Obiectivul camerei de filmat

Obiectivul camerei de filmat

Primul obiectiv a fost realizat de 1892 de firma Goerz. Cel mai vechi obiectiv care este si astazi de actualitate a fost construit in 1896 de firma Zeiss. Astazi, obiective de foarte buna calitate sunt produse de firme ca: Zeiss, Schneider, Pentacon – din Germania; Canon, Yashica, Ricoh, Nikon, Asahi Pentax – din Japonia; Lamb si Bansch – din SUA; Kinoptic din Franta etc. Firme de aparatura fotografica precum Nikon, Yashica, Pentax, Canon, Ricoh, Vivitar si-a extins activitatea, producand si camere video de foarte buna calitate cu tehnologie optica proprie, iar tehnologia electronica a acestora este specifica marilor companii consacrate in domeniu, precum Sony, Panasonic, Hitachi, JVC, Sharp, Sanyo.

1.1.1.          Lentile

Din punctul de vedere al comportarii fata de un fascicol de raze, lentilele pot fi convergente si divergente. Numai lentilele convergente pot forma imagini reale ale obiectelor.

Figura 2.5. Formarea imaginii

Pe axa optica se afla focarul, unde sunt concentrate toate razele de lumina paralele cu axa optica si care trec prin lentila convergenta. Distanta intre focar si planul principal al lentilei se numeste distanta focala f.

Punctele F si F', in care se intersecteaza in urma refractiei razele incidente, paralele cu axa optica, reprezinta focarele lentilei, iar distantele f si f' de la focare la centrul optic se numesc distante focale (Figura 2.7). Intr-un mediu omogen, f = f'. Punctul F se numeste focar obiect, iar punctul F' - focar imagine. Cunoscuta ecuatie a lentilei:

(2.1)

stabileste pozitiile punctelor conjugate obiect-imagine.

Marimea c=1/f se numeste puterea optica sau convergenta lentilei si se masoara dioptrii( 1 dioptrie = 1/1m ).

Marirea lentilei:

(2.2)

reprezinta raportul dintre dimensiunea imaginii si dimensiunea obiectului.

a) lentile convergente b) lentile divergente

Figura 2.6. Tipuri de lentile

f L f'

z z'

y F F' y'

I AaI'

Figura 2.7. Formarea imaginii unui obiect cu ajutorul unei lentile subtiri

In cazul in care doua lentile nu sunt in contact, iar focarul imagine al unei lentile coincide cu focarul obiect al celeilalte, sistemul se numeste telescopic sau focal. In acest caz , orice raza incidenta paralela cu axa optica va parasi sistemul tot in directie paralela cu axa optica.

Intre focar si infinit se poate afla planul obiectului caruia ii va corespunde un singur plan de formare a imaginii in spatele focarului, unde imaginea formata va fi clara. Cu cat obiectul va fi mai departe de lentila, cu atat imaginea se va forma intr-un plan mai apropiat de focar. Pentru un obiect situat la infinit, adica la o distanta foarte mare in comparatie cu distanta focala, imaginea se va forma in focar. Pe masura apropierii obiectului de lentila, imaginea formata se va departa de focar si isi va mari dimensiunile.

1.1.2.          Aberatiile sistemelor optice

O lentila perfecta nu exista, deci imaginea obtinuta are aberatii. O parte din acestea se pot inlatura sau corecta. Corectia se realizeaza prin asocierea lentilelor convergente cu cele divergente. Aberatiile pot fi geometrice sau cromatice.

Aberatia de sfericitate se datoreaza faptului ca razele marginale sunt focalizate diferit de cele care trec mai aproape de centrul lentilei. O combinatie formata dintr-o lentila convergenta si una divergenta, unde lentila divergenta are aberatii de sfericitate identice, dar de sens contrar celei convergente, este o solutie eficienta. Astigmatismul se datoreaza focalizarii diferite a razelor verticale fata de cele orizontale.

Figura 2.8. Sectiue intr-un obiectiv ce foloseste combinatii de lentile concave cu lentile convexe

Aberatiile cromatice se datoreaza faptului ca razele de culori diferite sunt focalizate la distante diferite – razele cu lungime de unda X mai mica sufera o refractie mai puternica si sunt focalizate mai aproape de lentila in comparatie cu razele cu lungime de unda mare. in cazul luminii albe, care contine toate radiatiile vizibile, conturul imaginii obiectelor poate sa apari colorat. Prin combinatia lentila convergenta-lentila divergenta, aberatiile cromatice pot fi in mare masura eliminate. Corectiile cromatice nu se pot realiza in tot spectrul vizibil, ci sunt exacte numai pentru doua culori, cel mult pentru trei culori; pentru celelalte, insa, aberatiile sunt puternic micsorate.

