DE2635674B2 - Verfahren zur zeilenfreien Bildaufzeichnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeilenweisen Bildaufzeichnung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Bei der Bildaufzeichnung, wie Fernsehen, Übertragung von Pressefotos, Wetterkarten, Schriftstücken od. dgl. über Leitungen oder über Funk wird das Bild zeilenweise abgetastet und wieder aufgezeichnet. Bei der Aufzeichnung des Bildes wird ein zeilenweise abgelenkter Energiestrahl verwendet, der entsprechend •einem bei der Abtastung des Bildes gewonnenen Bildsignal moduliert wim. Dieses Verfahren ist seit langem bekannt, hat aber den Nachteil, daß die bo Zeilenstruktur, die sich aus der Gaußschen 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 Helligkeitsschwankungen der Zeilen 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 unschärfer wird, oder der Schreibstrahl wird quer zur Aufzeichnungsrichtung schnell gewobbelt. Dies ist zwar besser, die Schärfe wird gewahrt, aber um Anschluß von Zeile zu Zeile verbleibt doch noch eine restliche Helligkeitsstörung, wenn die Wobbeiamplitude 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 H F-Ansteuerung erforderlich ist. Bei Verwendung eines Modulators kommen die auftretenden Lichtverluste hinzu. Da ein akustischoptischer Modulator nur einwandfrei arbeitet, wenn der Braggsche 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 Braggsche Winkel nicht genau, sei es durch Änderung der 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.

Es ist daher in der DT-OS 24 04 393 eine weitere Möglichkeit angegeben, die Zeilenstruktur des Bildes zu unterdrücken. Bei Verwendung eines Lichtstrahls zur Aufzeichnung wird der Lichtstrahl mit Hilfe mehrerer nebeneinsnderliegender blendenförmiger öffnungen in mehrere Teilstrahlen zerlegt, diese werden dann über eine Optik als mehrere parallele Einzelzeilen aufgeschrieben, wodurch die Zeilenzwischenräume entfallen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß Lichtverluste durch die Blendenzwischenräume und die peripheren 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 Teilstrahlen gleiche Intensität haben sollen. Außerdem ist 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.

Hierbei wird vorteilhafterweise so verfahren, daß der Schreibzeilenabstand im entsprechenden Zahlenverhältnis verringert wird und auch der Durchmesser des Schreibstrahls zumindest in Richtung quer zur Zeilenrichtung im gleichen Verhältnis verringert wird, während 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 Abtastbildrauschen und in der Übertragungsbandbreite der Übertragungsleitung eine Grenze hat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsweise ist es vorteilhaft, daß der Bildinhalt einer Bildabtastzeile zunächst zwischengespeichert wird und dann der Speicherinhalt mehrfach nacheinander abgerufen -vird. 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 aufgezeichnet. 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 11 93 534 (US-PS 32 72 918) bekannt und seit mehreren Jahren durch die Chromagraphen-Geräte der Firma Dr. Hell realisiert, so daß auf die technische Durchführung dieses Verfahrensabschnittes auf nähere Beschreibung verzichtet werden 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 Aufzeichnung relativ groben Abtastung herrührt. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird ohne Erhöhung der zu übertragenden Bildinformation eine weitere Verringerung der Zeilenstruktur dadurch erzielt, daß der Bildinhalt zweier benachbarter Bildabtastzeilen zwischengespeichert wird und daß durch Mittelwertbildung aus den Abtastwerten benachbarter Bildpunkte aus beiden Zeilen die Bildwerte einer aufzuschreibenden Bildzeile ermittelt werden, welche im geometrischen Übergangsgebiet zwischen den beiden Abtastzeilen zur Aufschreibung gebracht wird. Wenn A, B und C die Bildinhalte 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 Bund Cund schließlich drei Zeilen aus Cgeschrieben. Das 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 de; F i g. 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Intensitätsverteilung des Schreibstrahls über mehrere Zeilen eines Bildes, bei dem die Zeilenstruktur sichtbar ist (Stand der Technik),

