DE647990C

DE647990C - Television scanning method

Info

Publication number: DE647990C
Application number: DET42230D
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Schroeter
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1933-03-09
Filing date: 1933-03-09
Publication date: 1937-07-19

Description

Die Erfindung bezieht.sich auf die Fernsehabtastung von reflektierenden, oder lichtdurchlässigen Übertragungsgegenständen, hauptsächlich von lebenden Personen und bewegten Vorgängen, und bezweckt, die Grenze der bei den Fernsehübertragungen · anwendbaren Zeilenzahlen zu erhöhen. Die bisher verwendeten Zerlegereinrichtungen, z. B. Lochscheiben oder Spiegel räder, haben bekanntlich eine Grenze für die Feinzerlegung des Bildes, d. h. für die anwendbare Zeilenzahl; diese Grenze ist durch den "öptischphotoelektrischen Wirkungsgrad der Anordnung gegeben. Erhöht man nämlich die Anzahl der Bildzeilen bei gleichbleibender Größe des Bildfeldes, so nimmt der auf den Abtastlichtpunkt entfällende Lichtstrom, ab. Dementsprechend wird das photoelektrische Bildsignal schwächer, - so daß es schließlich in dem Störspiegel des Verstärkers untergeht, . der durch Diskontinuitäten der Elektronenemission, durch Schwankungserscheinungen usw. bedingt ist.The invention relates to the television scanning of reflective, or translucent Objects of transfer, mainly from living people and moving processes, and intended to limit the boundary to increase the number of lines applicable to television broadcasts. The so far dismantling devices used, e.g. B. perforated disks or mirror wheels are known to have a limit to the fine-graining of the image, d. H. for the applicable number of lines; this limit is by the "optischphotoelectric" Given the efficiency of the arrangement. If you increase the number of the image lines with the same size of the image field, the takes on the scanning light point omitted luminous flux, from. Accordingly, the photoelectric Image signal weaker - so that it is finally drowned in the noise mirror of the amplifier,. that due to discontinuities in the electron emission, due to fluctuations etc. is conditional.

Die Erfahrung bestätigt, daß zur Erkennbarkeit eines Bildes hauptsächlich die hell be- _; ί leuchteten Teile beitragen, während die dunkleren Stellen für die Deutlichkeit eine geringere Rolle spielen. Dementsprechend macht sich die Erfindung die Möglichkeit zunutze, an den dunkleren Teilen des zu übertragenden Bildes eine gröbere Rasterung zu wählen als an den helleren. Die Grenzen bei den bekannten Anordnungen ergeben sich nun für das hier als Beispiel gewählte Verfahren des über das Bildfeld bewegten Abtastlichtflecks daraus, daß dessen Größe durch die projizierte Blende entsprechend der gewählten Zeilenzahl unveränderlich festgelegt wird (meist ist dessen Ausdehnung längs und quer zur Zeilenrichtung etwa gleich.der Zeilenbreite). "Hierdurch erhält man im Grenzfalle· zwar noch an den helleren, also stark reflektierenden Stellen eine genügende Belichtung, d. h. eine hinreichende Stromstärke / in der Photozelle (s. Abb. 1 in der Zeichnung); an den dunkleren Stellen aber wird das photoelektrische Bildsignal b zu schwach, weil es in der Größe des Störspiegels 5" der Photozelle liegt.Experience confirms that for an image to be recognizable it is mainly the brightly _; ί illuminated parts contribute, while the darker areas play a lesser role in terms of clarity. Accordingly, the invention makes use of the possibility of choosing a coarser grid on the darker parts of the image to be transmitted than on the lighter ones. The limits in the known arrangements result for the method chosen here as an example of the scanning light spot moved across the image field from the fact that its size is fixed by the projected aperture in accordance with the selected number of lines (mostly its extent is approximately the same along and across the line direction the line width). "This is obtained in the limiting case · still on the lighter, that is highly reflective bodies sufficient light, (1 see Figure in the drawing..) That is a sufficient current strength / in the photocell, to the darker parts but is the photoelectric image signal b too weak because it is the size of the 5 "interfering mirror of the photocell.

