1.2.Устройство видеокамеры и принцип работы
По внешнему виду видеокамера напоминает кинокамеру и имеет с ней функциональное сходство, так как объект съемки с помощью объектива проецируется на плоскость изображения внутри видеокамер. Отличие заключается в том, что в плоскости изображения располагается не кинопленка, а оптоэлектрический преобразователь — прибор зарядовой связи ПЗС.
Функциональные схемы видеокамер различных фирм-изготовителей могут весьма существенно отличаться друг от друга, что связано с использованием различных микросхем, различным набором функций и различными комбинациями органов управления.
На «Рис.1» приводится упрощенная обобщенная структурная схема видеокамер. Оптическое изображение, сфокусированное объективом на матрице преобразователя свет-сигнал, преобразуется в электрический сигнал, содержащий информацию как о яркостной составляющей снимаемой сцены, так и о ее цветовом содержании. В канале обработки сигнала в результате усиления, коррекции, сложения с импульсами синхронизации и гашения на выходе процессора формируется полный телевизионный сигнал, который поступает в видеомагнитофон и в электронный видоискатель.
Рисунок 1
В блоке малогабаритного видеомагнитофона осуществляются оптимизация и преобразование сигналов к виду, удобному для записи на магнитную ленту. Так же, как и в блоке малогабаритной видеокамеры, в блоке видеомагнитофона обработка сигналов изображения осуществляется раздельно. После преобразования оба сигнала суммируются и подаются на вращающиеся видеоголовки, которые и осуществляют запись сигналов изображения на магнитную ленту.1
В электронном видоискателе осуществляется визуальный контроль записываемой информации, просмотр отснятого материала, отражается режим работы видеокамер.
На магнитную ленту также записываются сигналы звукового сопровождения от встроенного в видеокамеру микрофона или от внешнего микрофона, установленного на объекте съемки; запись звукового сопровождения от внешнего микрофона позволяет устранить шумы, возникающие при работе видеокамера. Оптическая система видеокамер представляет сложное оптико-механическое устройство. В большинстве случаев это вариообъективы (трансфокаторы) с ручным и автоматическим управлением фокусным расстоянием, диафрагмой и временем экспозиции. Технические параметры и эксплуатационные возможности видеокамер во многом определяются характеристиками используемого объектива.
Прибор с зарядовой связью ПЗС (Charge-Coupled Device-CCD) преобразует сфокусированное на него оптическое изображение в электрический видеосигнал.
3
ПЗС представляет полупроводниковый прибор, содержащий в одном твердотельном блоке секции накопления и хранения зарядов, а также регистр выходов (рис.2). Основной является секция накопления зарядов, в которой на подложку (1) из полупроводникового материала — кремния, покрытую слоем оксида кремния (2), нанесена линейка тончайших и поэтому прозрачных металлических электродов (3). Электроды имеют очень малый размер, примерно 5x5 мкм, и образуют вместе со слоем оксида и полупроводника элементарные фотоэлементы, называемые пикселями. Количество пикселей в линейке соответствует числу элементов в строке ТВ-изображения. Если электрод освещен, то под ним возникают и накапливаются пакеты электрических зарядов (4), в которых количество зарядов пропорционально освещенности электрода. 1
Рисунок 2
Устройство прибора с зарядовой связью (ПЗС) (секция накопления зарядов)
Считывание накопленных зарядов в ПЗС производится подаваемыми на электроды 3-тактовыми импульсами. Придавая этим импульсам особую форму и очередность следования, можно перемещать зарядовые пакеты (4),возникающие под каждым электродом, от одного электрода к другому и один за другим перемещать их в секцию хранения зарядов. Оттуда зарядовые пакеты подаются на сопротивление, с которого снимается видеосигнал. В ВК применяют матрицы или чипы ПЗС, состоящие из набора линеек по числу строк в кадре. Количество пикселей в матрицах — от 500 тыс. до 2 млн.
Электронный затвор является неотъемлемой частью матричного ПЗС. Скорость электронного затвора является одной из основных характеристик видеокамеры, объявляемой производителем при анонсировании новых видеокамер.
Скорость электронного затвора — это интервал времени, в течение которого на матрице ПЗС происходит накопление заряда для создания потенциального рельефа изображения (электронного изображения). Когда говорят о той или иной скорости электронного затвора, подразумевают соответствующий режим работы ПЗС.
Преобразователи с зарядовой связью для цветных видеокамер должны обеспечивать раздельное формирование сигналов различного цвета. Для этого видеокамеры могут строиться на двух или трех матрицах ПЗС.
Система автоматического баланса белого. Для правильного воспроизведения цвета объекта съемки необходимо, чтобы основные цвета, формируемые на выходе преобразователя свет-сигнал, в зависимости от условий освещения смешивались в правильном соотношении, определяемом коэффициентами колориметрического уравнения. Для этого видеокамеры оборудованы системой баланса белого (WB — White Balance), основным элементом которой является так называемый датчик цветовой температуры. В качестве датчика обычно используется инфракрасный фоточувствительный элемент (фотодиод). Спектральный состав цвета определяется путем сравнения показателей датчика и уровня цветовых составляющих, получаемых на выходе матрицы ПЗС. На основании показаний датчика цветовой температуры происходит корректировка сигналов основных цветов, поступающих с матрицы ПЗС.
Блок управления контролирует состояние клавиш и в зависимости от выбранного режима вырабатывает управляющие сигналы для остальных блоков видеокамер. Отдельной задачей блока управления является формирование сигналов для процессора управления двигателями ЛПМ.