DE1462784A1 - Farbfernsehsystem - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BOR£ DIPPING. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

14627Q4

Braunschweig, 7.8.1966 Unser Zeichen: KlAl - M

The Marconi Company Limited English Electric House / Strand London W.C.2 / England

Farbfernsehsystem

Priorität: Großbritannien vom 9.8.1965 (339t>2/65)

Die Erfindung betrifft Farbfernsehsysterne und ist voraugsweise, wenn auch theoretisch in ihrer Anwendung nicht darauf beschränkt, für in Kurzschlußverfahren arbeitende Farbfernsehsysteme gedacht.

Für im Kurzschlußverfahren arbeitende Farbfernsehsystem gibt es viele Anwendungsfälle, bei denen eine hohe Auflösung des an Ende wiedergegebenen Farbbildes gefordert wird. Als Beispiel sollen hier Flug- und Flugkörper-Simulatoren mit Bildwiedergabe genannt werden. Die normale Praxis ist gegenwärtig in solchen Fällen im wesentlichen die gleiche wie die, die Iv Funkfernsehen angewandt wird, d.h. es wer-

809811/0093

V anil !Mir · M0NCHDI a*. nomr-KocH-sm. ι

den eine Anzahl Kameras verwendet, die synchron und mit der gleichen Fernsehnorm bezüglich der Anzahl der Bilder pro Sekunde und der Zeilen pro Bild arbeiten. Alle Kameras arbeiten mit der gleichen Ablenkgeschwindigkeit. Die die Farbinforination liefenden Kameras- es sind normalerweise drei Kameras und zwar je eine für die Farben Kot, Grün bzw. Blau vorgesehen - sind üblicherweise vom Vidikontyu. Beispielsweise können es Röhren sein, die unter dem Warenzeichen "Pumbikon" bekannt sind. Diese Praxis ist so lange befriedigend, wie die Forderungen in Bezug auf die Auflösung nicht zu hoch sind. Wird jedoch eine höhere Auflösung gefordert und soll dieser Forderung durch Erhöhung der Ablenkgeschwindigkeit begegnet werden, so wird die durch die Farbkatneras selbst gegebene Grenze bald erreicht. Tatsächlich werden in vielen Anwendungsfällen von Farbfernsehen im Kurzschlußverfahren die Farbkameras nach den bekannten Verfahren bereits so nahe an ihrer Leistungsgrenze betrieben, daß die Erzielung einer höheren Auflösung durch Erhöhung der Ablenkgeschwindigkeit undurchführbar erscheint. Außerdem wird das Kamerarauschen bei Farbfernsehkameras, die mit hohen Äbtastgeschwindigkeiten betrieben werden, sehr groß und stellt ein schwieriges Problem dar.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Schwierigkeiten zu überwinden.

Gemäß der Erfindung im weitesten Sinn wird die Wiedergabe eines Farbfernsehbildes durch Kombination von Bildern er zielt, die von Mitteln geliefert werden, welche mindestens

8098 11/0093 ^&AD

-3- H62784

zwei Farbkameras mit geringer Auflösunp, die mit der gleichen Abtastgeschwindigkeit arbeiten, und mindestens eine Helligkeitskamera mit hoher Auflösung, die mit einer wesentlich höheren Abtastgeschwindigkeit arbeitet, enthalten.

Nach einem Merkmal der Erfindung enthält ein Farbfernsehsystem eine Mehrzahl von Komponent-Farbkameraröhren mit geringer Auflösung und eine Helligkeitskamera mit hoher Auflösung, wobei alle Kameras mit der gleichen Bildfrequenz arbeiten, die Helligkeitskamera jedoch so ausgelegt ist, daß sie mit einer wesentlich größeren Anzahl von Zeilen pro Bild arbeitet als die Farbkameras.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ein im Kurzschlußverfahren arbeitendes Farbfernsehsystem drei Komponent-Farbkameras für die Farben Rot, Grün und Blau, eine Helligkeitskamera, drei Farbbildwiedergaberöhren,; denen die von den Rot-, Grün- und Blau-Kameraröhren abgeleiteten .Signale zugeführt werden, eine Sehwarzweiß-Bildröhre^'.· der die Signale von der Helligkeitskamera zugeführt werden, eine Quelle zur Lieferung von BiIdSynchronisiersignalen zur Synchronisierung der Bildablenkung in allen Kamera- und ffiedergaberöhren, eine Quelle zur Lieferung von Zeilensynchronisiersignalen, die mit der Bildsynchronisiersignalquelle gekoppelt ist und zur Synchronisierung der %9l~r lenablenkung in der Helligkeitskamera und in der Schwarzweißbildröhre dient, Mittel zur Ableitung weiterer Zeilensynchronisiersignale mit einer Frequenz, die einen Bruchteil

