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Unidad didáctica 4: imagen electrónica y teoría general de cámaras
.La imagen electrónica. 2. Exploración entrelazada y exploración progresiva. 3. La señal de video. 4. La cámara de vídeo y televisión. 5. Sensores de cámara: tubos y CCDs. 6. Características y ajustes de la cámara de vídeo. 7. La óptica zoom y el bloque de separación de color. 8. Las baterías. 9. Bibliografía.
1. La imagen electrónica.
1.1. Conceptos de onda y frecuencia.
Llamamos onda o señal a la representación gráfica de una corriente eléctrica. La imagen electrónica o señal de video es luz convertida en una señal eléctrica que varía su voltaje -su tensión- en función de la luminosidad de una escena. La amplitud de la señal es de 1 voltio de pico a pico -1 Vpp-. El blanco se sitúa en 1 voltio y el negro en 0'3 voltios. Para comprender mejor la señal de vídeo es necesario repasar las características de las ondas que, como recordaremos, son las siguientes: 0 Fase: estado de oscilación de la onda en un momento dado.
1 Ciclo: es un grupo de valores en la señal que se repiten en el tiempo. Por ejemplo, el paso de la corriente por cero hacia negativo y el próximo paso por cero hacia negativo, o de un pico positivo al siguiente. 2 Longitud de onda: distancia recorrida por la onda en un ciclo completo de oscilación. 3 Frecuencia: es el número de ciclos por segundo -número de valores que se repiten por segundo- y se mide en hertzios -1 hertzio = 1 ciclo/segundo-. Un kilohertzio -1 kHz- = 1000 Hz, un megahertzio -1 MHz- = 1000.000 Hz. Su nombre se debe al físico alemán Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894) que estableció esta unidad de frecuencia. 4 Período: tiempo que tarda una onda en realizar un ciclo completo. 5 Amplitud: medida de energía que transporta la onda y, por lo tanto, su capacidad para perturbar su medio de transmisión. La forma de expresar la amplitud puede hacerse por varios métodos: según la amplitud de pico, la amplitud media o la amplitud eficaz: 6 Amplitud de pico: es la amplitud máxima que alcanza la señal durante el período. 7 Amplitud media: es la medida de la energía media que tiene la señal. •Amplitud eficaz: es el valor cuadrático medio de la señalo RMS -Root Mean Square-.
1.2. Características de la visión humana.
La imagen electrónica está basada en las tres características principales de la visión humana:
9 Persistencia retiniana; las imágenes formadas en la retina del ojo permanecen en ésta durante 1/15 de segundo. Puede pensarse entonces que si se proyectan imágenes sucesivas a una velocidad que fuese igualo superior a 15 imágenes por segundo, el ojo humano tendría la sensación de un movimiento continuo. 10 Agudeza visual: si dos fuentes puntuales luminosas están muy próximas hasta el punto de que solo impresionan a un cono de la retina, el cerebro recibirá una sola información. Por eso cuando se observa desde muy lejos un tablero de cuadros blancos y negros pequeños y muy juntos, la sensación obtenida es la de gris. A la hora de considerar cualquier sistema de transmisión de imágenes, vemos que no es necesario transmitir imágenes con una definición superior a la que pueda captar la vista. (^11) Agudeza visual: el ojo humano no puede reconocer cada una de las radiaciones monocromáticas de las que está formada una sensación de color que se corresponde con una mezcla de colores.
1.3. Análisis y síntesis de la imagen electrónica.
Debido a las características de poder de integración y persistencia retiniana del ojo humano, no es necesario transmitir una imagen completa de una sola vez. Cabe la posibilidad de descomponer esta imagen en la mayor cantidad posible de puntos elementales, y transmitir/os después secuencialmente a una velocidad suficiente para que el espectador no capte ésta descomposición sino que por el contrario tenga una ilusión de continuidad. Se mide y transmite la luminosidad de cada uno de estos puntos de imagen para reconstruir después en la pantalla una imagen similar a la original. Esto supone dos condiciones:
12 La pantalla sobre la que se ha de reconstruir la imagen deberá tener unas dimensiones proporcionales a las del formato de imagen de la cámara. 13 Los puntos de imagen han de ocupar la misma posición relativa en la pantalla que en la imagen original. 14 Estos procesos de análisis y síntesis de la imagen son los que se utilizan en los distintos sistemas de TV.
2. Exploración entrelazada y exploración progresiva. 2.1. El barrido entrelazado.
El proceso de exploración y análisis se hace de la forma siguiente: un haz electrónico barre sucesivamente cada uno de los elementos de imagen, siendo un movimiento que va de izqda. a dcha. y de arriba abajo al igual que se lee un libro. Las líneas trazadas en este barrido no son totalmente horizontales, sino que tienen una cierta pendiente con objeto de que el movimiento vertical esté constantemente superpuesto al horizontal. Al finalizar la exploración de una línea, el haz retorna muy rápidamente para barrer la línea siguiente y así sucesivamente hasta recorrer por completo las líneas de la imagen. Una vez que el haz explore totalmente la última línea, sube en diagonal hasta el borde superior izquierdo para comenzar un nuevo ciclo. Estos movimientos de exploración han de ser los mismos que se utilice después en la síntesis -la reproducción de la imagen en un televisor o monitor-, debiendo estar perfectamente sincronizados para que se produzcan al mismo tiempo. Para ello, cada vez que el haz de electrones finaliza una línea y vuelve a la siguiente, se emite un impulso de sincronismo llamado impulso de sincronismo horizontal o de línea (ISH). Cuando el haz ha explorado todas las líneas de una imagen y retorna a un nuevo ciclo, se emite otro impulso distinto llamado impulso de sincronismo vertical /o de campo (ISV).
La frecuencia de imágenes en televisión es de 25 cuadros -fotogramas- por segundo ya que este número es múltiplo de la frecuencia de la red eléctrica que es -en Europa- de 50 ciclos por segundo. Sin embargo, aunque esta velocidad de Unidad Didáctica 4 Página 1
transmisión de 25 imágenes por segundo es suficiente para dar efecto de continuidad, con esta cadencia se observa un cierto parpadeo. Cabria la posibilidad de pensar en aumentar el número de imágenes por segundo, pero esto haría aumentar también el ancho de banda de cara a la transmisión. La solución consiste en que el haz electrónico recorra cada imagen -cada cuadro- dos veces para explorarla completamente. La primera vez recorrerá las líneas pares y la segunda las impares. Es decir, cada imagen estará formada por dos campos, el campo par y el campo impar. El haz tarda 1/50 de segundo en recorrer cada campo. Con una velocidad de 50 semi-imágenes por segundo, se evita el parpadeo hasta cierto punto, pero no aumenta el número de exploraciones por segundo, ya que el número de líneas sigue siendo el mismo. Por otro lado, como cada línea par está muy cerca de la impar siguiente, el ojo no percibe el desplazamiento entre dos campos sucesivos. Cada campo consta de un cierto número de líneas completas más media línea, de modo que al entrelazar los campos la imagen tiene siempre un número completo. A este proceso se le denomina barrido entrelazado.
En el sistema PAL de TV adoptado en Europa, Asia, África y Oceanía, hay un total de 625 líneas, de las cuales 312'5 son del campo par y 312'5 son del impar. En el sistema americano NTSC son 525 líneas -inferior resolución-. El número de líneas está supeditado a la nitidez de la imagen. A mayor número de líneas, mayor nitidez. Uno de los estándares actuales fijados para la TV de alta definición -HDTV- es de 1080 líneas. No obstante, no todas las líneas están destinadas a la información de imagen; en todos los sistemas de TV un número determinado de líneas se reservan para los impulsos de sincronismo horizontal y vertical, impulsos de borrado horizontal y vertical y salva de información de color o Bursa. En USA, al ser el ciclo de la red eléctrica de 60Hz y 110v. la frecuencia de cuadro es de 30 imágenes por segundo. 2.2. Reconstrucción de la imagen en el receptor.
