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Pour que les caméras vidéo puissent vraiment percer, il faut qu'elles soient portatives et faciles à utiliser. Les caméras à trois capteurs qui sont utilisées dans les studios ne sont vraiment pas adaptées.
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Cet article fait suite aux premières caméras vidéo. Ces caméras étaient utilisées en studio. Elles étaient si lourdes et si difficiles à régler que pour le travail à l'extérieur on utilisait des caméras de cinéma 16mm.

Les premières caméras vidéo amateur étaient monochromes, mais pour vraiment pouvoir percer et faire la concurrence aux caméras amateur 8mm, il faut un système couleur simple à utiliser.



Filtre Trinicon avec bande d'indexation
Signal vidéo résultant et
signal de synchronisation

La couleur avec un seul tube:
Sony Trinicon

Mais comment détecter la couleur avec un seul tube? C'est bien simple, on va utiliser un filtre composé de bandes verticales qui ont les trois couleurs primaires: bleu, vert et rouge (système Sony Trinicon). Le rayon effectue un balayage horizontal et frappe donc successivement un point bleu, vert et rouge. Les bandes verticales sont extrèmement fines, il y en a environ un millier sur la cible. Les bandes colorées sont appliquées juste sous la cible, pour éviter que la lumière ne soit diffusée.

Le problème c'est qu'il est impossible de différentier les couleurs. L'électronique n'a aucun moyen de savoir la couleur du point actuel. La déflection du rayon n'est pas parfaitement stable, et il est impossible de savoir si le premier point lu est rouge, vert ou bleu. Il n'est donc pas possible d'obtenir un système de synchronisation.

Sony a utilisé un fil d'indexation entre les trois couleurs (Trinicon). Ce fil reçoit une impulsion chaque fois que le rayon le frappe et indique à l'électronique le début d'un triplet.

Ce tube produit les images les plus détaillées, mais le fil d'indexation (en fait une bande conductrice) ajoute une complication au tube de prise de vues. Ce tube sera utilisé dans les camescopes Betamax, d'abord à enregistreur en bandouillère, puis dans les camescopes intégrés portés sur l'épaule.



Signal Trinicon permettant de déterminer directement les niveaux bleus, vert et rouges grace à la bande conductrice.

On ne peut pas utiliser une bande noire (plus simple à réaliser) pour l'indexation car le passage à zéro du signal vidéo n'est pas utilisable dans toutes les situations (images très sombres où la la bande noire n'apparait plus).

Il s'agit d'une image grise 60%. Les niveaux des trois couleurs sont conformes (le vert joue un rôle plus important dans notre vision).


Filtre couleur vidicon avec signal vidéo résultant
Le graphique montre comment détecter le cyan: il se trouve à la moitié (dans le temps!) de la courbe ascendante (fin trait cyan).

  Signal vidicon "blanc" permettant de déterminer indirectement la quantité de bleu et de rouge.

Il s'agit d'une image blanche 100% avec les pourcentages chromatiques corrects.

Signal d'une image bleue
(pas de vert, le bleu est détecté par le saut de tension cyan)

Signal d'une image rouge
(pas de vert et pas de cyan (donc pas de bleu non plus))

Signal d'une image jaune
(vert + rouge)

Signal quand le capteur est dépassé (overload)

Le signal vert est déjà au maximum et les tons bleus et rouges ne sont pas détectés.



La couleur avec un seul tube:
détection par différence de niveau

Les autres marques utilisent un système plus simple qui permet de se passer de la bande d'indexation. C'est vraiment une invention "bon sang! Mais c'est bien sûr!" tant elle est évidente par après.

Le système utilise des bandes verticales vertes, cyan et transparentes. Lors du balayage, le rayon frappe successivement trois couleurs: vert, cyan et blanc, et ceci 300 fois par ligne. Il est facile de déterminer quelle est la couleur du point par comparaison avec les points voisins: le vert est la teinte la plus foncée, le cyan (composé de vert et de bleu) est un peu plus clair et le blanc est le point le plus clair.

Le timing détermine quand la composante cyan doit être échantillonée: entre le pic vert (le plus foncé) et le pic blanc (le plus clair).

Il est donc aisé de déterminer la composante Y (la luminance) en utilisant un détecteur de crête qui va chaque fois échantilloner le niveau maximum. Le vert est détecté de la même manière, mais en détectant le signal minimum (c'est la teinte la plus foncée).

Le bleu est détecté de manière indirecte: la teinte cyan est composée de vert et de bleu: la différence entre le niveau vert et le niveau cyan est la composante bleue. Le rouge est détecté de façon identique: la teinte cyan est du blanc auquel on a retiré le rouge. La différence entre le cyan et le blanc est donc la composante rouge.



Ce système relativement simple fonctionnait très bien dans les camescopes amateur, mais ne pouvait pas être utilisé pour la télévision (broadcast): l'image n'était pas assez détaillée pour répondre aux normes de la télévision et les couleurs n'étaient pas suffisamment bien définies. Le rouge et le bleu sont en effet déterminées indirectement (par une soustraction) ce qui augmente le bruit de fond. Le système suivant est meilleur.

De plus, les parties surexposées de l'images donnaient un ton vert très bizarre. Tous ceux qui ont réparé les tubes de prise de vues des premiers camescopes doivent se rappeller de cet étrange phénomène qui s'explique simplement: quand le tube est saturé, le niveau vert est pratiquement au maximum et il n'y a aucune composante bleue ou rouge qui s'ajoute.

Le même phénomène de teinte verte quand l'image est saturée apparait également avec d'autres systèmes couleur, il n'est donc pas possible de déterminer le type de tube en regardant l'image produite.