80 98 1 1/0 09 3

der Frequenz der vorgenannten Zeilensynchronisiersignale darstellt, Mittel, um diese weiteren Zeilensynchronisiersignale zur Synchronisierung der Zeilenablenkung in den Farbkameraröhren und in den Farbbildröhren zuverwenden sowie Mittel zur Korabination der wiedergegebenen Bilder aller Bildröhren, um ein farbiges Bild für die Betrachtung zu liefern. Vorzugsweise sind die Bildröhren Projektorröhren, die auf eine gemeinsame Betrachtungsfläche projizieren, um so das zu betrachtende Bild zu erzeugen.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Zeilen pro Bild bei der Helligkeitskamera ein ungerades Vielfaches der Anzahl der Zeilen pro Bild bei den Farbkameraröhren. Vorzugsweise ist dieses ungerade Vielfache die Zahl Drei.

Vorzugsweise werden die Ausgangssignale der Helligkeitskameraröhre vor ihrer Ausnutzung einem einstellbaren Schaltkreis zugeführt, mit der der untere Teil ihres Frequenzgangs eingestellt werden kann. Ein derartiger Schaltkreis kann einen Differentialverstärker aufweisen, dessen einer Eingang direkt von der Helligkeitskameraröhre gespeist wird und dessen anderer Eingang ebenfalls von der Helligkeitskameraröhre über einen Kanal gespeist wird, welcher Amplituden-Einstellmittel und ein Tiefpaßfilter, das den niederfrequenten Anteil des Ausgangssignals der Helligkeitskameraröhre durchläßt, enthält. Das Nutz-Ausgangssignal wird von dem Differentialverstärker abgeleitet.

80981 1/0093

Vorzugsweise ist die Helligkeitskameraröhre ein Super-Ürthikon, während die Farbkameraröhren vom Vidikontyp und zwar vorzugsweise von der unter dem Warenzeichen "Punibikon" bekannten Art sind.

Es ist ersichtlich, daß bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die höhere Auflösung durch die hoch auflösende Ilelligkeitskameraröhre erzielt wird und die Farbinformation (mit gering auflösender iielligkeitsinformation) durch die Farbfernsehkameraröhren mit geringer Auflösung, die mit einer kennzeichnend niedrigeren Abtastgeschwindigkeit arbeiten als die Helligkeitskameraröhre, erzielt wird. Das Ergebnis dieser Kombination gering auflösender Farbkameraröhren mit niedriger Abtastgeschwindigkeit mit einer hochauflösenden Ilelligkeitskameraröhre, die mit hoher Abtastgeschwindigkeit betrieben wird, ist ein Bild hoher Auflösung mit einem kennzeichnend besseren Signal/Rausch-Verhältnis als bei einem herkömmlichen System mit vier Kameraröhren (eine Helligkeitsröhre und drei Farbkameraröhren) erzielt werden kann, bei dem alle Röhren mit der gleichen Abtastgeschwindigkeit arbeiten. Dies soll nachfolgend für den Fall (als Beispiel) eines Systems mit einem Zeilensprungverhältnis von 2:1 erläutert werden.

Die Bandbreite B ist mit der Zeilenabtastdauer T und der begrenzenden Horizontalauflösung R, in Zeilen-Bildhohe durch die Formel

BAD verknüpft.