En el receptor de TV, un tubo de imagen -cinescopioposee un cañón de electrones y una pantalla de cristal, cubierta interiormente por una emulsión fluorescente. Esta emulsión está compuesta por un patrón muy fino de puntos con diferentes fósforos que emiten luz roja, verde o azul cuando son golpeados por el haz del cañón de electrones -un haz por cada color primario-. Como se ha dicho antes, el barrido o exploración de estos haces está sincronizado con el envío secuencial de la señal que hacen los sensores de la cámara. Para guiar al haz del cañón de electrones en la exploración, a los lados del tubo de imagen del monitor hay unas bobinas deflectoras que generan un campo magnético que gobierna la exploración del haz dirigiéndolo de izquierda a derecha y arriba abajo. Los puntos de imagen brillan de acuerdo con sus respectivas señales de vídeo -la intensidad con la que el haz de electrones impacta en ellos-. El poder de integración del ojo interpreta los colores como una reproducción de la escena original. 2.3. La exploración progresiva.
Las imágenes de exploración progresiva ofrecen una calidad superior a las de exploración entrelazada y fatigan menos la vista. Hemos visto como se optó en su momento por la exploración entrelazada de dos campos de semi-imágenes formando un cuadro a razón de 25 cuadros por segundo para evitar tener que incrementar el ancho de banda en la transmisión de la señal de televisión. Sin embargo con este sistema entrelazado, cuanto mayor sea el tamaño de la pantalla, más se apreciará el efecto de parpadeo característico -sobre todo en las zonas de altas luces de una escena-. La frecuencia de fusión del parpadeo, en la que las imágenes estáticas se perciben como imágenes en movimiento, varía pues en función del brillo y el tamaño de la imagen y la persistencia del tubo de imagen del monitor o televisor. Con la exploración progresiva las líneas verticales que constituyen la imagen de video son exploradas a la vez, es decir, no hay necesidad de que el haz electrónico vuelva a la parte superior izquierda de la pantalla para recorrer el siguiente campo puesto que las líneas se exploran siguiendo un orden consecutivo 1, 2, 3, 4, ... hasta completar la imagen. Cuando el haz llega al final de un cuadro toda la información visual ha sido grabada en un circuito interno de memoria que retiene esa imagen completa el tiempo necesario y la fusiona con la siguiente imagen a una velocidad de refresco de 50, 60 o 100 Hz. Esta es la base de los sistemas de cinematografía digital de alta definición. La resolución aumenta a 1080 líneas y la exploración es progresiva con lo que se obtiene una mayor resolución de imagen y se elimina el parpadeo incluso en las zonas de alto brillo. Evidentemente, a la hora de transmitir una señal de video con mayor resolución se requiere más ancho de banda en el canal de transmisión, con la televisión digital esto es posible sin aumentar considerablemente el ancho de banda. 2.4 Número de líneas en la imagen electrónica._
A la hora de elegir el número de líneas más idóneo para un sistema de televisión, hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: 15 El número de líneas debe ser mayor que el mínimo de líneas necesarias para que la imagen supere la agudeza visual del ojo ya que conviene que sobren líneas para aprovecharlas para los impulsos de sincronismo, la información de teletexto, etc ... 16 El número de líneas debe ser impar para poder realizar la exploración entrelazada. Si el número fuese par, no se podría efectuar el entrelazado. 17 La frecuencia del oscilador que generará la frecuencia de líneas y de cuadro debe ser un número que se descomponga en números primos pequeños, por ejemplo 2, 3 ó 5, debido a que los osciladores de frecuencia pequeños son más fáciles de construir y más fiables.
respetar la señal de luminancia o señal Y -de diferencia de brillo entre los puntos de una escena- y superponer a ella la señal de color.
Cada línea de la señal de vídeo está compuesta por una serie de elementos como son: señal de video propiamente dicha, impulso de sincronismo horizontal, pórtico anterior, pórtico posterior, Burst o salva de color, impulso de sincronismo vertical, borrado horizontal y borrado vertical:
22 Señal de vídeo : constituye la parte activa de la línea, es decir la información visible alojo humano. Tiene una duración de 52
us y su amplitud varía entre 300 y 1000 mV. Consta de la luminancia y la crominancia superpuesta a ésta. En el sistema PAL de
televisión sólo 575 de las 625 líneas llevan información visible. El resto se destinan a sincronismos, señales test -VITS- y teletexto.
- Impulso de sincronismo horizontal -ISH-: tiene una duración de 4,7 us -pudiendo oscilar ± 0,2 us- y una amplitud de 300 mV. Están situados dentro del periodo de borrado horizontal. Es quizás el impulso importante puesto que da
la referencia del comienzo de cada línea. El flanco de
subida de este impulso es que nos sirve para sincronizar la señal con respecto a una referencia. Va de O a 300 mV. 23 Borrado horizontal: es el tiempo durante el cual el haz explorador del cañón de electrones del tubo de imagen retrocede desde el final de una línea al comienzo de la siguiente. Dura 12 ± 0,3 us y se encuentra en el nivel de negros, ya que al ser retrasado el haz no interesa que éste sea visible porque degradaría la imagen. D entro del período de borrado Horizontal
se integran los pórticos anterior y posterior, el burst y e ISH.
24 Portico anterior. se denomina así a una período de tiempo, normalmente a nivel de negros que está situado antes del ISH y también dentro del borrado horizontal. Tiene una duración de 1,5 ± 0,3 us y su función consiste en dar tiempo a que el haz electrónico baje hasta el nivel de supresión de señal visible en el tiempo que tenga que durar esta bajada. Por ejemplo, una línea puede terminar en el nivel de blancos. El haz tiene que bajar hasta el nivel de supresión para comenzar eI ISH, pero esta bajada no es instantánea y lleva un tiempo. Dicho tiempo es el pórtico anterior. (^25) Pórtico posterior. al igual que antes del ISH tenemos el pórtico anterior, después del impulso tenemos el pórtico posterior. Su duración es de 5,8 ± 0,2 us. Su función es la misma que la del anterior, es decir, dar tiempo al haz para que suba desde el nivel de negros hasta el nivel de inicio de la siguiente línea, pero su duración es mayor porque sobre él se sitúa el burst. 26 Burst o salva de color. se trata de 10 ciclos -± 1- de la subportadora de color de 4,43 MHz. Dura 2,25 ± 0'23 us y una amplitud de pico de 300 mV centrados sobre el nivel de supresión. La misión del burst es preparar los circuitos del televisor para que estos regeneren la subportadora de color -la señal de crominancia- con la fase adecuada cada vez. El burst es eliminado durante nueve líneas en cada campo, es decir, durante el período de borrado vertical ya que aquí no es necesario. La relación entre la
amplitud de la señal de crominancia y la del burst debe ser de ± 11 %. Una relación superior saturaría y una inferior lo eliminaría.
27 Impulso de sincronismo vertical -ISV-: dura 160 us e indica el comienzo de cada campo de imagen; están incluidos dentro del periodo de borrado vertical y están formados por una serie de trenes de impulsos como siguen: un tren de cinco impulsos preigualadores, seguido de un tren de cinco impulsos de vertical y, finalmente, un tren de otros cinco impulsos postigualadores. Cada uno de estos trenes de impulsos ocupan 2,5 líneas, un total de 7,5 líneas por cada campo de imagen. 28 Borrado vertical: es el período de tiempo durante el cual el haz de electrones pasa de la última línea de un campo a la primera línea del siguiente. Son en total 25 líneas por campo y 50 por cuadro. Durante este tiempo la subida vertical del haz de electrones no debe verse por lo que el Borrado Vertical se sitúa en el nivel de supresión de señal visible. El Borrado Vertical agrupa a los Impulsos de Sincronismo Vertical, las señales de test VITS y al teletexto.
3.3 Componentes de una línea de señal de vídeo.
del canal de transmisión que obligan a limitar la cantidad de información transmitida. Con la llegada de la televisión digital el ancho de banda ya no es un problema y es de esperar que en un futuro próximo se pueda emplear la señal RGB codificada digitalmente para ser transmitida consiguiendo una recepción de imágenes de mucha más calidad. (^32) Señal por componentes: es el resultado de la conversión de las señales RGB mediante coeficientes de ponderación y es la que se ha venido utilizando a nivel profesional hasta la llegada de la televisión digital. Se trata de la señal con la componente de luminancia Y y las dos componentes de color R-Y, B-Y ya vistas anteriormente. 33 Señal de video compuesto -FBAS-: las dos señales separadas de luminancia y crominancia se convierten en una sola. Es la más utilizada por casi todos los equipos analógicos no profesionales, por los monitores y en la transmisión y recepción de TV. Al tener ya toda la información reunida y poderse tratar a la vez, es la que resulta más fácil de manipular y los circuitos que se emplean son más baratos y menos complicados. La señal C de crominancia se suma y superpone a la de Y. 34 Señal digital: la señal analógica es convertida a digital por medio muestras formadas por combinaciones de 8 bits - combinaciones de códigos binarios de unos y ceros; resultado del número de dígitos elevado al número de bits: 2 8 = 256 combinaciones-. Se trabaja a partir de la señal por componentes. El formato de señal digital es el establecido en la recomendación ITU 601 del CCIR y conocida como 4:2:2. Esta denominación tiene que ver con las frecuencias de muestreo de las componentes Y, R-Y, B-Y. La luminancia se muestrea a 13,5 MHz y cada una de las componentes de color se muestrean a la mitad de esta frecuencia, 6, MHz. 3.5. La señal de barras de color.
La señal de barras de color es la señal de pruebas más empleada en todos los sistemas de TV en color. Se usa como señal test para comprobar que los canales de transmisión cumplen las normas de calidad, que una cinta está correctamente grabada o que determinado equipo entrega una señal correcta. Tanto es así que todas las cámaras de televisión tienen su propio generador de barras para ser ajustadas. Hay varios tipos de barras de color homologados por las organizaciones de televisión. La señal de barras está formada por seis franjas verticales con los colores primarios y sus complementarios situadas por orden de luminancia. En la parte izquierda se encuentra la barra blanca y en la derecha la negra. Para identificar cualquier carta de barras de color se ha establecido un código identificativo de cuatro valores numéricos que, leídos de izquierda a derecha, indican lo siguiente: 35 La primera cifra representa la amplitud de la barra blanca. Generalmente está al 100 %. 36 La segunda cifra muestra la amplitud de la barra negra. Normalmente al 0%. 37 La tercera cifra indica la amplitud de las barras de color. 38 La cuarta cifra indica el blanco de fondo que tienen las barras de color. Si la cifra es 0, significa que la saturación del color de las barras está al 100 %. Las señales de barras más usadas son: 39 Barras de color al 100 %: 100/ 0 / 100/ 0. 40 Barras de color al 95%: 100/ 0/ 95/ 0. o Barras de color al 75 %: 100/ 0 / 75 / 0.
En la práctica, la más usada en Europa es la señal de barras EBU al 75% recomendada por la Unión Europea de Radiodifusión -EBU/UER- porque con estas barras la señal de vídeo se mantiene dentro del valor normalizado de amplitud de 1000 mV.
Figura 4: Aspecto de una línea de señal compuesta de barras de color en un MFO.
4. La cámara de televisión y video.
La cámara es el elemento básico de la televisión. Es la parte más móvil del equipamiento del sistema y su diseño ha de hacerla robusta y práctica. Las nuevas generaciones de cámaras portátiles han continuado la evolución de la televisión y permitido su uso en aplicaciones impensables hace tan soto veinte años. La cámara ha continuado reduciendo su tamaño, y muchas cámaras actuales están diseñadas para usarse tanto en estudio como en exteriores. El periodismo electrónico –ENG ya no está en fase experimental y las imágenes se consiguen ahora enteramente mediante cámaras electrónicas. Con la combinación conseguida entre grabador y cámara -camascopios-, el reporterismo ha conseguido una mayor operatividad.
Las cámaras de video y televisión, con independencia del formato, pueden clasificarse en tres grandes categorías cada una con
unas aplicaciones concretas:
4.1. Tipos y aplicaciones.
Las cámaras profesionales de televisión pueden ser clasificadas, de modo general, en diferentes categorías, atendiendo al espacio de trabajo y al tipo de programas que con ellas se realicen: de estudio, cuando la cámara puede utilizarse en un decorado, o set, de modo permanente, en una producción con varios decorados, o en platos de continuidad; en operaciones EFP -Electronic
Figura 5: ejemplos de cámaras de TV, de estudio -arriba-, la HK-338W de Ikegami, y de ENG - abajo-, la GY700WUCL de JVC.
5. Sensores de cámara: tubos y CCDs.
El primer sistema de registro de imagen en las cámaras de vídeo fue el tubo de imagen, vigente en las cámaras hasta la década de los '80 en que aparecen los CCDs. Todavía hoy los tubos de imagen siguen usándose en los monitores de vídeo y televisores, aunque comienzan a ser desplazados por las nuevas tecnologías, como las pantallas de plasma. 5.1. Tubos de cámara.
Un tubo de cámara es una botella de cristal cilíndrica en vacío que puede tener cuatro diámetros estándar: 30 mm, 25 mm, 18 mm y 13 mm. Hay una ventana, denominada mosaico o target en el extremo frontal del tubo a través de la cual, la imagen que llega del objetivo es enfocada. Detrás de esta ventana hay una capa fina transparente que sirve como conductor eléctrico. La ventana en si es una capa de material fotoconductivo , una sustancia cuya capacidad de conducir la Unidad Didáctica 4 Página 6
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I
electricidad varia en función de la cantidad de luz que recibe. Un haz de electrones atraviesa el tubo y golpea el mosaico por detrás en cualquier lugar en el que éste haya sido expuesto a la luz; una cierta cantidad de corriente eléctrica se conduce a través de la capa transparente, que de vuelta, la conduce a una conexión en el exterior del tubo. Cuanto mayor es el área de imagen del mosaico, más resolución de imagen se obtiene, pero también se hace necesaria una mayor longitud de tuvo para evitar que el haz de electrones golpeé el mosaico a un ángulo demasiado abierto puesto que esto reduciría la resolución.
Una manera más exacta de describir lo que le ocurre al mosaico en el tubo cuando recibe la luz del objetivo es que emite electrones creando una carga eléctrica positiva. Cuando el haz de electrones golpea al mosaico la descarga de electricidad y la hace de nuevo sensible a la luz.
Cuanta más luz reciba el mosaico en un punto dado, mayor será la carga creada y más fuerte la señal producida cuando el haz de electrones descargue al mosaico en ese punto. Las variaciones de intensidad de la señal producida durante el tiempo que tarda el haz de electrones en explorar completamente el área del mosaico constituyen un registro de los cambios de luminosidad de la imagen analizada de izquierda a derecha y de arriba abajo. El haz de electrones es dirigido por unos campos magnéticos generados por cuatro bobinas deflectoras situadas a los lados del cañón de electrones y por encima y por debajo de éste. La intensidad de los campos magnéticos generados por las bobinas se controla desde un circuito externo.
El tipo de material fotoconductivo usado en el mosaico variaba con el modelo y el fabricante del tubo y afecta a la resolución y sensibilidad de la cámara. Entre los materiales empleados estaban el óxido de plomo -tubos plumbicón de Philips- y una combinación de selenio, arsénico y telurio -tubos saticón de Hitachi-. Los plumbicón eran más sensibles a la luz, daban menos ruido en los negros y mejor respuesta de escala de grises que los saticón, pero al ser el óxido de plomo de color tostado claro, la luz reflejada en la superficie del mosaico podía causar halos al rebotar en el cristal del tubo e incidir de nuevo en el mosaico, por lo que necesitaban una cubierta antirreflexiva en la parte frontal del tubo. Los tubos saticón ofrecían mayor resolución de imagen y una respuesta más uniforme a las luces roja, verde y azul. Por otro lado no precisaban de cubierta antirreflexiva ya que el material de su mosaico era de color negro.
