DE628663C - Fernseh- und Bilduebertragungsverfahren, bei welchem die langsamen AEnderungen des Photozellenstromes waehrend der UEbertragung unterdrueckt werden - Google Patents

Description

Bei Bildübertragungseinrichtungen erfolgt die Bildabtastung gewöhnlich zeilenweise mit einer bestimmten Abtastgeschwindigkeit, die durch die sogenannte Zeilenfrequenz gegeben ist. Der bei der Abtastung in der lichtelektrischen Zelle entstehende Photozelleristrom wird, über einen bestimmten Zeitabschnitt genommen, einen mittleren Wert haben, der von der mittleren Bildhelligkeit aller Bildpunkte abhängt, die auf diesen Zeitabschnitt entfallen. Dieser Mittelwert des Photozellenstromes ändert sich daher relativ langsam, während sein Augenblicks wert jeweils sehr schnelle Änderungen erfährt entsprechend der wechselnden Helligkeit von Bildpunkt zu Bildpunkt. Der beim Sender durch die lichtelektrische Zelle erzeugte Photozellenstrom kann demzufolge als eine Überlagerung von zwei Stromkomponenten angesehen werden, einer Gleichstromkomponente, die sich, nur langsam entsprechend der mittleren Bildhelligkeit ändert, und einer Wechselstromkomponente, die sich schnell entsprechend der relativen Helligkeit der einzelnen Bildpunkte ändert.

Während die sich schnell ändernde Wechselstromkomponente des Photozellenstromes leicht und.verzerrungsfrei verstärkt und zum Empfänger übertragen werden kann, ergeben sich für die Verstärkung und Übertragung der anderen sich langsam ändernden Gleichstromkomponente erhebliche Schwierigkeiten, da diese von den gebräuchlichen Verstärkereinrichtungen unterdrückt werden. Die Folge davon ist, daß im Empfänger die Änderungen der mittleren Bildhelligkeit entsprechend denen beim Sender nicht wiedergegeben -werden können, so daß der Hintergrund oder die Stimmungen eines Bildes nicht naturgetreu wiedergegeben werden.

Um diesen ■ Fehler zu vermeiden, hat man bereits besondere Verstärker gebaut, bei denen die sich, langsam ändernden Gleichstromkomponenten des Photozellenstromes nicht unterdrückt werden. Diese Gleichstromverstärker neigen jedoch zur Unstabilität, weil der Verstärkungsfaktor sich mit der Größe der zu übertragenden hohen Impulse ändert. Sie sind daher für Fernsehzwecke nicht geeignet, bei denen hohe und verzerrungsfreie Verstärkungen des Photozellenstromes notwendig sind. Man hat daher vorgeschlagen, die Photozellenströme durch die gebräuchlichen Verstärkereinrichtungen zu

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verstärken, so daß die sich langsam ändernden Gleichstromkomponenten unterdrückt werden, dabei aber dem verstärkten Photozellenstrom, sei es am Sender, sei es am Empfänger, eine Gleichstromkömpensationskomponente zu überlagern, und diese von Hand aus, z. B. durch Änderung der Gittervorspannung einer Verstärkerröhre, zu regeln. Dies erfordert einerseits großes Geschick und ίο gestattet andererseits nicht, da das Bild am Sender nicht zugleich beobachtet werden kann, die mittlere Bildhelligkeit am Empfänger in jedem Zeitpunkt genau der jeweiligen mittleren Bildhelligkeit am Sender entsprechend einzustellen.

Gemäß der Erfindung werden nun die bei der Übertragung unterdrückten, sich langsam ändernden Gleichstromkomponenten dadurch ersetzt, daß im Empfänger eine Gleichstromao kompensationskomponente erzeugt wird. Ihre Größe wird in Abhängigkeit von der mittleren Bildhelligkeit im Sender durch Einfügung periodischer Unterbrechungen in den Photozellenstrom automatisch bestimmt. Da näm-Hch die Größe der durch die periodischen Unterbrechungen des Photozellenstromes hervorgebrachten Stromschwankungen vom Wert der sich langsam ändernden Gleichstromkomponente abhängt, kann andererseits die durch diese Stromschwankungen gesteuerte Kompensationsspannung im Empfänger die mittlere Bildhelligkeit entsprechend regeln.

