Reglajul automat al albului – camera de filmat

Reglajul automat al albului – camera de filmat

Conditiile de expunere in care lucreaza camera video sunt urmatoarele:

lumina unei lumanari:10 – 15 lx;

lumina in magazin:500-700 lx;

lumina in zi clara, la o ora dupa asfintit: 1000 lx;

lumina in zi noroasa, la o ora inainte de rasarit: 2000 lx;

lumina solara in zi noroasa, la ora 10 dimineata: 25.000 lx;

lumina solara in zi noroasa, la pranz: 32.000 lx;

lumina solara in zi senina, la ora trei dupa-amiaza: 35.000 lx;

lumina solara in zi senina, la ora 10 dimineata: 65.000 lx;

lumina solara in zi senina, la pranz: 100.000 lx;

Lumina este caracterizata de o temperatura de culoare, si anume:

lumina de exterior: 5.500’ K;

lumina de interior fluorescenta: 4.500’K;

lumina de interior incandescenta: 3.200 K.

Se constata ca un obiect alb, in functie de conditiile de expunere la lumina, va fi reprodus, dupa captarea cu camera video, cu o anumita culoare diluata puternic cu alb” aceasta in functie de temperatura de culoare a luminii. Pentru a rezulta un alb natural, va fi necesar un control automat al albului (Automatic White Control – AWC) caruia i se mai spune si echilibrare automata a albului (Automatic White Balancing – AWB). Acest reglaj automat se realizeaza controland corespunzator amplificarea pentru semnalul de videofrecventa de rosu R si pentru semnalul de videofrecventa de albastru B. Sunt intalnite doua situatii, si anume:

a)   camera video lucreaza in conditii in care temperatura de culoare se considera constanta, situatie intalnita cand se inregistreaza in interiorul cladirilor si cand se realizeaza un reglaj automat de tip AWC (AWB) cu pastrare, precum si atunci cand se inregistreaza afara, situatie in care se trece de la temperatura de culoare de interior, de aproximativ 3.200’K, la 5.500’K pentru exterior si cand se poate folosi un filtru convertor de temperatura de culoare care se fixeaza in fata lentilelor. In situatia cand un astfel de filtru lipseste, se utilizeaza ca sursa lumina zilei.

b)   camera video lucreaza in conditii in care temperatura de culoare este variabila, situatie intalnita in special cand se inregistreaza in aer liber, caz in care se realizeaza un reglaj AWT (Automatic White Tracking) – urmarirea automata a albului. Sistemul de reglaj automat al albului functioneaza dupa schema data in figura 2.38.

Figura 2.38. Sistemul de reglaj automat al albului

Pentru temperatura de culoare constanta, lentilele se acopera cu un capac alb sau se pot folosi obiecte de culoare alba ca elemente de referinta, fata de care se vor raporta celelalte culori. Comutatorul se trece pe pozitia AWC AUTO. Dupa prelucrarea semnalului de la dispozitiv videocaptor se obtin semnalele R – Y si B – Y. Cu un detector AWC va identifica nivelul acestor semnale, care sunt transformate cu un convertor analog-numeric in cuvinte de cod de 7 biti care se memoreaza. Un convertor numeric-analogic le transforma apoi in tensiuni de reglaj automat al amplificarii pentru amplificatorul de rosu R si pentru cel de albastru B. Rezulta ca pentru temperatura de culoare constanta, nivelurile R si B sunt memorate si mentinute constante. In situatia cand temperatura de culoare este variabila, comutatorul se trece in pozitia AWT (FULL AUTO). Camera video are un senzor de urmarire automata a albului, AW SENSOR, care are un filtru pentru albastru si unul pentru rosu, iar lumina filtrata sensibilizeaza cate o fotodioda. Se obtin apoi doua tensiuni pentru R si B care sunt aduse la un circuit integrat, ce le converteste in numeric si le memoreaza pentru citire pana la schimbarea tensiunii de culoare, cand rezulta alte tensiuni. Din acest circuit integrat de doua cuvinte de cod, unul pentru R si celalalt pentru B, aplicate la convertoare numeric-analogice care furnizeaza tensiunile pentru (GAIN CONTROL). Sistemul AWT lucreaza daca iluminarea este corespunzatoare. Pentru ca sistemul sa functioneze corect, camera video trebuie reglata in felul urmator: se foloseste pentru sistemul PAL un vectorscop – aparat pentru masurarea amplitudinii si fazei purtatoarei de crominanta – care foloseste reprezentarea vectoriala pe un osciloscop special, dar masoara atat amplificarea diferentiala cat si faza diferentiala; se foloseste o harta alba in fata camerei. Vectorscopul primeste semnalul video si apoi se regleaza doua rezistente semireglabile care controleaza comanda pentru semnalele R si B, pana cand vectorii de culoare se strang spre centrul ecranului ca in figura 2.39, intrucat lumina alba se situeaza in centrul de greutate al triunghiului culorilor.

Figura 2.39. Imaginea ecranului unui vectorscop in cazul unei reglari corecte a culorii de alb

1.1.

