-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Umwandlung eines optischen Signals in ein
elektronisches Videosignal, bei welchem ein Bild mit
Hilfe eines Kathodenstrahlröhren-Abtasters ("CRT")
abgetastet und das bei jedem Abtastvorgang durch das Bild
gelangende Licht in ein elektrisches Signal umgewandelt
wird, wobei jedes Bild in einer Mehrzahl von
Abtastvorgängen abgetastet und für jeden Abtastvorgang ein anderer
Bereich des Bildschirms des
Kathodenstrahlröhren-Abtasters verwendet wird. Eine Vorrichtung dieser allgemeinen
Art ist beschrieben in SMPTE Journal Vols. 90, No. 9,
September 1981, Seiten 786 bis 790, Scarsdale, New York,
USA: J.D. Millward "Flying-spot scanner on 525-line NTFC
standards". Eine Fernsehfilmabtastvorrichtung wird
verwendet, um vom Film übernommene optische Bilder in
elektronische Videosignale umzuwandeln, welche entweder
direkt gesendet oder für eine spätere Sendung auf
Videoband aufgezeichnet werden können. Häufig wird die
Umwandlung in Echtzeit ausgeführt unter Verwendung eines
"Fernsehfilmabtasters für kontinuierliche Bewegung", bei
welchem der Film an der Abtastvorrichtung kontinuierlich
vorbeibewegt wird. Jedoch ist es häufig notwendig oder
wünschenswert, das Videoausgangssignal des
Fernsehfilmabtasters mit anderen Videosignalen zu mischen, zum
Beispiel, elektronischen Untertiteln oder anderen Signalen,
welche Videospezialeffekte liefern. Folglich wird es
häufiger der Fall, daß elektronische Mischtechniken eher
als optische Methoden verwendet werden, deren Resultat
dann neuerlich aufgezeichnet wird.
-
Wo elektronische Mischtechniken verwendet werden, ist
Stabilität des Bildes während der Film-Band-Übertragung
wesentlich, weil jedwede Bildbewegung nicht toleriert
werden kann, wenn elektronisch erzeugte Information
gemischt wird. Die Resultate von Bildbewegung sind am
Fernsehgerät oft sichtbar, wenn Filme unter Hinzufügung
von elektronischen Untertiteln gesendet werden. Das Bild
bewegt sich unregelmäßig hinter feststehenden
Untertiteln. Obwohl moderne Fernsehfilmabtastvorrichtungen
verbessert worden sind durch die Verwendung von
zahnrollenlosem Filmtransport mit kontinuierlicher Bewegung, bleibt
oft eine gewisse Restbewegung des Bildes.
-
Folglich, wenn die bestmögliche Bildqualität erforderlich
ist, ist es notwendig, den Film in Nicht-Echtzeit auf
Videoband zu übertragen. Dies wird erreicht durch
Anpassung eines stift-ausgerichteten Bildfensters an den
Fernsehfilmabtaster und Betreiben des Systems mit einem
speziellen Videobandrecorder, welcher eine
Nicht-Echtzeit-Abtastung gestattet.
-
Das stift-ausgerichtete Bildfenster gestattet es, daß der
Film stationär in dem Bildfenster gehalten wird mittels
Stiften, welche in dieselben Filmzahnrollenlöcher
eingesetzt sind, wie sie von der ursprünglichen Filmkamera
verwendet wurden. Der Filmtransportmechanismus des
Fernsehfilmabtasters muß bei Verwendung eines
stift-ausgerichteten Bildfensters so modifiziert werden, daß der
Film Bildfeld um Bildfeld durch das Bildfenster
transportiert wird mit einer intermittierenden Bewegung
anstelle mit der üblicheren kontinuierlichen Bewegung. Die
stift-ausgerichtete Bildfensteranordnung ist nicht ohne
weiteres anwendbar in einem CCD-Fernsehfilmabtaster mit
Zeilenanordnung, wo die Filmbewegung für eine vertikale
Abtastung des Bildes sorgt. Es würde möglich sein, durch
die Hinzufügung eines in dem optischen Weg zwischen dem
Film und dem Zeilenanordnungssensor plazierten
Schwingspiegels ein Live-Bild von dem CCD-Fernsehfilmabtaster
mit Zeilenanordnung zu erzeugen, die Leistungsfähigkeit
würde nicht so gut sein. Das stift-ausgerichtete
Bildfenster ist jedoch ideal geeignet für den
Fernsehfilmabtaster
mit fliegendem Abtastpunkt, wie er zum Erzeugen von
Live-Bildern von stehenden Bildern geeignet ist.
-
Die Verwendung einer Nicht-Echtzeit-Abtastung, bei der
elektronische Mischtechniken zu verwenden sind, oder für
andere Zwecke, liefert auch eine Möglichkeit zum Abtasten
jedes Bildfeldes mehrere Male für den Zweck der
Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des
Fernsehfilmabtasterausgangssignals.
-
Das der Rauschverminderung unterliegende Hauptprinzip ist
es, daß durch Mittelwertbildung der Signale von
aufeinanderfolgenden Abtastungen desselben Bildes die echte
oder erwünschte Bildinformation verstärkt wird, während
das Rauschen aufgrund seiner zufälligen Natur durch den
Mittelwertbildungsprozeß reduziert wird. Fig. 1 und 2 der
Zeichnungen zeigen zwei einfache Formen eines
Rauschverminderungsfilters.
-
Fig. 1 ist ein einfaches Transversalfilter. Das von jedem
der fünf Abtastvorgängen resultierende Signal gelangt zu
dem Filter auf der Eingangsleitung 10. Jeder der Blöcke
12 ist eine Einbildverzögerung. Sobald die fünf
Abtastvorgänge beendet sind, werden die Signale durch einen
Addierer 14 kombiniert und das resultierende Signal wird
dann durch fünf geteilt zur Sendung oder Aufzeichnung.
Das Signal-Rausch-Verhältnis wird durch diese
Mittelwertbildungsoperation stark verbessert. Zum Beispiel gibt
die Verwendung von nur zwei Abtastungen für jedes Bild
eine Verbesserung von 3 dB.
-
Fig. 2 zeigt ein typisches rekursives Filter 20. Bei
dieser Art von Filter steuern zwei Multiplizierer, einer
in dem Eingangsweg (XK) und der andere in dem Ausgang des
Bildspeichers 22 X(1-K) die Hinzufügung von Teilen des
Signals. Das Ausgangssignal von dem Bildspeicher 22 wird
multipliziert und mittels eines Addierers 24 zu dem
einlaufenden Signal, das aus dem nächstfolgenden
Abtastvorgang resultiert, hinzugefügt. Wenn K = 1, dann gibt es
keine Rauschverminderung. Wenn K = 0,1, dann tritt ein
sehr hohes Maß an Signalmittelwertbildung auf.
-
Obwohl die beiden oben erläuterten Filteranordnungen bei
der Verminderung von in dem
Fernsehfilmabtastungsverarbeitungskanal elektronisch erzeugten Rauschen wirksam
sind, vermindern sie Rauschen nicht, das in der
Kathodenstrahlröhre ("CRT") mit fliegendem Abtastpunkt auftritt.
Solches Rauschen hat seinen Ursprung in
Leuchtstoffkörnern und bildet Flecken auf dem Kathodenstrahlröhren-
Schirm. Diese Art von Rauschen ist koherent mit der
Bildinformation und wird bei den oben beschriebenen
Mittelwertbildungsoperationen mit der Bildinformation
aufgebaut.
-
Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß Licht von der Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung
eine Ablenkeinrichtung durchläuft, die so betreibbar ist,
daß sie Licht von immer jeweils einem der Mehrzahl von
verschiedenen Bereichen des Schirms der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung entlang desselben Wegs in ein
Objektiv ablenkt, wobei das Bild in einer Anzahl von
Abtastvorgängen abgetastet wird unter Verwendung eines
anderen Bereichs des Schirms der Kathodenstrahlröhren-
Abtastvorrichtung bei jedem Abtastvorgang; Licht von der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung die
Ablenkeinrichtung durchläuft, die so betreibbar ist, daß sie Licht
von immer jeweils einem der Mehrzahl von verschiedenen
Bereichen des Schirms der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung entlang desselben Weges in ein Objektiv
ablenkt, wobei derselbe Bereich des im optischen Weg
jenseits des Objektivs liegenden Bildfensters bei jeden
Abtastvorgang abgetastet wird; und die aus der Mehrzahl
von Abtastvorgängen resultierenden Signale kombiniert
werden, um das elektronische Videosignal zu erzeugen.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält eine
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung und ein Objektiv zur
Fokussierung des von der Abtastvorrichtung kommenden
Lichts auf ein Bildfenster, sowie eine Einrichtung zur
Umwandung des vom Bildfenster kommenden Lichts während
des Abtastens in ein elektrisches Signal, wobei die
Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine in
dem Lichtweg zwischen der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung und dem Objektiv angeordnete
Ablenkeinrichtung in dem Lichtweg zwischen der Kathodenstrahlröhren-
Abtastablenkeinrichtung enthält, wobei die
Ablenkeinrichtung so betreibbar ist, daß sie Licht von immer jeweils
einem von einer Mehrzahl von verschiedenen Bereichen des
Schirms der Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung
entlang desselben Wegs in das Objektiv ablenkt, und daß die
Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Kombinieren
von Signalen enthält, welche aus einer Mehrzahl von
Abtastvorgängen stammen, bei denen für jeden
Abtastvorgang ein anderer Bereich des Schirms der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung verwendet wird, um das
elektronische Videosignal zu liefern.