Die Erzeugung der Kompensationsgleichspannung im Empfänger aus den übertragenen Unterbrechungen des Photozellenstromes kann z. B. in der Weise erfolgen, daß die gleichgerichteten Stromstöße, die den Unterbrechungen entsprechen, einen Kondensator aufladen, der von einem geeignet bemessenen Ableitungswiderstand überbrückt ist. Entsprechend der Größe der einzelnen Stromstöße stellt sich dann am Kondensator eine Spannung ein, die der mittleren Bildhelligkeit am Sender entspricht. Wenn diese Spannung dem Gitter e'iner Verstärkerföhre zugeführt wird, liefert deren Anodenstrom somit den gewünschten Kompensationsstrom.

An Hand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele ist die Erfindung erläutert.

In Abb. ι ist T ein Fernsehsender, der über ein Leitungssystem L mit einem Fernsehempfänger R verbunden ist. Am Sender T gelangt das Licht der Lichtquelle 1 durch ein Linsensystem zu der von einem Motor 4 angetriebenen Nipkowscheibe 2 mit der spiralförmigen Lochreihe 3, durch die öffnung 9 der Blende 8 und durch das Linsensystem S zum Bildfeld 6, das abgetastet werden soll. Der vom Blickfeld 6 reflektierte Abtaststrahl trifft auf die von der Gleichstromquelle 10 erregte lichtelektrische Zelle 7. Der hierin erzeugte Photozellenstrom wird im Verstärker H verstärkt und dann durch den Transformator 12 auf die Leitung L übertragen.

Die Öffnungen 3 der Nipkowscheibe 2 sind so angeordnet und die Blendenöffnung 9 ist so bemessen, daß jeweils nur das durch eine einzige öffnung 3 fallende Licht zum Blickfeld 6 gelangt. Gemäß der Erfindung gelangt nun unmittelbar nach Abtastung eines bestimmten-Bilidteiles, z.B. nach jeder Zeile, während einer bestimmten Zeit, die der Abtastzeit eines oder mehrerer Bildelemente entspricht, kein Licht zur Zelle 7. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß auf dem Bildfeld schwarze Flächenelemente an Stellen vorgesehen sind, die die eigentliche Bildabtastung und Übertragung nicht stören. Zweckmäßig wird hierzu der eine Rand des Bildfeldes 6 mit einem oder mehreren schwarzen Flächenelementen oder Streifen in der Breite eines Bildelementes versehen. Jedesmal, wenn der Abtaststrahl auf eine solche schwarze Flächenstelle gelangt, wird der Photozellenstrom für die entsprechende Zeit gleich Null.

Die gleiche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn die Abtastöffnungen der Nipkowscheibe so angeordnet werden, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten öffnungen 3 größer ist als die Breite der Blendenöffnung 9, und zwar um die Breite eines Bildelements, wie dies aus der Abb. 2 ersichtlich ist.

-Die gleichen Anordnungen, also z.B. schwarze Streifen am Rand des Bildfeldes 6 oder die Anordnung der öffnungen der Nipkowscheibe nach Abb. 2, können auch Anwendung finden, wenn das ganze Bildfeld 6 ständig gleichmäßig beleuchtet ist und die Abtastung durch Abbildung des Bildes in der Ebene der Nipkowscheibe erfolgt. In jedem Falle wird erreicht, daß während bestimmter Zeitabschnitte nach jeder Zeilenabtastung die Lichtzufuhr zur Photozelle 7 kurze Zeit unterbrochen wird.

Der auf diese Weise erzeugte Photozellenstrom hat die Form der Kurve C in Abb. 3. Er besteht aus einer sich langsam ändernden Gleichstromkomponente, die für den in Abb. 3 dargestellten kurzen Zeitabschnitt die Größe I hat, und einer diesem Gleichstrom überlagerten Wechselstromkomponente, die den Schwankungen der Bildhelligkeit von Bildpunkt zu Bildpunkt entspricht und die bekanntlich als ein Frequenzgemisch von zahlreichen reinen Sinusschwingungen verschiedener Frequenzen von 20 000 Perioden und mehr bis zu tiefen Frequenzen, die noch etwas unterhalb der Bildwechselfrequenz (z. B. 16 Perioden) liegen, angesehen, werden kann.

