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Aufnahmesysteme

Bei unserer schrittweisen »Weiterentwicklung« des primitiven Farbflächen-»Fernsehgerätes« bis zur perfekten Schattenmaskenröhre ist das Aufnahmegerät etwas vernachlässigt worden. Dies hat seinen Grund darin, daß der Ausbau des Aufnahmegerätes zu einer der Schattenmaskenröhre ebenbürtigen Aufnahmekamera in einer ganz anderen Richtung verläuft, daher zu seiner Beschreibung eines besonderen Kapitels bedarf.

Spektrale Empfindlichkeiten der Kamera

Wie eingangs erwähnt, hat die Kamera die Aufgabe, von jedem Bildpunkt der aufzunehmenden Szene die prozentualen Anteile der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau anzugeben. Das Farbmeßgerät erfüllt zwar diese Aufgabe, doch arbeitet es viel zu langsam, um eine brauchbare Übertragung zu ermöglichen. Wir müssen daher auf den Erfahrungen aus der Schwarzweiß-Technik aufbauen und versuchen, die von dort bekannten Kameras farbtüchtig zu machen.

Über die Farbmesungen

Wie war das noch mit unseren beiden Farbmeßgeräten? Eine stillschweigende Voraussetzung war, daß beide Geräte gleiche Primärstrahler haben müssen, damit die Blenden- bzw. Farbwerte am Aufnahme- und Empfangsort identisch sind.

Sobald das Aufnahmemeßgerät Primärstrahler mit abweichenden Lichtwellenlängen verwendet, stimmen die Farbwerte für ein und dieselbe Farbe am Aufnahme- und Empfangsort nicht mehr überein.

Bei direkter Steuerung der Blenden des Wiedergabegerätes durch die nunmehr abweichenden Farbwerte wird auf dem Empfangsschirm eine falsche Farbe wiedergegeben. Hieraus geht hervor, daß Empfänger und Kamera spektral aufeinander abgestimmt sein müssen, damit die Übertragung naturgetreu wird. Es ist üblich, die Empfängerprimärstrahler als gegeben anzunehmen und danach die Spektralcharakteristik der Kamera zu dimensionieren.

Der Eichvorgang

Wir müssen also zunächst wissen, welche Steuersignale das Empfangsgerät braucht, um bestimmte Farben wiederzugeben. Ein neues, elektronisches Farbmeßgerät mit der Schattenmaskenröhre als (»Kompakt-«) Primärstrahler für die drei Empfängerprimärfarben Rot, Grün und Blau gibt uns darauf Antwort.

Bei dem auch hier unumgänglichen Eichvorgang erhalten die Steuergitter ihrer drei Elektronenkanonen gleiche Spannungen, die wir von drei mit Skalen versehenen Einstellern abgreifen. Stehen alle drei Einstellknöpfe auf dem Wert 1 (entspricht den Meßblendenwerten 1), so werden die Schirmgitterspannungen (Eichblenden) derart variiert, daß der Bildschirm Weiß wiedergibt.

Wenn alles ideal wäre . . . .

Die eigentliche Messung geschieht fast genauso wie mit dem normalen Farbmeßgerät. Die drei Steuergitterspannungen werden mit ihren geeichten Einstellern soweit geändert, bis von der Schattenmaskenröhre die gleiche Lichtsorte abgestrahlt wird wie von der zu messenden Lichtquelle. Der Vergleich beider Lichtsorten kann wieder mit einem geknickten Projektionsschirm - wie in Bild 7b dargestellt - erfolgen. An den Skalen der Einsteller sind die Anteile der Empfängerprimärlichtsorten am unbekannten Licht abzulesen. Allerdings müssen wir noch voraussetzen, daß die Bildröhre lineare Kennlinien hat, also die Intensität des abgegebenen Lichts den Steuerspannungen proportional ist.

Konzentartion auf die Spektralfarben

Nun wäre es aber eine kaum zu bewältigende Arbeit, für alle vorkommenden Farben die erforderlichen Steuersignale zu ermitteln. Wir beschränken uns deshalb auf die genau definierten Spektralfarben, weil aus ihnen alle innerhalb des Spektralfarbenzugs liegende Farben additiv zusammengesetzt sind. So kann man sich beispielsweise vorstellen, daß ein schwach gesättigtes Grün mit der spektralen Verteilung nach Bild 4 aus einer additiven Mischung aller Spektralfarben mit unterschiedlicher Intensität im Bereich von 450 mu bis 580 mu entstanden ist.

Gleichenergieweißes Licht mit einem Prisma spektral aufspalten

Für eine exakte quantitative Aussage gehen wir von dem früher erwähnten gleichenergetischen Spektrum aus, d. h. wir spalten gleichenergieweißes Licht, analog Bild 1, mit einem Prisma spektral auf und sorgen dafür, daß immer nur ein schmaler Wellenlängenbereich gemessen wird.

Die jeweils unerwünschten Spektrallichter werden mit einer Schlitzblende abgedeckt. Ist der Wellenlängenbereich schmal genug, dann können wir ihn mit seiner mittleren Wellenlänge identifizieren. Unser elektronisches Farbmeßgerät liefert nun für jede Lichtwellenlänge die drei Färb- bzw. Steuerspannungswerte.

In ein Diagramm eingetragen, erhalten wir daraus die sogenannten Farbmischkurven für das Gleichenergiespektrum, deren Maxima in Bild 18 auf den Wert 1 normiert sind. Wie Bild 13 erwarten läßt, treten für die Bereiche außerhalb des gestrichelten Dreiecks negative Farbwerte auf. Die Ursache hierfür kennen wir schon vom RGB-System her (s. Abschnitt FF 3).