-
Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung sind
ersichtlich aus Fig. 3 der Zeichnungen, welche eine
schematische Darstellung der Kathodenstrahlröhren-Schirms
ist. Ein Fleck 30 auf dem Schirm ist nahe der unteren
Kante eines Bereichs 32, der von dem
Kathodenstrahlröhren-Raster bei dem ersten Abtastvorgang abgedeckt wird.
Jedoch nimmt er eine andere Position ein relativ zu dem
Bereich 34 des Schirms, der bei einem nachfolgenden
Abtastvorgang abgedeckt wird. Wenn die sich aus den zwei
Abtastvorgängen ergebenden Signale zusammenaddiert
werden, ergeben sich zwei Flecken jeder mit einer kleineren
Amplitude.
-
Wie oben erwähnt, wenn ein einfaches Transversalfilter
verwendet wird, wobei jedes Filmbildfeld zweimal
abgetastet wird, wird das Rauschen um 3 dB vermindert. Obwohl
der einzige Leuchtstofffleck nun an zwei Positionen des
Bildes auftreten wird, wird jeder nur die halbe Amplitude
haben. Die Effekte von dem Leuchtstoffkorn werden auch um
den gleichen Faktor reduziert werden. Im allgemeinen,
wenn das Bild n Male abgetastet wird, wobei jedesmal ein
anderer Bereich des Kathodenstrahlröhren-Schirms
verwendet wird, wird jeder Fleck auf dem Bild an n
verschiedenen Positionen erscheinen, aber bei nur 1/n Mal der
Amplitude. Wenn ein einfaches rekursives Filter verwendet
wird, wird das Eingangssignal durch n geteilt.
-
Es sei festgestellt, daß das Bewegen des
Kathodenstrahlröhren-Rasters von einem Bereich des Schirms zu einem
anderen zu einer entsprechenden Verschiebung des durch
jeden Abtastvorgang erzeugten elektronischen Bildes
führt. Dies muß kompensiert werden. Es sind eine Anzahl
von möglichen Wegen des Kompensierens der
Kathodenstrahlröhren-Rasterbewegung möglich, zum Beispiel:
-
(a) Bewegen der Kathodenstrahlröhre um den gleichen
Betrag aber in der entgegengesetzten Richtung zu
der, in welcher der Rasterausschnitt bewegt worden
ist;
-
(b) Bewegen des Objektivs;
-
(c) Bewegen des Films, welcher das Bild trägt;
-
(d) Einfügen einer optischen Ablenkeinrichtung in den
Lichtweg.
-
Der bequemste von diesen ist (d), weil er es gestattet,
daß die Verschiebung kompensiert wird durch lediglich
Ändern der Position eines relativ leichten Teils aus
optischem Glas.
-
Eine bevorzugte Form von optischer Ablenkeinrichtung soll
beschrieben werden lediglich auf dem Wege des Beispiels
unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 der Zeichnungen, in
welchen:
-
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines
Fernsehfilmabtasters, der eine Ablenkeinrichtung gemäß der Erfindung
enthält;
-
Fig. 5 ist ein Strahlendiagramm der Ablenkeinrichtung von
Fig. 4; und
-
Fig. 6 zeigt in größerer Einzelheit den Betrieb der
Ablenkeinrichtung von Fig. 4.
