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Verfahren zur Bildzerlegung in Fernseh- und Bildübertragungsanlagen
Bei dem üblichen Bildzerlegungsverfahren wird das Bildfeld mit einer Öffnung von
Bildpunktgröße in einer vorher bestimmten Bahn durchlaufen. Die Helligkeit einander
folgender Flächenteile des Bildfeldes steuern durch Einwirkung auf ein lichtempfindliches
Organ einen Strom. Die endliche Größe der Zerlegeröffnung erzeugt hierbei eine Erscheinung,
die als Konturenverschleifung bekannt ist. Eine plötzliche Änderung der Helligkeit
zwischen den einzelnen Punkten des Bildfeldes, z. B. eine scharfe Trennungslinie
zwischen zwei kontrastreichen Lichtwerten, wird durch einen Strom wiedergegeben,
der allmählich ansteigt, und zwar in der Zeit, die die Öffnung benötigt, um über
diese Lichtkante hinwegzulaufen. Scharfe Linien werden also entsprechend der Öffnungsgröße
verwischt. Dies geschieht beim Sender. Eine weitere ähnliche Verwischung findet
aber auch beim Empfänger statt, so daß die Wirkung sich verdoppelt. Die- Erfindung
hat eine Vermeidung dieser Konturenverschleifung beim Sender ' zum Gegenstand, um
auf diese Weise die Gesamtverzerrung' zu verringern." Es ist zwar ein Verfahren
bekannt geworden, bei dem an Stelle der jeweiligen Bildpunkthelligkeit selbst deren
zeitliche Integrale oder derDifferentialquotient übertragen wird. Im ersteren Falle
ergeben sich geringere, im zweiten Falle höhere Anforderungen an die Übertragung.
Beide Möglichkeiten werden bei dem Verfahren gemäß derErfindung nicht benutzt,-
sondern die ausgesandte Trägeramplitude entspricht stets der jeweiligenBildpunkthelligkeit.
Es tritt nur vorübergehend .am Sender der Integralwert auf, .aus dem jedoch durch
eine elektrische Differentiation noch am Sender die Bildpunkthelligkeit selbst wiedergewonnen
wird. Die Gesamtintensität einer veränderlichen Anzahl von Bildpunkten entspricht
dem Integralwert, die zeitliche Änderung dieser Gesamtintensität stellt wieder die
Bildpunkthelligkeit selbst dar.
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Bei den üblichen Sendeverfahren wird die mittlere Bildhelligkeit durch
eine Gleichstromkomponente dargestellt. Bei der Übertragung dieser Komponente ergeben
sich Schwierigkeiten. Gemäß der Erfindung werden auch diese Schwierigkeiten behoben,
da sie eine Übertragung der mittleren Bildhelligkeit gemeinsam mit* dein
Belichtungsschwankungen von Punkt zu Punkt über den gleichen Kanal ermöglicht.
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Der Erfindungsgegenstand sei an Hand der Figuren erläutert.
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Fig. i zeigt die Erfindung als Ausführungsbeispiel in ihrer Verwendung
an einer an sich bekannten Zerlegerröhre mit Abtastsonde; Fig. z zeigt einen Querschnitt
durch die Abtastsonde der Röhre i-; Fig. 3 eine Ansicht der Abtastsonde mit der
länglichen Abtastöffnung gemäß der Erfindung; .
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Fig. 4., 5 und 6 zeigen verschieden geformte Abtastöffnüngen; Fig.
7 gibt die Wellenform, die mit dem Oszillator 17 der Fig. i erzeugt wird,
wieder; a
Fig.8 ist eine schematische Darstellung eines Bildfeldes;
Fig. 9 ist eine Teilansicht eines Paares von Abtastscheiben, die die Anwendung der
Erfindung auf mechanisches Abtasten darstellt; Fig. io stellt die Wellenform dar,
die in einer einzigen Abtastperiode durch die Anordnung der Fig.i erzeugt wird;
Fig. i i zeigt die durch die Anordnung der Fig.9 erzeugte Wellenform.
