DE1267705B

DE1267705B - Vorrichtung zur Gamma-Korrektion fuer Dreifarben-Fernsehen

Info

Publication number: DE1267705B
Application number: DEP1267A
Authority: DE
Inventors: Paul Louis Billard; Pierre Michel Marie Maguer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-10-27
Filing date: 1960-10-24
Publication date: 1968-05-09
Also published as: FR77955E; US3131254A; GB962565A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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

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)

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. 10_G, 10_B oder ähnlicher Glieder wird das von der farbigen Bildvorlage stammende farbige Licht in seine drei Primärfarben zerlegt, die von den drei

betreffenden Auffangvorrichtungen 3_Ä, 3_G, 3_B 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+Y^y" ^}

fl-Λ

und den drei Ausgängen der Auffangvorrichtung 3_R, 3_G und 3_ß werden die Signale

Ί_Λ (!_,) ΛΙ-Λ
' ^JB, Y^Ky '-G, Y^{Kr J}R

entnommen und der Kombinationsstufe Il zugeführt. Das Leuchtdichtesignal Y ist gegeben durch die Formel Y = ciR + bG + cB. Wird das der Auffangvorrichtung 3_R entnommene Signal in der Kombi- «o nationsstufe 11 mit α, das der Vorrichtung 3_G mit b und das der Vorrichtung 3_B 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 3_K, 3_G, 3_B 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'.

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.

Claims

Patentansprüche:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen