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Fernsehübertragungsverfahren für farbige Bilder Zur Zeit werden ferngesehene
Bilder farbiger Objekte einzig und allein als Schwarzw ei. iß bilder wiedergegeben,
wodurch die Farbenfreudigkeit und Lebendigkeit verlorengehen und die Empfangsbilder
in ihrer Erkennbarkeit mangels nicht unwichtiger Erkennungsmerkmale (Plastik, Wärme
bzw. Kälte der Farben) Einbuße erleiden. Eine Mitübertragung des Farbeninhaltes
würde also neben der Ergänzung des Toninhaltes eine wesentliche Steigerung der Bildnatürlichkeit
zur Folge haben.
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Sämtlichen bisher bekanntgewordenen Vorschlägen zur Übertragung farbiger
(Fernseh-) Bilder ist eine zur indirekten Farbenphotographie analoge Bildanalyse
bzw. Syrithcse' nach zwei oder mehr Grundfarben im Maxwellschen Sinne unter Zugrundelegung
der an sich veralteten Young-Helmholtzschen Theorie der Dreifarbenempfindung im
menschlichen Auge gemeinsam.
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Alle Verfahren dieser Art bzw. Anordnungen zu ihrer Ausübung beschränken
sich auf die Übertragung einer sehr begrenzten Zahl der in der Sendevorlage enthaltenen
Farbtöne. Eine Bildübertragung in natürlichen Farbtönen ist -mit ihrer Hilfe daher
prinzipiell nicht durchführbar. Außerdem sind sie: mit einem Grundübel behaftet.
Bei der effektiven Deckung der Farbkomponenten treten nämlich an den Zeilenrändern
Farbumschläge auf, die namentlich bei einer großen Rasterfeinheit der Fernsehbilder
dein für derartige Bildfehler besonders empfänglichen menschlichen Auge äußerst
unangenehm in Erscheinung treten. Diese Farb. pendelungen dürften in der Hauptsache
dafür verantwortlich zu machen sein, wenn sich ein Übertragungsverfahren nach Grundfarben
nicht durchsetzen kbnnen Wird. Zudem bringt ein derartiges Verfahren unter Zugrundelegung
einer Übertragung nach drei oder mehr Farben eine übermäßig starke Vergröberung
des Bildcharakters bzw. eine unerwünschte Frequenzbanderweiterung der Übertragungsglieder
mit sich und erfordert
weiterhin zur flimmerfreien Verschmelzung
der Grundfarbenteilbilder einen außerordentlich hohen Bildwechsel, der aus technischen
Gründen nicht gut tragbar ist.
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Nach den grundlegenden Arbeiten von Ewald Hering und Wilhelm Ostwald
ist bekannt, daß der Farbton einer jeden elementaren Bildpartie durch die reine
Farbe selbst sowie eine Helligkeitsstufe bestimmt ist, die sich einer zwischen dem
reinen Weiß und dem absoluten Schwarz liegenden t-,nfreien (urbezogenen) Farbe zuordnen
läßt. Dieser Erkenntnis kann man sich nun nach der vorliegenden Erfindung bedienen,
um ein Farbenfernsehen durchzuführen und eine Zerlegung nach Grundfarben zu umgehen.
Es müssen dann für jeden nach Schwarzweiß- und nach Farbgehalt nicht mehr differenzierbaren
Bildpunkt zwei verschiedene Funktionswerte übertragen werden, nämlich ein nach dem
urbunten Farbgehalt (Schwarzweißwert) und ein anderes dem reinen Farbgehalt entsprechendes
Zeichen.
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Ein Farbenfernsehen mit einer Bildiübertragung, getrennt nach Schwarzweiß-
und nach Farbenunterschieden, zeichnet sich also durch die Mannigfaltigkeit der
wiedergebbaren Farbtöne aus.
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Bei der Durchführung eines derartigen Farbenfernsehens ergeben sich
zwei Hauptprobleme. Einmal ist es sendeseitig notwendig, jeden Bildpunkt des farbigen
Sendebildes (Szene o. dgl.) in seine Schwarzweiß-und in seine Farbkomponente aufzuspalten.
Dann ist empfangsseitig eine trägheitslos arbeitende Leuchtquelle erforderlich,
bei der die Leuchtfarbe möglichst mit einer einzigen regelbaren Größe in dem gesamten
in Frage kommenden Farbbereich der farbigen Fernsehbilder veränderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fernsehübertragungsverfahren
für farbige Bilder. Sie befäßt sich mit der Lösung dieser beiden Aufgaben. Die Erfindung
ist gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung folgender drei Maßnahmen: i.