Cea mai dificila problema pentru obiectivele cu transfocator este corectia aberatiei de cromaticitate apare datorita fenomenului de refractie. Indicele de refractie variaza in functie de lungimea de unda a luminii. Fenomenul este foarte pronuntat cand dimensiunea lentilei este mare, este direct proportionala si cu distanta focala.

Obiectivele ce au o aberatie de cromaticitate redusa sunt formate din combinatii de lentile “acromice”. Materialul cel mai des utilizat in practica pentru aceste lentile este  fluorita ce are un remarcabil indice de refractie, dispersia luminii prin el este redusa si caracteristica spectrala de transmisie este plata. In mod natural, fluorita contine multe impuritati si nu poate fi folosita pentru lentile de dimensiuni mari. De aceea se foloseste calcium-fluorita CaF₂ ce se poate obtine pe cale artificiala prin procese de cristalizare.

Aberatii mari dau lentilele sferice, care sunt insa folosite datorita prelucrarii industriale usoare. Ele se inlatura daca se prelucreaza sub o alta forma suprafetele, obtinandu-se lentile asferice. AT (aspheric technology) – permite realizarea de obiective cu putere de apropiere (zoom) mare, cu distanta minima fata de obiect foarte mica (MOD – minim object distance).

a) b)

Figura 2.9. a) Formarea imaginii in cazul lentilelor sferice b) Formarea imaginii in cazul lentilelor asferice

In cazul lentilelor sferice razele de lumina trec prin lentila iar la iesirea din aceasta, datorita fenomenului de difractie, focalizarea se face in puncte diferite fata de raza care trece chiar prin centru. Acest fenomen se numeste aberatie de sfericitate, iar rezultatul asupra imaginii este un contrast si o rezolutie redusa precum si o imagine cu blur. Lentilele sferice sunt proiectate astfel ca toate razele sa fie focalizate in acelasi punct. In acest fel se reduc aberatiile de sfericitate, crescand astfel contrastul si rezolutia. Lentilele sferice nu au forma sferica clasica. De fapt ele apar in mai multe forme in functie de necesitatile optice ce trebuiesc realizate. Avantajele oferite de acestea fata de lentilele conventionale sferice le-au facut sa se impuna in echipamentele de inalta calitate.

Dintre avantaje se pot aminti:

reducerea distorsiunilor pentru unghiuri de deschidere mari;

cresterea rezolutiei la colturi (pastrarea rezolutiei constante, inspre exterior la o lentila clasica rezolutia este mai slaba);

lentilele pentru obiectivele cu zoom (transfocator) sunt de dimensiuni reduse – reduce aberatiile de cromaticitate.

1.1.3.          Obiective cu distanta focala variabila - transfocatoarele

Modificarea distantei focale produce modificarea unghiului de camp. Cu cat distanta focala este mai mica cu atat unghiul de camp este mai larg. Tehnicile foto-cinematografice au dus in crearea in jurul anului 1930, in Germania, de catre firma Astro, a obiectivelor cu distanta focala reglabila, numite obiective de tip Zoom, caracterizate de un anumit raport intre distanta focala maxima si cea minima. La camere video se intalneste frecvent raportul 8: 1.

Formarea imaginilor optice in planul suprafetei dispozitivului videocaptor se realizeaza cu ajutorul obiectivelor. Obiectivul este constituit din lentile subtiri (grosimea lentilei este mult mai mica decat raza sa de curbura), asamblate in monturi care permit realizarea legaturilor cu mecanismele de reglare in timpul exploatarii camerei TV. In televiziune se folosesc pe scara larga obiectivele cu distanta focala variabila - denumite si transfocatoare.

Figura 2.10. Schema bloc a unui sistem optic

Figura 2.11. Sectiune printr-un obiectiv cu distanta focala variabila

Sistemul de optic al unei camere video este mult mai complicat decat un sistem de lentile obisnuit. Sunt necesare mai multe reglaje cum ar fi focalizarea, distanta focala, diafragma care se executa de multe ori la comanda unui procesor, acest fapt presupune existenta unor motoare pentru deplasarea lentilelor si senzori care sa detecteze starile in care se afla sistemul de lentile.

Figura 2.12. Gruparea lentilelor intr-un obiectiv cu transfocare

Se stie ca este foarte dificil de realizat lentile cu diametrul mai mare de 30mm. Tehnicile de turnare, taiere si centrare sunt foarte complicate. Firma Fujinon a produs tehnologie aparte ce dupa realizarea formei sticlei (lentila), aceasta este netezita (lustruirea – clasica) prin incalzire si presare in forme speciale.

In principiu, transfocatorul este format dintr-un obiectiv de baza si un sistem optic telescopic, a carui marire este variabila. Distanta focala echivalenta a transfocatorului este egala cu:

f_t = b f_t                                                                          (2.3)

in care f este distanta focala a obiectivului de baza, iar b este marirea variabila a sistemului telescopic.

Figura 2.13. Schema transfocatorului cu compensare optica a deplasarii planului imagine

a) f_e= f_{e max} b) f_e= f_{e med} c) f_e= f_{e min}

In figura 2.13. se prezinta schema optica de principiu a unui transfocator cu compensare optica a deplasarii planului-imagine, in care prin deplasarea elementelor 2 si 3 se obtine variatia distantei focale a sistemului, iar prin deplasarea elementului 5 se obtine modificarea pozitiei planului-imagine.

In figura 2.14. se prezinta schema optica de principiu a unui transfocator cu compensare mecanica a deplasarii planului-imagine.

Figura 2.14. Schema optica a transfocatorului cu compensare mecanica a deplasarii planului imagine

1.1.4.          Diafragma

Raportul dintre distanta focala si diametrul deschiderii maxime a lentilelor se noteaza prin f: urmat de numarul respectiv. Cu cat diametrul deschiderii maxime a obiectivului este mai mare, cu atat obiectivul este mai luminos, deci imaginea este mai stralucitoare. Pentru distanta focala f =50 mm si f: 1,4 rezulta o deschidere maxima de 50/1,4 = 35 mm.

Intrucat luminozitatea imaginii naturale variaza in limite foarte largi, apare necesitatea unui control cu un dispozitiv care sa dozeze trecerea luminii, numit iris sau diafragma.

Figura 2.15. Pozitionarea diafragmei in cadrul unui obiectiv

In sistemele optice, diafragma este un element activ, plasat de regula intre lentilele obiectivului (transfocatorului), care face posibila limitarea fluxului de lumina captat, cu scopul de a avea sub control iluminarea in planul imaginii dispozitivului videocaptor, asigurand acestuia functionarea corecta. Acest lucru este necesar deoarece nivelul de iluminare al scenei captate variaza in limite foarte largi, ajungand la mii de lx, in timp ce dispozitivele videocaptoare accepta iluminari de pana la 10 lx.

Figura 2.16. Deschiderea diafragmei pentru valorile - f: 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16

In cazul noilor camere video, deschiderea lentilelor poate fi redusa adica numarul f: 1.2 1.4 ajunge la f: 1.6 2.0 , deoarece au aparut noile CCD-uri cu inalta sensibilitate la care fiecare pixel e prevazut cu o microlentila. Se constata totusi ca atunci cand se doreste ca diametrul deschideri sa fie mai mare, cresc dificultatile tehnice de realizare a obiectivului la un cost rezonabil.

Diafragma mai are si rolul de a adanci campul de profunzime, adica intervalul de claritate in fata si in spatele subiectului.

Figura 2.17. Variatia zonei de claritate in functie de diafragma

Modificarea orificiului creat de iris se face in mod continuu printr-un inel exterior comandat de motorul de iris, care actioneaza asupra unor lamele dispuse astfel incat se pot desface concentric, permitand variatia in limite largi a diametrului orificiului. Diafragma este constituita din lamele care in functie de miscarea inelului se apropie sau se departeaza reglandu-se astfel cantitatea de lumina care trece prin obiectiv.

Diafragma are anumite trepte care sunt standardizate: 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6; 8, 11, 16, 22. De fapt este 1/2; 1/2,8 … 1/22 si reprezinta cantitatea de lumina care trece prin obiectiv la un moment dat fata de modul de lucru complet deschisa. Aceste trepte sunt astfel concepute incat prin trecerea de la o treapta la alta sa se realizeze dublarea sau injumatatirea cantitatii de lumina. Daca un obiectiv are diametrul deschiderii maxime egal cu distanta focala, atunci rezulta f: 1. Diafragma poate fi realizata cu un numar mare de lamele (6), sau cu 2-3 lamele la diafragmele mai simple.

