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Câmeras de TV

Câmeras de TV. PTC2547 – Princípios de TV Digital Guido Stolfi EPUSP - 2008. Sistema Óptico de uma Câmera de TV. Sensor. Varredura. Sinal de. Vídeo. Lente. Amplificador. E = Iluminamento no anteparo (nits ou candelas/m2) B = Luminância do objeto (lux ou lumens/m2)

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Presentation Transcript

  1. Câmeras de TV PTC2547 – Princípios de TV Digital Guido Stolfi EPUSP - 2008

  2. Sistema Óptico de uma Câmera de TV Sensor Varredura Sinal de Vídeo Lente Amplificador E = Iluminamento no anteparo (nits ou candelas/m2) B = Luminância do objeto (lux ou lumens/m2) T = Transmitância da lente F = Abertura da lente (f / d)

  3. Características de Sensibilidade • Eficiência Quântica: Porcentagem de fótons incidentes que provocam sinal elétrico no sensor • Índice de Exposição (Fotografia): B = Luminância para produzir nível branco Tx = Tempo de Exposição (normalmente 1/30") F = Abertura da Lente

  4. Características Qualitativas de uma Câmera • Definição: relacionada com a resolução espacial (MTF) • Reprodução de Tons: fidelidade na reprodução de escalas de intensidade (Linearidade, fator Gama) • Reprodução Cromática: limites e precisão das regiões de cromaticidade (luminância, tonalidade, saturação) • Latitude de Exposição: faixa dinâmica (linearidade em regiões de luz alta e baixa)

  5. Resposta Espacial e Resolução Sensor Varredura Sinal de Vídeo Lente Amplificador • MTF total = • MTF(sistema óptico) •  • MTF(sensor) MTF(varredura) Resposta do Amplificador / digitalizador

  6. Lente “Zoom”

  7. Evolução dos Sensores

  8. Varredura de Imagens por Disco Rotativo (Paul Nipkov -1884)

  9. Varredura de uma Imagem por Disco de Nipkov

  10. John Logie Baird com protótipo de Televisão (~1925)

  11. Câmera de Varredura Instantânea • Image Dissector (Farnsworth, 1929)

  12. Philo T. Farnsworth e o seu “Image Dissector” (1929)

  13. Transmissão: “Gato Félix” (1930)

  14. Câmera de Varredura Cumulativa • Iconoscópio (Zworykin, 1939)

  15. Sensor Fotoemissivo Luz Incidente Isolante Feixe de Elétrons Glóbulos de Eletrodo Material Fotoemissivo Fotoemissor Feixe de Elétrons Ce Corrente Eletrodo Fotoemissiva Coletor Carga Eo

  16. Iconoscópio

  17. Iconocópios Vladimir Kosma Zworykin e seus Iconoscópios

  18. Transmissão das Olimpíadas de Berlim (1936)

  19. Sensor Fotocondutivo Feixe de Elétrons Luz Incidente Material Fotocondutivo Vidro Eletrodo Transparente Ce Fotoemissor Feixe de Elétrons Eletrodo Elemento Fotocondutor Eo Carga

  20. Câmera com Sensor Fotocondutivo Varredura Feixe de Elétrons Carga Amplificador

  21. Câmera com Sensor Fotocondutivo Iluminamento do Fotocondutor Ve Tempo 1 Quadro I Corrente na Carga L Devida a um Elemento de Imagem

  22. Iconoscópio, Orthicon e Vidicon

  23. Profundidade de Foco

  24. Profundidade de Foco

  25. Sensibilidades Espectrais p/ Fotocondutores

  26. Câmeras Fotocondutoras Tipo Fotocondutor Aplicações Desvantagens Vidicon Trissulfeto de Antimônio Telecinagem; Baixo Custo "Lag" (Retardo) Newvicon Selenieto de Zinco Alta Resolução; Intrum. Médica alta corrente no escuro Chalnicon Selenieto de Cádmio Sensivel; Vigilância "Lag"; alta corrente no escuro Saticon Liga de Selênio/Arsênico/Telúrio Mais sensível ao azul; Câmeras RGB de Estúdio Ultricon Matriz de Fotodiodos de Silício Resistência a luz forte; Circuito Fechado P/B "Blooming" Plumbicon Óxido de Chumbo Tomadas ao Vivo "Lag", pouca resposta no Vermelho

  27. Câmera a Cores com 3 Sensores

  28. Processamento de Sinal na Câmera de 3 Tubos

  29. Câmera a Cores com 1 Tubo

  30. Processamento de Sinal p/ Câmera de 1 Tubo Espectro do Sinal Luminância da Câmera Y L freq. Portadora Portadora azul vermelho Y 2.5 MHz Y L Matriz G 0.5 MHz R 3.5 MHz Detetores 0.5 MHz B 5.0 MHz 0.5 MHz

  31. Câmera a Cores de 1 Tubo (Alternativa)

  32. Processamento de Sinal Espectro do Sinal Luminância Y H da Câmera Y L freq. Portadora Cor Y H G 3.6 MHz Y L Matriz 0.5 MHz R t t + 1 H Detetores 0.6 MHz 4.2 MHz - B t o 0.6 MHz 90 Matriz

  33. Sensores CCD

  34. Dispositivo de Transferência de Carga 1 2 3 4 1 2 - + + - + - • CCD: Charge Coupled Device

  35. CCD (Charge Coupled Device) Bell Laboratories, 1970

  36. Deslocamento das Cargas no CCD 1 2 2 1 3 4 - + + - + - T0 T1 T2 T3 T4

  37. Estrutura de um Sensor CCD

  38. Operação do Sensor CCD

  39. Sensibilidade Espectral de Sensores CCD A Iluminação Frontal c/ portas de Poli-Silício B Iluminação Posterior C Iluminação Frontal "fase virtual" D Iluminação Frontal c/ portas transparentes

  40. Comparações CCD x Tubo CCD Tubo Sensibilidade f/8 @ 2000 lux f/4 @ 2000 lux Iluminamento Mínimo 7.5 lux 10 lux Índice de Exposição ~540 ~150 Resolução Horzontal 700 linhas 700 linhas Relação S/R sem ponderação 60 dB 56 dB S/R ponderada 68 dB 64 dB Artifícios de Imagem "Aliasing", defeitos lineares Granulação Colorimetria Melhor resposta no Vermelho - Vida Útil Indefinida ~10.000h

  41. Sensor CCD Tricromático(RGB)

  42. Sensor CCD Tricromático(YL - G - CY)

  43. Resolução (MTF) do Sensor CCD • Wh = Largura do elemento sensor • Fh = Frequencia de Amostragem no sentido horizontal (Sensores/largura da imagem) • fh = Frequencia espacial (linhas de resolução) na horizontal • Wv = Altura do elemento sensor • Fv = Frequencia de Amostragem no sentido vertical (Sensores/altura da imagem) • fv = Frequencia espacial (linhas de resolução) na vertical

  44. Resolução (MTF) do Sensor CCD

  45. Resolução (MTF) do Sensor CCD

  46. Sensor CCD com Micro-Lentes

  47. Processamento de Sinal

  48. Filtros de Separação de Cor

  49. Características Ideais dos Filtros

  50. Deslocamento Espacial G / RB

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