DE1462576C3 - Verfahren zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente bei Farbkameras - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente, in die vom Verstärker der Bildaufnahmeröhren einer Farbfernsehkamera gelieferten Bildsignale.

Bei einer Farbfernsehkamera werden von dem mit einem Aufnahmeobjektiv entworfenen Bild einer Szene oder einer Bildvorlage mehrere Bilder verschiedener Spektralverteilung mittels einer Strahlenteilungsvorrichtung und mehrerer Objektive erzeugt und auf den Fotoschichten der Bildaufnahmeröhren entworfen. Diese Bildaufnahmeröhren wandeln schließlich die Färb- oder Helligkeitswerte durch Elektronenstrahlabtastung in elektrische Signale um.

ίο Die an den Ausgängen der Verstärker der Bildaufnahmeröhren auftretenden Bildsignale sind im allgemeinen Wechselstromsignale, denen noch eine Gleichstromkomponente zugesetzt werden muß, welche einem Bezugswert der Helligkeitsskala der Bildsignale, vorzugsweise schwarz oder weiß, entspricht. Es war bisher üblich, zur Einführung der Gleichstromkomponente, das in der Austastlücke des Zeilenrücklaufes vorhandene Potential zu benutzen und eine getastete Schwarzsteuerung anzuwenden, die das Potential des Bildsignals nach jeder Zeile auf einen konstanten Wert zurückführt. Bei Farbkameras hat die Benutzung des in der Austastlücke vorhandenen Potentials als Bezugspotential jedoch bestimmte Störungen zur Folge, deren Vermeidung Aufgabe der Erfindung ist. Der Schwarzwert im Bildsignal, auf den man die Höhe der Klemmimpulse beziehen muß, ist nämlich nicht konstant, sondern auf Grund von Streulicht, welches in den diversen Linsen und Strahlenteilungsmitteln im optischen Teil der Kamera entsteht, und auf Grund der veränderlichen Dunkelströme der Aufnahmeröhren variabel.

Betrachtet man zunächst den Dunkelstrom, so ändert sich dieser bei Temperaturänderungen der Signalplätze und bei Änderungen der Signalplattenspannung. Da infolge der Farbteilung unterschiedliche Lichtströme auf die drei Vidikons entfallen, aber gleiche Ausgangsspannungen für die drei Verstärkerkanäle erforderlich sind, muß entweder bei gleicher Signalplattenspannung mit unterschiedlicher Verstärkung oder bei gleicher Verstärkung mit unterschiedlicher Signalplattenspannung gearbeitet werden. In beiden Fällen wirken sich Änderungen der Temperatur oder der Signalplattenspannung für die drei Kanäle verschieden stark aus, so daß die drei Farbkanäle verschiedene Schwarzabhebungen erhalten und somit im Empfänger der »Schwarzwert« für die drei Farben unterschiedlich verfälscht (angehoben oder gesenkt) wird. Dadurch tritt eine unerwünschte Verfälschung des Farbtones in dunklen Bildstellen auf.

Änderungen der Signalplattenspannungen ergeben sich z.B. dann, wenn zum Ausgleich von Beleuchtungsschwankungen die Signalplattenspannungen entsprechend geregelt werden (um Farbverfälschungen zu vermeiden, muß diese Regelung für alle drei Röhren proportional sein).

Während man den Einfluß der Temperatur und der Signalplattenspannung im Prinzip durch Kompensationsschaltungen beseitigen könnte, ist dies für das Streulicht nicht möglich. Das von großflächigen hellen, einfarbigen Gegenständen des aufzunehmenden Bildes in den optischen Teilen der Farbkamera erzeugte Streulicht, verursacht eine Anhebung des Schwarzpotentials in dem entsprechenden Farbkanal und eine Farbtonverfälschung dunkler Stellen am Empfängerschirm.

Bei einem Verfahren zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente in die von den Bildaufnahmeröhren einer Farbfernsehkamera erzeugten Bildsi-

gnale der auf den Fotoschichten der Bildaufnahmeröhre mittels Objektiven und Strahlenteilungsvorrichtungen entworfenen Bilder verschiedener Spektralverteilung werden die oben genannten Nachteile dadurch überwunden, daß erfindungsgemäß an einem Ende der Horizontalablenkung innerhalb der Horizontalaustastzeit vom Bildsignal unabhängige Signalwerte mittels einer in dem für alle Bildaufnahmeröhren gemeinsamen optischen Strahlengang in einer Zwischenabbildungsebene angeordneten Blende gewonnen und in die von den Bildaufnahmeröhren gelieferten Bildsignale eingesetzt werden, und diese Signale für alle Bildaufnahmeröhren in an sich bekannter Weise mittels durch horizontalfrequente Impulse aufgetasteter Klemmschaltungen auf das gleiche Potential gebracht werden.

