DE1267705B - Vorrichtung zur Gamma-Korrektion fuer Dreifarben-Fernsehen - Google Patents
Vorrichtung zur Gamma-Korrektion fuer Dreifarben-FernsehenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H04n
Deutsche Kl.: 21 al-34/31
Nummer: 1 267 705
Aktenzeichen: P 12 67 705.3-31
Anmeldetag: 24. Oktober 1960
Auslegetag: 9. Mai 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gamma-Korrektion für Dreifarben-Fernsehen,
bei dem die Korrektion durch Multiplizieren dos
durch die Abtastung entstehenden Signals mit einem Faktor, bestehend aus einem niederfrequenten Anteil
dieses Signals, durchgeführt wird, welche Vorrichtung ein Tiefpaßfilter enthält, um die Korrektion in der
Frequenz auf einen Maximalwert zu begrenzen, und einen Leuchtpunktabtaster zur zeilenweisen Abtastung
einer farbigen Bildvorlage und drei Auffangvorrichtungen, je für eine Primärfarbe, die die Lichtenergie
der Bildvorlage in elektrische Signale umwandeln, welche Vorrichtung weiter einen Rückkopplungskreis enthält, der zwischen einem Verstärkerkreis,
der von den erwähnten Auffangvorrichtungen gespeist wird, und dem erwähnten Leuchtpunktabtaster eingeschaltet
ist, welcher Rückkopplungskreis einen Gamma-Korrektor enthält.
Es handelt sich in diesem Fall insbesondere um die übertragung von Bildvorlagen (Diapositiven,
Filmen usw.) durch Fernsehen, wobei nacheinander alle Punkte der Bildvorlage mittels eines Leuchtpunktabtasters
abgetastet werden und wobei die so erzielten veränderlichen Lichtbündel von drei geeigneten
Auffangvorrichtungen, die je eine photoelektrische Zelle oder einen Photovervielfacher enthalten
können, aufgefangen und in ein elektrisches Signal umgesetzt werden, um nach entsprechender Verarbeitung
dem Sender zugeführt zu werden.
Die Erfindung bezweckt vor allem, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in
der die drei den drei Auffangvorrichtungen entnommenen Farbsignale nicht gesondert, sondern gemeinsam
korrigiert werden. Dies hat nicht nur den Vorteil, daß die gesamte Vorrichtung billiger wird, sondern
die Einstellung des Ganzen wird auch einfacher.
In den bekannten Vorrichtungen werden nämlich drei Gamma-Korrektoren verwendet für je eine
Farbe, und es wird deutlich sein, daß diese drei Korrektoren genau identisch sein sollen, da sonst
Farbfehler im Korrektionskreis auftreten würden. Es wird deutlich sein, daß die Herstellung und die
Einstellung von drei solcher identischen Gamma-Korrektoren schwierig ist.
Um diese Nachteile zu beheben, weist die Vorrichtung nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß
die Vorrichtung einen einzigen Rückkopplungskreis enthält für die Korrektion der drei Farbsignale,
welcher Rückkopplungskreis eine Kombinationsstufe enthält zur Kombination der drei Farbsignale, die
den drei Auffangvorrichtungen entnommen werden zu einem Leuchtdichtesignal, wobei ein Verzögerungs-Vorrichtung
zur Gamma-Korrektion
für Dreifarben-Fernsehen
für Dreifarben-Fernsehen
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. E.-E. Walther, Patentanwalt,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Paul Louis Billard, Paris;
Pierre Michel Marie Maguer,
Bourg-Dineault, Finistere (Frankreich)
Paul Louis Billard, Paris;
Pierre Michel Marie Maguer,
Bourg-Dineault, Finistere (Frankreich)
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 27. Oktober 1959 (808 592)
kreis mit einer Verzögerungszeit, die mindestens gleich einer Zeile der abzutastenden Bildvorlage, ist,
vorhanden ist und wobei die Kombinationsstufe, der Verzögerungskreis und das nichtlineare Widerstandselement
in Reihe geschaltet sind, während die Ausgangsklemmen des Rückkopplungskreises mit den
Steuermitteln des Leuchtpunktabtasters verbunden sind.
