DE946999C - Anordnung zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 9. AUGUST 1956

M 19136 VIII a 12i a¹-

ist als Erfinder genannt worden

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft die Übertragung von Farbfernsehsignalen und bezieht sich besonders auf verbesserte und vereinfachte Mittel zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen mit einer einzigen Fernsehsender-Kathodenstrahlröhre, die im folgenden als Kameraröhre bezeichnet werden soll und mit der es möglich ist, getrennte Farbsignalkomponenten für die einzelnen Grundfarben zu erzeugen, die auf einen Empfänger für die farbige Wiedergabe von Fernsehbildern übertragen werden.

Es sind viele Fernsehempfängersysteme bekannt, durch welche farbige Bilder aus getrennten Farbsignalkomponenten zusammengesetzt werden können. So ist es z. B. bekannt, bei einem Dreifarben-System mit den Grundfarben Rot, Blau und Grün, bei dem rote Bildsignale, blaue Bildsignale und reine Helligkeitsbildsignale am Empfänger eintreffen, ein farbiges Bild in diesem Empfänger zusammenzusetzen, wobei das grüne Bildsignal durch eine subtraktive Methode aus dem reinen Helligkeitssignal und dem

roten und blauen Signal abgeleitet wird. Derartige Empfängeranordnungen sind wohlbekannt und sollen im folgenden nicht näher beschrieben werden, weil sie keinen wesentlichen Bestandteil der Erfindung darstellen. Sie erfordern die Herstellung getrennter Färbbildsignale. Solche getrennten Farbbildsignale werden am Sender nach den bisher bekannten Methoden meistens durch eine Mehrzahl von Kameraröhren hergestellt, von denen jede für eine der Farbkomponenten verwendet wird. Diese Art der Erzeugung der einzelnen Farbsignalkomponenten ist jedoch unbefriedigend, da sie mehrere Kameraröhren erfordert, was an sich bereits hohe Kosten verursacht, und da weiterhin besondere Mittel vorgesehen sein müssen, um eine exakte Zusammenarbeit der einzelnen Abtastvorgänge sicherzustellen. Es' sind auch schon Vorschläge zur Ableitung der einzelnen Farbsignalkomponenten aus einer einzigen Kameraröhre gemacht worden, die jedoch bisher noch nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt haben.

So ist es bekannt, eine Orthikon-Röhre dadurch zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen geeignet zu machen, daß die einzelnen Elementarbereiche des Bildes durch ein geeignetes Farbfilter in für die verschiedenen Farben empfindliche Unterbereiche unterteilt werden und daß diesen Unterbereichen über besondere Zuleitungen und Metallbelegungen des Aufnahmeschirms je nach ihren zugeordneten Farbkomponenten verschiedene Frequenzen von elekfrischen Oszillatoren zugeführt werden, so daß das Ausgangssignal des Orthikons eine der Anzahl der Farbkomponenten entsprechende Anzahl von Modulationsfrequenzen enthält, deren Amplituden von den Helligkeitswerten der einzelnen Farbkomponenten in den Unterbereichen des Schirms abhängen.

Die Erfindung schlägt verbesserte und verhältnismäßig einfache Mittel vor, um in einer einzigen Kameraröhre voneinander trennbare Farbsignalkomponenten zu erzeugen. Dabei ist als besonderer Vorteil der Erfindung zu vermerken, daß keinerlei mechanisch bewegliche Teile und keine besonderen Oszillatoren zur Erzeugung der einzelnen Farbsignalkomponenten erforderlich sind, sondern daß lediglich zusätzlich zu einer gewöhnlichen Schwarzweiß-Fernsehkamera ein einziges festes Farbfilter benötigt wird, um voneinander trennbare Farbsignale zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung werden voneinander trennbare Farbbildsignale von einer Kameraröhre dadurch erhalten, daß in den Abbildungsstrahlengang zwischen das aufzunehmende Bild und die lichtempfindliche Elektrode der Kameraröhre ein Farbfilter eingeschaltet wird, welches regelmäßig und für die verschiedenen Farben in verschiedenen Abständen angeordnete Streifen von verschiedener Farbabsorption enthält, wobei die Streifen in einem Winkel, insbesondere rechtwinklig, zur Zeilenabtastrichtung verlaufen. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei deEAbtastung für die einzelnen zu übertragenden Grundfarben durch das Überstreichen der Filterstreifen verschiedene Unterbrechungsfrequenzen auftreten, so daß jedem Farbbildsignal eine für die Farbkomponente typische Grundfrequenz zugeordnet ist. Damit ergibt sich eine leichte Trennbarkeit der Farbsignalkomponenten r.iittels gewöhnlicher elektrischer Filter.

