Eine Uebersicht über die Methoden der telegraphischen Bildübertragung. Von Professor Dr. Artur Korn, an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg. KORN: Eine Uebersicht über die Methoden der telegraphischen Bildübertragung. Um eine Photographie telegraphisch zu übertragen, muß man das Bild in eine möglichst große Zahl von Bildelementen zerlegen, den mittleren Helligkeiten jedes Bildelementes möglichst genaue Maßzahlen der Helligkeit beilegen, die Maßzahlen geordnet telegraphieren und am Empfangsorte aus den telegraphierten Maßzahlen das Bild wieder zusammensetzen. Die primitivste Methode ist die sogenannte statistische, bei welcher über die zu übertragende Photographie ein kariertes Seidenblatt gelegt und jedes kleine Viereck je nach der Helligkeit des betreffenden darunter liegenden Bildelementes zum Beispiel als dunkel, hell oder mittelhell bezeichnet wird. Man hat es, bei dieser einfachen Messung mit bloßem Auge, nur mit drei Maßzahlen für jedes Bildelement zu tun; man läßt jeder Maßzahl ein telegraphisches Zeichen, zum Beispiel je einen Buchstaben des Alphabetes in Morsezeichen, entsprechen und kann dann, nachdem man das Buchstabentelegramm am Empfangsorte erhalten hat, ohne Schwierigkeit auf einem karierten Blatt Papier eine primitive Kopie des Originalbildes erhalten, indem man die als dunkel telegraphierten Bildelemente zum Beispiel mit Tinte oder mit einem Bleistifte ausfüllt, die als hell telegraphierten Elemente unausgefüllt läßt und die als mittelhell telegraphierten Elemente zur Hälfte mit Tinte oder mit einem Bleistifte ausfüllt. Um brauchbare Resultate in einer praktisch genügend kurzen Uebertragungszeit zu erhalten, muß man natürlich automatische Methoden benutzen, bei welchen jede subjektive Helligkeitsmessung auszuschalten, im übrigen das Grundprinzip der statistischen Methode beizubehalten ist. Hier haben sich nun drei Wege als gangbar erwiesen, welche wir einzeln kurz betrachten wollen: 1. Die Methode der lichtempfindlichen Zellen. 2. Die telautographische oder Schwarz- und Weißmethode. 3. Die Reliefmethode. Zu diesen kommt noch 4. die Methode der Zwischenklischees als eine Kombination der Methode der lichtempfindlichen Zellen mit der ursprünglichen statistischen Methode hinzu. 1. Methode der lichtempfindlichen Zellen. Als lichtempfindliche Zellen kommen bisher praktisch einzig und allein die Selenzellen in Betracht; man benutzt die Eigenschaft des Selens, dem elektrischen Strom einen geringeren Widerstand entgegenzusetzen, wenn es belichtet wird, als wenn es unbelichtet ist. Die zu übertragende Photographie wird im Geber als transparenter Film benutzt und um einen Glaszylinder 11 (Abb. 1) gewickelt, der drehbar eingerichtet ist, mit Hilfe eines Motors 13, und zwar durch Anordnung eines Schraubengewindes auf der Achse 14 des Zylinders, in solcher Weise, daß sich der Zylinder bei jeder Umdrehung ein Wein wenig in der Richtung seiner Achse verschiebt. Das Licht einer hellen, konstanten Lichtquelle (zum Beispiel Nernstlampe) 16, wird durch ein Linsensystem 17, 18 auf ein kleines Bildelement der Photographie konzentriert, durchdringt den Film, sowie den Glaszylinder, und wird mit Hilfe eines im Innern des Zylinders angeordneten total reflektierenden Prismas 19 auf die Selenzelle 2 geworfen, durch welche der Strom einer konstanten Batterie 1 hindurchgesandt wird. Die Intensität des entstehenden Stromes ist dann ein Maß der Helligkeit der gerade durchleuchteten Bildelemente. Im Verlaufe der Umdrehungen des Zylinders Werden alle Bildelemente zwischen Lichtquelle und Selenzelle vorbeigezogen, und wenn wir den durch die Zelle 2 gehenden Strom der Batterie 1 