Bemerkt sei, daß an sich eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt ist (schweizerische
Patentschrift 304909), bei der auch nur ein einziger Rückkopplungskreis vorhanden ist. Dieser Rückkopplungskreis
wird jedoch gespeist von einem Signal, das einer vierten Auffangvorrichtung entnommen
ist. Deshalb ist in dem Korrektionsweg nicht der Einfluß der drei Farbsignale, sondern lediglich der
Einfluß des Leuchtdichtesignals aufgenommen worden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, in der
schematisch in
Fig. 1 eine an sich bekannte Anordnung für Schwarz-Weiß-Fernsehen gezeigt wird und
809 548 313
F i g. 2 eine Anordnung nach der Erfindung für Dreifarben-Fernsehen zeigt.
Es wird beispielsweise vorausgesetzt, daß die Leuchtpunktabtastung
der Bildvorlage 2 Zeile für Zeile mittels einer, als Leuchtpunktabtaster wirksamen
Elektronenstrahlröhre vorgenommen wird. Die Abtaströhre ist in F i g. 1 mit 1 bezeichnet. Die Verwendung
einer solchen Röhre ist jedoch für die Erfindung unwesentlich; es könnten andere ähnliche
Vorrichtungen zu diesem Zweck benutzt werden. Auch könnte die Abtastung durch Reflexion von
hinten her stattfinden, wobei die Bildvorlage 2 durch eine auf diese Weise abgetastete Szene ersetzt ist.
Wenn das Licht des Punktes durch die Bildvorlage 2 hindurchgegangen ist, trifft es eine photoelektrische
Auffangvorrichtung 3, z. B. einen Photovervielfacher. Die von dieser Vorrichtung gelieferten
Signale speisen über eine Stufe 4 oder über einen Verstärkerkreis den Fernsehsender 5.
Von den am Ausgang des Kreises 4 auftretenden Signalen wird eine Korrektionsregelspannung abgeleitet,
die dem Steuergitter 1 α der Röhre zugeführt wird, so daß die gewünschte Korrektion an der Bildvorlage
2 selber durch optische Muktiplikation der auf diese Weise korrigierten Lichtintensität des Blickpunktes
mit dem Ubertragungsfaktor der Bildvorlage stattfindet.
Mit anderen Worten, die erwähnte Korrektionsspannung wird von den erwähnten Signalen durch
einen geeigneten Rückkopplungskreis abgeleitet.
Wenn die Bildvorlage auf Grund ihrer unterschiedlichen Transparenz ein Leuchtdichtesignal der
Form Y liefert, so bringt die Tatsache, daß die Signale bei der Aussendung korrigiert werden, mit sich, daß
diese Signale die Form
Y"
(D
haben, welche Signale somit im Sender 5 am Eingang des Rückkopplungskreises 6 auftreten sollen.
Der Rückkopplungskreis enthält einen Gamma-Korrektor 7 gemäß der deutschen Auslegeschrift
1 257 829 mit einer nichtlinearen Kennlinie, der eine
Korrektion (— - 1) einführt. Außerdem enthält dieser
Kreis das Tiefpaßfilter 8 zur Verbesserung der Stabilität des Rückkopplungsschleifers und ein geeignetes
Verzögerungsglied 9, dessen Wirkung weiter unten beschrieben wird. Auf diese Weise tritt am Ausgang
des Gliedes 9 eine gefilterte und verzögerte Spannung der Form
,7(7 - 0
(2)
auf. Der für die Kennlinie der Röhre 1 geltende Exponent
wird zur Vereinfachung der Erläuterung gleich dem Exponenten ■· der Empfängerbildröhre
angenommen, und dabei kann die Lichtintensität des Bildpunktes der nach Formel (2) gesteuerten
Röhre 1 durch die Formel
1
(3)
angegeben werden. Es ist daraus ersichtlich, daß. wenn in der Bildvorlage 2 eine optische Multiplikation
durchgeführt wird, die Intensität des Lichtes, das durch die Bildvorlage 2 hindurchgegeben wird,
bedingt ist durch die Formel
Y V'' J-Y= γ:\
welche Intensität von dem Photovervielfacher 3 aufgefangen wird.
Die Reihenfolge der Glieder 7, 8, 9 im Rückkopplungskreis ist dabei unwesentlich.