In der folgenden Beschreibung soll die Erfindung an Hand eines Dreifarben-Übertragungssystems mit den Grundfarben Rot, Blau und Grün beschrieben werden, wobei die erzeugten Farbbildsignale rot, blau und »hell« (das ist reines Helligkeitssignal) sein sollen, so daß. Rot, Blau und Grün in bekannter Weise durch Subtraktionsmethoden aus diesen Signalen abgeleitet werden können. Weiterhin sollen in der folgenden Beschreibung Teile des Farbfilters als »Zyan«, »Gelb« usw. bezeichnet werden, wenn sie bei Durchsicht dem Betrachter in den entsprechenden Farben erscheinen. Man könnte sie auch ebensogut als" »Minus-Rot«, »Minus-Blau« usw. bezeichnen, da bekanntlich ein zyanfarbenes Filter im Sinne der obigen Beschreibung Licht von der Grundfarbe Rot absorbiert, ein· gelbes Filter Licht von der Grundfarbe Blau absorbiert usw. Eine bevorzugte Form eines Filters zum Gebrauch bei der Erfindung besteht aus zwei übereinander angeordneten Filtern, von denen das eine aus abwechselnd »zyan«-farbenen und ungefärbt durchsichtigen Streifen, das andere aus »gelben« und ungefärbt durchsichtigen Streifen besteht. Das Filter ist in dem Lichtstrahlengang zur Photokathode der Kameraröhre entweder innerhalb oder außerhalb des Röhrenkolbens derart angeordnet, daß die Streifen auf die Photokathode abgebildet sind, und besitzt eine solche Größe und Form, daß das ganze abzutastende Bild von den Streifen bedeckt wird. Die Streifen verlaufen in dem gewählten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Zeilenabtastrichtung. Die Zyanstreifen einerseits und die gelben Streifen andererseits bilden jeweils ein regelmäßiges Gitterwerk, wobei die beiden j Gitterkonstanten, d. h. die Abstände entsprechender Teile benachbarter Gitterstreifen für die beiden Farben verschieden sind. Unter »Gitterkonstante« spll die Anzahl der Streifen pro Längeneinheit und unter »Abstand« der reziproke Wert davon verstanden werden. Der Abstand der gelben Streifen möge z. B. doppelt so groß sein wie der Abstand der Zyanstreifen, d.h. daß.auf die Längeneinheit doppelt soviel Zyanstreifen als gelbe Streifen kommen. Jeder gelbe Streifen allein möge so breit sein wie ein Zyanstreifen mit einem benachbarten farblosen Streifen im Zyangitter zusammen. Diese einfache Beziehung (2:1 für den Ab-. stand) ist im wesentlichen zur Vereinfachung der Be-Schreibung gewählt. Es können auch weniger einfache Zahlenverhältnisse benutzt werden, obwohl die Herstellung eines Filters um so einfacher ist, je kleiner die das Verhältnis darstellenden Zahlen sind. Auf jeden Fall müssen die Abstände der Streifen für die einzelnen Farben kleiner sein als die horizontale Auflösung im Helligkeitskanal.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, von denen die Abb. ι die Anordnung der zwei Schichten von Färb- iao streifen darstellt, Abb. 2 bis 6 die erhaltenen Signalformen für die verschiedenen Farben und Abb. 7 schematisch die Anwendung eines Filters gemäß der Erfindung bei einer Fernsehkamera zeigt. Abb. 1 zeigt ein doppeltes Streifenfilter in zwei unmittelbar benach- i»5 barten Schichten, von denen das eine dieFarbe »Zyan«,

das andere »Gelb« besitzt. Die »Zyan«-Schicht ist mit R bezeichnet, weil sie die Grundfarbe Rot möglichst vollkommen absorbiert, und besteht aus gleich breiten, abwechselnd zyanfarbenen und farblos durch-S sichtigen Streifen. Die »Gelb«-Schicht ist entsprechend mit B bezeichnet, da sie das blaue Licht absorbiert, und besteht aus gleich breiten, abwechselnd gelben und farblos durchsichtigen Streifen. Dabei ist die Gitterkonstante der gelben Filtersc'hicht halb so

