8.4.3 Цветные пзс-камеры

Большинство цветных видеокамер в ТВ вещании имеют три ПЗС-матрицы, каждая получает свою компоненту цвета. Разделение белого цвета на три компоненты R,G,B производится специальной оптической цветоделительной призмой, устанавливаемой между объективом и ПЗС-матрицами (рис. 8.21).

Рис. 8.21. Цветная ПЗС-камера с тремя матрицами использует светоделительную призму для разделения цветов

Цветоделительная призма – очень дорогой и точный оптический блок с дихроическими зеркалами. Такие видеокамеры называются трехматричными цветными камерами, более дорогие, чем одноматричные видеокамеры. Однако они имеют очень высокую разрешающую способность и превосходные технические характеристики. В бытовых и охранных видеокамерах используются более дешевые и простые одноматричные цветные видеокамеры. Они формируют композитный цветной видеосигнал, который состоит из яркостного Y и двух цветоразностных: красного – V = R – Y и синего – U = B – Y.

В одноматричных цветных ПЗС- видеокамерах цветоделение производится одним из двух методов фильтрации: 1) фильтр полос RGB, где три вертикальные пиксельные колонки (полоски) расположены рядом друг с другом: красная, зеленая, синяя и т.д. (рис. 8.22)

Рис. 8.22. Фильтр полос RGB ПЗС-матрицы

Рис. 8.23. Комплементарный (Cy, Ye, Mg, Gr) мозаичный фильтр ПЗС-матрицы

2) комплементарный мозаичный цветовой фильтр, где пиксели ПЗС-матрицы не чувствительны к R,G и B – цветам, а чувствительны к дополнительным (комплементарным) цветам – голубому, пурпурному, желтому и зеленому, расположенным в виде мозаики (рис. 8.23).

Первый тип одноматричной цветной ПЗС-камеры дает очень хорошее цветовоспроизведение и требует простых схем. Однако такие матрицы страдают очень низкой разрешающей способностью по горизонтали, обычно порядка 50% от общего числа пикселей в горизонтальном направлении матрицы. Что касается разрешения по вертикали, то оно определяется полным числом пикселей (элементов) по вертикали. Подобный тип видеокамер формирует цветные сигналы RGB.

Мозаичная одноматричная ПЗС-видеокамера требует более сложной электроники и отстает по качеству цветопередачи в сравнении с RGB-моделями, но дает гораздо более высокую разрешающую способность по горизонтали (более 65% горизонтальных пикселей).

В мозаичной видеокамере эти четыре сигнала соответствующим образом обрабатываются, в результате чего получают яркостный (Y), цветоразностные – красный (R – Y) и синий (B – Y) сигналы.

8.4.4. Электронный затвор – затвор с переменной экспозицией

Использование ПЗС матриц в видеокамерах позволило реализовать о них затвор с перемен­ным временем экспозиции, что бы­ло невозможно в камерах на пере­дающих трубках. Эта функция ана­логична механическому обтюрато­ру кинокамеры и может использо­ваться таким же образом. При включении затвор позволяет каме­ре снимать движущиеся объекты с достаточной резкостью. Конечно, следует иметь в виду, что чем выше скорость затвора, тем меньше све­та попадает на ПЗС и требуется большее открытие диафрагмы.

Чтобы понять работу затвора, рассмотрим кратко принцип строч­ного переноса зарядов. Электроны, генерируемые световым потоком, накапливаются в фотодатчике и пе­реносятся в вертикальный регистр сдвига (рис. 8.13). Когда электронный затвор установлен и положение OFF (выключен) – 1/60 с, (1/50 c), 1 поле – электроны, накопленные за период одного поля, считываются в вертикальный регистр. При этом электроны, соответствующие траектории движущегося объекта и са­мому объекту, будут гене­рироваться, и объект полу­чится нерезким. Нерезкость можно снизить сокращением периода накапливания электронов, таким образом, что меньшее дви­жение объекта захватывается за каждый период счи­тывания. Когда затвор включается, на выход ПЗС поступают только электро­ны, генерируемые во время открытия затвора (рис. 8.24). Электроны, генерируемые до этого момента, направ­ляются и отводящий сток ПЗС. Чем быстрее скорость срабатывания затвора, тем короче время дискретизации (эффективной аперту­ры) и тем меньшее движе-ние захватывается за пери­од одного поля (1/60 с), (1/50 с).

Рис. 8.24. Принцип работы электронного затвора

Следует также отметить, что электронный затвор позволяет работать ПЗС-матрице в большом динамическом диапазоне освещенностей. Видеокамеры, снабженные объективом с автодиафрагмой, работают при очень больших значениях освещенности, не используя ручной режим регулировки параметров видеокамеры.

Матрицы ПЗС СП широко используются в бытовых одноматричных телевизионных камерах. Камеры вещательного телевидения работают на матрицах ПЗС СКП, обладающих более высокими светотехническими параметрами.

В заключение следует отметить, что видеокамеры на ПЗС-матрицах более чувствительны к радиационному облучению (воздействию), чем камеры на ЭЛТ. Поэтому видеокамеры на ЭЛТ и приборах незаменимы в зонах наблюдения и охраны в условиях сильной радиации.