Аналоговые видеокамеры

Позже появилась возможность превращать оптическое изображение, построенное объективом, в электрический сигнал. Вначале этот процесс осуществлялся с помощью аналоговых видеокамер, содержащих передающие трубки. Общий принцип действия передающих трубок, кроме самой первой, очень слабо чувствительной – диссектора, заключается в следующем. Объектив проецирует ограниченную полем зрения часть пространства на специальную пластинку – светочувствительную мишень. Последняя преобразует видимое изображение в пространственное распределение электрических зарядов, то есть плоское оптическое изображение на мишени превращается в «электронное». Затем происходит построчное перемещение электрического заряда с поверхности мишени в электрическую цепь. В различных типах трубок перемещение заряда осуществляется по-разному.

Наиболее чувствительны трубки с накоплением заряда на мишени. Из этой группы трубок, самое простое устройство имеет видикон, нашедший практическое применение. Схема передающей трубки «видикон» рассмотрена в [3] и представлена на рис.1.2.1.

Рисунок 1.2.1. Схема передающей трубки «видикон»: а—схема трубки; б — представление светочувствительной мишени как совокупности цепочек «конденсатор- сопротивление.

На внутренний торец стеклянной вакуумной колбы 3 видикона наносится тонкий прозрачный металлический слой, образующий сиг­нальную пластину 1. На сигнальную пластину нанесен тонкий слой полупроводниковой мишени 2, выполненной из фотопроводящего ве­щества толщиной несколько микрометров. При облучении пластины светом освобождаемые в ней электроны остаются внутри ее и увеличивают ее проводимость. Каждый элементарный участок фотопроводящей мишени можно представить в виде параллельного соединения емкости, обра­зующейся между сигнальной пластиной и противоположной стороной мишени, и элементарного фотосопротивления (рис.1.2.1, б). Величина этого сопротивления зависит от освещенности данного участка мише­ни. Таким образом, распределению яркостей передаваемого изобра­жения соответствует определенный рельеф сопротивлений.

Электронный поток испускается катодом прожектора 8. Развертка этого электронного луча осуществляется с помощью отклоняющих 9 и фокуси­рующих 10 катушек. При развертке во время обратного хода электронный луч блокируется управляющим электродом 7. Во время прямого хода этот луч ускоряется первым анодом 6, а затем попадает в равномерное тормозящее поле, образованное вторым анодом 5 и прозрачной для электронов сеткой 4. В момент контакта электронного луча с зарядом на мишени элементарная емкость С _i (рис.1.2.1, б) будет быстро заряжаться до напряжения, приложенного между сигнальной пластиной и катодом. В интервале между контактами луча и заряда на мишени происходит саморазряд этой емко­сти через сопротивление фотослоя. Если участок мишени не освещен («черная» деталь), сопротивление фотослоя R_t (рис.1.2.1, б) велико, емкость разряжается незначительно.

Основные достоинства видикона заключаются в высокой чув­ствительности и разрешающей способности, малых габаритах, про­стоте и прочности конструкции, отсутствии высоких напряжений питания [3]. Основной недостаток видиконов — инерционность, проявляюща­яся на изображении в виде тянущегося следа за движущимися объек­тами передачи, размазывании их контуров, потери четкости и сниже­нии контрастности. Эти недостатки в значительной степени устранены в трубке «плюмбикон», которая отличается от видикона только конст­рукцией фотомишени. В видиконе мишень явля­ется однослойной а в плюмбиконе состоит из трех последовательно на­пыленных полупроводниковых слоев.

В трубке типа «кремникон» мишенью является упорядоченная фотодиодная матрица из нескольких сотен тысяч кремниевых фотодиодов, выполненных на пластине из монокристаллического кремния [4]. Эта трубка дает более высокое качество изображения, чем плюмбикон, и отличается большей температурной стойкостью.

В трубке «суперкремникон»дополнительно имеется секция переноса электронного изображения с фотокатода на мишень, что позволило примерно в 100 раз повысить ее светочувствительность по сравнению с кремниконом [4].

Запись цветного изображения в аналоговых телекамерах возможно производить трех-, двух- и однотрубочными преобразователями. В первом случае перед каждой из трех трубок находится соответствующий цветовой фильтр. В однотрубочном преобразователе фильтры являются дискретными («нарезанными» из отдельных полосок, причем полоски одного цвета повернуты относительно плосок другого цвета под определённым углом). Двухтрубочный преобразователь представляет из себя промежуточный вариант между трех- и однотрубочным.

В аналоговых телевизионных трубках происходит преобразование пространственного распределения яркости в плоскости оптического изображения (входной сигнал) в изменение электрического тока во времени (выходной сигнал).

Появление аналоговых телекамер позволило уменьшить промежуток времени между записью и воспроизведением изображения за счет отсутствия процесса обработки фотоматериалов. Но при этом понизилось качество изображения, т.к. телевизионный стандарт предусматривал наличие всего 625 строчек по вертикали при записи и вдвое меньше при воспроизведении (при чресстрочной развёртке). Резкость по горизонтали регламентировалась полосой пропускания передаваемого телевизионного сигнала и тоже была не высокой. Горизонтальная строчная развертка в аналоговых видеокамерах стала источником появления пространственных искажений (муар-эффект): на регулярные горизонтальные структуры определенной частоты на экране накладывались крупные горизонтальные тёмные и осветленные участки. Например, тельняшка при определённом масштабе съемки начинала «рябить».