Una cámara de vídeo contaba con tres tubos, uno para cada color, cuidadosamente alineados entre sí. Los tubos requerían un calibrado periódico para mantener la alineación y para que los tres entregarán la misma señal sin distorsiones. Este calibrado se hacía siempre con respecto al tubo verde.
Figura 6: ejemplos de tubos de c mara de TV, -izquierda- iconoscopio de Zworykin, y –derecha-, tubo plumbicom
Durante una época convivieron las cámaras de tubo y las de CCD. Las primeras, por su mayor capacidad de resolución y calidad de imagen se usaban en estudio -lógicamente eran más grandes y pesadas-, y las segundas se destinaban para reportajes en exteriores. 5.2. Sensores CCD: tipos y aplicaciones. Las siglas CCD corresponden a la
denominación anglosajona Charge Coupled
Devíce, es decir dispositivo de carga
acoplada. Un CCD es básicamente un
sándwich formado por un electrodo
metálico aislado por una capa de dióxido de
silicio, y una base de silicio denominado
silicio tipo P. Se trata de un elemento
semiconductor que puede variar sus
propiedades eléctricas.
Cuando se aplica una tensión -un voltaje- positiva al electrodo metálico, se crea un hueco de baja energía en la zona de unión entre la capa de dióxido de silicio y la base de silicio. Cualquier electrón libre es atraído a este hueco y almacenado en él. Los electrones así almacenados se mueven entonces a un hueco adyacente de mayor tamaño creado mediante la aplicación de un voltaje más alto sobre el electrodo contiguo. La capacidad de almacenar una carga eléctrica y de transferir esta carga son la base del funcionamiento de los CCD. Si el electrodo superior es reemplazado por una célula fotosensora y los elementos de imagen o píxeles de dícha célula se agrupan para formar conjuntos, tendremos el dispositivo captador de imagen que se coloca en las cámaras de video. Cada pixel -entre 500 y 800 por cada línea de imagen desarrollará una carga eléctrica proporcional al brillo de la parte de la imagen enfocada por el objetivo sobre él. Se necesita entonces un método para leer las distintas cargas de cada uno del más de medio millón de píxeles en orden de exploración para igualar la estructura de línea y cuadro de cada imagen de TV.
Actualmente existen tres tipos de CCD en uso que se distinguen por el tipo de transferencia de carga que efectúan y la posición del área de almacenamiento: de transferencia de cuadro, de transferencia de línea y de transferencia interlínea de cuadro.
Figura 7: sensores CCD
vertical al área de almacenamiento durante el periodo de borrado vertical. Debido a que la carga eléctrica de cada pixel pasa a través de otros, se necesita un obturador mecánico para cortar la luz procedente del objetivo durante el proceso de transferencia de cargas.
57 Transferencia de línea -IT-: para poder eliminar la necesidad del obturador se desarrolló el método de transferencia de línea. Con este sistema, los sensores de almacenamiento se colocan aliado de cada pixel de modo que durante el período de borrado vertical las cargas de desplazan lateralmente al almacén contiguo y todas a un tiempo. Durante el período de borrado de línea -borrado horizontal-, las cargas se transfieren verticalmente al registro de lectura sin interferir a los píxeles que ya están libres para captar la imagen del campo siguiente. La transferencia de línea puede presentar, sin embargo, problemas de smear vertical. 58 Transferencia interlinea de cuadro -FIT-: con el propósito de eliminar el smear vertical de la IT, se desarrolló el método FIT. dicho método combina el desplazamiento horizontal de la carga a un registro adyacente pero entonces mueve la carga hacia abajo verticalmente a una velocidad hasta 60 veces superior a la del período de línea hacia un área de almacenamiento. De esta manera, la carga se aleja de la estructura del CCD, reduciéndose considerablemente la posibilidad de contaminarse por una sobrecarga de altas luces. 5.6. Lectura de las cargas.
Los CCDs de tipo FT emplean los mismos píxeles para el campo par que para el impar, mientras que los IT y los FIT usan píxeles distintos con el consiguiente aumento de la resolución. Hay dos métodos para leer las cargas almacenadas: la integración de campo, que consiste en leer cada píxel, pero las señales de líneas contiguas se promedian, leyendo dos líneas como una sola. Aunque este método reduce la resolución vertical, los movimientos rápidos se aprecian más nítidos;
r
. ~ fotodiodo reloj dé control de desplazamiento -píxel de imagen reloj de control de desplazamiento vertical (^60) Amplificador Área de Registro de salida de salida almacenamiento de salida en serie Figura 9: comparativa entre los mecanismos de transferencia de carga de los dispositivos CCD. IT -arriba- y FT -abajo-o Unidad Didáctica 4 Página 8
en la integración de cuadro, sin embrago, la lectura de cargas se efectúa cada cuadro -cada dos campos- y, por lo tanto, los movimientos se verán más borrosos puesto que la señal se lee con mayor promedio de tiempo que en la integración de campo pero la resolución vertical es mejor en objetos estáticos.
Con posterioridad se desarrolló el sistema EVS -Enhanced Vertical System-, un método que permite obtener la resolución mejorada de la Integración de Cuadro sin la misma cantidad de movimientos borrosos. Se logra bloqueando la luz de un campo con el obturador electrónico, pero reduce la sensibilidad de la cámara en un punto de diafragma. El obturador elimina las cargas de las líneas que no se usan durante la lectura evitando que se combinen con las que se están leyendo. 5.7. Sensores HAD.
Figura 10: imagen de microscopio de la superficie de un CCD de tipo HyperHAD. Los sensores HAD -Hole Accumulation Diode- desarrollados por Sony a partir de 1988 contienen hasta 750 píxeles por línea con una notable mejora en la recogida de luz del área fotosensitiva. Aumentando la proporción de la superficie del fotosensor que captura la luz se mejora la sensibilidad sin reducir la resolución. Los sensores HAD contribuyen a evitar el smear vertical. Otra ventaja que tienen es mejor respuesta de color puesto que, al no tener capa de polisilicio en su superficie, no reduce la luz azul de longitud de onda más corta y por lo tanto la respuesta es más uniforme con respecto a la luz roja. El último desarrollo en CCDs han sido los sensores Hyper HAD y Power HAD. Se trata de CCDs de tipo FIT y tecnología HAD que incorporan una mejora con respecto a la generación anterior: sobre cada píxel se ha colocado una microlente convergente, lo que permite una mayor sensibilidad a la luz para el mismo tamaño de CCD de un punto más de diafragma con respecto al sensor HAD.
6. Característícas y ajustes de la cámara de
vídeo. 6.1. Formato.
Cuando se habla de formato con respecto a una cámara de vídeo ha de hacerse una distinción entre el formato de video del magnetoscopio de cámara en el caso de un camascopio -ya sea un modelo de cámara que admita magnetoscopios acoplados de distinto formato o no-, el formato de grabación de la señal de video que en el caso de las modernas cámaras de alta definición tales como la Sony CineAlta FW900 o la Thomson Viper es intercambiable entre exploración progresiva y entrelazada a 24, 25 y 30 cuadros por segundo y, por último, el formato de cuadro 4:3 ó 16:9.
En este apartado se tratará exclusivamente el formato de cuadro. En la actualidad se vive una época de transición entre formatos de imagen de televisión del tradicional 4:3 al nuevo 16:9 que ha sido el adoptado para la televisión digital. Aunque paulatinamente irán desapareciendo las cámaras de formato 4:3, las de formato dual actualmente disponibles van a seguir dominando cada vez más el mundo de la producción audiovisual.
Para poder usar los mismos CCDs en los dos formatos se emplean diversas técnicas. Si un diseño de bloque de CCD está optimizado para 4:3 y entonces se conmuta a 16:9, se descartan líneas en la parte superior e inferior del cuadro para convertir el área de imagen a 16:9. Hay una reducción en la resolución y el ángulo de visión verticales. Por el contrario, si el CCD está optimizado para un formato 16:9 y se conmuta a 4:3, la imagen ocupará ahora un área más pequeña que una imagen estándar de CCD de 4:3 y por lo tanto se reducirán la resolución y el ángulo de visión horizontales.