-
Fig. 4 zeigt einen Fernsehfilmabtaster mit fliegendem
Abtastpunkt zur Verwendung mit einer
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, jedes
Bild zwei oder mehr Male abzutasten unter Verwendung
verschiedener Bereiche des Kathodenstrahlröhrenschirms.
Ein Bild auf einem Kinofilm 40 wird erleuchtet mittels
eines durch eine Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung
42 erzeugten fliegenden Abtastpunkts. Licht von der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung 42 wird mittels
eines Objektivs 44 auf den Film fokussiert. Das Licht
wird dann gesammelt und gewöhnlich in rote, grüne und
blaue Komponenten aufgespalten, bevor es durch
Photovervielfacherröhren
46 oder andere photoelektrische
Einrichtungen erfaßt und verarbeitet wird. Der in Fig. 4
gezeigte Fernsehfilmabtaster enthält auch eine optische
Ablenkeinrichtung 48, die in dem Lichtweg zwischen der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung 42 und dem Objektiv 44
angeordnet ist.
-
Die Ablenkeinrichtung 48 besteht auf einer Glasplatte 50
von gleichmäßiger Dicke, die so angeordnet ist, daß sie
um eine Achse 52 quer zu dem Lichtweg schwenkbar ist.
-
Die Art und Weise, in welcher die Ablenkeinrichtung
arbeitet, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Glasplatte 50
ist geneigt wie gezeigt, so daß ihre Oberfläche in einem
Winkel Φ zu einer Ebene normal zu dem Einfallslichtstrahl
52 liegt. Auf die Oberfläche der Platte einfallendes
Licht wird gebrochen beim Eintritt in die Platte und
wiederum beim Verlassen derselben. Weil die Platte 50 von
gleichmäßiger Dicke ist, ist der Lichtstrahl 52' parallel
zu dem Einfallslichtstrahl 52, aber um einen Betrag D
verschoben. Die Verschiebung D ist gegeben durch die
Formel
-
wobei n der Brechungsindex von Luft ist, n' der
Brechungsindex von Glas ist, aus welchem die Platte 50
gemacht ist, und t die Dicke der Platte 50 ist.
-
So kann, wie in Fig. 6 gezeigt, die Platte 50 um einen
geeigneten Winkel gekippt werden um sicherzustellen, daß
Licht von verschiedenen Bereichen des Schirms der
Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung 42 um einen Betrag
verschoben wird, so daß es durch das Objektiv 44 entlang
desselben Wegs in die Photodetektoreinrichtung 46
fokussiert
wird. Der geeignete Winkel wird abhängig sein von
der Dicke der Platte 50, ihrem Brechungsindex und dem Maß
der erforderlichen Verschiebung.
-
Eine alternative Form der Ablenkungseinrichtung 48,
welche anstelle der Platte 50 verwendet werden kann,
würde ein kreisförmiges Keilprisma sein. Solch ein Prisma
würde einfach um einige Grad auf einmal rotiert werden,
um die gewünschte Verschiebung zu liefern.
-
Obwohl das oben beschriebene Rauschverminderungsverfahren
unter Verwendung verschiedener Bereiche des
Kathodenstrahlröhrenschirms die Bildqualität beträchtlich
verbessert, sind durch Leuchtstoffflecken bewirkte Defekte
noch in dem Bild vorhanden, wenn auch bei verminderter
Intensität.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein
Verfahren geschaffen zur Verarbeitung eines elektronischen
Videosignals in einer Fernsehfilmabtastvorrichtung, wobei
das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Ausgangssignal der Kathodenstrahlröhren-Abtastvorrichtung
mit Hilfe einer photoelektrischen Einrichtung überwacht
wird, die so betreibbar ist, daß sie bei Feststellung
eines Fleckens auf dem Schirm der
Kathodenstrahlröhreneinrichtung ein Ausgangssignal liefert, wobei dieses
Ausgangssignal einem Analog/Digital-Wandler zugeführt
wird, der zur Verarbeitung des elektronischen
Videosignals verwendet wird, um zu bewirken, daß der unmittelbar
vor dem Feststellen des Fleckens herrschende
Videosignalpegel während des Andauerns des Fleckens beibehalten
wird. Ein solches Verfahren soll nun im einzelnen
beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9
der Zeichnungen, in welchen:
-
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines
Fernsehfilmabtasters mit fliegendem Abtastpunkt;
-
Fig. 8a ist eine schematische Darstellung des
Lichtausgangssignals von dem Kathodenstrahlröhrenschirm,
-
Fig. 8b ist eine vergrößerte Version eines Teils des
Diagramms von Fig. 8a; und
-
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des
Ausgangssignals auf die Korrektur durch das Verfahren der
Erfindung folgend.
