Вещательная студийная камера EMI 2001 была ранней, очень успешной студийной камерой Plumbicon британского производства , которая включала объектив внутри корпуса камеры. Четыре 30-миллиметровые трубки позволяли выделить одну трубку исключительно для создания монохромного сигнала относительно высокого разрешения, а остальные три трубки обеспечивали красные, зеленые и синие сигналы. Несмотря на то, что в большинстве камер использовались полупроводники , высокочувствительные головные усилители по-прежнему использовали термоионные лампы в первом поколении конструкции.
Интеграция объектива в корпус камеры имела как положительные, так и отрицательные эффекты. С положительной стороны, это означало, что оптическая узловая точка камеры была близка к центру тяжести, что могло сделать работу более простой и интуитивно понятной при использовании на подвижных креплениях камеры, таких как пьедесталы. Недостатком было то, что производители объективов были ограничены в том, какие объективы они могли адаптировать для установки на камеру. Это сделало 2001 менее привлекательным для внешних трансляций.
Модель 2001 года была и тяжелой, и большой. Для безопасного перемещения камеры с установленным объективом с помощью выдвижных ручек на каждом углу требовалось четыре человека. Также требовался отдельный блок дистанционного управления камерой, а кабель, соединяющий их, был толщиной более 2 дюймов. Стандартный сервоуправляемый студийный зум-объектив имел горизонтальный угол обзора от 5 до 50° с минимальным фокусным расстоянием 36 дюймов (тип J) или 18 дюймов (тип K).
EMI 2001 использовал четырехстороннюю призменную сборку для разделения света на его компоненты, используя те же новые принципы, которые были разработаны Philips для ее трехстороннего разветвителя. Эти новые сборки использовали свойство полного внутреннего отражения внутри призм, чтобы направлять свет в приемные трубки. Методы были описаны в патенте, впервые поданном в 1961 году. [1] Трехсторонняя призма также была описана в описании камеры LDE3. [2]
Техника использования призменной сборки таким образом намного превосходила более ранние светоделительные устройства, поскольку призменная сборка была аккуратной и компактной, а воспроизводимость в производстве была значительно улучшена. Проблемы, которые ранее возникали с двойным изображением (обычно с дихроичными зеркалами из плоского стекла), также были устранены. Кроме того, из-за почти нормального падения света на дихроичные поверхности чувствительность к поляризованному свету была снижена. [1]
В результате EMI решила использовать четырехтрубную версию призматического делителя для своей новой цветной камеры, [3] чтобы сохранить все преимущества метода. Однако разработать одну призматическую компоновку для четырех трубок было сложнее, чем для трех, и изначально рассматривалось несколько альтернатив.
В ранней конфигурации призматического блока, показанной на эскизе, три приемные трубки должны были располагаться в общей плоскости, но четвертая (красная) трубка торчала вверх, почти под прямым углом к остальным трем. (Эта конфигурация должна была использоваться в российской четырехтрубной камере типа КТ-116М. [4] )
Для окончательной оптической компоновки в EMI 2001 зеленая призма была заменена на полностью посеребренное зеркало под углом около 45 градусов, чтобы отклонять зеленый свет вбок, что привело к окончательной компоновке с четырьмя спицами. (Если смотреть с задней стороны камеры, четыре трубки выглядели как диагональный крест). Эта оптическая компоновка определила размеры поперечного сечения камеры (которые были немаленькими — 380 × 380 мм), но она позволила разместить зум-объектив внутри корпуса камеры. Кроме того, удаление отдельных приемных трубок стало возможным без необходимости удаления сканирующих катушек, поскольку основания трубок были легко доступны на внешних углах.
Композитные сигналы систем NTSC , PAL и SECAM состоят из широкополосного сигнала яркости и двух узкополосных сигналов цветового различия, содержащих BY и RY. Если для получения сигналов цветового различия использовать версию сигнала с трубки яркости с ограниченной полосой пропускания без изменений, то возникнут ошибки цвета. Это связано с тем, что характеристика яркости, ожидаемая при обработке цвета, должна быть составлена особым образом, с использованием определенных пропорций красного, зеленого и синего, тогда как сигнал с трубки яркости имеет более общую монохроматическую характеристику, похожую на характеристику обычной черно-белой камеры. Кроме того, применение гамма-коррекции к сигналам еще больше усложняет ситуацию (дисплейные трубки имеют приблизительно квадратичную характеристику с γ ≈ 2,2).