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Gemäß der Erfindung wird auf eine längliche, einer Bildzeile entsprechende
Zerlegeröffnung ein gleichmäßig zu- oder abnehmender Anteil der Bildpunkte einer
Zeile zur Einwirkung gebracht, ,und die Änderung der Gesamtintensität der auf die
Zerlegeröffnung wirkenden Bildpunkte als Bildsignal benutzt. Die Kante der Öffnung
wird über das Bildfeld in Längsrichtung bewegt und schließt so eine veränderliche
Fläche des Bildfeldes ein. Auf diese Weise ändert sich die von der Öffnung umschlossene
Fläche dauernd, wobei vollständige Zeilen der zu zerlegenden Fläche nach und nach
freigelegt und wieder verdeckt werden. Diese Freilegung und das Verdecken erfolgt
vorzugsweise mit verschiedener Geschwindigkeit. Dies erreicht man bei der bekannten
Zerlegerröhre mit Abtastsonde dadurch, daß man die Ablenkspulen, die das Elektronenbild
über die Sondenöffnung hinwegführen, mit einem Strom von sägezahnförmigem Kurvenverlauf
speist.. Hierbei bleibt durchaus offen, ob das Freiegen langsam und das Abdecken
rasch erfolgt oder ob das umgekehrte Verfahren angewendet wird.
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So wird ein Strom erzeugt, der ein Minimum (gewöhnlich Null) besitzt,
wenn noch kein Teil des Bildfeldes in die Öffnung fällt, und ein Maximum, wenn die
Öffnung eine maximale Fläche des Bildfeldes umschließt. Zwischen diesen Werten ändert
sich der Strom mit einer Geschwindigkeit, die von der Beleuchtung desjenigen Teiles
des Bildfeldes abhängt, das von der vorschreitenden Stirn der Öffnung durchlaufen
wird. Die Öffnung integriert gewissermaßen den Beleuchtungseffekt über die ganze
umfaßte Bildfläche.
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Der so erzeugte Strom wird durch eine Induktionsspule geleitet, an
der er eine seiner Geschwindigkeitsänderung proportionale Spannung erzeugt. Während
der Freilegeperiode haben alle Spannungsstöße das gleiche Vorzeichen, während bei
der Verdeckungsperiode die Spannungsstöße entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen,
da ja beim Abdecken die Stromänderungen in entgegengesetzter Richtung erfolgen als
beim Freilegen. Daher haben auch die Spannungsstöße an der Induktionspule entgegengesetztes
Vorzeichen. Geschieht das Freilegen allmählich und das Abdecken rasch, so werden
vorzugsweise die im ersten Falle erzeugten Stromstöße zur Erzeugung der Bildsignale
benutzt - sie seien willkürlich als positiv bezeichnet -, während die entgegengesetzt
gerichteten Stromstöße zur Erzeugung der Synchronisierzeichen benutzt werden.
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Auf der Empfangsseite wird ein Gleichrichter benutzt, so daß die Beleuchtung
des Empfängerbildfeldes proportional der Intensität der positiven Stromstöße ist.
Die negativen Stromstöße haben hingegen keinen Einfluß auf die Bildhelligkeit.
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Liegt die in der Bewegungsrichtung der Öffnung vorderste Kante senkrecht
zur Bewegungsrichtung, so werden die an der Induktionsspule erzeugten Spannungen
eine rechteckige Wellenstirn haben. Der vordere Teil der Öffnung kann jedoch auch
so geformt werden, daß beim Vorschreiten der Öffnung über einen Helligkeitssprung
die hierbei erzeugten Stromstöße irgendeine gegebene Wellenform besitzen. Eine Siebvorrichtung
zur Entfernung unerwünschter Frequenzkomponenten ist in diesem Falle nicht mehr
notwendig.
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Als erstes Ausführungsbeispiel sei die Anwendung einer erfindungsgemäßen
Anordnung bei einer Bildzerlegerröhre mit Abtastsonde gewählt. In Fig. i stellt
i die evakuierte Glashülle dar, auf deren ebener Wand 2 ein lichtempfindlicher Belag
4. niedergeschlagen ist. Diesem gegenüber befindet sich ein ebenes Fenster 5, vor
diesem die Sonde 6, mit der auf die Photokathode gerichteten Öffnung 7. In der Sonde
befindet sich die Sammelelektrode 9, die durch die Glasperlen io gehaltert ist.