zu einem entfernten Empfänger senden, so werden dort Stromintensitäten anlangen, welche fortlaufend den im Geber durchleuchteten Bildelementen entsprechen. Im Empfänger handelt es sich darum, aus diesen Strömen das Bild wieder zusammenzusetzen. Zu diesem Zwecke wickelt man einen Film, auf welchem das Bild entstehen soll, um einen drehbar eingerichteten Zylinder 20, der sich wieder, durch Anordnung eines Schraubengewindes auf Achse 29, bei jeder Drehung ein klein wenig in der Richtung der Zylinderachse verschiebt; man sorgt durch geeignete Einrichtungen, auf welche hier nicht näher eingegangen werden soll, für einen möglichst synchronen Gang des Zylinders im Geber und des Zylinders 20 im Empfänger. Wenn man das Licht einer konstanten Lichtquelle (Nernstlampe) 26 mit Hilfe eines Linsensystems auf ein Element des auf 20 aufgewickelten Films fallen läßt, so hat man nur noch eine Anordnung so zu treffen, daß dieses Licht mehr oder weniger geschwächt wird, je nach der Intensität der ankommenden Ströme, also fortlaufend entsprechend der Helligkeit der gerade im Geber durchleuchteten Bildelemente. Dann wird auf dem Empfangsfilm eine negative Kopie der im Geber verwandten Photographie entstehen. Die Schwächung der bilderzeugenden Lichtstrahlen im Empfänger durch die ankommenden Linienströme wird mit Hilfe des Fadensystems eines Saitengalvanometers bewerkstelligt, welches für die Lichtstrahlen wie eine Blende wirkt, und durch welches die Linienströme hindurchgeleitet werden. Ein Saitengalvanometer besteht im allgemeinen aus einem Metallfaden, der zwischen den Polen eines kräftigen Magneten ausgespannt ist und in der Ebene senkrecht zu den Kraftlinien des Magneten abgelenkt wird, wenn elektrische Ströme den Metallfaden durchfließen. Für den vorliegenden Zweck werden an Stelle eines Fadens zwei Metallfäden benutzt, auf deren Mitte ein winziges Aluminiumblättchen aufgeklebt ist. Das Licht der Lampe 26 wird durch eine Linse 21 auf das Blättchen konzentriert, und dieses wird durch eine weitere in dem Schema nicht sichtbare Linse auf eine Oeffnung in dem Ansatztubus 28 des Empfangskastens abgebildet. Die Optik wird so eingestellt, daß der Schatten des Blättchens die Oeffnung gerade bedeckt, wenn das Saitengalvanometer keine Ablenkung zeigt; wenn dagegen die Linienströme das Fadensystem daurchlaufen, findet eine Ablenkung des Blättchens statt, der Schatten desselben macht die Oeffnung, welche in den Empfangskasten führt, mehr oder weniger frei, entsprechend der Intensität der Linienströme, und das Licht, welches in dem Tubus 28 noch durch eine kleine Sammellinse auf das zu belichtende Element des Empfangsfilms konzentriert wird, fällt so mit größerer bzw. geringerer Intensität auf, je heller die gerade im Geber durchleuchteten Bildelemente sind. Auf diese Weise wird der gewünschte Zweck erreicht, es war nur noch eine nicht geringe Schwierigkeit zu überwinden, welche darin besteht, daß die Widerstandsänderungen der Selenzelle im Geber den Belichtungen nicht instantan folgen, sondern daß dies mit einer gewissen Trägheit geschieht; die durch diese Trägheit entstehenden Fehler sind so erheblich, daß die Bilder, auch bei langsamer Transmission, im allgemeinen ganz unkenntlich werden, und erst durch die Anordnung einer zweiten Selenzelle 3, welche durch die Linienströme, mit Hilfe einer Lichtquelle 34, eines Linsensystems und des Saitengalvanometers 5 in derselben Weise belichtet wird, wie der Empfangsfilm, und welche der Fühlerzelle 2 entgegenarbeitet, ist es gelungen, diese Fehler so weit zu beseitigen, daß brauchbare Bilder im Empfänger ankommen. Die Schaltung der Kompensationszelle 3 ist in dem Schema