Nachdem nun festliegt, welche Steuerspannungen der Bildröhre für jede Spektralfarbe zugeführt werden müssen, wollen wir uns mit der Farbkamera beschäftigen. Sie muß, einfach ausgedrückt, ein automatisches Farbmeßgerät sein, das blitzschnell für jeden Punkt des wiederzugebenden Bildes die drei Farbwerte errechnet bzw. die ihnen proportionale Spannungen liefert.

Die Farben über Farbmischkurven abgleichen

Diese scheinbar sehr komplizierte Aufgabe ist relativ leicht zu lösen. Wir stellen uns zunächst drei Kameras vor, die im Gegensatz zum menschlichen Auge (Bild 10) bei allen Lichtwellenlängen gleich gut »sehen«. Lassen wir die Spektrallichtsorten des Gleichenergiespektrums in ihre Objektive fallen, so werden die Ausgangspannungen der drei Kameras unabhängig von der Lichtwellenlänge immer konstant bleiben. Aber das gerade wollen wir nicht, denn eine von den drei Kameras gesteuerte Bildröhre soll doch die aufgenommene Lichtsorte wiedergeben. Wünschenswert wäre ein Verlauf der drei Kameraspannungen, wie er in Bild 18 durch die drei Farbmischkurven gegeben ist, denn das sind ja letztlich die für die Wiedergabe von Spektrallichtsorten erforderlichen Bildröhrensteuerspannungen.

Die Augenempfindlichkeitskurve bestimmt die Farbmischkurven

Der ganze Trick liegt nun einfach darin, daß wir jeder der drei Kameras eine »Augenempfindlichkeitskurve« zuordnen, wie sie die Farbmischkurven vorschreiben. Jede Kamera erhält ein Farbfilter, dessen spektrale Durchlaßkurve jeweils einer der in Bild 18 dargestellten Farbmischkurven entspricht.

Beim Abtasten des Gleichenergiespektrums würden sich also die Ausgangsspannungen der Kameras lichtwellenlängenabhängig ändern, und die angeschlossene Bildröhre gäbe die richtigen Spektralfarben wieder. Theoretisch wäre das möglich, wenn man bei Farbfiltern negative Durchlaßbereiche realisieren könnte (in Bild 18 gestrichelt eingezeichnet).

Praktisch nimmt man gewisse Farbfehler - vorwiegend Sättigungsfehler - in Kauf und vermindert sie weitgehend durch bestimmte Korrekturen an den positiven Durchlaßbereichen (strichpunktierte Linien in Bild 18). »Sieht«, wie angenommen, die Kameraröhre bei allen Lichtwellenlängen nicht gleich gut, so muß das Produkt aus der spektralen Charakteristik der Aufnahmeröhre und des Vorschaltfilters der jeweiligen Farbmischkurve entsprechen (sub-traktive Mischung, analog Bild 4).

Nun die komplette Kamera

Der Mechanismus der kompletten Kamera ist nun einfach zu beschreiben. Die Dreifach-Farbkamera hat je ein »blaues«, »rotes» und »grünes« Auge. Jedes von ihnen sieht nur die seinem Wellenlängenbereich zugeordneten Lichtsorten.

Es bewertet sie entsprechend seiner spektralen Empfindlichkeitskurve und gibt eine Spannung ab, die einem der drei Farbwerte der einfallenden Lichtsorte analog ist. Die Kamera mit ihren Aufnahmeröhren spaltet aber nicht nur einzelne Spektrallichtsorten in Farbwerte auf, sondern auch ein aus vielen Spektrallichtern zusammengesetztes Licht. Sie führt die Addition der diesen vielen Spektrallichtsorten zugehörigen Farbwerte automatisch aus, da die Kamera-Ausgangsspannung bei linearer Röhrenkennnlinie dem gesamten, im vorgegebenen Spektralbereich einfallenden Licht entspricht.

Somit wäre das spektrale Problem der Farbkamera gelöst. Übrig bleibt auch hier das Konvergenzproblem, denn wir brauchen wieder drei Kameraröhren, deren Photokathoden mit je einem Elektronenstrahl abgetastet werden. Alle drei Abtastraster müssen wie bei der Empfängerröhre exakt übereinstimmen.

Spezielle Aufnahmesysteme

Außer den Kameras für live-Sendungen braucht man noch sogenannte "Abtaster" für Filme und Dias. Diese Abtaster könnten prinzipiell auch mit normalen Kameras ausgerüstet sein, doch begnügt man sich hier - da ein Objekt durchleuchtet wird - mit einfachen Apparaturen. Das zu übertragende Bild wird zeilenweise Punkt für Punkt durchleuchtet und das durchtretende Licht drei Photozellen zugeführt, deren spektrale Charakteristiken ähnlich denen in Bild 18 sind.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nur noch ein Abtastraster geschrieben werden muß, also alle Konvergenzprobleme entfallen. Die Ausgangsspannungen der drei Photozellen werden nach großer Verstärkung wie die der Dreifachkamera weiterverarbeitet.

Vorwort zu den einzelnen Grundlagen

In den vorausgegangenen Abschnitten sind viele Dinge grundsätzlicher Art behandelt worden, oft mit dem Hinweis auf die besondere Wichtigkeit für das Farbfernsehen, so beispielsweise die XYZ-Primärstrahler oder der Farbkreis. Hier und da war auch die Rede von einer nicht genügenden Kompatibilität. Wie wichtig diese einzelnen Grundlagen für ein Farbfernsehsystem sind und wie man zu einem guten Kompromiß gegenüber allen Forderungen kommt, soll uns das nächste Kapitel aufzeigen. Er wird die heute diskutierten Übertragungsverfahren behandeln.

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