La camerele profesionale aceste reglaje se efectueaza manual, iar la cele pentru publicul larg acest reglaj se face in general automat.

1.1.5.          Caracteristici ale obiectivelor

Caracteristicile care definesc obiectivele de televiziune pot fi impartite in:

tehnico-constructive: variatia distantei focale, unghiul campului vizual, deschiderea relativa, gabaritul obiectivului, greutatea obiectivului, etc;

fotometrice: deschiderea efectiva, coeficientul de difuzie a luminii, caracteristicile de aberatie, transparenta spectrala, distributia iluminarii, etc.

Calitatea imaginii depinde in mare parte de obiectivul utilizat; daca s-ar folosi o singura lentila, imaginea nu s-ar forma corect datorita aberatiilor optice, de aceea este necesar sa se utilizeze mai multe lentile cu indice de refractie diferiti (se utilizeaza intre 8 – 12 lentile).

Sistemul de lentile este inima aparatului de filmat; sistemul de lentile are in mod normal trei reglaje care pot fi facute manual sau semi-automat:

Focalizare – regleaza distanta la care imaginea este cea mai clara.

Iris (diafragma) – regleaza o diafragma variabila a irisului din interiorul sistemului de lentile.

Distanta focala (zoom) – modificarea distantei focale a lentilelor pentru a regla cat de mult lentilele vor acoperi cadrul.

In general, modul in care sunt reglate lentilele, influenteaza:

−       Cat de clare sunt detaliile (“focalizarea”)

−       Ce anume apare foarte clar in cadru (“adancimea campului”)

−       Cat din scena apare in cadru (“unghiul de deschidere”)

−       Notiunea de distanta, spatiu si forma la transmisia de imagini

−       Luminozitatea imaginii, claritatea tonurilor mai deschise si a umbrelor (“expunerea”)

Pe obiectiv exista mai multe inele: al diafragmelor, al distantelor, al profunzimii cu ajutorul carora se realizeaza toate reglajele referitoare la partea optica de prelucrare a imaginii.

Distanta focala

Distanta focala este distanta dintre centrul optic al obiectivului si planul elementului fotosensibil (CCD), unde se formeaza imaginea cand obiectul este reglat pentru infinit.

In functie de distanta focala a obiectivului si in functie de dimensiunile imaginii cuprinse, obiectivele pot fi impartite in trei categorii:

     daca lungimea focala a obiectivului este mai mare decat diagonala formatului avem un teleobiectiv;

     daca distanta focala a obiectivului este aproximativ egala cu diagonala formatului avem un obiectiv normal;

     daca distanta focala a obiectivului este mia mica decat diagonala formatului avem un gradagular.

Obiectivul normal reproduce vederea obisnuita a omului, reda obiectul asa cum il vedem. Teleobiectivul apropie subiectul, aria de cuprindere fiind foarte mica. Gradangularul cuprinde foarte mult, mult mai mult decat ochiul uman. Un tip special de gradangular este de exemplu “ochiul de peste” cu un unghi de cuprindere mai mare de 180°.

Un element ce se modifica in functie de distanta focala este unghiul de deschidere, care pentru obiectivul normal este de aproximativ de 46°, pentru teleobiectiv mai mic decat 46° iar pentru grandangular mai mare de 46°.

a) b)

Figura 2.18. a) Variatia unghiului de deschidere al obiectivului functie de distanta focala

b) Variatia profunzimii functie de distanta focala

Un al doilea element ce se modifica in functie de distanta focala este profunzimea. Zona de profunzime este zona in care obiectele apar clare. Aceasta zona se modifica in functie de distanta focala astfel:

gradagularele au o zona de profunzime mare;

obiectivele normale au o zona de profunzime medie;

teleobiectivele au o zona de profunzime scazuta

Ca si concluzie se poate spune ca daca avem o distanta focala mare profunzimea va scade cu cat aceasta va creste.

Cu ajutorul inelului distantelor se realizeaza apropierea respectiv departarea imaginii obiectivului, iar cu inelul profunzimii se realizeaza claritatea imaginii. Inelul distantelor se numeste si transfocator.

Atunci cand sunt necesare standarde optice de inalta calitate, aparatele de filmat sunt dotate cu lentile optice fixe, in general numite lentile primare sau lentile cu focalizare fixa; aceste lentile pot acoperi doar un segment fix de imagine.