-
Der Fernsehfilmabtaster von Fig. 7 ist ähnlich dem in
Fig. 4 gezeigten und enthält eine Kathodenstrahlröhren-
Abtasteinrichtung 42, eine Ablenkeinrichtung 48 und ein
Objektiv 44, welche dazu dienen, das Licht von der
Kathodenstrahlröhren-Abtasteinrichtung 42 auf ein
Filmbildfenster 40 zu fokussieren. Das Raster auf der
Kathodenstrahlröhre wird durch einen Verstärker 41 gesteuert,
welcher auch die Position für jede der n Abtastungen
eines jeden Bildes einstellt. Wenn die
Kathodenstrahlröhre 42 das Bild n Mal abtastet, bewegt sich die Glasplatte
der Ablenkeinrichtung 48 auf n verschiedene Positionen,
eine für jede Abtastung, unter Steuerung einer
Steuerschaltung 43.
-
Nach der Modulation durch die Filmfarbstoffe wird das
Licht aufgespalten in rote, grüne und blaue Komponenten
und durch Photodetektoren 46 erfaßt, um rote, grüne und
blaue Ausgangssignale zu erzeugen. Diese Signale werden
dann an eine Verarbeitungsschaltung 47 abgegeben, welche
ein Nachglühen und Aperturverluste korrigiert. Die
verwendeten Korrekturverfahren sind wohlbekannt und werden
hier nicht im einzelnen beschrieben. Die Ausgangssignale
von der Verarbeitungsschaltung 47 werden an
Analog/Digital-Wandler 49 abgegeben, welche Rot-, Grün- und
Blausignale liefern oder, wenn sie eine Matrix enthalten, Y-,
U- und V-Signale. Die digitalen Signale von den Wandlern
49 werden abgegeben an ein rekursives
Filterspeichersystem 51 ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten. Das
Speichersystem 51 wird gesteuert durch eine zentrale Steuereinheit
53, welche auch den Verstärker 41 und die Steuerschaltung
43 steuert.
-
Wie oben beschrieben, enthält das Ausgangssignal von dem
rekursiven Filterspeichersystem 41 die Flecken, jeweils
in der Intensität um einen Faktor n reduziert, aber an n
verschiedenen Plätzen auftretend.
-
Durch Überwachung des Ausgangssignals der
Kathodenstrahlröhre 42 separat mittels einer photoelektrischen
Einrichtung 60 kann jeder Flecken, welcher als eine anomale
Verminderung des Lichtausgangssignals erscheint, erfaßt
werden. Ein die Erfassung eines Fleckens anzeigendes
elektronisches Signal wird dann verarbeitet und zu den
A/D-Wandlern 49 abgegeben. An den Wandlern 49 wird das
Signal dazu verwendet, diese anzuhalten oder deren
Ausgangssignale zu halten, so daß der Signalpegel
unmittelbar vor der Erfassung des Fleckens gehalten wird bis das
den Flecken anzeigende Flag aufgehoben ist, das heißt,
wenn die photoelektrische Einrichtung 60 anzeigt, daß
sich das Kathodenstrahlröhren-Raster auf ein gutes
Leuchtstoffteilchen bewegt hat.
-
Die Fig. 8a und 8b zeigen den Effekt eines Fleckens auf
das Ausgangssignal von den Wandlern 49. Fig. 9 zeigt das
gleiche Signal, nachdem der Wandler 49 als ein Ergebnis
einer Erfassung eines Leuchtstofffleckens an der
photoelektrischen Einrichtung 60 angehalten worden ist.
-
Der Betrieb der A/D-Wandler unter dem Einfluß der
photoelektrischen Einrichtung 60 wird dazu führen, daß (n-1)
der Abtastwerte keine Störung im Bereich des in Fig. 8
gezeigten Fleckens zeigen. Folglich wird nach der
Verarbeitung durch das rekursive Filter 51 das Verbergen von
Flecken sehr verbessert sein.