Fig. 2 die Intensitätsverteilung des Sehr :ibstrahls über mehrere Zeilen bei einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 die Intensitätsverteilung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 ein Beispiel eines Trommekuifzeichnungsgerätes zurzeilenfreien Bildaufzeichnung,

Fig. 5 ein Beispiel eines Aufzeichnungsgerätes zur ebenen zeilenfreien Bildaufzeichnung.
In den Fi g. 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

ίο gezeichnet sind und mit dem Maximum der Energie der einzelnen Teilstrahlen zusammenfallen. Obschon sich die Teilstrahlen überlappen, liegt die Intensität an den Überlappungsstellen unterhalb der Belichtungsschwelle Sdes Aufzeichnungsmaterials.

Fig. 2 zeigt den Intensitätsverlauf im Fall, daß erfindungsgemäß jede Zeile mehrfach, d. h. 3fach, geschrieben wird. Der Vorschub ist stets gleich gewählt und der Querschnitt der Teilstrahlen entsprechend verringert. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, werden in der Aufsummierung dieser Zeilen 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 F i g. 3 ist eine andere Lösung dargestellt. Zuerst wird dieselbe Zeile zweimal geschrieben (A, Λ,/dann ein Gemisch aus der ersten und der zweiten Zeile( .

dann zweimal die zweite Zeile (B, B) und anschließend ein Gemisch aus der zweiten und der nächsten Zeile (—±—\ usw. Wird ein Zeilengemisch aufgeschrieben, so haben die Teilstrahlen entsprechend geringeren Querschnitt (—j—j , 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 hier liegt die Intensität an den Überlappungsstellen immer über der Filmschwelle S.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform 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 optischelektrisehen Abtastkopfes 3 in Aufsicht oder Durchsicht punkt- und zeilenweise abgetastet. Der Axialvorschub des Abtastkopfes 3 kann kontinuierlich oder sprungweise erfolgen, wodurch die 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

bo Optik 7 und einen optischelektrischen Wandler 8, an dessen Ausgang ein analoges Bildsignal erscheint, das in einer an sich bekannten Gradationsstufe 9 (DT-PS 10 35 475) korrigiert wird und in einem an die Gradationsstufen angeschlossenen A/D-Wandler 10 in

b5 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 ! 1 wird von einem

Impulsgeber 12 bei jeder Trommeldrehung gestartet, wobei im Beispiel der F i g. 4 ein induktiver Impulsgeber vorgesehen ist. Es 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. Der Oszillator liefert den Takt für die zeitliche Zerlegung des aus der Gradationsstufe 9 ankommenden analogen Bildsignals im 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 die Bildsignale digitalisiert sind. Die Startimpulse werden über eine Leitung 15 in einem Taktvervielfacher 16 eingespeist und multipliziert. Der Taktvervielfacher arbeitet in vorteilhafter Weise phasenstarr (phaselokked loop). Der Multiplikationsfaktor des Vervielfachers 16 ist so gewählt, daß er der Zeilenzahl entspricht, die jeweils mit gleicher Bildinformation geschrieben werden soll. Das vervielfachte Signal wird in einem Leistungsverstärker 17 umgeformt und zum Antrieb eines Synchronmotors 18 verwendender 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 axhl entlang der Aufzeichnungstrommel bewegt wi:u. 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 Il eines Speichers 30 gegeben.

Der Adressenschalter 28 bewirkt mittels eines von den Zeilenstartimpulsen 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 von Bildern in der DT-PS 11 93 534 (US-PS 32 72 918), bekannt, so daß hier auf die Beschreibung der Einzelheiten der Speichersteuerung verzichtet werden kann.

Um bei der Wiederaufzeichnung des Bildes aus dem Speicher Fehler durch Änderungen der Winkellage zwischen Abtasttrommel 2 und Aufzeichnungstrommel 19 zu vermeiden, wird der Takt, mit dem die Bildsignale aufgezeichnet werden, direkt von der Trommel 19 abgenommen.