Algunos fabricantes consideran que no es posible satisfacer la demanda de ambos formatos a la vez. Otros aseguran que pueden ofrecer en sus modelos más altos de gama cámaras de formato dual que mantienen el mismo número de píxeles en los dos formatos.
El ángulo de visión horizontal se relaciona con la distancia focaI del objetivo y el ancho del CCD. En una cámara dual, si el CCD está optimizado a 16:9, el ángulo de visión será más pequeño trabajando en 4:3 que en 16:9 con la lente a la misma distancia focal. En el extremo más angular del objetivo zoom la pérdida es hasta de un 20%. Cuando se conmute a 4:3 habrá una imagen de 9 mm de diámetro comparada a la de 11 mm trabajando -a 16:9 o con una cámara convencional de 4:3.
Este cambio en ángulo de visión horizontal se puede solucionar empleando una unidad óptica en el zoom -similar a un multiplicador de focaI pero produciendo una magnificación negativa- que reduce la distancia focal cuando se trabaja en 4:3. Es una reducción de 0'8 que produce el mismo margen de ángulo de visión horizontal que una cámara de 4:3 usando el mismo objetivo pero con una imagen más pequeña. Aunque no es esencial equipar el objetivo con un conversor de XO,8 cuando se usa una cámara de formato dual, conviene recordar que el ángulo de visión horizontal es más estrecho en 4:3 que en una cámara convencional.
6.2. Sensibilidad y relación señal/ruído.
La sensibilidad de la cámara es estipulada por los fabricantes en base a cuatro factores interrelacionados:
61 Un sujeto con una reflectividad de pico de blancos. 62 La iluminación de la escena. 63 El número f.
- La relación señal/ruido -SNR- para una señal determinada.
Normalmente la sensibilidad se cita como el número f resultante cuando un sujeto en el pico de blancos con una reflectancia del 89,9% iluminado por 2000 lux con una señal ruido concreta. Para la mayoría de las cámaras es f8 o f11, en algunos modelos incluso más cerrado.
La sensibilidad de una cámara podría aumentarse simplemente con una amplificación de señal de video mayor, pero esto degradaría la imagen introduciendo ruido generado por los circuitos de cámara. La relación señal/ruido -SNR, Signal to Noise Ratio- es la referencia que se usa para medir hasta que punto la imagen es limpia. Cuanto mayor sea la medida de SNR, mejor puesto que mayor es la diferencia entre la imagen y el ruido del que pueda estar afectada. Lo normal hoy en día es una SNR de 62 dB. En general, para un mismo número f, cuanto más alta la SNR y más baja la iluminación en lux -o footcandles-, más sensible es la cámara. Unidad Didáctica 4 Página 9
Las ganancias son ayudas electrónicas que sirven para variar la amplitud de las señales hasta los valores deseados. Pueden incrementar el nivel de la señal si éste es muy bajo porque hay poca luz. Ajustan la temperatura de color y sirve, también para ecualizar varias cámaras. Hay dos tipos de control de ganancia: uno individual para cada canal de color rojo, verde y azul, y otro general denominado master gain.
Algunos modelos de cámara vienen con un quinto filtro de efectos -difusor o de estrellas- que se puede combinar con los anteriores. Mientras que los filtros 2, 3 Y 4 son correctores de color equivalentes al Kodak Wratten 85B naranjas-, el filtro 1 -3200K- es simplemente un cristal óptico incoloro cuya función es mantener la distancia focal trasera entre la lente y el prisma. Aunque su posición está marcada como 3200K, no tiene corrección de color de ningún tipo porque la cámara viene con la circuitería calibrada de fábrica para rendir como blanco un objeto de dicho color iluminado por luz de tungsteno de 3200K. Los filtros 2 y 4 añaden al de 5600K un filtro ND -neutral density o densidad
neutra- destinado a cortar luz en escenas con mucha luminosidad. El de ¼ ND deja pasar la cuarta parte -resta 2 puntos- de la luz que llega
de la lente, el de 1/16 ND deja pasar únicamente un dieciseisavo.
Figura 11: rueda de tipo revólver de filtros de conversión de color y sensor CCD.
6.6. Balance de blancos y de negros.
En colorimetria, el blanco se obtiene a partir de idénticas cantidades de luz roja, verde y azul. Este concepto es el mismo que utilizan las cámaras de video. Cuando la cámara recoge una superficie blanca -una escena neutra-, las tres señales se igualan a la verde para proporcionar las mismas cantidades de rojo, verde y azul. A este proceso se le llama balance de blancos. La cantidad real de luz roja, verde y azul cuando un blanco se muestra en la pantalla del televisor están en una proporción de 30% de lúmenes rojos, 59% de lúmenes verdes y 11 % de lúmenes azules. Aunque el ojo se adapta si la temperatura de color con la que se ilumina un objeto blanco cambia, la cámara no y, en consecuencia, los tres amplificadores de video han de ajustarse para entregar una misma señal de salida. Habremos de efectuar un balance de blancos en la cámara cada vez que haya un cambio en la temperatura de color.
Para realizar el balance de blancos, se selecciona el filtro apropiado en la cámara, se pone el diafragma en automático, se comprueba que la ganancia está a cero dBs o tan baja como sea posible y que cualquier circuito de compensación de contraste está desactivado. A continuación se encuadra un objeto blanco plano en el centro que debe de ocupar al menos el 20% del área del cuadro y estar iluminado uniformemente y por la misma luz que la escena que vaya a grabarse. Es conveniente asimismo desenfocar el blanco para que no haya texturas definidas. Al empujar y soltar el conmutador auto WB, una indicación en el visor confirmará al cabo de un segundo si el balance se ha realizado y la temperatura de color presente.
El balance de blancos puede archivarse en dos memorias A y B en la cámara. Se pueden guardar hasta un total de ocho balances diferentes -dos por cada uno de los cuatro filtros de cámara-o La posición preset de la memoria de balances es un balance de blancos ajustado de fábrica para 3200 K y ha de usarse en combinación con el filtro correspondiente -filtro 1 para 3200K-. El balance de negros se efectúa tras él de blancos y su función es ajustar los niveles de negros para los canales rojo, verde y azul, de manera que las sombras de la escena no estén teñidas de ningún color. El balance de negros debe hacerse cuando la cámara se va a usar por primera vez o si no se ha usado durante algún tiempo, cuando la temperatura de color ha cambiado significativamente o cuando se ha activado la ganancia.
Para hacerla se activa el conmutador BLK o auto WB/BB. Aunque no es necesario, conviene tapar la lente antes de hacerla a fin de
asegurar que ninguna luz parásita o refracción interna se filtra, pues a pesar de que la cámara cierra el iris, puede darse esa posibilidad. El balance de negros lleva un poco más de tiempo que él de blancos. Mientras la cámara lo realiza irán apareciendo en el visor indicaciones de balance de negros para cada canal. El diafragma se cerrará automáticamente con independencia de si está en posición manual o no. En el primer caso hemos de volver a abrirlo al concluir los ajustes. 6.7. Patrón zebra.
El patrón de zebra es un indicador en el visor que aparece cuando algún área de la imagen ha alcanzado un cierto nivel de señal. Los elementos que se hallen por encima de un nivel preestablecido se verán cubiertos por zonas de rayas diagonales en el visor. El operador cerrará entonces el iris hasta que todas o parte de las diagonal es hayan desaparecido.