Da der Rückkopplungskreis an sich eine Verzögerung des Signals um einige Mikrosekunden herbeiführt,
wird zur Beseitigung dieser Wirkung das Verzögerungselement 9 (Kabel oder Quarz) eingeführt,
durch welches die erwähnte Verzögerung auf die Dauer einer Zeile vergrößert wird. Das Filter 8
kann weggelassen werden, wenn das Verzögerungsglied, wie üblich, bereits eine Filterwirkung ausübt,
die für die niedrigen Frequenzen genügt. Die Verzögerung kann auch mehrere Zeilenperioden betragen.
Dies kann zur Beseitigung von Signalstörungen vorteilhaft sein.
Nach der Erfindung kann nun die Vorrichtung nach F i g. 1 leicht für ein Dreifarben-System geeignet
gemacht werden; es kann die Bauart nach F i g. 2 haben. Beim Dreifarben-Fernsehsystem ergeben sich
besondere Vorteile, die im wesentlichen auf die Tatsache zurückzuführen sind, daß ein einziger Korrektor
gleichzeitig für die drei Primärfarben benutzt wird.
Die Verzögerungsleitung 9 der Fi g. 2, die eine Verzögerung von 50 usec bewirkt, wirkt zugleich
auch als ein Tiefpaßfilter, so daß das in Fig. 1 dargestellte
Tiefpaßfilter 8 in Fig. 2 weggelassen ist.
Die gewöhnlich bei Farbfernsehsystemen durchgeführte Gamma-Korrektion hat zwei Funktionen,
nämlich die Korrektion der Helligkeitsskala wie beim Schwarz-Weiß-Fernsehen und das Herbeiführen
der für eine gute Farbwiedergabe erforderlichen Linearität.
Gewöhnlich hat jedes Abtastgerät für jede der drei Farben seinen eigenen Gamma-Korrektor, der
unabhängig von den anderen Korrektoren wirksam ist. Diese Korrektoren sind denen ähnlich, die beim
Schwarz-Weiß-Fernsehen benutzt werden. Dies bedingt, daß die drei Gamma-Korrektnren genau identisch
sein sollen (was sich schwer verwirklichen läßt), um besonders im Graugebiet des wiederzugebenden
Bildes sichtbare Farbverschiebungen zu vermeiden. Es ist weiter nicht möglich, eine nichtlineare Ubertragungskennlinie
zu erzielen ohne Sättigungen oder EntSättigungen in den Farben, so daß durch die
Verringerung der Helligkeitsskala Information im schwarzen Gebiet verlorengeht. Außerdem ist eine
Vorrichtung mit drei Gamma-Korrektoren verhältnismäßig kompliziert.
Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, daß die Korrektion in zwei gesonderten, unabhängigen
Stufen durchgeführt wird, eine Korrektion für die Helligkeit und die andere für die Farben.
Die Korrektion für drei Primärfarben wird in F ig. 2 veranschaulicht, die als Rot (R), Grün (G)
und Blau (B) angegeben werden können, wie dies gewöhnlich der Fall ist. Mittels dichroitischer Spiegel
lOjj. 10G, 10B oder ähnlicher Glieder wird das von
der farbigen Bildvorlage stammende farbige Licht in seine drei Primärfarben zerlegt, die von den drei
betreffenden Auffangvorrichtungen 3Ä, 3G, 3B aufgefangen
werden. Eine Kombinationsstufe 11 kombiniert mit den geeigneten Verhältnissen die Signale
G, R, B zum Erzielen eines kombinierten Signals
(das z. B. das übliche Leuchtdichtesignal 7 sein kann); dieses kombinierte Signal Y wird dem nichtlinearen
Kreis 7 mit der Potenz ^ — 1 zugeführt, wodurch
die an der Elektrode 1 α der Röhre 1 angelegte Spannung
erhatten wird.
Unter diesen Bedingungen wird, wie in Fig. 1,
die gewünschte optische Vervielfachung in der Bildvorlage 2 für die angestrebte Korrektion erhalten.