809811/0093

Daher ist für eine spezifizierte Grenzauflösung in dem Farbkanal

Die Fläche N, unter dem angenähert dreieckförmigen Rauschspektrum einer Köhre vom Vidikontyp ist dem Quadrat der Bandbreite proportional, d.h. N,^ B oder B~N,.

P Daher ist N,^ß = ψ und N./v — . . üine Zunahme der wirksamen Abtastzeit in dem Farbkanal mit geringer Auflösung führt zu einer stärkeren Verringerung des Kamerarausciiens. Dies wird bei der Erfindung dadurch bewirkt, da:i Ln Farbkanal eine signifikant geringere Abtastgeschwindigkeit verwendet wird als in dem mit hoher Auflösung arbeitendem Helligkeitskanal.

Die Erfindung ist nachstehend in Zusammenhang mit der Zeich- ^ nung erläutert. Dabei zeigt

Figur 1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer

Ausführungsform dor Erfindung und die Figuren 2,3 und 4 sind erläuternde Diagramme.

Gemäß Figur 1 wird ein Gegenstand (nicht dargestellt), dessen Bild fernübertragen werden soll, durch ein schematisch mit L bezeichnetes System von Objektivlinsen betrachtet und nach Reflexion an einem halbversilberten Spiegel 1 auf eine Fernsehkameraeinheit 2 mit hoher Auflösung, vorzugsweise vom Süper-Orthikon-Typ, fokussiert. Das durch den Spiegel 1

BAD ORIGINAL 809811/0093

hindurchfallende Licht trifft auf einen teilweise reflektierenden dichroitisehen Spiegel 3, der das rote Licht aussondert und über einen Spiegel 4 auf eine Rotlicht-Farbkamera 5 mit geringer Auflösung reflektiert. Das durch den dichroitischen Spiegel 3 hindurchfallende Licat fällt auf einen weiteren teilweise reflektierenden dichroitischen Spiegel 6, der das blaue Licht aussondert und über einen Spiegel 7 auf eine weitere gleichartige Kamera 8 mit geringer Auflösung, die der Farbe Blau zugeordnet ist, reflektiert. ύ Das durch den Spiegel 6 hindurchfallende grüne Licht trifft auf eine dritte Kamera 9, die der Farbe Grün zugeordnet ist und eine geringe Auflösung hat. Die drei Kameras 5,8 und 9 mit geringer Auflösung können beispielsweise Vidikonröhren, die unter dem Warenzeichen "Plumbikon" bekannt sind, enthalten. Ihre Ausgangssignale werden Projektions-Farbbildröhren 10,11 und 12 für die Farben Rot, Grün und Blau zugeführt, die auf einen Bildschirm 13 projizieren. Das Ausgangssignal der hochauflösenden Fernsehkamera 2 ist ein Helligkeitesignal und wird durch eine Projektions-Fernsehbildröhre 14 wiedergegeben. Wie dargestellt projizieren die drei Farbbildröhren 10,11 und 12 auf die eine Seite des Bildschirms 13 und die Schwarzweißbildröhre 14 auf die andere Seite des Bildschirms. Diese Anordnung wird jedoch nur zur Vereinfachung der Zeichnung angegeben und es können andere Mittel (nicht dargestellt) verwendet werden, um die von den vier Bildröhren wiedergesehenen Bilder einander zu überlagern und das resultierende kombinierte Bild zu betrachten. Gemäi Figur 1 enthält der Kanal zwischen der Kamera 2 und

BAD OHiQiNAL

809811/0093

-β- H62784

der Bildröhre 14 eine innerhalb des gestrichelt umrandeten Blocks X dargestellte Einrichtung, die nachfolgend beschrieben ist und, wenn auch bevorzugt, wahlweise vorgesehen werden kann. Es wird kein Versuch unternomnen, in Figur 1 die optische Ausrüstung in Einzelheiten darzustellen und es können in die verschiedenen optischen Lichtwesje Linsen (nicht dargestellt) eingeschaltet werden, wie es notwendig erscheint.

