DE2744306A1

DE2744306A1 - Verfahren zum bestimmen der farbabstimmung einer szene und kamera hierfuer

Info

Publication number: DE2744306A1
Application number: DE19772744306
Authority: DE
Inventors: Lee Fitzpatrick Frank
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-10-01
Publication date: 1978-04-06
Also published as: CA1087894A; HK58581A; FR2367277B1; GB1590084A; FR2367277A1; JPS5348526A

Description

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren zum Bestimmen der FärbabStimmung einer Szene und Kamera hierfür

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Farbabstimmung einer Szene, welche auf lichtempfindlichem Material vorgegebener Farbtemperaturabstimmung aufgezeichnet werden soll, und zur Bildung eines hiervon abhängigen Korrekturfaktors bei nicht auf die Farbtemperatur des lichtempfindlichen Materials abgestimmtem Szenenlicht. Die Erfindung betrifft auch eine Kamera zur Aufzeichnung einer Szene auf lichtempfindlichem Material vorgegebener Färbtemperatur, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines von der FärbabStimmung des Szenenlichts abhängigen Steuersignals sowie einer auf dieses Signal ansprechenden Steuereinrichtung, die bei Szenenlicht, auf welches das lichtempfindliche Material nicht abgestimmt ist, eine Farbkorrektur des auf das Material auftreffenden Lichts mittels eines in den optischen Strahlengang der Kamera bewegbaren Farbkorrekturfilters bewirkt.

Bekanntlich muß auf in Innenräumen vorhandene Kunstlichtbeleuchtung abgestimmter Farbfilm in Verbindung mit einem Farbausgleichs· filter verwendet werden, wenn der Farbfilm im Sonnenlicht im Freien benutzt werden soll. Das gleiche gilt natürlich für Farbfilm, welcher auf natürliches Licht abgestimmt ist und demzufolge ein Farbausgleichsfilter erfordert, wenn der Farbfilm in Innenräumen verwendet werden soll. Bei bekannten Kameras der eingangs genannten Art, welche zur Durchführung des eingangs

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genannten Verfahrens geeignet sind, dient als Signalerzeugungseinrichtung eine elektrische Einrichtung zum Messen der spektralen Eigenschaften der Szenenbeleuchtung und als Steuereinrichtung eine Anordnung zum automatischen Bewegen eines Farbausgleichsfilters in und aus dem Strahlengang. Hierdurch werden die spektralen Durchlaßeigenschaften des optischen Systems der Kamera in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Szenenlichts sowie den spektralen Eigenschaften des Films korrigiert.

Zur Bestimmung der Frage, ob die zu photographierende Szene mit Licht von einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle beleuchtet ist, wird bei bekannten Kameras, beispielsweise der in der US-Patentschrift 3*651,7^9 gezeigten, der Betrag an infraroter Strahlung im Szenenlicht ermittelt. Andere bekannte Kameras, welche nach demselben Prinzip der "spektralen Eigenschaften" arbeiten, weisen eine Einrichtung zum Vergleich des jeweiligen Rot-Anteils und des jeweiligen Blau-Anteils des Szenenlichts auf. Unter der Annahme, daß bei hauptsächlich rotem Szenenlicht die Aufnahme in Innenräumen vorgenommen wird, während bei hauptsächlich blauem Licht die Szene im Freien aufgenommen wird, kann die Kamera ihr Farbausgleichs filter in Abhängigkeit von der ermittelten Beleuchtungsquelle automatisch entsprechend verstellen. US-Patentschrift 3,^75,616 beschreibt eine derartige Steuerung eines Farbausgleichsfilters.

Die oben beschriebenen Kameras und die in diesen zur Anwendung kommenden Verfahren erfüllen an sich die in sie gesetzten Erwartungen. Die Verfahren sind jedoch nicht narrensicher und können nach wie vor zu FärbVerfälschungen führen, wenn in einer natürlich oder künstlich beleuchteten Szene beispielsweise ein ungewöhnlich hoher oder ungewöhnlich geringer Betrag an infrarotem Licht vorhanden ist oder, wenn wie im Fall des Vergleichs des Rot-Anteils und Blau-Anteils im Licht, die aufzunehmende Szene von einer einzigen Farbe dominiert wird, welche zur Ermittlung

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der benutzten Lichtquelle in der Kamera herangezogen wird. Des weiteren ermöglichen die bekannten Verfahren sowie die danach arbeitenden Kameras keine Unterscheidung zwischen künstlichen Lichtquellen unterschiedlicher Art, beispielsweise Leuchtstofflichtquellen und Wolframlichtquellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten Verfahren zum Bestimmen der FärbabStimmung einer Szene dahingehend zu verbessern, daß man verschiedene Lichtquellen eindeutig, und zwar unabhängig von der spektralen Zusammensetzung des Szenenlichts ermitteln kann.

