Historique
Caméras vidéo couleur
Caméras
Root » Serveurs » Electro-ménager » Historique » Image » Caméra vidéo

Les premières caméras de télévision étaient monochromes. Mais rapidement se pose le problème: comment rendre ces tubes de prise de vues sensibles à la couleur? Les caméras de télévision utilisent trois tubes équipés de filtres de couleur, mais c'est un système qui n'est pas envisageable pour les camescopes.


La télévision existait déjà avant la seconde guerre mondiale, la guerre a simplement stoppé l'évolution pendant quelques années. Mais après la guerre, les Etats Unis pensent déjà à la télévision couleur.


Fonctionnement d'un tube vidicon ou équivalent

Un petit historique et les principes de fonctionnement sont donnés ici:
Tubes de prise de vues vidicon


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

Signal Trinicon permettant de déterminer directement les niveaux bleus, vert et rouges grace à l'indexation.
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.

Les caméras de télévision de l'époque étaient équipés d'un tube de prise de vue monochrome. Nous n'allons pas détailler les différents types de tubes, mais ils sont tous basés sur des principes semblables.

Ces tubes de prise de vue fonctionnent un peu comme une télévision à l'envers: un fin rayon cathodique (comme dans un téléviseur) frappe une cible et produit un faible courant électrique proportionnel à l'éclairement de ce point de la cible.


Tube vidicon
(il a une longueur d'environ 10cm)

Le rayon cathodique est dévié horizontalement et verticalement comme dans un téléviseur pour frapper toutes les parties de la cible. Le tube de prise de vue a donc environ les même composants qu'un tube de télévision: une cathode, des électrodes pour focusser le rayon, des bobines de déflection, une cible frappée par le rayon et une haute tension pour faire fonctionner le tout.

Une grille de décéleration portée à un potentiel positif freine les électrons pour qu'ils frappent la cible à faible vitesse, pour éviter l'émission secondaire (émission de nombreux électrons au point de contact, ce qui fausserait la mesure). Le tube fait environ 10cm de long pour un diamètre d'un peu plus d'un cm.

Le circuit de déflection fait dévier le rayon cathodique qui trace très rapidement des lignes horizontales les unes en dessous des autres, le système est comparable à un humain qui lit un texte.

Le point de la cible qui est touché par le rayon décharge son signal via une connection. Il s'agit de la quantité de lumière intégrée depuis le passage précédent du rayon. Après mise en forme (égalisation des niveaux et ajout des tops de synchronisation) ce signal forme le signal vidéo monochrome.

La cible est composée d'un composant sensible à la lumière. Il s'agit d'une couche continue, un peu comme l'émulsion d'un film de cinéma. Les systèmes suivant utiliseront un circuit intégré sensible à la lumière (CCD) composé de nombreux pixels individuels.

Les tubes les plus utilisés sont les tubes de type "vidicon", mais chaque fabricant produit un tube avec une cible un peu différente, permettant d'utiliser un nom différent: plumbicon, saticon, etc.

Ce type de tube produit un signal moins bon que l'image-orthicon, mais est plus simple et plus facile à calibrer. Les tubes de type vidicon dont la qualité s'améliore lentement remplacent petit à petit les tubes image-orthicon, sauf dans les applications où il faut avoir des images très nettes (caméras de la Nasa).

La couleur avec 3 tubes

Cette caméra produit un signal monochrome: la cible est sensible à toutes les couleurs. Pour produire la couleur, on va utiliser trois tubes qui sont éclairés par les trois couleurs primaires: le vert, le bleu et le rouge. La lumière est filtrée par un triple filtre.

Ce système fonctionne bien, mais ne peut être utilisé qu'en studio. En effet il faut que le balayage synchronisé des trois tubes frappe exactement le même point des cibles, autrement on a un problème de recouvrement. C'est le même problème qu'on retrouve dans les premiers téléviseurs couleur à masque (convergence), mais ici l'effet est augmenté par le fait qu'on utilise trois tubes dont les caractéristiques ne sont pas parfaitement identiques.

Les caméras de télévision de studio doivent régulièrement être recalibrées (pratiquement avant chaque émission) et on les laisse sous tension pour éviter qu'elles ne se dérèglent. Même l'apparition de transistors et de circuits intégrés plus stables ne résoud pas fondamentalement le problème: les tubes de prise de vues doivent régulièrement être calibrés.


Caméra couleurs Plumbicon
Les trois tubes de prise de vues sont emballées dans un gros boitier métallique pour éliminer l'influence du champ magnétique terrestre qui aurait produit des erreurs de recouvrement chaque fois que l'opérateur aurait tourné sa caméra.

Il faut encore y ajouter une armoire de la grandeur d'un frigo américain pour générer les signaux de controle (déflection et convergence). L'armoire dispose également d'un moniteur de controle.

Un tel système ne peut évidemment pas être utilisé dans les systèmes tout-public. Il faut un système qui utilise un seul tube, non seulement à cause de la place qu'un triple système nécessite, mais surtout à cause des réglages qui doivent être refait à chaque mise en route.

C'est pour cette raison que de nombreux reportages pour la télévision étaient réalisés en 16mm, développés au studio et puis envoyés à l'antenne: les caméras à trois tubes ne pouvaient en pratique pas être utilisées en déplacement. Les caméras mobiles permettaient une image monochrome, mais pas la couleur.

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.

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

La couleur avec un seul tube:
systèmes concurrents

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.

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.

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.

La couleur avec un capteur CCD

Et puis sont venus les camescopes avec capteur CCD (et bien plus tard CMOS), mais cà c'est une aute histoire,... Sauf qu'ici aussi on utilise une trame pour détecter la couleur. La mosaique de Bayer utilisée dans les capteurs CCD est en fait une évolution du filtre vertical utilisé dans les tubes vidicon et autre.

Ici aussi les camescopes CCD avec un seul capteur produisent une image acceptable, tandis que les caméras avec triple capteur sont utilisées en "broadcast". Le problème du recouvrement est réglé mécaniquement une fois pour toutes et ne se dérègle pas en pratique. C'est l'horloge centrale qui commande les trois capteurs: chaque point de l'image est ainsi envoyé simultanément à l'électronique.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's