3CCD

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Пример цветоделения дихроической призмой

3CCD — технология цветоделения в цветном телевидении, использующая три светочувствительные матрицы или передающие трубки, отдельные для каждого из трёх цветоделённых изображений: красного, зелёного и синего. Технология основана на оптическом цветоделении при помощи дихроичной призмы, разделяющей[1] свет от объектива на три изображения по длине волны за счет интерференции. В телевизионном обиходе такие телекамеры и видеокамеры называют трёхматричными.

История[править | править вики-текст]

Впервые оптическое цветоделение на три монохромных изображения было применено для получения цветных фотографий в конце XIX века. Экспонирование трёх черно-белых фотопластинок за тремя цветными светофильтрами позволяло получать три цветоделенных негатива, с которых печаталось цветное изображение. Технология цветного кинематографа «Техниколор» также использовала киносъёмочные аппараты, регистрирующие цветоделённые изображения на трёх киноплёнках одновременно[2]. Подобное устройство телевизионной передающей камеры применялось с самых первых дней существования цветного телевидения, основанного на одновременной передаче цветовой информации. До появления полупроводниковых матриц в камерах, построенных по такой схеме, применялись три или четыре передающие телевизионные трубки[3]. В последнем случае четвёртая трубка формировала сигнал яркости, а в трёхтрубочных системах вместо зелёного сигнала часто использовался псевдояркостный[4].

В первых цветных телекамерах использовались обычные зеркала и цветные светофильтры. Применение дихроидных призм позволило поднять светопропускание и, соответственно, чувствительность таких камер. У трех- и четырёхтрубочных камер после каждого включения была обязательна процедура центровки, необходимая для точного совмещения растров передающих трубок. Магнитные отклоняющие системы не обладали абсолютной стабильностью и реагировали на изменения окружающего магнитного поля, часто зависящего даже от положения камеры. Выполнение центровки устраняло цветные контуры изображения, появлявшиеся вследствие неточностей совмещения изображений с трех трубок. Центровка представляла собой точную регулировку токов кадровой и строчной развёрток для каждой трубки и выполнялась автоматической системой при помощи таблицы, поставлявшейся в комплекте с компактными камерами. В стационарных камерах при настройке таблица проецировалась на мишени передающих трубок через дополнительную грань цветоделительной призмы диапроектором, встроенным в камерную головку[4].

Применение твердотельных полупроводниковых матриц избавило от необходимости выполнения центровки при каждом включении, поскольку геометрия изображения, формируемого матрицей, практически не зависит от внешних воздействий. С появлением передающих телевизионных трубок, осуществляющих внутреннее цветоделение при помощи встроенных штриховых светофильтров, некоторые компактные видеокамеры стали строить по двух- и однотрубочной схеме, без призменной цветоделительной системы[5]. Полупроводниковые матрицы также могут использовать способ цветоделения при помощи массива цветных светофильтров, позволяющий использовать одну светочувствительную матрицу без дорогостоящей и громоздкой цветоделительной призмы. Однако, преимущества трехматричной схемы таковы, что видеокамеры, построенные на трех матрицах, до сегодняшнего дня не сдают свои позиции в профессиональном видеопроизводстве и даже в цифровом кинематографе. Такой способ цветоделения использовался также в некоторых видеофотоаппаратах для повышения качества изображения[6].

Принцип действия[править | править вики-текст]

Цветоделительная система трехматричных ТВ-камер

Свет от съемочного объектива попадает на цветоделительную дихроичную призму, разделяющую его на три составляющих потока, направляемых к разным граням призмы. Излучение с самой короткой длиной волны избирательно отражается от дихроичного покрытия F1, пропускающего остальной свет дальше. Так синяя составляющая света направляется к нижней выходной грани. Затем, поверхностью с покрытием F2 отделяется длинноволновая - красная часть спектра, попадающая к верхней выходной грани. Оставшийся свет прошедший через все покрытия, соответствует зелёной части спектра и попадает к задней выходной грани призмы. Таким образом, получаются три монохромных действительных изображения объекта съемки. Красный и синий свет претерпевает двукратное отражение, в результате чего получаются прямые (незеркальные) изображения этих цветов. Каждое из этих цветоделенных изображений попадает на отдельную матрицу, видеосигнал с которых после обработки добавляется к общему. В результате сложения сигналов с трех матриц получается полный цветной телевизионный сигнал.