Lentilele cu distanta focala lunga acopera doar un segment din scena – un efect telescopic. Lentilele cu distanta focala scurta dau o perspectiva larga, dar subiectii apar de doua ori mai mici si in departare.

Marimea imaginii de pe ecran depinde de marimea subiectului filmat, de distanta acestuia fata de camera, cat si de distanta focala a lentilelor folosite. Cunoscand distanta focala se poate calcula ce fel de cadru se obtine la diferite distante. De exemplu, daca se folosesc lentile cu lungimea focala de 20 mm, iar apoi se folosesc lentile cu lungimea focala de 40 mm, subiectul va apare de doua ori mai mare in imagine, dar cadrul va acoperi doar jumatate din inaltimea si latimea imaginii anterioare. Daca in schimb, se schimba distanta focala de la 20 mm la 10 mm, subiectul va apare numai cu jumatate mai mare pe ecran decat a fost la inceput, dar cadrul va avea dublul inaltimii si latimii imaginii anterioare.

Timp de mai multi ani, operatorii de film si de televiziune au folosit distanta focala a lentilelor lor ca un ghid direct pentru alegerea cadrelor. De exemplu, ei stiau ca vor obtine un cadru mediu cu niste lentile de 35 mm, daca persoana statea la o distanta de 1,4 m. Marirea acestei distante, schimba in mod proportional marimea cadrului.

In functie de distanta focala folosita se pot obtine diverse variante ale modului in care apare un obiect in imagine. Distorsiunile de perspectiva ce apar sunt puternic dependente de distanta focala. In figura urmatoare este dat un exemplu simplu legat de modul de deformare al unui cub.

Figura 2.19. Influenta distantei focale asupra distorsiunilor de perspectiva: 28; 55; 105; respectiv 300 mm

Inventia transfocatorului a schimbat totul; acest dispozitiv are o distanta focala constant variabila, pe care operatorul o poate potrivi ca sa obtina orice marime de cadru. Nu mai e necesara o deplasare a camerei sau inlocuirea lentilelor, pentru schimbarea cadrului. Din aceasta cauza, majoritatea aparatelor de filmat sunt prevazute cu un astfel de sistem de lentile.

Deschiderea relativa

Luminozitatea obiectivelor este o caracteristica importanta determinata de deschiderea obiectivului si de distanta focala, referindu-se la cantitatea de lumina ce poate sa treaca printr-un obiectiv atunci cand acesta este complet deschis atat din punct de vedere al diafragmei, cat si al transfocatorului.

Exista doua caracteristici, deschiderea relativa si transparenta, care definesc iluminarea E_i in campul imaginii dispozitivului videocaptor in functie de iluminarea scenei captate, E₀. Se poate arata ca intre aceste marimi exista relatia (se considera distanta de la camera la obiect destul de mare):

(2.4)

in care b este coeficientul de luminanta, m este transparenta obiectivului si este deschiderea relativa a acestuia.

Deschiderea relativa reprezinta raportul dintre diametrul d al diafragmei de intrare si distanta focala f:

(2.5)

in care n reprezinta indicele diafragmei iris a obiectivului.

Acest indice este gravat pe inelul de diafragma pentru diverse valori ale lui d, conform unei progresii geometrice cu ratia  egala cu ( de exemplu 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16). Daca, de pilda, iluminarea scenei s-a redus la jumatate in timp ce filmam cu indice de diafragma egal cu 11, operatorul va trebui sa deschida diafragma, trecand pe indicele urmator, 11:, adica circa 8 (acest rationament rezulta din relatia de mai sus, dintre si ).

In practica de folosire a camerei TV avem situatii in care, la o iluminare data a scenei, limitele diafragmei (1,4 … 1,6) nu permit asigurarea iluminarii optime pe tinta dispozitivului videocaptor. In cazul unui nivel scazut de iluminare (diafragma 1,4) se apeleaza la reglajul amplificarii: in mod uzual, in camere se asigura o crestere a semnalului de imagine cu +3 dB (cca 1,41 ori), +6 dB (cca 2 ori), +9 dB (cca 2,8 ori), +12 dB (cca 4 ori), +18 dB (cca 7,94 ori) - selectabil. Reglajul este eficient, dar atrage dupa sine o crestere a zgomotului. In cazul unui nivel ridicat de iluminare (diafragma 16), solutia este de a utiliza filtre neutre; unele camere TV permit o atenuare a semnalului de imagine cu 3 dB.