Man erreicht durch dieses Verfahren, daß bei einer Änderung der Schwarzabhebung des Vidikonsignals - etwa durch Änderung des Streulichtes bei geändertem Bildinhalt — die Schwarzabhebung des Verstärkerausgangssignals konstant bleibt und somit keine Farbverfälschung der dunklen Stellen des Bildes im Empfänger auftritt.

Die optische Blende kann man u. a. entweder am rechten oder linken Bildrand, d.h. am Beginn oder am Ende der Horizontalabtastung, anbringen, wobei vorteilhaft eine mechanische Verschiebemöglichkeit zur genauen Einstellung der Blendenkante vorgesehen wird, derart, daß die Kante auf eine minimale Sichtbarkeit im Empfangsbild und zugleich eine günstige Lage am Rande des Austastbereiches eingestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und weitere Verbesserungen desselben sowie konstruktive und schaltungstechnische Hilfsmittel zur beispielsweisen Durchführung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen besprochen. In diesen Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des optischen Strahlengangs in einer Farbkamera,

Fig. 2 ein Diagramm eines Bildsignalverlaufs,

Fig. 3 und 4 je ein Bildsignaldiagramm bei einer getasteten Schwarzsteuerung nach dem bisherigen Verfahren,

Fig. 5 und 6 je ein Bildsignaldiagramm bei verschiedener Schwarzabhebung,

Fig. 6a die Lage des Klemmimpulses nach der erfindungsgemäßen Lehre,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß verwendeten Klemmschaltung,

Fig. 8 die schematische Darstellung eines auf der Fotoschicht einer Kameraröhre entworfenen Bildes, Fig. 9 das entsprechende Empfangsbild,

Fig. 10 eine verbesserte Klemmschaltung,

Fig. 11 ein Impulsfahrplan und

Fig. 12 die Konstruktion eines optischen Teiles einer Farbkamera in einer Blickrichtung, die der Vertikalablenkrichtung entspricht, mit einer Detailzeichnung der in der Erfindung verwendeten Blende.

In Fi g. 1 ist 1 der abzubildende Gegenstand, 2 das Kameraobjektiv, 3 und 5 sind Feldlinsen und 4 ist eine zwischen den Feldlinsen liegende Zwischenabbildungsebene; mit 6, 8, 9, 10 sind Projektionsobjektive bezeichnet, 7 ist eine Farbteilungseinrichtung mit dichroitischen Filtern und Spiegeln und 11, 12,13 sind Fernsehaufnahmeröhren. In der Zwischenabbildungsebene 4 ist nach dem Verfahren der Erfindung eine Schwarzblende in der Weise angebracht, daß in den drei Aufnahmeröhren 11, 12, 13 (z.B. Vidikons) am linken Rand der Fotoschicht (am Zeilenanfang) ein schwarzer Streifen entsteht. Am Anfang des Hinlaufs erscheint also im Bildsignal ein schwarzer Streifen, welcher mittels eines feinmechanischen Einstelltriebs so justiert werden kann, daß seine Kante noch in die Bildaustastzeit T_A fällt. Die Breite T₄ ist wesentlich größer als T_r, T_r, Rücklaufzeit des Abtastrahles bzw. die Aufnahmeaustastzeit.

ίο In Fig. 2 ist ein Diagramm des Bildsignals mit den Austastlücken und der von der Schwarzblende erzeugten Stufe dargestellt. Hierin ist T₄ die Zeilenaustastzeit, T_r die Austastzeit der Aufnahmeröhre zwecks Rücklaufunterdrückung, 14 der von der Schwarzblende hervorgerufene Signalwert, der in dieser Darstellung mit dem schwärzesten Punkt S im Bildsignal bzw. dem Schwarzpotential P₅ übereinstimmt. U_D ist die Schwarzabhebung vom Aufnahmeaustastpotential

Würde im Verstärker auf das Potential P₄ geklemmt und von diesem Potential aus der Abhebeimpuls zugesetzt, so ergäbe sich bei Änderung des Dunkelstromes oder des Streulichtes die Änderung des Bildsignaldiagrammes gemäß den F i g. 3 und 4.

In Fig. 3 ist angenommen, daß die durch Dunkelstrom und Streulicht bedingte Abhebung U_D klein sei. Im Verstärker würde wie üblich auf das Potential P₄ geklemmt und der Verstärkeraustastimpuls mit der Breite T„ und der Amplitude AU_A zugesetzt. Der Empfänger sei dann auf das Potential P_AV geklemmt.

