisation des Oszillators 32 verwendet, durch dessen Taktfrequenz
dann die einzelnen Bildsignale aus dem Speicher, wie in Fig. 4 beschrieben, ausgelesen und auf den A/D-Wandler 37 gegeben werden,
der über einen Leistungsverstärker 47 den Modulator 45 steuert. Als Modulator 45 wird vorzugsweise ein bekannter akustooptischer
Modulator verwendet.
Das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ist nicht
auf die beiden angegebenen Beispiele beschränkt. Es ist grundsätzlich dort anwendbar, wo die BildaufSchreibung durch einen relativ
zur Aufzeichnungsfläche bewegten Licht oder Elektronenstrahl erfolgt,
d.h. Geräte, bei denen sich die Aufzeichnungsfläche vor dem Schreibstrahl vorbeibewegt oder der Schreibstrahl über die feststehende
Aufzeichnungsfläche bewegt wird.
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Claims (7)
1) Verfahren zur zeilenfreien Bildaufzeichnung, bei dem ein Bildoriginal
zeilenweise optischelektrisch abgetastet wird \:jiä mittels
eines Aufzeichnungsstrahle, dessen Intensität von der Abtastung gesteuert wird, zeilenweise auf einer Aufzeichnungsfläche
wieder aufgeseichnet wird, wobsi eine Zeile bei der Aufzeichnung
aus einem Zeilenvielfach aus mehreren Unterzeilen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet^
daß die Aufzeichnung der Unterzeilen eines Zeilenvielfachs durch
Mehrfachablenkung des AufZeichnungsstrahls mit gegenüber dem
Abtaststrahl verkleinerten Durchmesser vorgenommen wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser
des Aufzeichnungestrahls so gewählt wird, daß sich die
Unterzeilen eines Zeilenvielfachs überlappen·
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den einzelnen Zeilenvielfachen eine Überlappung stattfindet.
4) Verfahren nach einem dar Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterteilen eines Zeilenvielfachs aus Zeilen derselben
Abtastzeile bestehen.
70988fi/(K99 ~ 2 ~
5) Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3# dadurch ggk/snnseiobr.o'~
daß die Unterzeilen eines Zeilenvielfachs au3 einem Gemisch verschiedener Abtastzeilen bestehen.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch daß die Informationen der Bildpunkte einer Abtastzeile gespeichert
Vr'erden und daß der Aufzeichnungsstrahl bei seiner Mehrfcclvablenkung
durch die gespeicherten Informationen gesteuert wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnetf
daß die Informationen der Bildpunkte benachbarter Abtastzeilen zwischengespeichert werden und daß die Informationen zur
Steuerung des Aufzeichnungsstrahls durch Mittelwertbildung aus den
gespeicherten Informationen der benachbarten Abtastzeilen gewonnen wird.
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