Am Fernsehsender, bei dem eine zweimalige Abtastung desselben Bildes erfolgt, wird
zunächst unter Benutzung einer ersten lichtempfindlichen Vorrichtung mit einer über
den Intervall der zu übertragenden Farben möglichst homogenen Empfindlichkeit eine
dem Schwarzweißgehalt des betreffenden Fernsehbildes entsprechende Modulation' gewonnen
und bis zum Beginn einer zweiten der Farbenübertragung dienenden Abtastung verzögert
oder gespeichert.
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-z. Am Fernsehsender regeln die bereits abgetrennten und verzögerten
Schwarzweißzeichen während der zweiten Abtastung die Helligkeit einer zur Beleuchtung
der jeweiligen elementaren Bildpartie dienenden Lichtquelle oder die Helligkeit
der zur Gesamtbeleuchtung des Sendebildes erforderlichen Lichtquellen verkehrt proportional
zur Amplitude der Zeichen, und die so abgespaltene, denn reinen Farbengehalt des
betreffenden Fernsehbildes entsprechende Lichtmodulation steuert eine zweite lichtempfindliche
Anordnung im ansteigenden oder absteigenden Teil ihrer Farbenkennlinie.
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3. Der nach Schwarzweiß- und Farbenunterschieden getrennte Inhalt
eines jeden farbigen Bildes wird einer Elektronenstrahlanordnung zugeführt, welche
die dem Auge des Bildbetrachters gedeckt erscheinenden Schwarzweiß- und Farbbilder
auf Leuchtschirmen niederschreibt, von denen der Luminophor des einen in Abhängigkeit
von der sendeseitig gesteuerten Strahlintensität seine Leuchtfarbe ändert, während
der andere mit einer einfarbig leuchtenden Fluorcszenzmasse belegt ist.
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Die Speicheranordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zweckmäßigerweise
nach Art eines speichernden Bildfängers mit Elektronenstrahlabtastung ausgebildet.
Desgleichen ist es vorteilhaft, die lichtempfindliche Anordnung nach dem Prinzip
einer Bildfängerröhre mit Sondenabtastung auszugestalten. Die Regelung der Helligkeit
der zur Beleuchtung der jeweiligen elementaren Bildpartie dienenden Lichtquelle
kann beispielsweise durdi Steuerung einer regelbaren Blende, insbesondere einer
Kerrzelle oder Irisblende, erfolgen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung des
Erfindungsgedankens auf der Sendeseite dem Wesen nach dargestellt. Fig. i zeigt
eine Anordnung, bei der eine im Vakuum laufende, mit Öffnungen für beispielsweise
24ozeilige Fernsehbilder versehene Lochscheibe i zur Zerlegung eines z. B. naturfarbigen
Sendebildes einer Szene 2 o. dgl. dient. Das von 2 reflektierte Licht trifft zwei
Paare lichtempfindlicher Zellen 3, ¢ und 5, 6, von denen das eine (3,4) für alle
sichtbaren Lichter möglichst die gleiche Empfindlichkeit besitzen soll. Zur Homogenisierung
der Zelleneunpfindlicbkeit können zwei Farbfilter 7 und 8 verwendet werden. Das
andere Zellenpaar (5,6) liefert dank der Ausbeutekennlinie seiner S.cbicht einen
Strom, der vorzugsweise linear mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes zu- oder
abnimmt. Jedes farbige Fernsehbild wird von der Nip.kowscheibe i im Laufe .von zwei
Umdrehungen zerlegt, und, zwar erfolgt während ihrer ersten Umdrehung 'die Rasterung
des unfarbigen. Teilbildes und während der nächsten dieZerlegung des Farbko?nponentenbildes,
d. h.
des nur die Farbenunterschiede enthaltenden Teilbildes.