ίο groß wie die Gitterkonstante der »Zyan^-Schicht. Die Streifen laufen senkrecht zur Zeilenabtastrichtung. Im Idealfalle sollten die Zyanstreifen die Grundfarbe Rot völlig absorbieren und die Grundfarben Grün und Blau völlig ungehindert durchlassen. Ebenso sollten die gelben Streifen die Grundfarbe Blau völlig absorbieren und die Grundfarben Rot und Grün ungehindert durchlassen. In Wirklichkeit können diese Ideale, nicht ganz erreicht werden. Die Farbfolge der einzelnen in der Abbildung durch senkrechte Linien abgeteilten Streifen a, b, c, d, a,b, ... des zusammengesetzten Filters erscheint von links nach, rechts im durchscheinend weißen Licht folgendermaßen: Grün (da Rot und Blau absorbiert werden), Gelb (da Blau absorbiert wird), Zyan (da Rot absorbiert wird), Weiß

■z₅ (da nichts absorbiert wird), Grün ... usw.

Abb. 7 zeigt die allgemeine Anordnung zum Gebrauch eines Filters gemäß der Erfindung rein schematisch. Hier wird ein Bild des Gegenstandes 1 auf der Photokathode einer Kameraröhre 2 irgendeiner bekannten Art entworfen, und gleichzeitig wird auch ein Bild eines oben beschriebenen Filters 3 auf derselben Photokathode entworfen. Zu diesem Zweck wird in dem gewählten Ausführungsbeispiel der Gegenstand zunächst durch die Linse 4 auf das Filter 3 abgebildet und dieses Zwischenbild zusammen mit dem Filter 3 durch die Kondensorlinse 5 und die Abbildungslinse 6 auf die Photokathode 7 abgebildet. In der Röhre werden die Zeilen senkrecht zu den Filterstreifen, also in Richtung des Pfeiles 8, abgetastet. Die in der Ausgangsleitung 9 auftretenden Signale werden einem elektrischen Filternetzwerk 10 zugeführt (von dem weiter unten noch die Rede sein wird), in welchem die einzelnen Farbsignalkomponenten voneinander getrennt werden, so daß sie an den einzelnen Ausgangsleitungen 11, 12, 13 abgenommen werden können.

Es sei nun angenommen, daß das zu übertragende Bild von gleichmäßiger Farbe und Helligkeit sei und daß die Filterkurven in dem Sinne ideal seien, daß Zyanstreifen die Grundfarbe Rot völlig absorbieren und gelbe Streifen die Grundfarbe Blau völlig absorbieren, während sie jeweils die beiden anderen Grundfarben voll hindurchlassen. Weiterhin sei mit p die Frequenz bezeichnet, mit der die Grundfarbe Rot bei der Abtastung des Schirmes 7 durch den Kathodenstrahl auf Grund des Filters R unterbrochen wird, und mit q in gleicher Weise die Frequenz, mit der die Grundfarbe Blau durch das Filter B unterbrochen

wird (im gewählten Beispiel wäre q = —). Weiterhin

seien mit g, r und b die Helligkeitsverteilungen der Grundfarben Grün, Rot bzw. Blau auf dem Schirm 7 bezeichnet, wie sie durch Zwischenschaltung des Streifenfilters 3 auf diesem Schirm erscheinen. Dann läßt sich bei der angenommenen gleichmäßigen Farbe und Helligkeit des Bildes die Farbverteilung F durch den Ausdruck wiedergeben:

oder

+ ~ r ■ fs

x) +~h-f_R (qx)

Dabei bezeichnen fn (fix) und fs (qx) je eine Rechteckwellenform in der Abtastrichtung χ mit der

Periode —— bzw. ■"—-. Wie schon erwähnt, soll für den P i

betreffenden Fall q = — angenommen werden. Abb. 2 2

und 3 zeigen entsprechend die Farbverteilung für Rot (R) bzw. Blau (B), wobei die Ordinate 1 den vollen Rotwert bzw. Blauwert, die Ordinate Null das Fehlen von Rot bzw. Blau an der entsprechenden Stelle χ des Schirms 7 darstellt.