4CCD[править | править вики-текст]

Некоторые производители вместо трёх матриц используют четыре, для повышения разрешающей способности системы. Как правило, дополнительная матрица формирует дополнительное изображение зелёного канала со сдвигом на 1/2 пикселя, уменьшая цветной муар и повышая видимую резкость изображения. Четырёхматричная система получила известность благодаря компании Ikegami, впервые применившей такую конструкцию камерных головок[7]. В первых передающих камерах также использовались четыре передающих трубки, одна из которых формировала яркостный сигнал.

Дихроидная призма[править | править вики-текст]

Дихро́идная призма — основной элемент трёхматричной системы цветоделения. [8] При расчете цветоделительной системы должно учитываться, что длина хода лучей каждого цвета должна быть одинаковой с учетом разницы коэффициентов преломления стекла разных частей призмы. Кроме того, при проектировании призм для использования с полупроводниковыми матрицами, не допускается получения зеркально перевернутых изображений, как это было возможно при использовании вакуумных передающих трубок. В последних это устранялось простым изменением полярности разверток. Дополнительную сложность при конструировании трехматричных камер представляет устранение влияния поляризации света на качество цветоделения.

Достоинства трёхматричной системы[править | править вики-текст]

Главным достоинством трёхматричного (трёхтрубочного) устройства передающей камеры считается точность цветоделения, недостижимая для массива цветных светофильтров, обладающих характеристиками поглощения, далёкими от идеальных. Дихроичные призмы обладают практически 100% непрозрачностью для поглощаемых участков спектра и такой же прозрачностью для пропускаемых[9]. Список достоинств может быть продолжен:

  • Высокая разрешающая способность благодаря использованию одного пикселя каждой матрицы вместо четырёх для формирования цветной точки;
  • Низкий уровень цветного муара и, как следствие — ненужность фильтра пространственных частот (англ. low-pass filter);
  • Ненужность алгоритмов дебайеризации для восстановления потерянной информации, обязательных для одноматричных систем с массивом цветных фильтров;
  • Высокая светочувствительность и соотношение сигнал/шум благодаря отсутствию потерь в светофильтрах;
  • Возможность осуществления цветокоррекции постановкой дополнительных светофильтров перед отдельными матрицами, а не перед съёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи при нестандартных источниках света с сохранением высокой чувствительности системы в целом;
  • Возможность повышения эффективного разрешения всей системы сверх разрешения отдельной матрицы вдвое по одной из координат, сдвинув три матрицы друг относительно друга на 1/3 пикселя и проведя интерполяцию трёх изображений с учётом этого сдвига. Данная технология получила наименование «Pixel shifting».

Недостатки трёхматричной системы[править | править вики-текст]

Несмотря на многочисленные достоинства, система обладает рядом недостатков и прежде всего она чувствительна к поляризации света и углу падения световых пучков[9]. Это накладывает определённые ограничения при проектировании цветоделительной системы и использовании объективов разных фокусных расстояний. Кроме того, можно назвать другие недостатки:

  • Большая стоимость, значительно превосходящая стоимость одноматричных камер;
  • Габаритные размеры и вес, принципиально бо́льшие, чем у систем с одной матрицей;
  • Трёхматричная система не может использоваться с широкоугольными объективами с малым задним отрезком;
  • Проблема сведе́ния цветов. Трехматричные системы требуют точной юстировки. Чем меньше физический размер матриц и больше их разрешение, тем сложнее добиться необходимой точности;
  • Чувствительность к вибрациям, при наличии которых снижается качество получаемого изображения. Это требует специальных методов борьбы с вибрацией.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Canon 3CCD technology  (англ.)
  2. Дмитрий Масуренков Киноаппараты для цветных съёмок (рус.) // «Техника и технологии кино» : журнал. — 2007. — № 5.
  3. 4.6 Оптические системы телекамер (рус.). Тема 4. Преобразование изображений в электрические сигналы. Банк лекций. Проверено 21 октября 2012. Архивировано из первоисточника 23 октября 2012.
  4. 1 2 Телевидение, 2002, с. 312
  5. Телевидение, 2002, с. 314
  6. Mavica MVC-7000 (англ.). Old Camera Junk (8 July 2012). Проверено 8 февраля 2014.
  7. Ikegami: 4 лучше 3 (рус.) // «625» : журнал. — 1995. — № 2. — ISSN 0869-7914.
  8. разновидности составных дихроичных призм  (англ.)
  9. 1 2 Телевидение, 2002, с. 239

Литература[править | править вики-текст]

  • В. Е. Джакония Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 311—316. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1.

Ссылки[править | править вики-текст]