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Zur wechselseitigen Schaltung der beiden verschiedenartigen Photozellenanordnungen
nach jedem. Teilbildwechsel dienen elektrisc:-.e Spannungen von konstanter Amplitude
mit im Takte der Teilbilder wechselndem Vorzeichen, die von denn mit konstanter
Geschwindigkeit fließenden Lade- bzw. Entladestrom eines Kondensators an einem Ohmsehen
Widerstand hervorgerufen werden. Die hierzu erforderliche Anordnung umfa:ßt zwei
gegensinnig parallel geschaltete Mehrgitterr6hren, deren Arbeitsbedingungen so gewählt
sind, daß der durch sie fließende Lade-bzw. Entladestrom (vgl. Fig. 2, f und g)
des beispielsweise an der Netzwechselspannung mit ihren positiven und negativen
Teilen r. und d liegenden Kondensators konstant ist. Die auf diese Weise -erzeugten
praktisch rechteckförmigen Zeichen f und g sperren nun wechselseitig einmal den
Verstärker io für die Farbzeichen a und das andere Mal den Verstärker i i für die
unbunten (Schwarzweiß-) . Bildzeichen. Der Zerlegungsvorgang für ein farbiges Fernsehbild
o. dgl, ist nun folgendermaßen Während der ersten Umdrehung ist der durch eine Ker
rzelle 12 hindurchgehende Lichtstrom einer vorzugsweise weiß leuchtenden Lichtquelle
konstant (und von maximaler Größe). Der Rasterfleck überstreicht die farbige Sendevorlage
2 und erzeugt in den Photozellen 3, q. einen von der Farbe der Bildelemente unabhängigen
Strom. Das andere Zellenpaar 5, 6 wird während dieser Zeit durch Steuerimpulse von
der oben gekennzeichneten Art unwirksam. Diese die reinen Helligkeitsunterschiede
des Sendebildes wiedergebenden Zeichen gelangen von dein Verstärker VN zum Sender.
Außerdem beeinflussen sie zu gleicher Zeit die Intensität des Elektronenstrahles
einer sonst beliebig ausgebildeten Hilfsröhre 13, die sie in bekannter Weise auf
einer Platte von winzig kleinen Kondensatoren aufspeichert. Bei der zweiten Umdrehung
der NipkowSchen Scheibe wird der Verstärker VE, für die Schwarzweißmodulation gesperrt
und der Verstärker V;: für die rein farbigen Zeichen entriegelt, wodurch, die farbenempfindlichen
Photozellen '5, 6 wirksam werden. Der das Raster auf dem Mosaikschirm der Hilfsröhre
13 nach einer kurzzeitigen Verdunklung während der Strahlrückkehrdauer erneut beschreibende
Elektronenstrahl neutrale. siegt das Ladungsbild auf der Kondensatarelektrode, die
inzwischen auf bekanntem Wege einen Potentialwechsel erfahren hat. Die dadurch am
Ausgang eines Verstärkers 14 entstehenden Zeichen, welche die Helligkeitsunterschiede
getreu wiedergeben, regeln nun im Verlauf der zweiten Umdrehung der Scheibe i die
zur Beleuchtung der jeweiligen elementaren Bildpartie dienende Lichtquelle 15, beispielsweise
mittels der gezeigten Kerr-Zelle 12, in einem derartigen Sinne, daß die Grundhelligkeit
der einzelnen Farbzeichen übel das jeweilige Sendebild konstant bleibt. Damit der
Synchronismus zwischen den einzelnen Geräten der Zerlegungsvorri.chttmg stets gewahrt
bleibt, sind die Anordnung g zur Gewinnung der Schaltimpulse und der Antriebsmotor
der Lochscheibe aus dem Netz (5o Perioden) unter Voraussetzung von 25 farbigen Sendebildern
pro Sekunde zu betreiben sowie das Kippgerät für die Hilfsröhre durch die Netzwechselspannung
zu synchronisieren.
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Die in Fig.3 dargestellte Vorrichtung bezieht sich auf einen Elektronenstrahlbildzerleger
mit Sekundärelektronenvervielfachung und Sondenabtastung, der für eine Farbenfernsehsendung
nach der Erfindung geeignet ist. Hierbei .steuern die abgespaltenen und in der gleichfalls
wie eben beschriebenen kapazitiv angestauten Schwarzweißzeichen im umgekehrten Sinne
die Helligkeit der zur Gesanltbelcu@chtung des Sendebildes (Szene o. dgl.) dienenden
Lichtquellen 16 und 17. Auf dem rückseitigen Ende der Elektronenstrahlmehrfachsenderöhre
i 8 befinden sich zwei voneinander getrennte (durchsichtige) homogen lichtempfindliche
Schichten i 9 und 2o. Die eine (i9) von ihnen ist möglichst über den ganzen Bereich
der zu. übertragenden Farben gleich empfindlich und kann in dieser Hinsicht
noch voll einem Farbfilter 21 unterstützt werden. Die andere Schicht (2o)
hingegen hat eine Empfindlichkeit, die von der kurz- bis zur langwelligen Seite