El nivel de señal al que surge el zebra es un factor crítico para guiar al operador en la exposición del sujeto y puede ser modificado en algunas cámaras de acuerdo a sus preferencias. Ciertos modelos tienen su indicador de cebra controlado por la señal de luminancia. En estos casos el patrón zebra solo es válido para sujetos o elementos casi blancos y las áreas fuertemente coloreadas de una escena quedarán sobreexpuestas sin ninguna advertencia. Otros sistemas emplean las salidas de rojo, verde y azul cuando alguna de ellas excede el nivel establecido para avisamos de la sobre exposición. Si se usa el zebra como guía para ajustar el diafragma, debe conocerse qué tipo es él que tenemos emplea la cámara. El punto de exposición en el cual se dispara el patrón zebra puede establecerse en algunas cámaras a criterio del operador, pero ha de tenerse en cuenta que:
69 Si se está usando un conjunto de cámaras en la misma empresa, escuela, televisión, etc .. , ese punto debería ser el mismo en todas las cámaras. 70 El punto de activación debería estar cerca del nivel de sobre exposición, pero debería avisar antes de que el área llegue a la perdida de detalle en las altas luces. Unidad Didáctica 4 Página 11
,.. 6.8. Visor de cámara.
El ajuste preciso del visor de la cámara es esencial teniendo en cuenta que es la guía para juzgar la imagen y que, excepto en algunas cámaras de altas
prestaciones, se ve en blanco y negro. Los controles y ajustes del visor son: brillo,
contraste, peaking -bordes o contornos-, zebra, tally y ajustes de dioptrías. Para ponerlos a punto se procederá de la siguiente manera: 1º Poner la cámara en barras y girar los controles de brillo, contraste y peaking al mínimo.
2º Girar el mando de brillo hasta que la barra negra -extremo derecho- deje de serio y comience a ser gris. 3ºGirar el mando de contraste hasta ver claramente todas las divisiones de las barras. 4º Usar las barras para comprobar el ajuste de dioptrias -nunca ajustarlas sobre la escena que va a grabarse, pues el foco puede ser engañoso- si es necesario. 5º Quitar las barras y comprobar la escena. Si es preciso, se ajustará el mando de contraste de nuevo para ajustarlo a la escena pero nunca el de brillo. 6º Girar el mando de peaking -resalte de contornos de la imagen- para que proporcione el realce mínimo que permita enfocar. 7º Ajustar la separación y ángulo del visor a comodidad.
Un monitor externo en color proporciona una información más cercana a la imagen registrada que la que puede dar un visor -en el que se carece de la información de color, por lo tanto un ajuste correcto del monitor es esencial antes de comenzar a grabar. Para ello deben seguirse los siguientes pasos: 1º Activar la señal de barras de la cámara y poner los controles del monitor a cero.
2º Usando el mando de brillo ajustar la barra negra hasta que ésta se confunda con la densidad del negro de la zona de la pantalla no usada para la imagen. 3º Conmutar al monitor al modo de sólo azul -blue only-, si dispone de él. 4º Usando el control de color, ajustar la barra amarilla -la segunda empezando por la izquierda- de nuevo hasta que la densidad de la barra iguale a la de la parte de la pantalla sin imagen. 5º Usando el mando de contraste, ajustar la barra del extremo izquierdo -barra blanca- hasta que tenga un blanco perfecto. 6º Desactivar el modo de sólo azul. 7º Quitar la señal de barras y sellar con cinta de cámara o de pintor los controles del monitor para no tocarlos accidentalmente -algunos monitores tienen un bloqueo de controles para evitar este problema-. En el caso de que el monitor no tenga un conmutador de azul, se procederá de la siguiente manera: 1º Poner la señal de barras en la cámara y reducir a cero el mando de color.
2º Girar el mando de brillo al máximo y luego reducirío hasta que la barra negra iguale a la porción sin imagen de la pantalla. 3º Girar el mando de contraste reduciéndolo hasta que la barra blanca se ponga gris. A continuación, subir el contraste hasta que la barra blanca no alcance más brillo. 4º Establecer el mando de color con referencia a las barras amarilla y magenta -segunda y quinta desde la izquierda-o El amarillo debe verse como un amarillo limón, ni verdoso ni anaranjado. El magenta no debe ser rojizo ni púrpura. 5º Bloquear los controles del monitor. 6.9. Menús y archivos de escenas.
En casi todas las cámaras digitales, los parámetros y configuración de la cámara pueden ser archivados como datos digitales en una memoria. Estos valores pueden activarse cuando se desee o ser guardados en una tarjeta que se puede utilizar para programar de idéntica manera otras cámaras del mismo modelo.
El acceso a la programación de estos valores se realiza mediante páginas de menús -directorios- que se muestran en el visor de la cámara activando el conmutador de menu, donde a su vez se seleccionará el parámetro deseado desplazando un cursor con los botones shift / item y los valores de los parámetros se modificarán mediante los botones up / down ó + / -. El menú principal permite el acceso a su vez a diferentes tipos de menús cuyos parámetros pueden ser modificados en función de si han sido
bloqueadosaquellos valores asociados con una grabación o no. Generalmente solo rutinaria -por
espectador ve finalmente depende de las características de su televisor. La corriente del haz de electrones que golpea la pantalla no responde de manera lineal al voltaje de señal que recibe y su relación es exponencial. A esta relación se la denomina gamma. Esto quiere decir que las partes oscuras de la escena original se verán mucho más oscuras en el televisor de lo que de verdad son y las partes de altas luces serán mucho más brillantes de lo que son en realidad.
El objetivo de cualquier sistema de televisión es reproducir la escena original tan fidedignamente como sea posible y por lo tanto es necesario introducir una señal correctora de gamma en la cámara de forma que la gamma total del sistema sea lineal, esto es, igual a 1. Sin corregir, la gama del televisor se sitúa en torno a un valor de 2,4. La gamma de la cámara para corregir la del receptor es de 0,44 ó 0,45. Esto introduce en el sistema una gamma final de 1,1 -resultado de multiplicar 2,4xO,45-, ligeramente por encima de una relación lineal para compensar el efecto de la luz ambiente que cae sobre la pantalla del televisor.
La cantidad de corrección de gamma se puede modificar en la cámara para conseguir determinados efectos o para compensar el contraste de una escena. La aplicación de la corrección de gamma en la cámara también ayuda a reducir el ruido en los negros. En determinados modelos de cámaras, existe la posibilidad de manipular independientemente la gamma para las señales roja y azul, al igual que haría una unidad de control de cámaras -CCU-. Mediante estos controles se corrige la gama para los tonos medios de la escena, pero para usarlos es recomendable disponer de un monitor de forma de onda y una carta de escala de grises. 6.11. Ajustes de matrizado.
Todos los colores del espectro pueden hallarse mezclando los tres primarios rojo, verde y azul en las proporciones adecuadas. En el espectro cromático ideal de estos tres primarios, el azul contiene una pequeña cantidad de rojo y una proporción negativa de verde. El verde, a su vez, contiene una respuesta espectral negativa de rojo y azul. Ópticamente no es posible producir luz negativa en la cámara, pero estos valores negativos de luz no pueden ignorarse si se quiere reproducir los colores reales con fidelidad. El circuito lineal de matriz de la cámara compensa estos valores mediante la generación de unas señales que se corresponden con la respuesta espectral negativa, sumándolas a las señales de video R-Y - crominancia roja-, S-Y -crominancia azul- e Y -Iuminancia / verde-o Este circuito se coloca antes de la corrección de gamma para que la compensación no varíe la corrección de gama. Figura 14: diagrama de bloques de un codificador PAL. El primero de ellos representa la matriz de señal de video. 6.12. Ajustes de knee.
