Видеокамеры

Видеокамера представляет собой телевизионную камеру, предназначенную для совместной работы с видеомагнитофоном и служит для преобразования световой информации в электрическую с последующей записью видеосигнала на магнитную ленту видеомагнитофона.

Видеокамера может быть построена по блочному принципу, когда малогабаритная телевизионная камера является отдельным блоком, соединенным простейшим кабелем с малогабаритным ВМ, или по моноблочному принципу, когда телекамера и видеомагнитофон объединены в одном неразборном корпусе. Такие видеокамеры (ВК) в зарубежных руководствах по эксплуатации часто называют словом "кам-кордер", полученным от сочетания английских слов camera (камера) и recorder (записыватель).

ВК пришли на смену кинокамерам. В отличие от киносъемочного аппарата ВК исключает сложный процесс фотохимической обработки и обеспечивает возможность просмотра отснятого материала сразу после съемки. Любительская видеокамера появилась около 20 лет тому назад благодаря изобретению прибора зарядовой связи (ПЗС). ПЗС превратил видеокамеру из оборудования телевизионной студии в аппарат массового, потребления. ВК вместе с ВМ позволили создать домашний видеокомплекс.

Устройство видеокамеры и принцип работы

По внешнему виду ВК напоминает кинокамеру и имеет с ней функциональное сходство, так как объект съемки с помощью объектива проецируется на плоскость изображения внутри ВК. Отличие заключается в том, что в плоскости изображения располагается не кинопленка, а оптоэлектрический преобразователь — прибор зарядовой связи ПЗС (см. "Цифровые фотоаппараты").

Функциональные схемы ВК 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. приводится упрощенная обобщенная структурная схема ВК.

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 ВМ и в электронный видоискатель.

В блоке малогабаритного ВМ осуществляются оптимизация и преобразование сигналов к виду, удобному для записи на магнитную ленту. Так же, как и в блоке малогабаритной ВК, в блоке ВМ обработка сигналов изображения осуществляется раздельно. После преобразования оба сигнала суммируются и подаются на вращающиеся видеоголовки, которые и осуществляют запись сигналов изображения на магнитную ленту.

В электронном видоискателе осуществляется визуальный контроль записываемой информации, просмотр отснятого материала, отражается режим работы ВК.

На магнитную ленту также записываются сигналы звукового сопровождения от встроенного в ВК микрофона или

от внешнего микрофона, установленного на объекте съемки; запись звукового сопровождения от внешнего микрофона позволяет устранить шумы, возникающие при работе ВК.

Оптическая система ВК 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 ВК во многом определяются характеристиками используемого объектива (см. раздел "Фототовары").

Прибор с зарядовой связью ПЗС (Charge-Coupled Device-CCD) преобразует сфокусированное на него оптическое изображение в электрический видеосигнал.

ПЗС представляет полупроводниковый прибор, содержащий в одном твердотельном блоке секции накопления и хранения зарядов, а также регистр выходов (см. рис.). 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 пикселями¹. Количество пикселей в линейке соответствует числу элементов в строке ТВ-изображения. Если элек-

трод освещен, то под ним возникают и накапливаются пакеты электрических зарядов (4), в которых количество зарядов пропорционально освещенности электрода. 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 ВК.

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. Назначение электронного затвора такое же, как и затвора ФА.

Преобразователи с зарядовой связью для цветных ВК должны обеспечивать раздельное формирование сигналов различного цвета. Для этого ВК 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 ВК 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 ВК. Отдельной задачей блока управления является формирование сигналов для процессора управления двигателями ЛПМ.