Diese Aufgabe ist für ein Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man den Wechsellichtanteil des Szenenlichts ermittelt, das Verhältnis von Helligkeitsmaximum und Helligkeitsminimum des Szenenlichts bildet und in Abhängigkeit vom Wert dieses Verhältnisses,dem Flackerquotienten, den Korrekturfaktor für das jeweilige Szenenlicht bildet. Verschiedene Lichtquellen haben charakteristische Wechsellichtanteile, hier als Flackerquotient der Lichtquelle bezeichnet, welcher das Verhältnis des Helligkeitsmaximums zum Helligkeitsminimum der Lichtquelle angibt. Des weiteren ist dieser Flackerquotient für eine bestimmte Lichtquellenart über einen weiten Leistungsbereich im wesentlichen unveränderlich. Damit läßt sich ein Korrekturfaktor bilden, welcher für alle Lichtquellen eine besonders farbgetreue Wiedergabe der aufgenommenen Szene im fertigen Bild gewährleistet. Bei einer bevorzugten Verfahrensform wird der Korrekturfaktor zur Veränderung der FärbabStimmung des Szenenlichts verwendet, während bei einer anderen bevorzugten Verfahrensform der Korrekturfaktor zur Kodierung des lichtempfindlichen Materials benutzt wird. In letzterem Falle wird das Szenenlicht also nicht in seiner Farbabstimmung verändert, die Kodierung wird vielmehr beim Entwickeln und/oder Kopieren des Materials berücksichtigt. Insbesondere beim Kopieren in einem Printer läßt sich ein Färb-

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ausgleich aufgrund der Kodierung auf einfache Weise durchführen.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Kamera der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei Verwendung unterschiedlichster Lichtquellen zur Beleuchtung der Szene farbgetreue Aufnahmen liefert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalerzeugungseinrichtung eine Schaltung aufweist, die als Steuersignal den Flackerquotienten Ivj/I_d ^^es Szenenlichts bildet, wobei I_b dem Helligkeitsmaximum des Szenenlichts und I, dem Helligkeitsminimum des Szenenlichts je Zeiteinheit entspricht, und daß eine elektromechanische Einrichtung der Steuereinrichtung einen dem jeweiligen Flackerquotienten zugeordneten Filterbereich des Farbkorrekturfilters im Strahlengang positioniert. Durch die Verwendung des Flackerquotienten bei der Bestimmung des Szenenlichts wird sichergestellt, daß selbst bei einer Szene mit zu hohem Infrarotanteil oder mit dominanter Farbe und bei Lichtquellen unterschiedlichster Art, auch verschiedenen künstlichen Lichtquellen, stets eine einwandfreie farbgetreue Wiedergabe der Szene im fertigen Bild gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Kamera ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Belichtungssteuerungsvorrichtung einer Kamera gemäß der Erfindung,

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Pig. 2 ein Diagramm, in welchem die Bewegung eines Farbkorrekturfilters bzw. eines Steuerstroms für ein derartiges Korrekturfilter über der Brückenspannung einer in Fig. 1 dargestellten Brückenschaltung der Belichtungssteuerungsvorrichtung aufgetragen ist.

Die nachfolgend beschriebene Belichtungssteuerungsvorrichtung
eignet sich insbesondere für Kameras verschiedenster Art, beispielsweise Stehbild- oder Laufbildkameras.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Belichtungssteuerung enthält in ihrem Signalerzeugungsteil ein Photoelement 12 - hier eine Sperrschicht-Photozelle -, das eine logarithmische Abhängigkeit von der Lichtstärke aufweist und welches eine Spannung erzeugt, deren Wechselspannungskomponente der Wechselfrequenz des auffallenden Lichtes entspricht. Bei einer künstlichen Lichtquelle beträgt die Lichtwechselfrequenz das Doppelte der Netzfrequenz. Die vom Photoelement 12 erzeugte Spannung besitzt
eine Gleichspannungskomponente, welche der durchschnittlichen
Lichtintensität proportional ist.

Wenn man das Helligkeitsmaximum innerhalb einer Periode der
Lichtwechselfrequenz mit I. und das Helligkeitsminimum mit I^
bezeichnet, dann ist die vom Photoelement 12 erzeugte Wechselspannung V, welche an einem Wechselspannungskopplungskondensator I¹I anliegt, proportional dem Logarithmus I^ minus dem Logarithmus I. oder dem Logarithmus (I^/Ij).