Como se vio al hablar de la gama, todo sistema de captación de imágenes pretende realizar transferencias lineales de forma que al duplicar la señal que reciben los amplificadores con la iluminación o el diafragma, la respuesta electrónica -la señal de video-, también sea duplicada. Esta transferencia lineal tiene su límite en la amplitud máxima de la señal de vídeo, que se ha fijado en 1 voltio de pico a pico. Cuando se sobrepasa dicho valor -por ejemplo con una alta luz fuerte o un blanco muy luminoso-, la cámara no puede realizar una transferencia lineal de esos valores. Las altas luces aparecerán sin detalles, como un blanco uniforme. El factor que limita los detalles en las altas luces para escenas con mucho contraste es el circuito recortador de blancos y el codo o pendiente de la señal amplificada en la cámara. Hay tres recortadores de blancos, uno por cada canal de color y su función es limitar la señal correspondiente a cualquier parte de la escena que esté por encima del pico de blancos. Su efecto en la imagen es quemar cualquier parte sobreexpuesta de la escena. Esto Unidad Didáctica 4 Página 13
r puede ser difícil de apreciar si el visor está mal ajustado. Para paliar en alguna medida este efecto, la cámara cuenta con un circuito llamado knee que permite situar al operador el punto en el que las altas luces queden comprimidas, por ejemplo para poderlo elevar en una escena muy luminosa. 6.13. Control de contraste dinámico.
El control de contraste dinámico -DCC, Dynamic Contrast Control- permite registrar la mayor parte de la gama dinámica de la imagen en la latitud normal del video. Una parte de altas luces de la escena -por ejemplo sábanas blancas tendidas en un jardín en un día con mucho sol- que produciría una señal de cinco veces el pico de blancos puede ser comprimida dentro de la latitud normal del video. En un ejemplo como el éste, ello significaría que podrían exponerse correctamente las partes de sombra del jardín y conseguir a la vez algo de detalle en las sábanas mediante la activación del circuito DCC. Otro ejemplo sería una persona de espaldas a una ventana. Si se supone que es necesario exponer para conseguir detalles tanto en el exterior de la ventana como en la cara de la persona y no hay focos ni gelatinas para la ventana, no seria posible reproducir detalle en los dos elementos. Con el DCC las altas luces en el exterior de la ventana serian comprimidas y aunque su relación de reflectancias no sería la real, la compresión permitiría reproducir detalles en la cara y a través de la ventana. El DCC funciona amplificando de manera no lineal únicamente la parte de la señal correspondiente a las altas luces. A medida que la magnitud y el tamaño de las zonas de altas luces se incrementan, entrará en funcionamiento el circuito knee para mantenerlas dentro del nivel de pico normal de la señal de video. La diferencia entre el circuito knee y el DCC es que, mientras que el primero sitúa el punto de recorte de blancos más alto o
más bajo en la curva de latitud, el DCC extiende de forma progresiva la latitud del sistema haciendo que éste pueda abarcar detalle en las sombras y también en las altas luces. En algunos modelos de cámaras sólo existe un botón de activación del circuito knee donde otros modelos tienen el DCC y sustituyen uno por otro, pero no son exactamente lo mismo. Si el DCC se usa en una escena de contraste normal -por debajo de 40:1- las altas luces resultarán distorsionadas y la compresión producirá una imagen de contraste más bajo que la escena original.
6.14. Realce de detalle y tonos de piel.
En la mayoría de las cámaras, el realce de detalle se usa para mejorar la calidad de la imagen. Un método consiste en aumentar el contraste en las zonas de transición de oscuro a claro y de claro a oscuro, a fin de hacer parecer los bordes de los objetos más nítidos tanto horizontal como verticalmente. Esto se realiza electrónicamente aumentando la intensidad de la señal sólo en las áreas de transición entre tonos para aumentar el detalle.
El grado de manipulación del detalle puede variar mucho pero un factor que lo limita es el efecto adverso que tiene en las caras. Cuando las imágenes tienen un realce excesivo del detalle, la piel y las caras pueden aparecer antinaturales y además sus imperfecciones se notan mucho más. Para solucionar este problema, algunas cámaras tienen la posibilidad de controlar el detalle en los tonos de piel en un circuito distinto al normal de realce de detalle. Esto nos permite ajustar los tonos de piel de forma separada e independiente sin afectar al resto de la imagen.
7. La óptica zoom y el bloque de separación de color.
El primer elemento de una cámara de televisión y video lo constituye el llamado bloque óptico, que recibe tal nombre porque opera con luz. En el bloque óptico se distinguen dos elementos fundamentales: la óptica y el bloque de separación de color, junto con los filtros de conversión de temperatura de color. 7.1. La óptica zoom.
En la práctica totalidad de las cámaras de color profesionales y semiprofesionales, la óptica empleada es un 200m. El zoom es una lente multi elemento de focal variable corregida, en función del coste, de todos los errores inherentes a las lentes simples. Algunas lentes modernas tienen relaciones de zoom de hasta 30:1, que significa que el factor de ampliación del teleobjetivo sobre el gran angular es de 30 aumentos. Sin embargo, cuanto mayor sea la relación, mayor será el peso y menor la luz transmitida. Este es un gran problema en las cámaras portátiles cuando se necesita una alta relación de 200m y, al mismo tiempo, gran ligereza en el equipo y estabilidad de imagen.
Aunque también existen objetivos de focal fija -primes- para cámaras de vídeo, lo normal es que estén equipadas con objetivos zoom provistos de un motor -servo- para poder ser operados desde la empuñadura. Los zoom varian su distancia focal y, por lo tanto, su ángulo de visión a lo largo de un margen mediante el desplazamiento de una parte de los elementos ópticos para cambiar el tamaño de la imagen y activando a la vez otra parte del sistema óptico -el compensador- para mover y mantener el foco simultáneamente. Para hacer un zoom hacia un
Los recubrimientos de fluorita se emplean en la fabricación de zooms para corregir aberraciones cromáticas en el extremo de teleobjetivo. Dado que el índice de refracción de la fluorita cambia más con la temperatura de lo que lo hace el índice de refracción del cristal de la lente, hay un margen en el enfoque a infinito para que, en condiciones de baja temperatura -menos de 0° el enfoque diferenciado vaya más allá de la correspondiente marca de infinito en el anillo. 7.2. Foco trasero de un objetivo zoom.
La distancia focal trasera, foco trasero, back focus o fIange back en un objetivo es la distancia desde la superficie trasera de la montura del objetivo al plano de la imagen en el sensor CCD. Estas distancias son mayores en los objetivos para video que en los de cine o fotografía puesto que en los primeros hay que tener en cuenta el espacio que ocupa el prisma situado entre el CCD y el objetivo. Cada modelo de cámara de vídeo tiene una distancia focal trasera específica y el objetivo que se acople a la cámara en cuestión debe estar diseñado con una distancia focal trasera equivalente. Por ello los zoom para video tienen incorporado un mecanismo de ajuste de esta distancia que permite corregirla dentro de unos márgenes de ±0,5 mm. Cuando sea necesario ajustar el back focus y tras haber comprobado que no está activado el macro se seguirá los siguientes pasos: 1º Colocar una carta de calibrado -de estrella-, en su defecto, un patrón de líneas verticales y horizontales a no menos
de 3 metros de la cámara e iluminarlo uniformemente con luz difusa. 2º Abrir el diafragma al máximo -poniéndolo en manual- y compensar la exposición mediante el obturador o filtros ND.
3º Hacer zoom in sobre la carta hasta el extremo teleobjetivo y enfocar.
4º Abrir lentamente el zoom hasta que se pierda el enfoque. En ese momento parar y liberar el tornillo del back facus. v. girar el anillo del back facus hasta que tengamos un enfoque correcto y cerrar el tornillo de nuevo. 5º Seguir abriendo el zoom hasta el extremo angular. Si se vuelve a desenfocar se repetirán los pasos 4º y 5º. En ningún momento se retocará el anillo de foco del zoom tras el enfoque inicial. 7.3. Los filtros y el bloque de separación de color.
La luz que atraviesa la lente debe ser descompuesta en sus componentes roja, verde y azul. Cada una de éstas encaminada a su sensor correspondiente para producir las señales requeridas. Esto debe lograrse con la menor pérdida de luz y con frecuencias de corte lo más abruptas posibles, lo que se logra mediante espejos dicroicos que utilizan el principio de interferencia para producir el filtrado del color. Los llamados espejos dicroicos tienen una alta eficiencia y toda la luz no reflejada es transmitida; sin embargo, los filtros convencionales absorben una cantidad considerable de luz. Un espejo dicroico consiste en un cristal revestido de una capa de interferencia, parcialmente transparente y con un alto índice de refracción. La separación de colores se produce debido a patrones de interferencia. En la actualidad, las capas dicroicas se aplican a las superficies de separación de primas de vidrio lo que evita que se deposite suciedad en las capas sensibles y permite una reducción de la distancia entre los sensores de cámara y la óptica, simplificando el diseño de aquélla y dotándola de mayor robustez.