Zur Überwindung dieser Grenze der Verstärkbarkeit sieht die Erfindung eine Veränderlichkeit der Größe des Abtastlichtflecks bzw. der Blende in folgender Art vor: Die hellen Stellen des' Bildes werden wie üblich mit der für die gewählte Zeilenzahl richtig eingestellten Lichtfleck- bzw. Blendengröße abgetastet, denn sie liefern ja eine dieser Zeilenzahl entsprechende Abbildungsschärfe. Die Lichtdichte in der Blende habe nun bei den hellsten Bildstellen ihr Maximum in Abhän-To overcome this limit of amplification, the invention envisages variability the size of the scanning light spot or the aperture in the following way: The bright areas of the 'image are as usual with the correctly set light spot or aperture size for the selected number of lines scanned, because they deliver one of this number of lines corresponding image sharpness. The light density in the aperture is now at the brightest image areas their maximum depending on

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr. Fritß Schröter in Berlin^Dr. Fritß Schröter in Berlin ^

gigkeit von der Flächenhelligkeit der Lichtquelle und dem Wirkungsgrad der Optik: sie kann dann nicht mehr gesteigert werden.of the surface brightness of the light source and the efficiency of the optics: they can then no longer be increased.

Bei den dunkleren Stellen wird nun erfin-^J dungsgemäß durch die unten beschriebene An=- ordnung der Lichtfleck bzw. die Blende (·& jedem Falle der Lichtstrom) vergrößert, wäh rend gleichzeitig die Gesamtverstärkung des Photoverstärkers proportional jener Vergrößerung vermindert wird. Auf diese Weise wird dann ein günstigeres Amplitudenverhältnis des Bildsignals zum Störspiegel des Photostromverstärkereingangs erreicht, während durch Herabdrosselung der nachfolgenden Verstärkung die am Ausgang des Photoverstärkers erhaltene Signalamplitude im richtigen Verhältnis korrigiert ist.In the darker parts will now inventions ^J dung to the invention by the below-described An = - arrangement of the light spot or the aperture (· each case, the luminous flux) is increased, currency rend the same time the overall gain of the photo-amplifier is proportional to that magnification is reduced. In this way, a more favorable amplitude ratio of the image signal to the interference mirror of the photocurrent amplifier input is achieved, while the signal amplitude obtained at the output of the photocurrent amplifier is corrected in the correct ratio by reducing the subsequent amplification.

Um dies zu veranschaulichen, sei angenom-, men, die Helligkeit, d. h. bei einem undurchsichtigen übertragungsgegenstande das Reflexionsvermögen, verhalte sich an zwei miteinander zu vergleichenden Stellen des Bildfeldes wie io: i. Dementsprechend würde sich auch der auf die Photozelle gelangende Teil des abtastenden Lichtstromes und mit ihm die Photostromstärke ändern. Verzehnfacht man jetzt aber beim Abtasten des dunkleren Teiles den auftreffenden Lichtstrom (z. B. durch Vergrößerung der Blende bzw. des Lichtflecks), während in Verbindung damit die Gesamtverstärkung des Bildsignals auf Y₁₀ reduziert wird, so hebt die Vergrößerung des Lichtstromes die Verminderung des Reflexionsvermögens gerade auf, und es trifft der gleiche Lichtstrom wie zuvor die Photozelle. Das Bildsignal kann also (vgl. Abb. i) genügend oberhalb des Störspiegels bleiben, es entsteht jedoch am Ausgang V_ltt der zuvor erzielten Spannung, so daß beim Empfänger das richtige Helligkeitsverhältnis im wiedergegebenen Bild gesteuert wird.To illustrate this, let us assume that the brightness, ie the reflectivity in the case of an opaque object of transmission, behaves like io at two points of the image field that are to be compared with one another: i. Correspondingly, the part of the scanning luminous flux reaching the photocell and with it the photocurrent intensity would also change. However, when scanning the darker part, the incident luminous flux is increased tenfold (e.g. by enlarging the aperture or the light spot), while in connection with this the overall amplification of the image signal is reduced to Y ₁₀ , the increase in the luminous flux lifts the reduction in the Reflectivity, and the same luminous flux as before hits the photocell. The image signal can therefore (see Fig. I) remain sufficiently above the interference mirror, but the _{voltage previously achieved at the output V ltt} , so that the correct brightness ratio is controlled in the displayed image at the receiver.