Ändert sich nun U_D nach U'_D (Fig. 4), so würden

im Empfänger die dunklen Bildteile entsprechend der Differenz U'_D — U_D aufgehellt erscheinen. Das ist bei einem üblichen Farbsystem sehr störend. Wie oben ausgeführt, können auf Streulichtschwankungen beruhende Änderungen der Schwarzabhebung U_s nicht schaltungsmäßig kompensiert werden.

Sowohl der Streulicht- als auch der Dunkelstromeffekt lassen sich durch das Verfahren der Erfindung unschädlich machen. Die Durchführung und Wirkung dieses Verfahrens ist iri den Diagrammen der Fig. 5 und 6 erkennbar. Durch die erwähnte Schwarzblende' in der Zwischenabbildungsebene wird ein eindeutiges Schwarzpontial 14 (z. B. am linken Bildrand) geschaffen. Da es innerhalb der Austastzeit liegt, ist es im endgültigen Bild nicht zu sehen.

Die Klemmung vor dem Zusetzen der Verstärkeraustastspannung Δ U_A erfolgt nun nicht mehr auf das Vidikonaustastpotential P_A wie in F i g. 2, sondern auf das durch die Schwarzblende erzeugte Schwarzpotential P_s (siehe F i g. 5) in der Weise, daß das Austast-Grundpotential P_AV um einen bestimmten Betrag AU'_A in Richtung schwarz zu liegen kommt. Dieser beträgt bei einer Studiokamera etwa 5 % des Schwarzweißsprunges. Der Klemmimpuls ist in Fi g. 6 a gezeigt. Die Klemmung erfolgt durch die Impulse 22, die nur während des Intervals vom Ende des Rücklaufs bis Ende des Verstärkeraustastimpulses T_A wirksam sind.

Eine einfache Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 7. Bei 18 fällt das am Verstärkerausgang auftretende Bildsignal an. Das Signal 19 wird durch den Klemmtransistor 23 während der Zeit, während Klemmungsimpulse 22 vorhanden sind, geklemmt. In der Stufe 24 wird durch die Verstärkeraustastimpulse 20 ein Austastpotential geschaffen, das einen konstanten Spannungsabstand AU'_A (Fig. 6) vom Schwarzwert hat. Bei 21 wird das

mit einem Gleichstromwert versehene Videosignal abgenommen.

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren ist noch eine gewisse Störung des Bildes möglich, wenn die Zeitkonstante der Klemmstufe zu klein ist.

Da durch Klemmung im Verstärker 24 nicht nur ein Bezugspotential für die Austastung gewonnen, sondern auch niederfrequente Störungen (Abschrägung des Impulsdaches, Netzstörungen) behoben werden sollen, wird in üblichen Schaltungen die Klemmzeitkonstante ausreichend klein, vorzugsweise klein gegen die Vertikalablenkperiode gewählt. Dies könnte bei der erfindungsgemäßen Anordnung zu Schwierigkeiten führen, wenn z.B. durch örtlich begrenzte Aufhellungen (z.B. einen Lichthof) eines dicht am linken Rande liegenden hellen Gegenstandes der linke »schwarze« Bezugsrand ungleichmäßig aufgehellt würde. Durch die Klemmung würde dann diese Aufhellung dazu führen, daß die rechts davon liegenden Bildteile in Richtung schwarz verschoben würden. Die Folge davon wären streifenförmige Störungen im Empfangsbild.

In F i g. 8 wird das Bild auf der Fotoschicht einer Aufnahmeröhre gezeigt. Darin ist 14 der durch die Schwarzblende gewonnene schwarze Streifen, das Bezugsschwarz, 15 ein besonders helles kleinflächiges Bildteil, und 16 die durch diese Belichtung hervorgerufene Aufhellung des Schwarzstreifens.

Würde die Klemmzeitkonstante für die Klemmung auf den Bezugsschwarzwert klein sein, so entstünde das Bild der Fig. 9 mit dem dunklen Streifen 17. Zwar ist die Aufhellung im Bezugsschwarz behoben, dafür sind die rechts davon befindlichen Bildteile 17 ins Dunkle abgesenkt worden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Klemmzeitkonstante für die Klemmung auf das Bezugsschwarz so groß gemacht, daß die Klemmung auf den Mittelwert des Potentials des Bezugsstreifens während vieler Zeilen oder sogar mehrerer Bildperioden erfolgt. Zur Behebung der niederfrequenten Störungen (Netzbrumm, Dachschräge) ist dann eine zweite Klemmung mit kleiner Zeitkonstante erforderlich, die auf das Vidikonaustastpotential P₄ (F i g. 2) anspricht.

In Fig. 10 wird das mit niederfrequenten Störungen behaftete Videosignal 18 einer ersten Klemmstufe zugeführt. Die Zeitkonstante dieser Stufe ist klein, die Klemmung erfolgt mit den Impulsen 25 während der Austastung der Aufnahmeröhre und unter Bezug auf die Vidikonaustastung. Das von der ersten Klemmstufe ausgehende Signal wird in dem Impedanzwandler 26 leistungsverstärkt und der zweiten Klemmstufe 23 zugeführt. Diese Stufe arbeitet wie die in Fig. 9,

ίο nur daß sie eine so große Zeitkonstante hat, daß der Mittelwert des Bezugsschwarzpotentials festgehalten wird und Schwankungen des Schwarzpotentials innerhalb einer V-Abtastdauer nicht ausgeglichen werden. In Fig. 11 wird ein Impulsfahrplan gezeigt. Die Kurve α stellt den Zeilensynchronisierimpuls dar, die Kurve b den Ablenkstrom, die Kurve c ist der Vidikonaustastimpuls, mit d wird das Videosignal am Ausgang des Vorverstärkers mit der Schwarzstufe 14 gezeigt, mit e ist der Klemmimpuls 25 bezeichnet, / zeigt den Verstärkeraustastimpuls und g den Klemmimpuls 22. In der Fig. 11g ist der Klemmimpuls 22 so verschoben, daß seine Rückflanke mit der des Austastimpulses zusammenfällt. Dann ergibt sich eine einfache Justierung für die Lage des Bezugsschwarz-Streifens. Die Lage in Horizontalablenkrichtung wird so eingestellt, daß der Rand des Bezugsschwarzstreifens gerade am linken Bildrand sichtbar wird.

In Fig. 12 ist die Konstruktion einer Farbkamera und die in der Zwischenabbildungsebene 4 angebrachte Schwarzblende dargestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 12 stimmen mit denjenigen der Fig. 1 überein. Die links oben dargestellte Detailzeichnung zeigt die Schwarzblende 4', welche an einem Rahmen 4", welcher zugleich eine Bildmaske darstellt, verschiebbar ist.

Die Klemmung zur Schwarzwerteinführung kann natürlich auch durch eine entsprechende Blendenanordnung am Anfang oder Ende der Vertikalablenkung mittels vertikalfrequenter Klemmimpulse erfolgen.

Bei Anwendung horizontalfrequenter Klemmimpulse (Schwarzblende am Anfang oder Ende der Horizontalablenkung) ist es zweckmäßig, diese Klemmimpulse so auszutasten, daß sie während der Vertikalaustastung nicht wirksam werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

i 462 576 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente in die von den Bildaufnahmeröhren einer Farbfernsehkamera erzeugten Bildsignale der auf den Fotoschichten der Bildaufnahmeröhren mittels Objektiven und Strahlenteilung entworfenen Bilder verschiedener Spektralverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Abtastung innerhalb der Austastzeit vom Bildinhalt unabhängige Signalwerte mittels einer in dem für alle Bildaufnahmeröhren gemeinsamen optischen Strahlengang in einer Zwischenabbildungsebene angeordneten Blende gewonnen und in die von den Bildaufnahmeröhren gelieferten Bildsignale eingesetzt werden, und daß diese Signalwerte für alle Bildaufnahmeröhren in an sich bekannter Weise mittels mit horizontalfrequenten oder vertikalfrequenten Impulsen aufgetasteter Klemmschaltungen auf das gleiche Potential gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unabhängige Signalwert dem Bildschwarz entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende in Horizontaloder Vertikalrichtung justierbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende zusätzlich in axialer Richtung justierbar ist.

5. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildverstärker eine Klemmstufe zur Klemmung auf den von der Blende erzeugten Schwarzwert durch einen Impuls mit einer Breite vorgesehen ist, welche etwas kleiner als die Breite der von der Schwarzblende erzeugten Stufe (14) ist (Fig. 7).

6. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Klemmstufe auf den Austastwert der Aufnahmeröhre mit einer gegenüber der vertikalen Ablenkperiode kleinen Zeitkonstante und in einer zweiten Klemmstufe auf den erzeugten Schwarzwert mit einer vergleichsweise großen Zeitkonstante (gleich oder größer als die Vertikalablenkperiode) geklemmt wird.

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmimpuls (22) gegen die Rückflanke des Normaustastimpulses (Fig. 11 f) verschiebbar ist, so daß seine Lage auf dem Empfängerschirm in einfacher Weise sichtbar gemacht werden' kann.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung horizontalfrequenter Klemmung auf das Schwarzsignal die Klemmimpulse während der Vertikalaustastung ausgetastet sind.