Die letzten beiden Terme des Ausdrucks (1) bewirken bei der Abtastung der Photokathode 7 mit dem Elektronenstrahl, wenn der Abtastfleck mit einer Geschwindigkeit u längs der Zeile bewegt wird, ein BiIdsignal mit den Grundfrequenzen

— r sin upt

— b sin uqt
2

(2)

So erscheinen das rote und das blaue Bildsignal tatsächlich als Amplituden von solchen verschiedenen Trägerfrequenzen, die man im Bildsignalausgang durch gewöhnliche elektrische Filter im Netzwerk 10 trennen kann.

Der erste Term des obigen Ausdrucks (1) stellt ein normales Videosignal mit hervorgehobener Grünkomponente dar. Dies kann zu einem Signal, das die richtige Helligkeit (ohne Hervorhebung des Giün) darstellt, also zu einem Signal von der Form i (g + 7 + b) korrigiert werden, indem man ein gleichmäßiges magentarotes (oder Minus-Grün-) Filter mit dem Durchlaßfaktor \ verwendet. Dieses Filter ist der Einfachheit halber in den Abbildungen nicht mit dargestellt.

In Wirklichkeit gibt es kein ideales Filter im obigen Sinne, sondern die Filter lassen von jeder Lichtart mehr oder weniger hindurch. Mit R_g, R_r, R_t seien die iac Durchlässigkeitsfaktoren des zyanfarbenen Filters R

für die Grundfarben Grün, Rot bzw. Blau bezeichnet, mit B_g, B₁. und B_t entsprechend die Durchlässigkeitsfaktoren des gelben Filters B für die Grundfarben Grün, Rot und Blau. Dabei sollen die Durchlässigkeitsfaktoren R_r und B_b nahezu Null, die übrigen Faktoren nahezu Eins sein. Unter dieser Annahme und bei Verwendung einer Filterzusammenstellung gemäß Abb. ι wird die Farbverteilung auf der Photokathode in der Richtung χ der Abtastung aus Streifen ίο der folgenden Helligkeiten bestehen:

a) R, ■ B_g · g + R_r · B_r · r + R_h · B_h · b,

b) B_g-g+ B_r-r+ Bfb,

c) R₉ -g+ R_r-r+ A₆. δ,

d) g + r + b.

Die entsprechenden Farbverteilungen und damit

auch Modulationswellenformen für die Grundfarben Grün (G), Rot (R) und Blau (B) sind graphisch in den Abb. 4, 5 bzw. 6 in derselben Weise dargestellt wie in den Abb. 2 und 3 für idealen Filterdurchlaß.

Man sieht, daß das rot« und das blatte" Signal'dieselben Grundmodulationsfrequenzen wie i'm vorstehenden Beispiel besitzen, die jedoch nun eine kleine Komponente der anderen Farbfrequenz überlagert enthält. Dies kann man als ein »Farbnebensprechen« zwischen Rot und Blau bezeichnen. Weiterhin hat sowohl die rote als die blaue Frequenz eine kleine Komponente der Grün zugeordneten Frequenz, d. h., sowohl im roten als auch im blauen Kanal tritt ein gewisses Grün-»Nebensprechen« auf. Dies letztere dürfte im allgemeinen das stärkste "Nebensprechen sein, da im grünen Kanal bei den meisten Objekten die größte Helligkeit übertragen wird.

Dieser Nachteil kann auf zwei Arten vermindert oder beseitigt werden. Die eine Art besteht darin, daß eine weitere Filterfläche mit einer geringen Abstufung von Magentarot (Minus-Grün) derart verwendet wird, daß die Streifenmodulation im Primärgrün so gut als möglich ausgeglichen wird. Diese Maßnähme beeinflußt die Modulation im Rot und Blau nur unwesentlich, weil nur eine sehr geringe Filterdichte erforderlich ist. Für das in Abb. 4 dargestellte Beispiel wäre z. B. ein Durchlaßfaktor von etwa 0,8 für dieses weitere Magentafilter erforderlich. Entsprechende Mittel können zur Verminderung des Nebensprechens für die übrigen Farbkanäle verwendet werden. In Praxis wird man die erforderlichen »Nebensprech«-Filter zu einer Filterschicht zusammensetzen, die z. B. durch einen geeigneten photographisehen Prozeß hergestellt werden kann. In den meisten Fällen wird es ausreichend sein, das Grün-»Nebensprechen« zu unterdrücken, und man wird mit Rücksicht auf die durch die Auswahl der vorhandenen Farbstreifen gegebene Begrenzung eine gewisse Größe des Nebensprechens in Kauf nehmen müssen.

