Лекция 7. Телевизионные передающие камеры

Содержание: Структурная схема цветной передающей камеры. Твердотельная передающая камера. Структурная схема камерного канала

Передающая телевизионная камера предназначена для преобразования светового потока, отраженного от объекта и подаваемого в блок камерного канала, в электрические сигналы трех цветоделенных изображений. Камера состоит из оптической головки, самой камеры и электронного видеоискателя. Световой поток, пройдя через вариообъектив и светофильтры, корректирующие при необходимости источник освещения, поступает на компоненты призменного цветоделительного блока. Нанесенные на грани призмы слои расщепляют световой поток на разделенные по спектру составляющие, которые образуют на фоточувствительной поверхности передающих трубок цветоделенные изображения. Светофильтры, наклеенные на грани призмы, корректируют спектральные характеристики оптических каналов. Применение призменного блока позволяет реализовать более жесткую конструкцию цветоделительной системы, упростить юстировку схемы, снизить потери света, вызываемые отражением от границы воздух – стекло, а также ввести световой поток от диапроектора, проецирующего изображение тест-таблицы на фотокатоды трех передающих трубок при настройке камеры.

Рисунок 7.1 - Структурная схема цветной передающей камеры

Структурная схема цветной передающей камеры изображена на рисунке 7.2. Оптическая головка 2 конструктивно объединена с тремя блоками передающих трубок типа плюмбикон 4. В блок каждой трубки входят фокусирующая и отключающая системы (ФОС) и предварительный усилитель 3. В самой камере размещены блоки: выходных каскадов 5, развертывающих устройств 6, телеуправления 7, питания 8, регулировки тока луча 9 и высокочастотного уплотнения 10. Для контроля изображения на камере установлен поворотный монохромный электронный видоискатель. На мишени передающих трубок формируются: красное (R), синее (B) и псевдояркостное (W) изображения передаваемого объекта. Использование псевдояркостного сигнала вместо зеленого (G) позволяет улучшить чувствительность камеры при допустимом ухудшении цветопередачи. Светоделенные сигналы E_R, E_W, E_B с сигнальных пластин передающих трубок поступают на соответствующие предварительные усилители 3, размещенные непосредственно на ФОС передающей трубки 4. В предварительных усилителях осуществляется противошумовая коррекция сигналов. С выходов предварительных усилителей сигналы поступают в блок выходных каскадов 5, где они усиливаются, ограничиваются их полосы частот, вводятся и ограничиваются строчные гасящие импульсы, замешиваются импульсы телеуправления. Усиленные выходные сигналы в технической аппаратуре поступают на камерный канал. Система уплотнения предназначена для передачи по двум коаксиальным жилам камерного кабеля во встречных направлениях сигналов: основных цветов E_R, E_B, звукового сопровождения, передаваемых из камеры в каналы, и сложного сигнала телеуправления (ССТУ), передаваемого из канала в камеру. Сигнал ССТУ представляет собой смесь сигналов, уплотненных во времени: сигнала яркости для электронного видоискателя, сигнала синхронизации разверток передающих трубок, сигнала звука для служебной связи с оператором и сигналов телеуправления.

В современных разработках передающих камер применяются твердотельные аналоги передающих трубок – однострочные и матричные приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рисунке 7.2 изображена структурная схема цветной телевизионной камеры на трех полноформатных матрицах ПЗС. Изображение передаваемого объекта вариообъективом проецируется на светоделительный блок, который разделяет световой поток на три составляющие. Принцип получения сигнала изображения рассмотрим для одного из каналов на примере ПЗС с кадровым переносом зарядов. Основной элемент каждого из каналов – матрица ПЗС. Она преобразует распределение светового потока в плоскости матрицы в поверхностное распределение фотогенерированных неосновных носителей заряда – потенциальный рельеф (секция накопления). Затем во время следования кадрового гасящего импульса все поле зарядов перемещается в соответствующие зоны хранения, экранированные от светового потока (секция памяти). В течение следующего периода накопления во время следования строчных гасящих импульсов заряды построчно перемещаются из секции памяти к выходному регистру сдвига. В нем в период активной части строки заряды придвигаются к выходному устройству. Таким образом, на выходе матрицы образуется ТВ сигнал в виде поэлементной последовательности импульсов различной амплитуды, пропорциональной освещенности элементов секции накопления.

Рисунок 7.2 - Структурная схема цветной твердотельной передающей камеры

Перемещение зарядов в матрице ПЗС – развертка изображения – производится с помощью тактовых импульсов синхрогенератора, образующихся в формирователях импульсов секций накопления (ФИН), памяти (ФИП) и выходного регистра (ФИВ). Использование в ЦТ камерах твердотельных сигналов вакуумных передающих трубок позволило значительно сократить габариты, вес и потребляемую мощность камеры, а также существенно повысить надежность ее работы. Дополнительным достоинством камер на матрицах ПЗС является ее так называемый «жесткий растр», т.е. точная привязка координаты передаваемой точки текущему времени, что оказывается определяющим параметром при решении некоторых прикладных задач. Структурная схема камерного канала изображена на рисунке 7.3. Цветоделенные сигналы от камеры в камерный канал поступают по коаксиальным парам камерного кабеля. Сигнал E_W в полосе частот 6, 5 МГц подается непосредственно в усилительный тракт, а сигналы E_R и E_B в полосе частот 1, 5 МГц – через блок уплотнения. В усилительном тракте производится установочная регулировка усиления, замешивание и ограничение гасящих импульсов для удаления с площадки обратного хода флуктуационных помех, паразитных сигналов строчной частоты. В нем предусмотрена также схема коррекции светорассеяния, из-за рассеяния светового потока в оптической части камеры и в передающих трубках. Здесь же осуществляется коррекция неравномерности фона изображения по полю путем замешивания в видеосигнал сигналов параболической и пилообразной формы частости строк и полей и модуляции видеосигнала путем изменения коэффициента усиления. Далее сигналы E_R иE_B непосредственно поступают на цветокорректор, а сигнал E_W – через апертурный корректор. В цветокорректоре осуществляется коррекция ошибки цветоанализа, вызванной несоответствием спектральных характеристик камеры кривым смешения основных цветов приемника, и производится нормирование сигналов E_R, E_G, E_B. В апертурном корректоре производится коррекция апертурных искажений луча передающей трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также разделение спектра сигнала на низкочастотный сигнал в полосе 1, 5 МГц (E_W – 1, 5) и сигнал высокочастотных деталей. Сигнал E_W – 1, 5 МГц поступает на цветокорректор.

Рисунок 7.3 – Структурная схема камерного канала

С выходов блока цветокорректора сигналы E_R0, E_G0, E_B0 в полосе частот 1, 5 МГц поступают на гамма-корректор, где преобразуются по степенному закону в сигналы E'_R, E'_G, E'_B для коррекции модуляционной характеристики кинескопа. После нелинейного преобразования в сигналы E'_R, E'_G, E'_B вводится сигнал E_W с выхода апертурного корректора, несущего информацию о мелких деталях изображения в полосе частот 1, 5 – 6, 5 МГц, а также сигналы вертикальной и горизонтальной апертурной коррекции. Таким образом, на выходе гамма-корректора формируются сигналы в полной полосе частот в соответствии с выражениями:

После гамма-корректора в выходном усилителе в сигнал изображения замешиваются гасящие импульсы приемной трубки и производится ограничение гасящих импульсов на уровне черного. С выхода усилителя сигналы поступают на кодирующее устройство и цветные ВКУ. На микшер поступают также сигналы от других камерных каналов.