Eine Steuer-Synchronisierquelle 15 dient zur Synchronisierung aller Kameras und Bildröhren. Die Bildfrequenz ist für alle Kameraröhren gleich und wird deren Bildablenksystemen über die dargestellte Verbindungsleitung von der Ausgangsleitung I der Quelle 15 zugeführt. Die Zeilensynchronisier-Ausgangsleitung 17 der genannten Quelle 15 liefert Zeilensynchronisiersignale mit relativ hoher Frequenz über den dargestellten Verteilerkreis zu den Zeilenablenksystemen der hochauflösenden Helligkeitskameia 2 und der Schwarzweiß-Bild-™ röhre 14. Diese relativ hohe Frequenz wird durch einen Frequenzteiler lö, beispielsweise einer Frequenzteiler-Gatterschaltung, mit einem geforderten Teilerfaktor verringert und die heruntergeteilte Frequenz wird über Leitung 19 und Verteilerkreis den Zeilenablenksystemen der Farbkameras 5, 8 und 9 und der Röhren 10,11 und 12 zugeführt.

Obgleich die Erfindung nicht auf die Verwendung bestimmter unterschiedlicher Fernsehnormen für die Teile des Systems, die mit hoher bzw. niedriger Auflösung arbeiten, beschränkt

BAD ORIGINAL 80981 1/0093

U62784

ist, sind praktische und zufriedenstellende Werte in der
nachstehenden Tabelle für ein Zeilensprungverfahren angegeben, bei dem die Anzahl der Zeilen pro Bild für die Farbkaneras und Farbröhren 405 beträgt und der dreifache Wert dieser Zahl (d.h. 1215) bei der Helligkeit skatner a und der Schwarzweißbildröhre verwendet wird. Der Teilerfaktor des Teilers 18 ist dabei drei, obgleich natürlich auch andere Faktoren angewandt werden können.

Parameter

405-Zeilen-Kameras 1215-Zeilen Bemerk^ und Röhren Kameras u.Röhren

Bildfrequenz Bi ldaustastung Zeilenaustastung Zeilenfrequenz Zeilendauer (Ii) Abtastzeilendauer Abtastzeilen pro Bild
Vertikalauflösung

50 Hz.	50 Hz.	will
14 H (1,38 msec)	42 U (1,38 msec)	kürlich
18 /jsec.	10 /ι sec.	gewählt
10125 kHz.	30375 kHz.
98,β jasec.	33 yusec.
80 jusec.	23 yusec.
377	1131

264 Zeilen/Höhe 7j)2 Zeilen/Höl

one /Kellfak-( tor 0,7

Hurizontalauflösung 264 Zeilen/Höhe Horizontalauflösung 350 Zeilen/Breite Bandbreite 2,2 M

809811/0093

792 Zeilen/Höhe /Für glei-1050 Seilen/Breitd ehe 22,5 MHz. / Hör.-und

1 Vertikal-BAD ORIQiNAL L ^auflÖS8·

Der Keil-Faktor ist das Verhältnis der Anzahl auflösbarer Zeilen im Raster zu der tatsächlichen Anzahl abgetasteter Zeilen, d.h. den Zeilen, die niciit in den Austastperioden auftreten.

'Yas das Verhältnis tier Zeilenzahl für die hochauflösende Helligkeitskaaiera und die Schwarzweiß-Bildröhre zu der Zeilenzahl, die für die gering auflösenden Farbkameras gewählt ist, anbetrifft, so wird es stark bevorzugt, dieses in Interesse der Vereinfachung als ungerade ganze Zahl zu wählen - im vorstehend genannten Beispiel ist dies die Zahl Drei. Es ist jedoch möglich, eine gerade ganze Zahl, beispielsweise Zwei oder Vier, zu verwenden, jedoch wird dies nicht bevorzugt, weil, um in einem Zeilensprungverfahren gleichmäßig befriedigende Resultate zu erzielen, ein zusätzlicher Aufwand in der Synchronisiereinrichtung erforderlich wäre, mit dem eine ungerade Bild-Zeitgabekorrektur während der Bildaustastlücken in dem hochauflösenden Kanal bewirkt werden kann, um einen Zeilensprung während der Abtastperioden erzielen zu können. Es ist tatsächlich theoretisch möglich, ein gebrochenes Zeilenzahlverhältnis zu wählen, wenn Vorkehrungen getroffen sind, die Entstehung verschiebender oder flackernder Interferenzmuster im abschließend wiedergegebenen Bild zu verhindern, jedoch wird im Normalfall nichts gewonnen, wenn man vom ungeradzahlig ganzen Verhältnis abweicht, das den Vorteil guter Ergebnisse ohne zusätzlichen Aufwand bietet.