Der Kondensator lf\ blockiert den Gleichspannungsanteil der Spannung V und läßt lediglich deren Wechselspannungskomponente bis zu einem Wechselspannungsverstärker 16 mit hoher Eingangsimpedanz durch. Der Wechselspannungsverstärker 16 weist einen Operationsverstärker 18 sowie einen Gegenkopplungswiderstand 20

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auf. Für den Verstärkungsfaktor K des Wechselspannungsverstärkers 16 ergibt sich

K = R₁ZZ₃

wobei FL den Wert des Widerstandes 20 und Z die Impedanz des Kondensators 14 und eines Widerstandes 22 darstellt.

Ein Kondensator 24 blockiert den Gleichspannungsanteil der am Verstärkerausgang anfallenden Spannung, welche im Steuerteil der Vorrichtung zur Belichtungssteuerung einer Brücke 26 zugeführt wird, die Dioden 28 bis 31 zum Gleichrichten des für eine elektromechanische Steuereinrichtung 32 benutzten Stromes aufweist. Der Kondensator 24 könnte natürlich entfallen, wenn der Wechselspannungsverstärker 16 derart eingestellt ist, daß der Gleichspannungsanteil am Ausgang des Verstärkers auf Null reduziert ist. Die Steuereinrichtung 32 hat die Funktion eines Servomotors und setzt den gleichgerichteten Strom in einen Rotationsantrieb um, welcher durch die unterbrochene Linie 34 dargestellt ist und auf eine Steuerkurve 36 einwirkt. Bei Drehung der Steuerkurve 36 wird ein Arm 38 entgegen einer Rückstellkraft, wie beispielsweise einer nicht dargestellten Feder, bewegt. Der Arm 38 ist an seinem Ende 40 schwenkbar gelagert und trägt an seinem hiervon abgekehrten Ende ein abgestuftes Filter 42, das in Fig. 1 mit einem Bereich eine Lichtdurchtrittsöffnung 44 bedeckt. Das Filter 42 weist drei derartige Bereiche 42a, 42b und 42c auf, welche je nach spektralem Verhalten des Films einen Farbausgleich des zur Belichtung verwendeten Lichts bewirken. Beispielsweise kann der Bereich 42a zum Farbausgleich bei natürlichem Licht, der Bereich 42b zum Farbausgleich bei Glühlampenlicht und der Bereich 42c zum Farbausgleich bei Leuchtstofflicht Verwendung finden. Einer der in Fig. 1 vorgesehenen Filterbereiche kann natürlich ohne Filterwirkung sein, wenn die Farbtemperatur des Films auf die zur Anwendung kommende Lichtquelle abgestimmt ist.

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Geht man davon aus, daß die Lichtquelle mit 60 Hertz betrieben wird, dann liegt an der Steuereinrichtung 32 eine Brummsρannung mit einer Frequenz von 240 Hertz, dem 4-fachen der Netzfrequenz. Ein parallel zur Steuereinrichtung 32 angeordneter Kondensator 46 schließt diese Wechselspannungskomponente kurz. Eine Zenerdiode 48 ist ebenfalls parallel zur Steuereinrichtung 32 angeordnet und schaltet bei einer vorgegebenen Spannung durch. Ein in Reihe mit der Zenerdiode 48 liegender Widerstand 50 sorgt jedoch dafür, daß auch nach dem Durchschalten der Zenerdiode ein Teil des Stromes durch die Steuereinrichtung 32 hindurchfließt.

Funktion

Geht man davon aus, daß eine künstliche Lichtquelle von einer Netzleitung mit beispielsweise 60 Hertz gespeist wird, dann beträgt die Lichtwechselfrequenz das Doppelte der Netzfrequenz, nämlich 120 Hertz. Bei Wolframlampen und Leuchtstofflampen ist die Lichtwechselfrequenz unterschiedlich stark ausgeprägt. Dies bedeutet, daß die von einer Leuchtstofflampe kommende Beleuchtung wesentlich stärker der Netζfrequenz folgt, als dies bei einer Beleuchtung von einer Wolframlampe der Fall ist. Letztere hat die Neigung, während einer Periode einen geringeren Unterschied zwischen dem Helligkeitsmaximum und dem Helligkeitsminimum aufzuweisen. Natürlich ist die Intensität des Lichts natürlicher Lichtquellen von der Netzfrequenz unabhängig und führt somit zu einer im wesentlichen konstanten Beleuchtung.