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 wieder Impulsgeber 12 aufder Ablastscitc aufgebaut ist und einen Oszillator 32 beim Zeilcnbcginn startet. Der Oszillator 32 steuert als Taktfolgc das Auslesen der Bilclsigniilc ims 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, ^r> und der Oszillator 32 ist auf eine entsprechend vielfache Frequenz eingestellt.

Durch einen Schalter 33, der über die Leitung 15 von dem Zeilenstartimpuls der Abtastung betätigt wird, erfolgt eine Umschaltung der vom Oszillator 32

κι gelieferten Taktfolge abwechselnd von Zeile zu Zeile auf die beiden Speicherbereiche 1 und Il 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 eine Leitung 36 auf einen D/A-Wandler 37 gegeben, der die Aufzeichnungslichtquelle 24 des Aufzeichnungskopfes 23 steuert.

Die Einspeicherung der einzelnen Bildzeilen im

2(i Speicher 30 erlaubt durch Änderung der Frequenz des 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 Übertragungsstrecke nicht digital, sondern analog übertragen werden, wobei der vom Impulsgeber 12 gelieferte Startimpuls ebenfalls mit

jo übertragen wird. Die A/D-Wandlung kann dann auf der Aufzeichnungsseite erfolgen. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann aber auf beide Varianten angewendet werden.

F i g. 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 aul 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 Aufzeich-

·)■> nungsfolie, auf der das Bild aufgezeichnet werden soll, in der Aufzeichnungsebene zeilenweise weitertransportiert wird.

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 4f auslenkt, der so justiert ist, daß er einen mit derr Bildsignal modulierten Laserstrahl 43 zeilenweise übei die Aufzeichnungsfolie ablenkt.

Der Laserstrahl 43 wird in einem Laser 44 erzeug und gelangt über einen Modulator 45 und eint schematisch dargestellte Optik 45' auf den Galvano meterspiegel 46.

Abweichend von der Aufzeichnungseinheit der Fig.'

mi werden die vom Multiplizierer vervielfältigten Zeilen anfangsimpulse zur Synchronisation des Oszillators 3: verwendet, durch dessen Taktfrequenz dann di< einzelnen Bildsignale aus dem Speicher, wie in Fig.' beschrieben, ausgelesen und auf den A/D-Wandler 3Ϊ

h-i gegeben werden, der über einen Leistungsverstärker 4: den Modulator 45 steuert. Als Modulator 45 wire vorzugsweise ein bekannter akustooptischer Modulatoi 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 Elektronen-

strahl erfolgt, d. h. Geräte, bei denen sich die Aufzeichnungsfläche vor dem Schreibstrahl vorbeibewegt oder der Schreibstrahl über die feststehende Aufzeichnungsfläche bewegt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zeilenfreien Bildaufzeichnung, bei dem ein Bildoriginal zeilenweise optischelektrisch abgetastet wird und mittels eines Aufzeichnungsstrahls, dessen Intensität von der Abtastung gesteuert wird, zeilenweise auf einer Aufzeichnungsfläche wieder aufgezeichnet wird, wobei eine Zeile bei der Aufzeichnung aus einem Zeilenvielfach aus ι ο mehreren Unterzeilen aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung der Unterzeilen eines Zeilenvielfachs durch Mehrfachablenkung des Aufzeichnungsstrahls mit gegenüber dem Abtaststrahl verkleinertem Durchmesser vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Aufzeichnungsstrahls so gewählt wird, daß sich die Unterzeilen eines Zeilenvielfachs überlappen. :?o

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Zeilenvielfachen eine Überlappung stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterzeilen eines Zeilenvielfachs aus Zeilen derselben Abtastzeile bestehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterzeilen eines Zeilenvielfachs aus einem Gemisch verschiedener Ji) Abtastzeilen bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Information der Bildpunkte einer Abtastzeile gespeichert werden und daß der Aufzeichnungsstrahl bei seiner Mehrfachablenkung durch die gespeicherten Informationen gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen der Bildpunkte benachbarter Abtastzeilen zwischenge- -to speichert werden und daß die Informationen zur Steuerung des Aufzeichnungsstrahls durch Mittelwertbildung aus den gespeicherten Informationen der benachbarten Abtastzeilen gewonnen wird.

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