Deschiderea relativa a obiectivului influenteaza nu numai iluminarea in planul imaginii, ci si profunzimea campului redat clar, adica a obiectelor aflate mai in fata sau mai in spate fata de distanta pentru care s-a reglat obiectivul. Se poate arata ca profunzimea de camp este cu atat mai mare cu cat se lucreaza cu diafragma mai inchisa.

Transparenta spectrala

Transparenta spectrala m, reprezinta raportul dintre fluxul luminos transmis de obiectiv si fluxul luminos incident. Majoritatea transfocatoarelor folosite in camerele TV au transparenta (m aproximativ constanta in gama spectrului luminos (380 … 680 nm) si egala cu 0,73 … 0,83.

Ameliorarea transparentei obiectivelor este o alta problema importanta avand in vedere prezenta unui numar mare de lentile care contribuie fiecare la marirea cantitatii de lumina reflectata, lucru care duce si la micsorarea contrastului. In acest scop, suprafetele lentilei se trateaza cu straturi de interferenta, care au in vedere producerea interferentei luminii reflectate de ambele suprafete ale stratului si anularea lumini totale reflectate. Grosimea stratului va fi de un sfert de lungime de unda (λ 4), astfel ca cele doua raze sa rezulte in antifaza si sa se anuleze. Explicatia consta in faptul ca, fata de prima suprafata de reflexie, unda parcurge o distanta de λ/4 pana la a doua suprafata, unde este reflectata si se intoarce la prima suprafata dupa care mai parcurge o data distanta de λ/4. In total, a doua unda este intarziata cu λ/2, deci ea rezulta in antifaza cu prima radiatie, anuland reflexia. Rezulta ca reflexia este redusa la zero pentru o singura lungime de unda, de regula aleasa pentru zona centrala a spectrului vizibil.

O metoda de realizare a stratului de interferenta se bazeaza pe evaporarea in vid si condensarea pe suprafata sticlei a fluorurilor de calciu, sodiu si magneziu. Rezistenta acestei pelicule se mareste prin tratamente termice. Nuanta albastruie sau purpurie a lentilei tratate arata ca pelicula depusa are maxima eficienta in zona centrala a spectrului vizibil. Daca la unele obiective se vad nuante diferite, rezulta ca au fost tratate pentru mai multe lungimi de unda. Se mareste astfel transparenta la peste 90%.

Intre obiectiv si senzor se plaseaza un filtru optic numit si filtru neutru, care atenueaza in mod egal toate lungimile de unda din domeniul vizibil si care, pentru iris deschis, creeaza senzatia de spatialitate pentru imagine, subiectul central rezultand bine focalizat pe un fundal care poate fi “in ceata”.

Daca de exemplu, avem o camera de televiziune care lucreaza cu iluminare minima pe suprafata dispozitivului videocaptor, de E_i = 2 lx (conditie pentru a obtine o imagine de calitate), cu care filmam o scena, in al carei camp vizual obiectul cel mai luminos are b = 0,5, si folosim transfocator cu si τ= 0,8, obtinem cu relatia de mai sus: E₀ = (51 … 80) lx.

Contrastul obiectivelor

Contrastul obiectivelor reprezinta raportul dintre iluminarea maxima si minima. Obiectele din natura au un contrast foarte variat. Datorita fenomenelor de refractie si reflectie apare o lumina difuza reziduala care va afecta intreaga imagine ducand la scaderea contrastului. Lumina difuza scade daca suprafetele puternic luminate sunt mici si creste numai daca aceste suprafete sunt mari. Surse externe suplimentare de lumina difuza sunt si zgarieturile de pe obiectiv, praful, eventualele pete de grasime.

Variatia coeficientului de difuzie in functie de deschiderea diafragmei este corespunzatoare diagramei:

Figura 2.20. Variatia gradului de difuzie cu deschiderea irisului

S-a observat ca in cazul imaginilor realizate cu ajutorul camerelor de filmat cu pelicula fotosensibila, contrastul e mult mai bun decat in cazul utilizarii videocamerelor cu elemente fotosensibile ca CCD.

Rezolutia

Rezolutia se refera la capacitatea obiectivului de a reda in imagine cele mai mici detalii ale subiectului. Se masoara in linii/mm. Rezolutia obiectivului se modifica dinspre centru (unde are valoarea maxima) inspre margine (unde are valoarea minima). Cand se lucreaza pe diafragma mica se obtine o rezolutie mai buna.