Wie zuvor bereits erwähnt, handelt es sich beim sogenannten Flackerquotienten einer Lichtquelle um das Verhältnis des Helligkeitsmaximums zum Helligkeitsminimum je Zeiteinheit. Der Flackerquotient einer Leuchtstofflampe ist dabei viel größer als der Flackerquotient einer Glühlampe. Natürliches Licht hat einen Flackerquotienten von ungefähr 1, was auch für mit Gleichstrom betriebene Lichtquellen der Fall ist.

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Trifft Licht von einer dieser Lichtquellen auf das Photoelement 12 auf, dann verhält sich das Photoelement logarithmisch und erzeugt an seinem Ausgang eine Wechselspannung, welche proportional dem Logarithmus des Flackerquotienten ist. Es wurde herausgefunden, daß dieser Betrag bis zu lOmal größer ist bei Leuchtstofflichtquellen als bei Glühlampenlichtquellen, und zwar unabhängig von der Leistung der Lampen.

Der Ausgang des Kondensators 14, welcher durch das Lichtstärkenverhältnis und nicht durch die Größenordnung der Beleuchtung bestimmt ist, wird vom Verstärker 16 verstärkt und mittels der Brücke 26 gleichgerichtet. Der Brückenstrom betätigt die Steuereinrichtung 32 in einer Weise, daß bei geringen Strömen, welche natürlichem Szenenlicht zugeordnet sind, der Filterbereich 42a über der Lichtdurchtrittsöffnung 44 zu liegen kommt, während für mittlere Ströme, welche Glühlampenlichtquellen zugeordnet sind, der Filterbereich 42b im Strahlengang angeordnet ist und bei hohen Strömen, welche Leuchtstofflicht zugeordnet ist, der Filterbereich 42c.

Bei einer von Null bis Zehn reichenden Skala wurde herausgefunden, daß folgende ungefähre Spannungsbereiche an der Brücke 26 für natürliches Licht, Glühlampenlicht und Leuchtstofflicht anfallen:

Lichtquelle Ungefährer

Spannungsbereich

Natürliches Licht O bis 0,1

Glühlampenlicht 0,5 bis 1,0 Tabelle 1

Leuchtstofflicht 9 bis 10

Handelt es sich bei der Steuereinrichtung 32 um eine Einrichtung mit linearem Verhalten, dann wird das Filter 42 mit zunehmendem und abnehmendem Strom mittels der Steuereinrichtung 32 gleichmä-

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ßig verschwenkt. Um zu ermöglichen, daß die Filterbereiche 42a, 42b und 1*2 c über dem Bogen des Filters 42 gleichmäßig angeordnet werden können, sind die Zenerdiode 48 sowie der Widerstand 50 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Zenerdiode 48 derart gewählt, daß sie bei der für Glühlampenlicht vorgesehenen geringsten Spannung, dem Wert 0,5 auf der Skala in Tabelle durchschaltet. Der Widerstand 50 ist dabei derart gewählt, daß sein Wert 1/20 des inneren Widerstandes der Steuereinrichtung beträgt, so daß beim Durchschalten der Zenerdiode 48 95 % des Stromes durch den Widerstand 50 abfließen und 5 % des Stromes der Steuereinrichtung 32 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des durch die Steuereinrichtung 32 fließenden Stroms, welcher über die Spannung der Brücke 26 aufgetragen ist. Wird die Szene mit natürlichem Licht beleuchtet, dann beträgt die Spannung auf der Skala weniger als 0,1 und das Filter 42 liegt an einem Anschlag 52 an (Fig. 1). Bei Beleuchtung mit Glühlampenlicht beträgt die Spannung zwischen 0,5 und 1 auf der Skala, wobei der Filterbereich 42b sich im Strahlengang der Lichtdurchtrittsöffnung befindet. Erreicht die Spannung 9 auf der Skala, dann kommt das Filter 42 zur Anlage an einem Anschlag 54, wodurch Filterbereich 42c in den Strahlengang der Lichtdurchtrittsöffnung 44 gelangt. Das Filter 42 folgt in seiner Position dem durch die Steuereinrichtung 32 fließenden Strom mit Ausnahme der Stellungen, wenn das Filter am Anschlag 52 bzw. 54 anliegt.

