Что такое телевизионная передающая камера?
Телевизионная передающая камера, или телекамера, — это ключевое устройство в телевизионных системах, которое преобразует оптическое изображение объекта в электрический видеосигнал. Этот сигнал затем может передаваться по каналам связи или записываться на устройства видеозаписи. Основными компонентами классической телекамеры являются: передающая телевизионная трубка, объектив, видеоусилитель и генератор разверток, который управляет процессом сканирования изображения.
Классификация и применение телекамер
Телевизионные камеры принято делить на две основные категории: вещательные и камеры для промышленного телевидения.
Вещательные камеры используются для создания телевизионного контента. К ним относятся студийные, внестудийные (полевые), дикторские камеры, а также аппараты для показа фильмов. Для удобства оператора такие камеры часто оснащены видоискателем с небольшим кинескопом, на экране которого отображается передаваемое изображение.
Камеры промышленного телевидения предназначены для специальных задач. Например, подводные телекамеры отличаются герметичностью, устойчивостью к высокому давлению и часто имеют собственные источники освещения для съемки на глубине. Камеры для космических исследований способны работать в экстремальных условиях: при резких перепадах температур, высокой радиации и в вакууме.
Принцип работы цветных телекамер
Камеры для цветного телевидения несут дополнительную информацию о цвете каждого участка снимаемой сцены. В основе классической трехтрубочной системы лежит разделение светового потока на три основных цветовых компонента: красный, зеленый и синий. Для этого используется цветоделительная оптическая система, представляющая собой многогранную призму с дихроническими зеркалами или пленками, расположенную между объективом и светочувствительными элементами.
Каждая из трех передающих трубок формирует сигнал, соответствующий интенсивности одного из основных цветов. Эти сигналы усиливаются, а затем в кодирующем устройстве и камерном канале объединяются в полный цветовой телевизионный сигнал. Критически важным процессом является точное геометрическое совмещение трех изображений, которое может выполняться как автоматически, так и вручную.
Эволюция и миниатюризация
С развитием технологий телевизионные камеры постоянно совершенствовались: уменьшались их масса и габариты, повышалась автономность. Появились компактные цветные камеры с одной передающей трубкой и кодирующим оптическим фильтром, размеры которых стали сопоставимы с кинокамерами. Автономность работы возросла благодаря использованию удлиненных кабелей, а также за счет создания самостоятельных блоков, интегрирующих саму камеру, кодирующее устройство и синхрогенератор. Итоговый сигнал может записываться на портативный магнитофон или передаваться по радиоканалу.
Современные технологии: от трубок к матрицам
В современных телекамерах передающие телевизионные трубки практически полностью вытеснены твердотельными приборами с зарядовой связью (ПЗС) — матричными и однострочными сенсорами.
В такой системе вариообъектив проецирует изображение на светоделительный блок, который, как и в классической схеме, разделяет свет на цветовые компоненты. Основным светочувствительным элементом является матрица ПЗС. В ее секции накопления под воздействием света создается потенциальный рельеф — распределение фотогенерированных носителей заряда, соответствующее распределению яркости в изображении.
Под действием кадрового гасящего импульса это зарядовое поле перемещается в секцию памяти. Затем, управляемые тактовыми импульсами синхрогенератора, заряды построчно считываются в выходной регистр сдвига и далее — в выходное устройство. В результате на выходе матрицы формируется последовательность электрических импульсов, амплитуда которых прямо пропорциональна освещенности каждого элемента изображения. Эта последовательность и представляет собой телевизионный сигнал. Таким образом, развертка изображения в ПЗС-камерах осуществляется путем электронного перемещения зарядов, а не лучом, как в трубках.