In dem Augenblick, in dem die lichtelektrische Zelle 7 kein Licht erhält, wenn der Abtaststrahl eines der erfindungsgemäß vorgesehenen schwarzen Flächenelemente trifft, sinkt der Photozellenstrom bis auf Null ab. Eine solche Stelle ist in Abb. 3 bei C₁ dargestellt.

Wird nun eine dem Photozellenstrom der Abb. 3 entsprechende ^Spannung dem Gitter

des Verstärkers 11 zugeführt, so wird in diesem die Gleichstromkomponente unterdrückt, so daß der vom Transformator 12 auf die Leitung L übertragene Strom nur noch die in Abb. 4 dargestellte Wechselstromkomponente enthält. In dieser sind jedoch Stromimpulse vorhanden (z.B. α in Abb. 4), die den periodischen Unterbrechungen entsprechen und deren Größe durch die Gleichstromkomponente I bestimmt ist.

Im Empfänger R steuert der ankommende Photozellenstrom den Verstärker 13, dessen Ausgangskreis mit dem Gitter eines weiteren Verstärkers 14 verbunden ist. Die Gittervorspannung der Röhre 14 wird durch die Anordnung 15, 16, 17, 18 hergestellt, deren Aufgabe und Wirkung unten näher erläutert ist. Der vom Ausgangskreis des Verstärkers 14 gelieferte verstärkte Photozellenstrom wird der Glimmlampe 19 zugeführt, die von einer Gleichstromquelle 20 ihre Vorspannung erhält. Die Bilderzeugung erfolgt in üblicher Weise mittels einer von einem Motor 23 angetriebenen Nipkowscheibe 21 mit einer spiralförmigen Reihe von Öffnungen 22. Die Beobachtung des Bildes geschieht durch die öffnung 24 der Blende 25. Zur Synchronisierung dient eine nicht dargestellte Einrichtung bekannter Art. Als Lichtquelle kann an Stelle der Glimmlampe 19 jedes andere geeignete Lichtrelais benutzt werden.

Die Herstellung der dem Sendebild entsprechenden mittleren Bildhelligkeit erfolgt im Empfänger gemäß der Erfindung durch eine geeignete Steuerung der Gittervorspannung der Verstärkerröhre 14. Diese Gittervorspannung für diese Röhre setzt sich zusammen aus der konstanten negativen Spannung der Stromquelle 15 und einer Spannung, die aus der vom Ausgangskreis des Verstärkers 13 übertragenen Photozellenwechselspannung mittels des Gleichrichters 16 gewonnen wird. Die gleichgerichtete Spannung lädt den Kondensator 17 ständig auf. Ein Teil dieser Ladung fließt durch den Ableitwiderstand 18 ab. Durch zweckmäßige Wahl des Kondensators 17 und des Widerstandes 18 kann die Spannung am Kondensator 17 und damit die Gittervorspannung der Verstärkerröhre 14 so geregelt werden, daß die Schwankungen der Bildhelligkeit im Empfänger die gleichen sind wie im Sender. Dies wird z. B.

erreicht, wenn die dem Kondensator zugeführte Ladung im wesentlichen durch die Schwankungen α (Abb. 4), die durch die periodischen Unterbrechungen bewirkt werden und deren Größe der mittleren Bildhelligkeit am Sender entspricht, bestimmt wird.

An Stelle des in Abb. 1 dargestellten Gleichrichters kann auch eine Zweielektrodenröhre 26 benutzt werden, wie sie in Abb. 5 dargestellt ist. Da es wegen der Verbindung mit der Heizstromquelle zweckmäßig ist, daß die Kathoden Erdpotential haben, wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Gleichrichterröhre 26, der Kondensator 17 und der Ableitwiderstand 18 im Gitterkreis einer besonderen Dreielektrodenröhre 27 angeordnet sind. Die gesamte in Abb. 5 dargestellte Anordnung ersetzt den Teil der in Abb. ι dargestellten Einrichtung zwischen den Linien 5-5 und 5-5.