CCD-ul

Este un circuit  integrat de captare a imaginii (prezentat in figura 2.40), care functioneaza dupa principiul dispozitivelor cu cuplaj prin sarcina – Charge Coupled Device – CCD. A fost posibila realizarea unor astfel de dispozitive datorita dezvoltarii rapide a tehnologiilor, lucru care a permis si o crestere enorma a densitati componentelor. Se construiesc senzori semiconductori de tip CCD de 1/2 inch pe care se formeaza imaginea cu o suprafata de 4,8 x 6,4 mm, sau dispozitive CCD de 1/3 inch, unde suprafata pe care se proiecteaza imaginile se reduce aproximativ cu 43 de procente, rezultand a fi de 3,6 x 4,8 mm.

Figura 2.40. CCD

In primul caz, un pixel (punct) al imaginii este de 12,8 μm, iar al doilea caz este de 9,8 μm, realizandu-se o imagine cu 250.000 de pixeli. Noile tehnologii de 1/3 inch asigura pentru dispozitivele CCD o inalta sensibilitate.

Ideea unui dispozitiv cu transfer de sarcina este de a utiliza un lant de comutatoare si amplificatoare ce permit incarcarea unor condensatoare. Principial, functionarea consta in esantionarea semnalului ce trebuie intarziat si stocarea esantioanelor intr-un lant de condensatoare interconectate prin comutatoare care sunt comandate cu aceeasi frecventa ca si etajul de esantionare. Dezavantajul consta in faptul ca transferul de sarcina se face din aproape in aproape si, datorita impedantei de intrare in amplificator, condensatorul se descarca pe aceasta impedanta, care ar trebui sa fie extrem de mare, avand in vedere numarul mare de astfel de celule. Problema a fost rezolvata odata cu folosirea condensatoarelor MOS, in care se formeaza gropi de potential unde se poate stoca sarcina.

Figura 2.41. Principiul de functionare a dispozitivelor cu transfer de sarcina

Deplasarea sarcinii s-a realizat prin asezarea condensatoarelor MOS suficient de aproape unul de altul, astfel ca sarcina sa poata fi transportata prin aplicarea unui potential mai mare pe condensatorul urmator. O data realizat un dispozitiv CCD folosit ca linie de intarziere analogica, a fost apoi utilizat ca senzor liniar de imagine, printr-o corelare cu fotodiode. Avantajele senzorilor de imagine realizati pe semiconductori constau in gabarit si greutate mici, putere consumata redusa si fiabilitate sporita in comparatie cu tuburile videocaptor clasice.

In principal, un astfel de senzor este format dintr-un numar de celule fotosensibile care da numarul de pixeli ai unei imagini. Semnalele produse de celulele fotoelectrice urmare a iluminarii, sunt transferate in registre realizate cu dispozitive cu transfer de sarcina, care apoi urmeaza a fi citite corespunzator.

Pentru captarea imaginii se pot folosi si fotodiode, iar pentru transfer registre CCD.

Un tip de dispozitiv videocaptor bidimensional este prezentat in figura 7.20. El este format dintr-un numar de fotocelule H x V care da numarul de pixeli ai imaginii. Exista un tact al portilor de transfer din fotocelule in registrele analogice de transport pe verticala, care sunt in numar de H. Numarul acestor registre da, de fapt, numarul de puncte din care va fi reconstituita o linie a imaginii.

Figura 2.42. Dispozitiv videocaptor bidimensional

Tactul de transfer Φ_P functioneaza cu frecventa f = 50 Hz, adica frecventa de baleiaj pe verticala. Aceasta inseamna ca la fiecare 20 ms, pachetele de sarcina din toate fotocelulele care corespund unui semicadru se transfera in registrele de transport pe verticala.

Acestea din urma sunt comandate in doua faze cu tactele Φ_V1, si Φ_V2 ale registrelor verticale, care au frecventa de baleiaj pe orizontala f = 15 625 Hz. Inseamna ca la fiecare    T_H= 64 μs, unde T_H este perioada de baleiaj pe orizontala, registrele de transport pe verticala incarca un registru analogic de transport pe orizontala format din 2H celule. Acesta din urma este comandat apoi tot in doua faze, cu tactele Φ_H1 si Φ_H2 ale registrului orizontal, care au frecventa egala cu produsul dintre numarul de pixeli H si frecventa de baleiaj pe orizontala.

Rezulta ca la iesirea dispozitivului videocaptor, care este chiar iesirea registrului orizontal, vor rezulta in 64 ms un numar H de esantioane ale semnalului video care vor constitui o linie de imagine.

Operatia se repeta pana cand registrele de transfer pe verticala au fost complet descarcate, realizandu-se astfel semnalul video corespunzator cursei directe pe verticala. Pe cursa inversa pe verticala urmeaza un nou transfer din fotocelule in registrele de transport pe verticala, operatia repetandu-se dupa 20 ms cat reprezinta perioada de baleiaj pe verticala. Se constituie astfel un semnal care va fi chiar semnalul electric de videofrecventa corespunzator imaginii alb-negru.