angedeutet, sie soll hier nicht ausführlich beschrieben werden, es möge nur hinzugefügt werden, daß man die Zellen 2 und 3 in der Art auswählt, daß die Fühlerzelle 2 sehr empfindlich und wenig träge, die Kompensationszelle 3 weniger empfindlich, aber wesentlich träger ist. Textabbildung Bd. 332, S. 314 Abb. 1. Schema der Selenmethode Mit Hilfe dieser Anordnung sind vom Jahre 1907 an zahlreiche Uebertragungen auf große Entfernungen ausgeführt worden. Ein Beispiel gibt Abb. 2.Bildnis meines Mitarbeiters Prof. Dr. Bruno Glatzel, gefallen vor Verdun im Oktober 1914. 2. Dietelautographische oder Schwarz- und Weißmethode. Hier wird in den Gebeapparaten der alte Gedanke des Kopiertelegraphen benutzt, welcher schon vor mehr als 50 Jahren zur Uebertragung von Handschriften und Zeichnungen diente. Denkt man sich eine Metallfolie um den drehbar eingerichteten Zylinder 4 (Abb. 3) gelegt, und auf diesem eine Schrift oder Zeichnung in einer den elektrischen Strom nicht leitenden Tinte aufgetragen, und läßt man eine Metallspitze 9, welche wie die Taststifte der Phonographenmembranen sich bei jeder Umdrehung des Zylinders ein wenig in der Richtung der Zylinderachse verschiebt, auf der Folie schleifen, so kann man offenbar erreichen, daß stets dann ein elektrischer Strom vom Geber zu einem entfernten Empfangsapparat fließt, so lange die Metallspitze 9 nicht durch die nichtleitende Tinte an dem Kontakt mit der Metallfolie gehindert wird; in letzterem Falle wird der Strom unterbrochen. So werden, während die Metallspitze die Folie in einer engen Schraubenlinie abtastet, Ströme von bestimmter, konstanter Intensität zum Empfänger wandern, welche nur stets in gewissen kurzen Zeitintervallen, nämlich während die Spitze über Teile der Schrift oder der Zeichnung wandert, unterbrochen sind. Während bei den Kopiertelegraphen in früherer Zeit die Wiederherstellung des Bildes im Empfänger entweder durch elektrochemische Wirkungen oder durch elektromagnetische Anziehungen eines Schreibstiftes auf das Empfangspapier (bzw. Entfernung von demselben) vor sich ging, dient jetzt im Empfänger als Bilderzeuger wieder die photographische Wirkung von Lichtstrahlen, welche je nach Eintreffen von Linienströmen oder Ausbleiben derselben mit Hilfe eines Saitengalvanometers von dem Empfangsfilm abgeblendet werden oder nicht. Der Empfangsfilm wird wieder auf einen Zylinder 28 aufgewickelt, der sich bei jeder Umdrehung – ein klein wenig in der Richtung der Zylinderachse verschiebt, und das Licht der Nernstlampe 35 durch ein Linsensystem auf den Faden des Saitengalvanometers 33 konzentriert; hier ist ein Fadensystem mit einem gewöhnlichen Metallfaden ausreichend; durch eine weitere Linse wird der Faden auf einen Spalt in dem Ansatztubus 31 des Empfangskastens abgebildet; die Optik wird so eingestellt, daß der Schatten des Fadens den Spalt bedeckt, wenn kein Strom durch das Saitengalvanometer geht; wenn aber Linienströme vom Geber ankommen, wird der Faden abgelenkt, und es fällt Licht durch den Spalt des Empfangskastens auf ein Element des Empfangsfilms, und so wird der Empfangsfilm jedesmal belichtet, wenn die Tastspitze im Geber mit der Metallfolie in Berührung ist, während kein Eindruck entsteht, wenn die Tastspitze im Geber über die Schrift oder Zeichnung läuft. Textabbildung Bd. 332, S. 315 Abb. 2. Beispiel eines mit Hilfe der Selenmethode übertragenen Portraits (Im Jahre 1908 von Berlin nach Paris in 12 Minuten übertragenes Bildnis meines Mitarbeiters Prof. Dr. Bruno Glatzel, der im Oktober 1914 vor Verdun den Heldentod fand) So wird, wenn Synchronismus im Geber und Empfänger vorhanden ist, ein negatives Bild der Schrift