Bei Anwendung dieses Verfahrens sieht man im Fernbilde die helleren, für die Erkennbarkeit wesentlichen Teile scharf gerastert (Lichtfleck klein), während die Rasterung in den dunklen Teilen weniger fein ist (Lichtfleck vergrößert). Selbstverständlich braucht man nicht wie bei dem vorstehenden Zahlenbeispiel den Ausgleich innerhalb des gesamten Helligkeitsintervalls vorzunehmen; man kann sich vielmehr darauf beschränken, den Ausgleich nur für einen bestimmten Bereich der dunkleren Tönungsstufen durchzuführen. Den Lichtfleck und damit das Rasterelement braucht man nicht zu vergrößern, wenn eine vorübergehende Steigerung der Abtastlichtstromdichte an den dunkleren Stellen des Bildes zulässig ist. Man braucht dann nur den auf die gleiche Fleckgröße entfallenden Lichtstrom zu erhöhen. Ein derartiger FaH wäre z. B. bei der Braunschen Röhre als Abtaster gegeben, wenn die Intensität des Lichtflecks mit Bezug auf die Haltbarkeit des Schirmmaterials so gewählt ist, daß sie zeit-•Ji^feilige, aber nicht dauernde Steigerungen 65* ■Erträgt.If this method is used, the lighter ones can be seen in the distant image, for the sake of recognizability essential parts sharply rasterized (light spot small), while the rasterization is less fine in the dark parts (light spot enlarged). Of course you do not need the compensation within the as in the numerical example above make the entire brightness interval; one can rather limit oneself to to compensate only for a certain range of the darker tint levels. The light spot and thus the raster element do not need to be enlarged if there is a temporary increase in the scanning luminous flux density is allowed in the darker parts of the picture. You then only need that which is allotted to the same spot size Increase luminous flux. Such a FaH would be z. B. in the Braun tube as Given when the intensity of the light spot with respect to the durability of the scanner Screen material is chosen in such a way that it but not permanent increases 65 * ■ Takes place.