des Spektrums entweder (linear) zu- oder abnimmt. Eine aus einer zweiteiligen Konvexlinse
.und einer einteiligen Konkavlinse bestehende Optik 22 beispielsweise, die auch
eine andere gleichartig wirkende Vorrichtung zur Bildaufspaltung ersetzen kann,
entwirft von der farbigen Sendevorlage auf den Photokathoden der Senderöhre zwei
kongruente Teilbilder. Zwei an sich beliebig ausgebildete elektronenoptische Systeme
23 und 2,1 bilden die Elektronenbilder der Photokathoden am Orte der zugeordneten
Auffängerelektrade ab, die zusammen mit je einer weiteren Elektrode ein System zur
ein- oder meIhrmalige,n S,ekwidärelelctronenvervielfacliung bildet. An Stelle der
in Fig. i gezeigten Kerrzelle 12 treten hier die beiden steuerfähigen Lichtquellen
16 und 17, und die Auffängerelektroden 25 und 26 nehmen in diesem Falle den Platz
der Photozellen in Fig. i ein. Die sonstige Ausführung der einzelnen Geräte
bleibt
im wesentlichen die gleiche. Die beiden Elektronenstrahlbündel der Bildröhre 18
werden synchron mit dem Strahl der Hilfsröhre t3 abgelenkt. Die Zerlegung des farbigen
Sendebildes erfolgt auch hier in der Weise, daß zuerst die reinen Helligkeitsunterschiede
(Schwarzweißteilbild) übertragen bzw. gespeichert werden, während der Vorverstärker
Vl.- für die an der Auffängerelektrode,z6 in der Abtastperiode für das erste Teilbild
gewonnenen Zeichen durch die Steuerimpulse (Fig. z, f und g) außer Betrieb gesetzt
wird. Bei dem zweiten Rastervorgang steuern die gespeicherten Schwarzweißzeichen
die zur Beleuchtung der Sendevorlage (Szene o. dgl.) dienenden Lichtquellen r 6
und 17 derart, daß die Spannung an der Elektrode z6 bzw. am Ausgang des jetzt
im Betrieb stehenden Verstärkers Fr dem reinen Farbeninhalt der Sendevorlage entspricht.
Es werden auch hier die hciden Teilbilder nacheinander übertragen und am E'mpfänger
im Auge des Bildbetrachters zu einem farbhaltigen Fernsehbilde verschinolzen.
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Die vorliegende Erfindung mächt von der Tatsache Gebrauch, daß das
Intensitätsmaximum gewisser von Elektronen getroffener Luminophore mit der spezifischen
Belastung der Leuchtsubstanz durch die - Eldtroneiil)cstrahlung, d:h. also mit dein
Stralilstrom ,einer Elektronenstrahlröhre, spektral verschoben wird. Das erklärt
sich vermutlich dadurch, daß einzelne Fluoreszenzbandcn leichter ansprechen, andere
schwerer; der Umstand des farbveränderlichen Luininophorleuchtens kann aber auch
in einer Strukturveränderung der Leuchtkristalle infolge ihres Teuiperaturwechsels
seine Erklärung finden. Es lassen sich Leuchtschirme dieser Art präparieren, deren
Leuchtfarbe mit Steuerzeichen innerhalb eines nicht übermäßig großen Annplitudenintervalles
im sichtbaren Gebiet des Spektrums (linear mit der Modulation) geregelt werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird nun der Inhalt eines farbigen
Fernsehbildes, getrennt nach Schwarzweiß- und nach Farbenunterschieden einer Elektronenstrahlanordnung,
übertragen, welche die dem Auge des Bildbetrachters gedeckt erscheinendenKomponentenbilder
auf Leuchtschirmen niederschreibt, von denen der Luminophor des einen in Abhängigkeit
von der sendeseitig gesteuerten Strahlintensität seine Leuchtfarbe ändert, während
der andere mit einer einfarbig (schwarzweiß) leuchtenden Fluoreszenzmasse belegt
ist.
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Eine derartige Anordnung ist zweckmäßig als- Zweifachelektronenstrahlröhre
ausgebildet, bei der auf der einen Seite des durchsichtigen, innerhalb des Vakuums
befindlichen Betrachtungsschirmes ein Luminophor aufgetragen ist, der als Funktion
der vom Sender gesteuerten Intensität des einen Strahles seine Leuchtfarbe ändert
(Farbenteilbild) und auf der *anderen Seite eine möglichst schlvar zwciß leuchtende
Fluoreszenzschicht trägt. Bci geringer Stärke des Schichtträgers und ihrer ordnungsgemäßen
Lage decken sich die beiden Teilbilder parallaxenfrei und erscheinen dem Auge des
Bildbetrachters als ein (natur-) farbiges Empfangsbild, das in seiner Qualität selbst
dann brauchbar bleibt, wenn geringfügige Pendelungen zwischen Farb- und Schwarzweißinhalt
der Bilder auftreten, wie sie sich praktisch kaum vermeiden lassen.