oder Zeichnung auf dem Empfangsfilm erzeugt. Der Vorteil der photographischen Anordnung im Empfänger besteht in der Rapidität der Anordnung; man kann jetzt bis 2000 Zeichen in der Sekunde registrieren, während der elektrochemische oder gewöhnliche elektromagnetische Empfang nur etwa 300 Zeichen in der Sekunde im Maximum zuließ. Das ist nun der wesentliche Grund, weshalb man jetzt diese telautographische Methode mit Erfolg zu der Uebertragung auch von Photographien verwenden kann, welche im Geber zunächst mit Hilfe des Verfahrens der Autotypie in Schwarz- und Weißbilder verwandelt worden sind. Die Photographie wird durch ein Glasraster (eine mit vielen, dicht aneinander liegenden, parallelen Strichen durchzogene Glasplatte) auf eine Metallfolie kopiert, die vorher mit einer Schicht Chromgelatine überzogen worden ist. Die belichteten Stellen werden für Wasser unlöslich und bleiben auf der Folie beim Waschen mit Wasser als eine den elektrischen Strom nicht leitende Schicht zurück, und zwar in solcher Weise, daß die Zwischenräume zwischen den Rasterlinien um so breitere rein metallische Stellen aufweisen, je geringer die Helligkeit der betreffenden Bildelemente ist. Hierauf wird die Photographie mittelst der telautographischen Methode genau in derselben Weise übertragen, wie dies soeben für eine Handschrift oder Zeichnung auseinandergesetzt wurde. Ein auf diese Weise übertragenes Bild zeigt Abb. 4. Textabbildung Bd. 332, S. 315 Abb. 3. Schema der telautographischen Methode (Saitengalvanometer im Empfänger) 3. Die Reliefmethode. Die Reliefmethode ist insofern mit der Methode der lichtempfindlichen Zellen verwandt, als auch hier Linienströme vom Geber zum Empfänger wandern, welche in ihren Intensitäten den Helligkeiten der fortlaufend zu übertragenden Bildelemente entsprechen. Nur werden diese Ströme nicht mit Hilfe der lichtempfindlichen Zellen erzeugt, sondern dadurch, daß man im Geber ein Reliefbild (Pigmentoder Kohledruck) zum Ausgangsobjekt nimmt, bei welchem die Maßzahlen der Helligkeiten der einzelnen Bildelemente durch ein größeres oder geringeres Relief zum Ausdruck kommen, und indem man einen Taststift über das Bild laufen läßt, dessen Hebungen und Senkungen mechanisch größere oder kleinere Stromintensitäten auslösen. Der Grund, aus welchem diese Methode bisher über interessante Laboratoriumsversuche nicht herausgekommen ist, liegt darin, daß bei Benutzung eines stärkeren Reliefs, wenn eine genügende Transmissionsgeschwindigkeit verwandt wird, ein Springen des Stiftes eintritt, und bei Verwendung schwacher Reliefs zu leicht Fehler vorkommen, so daß die Reliefmethode, für welche im übrigen im Empfänger auch der photographische Empfang am geeignetsten sein würde, für praktische Zwecke kaum die Bedeutung der beiden vorher genannten Methoden erreichen kann. Textabbildung Bd. 332, S. 316 Abb. 4. Beispiel eines auf telautographischem Wege übertragenen Portraits (Exz. Ludendorff). Textabbildung Bd. 332, S. 316 Abb. 5. Lochstreifen. 4. Methode der Zwischenklischees. Die bisher betrachteten direkten Methoden können nur benutzt werden, wenn telegraphische Linien nicht allzuhoher Kapazität zur Verfügung stehen, zum Beispiel gute Telephonleitungen, wenn es sich um Entfernungen bis zu etwa 1500 km handelt. Sobald die Kapazität der Leitungen zu groß wird, kann man die vielen, für ein einigermaßen detailliertes Bild notwendigen Stromzeichen nicht mehr mit der für eine praktische Verwendung nötigen großen Transmissionsgeschwindigkeit übertragen, im besonderen versagen lange, gewöhnliche Telegraphenleitungen und in erhöhtem Maße lange unterseeische Kabel vollständig. Hier ist nur der folgende