',-•Die Erhöhung des vom abtastenden Lichtfleck dem Bildelement zugeführten Lichtstromes,in Abhängigkeit von der vorgefundenen Helligkeit erfolgt gemäß der Erfindung selbsttätig durch eine Vorrichtung, welche gleichzeitig, wie angegeben, die Verstärkung des Bildsignals regelt. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Abb. 2 schematisch dargestellt. Als Abtastvorrichtung· ist hier eine Braunsche Röhre B angenommen mit der Kathode K, dem zur Dosierung der den Elektronenstrahl bildenden Elektronen dienenden Wehneltzylinder Z, der Anode A und den zur Zentrierung des Strahles dienenden elektrostatisehen Linsen E₁, E_t. Der Lichtfleck wird in bekannter Weise mittels der Ablenkplattenpaare P₁, P₂ zeilenweise über das Bildfeld bewegt und durch eine Optik O auf den Übertragungsgegenstand G geworfen. Es wird ferner vorausgesetzt, daß die Fluoreszenzhelligkeit an der Auftreffstelle des Elektronenbündels auf den Leuchtschirm S bereits gesättigt ist, so daß eine Erhöhung der Elektronenstromdichte zur weiteren Helligkeitserhöhung nicht beitragen würde. Man wird in der Praxis stets nahe an diesem Zustand arbeiten, da man naturgemäß die größte überhaupt erzielbare Leuchtdichte des Lichtflecks anstrebt. Nun kann die Größe des Lichtflecks unter entsprechender Steigerung des Elektronenstromes durch bekannte Mittel elektrostatisch verändert werden. Diese Veränderungen des wirksamen Querschnitts des Lichtbündels und der Elektronenmenge werden z. B., wie Abb. 2 zeigt, von einem mit dem Photoverstärker V₁, an dessen Eingang die b'eiden" Photozellen FZ₁, PZ₂ angeschlossen sind, gekoppelten Gleichrichter R gesteuert, dessen den lichtelektrischen Eingangssignalen entsprechende Richtspannung sowohl rückwärts auf dem Abtastlichtfleck durch Regelung des Steuerverstärkers F₈ als auch vorwärts auf die nachfolgenden Verstärker F₂ regelnd einwirkt.According to the invention, the increase in the luminous flux supplied to the picture element by the scanning light spot, depending on the brightness found, is carried out automatically by a device which, as indicated, simultaneously regulates the amplification of the picture signal. An exemplary embodiment is shown schematically in FIG. A Braun tube B is assumed here as the scanning device with the cathode K, the Wehnelt cylinder Z serving to dose the electrons forming the electron beam, the anode A and the electrostatic lenses E ₁ , E _t serving to center the beam . The light spot is moved line by line across the image field by means of the deflection plate pairs P ₁ , P ₂ in a known manner and is thrown onto the object G by means of an optical system. It is also assumed that the fluorescence brightness at the point of impact of the electron beam on the luminescent screen S is already saturated, so that an increase in the electron current density would not contribute to a further increase in brightness. In practice, one will always work close to this state, since one naturally strives for the greatest possible luminance of the light spot. Now the size of the light spot can be changed electrostatically by known means with a corresponding increase in the electron flow. These changes in the effective cross section of the light beam and the amount of electrons are z. B., as Fig. 2 shows, controlled by a rectifier R coupled to the photo amplifier V ₁ , to whose input the two "photo cells FZ ₁ , PZ _{2 are} connected, whose directional voltage corresponding to the photoelectric input signals both backwards on the scanning light spot acts by regulating the control _{amplifier F 8} as well as forward on the subsequent amplifier F _2.

Diese Regelung geht im einzelnen folgendermaßen vor sich: Der Widerstand CR im Anodenkreis der Röhre sei in bekannter Weise aus einem Obmschen Widerstand mit parallel geschalteter Kapazität zusammengesetzt^!^ Durch Bemessung dieses Gliedes ist die Zeitkonstante des Regelvorganges bestimmt, und s ergibt sich hieraus eine dosierte Verzögerung in der Einstellung der Größe des abtastenden Lichtpunktes. Bedeutet in der iao Abb. 3 J₀ bei ungeregeltem Zustand den ■ Photozeil en st rom beim Abtasten einer dunk-This regulation proceeds in detail as follows: Let the resistance CR in the anode circuit of the tube be composed in a known manner from an Obm resistance with a parallel connected capacitance ^! ^ By dimensioning this element the time constant of the regulation process is determined, and from this a metered one results Delay in setting the size of the scanning light point. In the iao Fig. 3 J _{0 means} in the unregulated state the ■ photo line en current when scanning a dark