La couleur avec un seul tube:
détection par porteuse
Système Spectraplex

Comme la couleur était transmise par une sous-porteuse à 4.43MHz (on oublie les français), les ingénieurs ont songé à coder l'information couleur sous forme de porteuse, par une sorte de codage optique qui se retrouverait dans le signal vidéo. Les couleurs pouvaient ensuite être détectées en envoyant le signal par un filtre passe bande étroit et en détectant le signal résultant.

On utilise un filtre coloré composé de bandelettes cyan (qui codent le rouge) et jaunes (qui codent le bleu). Le filtre est transparant entre les bandes.

Les bandes jaunes sont verticales, tandis que les bande cyan sont placées sous un angle. Lors du balayage les bandes jaunes produisent un signal de 5MHz et les bandes cyan un signal de 3.5MHz pour autant qu'il y ait une différence d'intensité, c.à.d. que la couleur complémentaire est présente.

Supposons une image complètement rouge: les bandes cyan bloquent le rouge, qui est la couleur complémentaire. Le balayage produit une modulation à 3.5MHz. Les bandes jaunes ne bloquent pas le rouge, il n'y a pas de modulation à 5MHz.

Si l'image est totalement bleue, nous avons un phénomène identique, mais avec les bandes jaunes, qui produisent une modulation de 5MHz.

Si nous avons une image toute blanche, nous avons les bandes cyan et jaunes qui produisent toutes deux leur modulation respective. Pour former une image blanche, il faut du rouge et du bleu (et également du vert, mais n'anticipons pas).

L'information de chrominance rouge et bleue sont obtenues en envoyant le signal du tube de prises de vues dans deux circuits accordés, l'un sur 3.5MHz et l'autre sur 5MHz et end étectant le signal amplifié.

Mais comment générer le vert? Le vert est présent dans l'information monochrome (intensité). On envoie d'abord la luminance dans un filtre passe-bas pour que la bande passante du signal soit identique à celle du canal bleu et rouge. La composante verte est la luminance moins le bleu et moins le rouge.

Le schémà à droite est très simplifié: le signal de luminance contient trop de vert (qui n'est pas filtré), mais en pratique cela n'a pas grande importance car la luminance est surtout composée de vert. La ligne à retard sur la luminance sert à compenser le délai de la chrominance: les filtres produisent en effet un retard, et celui-ci est déjà visible avec un retard de moins d'une microseconde.

Nous obtenons ainsi la luminance et les trois composant couleurs avec une bande passante limitée à 0.5MHz. A partir de cela, il est possible de générer un signal vidéocomposite qu'on peut enregistrer ou envoyer à un moniteur.

Un problème, c'est la bande passante limitée de l'intensité (luminance) qui ne monte pas à plus de 3MHz. Cela ne pose aucun problème pour les appareils grand-public (l'enregistrement vidéo ne monte pas à plus de 3MHz), mais ne peut pas être utilisé en broadcast.

La déflection doit être ajustée correctement pour que les fréquences couleurs soient correctes. Si la surface analysée est plus petite que la norme, les fréquences générées seront également plus basses que la norme. Un petit jeu est possible, qui peut éventuellement être corrigé en modifiant l'accord des circuits accordés.

Il faut évidemment aussi que le spot du balayage soit le plus fin possible (plus fin que les bandes colorées), autrement il n'est pas possible de les détecter.

Le tube RCA vidicon type 4445 qui a été réalisé pour cette norme contient 530 bandes colorées par pouce.

Ici aussi les parties sur-exposées produisent du vert, car il n'y a plus de modulation (couleur) quand il y a un dépassement de capacité. De plus une sur-exposition produit localement un blooming (perte de focus électronique), ce qui fait que la trame ne peut plus être détectée.


La couleur avec un seul tube:
détection par porteuse et phase
Système Interplex

Le système suivant va encore un peu plus loin et n'utilise qu'une seule fréquence qui porte l'information couleur, modulée aussi bien en amplitude qu'en phase. Cette modulation correspond à la norme NTSC et PAL. Le but est d'obtenir un signal vidéo qui se rapproche le plus de la norme sans qu'il ne faille un traitement complexe du signal.

Une des caractéristiques de la norme NTSC et PAL c'est le spectre discontinu de l'information (car basée sur des lignes et des trames, donc une information que se répète d'image à image). On peut donc assez facilement éliminer la composante couleur du signal vidéo avec un filtre en peigne, tandis que la composante couleur est récoltée par un filtre passe-bande. Il n'est donc plus nécessaire de limiter la bande vidéo à 3MHz.

Mais le système est basé sur une porteuse couleur de fréquence bien précise (de 4.433 618 75 MHz) pour que le spectre des fréquences de la couleur se trouvent parfaitement entre le spectre de la luminance. C'est facile à réaliser avec un oscillateur à quartz qui produit toutes les fréquences vidéo nécessaires (trame, ligne,...) à partir d'une seule fréquence.

Il est par contre impossible d'obtenir une telle précision avec un tube de prise de vue. Le balayage doit être effectué à une vitesse extrèmement constante et la surface balayée doit être parfaitement définie. C'est impossible à réaliser en pratique: une faible variation de la haute tension modifie la déflection et donc la surface balayée. Un petit changement de température modifie la résistance des bobines de déflection, donc du courant et donc de la déflection.

Ce système n'a pas été utilisé en pratique, mais à servi de base dans certaines caméras à capteur CCD ou CMOS. Ici, la fréquence d'échantillonage est fixée par quartz et chaque pixel est lu à la fréquence exacte. Le capteur produisait ainsi directement un signal NTSC ou PAL.

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