Natürlich ist es möglich, daß die zu photographierende Szene mit einer Mischung aus Licht, beispielsweise Licht von mehreren Lichtquellen unterschiedlicher Art beleuchtet wird. Die an der Brücke 26 anfallende Spannung beträgt (1) bei einer Mischung von natürlichem und Glühlampenlicht ungefähr zwischen 0,1 und 0,5 auf der Skala, während sie (2) bei einer Mischung von Glühlampenlicht und Leuchtstofflicht ungefähr zwischen 1,0 und 9»0 beträgt. Hat man unter den Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung derartige Verhältnisse zu erwarten, dann kön-

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nen geeignete Filter zwischen den Filterbereichen 42a und 42b und zwischen den Filtorbereichen 42b und 42c zum Ausgleich für das Mischlicht vorgesehen sein.

Es hat sich auch herausgestellt, daß die Anordnung eines negativen Infrarotfilters, beispielsweise eines Hitze absorbierenden Glases, vor dem Photoelement 12 von Vorteil sein kann. Dies stellt sicher, daß lediglich sichtbares Licht auf das Photoelement auftrifft und dieses demzufolge lediglich auf sichtbares Licht reagiert.

Bei einer nicht näher dargestellten abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Belichtungssteuerung gemäß der Erfindung könnte die Steuereinrichtung 32 zur Einstellung einer Kodiereinrichtung benutzt werden, mit deren Hilfe das benutzte photographische Material, beispielsweise durch Belichten des Randes des photographischen Materials, mit einer über die Art der Beleuchtung versehenen Information kodierbar ist. Diese Kodierung könnte zur Einstellung eines Printers benutzt werden, welcher die notwendige Farbkorrektur bewirken würde.

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Claims

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30. September 1977

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Patentansprüche

( 1.] Photographisches Verfahren zum Bestimmen der FärbabStimmung einer Szene, welche auf lichtempfindlichem Material vorgegebener Farbtemperaturabstimmung aufgezeichnet werden soll, und zur Bildung eines hiervon abhängigen Korrekturfaktors bei nicht auf die Farbtemperatur des lichtempfindlichen Materials abgestimmtem Szenenlicht, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) den Wechsellichtanteil des Szenenlichts ermittelt

(b) das Verhältnis von Helligkeitsmaximum zu Helligkeitsminimum des Szenenlichts bildet und

(c) in Abhängigkeit vom Wert dieses Verhältnisses, dem Flackerquotienten, den Korrekturfaktor für das jeweilige Szenenlicht bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das zur Belichtung des lichtempfindlichen Materials benutzte Szenenlicht mittels des Korrekturfaktors in seiner Farbabstimmung an die Farbtemperaturabstimmung des lichtempfindlichen Materials angleicht.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Korrekturfaktor zur Kodierung des lichtempfindlichen Materials verwendet und diese Kodierung beim Entwickeln und/ oder Kopieren des Materials berücksichtigt.
4. Kamera zur Aufzeichnung einer Szene auf lichtempfindlichem Material vorgegebener Färbtemperatur, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines von der FärbabStimmung des Szenenlichts abhängigen Steuersignals sowie einer auf dieses Signal ansprechenden Steuereinrichtung, die bei Szenenlicht, auf welches das lichtempfindliche Material nicht abgestimmt ist, eine Farbkorrektur des auf das Material auftreffenden Lichtes mittels eines in den optischen Strahlengang der Kamera bewegbaren Farbkorrekturfilters bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung eine Schaltung (12, 16) aufweist, die als Steuersignal den Flackerquotienten I_b/I_d des Szenenlichts bildet, wobei I, dem Helligkeitsmaximum des Szenenlichts und I^ dem Helligkeitsminimum des Szenenlichts

je Zeiteinheit entspricht, und daß eine elektromechanische Einrichtung (32) der Steuereinrichtung (26) einen dem jeweiligen Flackerquotienten zugeordneten Filterbereich (42a bzw. 42b bzw. 42c) des Farbkorrekturfilters (42) im Strahlengang positioniert.
5. Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein Photoelement (12) aufweist, das eine Spannung erzeugt, deren Wechselstromkomponente proportional zum Logarithmus des Flackerquotienten des Szenenlichts ist.
6. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator (14) aufweist, der die Gleichstromkomponente der vom Photoelement (12) erzeugten Spannung blockiert.

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7· Kamera nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltung einen Wechselspannungsverstärker (16) mit hoher Eingangsimpedanz sowie eine Diodenbrücke (26) zur Gleichrichtung des Verstärkerausgangs aufweist.
8. Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Zenerdiode (48) aufweist, welche in Reihe mit einem Widerstand (50) unter Parallelschaltung zur Klemme des
Brückenausgangs angeordnet ist.

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