len Stelle, der in der Amplitude vergleichbar ist dem Störstrom J_st, und ist ferner V₀ der zugehörige Verstärkungsgrad im ungeregelten Zustand, so entspricht der Größe von J₀ und V₀ eine bestimmte Ausgangsspannung des Bildverstärkers. Dieser entspricht wiederum eine bestimmte Helligkeit des Empfängerlichtpunktes, wie sie zur Wiedergabe der dunklen Bildstelle vorhanden sein soll.
ίο Wird nun die Regelvorrichtung eingeschaltet, so wird, wie in der rechten Hälfte der Abb. 3 dargestellt ist, durch die Vergrößerung des Kathodenlichtflecks der Abtaströhre der Dunkellichtstrom J_0R ansteigen und der iS Verstärkungsgrad V_0R entsprechend fallen, so daß der Bildverstärker in jedem Augenblick wieder die gleiche Ausgangsspannung wie früher liefert; Infolge der jetzt eingetretenen Vergrößerung der Lichtstärke des ao Abtastlichtfleckes tritt nun wieder eine Rückwirkung des Regel Vorganges ein; der Dunkelstrom J_0R, den die -Photozellen liefern, wird sich daher trotz gleichbleibender Tönung im abgetasteten Bild oszillierend auf und ab bewegen, und zwar mit einer Frequenz, die von dem Zeitkonstantenglied CR hinter der Röhre R abhängt. Im gleichen Rhythmus wird aber auch der Verstärkungsgrad V_0R, wie Abb. 3 zeigt, auf und ab gehen; dabei wird die Ausgangsspannung in jedem Augenblick konstant sein. Das Ergebnis ist, daß der Mittelwert J_M des von den Photozellen gelieferten Stromes höher liegt als J₀, der Störspiegel aber besser überwunden wird.
Bei mechanisch-optischen Abtastvorrichtungen können zur Durchführung der Erfindung beispielsweise Zusatzlichtströme dienen, die durch trägheitslose Lichtrelais im Bedarf sf alle eingeschaltet werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei Projektion des positiven Kraters einer Bogenlampe als Abtastlichtfleck die Stromstärke des Bogens so weit zu steigern, daß der Kraterdurchmesser und (in geringerem Maße) zugleich die Leuchtdichte wächst. In diesem Falle_ sind natürlich keine begrenzenden Blenden im Strahlenwege zulässig.len point, which is comparable in amplitude to the interference current J _st , and if V _{0 is} the associated gain in the unregulated state, then the size of J ₀ and V ₀ corresponds to a certain output voltage of the image intensifier. This in turn corresponds to a certain brightness of the receiver light point, as it should be present to reproduce the dark image area.
ίο If the control device is now switched on, as shown in the right half of Fig. 3, the dark luminous flux J _{0R will} increase and the gain V _{0R will decrease} accordingly, so that the image intensifier will be used at every moment returns the same output voltage as before; As a result of the increase in the light intensity of the ao scanning light spot that has now occurred, the regulating process now has a retroactive effect; the dark current J _{0R supplied} by the photocells will therefore move up and down in an oscillating manner in spite of the constant hue in the scanned image, namely with a frequency which depends on the time constant element CR behind the tube R. In the same rhythm, however, the _degree of amplification V 0R, as Fig. 3 shows, will go up and down; the output voltage will be constant at all times. The result is that the mean value J _M of the current supplied by the photocells is higher than J ₀ , but the interference mirror is better overcome.
In the case of mechanical-optical scanning devices, additional luminous fluxes, for example, can be used to carry out the invention, all of which are switched on as required by inertia-free light relays. Another possibility is, when projecting the positive crater of an arc lamp as a scanning light spot, to increase the current intensity of the arc to such an extent that the crater diameter and (to a lesser extent) the luminance increase at the same time. In this case, of course, no limiting diaphragms are permitted in the beam path.

Claims

Patent claims:

i. Television scanning method, characterized in that automatically dependent on the brightness of the image, both the intensity of the scanning light incident on the object to be transmitted Current changes and at the same time a gain control of the image modulation voltages supplied by the photocell is made in such a way that the output voltage corresponds to the brightness of the each scanned 'picture element remains proportional.

2. The method according to claim 1, characterized in that when using a scanning the object of transmission

- Light spots of constant light density, the size of which in the darker ones Digit is increased while simultaneously increasing the gain of the photo amplifier reduced proportionally to the magnification of the scanning luminous flux will.

3. Arrangement for carrying out the method according to claim 1 in Braun tubes as a scanning element, characterized in that the intensity and / or the size of the light spot from the photocurrent amplifier is retroactively controlled electrostatically _s by the same device, which the amount of the following Reinforcement regulates.

1 sheet of drawings