Ein anderer und meistens wohl bequemerer Weg zur Unterdrückung des Farb-^Nebensprechens« besteht darin, die tatsächliche Größe des Farb-»Nebensprechens« bei einem möglichst guten Streifenfilter gen äß der Erfindung zu messen und dann in dem Netzwerk 10 eine Art Matrixtransfoimation vorzunehmen, welche die tatsächlich auftretenden Farbmodulationssignale so umformt, daß das Nebensprechen eliminiert wird. Die Charakteristik eines solchen möglichst guten Farbfilters/(*) möge z.B. sein:

fix)=

Setzt man

k₅r + k₆b) sin ufit k₈r -\- k₉b) sin uqt.

k₂r -\- k₃b = A

k₆b = B

und löst diese Gleichungen, 'so erhält man ■ g = k_uA + k₁₂B + k_lsC

r = k_uA +

δ =

KB + Jt₁₉C + k_wC,

(4)

(5)

(6)

wobei die Größen k_t Konstanten sind und die Größen k_i} weitere Konstanten, die sich aus den ersteren zusammensetzen.

Die wirklichen Farbmodulationen g, r und δ der Gleichungen (6) sind mit bekannten Mitteln der elektrischen Filtertechnik durch eine Art Matrixtransformation aus der Charakteristik f (%) anzuleiten.

Ein typisches Beispiel der Verteilung des Videosignalspektrums, welches' aus der Kameraröhre abgeleitet werden kann, in seiner Verteilung auf die verschiedenen Farben sei im folgenden für die gegenwärtige britische Fernsehnorm von 405 Zeilen im Zeilensprung und 3 MHz Bandbreite angegeben: bis 3 MHz — Helligkeitskomponente (Rot + Grün + Blau), 3 bis 9 MHz — Blaukomponente (Zweiseitenband auf 6 MHz-Träger), 9 b.is 15 MHz — Rotkomponente (Zweiseitenband auf 12 MHz-Träger).

Man sieht, daß bei diesem Beispiel die höchste »Rot«-Frequenz fünfmal so groß wie die höchste Frequenz des Videosignals ist.

Claims (7)

1. PaTENTANSPBOgHE:

   i. Anordnung zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen, deren den einzelnen Grundfarben zugeordnete Farbsignalkomponenten in getrennten Frequenzbereichen liegen, mittels einer Aufnahmeapparatur, die eine einzige Kameraröhre zur Aufnahme für alle Farbkomponenten enthält, bei der im Lichtstrahlerfgang zwischen dem zu übertragenden Objekt und der Photokathode der Kameraröhre ein Farbfilter angeordnet ist, welches in einem Winkel zur Zeilenrichtung angeordnete Streifen verschiedener Farbdurchlässigkeit aufweist, die so angeordnet sind, daß für jede zu übertragende Grundfarbe ein Systeaawen abwechselnd durchlässigen und absorbierenden Streifen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Streifen für jede zu übertragende Grundfarbe ein anderer ist, derart, daß bei der Abtastung in der Kameraröhre die den einzelnen zu übertragenden Grundfarben des Bildes entsprechenden Farbsignale mit verschiedenen voneinander trennbaren Frequenzen moduliert erscheinen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbfilter aus mehreren übereinandergelagerten Filterstreifensystemen besteht, von denen jedes aus Streifen besteht, die

   eine bestimmte Grundfarbe absorbieren und die durch farblos durchsichtige Streifen voneinander getrennt sind, wobei der Streifenabstand in jedem Streifensystem entsprechend der für die betreffende Grundfarbe gewählten Modulationsfrequenz bemessen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen senkrecht zur Zeilenricfrtung verlaufen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dreifarben-Fernsehsystem, das mit Rot-, Blau- und »Helligkeits«- Signalen arbeitet, zwei Filterstreifensysteme vorgesehen sind, von denen das eine Rot und das andere Blau möglichst vollständig absorbiert.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Filterstreifensystemen noch ein gleichmäßig durchlässiges, Grün absorbierendes Filter mit dem Durchlässigkeitskoeffizienten 0,5 überlagert ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch ein geeignet abgestuftes, Grün absorbierendes Filter vorgesehen ist, um das Farb-»Nebensprechen« zu vermindern.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Ausgang der Kameraröhre ein elektrisches Filternetzwerk zur Unterdrückung des »Farbnebensprechenstf vorgesehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2 586 482, 2 446 249,
   532 511.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   © 509 657/98 1.56 (609 575 8.56)