Λ C-! -Λ
J-aR+Yy" }
fl-Λ
und den drei Ausgängen der Auffangvorrichtung 3R,
3G und 3ß werden die Signale
Ί_Λ (!_,) ΛΙ-Λ
' JB, YKy '-G, YKr JR
' JB, YKy '-G, YKr JR
entnommen und der Kombinationsstufe Il zugeführt. Das Leuchtdichtesignal Y ist gegeben durch die
Formel Y = ciR + bG + cB. Wird das der Auffangvorrichtung 3R entnommene Signal in der Kombi-
«o nationsstufe 11 mit α, das der Vorrichtung 3G mit
b und das der Vorrichtung 3B mit c multipliziert
und werden diese drei Signale zueinander addiert, so wird das Ausgangssignal der Stufe 11 gleich
;(ciR + bG + cB)
C -0
Y-.
Es ist ersichtlich, daß die bei dem Leuchtdichtesignal durchgeführte Korrektion in diesem Falle
genau in der gleichen Weise in jedem Farbabtastgerät stattfindet.
Da keine Änderung bei den Farben auftritt, die in diesem Falle zu stark gesättigt wären, wird bei 12 am
Ausgang der Auffangvorrichtungen 3K, 3G, 3B eine
an sich bekannte Matrize vorgesehen, die nur auf die Sättigung der Farben anspricht. Diese Korrektion
ist nicht scharf, aber in der Praxis ausreichend. Die Signale werden darauf einem Kodierglied 13 (z. B.
für das NTSC-System) und darauf dem Sender 5 zugeführt.
Wie vorstehend bemerkt, kann die Kombinationsstufe 11 zum Liefern des üblichen Leuchtdichtesignais
eingerichtet werden; es ist ersichtlich, daß infolgedessen erhebliche Heiligkeitsverzerrungen auftreten
könnten in den gesättigten Farben.
Insbesondere würde die Helligkeit im Primärblau mit 4.85 multipliziert werden. Die Helligkeitsänderung
ist somit erheblich. Sie kann gewissermaßen verringert werden, indem ein geeignetes Kombinationssignal i" statt des üblichen Signals K für die Röhre 1
gewählt wird. Ein Signal 1" der Form
Y- = 0.45 R + 0.33 G + 0.22 B
ergibt einen wesentlichen Vorteil in bezug auf ein Verfahren nach der Erfindung, bei dem das übliche
Signal >' benutzt wird, da bei praktisch allen Farben in den üblichen Schattierungen (außer der unmittelbaren
Nähe des Primärblaus, bei dem die Helligkeit mit 2.4 vervielfacht wird! die erwähnte Helligkeitsänderung
weniger als 20",, wird. Selbstverständlich können die Koeffizienten der Primärfarben in der
Zusammensetzung des Signals Y' gemäß der Natur des Bildes oder der Qualität des zu übertragenden
Filmes angepaßt werden.
Die Matrize 12 soll gewisse Bedingungen erfüllen. Da sie ein lineares Glied ist. kann sie lediglich die durch
die Nichtlinearität des Kreises herbeigeführten Sättigungen korrigieren in gewissen bevorzugten Schattierungen.
Da die Koeffizienten der Matrize von der Wahl dieser Schattierungen abhängig sind, wird
nachstehend nur beispielsweise eine Matrize angegeben, die in diesem Falle empfehlenswert ist.
um eine gute Wiedergabe im Gebiet der Hautfarben und des Himmelblaus zu erzielen:
R" = 0.75 R' + 0.15 G' + 0.10 B\
G" = 0.18 R' + 0.72 G -+· 0.10 B'. B" = 0.18 R' - 0.15 G' + 0.67 B'.
G" = 0.18 R' + 0.72 G -+· 0.10 B'. B" = 0.18 R' - 0.15 G' + 0.67 B'.
Die Signale R". G". B". die auf diese Weise erhalten werden, haben Eigenschaften, die denen der Signale
jo ähnlich sind, welche durch das übliche Verfahren
erhalten werden, bei dem drei Gamma-Korrektoren benutzt werden.
Das geschilderte Verfahren hat weiter die bereits bei dem Monochromfernsehen beschriebenen Vorteile,
d. h. eine Verbesserung der Bildschärfe und Verringerung des Rauschverhältnisses in den dunklen
Schattierungen oder beim Farbfernsehen in den gesättigten Farben. Letzterer Vorteil ist besonders
wichtig für das Rot- und Blaugebiet.