Die Sonde 6 ist über eine Spannungsquelle i i mit der Kathode d. verbunden. Anode
9 liegt über einer Induktion 12 und einem Widerstand i,4 an einer Anzapfung der
Batterie i i. _ Die durch ein auf die Kathode -t projiziertes Bild frei werdenden
Elektronen werden durch die Spule 15 zu einem Elektronenbild in der Ebene der Öffnung
7 fokussiert. Die Ablenkspulen 16 werden vom Schwingungserzeuger 17 gespeist, und
zwar mit einem Strom, der einen sägezahnförmigen Verlauf hat. Dabei wird erreicht,
daß das zu übertragende Bild zwischen den ;beiden Maximalwerten des Ablenkstromes
über die Abtastöffnung 7 hinweggezogen wird, wobei die Geschwindigkeit im ansteigenden
Ast geringer ist als im abfallenden. Der durch die Öffnung eintretende, vorzugsweise
durch Sekundäremission verstärkte Elektronenstrom wird von der Anode 9 gesammelt.
An der Induktion 12 und dem Widerstand 14 ruft er Spannungsabfälle hervor.
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Die Kathoden 22 und 24. zweier Röhren (2o und 21) sind mit dem Verbindungspunkt
zwischen
dem Widerstand und der Induktivität verbunden. Das Gitter 25 der Röhre 2o liegt
an der anderen Seite der Induktivität, während das Gitter 26 der Röhre 21 mit einem
veränderlichen Kontakt am Widerstand 14 verbunden ist. Die. Anoden 30 und
31 liegen gemeinsam an einem weiteren Widerstand 32, der seinerseits über eine Spannungsquelle
34 mit den Heizdrähten der Röhren verbunden und geerdet ist. Bei 35 und 36 ist ein
geeigneter Verstärker angeschlossen.
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Durch diese Röhrenanordnung wird der Einflüß eines Spannungsabfalls,
der in Spule 12 infolge ihres Widerstandes besteht, neutralisiert. Da nämlich die-
Schaltelemente 12 und 14 hintereinandergescaltet sind, tritt in 1q. ein proportionaler
Spannungsabfall auf, wenn 'die Spannungsabfälle der beiden Elemente auf die Gitter
der Röhren in entgegengesetzter Phase wirken. Der Kontakt 27 wird so eingestellt,
daß bei Durchgang von konstantem Strom durch die beiden Elemente der Strom in den
beiden Anoden ebenso groß ist, als wenn kein Strom fließen würde. Der Strom im Widerstand
32 ist direkt proportional der Spannung, die durch die Induktivität der Spule 12
hervorgerufen wird. Einen ähnlichen Ausgleich des Spannungsabfalls infolge des -
Bildstroms kann man natürlich auch erhalten, wenn die Röhre 2o mit dem Photozellenstromkreis
durch einen Transformator gekoppelt wird.
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In Fig. 8 ist die Wirkungsweise dieser Anordnung dargestellt. Das
Rechteck 4o möge ein Bildfeld darstellen, die Flächen 41 entsprechen Stellen größter
Bildhelligkeit, während 42 und 44 verschiedene Helligkeiten darstellen. Die Zerlegeröftnung
7 schreitet von links nach rechts über das Feld. Hierbei nimmt die Zahl der durch
die Öffnung eintretenden Elektronen mit einer Geschwindigkeit zu, die von der Helligkeit
des Bildteiles abhängt, das von- der vorderen Kante der Öffnung jeweils durchlaufen
wird. Der entstehende Strom ist in Kurve 45 der Fig. 8 dargestellt. Er ist Null
dort, wo die Öffnung das Feld zu durchlaufen beginnt, und steigt mit konstanter
stetiger Steigung während des Durchgangs durch die Fläche 41- und schwächerer Neigung
während des Durchgangs durch die Fläche 42. Beim Durchgang durch die Fläche 44,
die schwarz ist, bleibt der_ Strom konstant.
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Die durch diesen Strom hervorgerufenen induktiven Spannungen sind
nicht proportional seiner Stärke, sondern seiner Änderung, d. h. es ist E = L #
di/dt. Kurve 46 der Fig. 8 stellt diesen Spannungsverlauf dar.
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Arri Ende des Abtastvorgangs durchläuft die Öffnung das Feld in entgegengesetzter
Richtung, der Strom nimmt kontinuierlich ab, und--die an der Induktivität erzeugten
Spannungen sind in zeitlicher Reihenfolge vertauscht und in ihrer Richtung verändert.
Dieser Betriebszustand ist in Fig. io dargestellt. Hier sind nur zwei verschiedene
Helligkeiten angenommen. Teil So der Kurve-entspricht der größeren, Teil 51 der
kleineren Bildhelligkeit. Der Rückwärtsgang erfolgt bei einer Kippschwingung mit
einem Stromverlauf, wie in Fig. 7 dargestellt, mit erheblich größerer Geschwindigkeit.