Figura 2.21. Puterea de rezolutie a unui obiectiv in functie de diafragma

Exista obiective la care rezolutia orizontala difera de cea verticala. Liniile orizontale sunt redate mai bine decat cele verticale. Daca dorim sa captam imagini care contin texte cu litere de diverse dimensiuni, fara un obiectiv de foarte buna calitate nu vom distinge cele mai mici litere din text. Limita de claritate se numeste putere de rezolutie a obiectivului. Sub limita de claritate, conturul literelor devine incert si diferenta de tonalitate dintre fond si litere se estompeaza. Obiectivul ei pierde contrastul. Deoarece exista obiective cu putere de rezolutie inferioara, dar cu contrast ridicat, se apreciaza calitatea acestora in functie de acesti doi parametri. Exista mire-test de rezolutie, formate din serii de grupe de linii albe si negre din ce in ce mai subtiri, care insa stabilesc puterea de rezolutie cu un grad mare de subiectivism.

Din acest motiv se foloseste metoda masurarii factorului de transfer al modulatiei (MTF). Aici, erorile de citire sunt eliminate si totodata se ia in considerare si contrastul obiectivului. Cu aceasta metoda se obtin valori ale puterii de rezolutie in functie de contrast. Se foloseste o mira circulara de rezolutie de tip Siemens, ca in figura 7.6.a), folosita si la reglajele circuitelor camerei si compusa din sectoare albe si negre.

a) b)

Figura 2.22. Mira de test pentru evaluarea puterii de rezolutia si a contrastului obiectivului

In timpul testului mira se roteste si totodata se deplaseaza printr-o miscare de translatie de la marginea cercului catre centru, astfel ca in dreptul unei ferestre va fi vizibila o portiune din mira. Cand in dreptul ferestrei este partea periferica a mirei, apare un numar mic de sectoare albe si negre. Cand se face translatia catre centru, in dreptul ferestrei, numarul de sectoare albe si negre se mareste pentru ca latimea sectoarelor scade. Senzorul de imagine – tub videocaptor sau dispozitiv CCD – va furniza semnal sub forma de impulsuri modulate in frecventa datorita miscarii de translatie a mirei. Se poate utiliza si o mira conform figurii 2.22. b)

Cu cat fereastra se apropie de centrul mirei, cu atat frecventa creste, ajungand la frecventa video maxima. Alternanta curentului dat de senzor se face in ritmul succesiunii sectoarelor albe si negre, depinzand si de viteza de rotatie a mirei. Rezolutia este data de pozitia ferestrei pentru care imaginea este satisfacatoare – inaintea situatiei limita in care sectoare albe si negre nu se mai disting, avand aproape aceeasi nuanta desi la origine erau albe si negre – iar curentul dat de senzor nu mai are valoare periodica cuprinsa intre maxim si minim, ci o valoare intermediara constanta, corespunzatoare unui gri.

Parametrii unui obiectiv

Lungimea focala: 5,5 ÷ 890 mm - Focal length

Raportul de transfocare:                       20x – on (6 ÷ 66) - Zoom ratio

Apertura relativa maxima:                    F 1.4 (8 ÷ 110mm) - Maximum velative aperture

Distanta minima fata de obiect:          0,6 – 6m - Minimum Object Distance

Dimensiunea obiectivului la M.O.D.: depinde de dimensiunea CCD – Object Dimension at M.O.D.

Unghiul de deschidere:                          61s18’ x 47s56’ – 54 mm Fujinon S20x5.4 ESM

3s23’ x 2s33’ – 108 mm

0s34’ x 0s25’ – 890 mm Fujinon A466 x 13.5 ESM

36s6’ x 27s28’ – 13,5 mm

Alti parametrii:

Dimensiunea, greutatea

Dimensiunea CCD

Echiparea cu filtre, extinderi de focala

Macro

Comanda de la distanta

Figura 2.23. Comanda reglajelor obiectivului de la distanta

1.1.6.          Filtre optice

Filtrele optice utilizate in camerele TV pot fi : filtre neutre, filtre de ultraviolet, filtre de polarizare, filtre de conversie a culorii si altele.

Filtrul neutru se foloseste pentru atenuarea luminii in mod uniform pentru toate lungimile de unda. Efectul unui filtru neutru se exprima prin transparenta, T, sau prin densitate, D (intre ele existarelatia: D= - log T). Tipurile uzuale de filtre neutre sunt:

(2.6)

Combinatia 'filtru neutru plus diafragma deschisa a obiectivului' creeaza impresia de spatialitate, prin detasarea subiectului de fundalul defocalizat.

