Grundlagen der Videotechnik

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1 Grundlagen der Videotechnik Rekonstruktion des abgetasteten Bildes, Zeilenabtastung. Wir nehmen des Auge als Rekonstruktions-Tiefpassfilter. Annahme:Bildschirm, Display ist scharf, lässt noch die einzelnen Zeilen erkennen (bei nahem Betrachtungsabstand). Also: wir benötigen die Übertragungsfunktion des Auges für unterschiedliche sfrequenzen, zur Abschätzung von Knickfrequenzen unseres nicht idealen Tiefpasses des Auges.

2 Helligkeit Übertragungsfunktion eines Filters, z.b. Tiefpassfilter: Input System Output Helligkeit tiefe sfrequenz TP Helligkeit mittlere sfrequenz TP Helligkeit gedämpfte sfrequenz Helligkeit hohe sfrequenz Helligkeit TP stark gedämpft

3 Wichtig: Es gibt keine realisierbaren idealen Tiefpässe: Es ist nicht möglich, abrupt von Verstärkung 1 auf 0 bei der Knickfrequenz zu gehen. Verstärkung 0 wird nicht erreicht bei realisierbaren Filtern (immer endliche Dämpfung). für Rekonstruktion nach Nyquist wird immer ein Sicherheitsabstand zur Nyquistfrequenz benötigt, so dass das Signal sich unterhalb von diesem Sicherheitsabstand befindet. ( f a /2)

4 Bis hierhin: Übergangsbereich, Sicherheitsabstand. Ab hier: Sperrbereich praktisch kein Durchgang. Etwa 43 Per./Grad Bis hierhin Durchlassbereich (grobe Festlegung zur Abschätzung des Systems). Etwa 30 Perioden/Grad

5 Sicherheitsabstand, Übergangsbereich zwischen etwa 30 und 43 Perioden/Grad D.h. Unser Signal geht bis 30 Perioden/Grad, aber unsere Abtastung muss für 43 Perioden/Grad ausgelegt sein. Durch den Sicherheitsabstand ergibt sich ein Faktor, der eine höhere Abtastfrequenz vorgibt als eigentlich für das Signal von Nyquist verlangt wird. Für Zeilenabtastung: Wir brauchen um diesen Faktor im Aufnahmegerät mehr Zeilen als in einem Bild vorhanden sind. (z.b. die schwarz-weißen Linien aus dem Beispiel vorher).

6 In unserem Fall ergibt sich der Faktor zu: =1,43 Der Kehrwert davon ist der sogenannte Kell-Faktor : 1 1,4 3 =0,7 Er gibt an: Bei einer vorgegebenen Zeilenzahl im Aufnahmegerät darf die Anzahl von Zeilen in einem aufgenommenen Bild nur um diesen Faktor kleiner sein, um Artefakte zu vermeiden. (z.b. Bereiche wo Zeilen zu sehen sind, Abgewechselt mit gleichmäßig grauen Bereichen).

7 Also: Kell-Faktor ist ungefähr Faktor, um in der Übertragungsfunktion von der oberen Grenze des Durchlass-Bereiches zur unteren Grenze des Sperrbereiches zu kommen. Dabei muss man Durchlass-Bereich und Sperr- Bereich abschätzen. Experimente sind nötig. Diese Experimente wurden tatsächlich durchgeführt in der Anfangszeit des Fernsehens, u.a. von Kell. Beispiel Fernsehen: Bildformat 3:4, Betrachtungsabstand 5 x Diagonale. z.b. 50 cm Bilddiagonale 2,5 m Abstand. Computerbildschirm: Abstand etwa 50 cm Diagonale von 10 cm!

8 Vertikal, Beispiel: Länge 1, Horizontal Länge 1,33 (4/3) Diagonale: 1,6 Abstand: 5 1.6=8,3 Also Abstand: 8,3; Höhe=1; welcher Winkel?: a b=8,3 α tan ( α 2 )=a b = 0,5 8,3 =0,06 α=arctan (0,06)=3,34 2 brauchen Winkel, um festzustellen, wieviele Perioden das Auge darin wahrnehmen kann. Wollen an die Obergrenze des Durchlassbereiches um die Tiefpass-Filter-Eigenschaft zu nutzen. α=2 3,43=6,87 Grad für Vertikale des Bildschirms. Obergrenze Durchlassbereich Auge: etw. 30 Per./Grad.

9 D.h. Auf 6,87 Grad ergeben sich dafür Um Artefakte bei dieser höchsten sfrequenz zu vermeiden, brauchen wir den Sicherheitsabstand, müssen also durch Kell-Faktor 0,7 teilen. Es ergibt sich darstellen können muß., die der Bildschirm Wieviel Zeilen brauchen wir für 294 Perioden? Eine Periode ist mindestens einmal hell und dunkel: 30 Per 6,87 Grad=206 Perioden Grad 2 294=588 Zeilen 206 per =294 Perioden 0,7

10 Zum Vergleich: Europa: 625 Zeilen USA: 525 Zeilen gute Übereinstimmung D.h. wir sind von der Übertragungsfunktion des Auges für sfrequenzen auf die Zeilenzahl des Fernsehens gekommen! Übertragungsfunktion (CSF) ist ein mächtiges Werkzeug.