Ausweg möglich: Man fertigt sich (natürlich in automatischem Betriebe) zunächst ein für beliebige telegraphische Uebertragung geeignetes Zwischenklischee, wie zum Beispiel einen Lochstreifen der Schnelltelegraphen oder ein gewöhnliches Buchstabentelegramm, welches mit seinen aufeinanderfolgenden Lochkombinationen bzw. Buchstaben fortlaufend die Maßzahlen der einzelnen Bildelemente darstellt; man führt die telegraphische Uebertragung mit Hilfe der gewöhnlichen Hilfsmittel aus, und man hat am Empfangsorte nur wieder für die Zusammensetzung des Bildes zu sorgen. Einen solchen Lochstreifen in halber Naturgröße zeigt Abb. 5. Textabbildung Bd. 332, S. 316 Abb. 6. Schema des Funkenrelais. Die Schwierigkeit der Herstellung solcher Zwischenklischees, welche nunmehr überwunden ist, bestand lediglich in der geringen Intensität der zum Beispiel durch die Methode der lichtempfindlichen Zellen im Geber zur Verfügung stehenden Ströme, die im Maximum 1 Milliampere betragen, und mit Hilfe derer die zur Fertigung der Zwischenklischees erforderlichen mechanischen Arbeiten nicht geleistet werden konnten. Es hat sich nun hier die folgende Relaisanordnung bewährt (Abb. 6). Textabbildung Bd. 332, S. 316 Abb. 7. Ein mit Hilfe einer Schreibmaschine geschriebenes telegraphisch übertragenes Portrait. Die durch die Selenmethode erhaltenen, den Helligkeiten der Bildelemente entsprechenden Ströme drehen einen empfindlichen Stromzeiger 15, der entsprechend seiner Stellung den Weg hochgespannter, schwacher Ströme (sog. Teslaströme) zu einer Reihe von Funkenstrecken 3, 4, 5 usw. vermittelt. Würde das Zeigerrelais 15 die Uebergänge durch mechanische Kontakte vermitteln, so würde es durch die Reibung zu viel an Empfindlichkeit verlieren, die Uebergänge werden daher nicht durch mechanische Kontakte, sondern durch feine Funkenströme vermittelt, welche auf die Empfindlichkeit des Stromzeigers keinen merklichen Einfluß ausüben. Je nach der Stellung des Stromzeigers ergeben sich Tesla-fünkchen bei 3, 4, 5, bzw. bei weiteren, den Helligkeitsmaßzahlen der Bildelemente zugeordneten Funkenstrecken. Hier zünden die Teslafünkchen Starkstrombögen von Wechselströmen, deren Spannungen mit Hilfe einer Wechselstromquelle 12 an die Enden der Funkenstrecken angelegt werden; die Bögen verschwinden, sobald keine Teslafünkchen zugeführt werden. Ueber die jeweils gezündeten Bögen kann nun ein Gleichstrom gelagert werden, der bzw. die Relais 6, 7, 8 . . . in Betrieb setzt und mit Hilfe derselben jede beliebige mechanische Arbeit leisten, also zum Beispiel die gewünschten Zwischenklischees anfertigen kann. Die am Empfangsorte ankommenden Lochstreifen oder Buchstabentelegramme können nun entweder in der Weise zur Wiederherstellung des Bildes benutzt werden, daß man die Bildelemente mit Hilfe einer gewöhnlichen Schreibmaschine niederschreibt, deren Typen nur durch kleine, in ihren Dimensionen den betreffenden Helligkeitsmaßzahlen entsprechende Quadrate oder Kreise ersetzt sind, oder die Niederschrift kann auch automatisch mit Hilfe eines dem phototelegraphischen Empfänger ähnlichen photographischen Apparates oder mit Hilfe einer den automatischen Typensetzmaschinen jähnlichen Konstruktion erfolgen. Hiervon möge ein mit der Hand auf einer Schreibmaschine geschriebenes Beispiel (Abb. 7) eine Anschauung geben. Solche Bilder kann man nunmehr auf ganz beliebige Entfernungen, durch gewöhnliche telegraphische Leitungen, durch lange Seekabel und auch auf drahtlosem Wege telegraphisch übertragen, und es steht der Vervollkommnung solcher Bilder lediglich die Frage der Kosten im Wege, welche für die telegraphischen Gebühren aufgewandt werden können.