Filtrul de ultraviolete se utilizeaza pentru atenuarea luminii in zona de ultraviolet. Unele tipuri de astfel de filtre pot avea ca efect redarea mai naturala a verdetii si a cerului in zilele insorite.

Filtrul de polarizare se foloseste la captarea de imagini in mediile cu reflexii (apa, sticla, etc.). Explicatia consta in efectul de polarizare a luminii atunci cand este reflectata de suprafata de separatie a doua medii (aer - sticla, aer - apa etc.). Filtrul de polarizare lasa sa treaca doar o anumita componenta de oscilatie polarizata, astfel incat imaginea captata de camera devine clara. In acest scop, filtrul de polarizare poate fi rotit. La folosirea filtrului de polarizare trebuie sa se tina seama ca acesta reduce iluminarea cu cca 25% si poate modifica si balansul la alb.

Filtrul de conversie a culorii modifica temperatura de culoare a luminii, cu scopul de a realiza balansul de alb . Asa cum s-a aratat, sursele de lumina , naturale sau artificiale, au temperatura de culoare intre 2000 K si 8000 K. Prin urmare, camerele de televiziune trebuie sa lucreze cu lumina care are un domeniu foarte larg de variatie a temperaturii de culoare, in timp ce televizoarele si caracteristicile spectrale ale camerei sunt proiectate pentru un singur alb de referinta (C sau D65). Variatiile temperaturii de culoare a surselor de lumina folosite la captarea imaginilor sunt compensate in camera, pentru obtinerea balansului de alb. In acest scop se folosesc filtre optice, de exemplu: 3200 K, 5600 K, etc. De obicei, pentru temperatura de culoare de 5600 K se adauga o filtrare optica neutra de (25%) sau (6,25%), astfel ca, in cataloage, filtrele de conversie apar sub forma:

5600 K + ND ; 5600 K + ND (Neutral Density). (2.7)

Asa cum s-a aratat, balansul de alb poate fi realizat pe cale electronica (conversia electronica a culorii), in trepte corespunzatoare unor temperaturi de culoare precizate, sau automat (de pilda, in camera TK - 1070 E (JVC), reglajul este automat intre 2800 K si 6000 K) . Efectul reglajelor asupra imaginii redate

1.1.7.          Descompunerea optica a imaginii

Descompunerea optica a imaginii obiectului in trei imagini monocromatice, corespunzatoare culorilor primare R,G,B, se realizeaza cu ajutorul unui sistem de oglinzi dicroice . Oglinda dicroica are proprietatea de a reflecta o anumita gama a spectrului vizibil si de a lasa sa treaca restul. In figura oglinda dicroica OD1 reflecta gama de albastru a spectrului vizibil si lasa sa treaca gamele de verde si rosu. Oglinda dicroica OD2 reflecta gama de rosu si lasa sa treaca gama de verde.

Figura 2.24. Obiectiv conectat la un sistem optic de descompunere luminii pe componente RGB

Figura 2.25. Descompunerea luminii pe componente - conversia imaginii optice in imagine electronica

Curbele spectrale ale oglinzii dicroice se caracterizeaza prin factorul de transmisie, τ l , si de reflexie r l Oglinda dicroica permite trecerea fluxului luminos in proportie de 95% si realizeaza un coeficient de reflexie de pana la 85%.

Pe traseul celor trei fascicule luminoase, separate cu ajutorul oglinyilor dicroice, se introduc filtrele de ajustare F_R, F_G, F_B, care au rolul de a corecta caracteristicile spectrale ale dispozitivelor videocaptoare; caracteristicile spectrale ale acestor filtre, f_R(l), f_G(l), f_B(l se determina din conditia obtinerii caracteristicilor ideale ale camerei de televiziune, (l), (l), (l

f_R t_R e_R m = k (l

f_G t_G e_G m = k (l

f_B t_B e_B m = k (l

in care m este caracteristica de transparenta a sistemului (transfocatorului), e_R e_G e_B , sunt caracteristicile ale dispozitivelor videocaptoare si t_R t_G t_B sunt caracteristicile factorilor de transmisie ale sistemului de oglinzi dicroice.

In camerele moderne de televiziune tip CCD (Charge Coupled Devices- dispozitive cu cuplaj prin sarcina) se foloseste un bloc compact (figura 2.25.) , format din oglinzile dicroice OD1 si OD2, filtrele de corectie F_R , F_G , F_B si dispozitivele cu transfer de sarcina, DTS_R , DTS_G , DTS_B .