8. Las baterías.
Una característica crucial en una cámara es el margen de voltajes dentro de los cuales puede funcionar. La mayoría de las cámaras tienen especificado un voltaje mínimo por debajo del cual la cámara no podrá operar y un voltaje máximo por encima del cual puede resultar dañada o cortarse la alimentación. El valor de esta cifra se estipula por ejemplo como 12 V, con tolerancias de -1 y +5 V, lo que significa que el equipo funcionará dentro de un margen de 11 a 17 voltios. Además de a través de un alimentador de corriente de red -transformador-o es común que las cámaras de video sean alimentadas por baterías recargables.
Durante mucho tiempo las baterías estándar para cámaras ENG eran de níquel-cadmio -NiCd-. Con el desarrollo de la tecnología para ordenadores portátiles y telefonía móvil surgieron también avances en el terreno de las baterías usando hidruros metálicos de níquel -NiMH- o litio. La cámara es normalmente alimentada por una batería recargable de níquel-cadmio de 13.2 ó 14,4 V que se acopla a la parte trasera del magnetoscopio. Existe una amplia gama de baterías de diferente capacidad para proporcionar mayor tiempo de funcionamiento. o varias baterías se pueden agrupar y llevarse en un cinto. Unidad Didáctica 4 Página 15
8.1. Construcción y diseño.
La batería está hecha de células separadas de 1,2 ó 1,25 V. Cada célula está formada por una placa positiva, una placa negativa y dos separadores que están intercalados enrollados alrededor en un cilindro como si fuesen cuatro alfombras en un rollo. Las placas tienen un revestimiento químico que las convierte en conductoras. Todo el conjunto está herméticamente sellado en una carcasa de acero de manera que todos los gases y sustancias químicas quedan en el interior de la célula, pero tienen un hueco de seguridad para poder ventilarse en el caso de escape de alguna de estos elementos. Una batería de 13,2 V consiste en diez células iguales de modo que cuando son nuevas todas se carguen y descarguen de manera uniforme y en la misma proporción.
8.2. Construcción y diseño.
La capacidad de una batería se mide en Amperios-hora -Ah- que es el máximo flujo de corriente eléctrica en amperios en una hora antes de que la batería se descargue completamente. Una medida más interesante es durante cuánto tiempo una batería determinada alimentará un modelo concreto de cámara. El tiempo de alimentación se calcula multiplicando el voltaje de la batería por su relación de Ah para hallar un número de watios/hora que se divide por el consumo de la cámara en watios. Por ejemplo, una batería de 12 V Y 5 Ah = 12 x 5 = 60 watios/hora, dará a una cámara que consume 24 watios dos horas y media de funcionamiento -60/24 = 2.5 horas-o Además del diseño de las células de la batería, el método de carga y descarga y la temperatura, afectan de manera crítica a la vida de la batería. 8.3. Carga de las baterías.
La carga lenta -proporción C 10- es una carga constante igual a una décima parte de la capacidad de la batería. Para una batería de 4 Ah la corriente de carga lenta sería de 400 miliamperios. La batería estaría cargada en 14-16 horas. Cuando la batería está cargada del todo, la corriente de carga produce calor y oxígeno dentro de la célula. Esta acumulación de calor puede envejecer prematuramente la célula cuando no quemarla completamente. Siempre que la corriente no exceda la proporción C10, la célula puede absorber el oxígeno, pero si la proporción de corriente es excesiva, destruirá la célula. Aunque la mayoría de los cargadores están diseñados para que corten el paso de la corriente cuando la batería está completamente cargada, la mayor desventaja de la carga lenta es el tiempo que toma. Las células de las baterías más modernas están diseñadas exclusivamente para recargas rápidas. Los cargadores modernos ofrecen la capacidad de una carga ultrarrápida o de una carga rápida. La primera recarga la batería en menos de una hora, a condición de que todas las células se carguen a la
misma velocidad -batería en perfectas condiciones-o La segunda recarga la batería en un tiempo comprendido entre 1 y 14 horas, con una media de 8.
Con el uso, las células individuales de la batería comienzan a cargarse y descargarse a distinta velocidad. En el caso de una carga ultrarrápida, el cargador necesita distinguir cuando una célula en concreto se ha cargado del todo y entonces cambiar a una carga lenta para las demás, a fin de no quemar a la que ya está a plena carga. 8.4. Cuidado y mantenimiento.
Una batería que se ha cargado pero luego no se ha usado durante varios días, no debe permanecer cargada. Puesto que las células se pueden auto descargar a diferente velocidad, la batería puede resultar desequilibrada. Con las baterías interactivas y los cargadores inteligentes más modernos, las baterías pueden ser cargadas y sus células equilibradas automáticamente en una hora.
Las baterías de NiCd son muy sensibles a la temperatura. Las temperaturas por 'debajo de 0° C no dañan a la célula, pero reducen su capacidad y hace que se descarguen más rápido. En estos casos siempre deben conservarse las baterías envueltas en tejidos térmicos o en un ambiente cálido hasta que se necesiten. Una batería NiCd debe estar a más de 5° C antes de proceder a su carga. Permitir siempre que la batería alcance la temperatura ambiente de la habitación antes de ponerla a cargar. Una batería por debajo de 5° C puesta en carga rápida, producirá una explosión muy violenta debido a la acumulación de hidrógeno en su interior. Igualmente, deben evitarse recargas rápidas a temperaturas por encima de 20° C. Una batería cargada así a temperaturas más altas, no se cargará completamente.
Nunca debe golpearse una batería ni emplear una que haya recibido un golpe, pues puede tener un cortocircuito interno. Si un cargador rápido falla y no reconoce que la batería se ha cargado del todo, seguirá suministrándole corriente hasta el punto de poder producir un incendio. Sobre todo con cargadores antiguos deben retirarse las baterías tan pronto como estén cargadas y como precaución, no usuarios nunca en una habitación sin ventilación. 8.2. Efecto memoria.
Se dice a menudo que una batería que ha sido repetidamente descargada en el mismo punto y cargada de nuevo puede desarrollar una memoria de este punto y en adelante cargarse solo de forma parcial. Es altamente improbable que una batería se descargue repetida y exactamente en el mismo punto. El denominado efecto memoria, se suele confundir con una situación que se da al descargarse células desequilibradas en los modelos más antiguos de baterías. Una vez agotada, algunas células en la batería habrán alcanzado un voltaje cero, mientras que otras aún tendrán algo de carga y éstas serán descargadas a través de las agotadas. Esta carga en sentido inverso conduce a la formación de hidrógeno en las células agotadas que no puede ser absorbido como lo es el oxígeno. Cada vez que esto ocurre, la presión del hidrógeno aumenta hasta que la célula tiene una fuga y se pierden los químicos que producen su carga, reduciendo así la capacidad de la batería. La solución es asegurarse de que la batería tiene una recarga lenta -C10- al menos cada diez ciclos de carga de cara a equilibrar todas las células.
9. Bibliografía.
77 Bethencourt Machado, Tomás. Sistemas de video en componentes colorimétricas. Unidad Didáctica 134, IORTV, Madrid,
(^78) Pérez López, Emilio. El sistema PAL. Unidad Didáctica 131, IORTV, Madrid, 1994. 79 Pérez López, Emilio. Sistemas de televisión en color. Unidad Didáctica 127, IORTV, Madrid, 1989.
80 Ward, Peter. Cámara de video digita/. ESCIVI, Guipúzcoa, 2000.
81 White, Gordon. Técnicas de! video. IORTV, Madrid, 1984. Unidad Didáctica 4 Página 16