Das -ergibt eine größere negative Spannung 5i' beim Durchlaufen des Bildteils 5
i und einen stärker negativen Teil 5o beim Durchlaufen des helleren Bildteils 5o.
Die Höhe der Kurve ändert sich mit der Abtastgeschwindigkeit, so daß die Teile unter
und über der Nullinie einander flächengleich sind. Die übertragene Welle ist also
ein reiner Wechselstrom, dessen Nullachse die Beleuchtung Null anzeigt. Ein derartiger
Wechselstrom hat die Eigenschaft, daß er keine tieferen Frequenzen enthält als die
Eigenperiode, d. h. in :diesem Falle als die Zeilenfrequenzen. Die mit den üblichen
Abtastöffnungen erzeugten Wellen enthalten dagegen alle Frequenzen bis herab zu
Null.
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Wenn die Bildwelle auf einen Träger moduliert wird zum drahtlosen
Senden, so ist es offenbar nicht nötig, die gesamte negative Hälfte der Welle zu
senden. Die Modulierungseinrichtung kann z. B. derartig eingestellt sein, daß die
Nullachse der Kurve der Fig. io etwa 25 oder 30'/o der- mittleren Trägeramplitude
darstellt. Der negative Teil der Welle der Fig. io würde daher mehr als ioo % der
Modulation erzeugen. Da diese jedoch den Träger nur auf Null reduzieren kann, wird
während der Übertragung der gesamten wirksamen Bildamplitude der volle Synchronisierimpuls
erhalten.
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In Fig. 4 bis 6 sind Ausführungformen der Abtastöffnungen 70, 71 und
72 der Abtastelektroden 6, 6' und 6" dargestellt. Der wellenförmige Rand 71 der,
Öffnung in Fig. 5 dient z. B. dazu, den Einschwingvorgang beim Durchlaufen eines
Helligkeitssprunges auszugleichen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung
zeigt die Fig.9, und zwar in Anwendung auf die mechanische Abtastung mittels Zerlegerscheibe.
Die Scheibe 75 besitzt die üblichen spiralförmigen Öffnungen 76, die aber hier statt
runder oder quadratischer Form zu sein, als längliche Schlitze von Bildpunktbreite
und Zeilenlänge ausgeführt sind. Eine zweite Scheibe 77 sitzt auf einer Achse parallel
der der Scheibe 75.@ Ihr Umfang ist mit sägezahnartig geformten Zacken 79 versehen.
Ihre Tiefe ist gleich der Breite der Öffnungen
76 und ihr gegenseitiger
Abstand im wesentlichen gleich der Zeilenlänge des Bildes. Man erkennt aus der Figur,
daß der Zahn 79' im Begriff ist, die letzte oder 5innere Öffnung der Spirale ruckartig
zu verdecken. Öffnung 76' wird dann das Bildfeld durchlaufen. Teil 8o des sich vorwärts
bewegenden Zahnes zieht sich vor-der Öffnung zurück, während sich diese vorwärts
bewegt, bis sie ihrerseits plötzlich durch das Vorrücken von Zahn 81 bedeckt wird.
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Fig: i i stellt die durch diese Anordnung erzeugte Wellenform dar.
Es wird hier das gleiche Feld abgetastet wie in Fig. io. Die vorschreitende Öffnung
76' zeichnet die Teile 5o und 51 der Kurve. Das Abdecken erfolgt jedoch nicht in
gleicher Richtung wie das Abtasten. Die negative Hälfte 82 der Welle besitzt daher,
obwohl sie die gleiche Fläche wie die positive Hälfte umfaßt, eine andere Form.
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Eine Umkehr der Drehrichtung der beiden Scheiben hat nur eine Umkehr
der Welle zur Folge, d. h. das Freilegen geschieht plötzlich und das Abdecken allmählich.
Wirkungsweise und Wellenform sind jedoch genau die gleiche wie vorher.
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Auch hier geschieht das Freilegen und Abdecken des Bildfeldes vorzugsweise
mit stark verschiedenen Geschwindigkeiten; jedoch ist dies nicht absolut nötig,
so könnte, falls erwünscht, jede zweite Öffnung 76 auf. der Abtastscheibe fortfallen
und ebenso könnte Scheibe 77'fehlen. In diesem Falle wären die beiden Wellenhälften
symmetrisch, doch würde die zum Übertragen des Bildes erforderliche Zeit schlechter
ausgenutzt.