Digitale Videotechnik- Grundlagen. Prof. Hansjörg Mixdorff

Transkript

1 Digitale Videotechnik- Grundlagen Prof. Hansjörg Mixdorff 1

2 Überblick über die Videotechnik 2

3 1. Grundlegende Entdeckungen und Erfindungen Stroboskop-Effekt Photographie/Film photoelektrischer Effekt Anfänge des Fernsehens, zeilenweise Abtastung Braun sche Elektronenröhre 3

4 Der Stroboskopeffekt (J.A.F. Plateau, 1829) Zoetrop von W.G. Horner (1834) 4

5 Photographie 1727: J.H. Schulze entdeckt die Lichtempfindlichkeit der Silbersalze 5

6 Von der Photografie zum Film Tachyskop (1892) Kinetoskop (1891) Lumière- Projektor(1895) 6

7 Der photoelektrische Effekt 1817: Entdeckung der Lichtempfindlichkeit des Selens Photophon, A.G. Bell,

8 Bildübertragung nach Carey (1875) 8

9 Signalübertragung mit der Nipkow-Scheibe (1884) 9

10 Signalübertragung mit der Nipkow-Scheibe (1884) 10

11 Braun sche Röhre 11

12 Bildwandlerröhre (Zworykin, 1932) 12

13 2. Eigenschaften des Lichts Das Spektrum elektromagnetischer Wellen 13

14 Farbzerlegung mittels eines Prismas 14

15 Grundbegriffe der Lichttechnik 1. Lichtenergie Q: Die nach der Hellempfindlichkeit des Auges bewertete Lichtenergie, die von einer Lichtquelle ausgestrahlt, bzw. von einem beleuchteten Körper empfangen wird. Es gilt: Q=Φ t Q=Lichtmenge Φ=Lichtstrom in Lumen [lm] t=zeit in Stunden 15

16 2. Lichtstrom Φ: Lichtleistung, d.h. pro Zeitintervall ausgesandte oder empfangene Lichtenergie Q. Es gilt: Φ=Q/t Q=Lichtmenge Φ=Lichtstrom in Lumen t=zeit in Stunden Dichte des Lichtstroms abhängig vom Abstand r Raumwinkel ω=f/r 2 16

17 3. Lichtstärke J: Je größer Φ und je kleiner ω, desto stärker die Lichtintensität. Es gilt: J=Φ/ω (cd) Einheit 1 Candela (cd). Ein schwarzer Körper strahlt bei der absoluten Temperatur 2042 K mit der Lichtstärke 60 cd pro cm 2 ab. 4. Beleuchtungsstärke E: Trifft der Lichtstrom einer Lichtquelle auf eine Fläche, so wird diese mehr oder weniger hell beleuchtet. Es gilt E= Φ/F (lx) Die Beleuchtungssträrke wird in Lux (Lumen/m 2 ) angegeben. 17

18 Beleuchtungsstärke E in Abhängigkeit vom Abstand 18

19 5. Leuchtdichte: Lichtstärkedichte einer lichtabgebenden Fläche aus der Sicht eines Betrachters D=J/F (cd/m 2 oder Stilb=cd/cm 2 ) Bei Sekundärlichtquellen (Leinwand): Apostilb= 1asb=1/π cd/m 2 (ideal weißer Körper, Beleuchtungsstärke 1 Lux) 19

20 Farbtemperatur Luminiszenzstrahler (Gase, fluoreszierende Stoffe) Temperaturstrahler (feste Stoffe wie Metalle etc.) 20

21 Farbtemperatur (idealer schwarzer Körper, SK) Absorptionsvermögen α = Emissionsvermögen ε Farbtemperatur eines Strahlers in Kelvin (K): Bezug auf SK bei dieser Temperatur 21

22 Farbtemperatur einiger Lichtquellen 22

23 Relative spektrale Energieverteilung 23

24 Kohärentes Licht (LASER) 24

25 3. Eigenschaften des Auges 25

26 Spektrale Empfindlichkeit des Auges 26

27 Arbeitsbereiche des Auges 27

28 Flimmergrenze (f min ) 28

29 Farbempfindung (Young-Helmholtz) 29

30 Gegenfarbtheorie nach Hering Bunte Farben unterscheiden sich von unbunten duch ihre Leuchtkraft Rot, Gelb, Grün und Blau werden als besonders rein empfunden je zwei der Grundfarben bilden polare Gegensätze unbunte Farben vermitteln nur Helligkeitsempfindung 30

31 Licht und Farbe Gassmann (1853): Gesetze der additiven Farbmischung drei Grundfarben genügen, um alle anderen Farben durch Mischung herzustellen Gleichaussehende Farben ergeben unabhängig von ihrer Zusammensetzung mit einer dritten Farbe stets gleichaussehende Mischungen 31

32 Tabelle zur additiven Farbmischung 1. Farblicht + 2. Farblicht + 3. Farblicht = Ergebnis Blau 0 0 Blau 0 Grün 0 Grün 0 0 Rot Rot Blau Grün 0 Blaugrün Blau 0 Rot Purpur 0 Grün Rot Gelb Blau Grün Rot Weiß Blau Gelb 0 Weiß Blaugrün 0 Rot Weiß Purpur Grün 0 Weiß Schwarz 32

33 Additive Farbmischung 33

34 Tabelle zur subtraktiven Farbmischung 1. Farbfilter + 2. Farbfilter + 3. Farbfilter = Ergebnis Gelb 0 0 Gelb 0 Purpur 0 Purpur 0 0 Blaugrün Blaugrün Gelb Purpur 0 Rot Gelb 0 Blaugrün Grün 0 Purpur Blaugrün Blau Gelb Purpur Blaugrün Schwarz Helles Gelb Helles Purpur Helles Blaugrün Grau Weiß Filter in den Grundfarben Rot, Grün und Blau sind für die subtraktive Farbmischung ungeeignet! 34

35 Subtraktive Farbmischung 35

36 Farbmetrik (Farbkreis) Primärvalenzen: Rot: 700,0 nm, rel. Strahlungsdichte Grün: 546,1 nm, rel. Strahlungsdichte Blau: 435,8 nm, rel. Strahlungsdichte 1.0 Sättigung Weißpunkt 36

37 Spektralwertfunktionen x(λ)=0.49*r(λ)+0.31*g(λ)+0.20*b(λ) y(λ)=0.18*r(λ)+0.81*g(λ)+0.01*b(λ) z(λ)=0.00*r(λ)+0.01*g(λ)+0.99*b(λ) 37

38 Farbmetrik: IBK-Diagramm 38

39 Wahrnehmbarer und reproduzierbarer Farbbereich 39

40 Absorptive Farbmischung 40

41 Welcher Farbton? 41