Gegebenenfalls können die Entsättigungsmatrize 12 und das Kodierglied 13 in einem einzigen Glied
kombiniert werden.
Bisher wurde angenommen, daß das zu korrigierende »Gamma« der Neigung der Ubertragungskennlinie
der Empfangsröhre mit logarithmischen Koordinaten entspricht.
Es ist jedoch möglich, etwas von dieser Definition abzuweichen, indem mittels des Gerätes nach F i g. 2
eine Korrektion eingeführt wird, die genau gesagt nicht mehr eine Gamma-Korrektion ist, sondern
eine Korrektion, die «ach Wahl zu anderen Zwecken durch Änderung der Werte und oder der Eigenschaften
der Glieder benutzt wird.
Auf diese Weise kann z. B. die beabsichtigte Korrektion dazu benutzt werden, das Farbfernsehsystem besser an das Schwarz-Weiß-System anzupassen als die bisher bekannten Systeme. Die Koeffizienten des kombinierten Signals Y". das das Signal Y ersetzt, und die der Matrize müssen dabei entsprechend bemessen werden. In einer ersten Annäherung eignen sich die vorerwähnter. Daten für Y'. R". G", B" bereits besser für den zuletzt genannten Zweck.
Auf diese Weise kann z. B. die beabsichtigte Korrektion dazu benutzt werden, das Farbfernsehsystem besser an das Schwarz-Weiß-System anzupassen als die bisher bekannten Systeme. Die Koeffizienten des kombinierten Signals Y". das das Signal Y ersetzt, und die der Matrize müssen dabei entsprechend bemessen werden. In einer ersten Annäherung eignen sich die vorerwähnter. Daten für Y'. R". G", B" bereits besser für den zuletzt genannten Zweck.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Gamma-Korrektion für Dreifarben-Fernsehen, bei dem die Korrektion
durch Multiplizieren des durch die Abtastung entstehenden Signais mit einem Faktor, bestehend
aus einem niederfrequenten Anteil dieses Signair,, durchgeführt wird, welche Vorrichtung ein Tiefpaßfilter
enthüll, um die Korrektion in der Frequenz auf einen Maximalwert zu begrenzen,
und einen Leuchtpunktabtaster zur zeilenweisen Abtastung einer farbigen Bildvorlage und drei
Auffangvorrichtungen, je für eine Primärfarbe, die die Lichtenergie der Bildvorlage in elektrische
Signale umwandeln, welche Vorrichtung weiter einen Rückkopplungskreis enthält, der ziwischen
einem Verstärkerkreis, der von den erwähnten Auffangvorrichtungen gespeist wird, und dem
erwähnten Leuchtpunktabtaster eingeschaltet ist, welcher Rückkopplungskreis einen Gamma-Korrektor
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen einzigen Rückkopplungskreis
enthält für die Korrektion der drei Farbsignale, welcher Rückkopplungskreis eine
Kombinationsstufe (11) enthält zur Kombination der drei Farbsignale, die den drei Auffangvorrichtungen
(3 R, 3 G, 3B) entnommen werden zu einem Leuchtdichtesignal, wobei ein Verzögerungskreis
(9) mit einer Verzögerungszeit, die mindestens gleich einer Zeile der abzutastenden Bildvorlage
(2) ist, vorhanden ist und wobei die Kombinationsstufe (11), der Verzögerungskreis (9)
und der Gamma-Korrektor (7) in Reihe geschaltet sind, während die Ausgangsklemmen des Rückkopplungskreises
mit den Steuermitteln (1 a) des Leuchtpunktabtasters (1) verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Leuchtdichtesignal
annähernd die Form
Y = 0,45 R + 0,35 G + 0,22 B
hat, wobei R, G, B die Primärfarbsignale bezeichnen, die gewöhnlich Rot, Grün und Blau
darstellen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gesondert
eine Gamma-Korrektion für das Leuchtesignal und darauf eine Korrektion der Entsättigung
für die Farben durchgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 030 871;
schweizerische Patentschrift Nr. 304 909.
schweizerische Patentschrift Nr. 304 909.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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