80981 1/0093

Aus Figur 1 kann ersehen werden, daß das zusammengesetzte Farbbild auf dem Schirm 13 aus einer hochauflösenden Helligkeitskomponente, einer niedrig auflösenden Chrominanz- oder Farbkomponente und einer niedrig auflösenden Helligkeitskomponente besteht, wobei die Helligkeitskomponente mit hoher Abtastgeschwindigkeit in dem zusammengesetzten Bild die feinen Einzelheiten angibt und die Farbsättigung des Rot-Grün-"Blau-Farbbildes herabsetzt, während der Helligkeitskontrastbereich durch dieses Verfahren unbeeinflußt bleibt.

Das System ist zweifellos nicht geeignet, Bilder mit hoher Farbsättigung zu liefern, jedoch sind in vielen praktischen Anwendungsfällen - beispielsweise bei Einsatz der Erfindung für abbildende Flugsimulatoren - derartige Farben nicht erforderlich. Früher wurden gerade bei abbildenden Flugsimulatoren beträchtliche Bemühungen darauf gerichtet, sogenannte Terrainmodelle zu schaffen, die eine hohe Reflexion ohne unnatürlich hohe Farbsättigung zeigten. Ein sehr nützlicher praktischer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems " besteht darin, daß es sich selbst dazu anbietet, falls erforderlich, eine Vorrichtung vorzusehen, mit der eine dem Betrachter angepaßte Farbsättigung, d.h. eine als subjektiv zu bezeichnende Farbsättigungseinatellung vorgenommen werden kann. Die' Einrichtung innerhalb des Blocks X in Figur 1 bildet ein einfaches Mittel, um eine derartige subjektive Einstellung vorzunehmen.

Figur 2 zeigt eine typische idealisierte Frequenzgangskurve

BAD ORIGiNAL

809811/0093

H62784

(R,f), die dem hochauflösenden Helligkeitsteil des Systems nach Figur 1, d.h. dem Schwarzweißteil des Systems, zugeordnet ist, wobei angenommen wird, daß die Vorrichtung im Block X umgangen wird. Figur 3 zeigt eine entsprechende idealisierte Frequenzgangskurve für den niedrig auflösenden Farbteil des Systems. Eine subjektive Einstellung der Farbsättigung kann durch kontrolliertes Einstellen des Frequenzganges des hochauflösenden Helligkeitsteils des Systems innerhalb des niederfrequenten Teils der Kurve nach Figur erzielt werden, wie in Figur 4 dargestellt ist. Die drei gestrichelten Linien in dieser Figur in Verbindung mit dem voll durchgezeichneten Teil der Kurve zeigen die mit drei verschiedenen Einstellungen der Einstellvorrichtung erzielten Resultate. Die Einrichtung im Block X in Figur 1 ermöglicht derartige Einstellungen. Gemäß Figur 1 wird das Ausgangssignal der Kamera 2 einem Breitbandverstärker Xl zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Eingangssignal für einen Differentialverstärker X2 bildet. Das Ausgangssignal von Xl wird weiterhin einem Tiefpaßverstärker X3 zugeführt, dessen obere Grenzfrequenz etwa bei der Frequenz liegt, unter der die geforderte Auflösung des abschließend auf dem Bildschirm 13 erzeugten Bildes liegt, die durch die Farbkameraröhren 5,9 und 8 allein erzielt werden kann. Das Ausgangssignal des Tiefpaßverstärkers X3 liegt parallel zum Poitentiometerwiderstand X4, von dem über einen verstellbaren Schleifer das zweite Signal für den Differentialverstärker abgeleitet werden kann. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers X2 wird über den Verstärker X5 der Röhre 14 zugeführt. Die

«09811/0(193

dem hochauflösenden Teil des Systems zugeordnete Frequenzgangskurve hat daher einen Verlauf gemäß Figur 4, wobei die tatsächliche Kurvenform von der Stellung des Potentiometerschleifers abhängt, mit dem man somit die Farbsättigung des abschließend wiedergegebenen Bildes auf dem Schirm einstellen kann.

809811/0093

Claims (1)

1. P a t entanspriche

   1.) Farbfernsehsystem, dadurch gekennzeichnet, da<5 die vViedergabe eines Farbfernsehbildes durch Kombination von Bildern erzielt wird, die von ivlitteln erzeugt werden, welche mindestens zwei Farbkaneras mit geringer Auflösung, die mit der gleichen vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit arbeiten, und mindestens eine Helligkeitskainera hoher Auflösung, die mit einer wesentlich höheren Abtastgeschwindigkeit arbeitet, enthalten.

   2. Farbfernsehsystem, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Komponent-Farbkatneraröhren <nit geringer Auflösung und durch eine hochauflösende Helligkeitskaneraröhre sowie dadurch, daß alle Kameraröhren mit der gleichen Bildfrequenz arbeiten, die Helligkeitskamera jedoch so ausgelegt ist, das sie mit einer wesentlich größeren Zeilenzahl pro Bild arbeitet als die Farbkameraröhren.

   3. Im Kurzschlußverfahren arbeitendes Farbfernsehsystem, gekennzeichnet durch drei Komponent-Farbkameraröhren für die Farben Rot, Grün und Blau, eine Helligkeitskameraröhre, drei Farbbildwiedergaberöhren, denen die Signale von den Rot-, Grün- und Blau-Farbkameraröhren zugeführt werden, eine Schwarzweiß-Bildröhre, der die Signale von der Helligkeitskamera zugeführt werden, weiter durch eine Quelle zur Lieferung von Bildsyn-

   809811/0093

   chronisiersignalen für die Synchronisierung der Bildablenkung in allen Kamera- und Bildröhren, eine iuelle zur Lieferung von Zeilensynchronisiersignalen, die mit der Bildsynchronisiersignalquelle starr gekoppelt
   ist, für die Synchronisierung der Zeilenablenkung
   in der Helligkeitskamera und in der Schwarzweiß-Bildröhre, durch Mittel zur Ableitung weiterer Zeilensynchronisiersignal e mit einer Frequenz, die einen Bruchteil der Frequenz der vorgenannten Zeilensynchronisiersignale bildet, ferner durch Mittel, um diese weiteren Zeilensynchronisiersignale zur Synchronisierung
   der Zeilenablenkung in den Farbkameraröhren und in den Farbbildröhren zu verwenden sowie durch Mittel für die Kombination der von allen Bildröhren wiedergegebenen
   Bilder, um so ein farbiges Bild für die Betrachtung zu erzeugen.

   4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Bildröhren Projektorröhren sind, die auf eine gemeinsame Betrachtungsfläche projizieren, um so das abzubildende Bild zu erzeugen.

   5. System ;nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zeilen pro Bild bei der Heiligkeitskameraröhre ein ungerades Vielfaches der Anzahl der Zeilen pro Bild bei den Farbkraraeraröhren beträgt.

   809811/0093

   ö. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ungerade Vielfache Drei ist.

   7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Helligkeitskameraröhre vor ihrer Ausnutzung einem einstellbaren Schaltkreis zugeführt werden, mit dem der untere Teil der Frequenzgangskurve eingestellt werden kann.

   8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Schaltkreis einen Differentialverstärker aufweist, dessen einer Eingang direkt von der Helligkeitskameraröhre gespeist wird und dessen anderer Eingang ebenfalls von der Helligkeitskameraröhre über einen Kanal gespeist wird, der Amplituden-Einstellmittel und ein Tiefpaßfilter, das für den niederfrequenten Anteil des Ausgangssignals der Helligkeitskameraröhre durchlässig ist, enthält.

   80981 1/0093