Abb. 6 zeigt eine Einrichtung, in der die in Abb. ι oder 5 dargestellte Anordnung bei einer Übertragung mittels Trägerwelle einen Modulator im Sender steuert. Der von der Photozelle 7 gelieferte Photozellenstrom steuert den Verstärker 30, dessen Ausgangskreis mit der Steuereinrichtung 31 gekoppelt ist, welche die Teile 16, 17 und 18 der Abb. 1 oder die Teile 26, 17 und 18 der Abb. 5 enthält. Die Steuervorrichtung 31 ist mit einem Modulator 32 verbunden, dem die vom Generator 33 erzeugte Trägerwelle zugeführt wird.

Die modulierte Trägerwelle in der Aus- ' gangsleitung 34 ist auf diese Weise doppelt moduliert, und zwar einmal durch die Photozellen-Wechselströme der Abb. 4 entsprechend, außerdem aber durch eine von der Einrichtung 31 gelieferte Modulationsspannung entsprechend der mittleren Bildhelligkeit. Nach Demodulation der aufgenommenen modulierten Schwingung im Empfänger erhält man eine Spannung, die sich aus der Wechselstromkomponente des Photozellenstromes und einer langsam sich ändernden Gleichstromkomponente, die der mittleren Bildhelligkeit entspricht, zusammensetzt. Wird die sich langsam ändernde Gleichstromkomponente mit einem konstanten Gleichstrom kombiniert, so kann erreicht werden, daß ein Gleichstrom von konstanter Amplitude unterdrückt wird, welcher durch die Gleichrichtung der Trägerkomponente erzeugt wird und beseitigt werden muß, da er in den Signalströmen am Sender ursprünglich nicht enthalten ist. Es bleiben dann nur noch die langsamen Änderungen dieser Gleichstromkomponente übrig, die zusammen mit der Wechselstfomkomponente des Photozellenstromes einen Strom ergeben, der dem ursprünglichen Photozellenstrom der Photozelle 7 am Sender völlig gleicht, und zwar nicht nur in den schnellen

Änderungen von Bildpunkt zu Bildpunkt, sondern auch in den langsamen der mittleren Bildhelligkeit entsprechenden Änderungen.

Die Erfindung gestattet im Rahmen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens vielfache Abänderungen; sie kann z. B. in Verbindung mit Verfahren benutzt werden, bei denen die empfangenen Bilder auf photographischem Wege erzeugt werden,

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Fernseh- und Bildübertragungsverfahren, bei welchem die langsamen, der mittleren Bildhelligkeit entsprechenden Änderungen des Photozellenstromes während der Verstärkung oder Übertragung unterdrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von beim Sender erfolgenden periodischen Unterbrechungen des Photozellenstromes eine Kompensationsspannung erzeugt wird, welche die unterdrückten Änderungen des Photozellenstromes im Empfänger wieder zur Wirkung bringt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der periodisch unterbrochene Photozellenstrom nach Gleichrichtung einen von einem Ableitungswiderstand (18) überbrückten Kondensator (17) auflädt, dessen aufgeladene Spannung die mittlere Bildhelligkeit im Empfänger, z. B. durch Steuerung der Gittervorspannung eines Verstärkers (14), regelt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Unterbrechungen des Abtaststrahles, welche die periodischen Unterbrechungen des Photozellenstromes bewirken.

4. Einrichtung . nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anbringung eines oder mehrerer dunkler Flächenelemente in dem Bildfeld, z. B. schwarzer Streifen am Rande des Bildes.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten öffnungen einer Abtastscheibe (Nipkowscheibe) größer ist als die öffnung einer zur Begrenzung des Bildfeldes dienenden Blende.

6. Einrichtung nach' den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung im Sender die Trägerwelle moduliert, welche auch zur Übertragung der Bildimpulse bestimmt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen