DE1935065A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildwiedergabe - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtungen zur Bildwiedergabe Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Wiedergabe Von Bildaufzeichnungen, in denen mehrere Bilder einander überlagert auf demselben Speichermaterial aufgezeichnet sind. Jedes dieser Bilder stellt die Aufzeichnung einer Szene dar, die durch Überlagerung einer im Ortsfrequenzraum periodischen Modulation, d. h. einer bestimmten Glttergtruktur, überlagert ist.
• Eine selektive Wiedergabe dieser Bilder, einzeln oder au mehreren gleichzeitig, kann durch Ausnützung der Beugungsphflnomene und durch eine Ortsfrequenzfilterung in einem Fourier-Transformationsraum erreicht werden. Da jedes der Bilder mit einer eindeutig festgelegten periodischen Modulation verbunden ist, wird erreicht, daß die entsprechenden Beugungsmuster der einzelnen Bilder in dem Fourier-Transformationsraum getrennte Lagen einnehmen. Durch geeignete Ortsfrequenzfilterung in dem Fourier-Transformationsraum kann eine Wiedergabe des erwünschten Bildes oder der erwünschten Bilder erfolgen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Reproduktion farbgetreuer Szenenbilder, die in einer einfarbigen fotografischen Aufzeichnung gespeichert sind. Man kann beispielsweise eine farbige Szene nacheinaer durch rote, grüne und blaue Spektralfilter fotografieren. Während man diese Aufnahmen durchführt, wird eine bestimmte periodische Modulation, im allgemeinen das Bild eines Gitters, den jeweiligen Bildern in untersebledlichen azimutalen Ausrichtungen überlagert. Auf diese Weise entstehen drei fotografische Aufzeichnungen, von denen jede einem bestimmten Spektralbereich und einer bestimmten Orientierung der Modulation entspricht.
• Um eine farbgetreue Reproduktion einer gemäß obigem Verfahren auf einem einfarbigen Aufzeichnungsmaterial hergestellten Aufnahme herzustellen, wird die Aufzeichnung von einer Lichtquelle mit zumindest partiell kohärentem Licht im wesentlichen rallel durchstrahlt und von einer Projektionslinse abgebildet. Die periodischen Modulationen wirken als Beugungsgitter. Auf diese Weise wird eine größere Anzahl von Fraunhofer'schen Beugungsmustern im Fourier-Transformationsraum erzeugt.
• Die auf diese Weise gebildeten Beugungsmuster fallen in ihren nullten Ordnungen jeweils zusammen. Die Muster sind jedoch gqeneinnder um bestimmte Winkel verdreht, entsprechend den jeweiligen Winkelorientierungen, in die der Richtungsvektor der Gitter wihrend der Belichtung zeigte. Jede Beugungsordnung jedes Musters entspricht einer Faltung des Ortsfrequenzspektrums der Szene mit einer Deltafunktion, welche der Fourier-Transformierten einer der sinusförmigen Fourier-Komponenten der entsprechenden periodischen Modulation entspricht. In dem Fourier-Transformationsraum führt man eine geeignete Ortsfrequenzfilterung der Beugungsordnungen durch, indem man eine mit entsprechenden Öffnungen versehene Abdeckblende in ihrer Ebene anbringt. Weiterhin führt man eine geeignete Spektralfilterung in den Oeffnungen der Abdeckblenden durch, um den Spektralgehalt des von den jeweiligen Öffnung gen der Abdeckblende durchgelassenes Lichtes dem Spektralbereich anzugleichen, der dem Farbauszugsbild entspricht, das von der jeweiligen Öffnung durchgelassen wird. Auf diese Weise erhält man eine Rekonstruktion der ursprdnniichen Szene in natürlichen Farben.
• Derartige Techniken der Spektralzonenfotografie sind seit geraumer Zeit bekannt. So wurde beispielsweise 1936 in dem amerikanischen Patent 2 050 117 von Bocca - das später unter der Nummer Re 20 748 wieder eingesetzt wurde - ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Verbindung von bestimmten periodischen Modulationen mit Farbauszugsbildern sowie eine-Ortsfrequenzfilterung zur Bildwiedergabe verwendet wurden.
• Der in diesem Patent beschriebene Grundgedanke einer Spektralzonenfotografie wurde jedoch trotz seiner frUhen Entdeckung und des gmhn damit verbundenen wirtschaftlichen Wertes nicht weiter entwickelt Hierfür sind unter anderem die folgenden Ursachen verantwortlich: 1. Durch wechselseitige Interferenzeffekte ("Übersprechen") zwischen den Informationskanälen wird die Bandbreite der übertragbaren Ortsfrequenzen begrenzt.
• 2. Aufgrund statistischer Schwankungen in den Amplituden und/oder Phasen der Wellenfronten einer kohärenten Beleuchtung bildet sich in den wiedergegebenen Darstellungen ein statistischer Rauschpegel aus, der die Qualität der Rekonstruktion vermindert. Er wird u. a.
• durch Fehler im Aufzeichnungsmaterial hervorgerufen.
• 3. Die Helligkeit der wiedergegebenen Bilder war beschränkt.
• Diese genannten Einschränkungen sind jeweils durch den erreichbaren Kohärenzgrad bestimmt. Denn für die Erzeugung der nötigen Beugungseffekte ist für die beleuchtende Strahlung ein bestimmtes Mindestmaß von Kohärenz unerläßlich.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, neuartige Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mit denen die optische Information, die in der Aufzeichnung mit einer im Ortsfrequenzraum periodischen Modulation überlagert gespeichert ist, derart wiedergegeben werden kann, daß die rekonstruierten Bilder eine größere Auflösung als bisher aufweisen Des mteiteren sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen das statistische Rauschen in den Reproduktionen auf einen minimalen Wert herabgedrückt werden kann, welches, wie beschrieben, in den Wiedergabegeräten entsteht, bei denen die Beleuchtung für die Projektion wenigstens partiell kohärent sein muß.
• Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Aufzeichnung von mehreren getrennten Lichtquellen durchstrahl. wird, von denen eine oder mehrere zumindest partiell kohärent sind; in einem Fourier-Transformationsraum dir eh die erwähnten Lichtquellen ein Beugungsmuster oder mehrere Beugungsmuster der Ortsfrequenzen der Aufzeichnung erzeugt werden; durch den Fourier-Transformationsraum selektiv wenigstens ein Teil einer ersten Beugungsordnung der von einer Quelle mit zumindest partiell kohärentem Licht erzeugten Beugungsmuster durchgelassen wird, um auf diese Weise einen ersten Informationskanal für ein erstes Ortsfrequenzspektrum der Aufzeichnung zu liefern, das mit der Ortsfrequenz eines durch die periodische Modulation erzeugten Trägersignales gefaltet ist; ferner durch den Fourier-Transformationsraum selektiv wenigstens ein Teil der nullten Beugungsordnung von einem zweiten Beugungsmuster durchgelassen wird, welches von einer anderen Lichtquelle gebildet wird, um damit einen zweiten lnformationskanal für die Übertragung eines zweiten Ortsfrequenzspektrums der Aufzeichnung zu liefern, das eine größere Bandbreite als das erstgenannte Spektrum aufweist; die von dem ersten und dem zweiten Informationskanal übertragene Information zur Konstruktion eines Bildes der Aufzeichnung verbunden wird.
• Bevorzugterweise wird für den zweitenlnformationskanal eine inkohärente Lichtquelle verwendet.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführurgsform betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Wiedergabe eines oder mehrerer überlagerter Bilder, die in einer Aufzeichnung überlagert mit einer einheitlichen periodischen Modulation gespeichert sind. Hierbei wird in einem Fourier-Transformationsraum ein Beugungsmuster der aufgezeichneten Ortsfrequenzen erzeugt. Dieses Beugungsmuster wird einer Ortsfrequenzfilterung unterzogen, so daß nur eine oder mehrere Beugungsordnungen durchgelassen werden Auf diese Weise erhält man einen oder mehrere erste Informationskanäle, die ein Ortsfrequenzspektrum übertragen, das mit der Ortsfrequenz eines von der genannten periodischen Modulation erzeugten Trägersignales gefaltet ist. Weiterhin ist ein zweiter zusätzlicher Informationskanal vorhanden, der im wesentlichen unabhänglg von dem ersten Informationskanal ist. Dieser zweite Anal überträgt ein relativ breithandiges Ortsfrequenzspektrum der aufgezeichneten Ortsfrequenzen, das nicht mit der durch die genannte Modulation erzeugten Ort sfrequenz eines Trägersignales gefaltet ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird von dem ersten Informationskanal oder den entsprechenden Kanälen eine Farbinformation mit einer relativ geringen Bandbreite übertragen. Der zweite Informationskanal stellt hingegen einen breitbandigen einfarbigen Kanal dar. Mit ihm wird eine Verbesserung der Auflösung sowie der Lichtstlirke der rekonstruierten Bilder erreicht. Weiterhin läßt sich mit dieser Anordnung das Signalrauschverhältnis im Bild verbessern.
• Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen speziellen Ausführungsformen. Anhand der beiliegenden Zeichnung werden dieselben näher erläutert.
• Hierin zeigen: Fig. 1 eine nicht maßstäbliche perspektivische Schemazeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung zur Erzielung einer erhöhten Auflösung und Helligkeit sowie verringerten Rauschens in den wiedergegebenen Bildern; Fig. 2 eine nicht maßstäbliche perspektivische Schemazeichnung einer weiteren Ausführungsform eines Teiles einer erfindungsgemäßen Projektionswiedergabevorrichtung; Fig. 3 eine nicht maßstäbliche perspektivische Schemazeichnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das optische Signal in dne Fernsebkamerakette eingespeist werden kann; Fig. 3a eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Strahlung sowohl in dem schmalbandigen wie in dem breitbandigen Übertragungskanal partiell kohärent ist; Fig. 4 eine nicht maßstäbliche perspektivische Schemazeichnung von einem farbigen Objekt und einer fotogrfischen Kamera, die zur Erzeugung fotografischer Aufzeichnungen des ca>-jektes verwendet werden kann, wobei die Kamera zur Sichtharmachung des fotografischen Aufnahmemateriais und eines Beugungsgitters teilweise aufgebrochen ist; Fig. 5a einzelne und zusammengesetzte Farbauszugsaufzeichnungen bis 5d des fotografierten Objektes, wobei jeder einzelnen Aufzeichnung ein spezieller Bereich des sichtbaren Spektrums und eine durch ihre relative Winkellage gekennzeichnete periodische Modulation zugeordnet sind; Fig. 6 eine nicht maßstäbliche perspektivische Schemazeichnung von einer Wiedergabevorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur Wiedergabe von fotografischen Aufzeichnungen des oben beschriebenen Typs; Fig. 7 eine schematische und stark vereinfachte Vorderansicht eines Fraunhofer'schen Beugungsbildes, das in einem Fourier-Transformationsraum in einer Vorrichtung gemäß Fig. 6 erzeugt werden kann; Fig. 8 eine perspektivische Schemazeichnung eines vergrößerten Ausschnittes des in Fig. 6 dargestellten Ortsfrequenzfilters und Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles eines Fraunhafer'schen Beugungsmusters gemäß Fig. 7 zur Verdeutlichung der relativen Anordnung der mit dem roten, blauen oder grünen Farbauszug verbundenen Beugungsordnungen.
• Wie bereits erwähnt, wurde die Wiedergabe gespeicherter bformationen aus einer fotografischen Aufzeichnung mittels Beugungserscheinungen und Ortsfrequenzfilterung lange Zeit durch das kleine Auflösungsvermögen, durch statistische Rauscheffekte in den rekonstruierten Bildern und durch die geringen Ihtensitäten, die durch die Filmblende auf einem Wiedergabeschirm erzeugt werden können, beeinträchtigt. Die Fig. 1 mit 3 stellen drei Ausführungsformen dar, mit denen gemäß der vorliegenden Erfindung diese Nachteile überwunden werden können. Andere Lösungswege sind in der Patentanmeldung P 1930 603.7 derselben Anmelderin angegeben.
• Bevor jedoch im einzelnen auf diese Ausführungsformen eingegangen wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Bedeutung eine kurze allgemeine Erörterung über das Problem der optischen Speicher- und Wiedergabeverfahren gegeben werden, mit denen sich die vorliegende Erfindung befaßt. Hierzu dienen die Fig. 4 mit 8.
• Fig. 4 zeigt in sehr schematischer Form eine fotografische Kamera 19, die verwendet werden kann, um eine von einem periodischen Gitter modulierte fotografische Aufnahme eines bestimmten Spektralbereiches herzustellen. Diese Aufnahme kann in der Kamera 10 als Überlagerung von drei getrennten Farbauszugsbelichtungen eines fotoempfindlichen Filmes 12 erzeugt werden. Die einzelnen auf diese Weise erhalten Farbauszugsaufzeichnungen sind jeweils mit einer bestimmten Gitterstruktur moduliert. Diese wird beispielsweise durch ein Beugungsgitter 16, das in der Nähe des Filmes 12 angebracht ist, auf diesem erzeugt. Die azimutale Orientierung dieses Gitters ist bei den einzelnen Farbauszügen unterschiedlich und eindeutig festgelegt.
• Fig. 4 zeigt den ersten Schritt des vielstufigen Verfahrens, das zur Herstellung dieser zusammengesetzten Aufzeichnungen verwendet wird, Ein Objekt 14, das durch verschiedene gelb, grün, blau und rot reflektierende Zonen dargestellt ist, entsprechend den Bezeichnungen von Fig. 4, wird über ein Filter 18, dessen maximale spektrale Durchlässigkeit im roten Gebiet des sichtbaren Spektrums liegt, fotograiiert. Ein Gitter 16 mit schräger Orientierung der Linien, das beispielsweise mit einem Winkel von 300 gegen die Horizontale von rechts oben nach links unten geneigt ist (von der Rückseite der Kamera aus gesehen), wird dem Film 12 gegenübergesetzt. Auf diese Weise wird ein Schattenbild des Gitters 16 mit dem Rotauszug des Bildes vom Gegenstand 14 überlagert, Die entstehende Aufzeichnung 19 des Farbauszuges, die dem Gehalt von rotem Licht zum Objekt 14 entspricht, wird zu einem Positivbild verarbeitet, was beispielsweise durch eine Umkehr entwicklung erfolgen kann.
• Dabei erhalt man eine Darstellung entsprechend Fig. 5a. Fig. 5a zeigt, daß die Modulation des Gitters den Obiektdetails des roten Spektralaus zuges überlagert ist. Da auch gelbes Licht einen Rotanteil aufweist, wird auch das gelbe Gebiet des Objektes 14 überlagert mit einem Gitter der gleichen Winkelorientierung abgebildet.
• Zur weiteren Herstellung einer zusammengeetzten fotografischen Aufzeichnung wird eine Farbauszugsaufnahme durch ein Filter, dessen spektrale Durchlässigkeit im wesentlichen durch eine blaue Wellenlänge gekennzeichnet ist, sowie unter Verwendung eines vertikal angeordneten Beugungsgitters durchgeführt. Anschließend wird derselbe Prozeß mit einem Filter, dessen spektrale B@rchlässigkeit hauptsächlich im grünen liegt, und mit einem Beugungsgitter, dessen Linien schräg von links oben nach rechts unten - beispielsweise in einem Winkel von 300 gegen die Horizontale - angeordnet sind, durchgeführt.
• Aus Fig. 5b ist ersichtlich, daß der blaue Farbauszug 21 nur auf den Gebieten des Filmes 12 eine Belichtung hervorruft, bei denen im Objekt 14 eine blaue Verteilung vorliegt; erfolgt jedoch eine Belichtung von dem Objekt 14 durch ein Grünfilter, so erhält man wiederum eine Gitter struktur in dem Gebiet der gelben Objektverteilung, wobei die Orientierung dieser Gitterstruktur mit der der grünen Farbauszugsaufzeichnung 22 übereinstimmt. Auf dem Gebiet, das im Objekt einer gelben Verteilung entspricht, erhalt man daher, wie aus Fig. 5d ersichtlich, eine ttberlagerung der periodischen Gitterstruktur von der roten wie auch von der grünen Farbauszugsaufzeichnung. Eine Vorrichtung zur Wiedergabe einer solchen fotografischen Aufzeichnung kann gemäß dem Stand der Technik die in Fig. 6 gezeigte Ausführung aufweisen. Diese Wiedergabevorrichtung besteht aus einer Lichtquelle 23 von zumindest partiell kohärentem Licht. Gemäß der Zeichnung enthält diese eine Bogenlampe 24, eine Kondensorlinse 25 sowie eine Abdeckblende 26 mit einer Öffnung 27 von begrenztem Durchmesser. Mit einer Linse 28 erreicht man, daß die so entstandene Punktlichtquelle - reell oder virtuell - in große Entfernung gerückt wird, so daß man hinter dieser Linse 28 einen annähernd parallelen Strahlengang erhält. Es schließen sich eine Flimhaltevorrichtung 29 für die Aufnahme der wiederzugebenden transparenten Aufzeichnung an sowie eine Transformationslinse 30 und ein Fourier-Transformationsfilter 31, deren Bedeutung im folgenden noch erläutert wird. Eine Projektionslinse 32 und ein Wiedergabeschlrm 33 vervollständigen die Wiedergabevorrichtung.
• Beleuchtet man eine transparente Aufzeichnung - wie z. B. die zusammengesetzte Aufzeichnung 20 - in der Filmhaltevorrichtung 29, so treten Beugungs- und lnterferenzerscheinungen auf. Da die den einzelnen Farbauszugsaufzeichnungen 19, 21 und 22 entsprechenden periodischen Gitterstrukturen in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, erhalt man in drei durch entsprecheni e Winkel getrennte Richtungen Beugungsmuster mit vielen Ordnungen. Die Gesamtheit dieser Beugungsmuster ist durch das Bezugszeichen 34 gekennzeichnet. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung der Beugungsfiguren ist schematisch in Fig. 7 gegeben. Jedes der einzelnen Beugungsmuster entspricht jeweils einer der getrennten Farbauszugsaufzeichnungen. Es enthält jeweils eine nullte Ordnung, die in allen Fällen räumlich mit denen der anderen Farbauszugsaufzeichnungen zusammenfällt und den nicht abgebeugten Anteil enthält. Des weiteren enthält jedes Beugungsmuster eine Vielzahl von Komponenten aus höheren Beugungsordnungen mit dem Anteil des abgebefugten Lichtes. Die Beugungsmuster stellen Dirac, sche Deltafunktionsreihen dar, die mit den Ortsfrequenzspektren der jeweiligen Farbauszugsaufzeichnungen gefaltet sind.
• Durch die Verwendung-der Transformationslinse 30 erreicht man, daß die Beugungsmuster im Brennweitenabstand von der Linse 30 an einer Stelle entstehen, die gewöhnlicherweise als Fourier-Transformationsraum (oder auch als Fraunhofer'sche Beugungsebene) bezeichnet wird.
• Diese Bezeichnung ist deshalb gewählt, da an dieser Stelle durch die beschriebenen Beugungs- und Interferenz effekte eine räumliche und zeitliche Frequenzanalyse erfolgen kann. An dieser Stelle werden auch Ortsfrequenz- und Spektralfilter eingebracht. Hierdurch kann man erreichen, daß eine oder mehrere der einzelnen Aufzeichnungen wiedergegeben werden, um beispielsweise eine Rekonstruktion der ursprünglichen Szene in natürlichen Farben oder in wahlweise verzeichneten Farben zu erhalten.
• Aus Fig. 7 wird das Wesen des Fourier-Transformationsraumes ersichtlich. Der Einfluß, den man durch eine Ortsfrequenzfilterung allein oder durch eine Ortsfrequenz- und Spektralfilterung einer einzelnen Beugungsordnung oder mehrerer derselben in diesem Fourier-Transformationsraum erhält, wird hieraus verständlich. In Fig. 7 sind drei in verschiedenen Winkelbereichen liegende Beugungs muster dargestellt. Sie entsprechen den roten, grünen und blauen Ortsfrequenzspektren der Szene und erstrecken sich entlang der mit 36, 38 und 40 bezeichneten Geraden. Jede dieser Geraden 36, 38 und 40 steht senkrecht zur Richtung der periodischen Gitter, die den einzelnen Farbauszugsaufzeichnungen zugeordnet sind. Die Zonen der nullten Beugungsordnung von allen Beugungsmustern fallen räumlich zusammen.
• Aus den Beugungsgesetzen folgt für den Beugungswinkel die Beziehung: α = #. # (1) Hierin bedeutet # die spektrale Wellenlänge der beleuchtenden Strahlung und W die Ortsfrequenzen. Nimmt man einen parallelen Strahlengang für das Licht in der Ebene der Halterung 28 an (eine Bedingung, die nicht notwendigerweise eingehalten werden muß), so entstehen die Beugungsordnungen im Fourier-Transformationsraum an den Deitafunktionsstellen, die durch die Transformation der aufgezeichneten Modulation bestimmt sind. Die radialen Abstände von der Achse des Beugungsmusters sind durch folgende Gleichung festgelegt: R=f2 m # Ã (2) Hierin bedeuten: f2 die Brennweite der Linse 30; A die mittlere Wellenlänge der be leuchteten Strahlung; m die Beugungsordnung und #c die Grundfrequenz des Gitters.
• Selbstverständlich sind die in Fig. 7 dargestellten Beugungsmuster gegenüber den wirklich auftretenden Beugungsmustern stark vereinfacht.
• Aus Gründen der Übersichtlichkeit und des besseren Verständnisses wurden nämlich die Abgrenzungen der verschiedenen Beugungsordnungen kreisförmig dargestellt. In Wirklichkeit haben selbstverständlich die einzelnen Beugungsordnungen im Fourier-Transformationsraum keine feste Grenze. Die angegebenen Umgrenzungen stellen daher nur lsophoten dar, welche Punkte gleicher Energie verbinden. In Wirklichkeit ist natürlich die Gestalt der Isophoten von der Form der Lichtquelle, der Umgrenzungslinie der Gitterelemente sowie von der Szene oder dem Objekt, die aufgezeichnet sind, abhängig.
• Die ersten Ordnungen jedes Beugungsmusters kann man als ein Ortsfrequenzspektrum des Objektes mit maximaler Frequenz #s (= Radius dieser Ordnung) betrachten, das mit der Ortsfrequenz #c eines Trägersignales gefaltet ist. Die Komponenten der zweiten Ordnung kann man als eine Faltung von einem Ortsfrequenzspektrum mit einer maximalen Frequenz w5 mit der Ortsfrequenz Z#c eines Trägersignales betrachten.
• Anale Überlegungen ergeben sich für die höheren Beugungsordnungen.
• Die verschiedenen Beugungsordnungen jedes Beugungsmusters stehen demnach in einem harmonischen Verhältnis zueinander. Hierbei wirkt die Ortsfrequenz #c oder ein geradzahliges Vielfaches von dieser als Trägerfrequenz für das Ortsfrequenzspektrum, welches die Objektverteilung beschreibt. In der Abbildung sind nur zwei Ordnungen gezeigt; es ist trotzdem verständlich, daß auch höhere Ordnungen vorhanden sind, deren Intensität jedoch mit zunehmender Ordnung abnhimmt.
• Man erhält ein Ortsfrequenzspektrum des Beugunsmusters, wenn man das Transformationsfilter 31 mit seinen Öffnungen in der Ebene des Fourier-Transformationsraumes gemäß Fig. 6 anbringt Die Somponenten der nullten Beugungsordnung fallen raumlich zusammen. Die Ortsfrequenzen, die demnach in dem Informationskanal der nullten Beugungsordnung vorhanden sind, stellen die Summe der zu den einzelnen Farbauszugsaufzeichnungen 19, 21 und 22 gehörenden Spektren dar. Eine Öffnung in dem Transformationsfilter 31, welche die nullte Beugungsordnung durchläßt, führt zu einem aus Schwarz-Weiß- und Grautönen zusammengesetzten Bild der Szene 14. Die mit jedem der Fariuszugsaufzeichnungen verbundenen Informationskanäle sind hier untrennbar miteinander verflochten. Sie lassen sich daher nicht wieder geeignet einfärben, um den fotografierten Gegenstand in natürlichen Farben wiederzugeben. Mit den höheren Beugungsordnungen ist es wegen der Aufteilung in verschiedene Winkelbereiche - entsprechend den Geraden 36, 38 und 40, auf denen die roten, blauen und grünen Spektren liegen - möglich, eine naturgetreue Reproduktion zu erhalten. Man fügt hierzu jedem Informationskanal die entsprechende Spektralcharakteristik zu, indem man an den zugehörigen Stellen geeignete Spektralfilter einbringt.
• Fig. 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von der Mitte des Filters 31.
• Die Öffnungen haben geeignete Größe, um als Ortsfrequenzfilter zu wirken. Die passenden Spektralfilter bewirken eine farbgetreue Wiedergabe des Objektes. Natürlich können auch, wenn dies erwünscht ist, Komponenten von höheren Beugungsordnungen über geeignete Spektralfilter durchgelassen werden. In dem dargestellten Beispiel ist jedoch darauf verzichtet, um die Darstellung möglichst einfach zu halten.
• Der Strahlengang durch das Projektionssystem sei im folgenden betrachtet. Durch eine geeignete Anordnung der Lampe 24 und der Kondensorlinse 25 wird erreicht, daß die Öffnung 27 in der Abdeckblende 26 gleichmäßig durch ein Lichtbündel mit maximaler Intensität und einem breitbandigen Energiespektrum beleuchtet wird. Die Linse 28 ist von der Abdeckblende 26 in axialer Richtung derart verschoben angebracht, daß der eine Brennpunkt dieser Linse mit der Ebene der Abdeckblende 26 zusammenfällt. Hierdurch wird erreicht, daß das Licht den Film im wesentlichen parallel durchstrahlt. Die Transformationslinse 30 vereinigt die im wesentlichen ebenen Wellenfronten zu den Beugungsbilaarn der nullten und der höheren Ordnungen. Sie werden auf den Fourier-Transformationsraum fokussiert, der sich in der Eintrittsöffnung der Projektionslinse 32 oder nahe derselben befindet. Die Linsen 28 und 30 dienen dazu, das Bild der beleuchteten Öffnung 27 in der Abdeckblende 26 auf das Transformationsfilter 31 abzubilden.
• Bei den Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik ist die Wiedergabe von fotografischen Aufzeichnungen des oben beschriebenen Types offensichtlich.durch die geringe erhaltene Bildhelligkeit stark beeinträchtigt. Eine Ursache für diese niedrige Bildhelligkeit ist darin zu sehen, daß die wirksame Lichtquelle eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf, um ein Überlappen und damit ein "Übersprechen" zwischen den verschiedenen Beugungsordnungen zu vermeiden. Es zeigt sich, daß das Zentrum von jedem Beugungsmuster der höheren Ordnung in einem radialen Abstand von der Achse des Gesamtmusters angeordnet ist, der ein ganzzahliges Vielfaches der Trägerfrequenz w c beträgt, und daß der Radius jeder dieser Ordnungen der Ortsfrequenz w entspricht. Um zu ver-5 meiden, daß sich die nullte Beugungsordnung und die höheren Ordnungen überlappen, muß w c größer sein oder zumindest gleich groß als 21|)8. (Dies kann als eine besondere Form des Sampling-Theorems betrachtet werden). Jede dieser Beugungsordnungen ist ein um das Verhäitrns f2: fl vergrößertes Bild der beleuchteten Öffnung 27 in der Abdeckblende 26. Hieraus folgt, daß der Durchmesser d der Öffnung 27 in der Abdeckblende 26 und damit auch der gesamte durch die Öffnung 27 durchgelassene Lichtstrom gemäß der folgenden Formel begrenzt ist. (Hierbei wird angenommen, daß in der Ebene der Filmhaltevorrichtung 29 ein paralleler Strahlengang erzeugt ist).
• d=f1 asz .#c.
• Hierin bedeutet f1 die Brennweite der Linse 28. A und #c haben dieselbe Bedeutung wie bisher.
• Die von dem kollimator in der Ebene der Filmhalterung erzeugte Beleuchtungsstärke beträgt E = ######### 4 f12 Hierin bedeutet B die fotometrische Helligkeit (Lenchtdichte), gemessen in cd/cm². Setzt man in der letzten Gleichung dem Wert für d ein, so erhält man E = ################### Aus dieser Beziehung wird klar ersichtlich, daß ein Anwachsen der Bildhelligkeit der wiedergegebenen Bilder mit den bisherigen Verfahren nur durch einen Anstieg der Leuchtdichte B der Lichtquelle oder durch eine Erhöhung der Ortsfrequenz #c des verwendeten Gitters erreicht werden kann.
• Neben der geringen erreichbaren Bildhelligkeit hatten die Bilder, die gemäß dem bekannten Verfahren wiedergegeben wurden, eine relativ schlechte Auflösung. Nach dem Sampling-Theorem ist die Bandbreite der maximal auflösbaren Ortsfrequenzen in Richtung des Modulationsvektor, entlang dessen die in der jeweiligen Szene enthaltene Information gesampelt wird, gleich der halben Ortsfrequenz der für das Sampling verantwortlichen Modulation. Mit den bisher üblichen Wiedergabeverfahren konnte jedoch nur eine Bandbreite der aufgezeichneten Ortsfrequenzspektren aufgelöst werden, die wesentlich kleiner war als die halbe Modulationsfrequenz. Die Ursache für diese Erscheinung wird verständlich, wenn man die im Fourier-Transformationsraum erzeugten Beugungsmuster genauer betrachtet.
• Wie bereits erwähnt, ist die in Fig. 7 gegebene schematische Darstellung des Beugungsmusters, das von den Ortsfrequenzen der Aufzeichnung in dem Fourier-Transformationsraum gebildet wird, stark vereinfach. Deshalb ist in erz Fig. 9 eine genauere Darstellung der entstehenden Beugungsmuster angegeben. Da der Beugungswinkel sowohl von der Ortsfrequenz als auch von der Wellenlänge der beleuchtenden Strahlung abhängt, ergeben sich bei den verschiedenen Wellenlängen für die Trägerfrequenzen unterschiedliche radiale Abstände von der Achse des Beugunsmusters im Fourier-Transformationsraum. Deshalb kommt ein in einer Aufzeichnung gespeichertes Ortsfrequenzspektrum bei Beleuchtung mit langwelligem Licht in einem größeren Abstand von der Achse des Beugungsmusters zu liegen, als bei Beleuchtung mit kurzwelligen Licht, da sich diese Spektren im Fourier-Transformationsraum jeweils um den Punkt als Zentrum erstrecken, der der entsprechenden Beugungsordnung des Trägersignales im jeweiligen Licht entspricht.
• Aus der Abhängigkeit des Beugungswinkels von der Wellenlänge der dleuchteten Strahlung folgt ferner, wie in Fig. 9 gezeigt, daß der Durchmesser der Beugungsordnungen für einen festen Wert von von der Wellenlänge der Beleuchtung abhängt.
• Es zeigte sich jedoch, wie aus den folgenden Ausführungen ersichtlich werden wird, daß die für die Wiedergabe nutzbare Bandbreite des aufgezeichneten Ortsfrequenzspektrums in Wirklichkeit wesentlich über die von dem Sampling-Theorem gegebene Grenze vergrößert werden kann, so daß es möglich wird, eine Bandbreite zu übertragen, die größer ist als die halbe Ortsfrequenz der für das Sampling verantwortlichen Modulation.
• Aus der Betrachtung von Fig. 9 wird jedoch deutlich, daß die von dem Ortsfrequenzfilterverfahren gemäß dem Stand der Technik bei einer Wiedergabe erzielbare Bandbreite des Ort sfrequenzspektrums erheblich kleiner ist als die halbe Sampling-Frequenz. Hierfür gibt es mehrere Gründe. So ergeben sich z. B. für das Ortsfrequenzfilter strukturelle Grenzen, wenn dieses beispielsweise durch einen Foto-Ätzprozeß hergestellt wird. Es muß auch auf dem Ortsfrequenzfilter ein Steg zwischen den Öffnungen, durch die die ausgewählten Beugungsordnungen durchgelassen werden, stehenbleiben. Auch zwischen den einzelnen Beugungeordnungen muß wegen der sphärischen Aberrationen sowie wegen der chromatischen Längsaberrationen der Fourier-Transformationslinse (Linse 30 in dem System von Fig. 6) jeweils ein lichtdurchlässiges Gebiet liegen.
• Auf diese Weise wird die maximale von bisherigen Vorrichtungen durchlaßbare Bandbreite der Ortsfrequenzen erheblich kleiner als die halbe in der Aufzeichnung gespeicherte Sampling-Ortsfrequenz.
• Darüber hinaus haben die Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik noch weitere Nachteile. Wie erwähnt, muß die Beleuchtung zumindest partiell kohärent sein, damit man die nötigen Beugungseffekte erhält, um die in der Aufzeichnung überlagerten Bilder trennen zu können. Hierdurch entsteht ein statistisches Rauschen, durch das die wiedergegebenen Bilder fleckig erscheinen. Diese Fleckenbildung ergibt sich aus den statistischen Störungen in den Amplituden und Phasen der beleuchtenden Wellenfront, die unter anderem auf statistisch verteilte Fehler im Aufzeichnungsmaterial zurückzuführen sind.
• Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Verbesserung in allen obengenannten Punkten, welche eine Verschlechterung der Bildwiedergabe bewirken. Im speziellen soll die niedrige Bildhelligkeit sowie das relativ geringe Auflösungsvermögen verbessert werden; auch die Effekte des statistischen Rauschens sollen verschwinden.
• Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren zur Bildrekonstrukeion enthalten daher einen oder mehrere Informationskanäle für die Übertragung je eines auf ein Trägersignal modulierten Ortsfrequenzspektrums der Aufzeichnung. Das Trägersignal ist dabei von einer periodischen Modulation in der Aufzeichnung erzeugt. Weiterhin ist ein zusätzlicher optischer Informationskanal vorgesehen, der von derselben Lichtquelle erzeugt werden kann, welche die oben beschriebenen Informationskanäle liefert. Die Verwendung der gleichen Lichtquelle ist jedoch nicht notwendig. Dieser zusätzliche Informationskanal ist von den anderen Informationskanälen getrennt und überträgt Spektren der nullten :Beugungsordnung. Für diesen zusätzlichen Informationskanal gilt daher nicht die entsprechende Bandbreitebeschränkung wie sie für die Informationskanäle für die Übertragung der auf die Ortsfrequenz eines T rägersignales modulierten Ortsfrequenzspektren der Aufzeichnung besteht. Hierdurch wird eine größere Bandbreite und damit auch eine größere Auflösung in den wiedergegebenen Bildern erreicht. Auch die Energie des in dem Breitbardkanal übertragenen Lichtes vergrößert die Intensität des durch die gesamten schmalbandigen Kanäle rekonstruierten Bildes, so daß man insgesanmt eine größere Bildhelligkelt bei der Wiedergabe erhält.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Breitbandkanal von einer unabhängigen inkohärenten Lichtquelle erzeugt, damit die durch das statistische Rauschen erzeugten Störungen in den wiedergegebenen Bildern verringert oder ganz vermieden werden können.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine von vielen Möglichkeiten, mit denen die genannten Ziele erreicht werden önnen. Aus Gründen der Uberslchtlichkeit ist bei der in Fig. 1 gezeigten Wiedergabevorrichtung eine Anordnung gewählt, die mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Abwandlungen der Anordnung von Fig. 6 entspricht.
• Bei der Wiedergabevorrichtung gemäß Fig. 1 wird durch eine Projektionslampe 50 zwischen zwei Elektroden 52 und 54 ein Lichtbogen 56 erzeugt.
• Dieser Lichtbogen stellt eine Lichtquelle mit sehr hoher Strahlungsintensität, begrenzter Ausdehnung und einer breiten (zeitlichen) spektralen Bandbreite dar. Wie bei der Vorrichtung von Fig. 6 wird durch ein Kondensorlinsensystem 58 ein Bild des Lichtbogens 56 in einer kleinen b nung 60 einer Abdeckblende 62 erzeugt. Eine Kollimatorlinse 64, eine Transformationslinse 66 und eine Projektionslinse 68 8 versehen bei der Anordnung von Fig. 1 dieselben Funktionen wie die Linsen 28, 30 und 32 in der Anordnung von Fig. 6. In einem innerhalb der Wiedergabevorrichtung gebildeten Fourier-Transformationsraum ist ein Ortsfrequenzfilter 70 angeordnet.
• Die Transformatlonslinse 66 und die Projektionslinse 68 bilden gemeinsam die in ihrer Transparenz modulierte fotografische Aufzeichnung 20 auf einen Wiedergabeschirm 74 ab. . Die fotografische Aufzeichnung 20° wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit identisch mit der fotografischen Aufzeichnung 20 von Fig. 6 gewählt. Die Kollimatorlinse « kann in jedem Abstand vor der Abdeckblende 62 angebracht werden der der Brennweite der Linse 64 entspricht. Auf diese Weise fällt wesentlich paralleles Licht von der Linse 64 auf die Aufzeichnung 20'. Bei dem Durchgang durch die Aufzeichnung 20' wird dieses Licht abgebeugt, so daß eine größere Anzahl von Beugungsmustern entsteht, die durch versehlenden Winkelbereiche voneinander getrennt sind und deren nullte Beugungsordnungen, wie bei der Anordnung von Fig. 6 beschrieben, zusammenfallen. Die Anzahl dieser Beugungsmuster hängt von der Anzahl der in der Aufzeichnung in eindeutiger azimutaler Weise festgelegten Sampling-Trägersignale ab. In der dargestellten Ausführungsform sind er drei.
• Das Ortsfrequenzfilter 70 enthält dem Bezugszeichen 76 entsprechend eine Gruppe beisammenliegender Öffnungen. Diese Öffnungen sind zu drei symmetrischen Paaren angeordnet. Durch sie werden durch den Fourier-Transformationsraum die Komponenten der Beugungsmuster erster Ordnung durchgelassen, die zu den roten, blauen und grünen, einander überlagert in der Aufzeichnung 207 gespeicherten Farbauszugsaufzeichnungen gehören. Durch eine geeignete Spektralfilterung in den Öffnungen 76 des Ortsfrequenzfilters 70 kann man erreichen, daß die ursprüngliche Szene farbgetreu auf dem Wiedergabeschirm 74 wiedergegeben wird.
• Um das Auflösungsvermögen und die Bildhelligkeit zu erhöhen sowie um das Rauschen in den rekonstruierten Bildern zu verhindern, ist zumindest ein zusätzlicher Informationskanal vorgesehen. Dieser zusätzliche Informationskanal - im folgenden jeweils als Breitbandkanal bezeichnet - wird bevorzugterweise von einer Lichtquelle mit räumlich inkohärenter Strahlung erzeugt. Damit soll das Bildsignal gegenüber dem fleckigen Rauschen in den rekonstruierten Bildern verstärkt werden.
• Zur Erzeugung dieser zweiten inkohärenten Lichtquelle ist eine weitere Öffnung 78 auf der Abdeckblende 62 angebracht, die wesentlich größer ist als die Öffnung 60. Diese Öffnung 78 ist an der . Stelle angeordnet, an der von der Kondensorlinse 58 ein Bild der im erregten Zustand weißglühenden Elektrode 54 erzeugt wird. Der Lichtbogen 52 und die weißglühende Elektrode 54 weisen eine unterschledilche Farbtemperatur auf.
• Deshalb ist ein Farbausgleichsfilter 79, beispielsweise vom Typ 2-CC 10-B vor der Öffnung 78 angebracht. Um die Lichtverluste eo klein wie möglich zu halten, wird vorzugsweise eine Feldlinse 80 in der Ebene der Öffnungen 60 und 78 angebracht.
• Da die Öffnungen 60 und 78 auf der Abdeckblende 62 um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind, erreicht man, daß das Bild der öffnung 78, das im Fourier-Transformationsraum auf dem Ortsfrequenzfilter 70 von der Kollimatorlinse 64 und der Transformationslinse 66 erzeugt wird, in einem entsprechenden Abstand von dem Beugungsmuster 75 zu liegen kommt, so daß keine Interferenzen zwischen den beiden stattfinden können. Durch den Fourier-Transformationsraum soll eine große Bandbreite des den Strukturdetails in der Aufzeichnung entsprechenden Ortsfrequenzspektrums durchgelassen werden, um anschließend von der Projektionslinse 68 rücktransformiert zu werden.
• Damit nun ein solches breitbandiges Spektrum durch das Ortsfrequenzfilter 70 durchgelassen wird, ist dieses mit einer Öffnung 81 versehen, deren größte Ausdehnung wesentlich über der der Öffnungen 76 für die schmalbandigen Kanäle liegt. Bei praktisch durchgeführen Versuchen wurde ein Ortsfrequenzfilter 70 verwendet, bei dem die Öffnungen 76 eine maximale Ausdehnung in der Größenordnung von 0, 8 W5 mm hatten, während die Breitbaixijlteröffnung 78 eine maximale Größe von der Größenordnung 2 ws mm aufwies.
• Die Verwendung des zusätzlichen breitbandigen Informationskanales führt zu einer vorteilhaften Vergrößerung der Bildhelligkeit in den rekonstruierten Bildern. Sie wird jedoch mit einer Einbuße in der Farbauflösung erkauft. Es zeigte sich jedoch, daß die Qualität der rekonstuierten Bilder durch die zusätzliche Verwendung des breitbandigen Informationskaales verbessert wird, wenn zur Erreichung einer erhöhten Bildauflösung und zur Verminderung der durch die Kohärenz bedingten Rauscheffekte eine gewisse Einbuße an Farbsättigung in Kauf genommen wird. Durch ein Graufilter 82,das vor der Öffnung 81 für den breitbandigen Informationskanal angebracht ist, läßt sich die Intensität des breitbandigen Informationskaiies gegenüber der Intensität der schmalbandigen Informationskanäle regeln.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der nur eine einzige Lichtquelle mit im wesentlichen kohärentes Strahlung verwendet wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Teil der Anordnung gezeigt. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 enthält auch die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung eine Bogenlampe 83, und eine. Kondensorlinse 84, um ein Bild des von der Bogenlampe 83 er; zeugten Lichtbogens 86 in einer kleinen Öffnung 88 auf einer Abdeckblende 90 abzubilden. Weiterhin ist eine Kollimatorlinse 92 und eine Tranformationslinse 94 vorhanden. Es zeigte sich nämlich, daß die Beleuchtung der Aufzeichnung nicht notwendigerweise von parallelem Licht erfolgen muß oder daß die wirksame Lichtquelle in einer großen Entfernung von der Aufzeichnung zu liegen hat. Dieser Umstand wird durch die Anordnung gemäß Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Transformationslinse 94 vor der Aufzeichnung angebracht. Die Aufzeichnung wird daher von einem konvergenten Lichtstrahlenbündel durchstrahlt. , Das von der Transformationslinse 94 ausgehende partiell kohärente Licht wird bei seinem Durchgang durch die Aufzeichnung 96 abgebeugt. Hierdurch werden auf einem Ortsfrequenzfliter 100, das in einem innerhalb des optischen Systems gebildeten Fourier-Transformationsraum angebracht ist, Beugungsmuster erzeugt. Das beispielsweise durch fotografische Verfahren hergestellte Ortsfrequenzfilter 100 weist meirere, um bestimmte Winkelbereiche voneinander getrennte Filteröffnungen 102 auf, durch die die Beugungskomponenten der Beugungsmuster erster Ordnung durchgelassen werden, die den roten, blauen und grünen Farbauszugskomponenten entsprechen.
• Des weiteren ist erfindungsgemäß ein zweiter optischer Übertragungskanal vorhanden. Dieses wird durch ein im wesentlichen ringförmiges lichtdurchlässiges Gebiet 104 dargestellt, welches das Beugungsmuster der kohärenten Informationskanäle umgibt. In diesem Fall wirkt das Korn der Aufzeichnung als Trägersignal. Es wird daher ein Spektrum der aufgezeichneten Ortsfrequenzen, das die Körnigkeit des Aufzeichnungsmediums moduliert, von dem Ortsfrequenzfilter durchgelassen, um das Auflösungsvermögen und die Helligkeit des rekonstruierten Bildes zu verbessern. Mit der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform können natürlich keine Verbesserungen bezüglich der durch das statistische Rauschen erzeugten Effekte erreicht werden, welche in den rekonstruierten Bildern durch die Kohärenz der beleuchtenden Strahlung erzeugt werden.
• Eine e weitere Ausführungslorm der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt Mit dieser Ausführungsform kann eine Einspeisung des optischen Signales in eine Video-Kamera-Kette vom parallelen Helle-Typ -die manchmal auch mit YRGB-Typ bezeichnet wird - erfolgen. Mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform erzeugt man ein Bild der ursprUnglichen Szene an dem Feldlinseneingang zu einer Video-Kamera-Kette.
• Die gesamte Bildwiedergakevorrichtung 106 besteht aus einer Beleuchtuagseinrichtung 108, einer Kollimatorlinse 110, einer Transformationslinse 112 sowie einer Projektionslinse 114, mit der die in der Aufzeichnung gespeicherte Information rücktransformiert wird, so daß eine farbechte Reproduktion der ursprünglichen Szene bei einer Feldlinse 116 entsteht. Diese Feldlinse 116 befindet sich am Eingang zu einer Video-Kamera-Kette 118.
• Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Bestandteile der Bildwiedergabevorrichtung ist dieselbe, wie bei den anhand von Fig. 1 und 2 besprochenen Ausführungsformen. Es ist jedoch in der Beleuchtungseinrichtung 108 eine weitere Möglichkeit angegeben, um eine erste Lichtquelle für~die kohärente Beleuchtung einer größeren Anzahl von engbandigen Informationskanä)aisowie eine zweite inkohärente Lichtquelle flir einen Breitbandinformatlonskanal herzustellen. Diese modifizierte Beleuchtungseinrichtung 108 besteht aus einer ersten und einer zweiten Projektionslampe 120 und 122, die symmetrisch zur optischen Achse 0-0 in einem gewissen Abstand von derselben angebracht sind.
• Eine Kondensorlinse 124 bildet den von der Lampe 120 erzeugten Lichtbogen 126 auf eine kleine Öffnung 128 in einer Abdeckblende 130 ab. Auch der zwischen den Elektroden der Projeldionslinse 122 gebildete Lichtbogen wird von der Kondensorlinse 124 auf die Abdeckblende 130 abgebildet. Er fällt dort auf eine größere Öffnung 134. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Durchmesser der Öffnung 134 in der kleinsten verwendeten Ausführung größer ist als der oben festgelegte maximale Durchmesser einer Öffnung für die Herstellung von örtlich kohärenter Strahlung. Die Öffnung 134 kann daher als eine inkohärente Strahlungsquelle betrachtet werden. Weiterhin ist eine Feldlinse 136 angebracht, mit der die wirksame Öffnung der Kondensorlinse 124 in die Öffnung der Kollimatorlinse 110 abgebildet wird. Hierdurch wird erreicht, daß ein Maximum an Strahlungsenergie von dem System durchgelassen wird.
• In einem Fourier-Transformationsraum ist ein Ortsfrequenzfilter 138 angebracht. Dieses besteht aus drei Paaren von einander gegenilber -liegenden Öffnungen 140. Durch diese Öffnungen werden die Beugungsspektren erster Ordnung, die mit den roten, blauen und grünen Farbauszugsaufzeichnungen verbunden sind, durchgelassen. Auf diese Weise werden drei schmalbandige Übertragungskanäle für die in einer Aufzeichnung 141 gespeicherten roten, blauen und grünen Farbinformationen erzeugt.
• Wie bei den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2, enthält das Ortsfrequenzfilter 138 eine weitere Öffnung 142, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser von irgendeiner der Öffnungen 140.
• Hierdurch wird erreicht, daß der Inforzrationskanal, der zu der inkohärenten Strahlungsquelle gehört, ein breitbandiges Spektrum der aufgezeichneten Ortsfrequenzen übertragen kann.
• Die Video-Kamera-Kette 118 ist sehr schematisch dargestellt. An ihrem primären Eingang ist eine Feldlinse 116 angebracht. Dort erzeugt die Bildwiedergabevorrichtung 106 ein farbechtes Bild der ursprünglichen Szene. Des weiteren ist ein erster dichroitischer Spiegel 144 angebracht, der selektiv den langwelligen Strahlungsanteil auf eine rotempfindliche VidikonlShre 146 gibt; ein zweiter dichroitischer Spiegel 148 reflektiert selektiv die kurzwellige Strahlung auf eine blauempfindliche Vidikonröhre 150; auf der optischen Achse ist schließlich eine dritte grünempfindliche Vidikonröhre angebracht, von der die Information aufgefangen wird, die einem mittleren Spektralbereich entspricht. Die grüne Aufzeichnungskomponente kann elektronisch durch normale Abtastumkehrtechniken gespiegelt werden, so daß ihre Lage mit der blauen und roten Bildkomponente auf den wlikonröhren 150 und 156 entspricht. Die Vidikonröhren 146, 150 und 152 für die rote, blaue und grüne Bildaufzeichnungskomponente sind mit Objektivlinsen 154, 156 und 158 ausgerüstet, um jeweils die Feldlinse 116 auf die entsprechenden Vidikonschirme abzubilden. Die von den Vidikonröhren für die jeweiligen Farbauszüge kommenden Signale werden über Leitungen 160, 162 und 164 in einen Schaltkreis zur Signalaufbereitung 166 eingespeist. In dem Schaltkreis 166 erfolgt eine Verstärkung und eine Matrizierung der Signale, sowie andere gewöhnliche elektronische Verfahrensschritte, um ein zusammengesetztes Signal zu erhalten, das dem der farbigen Szene entspricht und von einer Antenne 170 gesendet werden kann.
• Erfindungsgemäß ist ein weiterer unabhängiger optischer Informationskanal für die Übertragung eines breitbandigen Ortsfrequenzspektrums vorhanden. Dieser Informationskanal wirkt in in der Kamerakette unabhängig von den mit der Farbinformation verbundenen Übertragungskanälen. Zu diesem Zweck kann eine Anzahl von Spiegeln 172, 174 und 176 verwendet werden, um den Breitbandinformationskanal aus dem optischen System direkt hinter dem Ortsfrequenzfilter 138 auszubienden und um diese Strahlung auf eine hochempfindliche Vidikonröhre 178 zu leiten. Dort wird die in der Aufzeichnung 141 enthaltene Information mit hohen Ortsfrequenzen registriert. Damit nun die in diesem Breitbardkanal beförderte Leuchtdichteinformation auch getrennt weiterverarbeitet werden kann, ist ein zusätzlicher Schaltkreis 166 für die Weiterverarbeitung des Signales vorgesehen. Dieser Schaltkreis 166 ist mit der Vidikonröhre 178 über eine Leitung 188 verbunden. Mit einer derartigen Anordnung, in der die Farbiaformation und die Leuchtdichteinformation getrennt weiterverarbeitet werden kann, ist es möglich, das Leuchtdichtesignal beliebig und unabhängig von dem Signal der Farbinformation zu verstärken. Bei normalen Video-Kamera-Ketten ist dies hingegen nicht möglich, da eine einzige Rekonstruktion der aufgezeichneton Information an der Stelle einer Feldlinse, die der Feldinse 116 von Fig. 3 entspricht, keine Möglichkeit bietet, die Leuchtdichteinformation unabhängig von der Farbinformation zu erfassen und weiterzuverarbeiten. Bei den normalen Video-Kamera-Ketten mit paralleler Helle wird die Leuchtdichteinformation durch einen Strahlenteiler auf des optischen Achse abgezweigt Die Farbinformatlon gelangt, wie oben beschrieben, über dichroitische Spiegel an die Farbvidikonröhren. Bei der Verwendung von konventionellen Systemen muß daher jeweils bei der Bilderzeugung an der Feldlinse 116 die Wahl getropfen werden, ob man auf erhöhte Auflösung oder auf erhöhte Farbsättigang den größeren Wert legt. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Entscheidung nicht notwendig. Die Leuchtdichteinforkation, die in einem breitbandigen Spektrum von Ortsfrequenzen enthalten ist, kann unabhängig von den Farbsignalen verstärkt werden.
• Anschließend wird sie mit der Farbinformation in der im Schaltkreis 166 enthaltenen Matriziereinheit derart zusammengemischt, daß man jeden erwänschten Grad an Auflösung und an Farbsättigung erhält.
• Mit diesem erfindungsgemäße breitbandigen Kanal für die Übertragung der Leuchtdichteinformation kann man die Phase, die Brandbrelte oder irgendeinen anderen charakteristischen Parameter der Leuchtdichteinformation werändern, ohne daß damit die Farinnformation betroffen wird.
• Durch die Verwendung einer inkohärenten Strahlung für den breitbardigen Übertragungskanal erreicht man, wie bei der Ausführungsform von Fig. 1, daß die von der bochauflösenden Vidikonröhre 178 aufgenommenen hochfrequenten Datails der Aufzeichnung nicht durch statistisches Rauschen verschlechiert werden.
• Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Konstruktionsdetails beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, bei einer Anordnung mit mehreren Lichtquellen den zusätzlichen Breitbandkanal kohärent zu gestalten. Eine solche Änderung der in Fig. 3 gegebenenen Ausführungsform kann einfach dadurch erreicht werden, dem man beide Öffnungen in der Abdeckblende 130 so klein macht, daß die besprochenen Kohärenzbedingungen erfüllt sind. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3a dargestellt. Die in Fig. 3a dargestellten Konstruktionselemente haben dieselbe Funktion wie die entsprechenden Elemente des in Fig. 3 gezeigten Systems. In dieser geänderten Ausführungsform erzeugen beide Lichtquellen, die durch die Kollimatorlinse in große Entfernung gerückt sind, eine Strahlung, die in der Ebene der Haltevorrichtung für die Aufzeichnung partiell kohärent ist.
• Es ist auch möglich, anstelle der Punktlichtquellen und des Kbllimators einen Laser zu verwenden, um eine Strahlung mit der notwendigen Kohärenz für die Erzeugung der Beugungsmuster zu erzeugen. Auch Beleuchtungseinrichtungen, wie sie in der Patentanmeldung P 19 30 603.7 beschrieben worden sind, können für die Erzeugung der kohärenten wie auch der inkohärenten Strahlungsquellen verwendet werden.

Claims (23)

Patentansprtlc he

1. Optisches Verfahren zur Wiedergabe eines Bildes aus einer mit einer periodischen Struktur modulierten Aufzeichnung derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung von mehreren getrennten Lichtquellen durchstrahlt wird, von denen eine oder mehrere zumindest partiell kohärent sind; in einen Fourier-Transformatlonsraum durch die erwähnten Lichtquellen ein Beugungsmuster oder mehrere Beugungsmuster der Ortsfrequenzen der Aufzeichnung erzeugt werden; durch den Fourier-Transformationsraum selektiv wenigstens ein Teil einer ersten Beugungsordnung der von einer Quelle mit zumindest partiell kohärentem Licht erzeugten Beugungsmuster durchgelassen wird, um auf diese Weise einen erstenlnformationskanal für ein erstes Ortsfrequenzspektrum der Aufzeichnung zu liefern, das mit der Ortsfrequenz eines durch die periodische Modulation erzeugten Trägersignales gefaltet ist; ferner durch den Fourier-Transformationsraum selektiv wenigstens ein Teil der nullten Beugungsordnung von einem zweiten Beugungsmuster durchgelassen wird, welches von einer anderen Lichtquelle gebildet wird, um damit einen zweiten Informationskanal für die Übertragung eines zweiten Ortsfrequenzspektrums der Aufzeichnung zu liefern, das eine größere Bandbreite als das erstgenannte Spektrum aufweist; die von dem ersten und dem zweiten Informationskanal übertragene Information zur Konstruktion eines Bildes der Aufzeichnung verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung von einer inkohärenten Lichtquelle, die sich wirkungsvoll in großer Entfernung befindet, beleuchtet wird und daß die nullte Beugungsordnung von dieser inkohärenten Lichtquelle gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht im zweiten Informatlonsübertragungskanal geschwächt werden kann, um die relativen Licht-Intensitäten des ersten und zweiten Informationskanales gegeneinander regulieren zu können.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht im ersten Informationsübert xagungskanal einer Spektralfilterung unterzogen wird, die einer bestimmten Zone des Spektrums des sichtbaren Lichtes entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 mit 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen, die im Fourier-Transformatlonsraum den ersten und den zweiten Informationsübertragungskanal bilden, in einem derartigen Abstand voneinander angebracht sind, daß das dem ersten Kanal entsprechende Beugungsmuster nicht auf die Öffnung des zweiten Kanals fällt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Kanälen übertragene Information getrennt auf verschiedenen fotoempfindlichen Empfängern aufgezeichnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoempfindliche Empfänger Vidikonröhren verwendet werden,die zu einer Video - Ferseh-Kamera-Kette zusammengeschaltet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine getrennte Verstärkung und Aufbereitung der vom ersten und vom zweiten Informationskanal gelieferten Signale erfolgt, bevor diese zu einem einheitlichen Signal für die Fernsehübertragung zusammengelegt werden, so daß in den auf einem Fernsehschirm wiedergegebenen Bildern die Anteile, mit denen jeweils ein Kanal zu dem Gesamtbild beiträgt, wahlweise verändert werden können.

9. Verfahren nach Anspruch 1 mit 8 zur Wiedergabe von Bildern einer farbigen Szene, deren Spektralauszüge in einer Schwarz-Weiß-Aufzeichnung einander überlagert derart gespeichert sin4 daß sie die Ortsfrequenz je eines Trägersignales modulieren, dem ein Richtungswechsler eindeutig zugeordnet ist, wobei die Richtungsvektoren der einzelnen Trägersignale gegeneinander um bestimm@@ Winkell verdreht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Informationskanal für die Übertragung der Farbinformation und der zweite Informationskanal für die Übertragung einer zusätzlichen Leuchtdichteinformation verwendet werden, wozu in entsprechenden Spektralbereichen durchlässige Spektralfilter in die vom ersten Informationskanal durchgelassenen Beugungsordnungen eingebracht werden, um diesen Beugungsordnungen die den Spektralauszügen entsprechenden Spektralbereiche des sichtbaren Lichtes zuzuordnen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Video-Ferseh-Kamera-Kette für jeden derartigen Spektralbereich eine Videkonröhre angebracht ist, auf die über entsprechende dichroitische Spiegel die den jeweiligen Spektralbereichen entsprechende Strahlung abgebildet wird.

11. Beleuchtungssystem zur Durchfiihrung des Verfahrens, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste Lichtquelle mit zumindest partiell kohärenter Strahlung enthält sowie Vorrichtungen, um eine Ausbreitung dieser Strahlung entlang einer ersten Achse zu erreichen, um hierdurch den ersten Informationskanal zu erzeugen, daß eine zweite inkohärente Lichtquelle vorhanden ist sowie Vorrichtungen, um zu erreichen, daß sich die Strahlung derselben entlang einer zweiten Achse ausbreitet, um damit einen zweiten Informationskanal zu erzeugen, und daß die Lichtquellen in einem derartigen Abstand voneinander angebracht sind, daß die Achsen gegeneinander geneigt verlaufen.

12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Lichtquelle getrennt erregt werden können.

13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Lichtquelle eine Bogenlampe mit zwei Elektroden enthalten, zwischen denen bei entsprechender Erregung ein Lichtbogen erzeugt wird, ferner eine Abdeckblende mit einer ersten und einer zweiten Öffnung und ein Kondensorsystem, um mit diesem ein Bild des Lichtbogens auf der ersten Öffnung, und um ein Bild einer der genannten Elektroden auf der zweiten Öffnung zu erzeugen, sowie ein kllimatorsystem in einem Abstand von der Abdeckblende, der der effektiven Brennweite des Kollimatorsystems entspricht.

14. Ortsfrequenzfilter zur Dlr chführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortsfrequenzfilter im Fourier-Transformationsraum angebracht werden kann und aus einer Abdeckblende besteht, auf der eine erste Öffnung, entsprechend dem ersten Informationskanal, sowie eine zweite größere Öffnung entsprechend dem zweiten Informationskanal angebracht sind und daß die zweite Öffnung in einem derartigen Abstand von der ersten Öffnung angeordnet ist, daß sie nicht von dem Beugungsmuster des ersten Kanales überlagert wird.

15. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Spektralfilter mit einer bestimmten spektralen Durchlässigkeitscharakteristik in Deckung mit der ersten Öffnung angebracht sind, um die in dem ersten Kanal übertragene Information einer bestimmten Zone des sichtbaren Spektrums zuzuordnen.

16. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Lichtschwächung in Deckung mit der zweiten Öffnung angebracht ist, um die relativen strahlungsintensitäten des ersten und zweiten Informationskaaales gegeneinander regeln zu können.

17. Ortsfrequenzfilter zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 mit 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als eirer Abdeckblende mit einer ersten Öffnung entsprechend dem ersten Informationskanal besteht und daß in einem gewissen radialen Abstand von dieser Öffnung eine ringförmige weitere Öffnung um die Öffnung des ersten Kanales als Zentrum angeordnet ist, und d«ß als Trägersianal tür die Information des zweiten Übertragungskar@les die Granulation der Aufzeichung verwendet wird.

18. Optische Wiedergabevorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 mit 10, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung, um die genannten Lichtquellen zu erzeugen; eine Haltevorrichtung für die Aufnahme der Aufzeichnung bei der Durchstrahlung; ein Ortsfrequenzfilter in dem Fourier-Transformatlonsraum, das aus einer Abdeckblende besteht, auf der eine erste Öffnung angebracht ist, um die dem ersten Informationskanal entsprechende Strahlung durchzulassen; das eine zweite größere Öffnung enthält, um die dem zweiten Informationskanal entsprechende Strahlung durchaulassen,wobei die zweite Öffnung in einem Abstand vom Beugungsmuster des ersten Informationskanales angebracht ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtquellen angebracht sind, die beide in der Ebene der Haltevorrichtung für die Aufzeichnung eine zumindest partiell kohärente Strahlung erzeugen,, so daß von jeder der beiden Lichtquellen im Fourier-Transformationsraum ein Bild erzeugt wird, das aus viele Beugungsordnungen enthaltenden Beugungsmustern von bestimmten Ortsfrequenzen der Aufzeichnung besteht, und daß die zweite Öffnung derart angebracht ist, daß wenigstens ein Teil der nullten Beugungsordnung der mit der zweiten Lichtquelle verbundenen Beugungsmuster durchgelassen wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen in der Ebene der Haltevorrichtung für die Aufzeichnung eine im wesentlichen inkohärente Strahlung hervorrufen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 mit 20, dadurch gekennzeichnet, daß Spektrallllter mit einer bestimmten spektralen DurchLlissigkeitscharakteristik in Deckung mit der ersten Öffnung angeordnet sind, um die Information des ersten Übertragungskanales einem bestimmten Spektralbereich des sichtbaren Spektrums zuzuordnen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18 mit 20, dadurch gekennzeichnet, da? Graufilter in Deckung mit der zweiten Öffnung angeordnet sind, um die relativen Strahlungsintensitäten des ersten' und des zweiten Informationskanales relativ zueinander regulieren zu kennen.

23. Vorrichtung nach Ans ch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Bogenlampe mit zwei Elektroden enthält, zwischen denen bei entsprechender Erregung ein Lichtbogen erzeugt wird; eine Blende mit einer ersten und einer zweiten Öffnung angebracht ist; ein Kondensorsystem angebracht ist, um damit ein Bild des Lichtbogens in der ersten Öffnung und ein Bild einer der genannten Elektroden in der zweiten Öffnung zu erzeugen; ein Kollimatorsystem wesentlich im Abstand seiner wirksamen Brennweite 5 von dieser Blende entfernt angebracht ist; die erste Öffnung einen Durchmesser aufweist, der nicht größer aXs d ist und die zweite Öffnung einen Durchmesser aufweist, der nicht kleiner als d ist, wobei d durch die Beziehung d = s . # . #C bestimmt ist, wobei # die mittlere Welleldänge der die erste und zweite Öffnung beleuchtenden Strahlung und #cdie Ortsfrequenz der periodischen Modulation darstellt.

L e e r s e i t e