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Guido Stolfi 1/58 Câmeras de TV PTC2547 – Princípios de TV Digital Guido Stolfi EPUSP - 2008.

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1 Guido Stolfi 1/58 Câmeras de TV PTC2547 – Princípios de TV Digital Guido Stolfi EPUSP

2 Guido Stolfi 2/58 Sistema Óptico de uma Câmera de TV Lente Sensor Varredura Amplificador Sinal de Vídeo 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 Guido Stolfi 3/58 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 Guido Stolfi 4/58 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 Guido Stolfi 5/58 Resposta Espacial e Resolução MTF total = MTF(sistema óptico) MTF(sensor) MTF(varredura) Resposta do Amplificador / digitalizador Lente Sensor Varredura Amplificador Sinal de Vídeo

6 Guido Stolfi 6/58 Lente Zoom

7 Guido Stolfi 7/58 Evolução dos Sensores

8 Guido Stolfi 8/58 Varredura de Imagens por Disco Rotativo (Paul Nipkov -1884)

9 Guido Stolfi 9/58 Varredura de uma Imagem por Disco de Nipkov

10 Guido Stolfi 10/58 John Logie Baird com protótipo de Televisão (~1925)

11 Guido Stolfi 11/58 Câmera de Varredura Instantânea Image Dissector (Farnsworth, 1929)

12 Guido Stolfi 12/58 Philo T. Farnsworth e o seu Image Dissector (1929)

13 Guido Stolfi 13/58 Transmissão: Gato Félix (1930)

14 Guido Stolfi 14/58 Câmera de Varredura Cumulativa Iconoscópio (Zworykin, 1939)

15 Guido Stolfi 15/58 Sensor Fotoemissivo Luz Incidente Isolante Eletrodo Material Fotoemissivo Feixe de Elétrons Glóbulos de Carga Coletor Corrente Fotoemissiva Fotoemissor Eletrodo Feixe de Elétrons Eo Ce

16 Guido Stolfi 16/58 Iconoscópio

17 Guido Stolfi 17/58 Iconocópios Vladimir Kosma Zworykin e seus Iconoscópios

18 Guido Stolfi 18/58 Transmissão das Olimpíadas de Berlim (1936)

19 Guido Stolfi 19/58 Sensor Fotocondutivo Luz Incidente Vidro Eletrodo Transparente Material Fotocondutivo Feixe de Elétrons Carga Fotoemissor Eletrodo Feixe de Elétrons Eo Ce Elemento Fotocondutor

20 Guido Stolfi 20/58 Câmera com Sensor Fotocondutivo

21 Guido Stolfi 21/58 Câmera com Sensor Fotocondutivo Iluminamento do Fotocondutor Ve 1 Quadro Corrente na Carga Devida a um Elemento de Imagem I L Tempo

22 Guido Stolfi 22/58 Iconoscópio, Orthicon e Vidicon

23 Guido Stolfi 23/58 Profundidade de Foco

24 Guido Stolfi 24/58 Profundidade de Foco

25 Guido Stolfi 25/58 Sensibilidades Espectrais p/ Fotocondutores

26 Guido Stolfi 26/58 Câmeras Fotocondutoras TipoFotocondutorAplicaçõesDesvantagens VidiconTrissulfeto de Antimônio Telecinagem; Baixo Custo "Lag" (Retardo) NewviconSelenieto de Zinco Alta Resolução; Intrum. Médica alta corrente no escuro ChalniconSelenieto de Cádmio Sensivel; Vigilância "Lag"; alta corrente no escuro SaticonLiga de Selênio/Arsênic o/Telúrio Mais sensível ao azul; Câmeras RGB de Estúdio Ultricon Matriz de Fotodiodos de Silício Resistência a luz forte; Circuito Fechado P/B "Blooming" PlumbiconÓxido de Chumbo Tomadas ao Vivo"Lag", pouca resposta no Vermelho

27 Guido Stolfi 27/58 Câmera a Cores com 3 Sensores

28 Guido Stolfi 28/58 Processamento de Sinal na Câmera de 3 Tubos

29 Guido Stolfi 29/58 Câmera a Cores com 1 Tubo

30 Guido Stolfi 30/58 Processamento de Sinal p/ Câmera de 1 Tubo Luminância Portadora vermelho Portadora azul freq. Y L Espectro do Sinal da Câmera 0.5 MHz 2.5 MHz 3.5 MHz 5.0 MHz Detetores0.5 MHz Matriz G R B Y Y L

31 Guido Stolfi 31/58 Câmera a Cores de 1 Tubo (Alternativa)

32 Guido Stolfi 32/58 Processamento de Sinal Luminância Y freq. Y L Espectro do Sinal da Câmera H Portadora Cor

33 Guido Stolfi 33/58 Sensores CCD

34 Guido Stolfi 34/58 Dispositivo de Transferência de Carga CCD: Charge Coupled Device

35 Guido Stolfi 35/58 CCD (Charge Coupled Device) Bell Laboratories, 1970

36 Guido Stolfi 36/58 Deslocamento das Cargas no CCD T0 T1 T2 T3 T4

37 Guido Stolfi 37/58 Estrutura de um Sensor CCD

38 Guido Stolfi 38/58 Operação do Sensor CCD

39 Guido Stolfi 39/58 Sensibilidade Espectral de Sensores CCD AIluminação Frontal c/ portas de Poli-Silício BIluminação Posterior CIluminação Frontal "fase virtual" DIluminação Frontal c/ portas transparentes

40 Guido Stolfi 40/58 Comparações CCD x Tubo CCDTubo lux Iluminamento Mínimo 7.5 lux10 lux Índice de Exposição~540~150 Resolução Horzontal700 linhas Relação S/R sem ponderação 60 dB56 dB S/R ponderada68 dB64 dB Artifícios de Imagem"Aliasing", defeitos lineares Granulação ColorimetriaMelhor resposta no Vermelho - Vida ÚtilIndefinida~10.000h

41 Guido Stolfi 41/58 Sensor CCD Tricromático (RGB)

42 Guido Stolfi 42/58 Sensor CCD Tricromático (YL - G - CY)

43 Guido Stolfi 43/58 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 Guido Stolfi 44/58 Resolução (MTF) do Sensor CCD

45 Guido Stolfi 45/58 Resolução (MTF) do Sensor CCD

46 Guido Stolfi 46/58 Sensor CCD com Micro-Lentes

47 Guido Stolfi 47/58 Processamento de Sinal

48 Guido Stolfi 48/58 Filtros de Separação de Cor

49 Guido Stolfi 49/58 Características Ideais dos Filtros

50 Guido Stolfi 50/58 Deslocamento Espacial G / RB

51 Guido Stolfi 51/58 Deslocamento Espacial G / RB

52 Guido Stolfi 52/58 Processamento Analógico

53 Guido Stolfi 53/58 Uniformidade de Campo (Shading)

54 Guido Stolfi 54/58 Controle Dinâmico de Contraste

55 Guido Stolfi 55/58 Faixa Dinâmica com Controle de Saturação

56 Guido Stolfi 56/58 Controle de Nitidez ( H/V Enhancement )

57 Guido Stolfi 57/58 Características Aproximadas por Matrixagem Resposta Ideal Resposta dos Filtros ópticos Resposta após Matriz RGB R G B

58 Guido Stolfi 58/58 Desafios Compatibilizar a resposta da câmera de TV com o processo de filmagem em película, para permitir a combinação simultânea de material produzido nesses meios. Maximizar a relação Sinal / Ruído apesar da redução das dimensões do elemento sensor Manter reprodução de tons mesmo com processamento digital


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