Как показано ниже, полезно, но недостаточно, формировать яркостную характеристику для имитации яркостной характеристики NTSC (PAL или SECAM) (например, помещая оптический фильтр перед яркостной трубкой для пропускания света с требуемой функцией яркости [5] или с помощью специальной дихроичной поверхности, которая отражает свет в яркостную трубку с требуемой функцией яркости [6] ).
Для базовой 3-цветной системы широкополосный сигнал яркости (Y') для NTSC, PAL и SECAM определяется по формуле: [7] [8]
В случае отдельной трубки яркости, с соответствующим формированием спектра, выходной сигнал (Y) определяется по формуле:
что при гамма-коррекции дает:
При получении двух узкополосных цветоразностных сигналов, содержащих R N и B N , требуется ограниченная по полосе версия сигнала яркости (y'), а именно:
но ограниченный по полосе сигнал от яркостной трубки:
Как и прежде, не равно . Если вместо y' просто использовать гамма-скорректированный сигнал яркости, то возникнут цветовые ошибки, которые могут быть заметны для насыщенных цветов.
В EMI 2001 для решения этой проблемы используется процесс, известный как Delta-L Correction [3] [9] .
Формируется сигнал коррекции разности яркости с ограниченной полосой пропускания ΔL, где:
Этот узкополосный сигнал используется для коррекции широкополосного канала яркости на низких частотах, поэтому передаваемый монохромный сигнал становится:
С этим скорректированным сигналом яркости достигается правильная цветопередача, при этом сохраняется четкая детализация яркости 4-трубчатой камеры. Узкополосные сигналы R, G и B подвергаются гамма-коррекции и применяются к подходящей схеме матрицирования для получения коррекции. В сценах с серой шкалой = и сигнал возвращается к сигналу только трубки яркости.
Схемы в 2001 году были полностью твердотельными, за исключением приемных трубок и, в ранних камерах, первого каскада усилителей головок. Схемы широко использовали конфигурацию усилителя «кольцо из трех», показанную упрощенно на рисунке. Эта схема легко адаптировалась для различных целей.
В нормальном, неинвертирующем режиме нижняя часть резистора R2 заземлена, а вход осуществляется через V в (1). В этом режиме усилитель ведет себя как «усилитель с обратной связью по току». [10] Схема сохраняет свою полосу пропускания при увеличении усиления (за счет уменьшения R2), в отличие от обычного операционного усилителя с обратной связью по напряжению. [11]
Схема имеет точку « виртуальной земли » в точке «A», что позволяет использовать инвертирующие или суммирующие усилители. В этом режиме база TR1 заземлена, а вход осуществляется через V в (2) и последовательный резистор R2.
EMI 2001 использовал фильтры определения полосы во всех четырех каналах. Для каналов цвета и узкополосной яркости фильтры нижних частот имели полосу пропускания в форме Гаусса [12] и, хотя такие фильтры не были «резкими», они были линейными по фазе и давали незначительные выбросы на переходных процессах. Широкополосный канал яркости имел свою полосу пропускания, определенную линейным фазовым фильтром нижних частот с отсечкой 3 дБ на частоте 6,8 МГц. Его конструкция следует методам решетчатых фильтров Боде . [13]
Ниже показаны амплитудные характеристики двух фильтров. Также показаны отклонения фазы двух фильтров от линейной фазочастотной характеристики, определяемые как:
где f — частота в Гц, а φ (f) — в градусах. На низких частотах задержки распространения обоих фильтров одинаковы (приблизительно 177 нс).
«Расплывчатость» относится к ситуации, когда яркие области на изображении «перетекают» в соседние темные области, что приводит к потере резкости и детализации изображения. [14] [15] [16] Это состояние приводит к появлению «хвостов комет» [14], которые тянутся по изображению, следуя за движущимися бликами.
На снимках, полученных с помощью ранних камер Plumbicon, наблюдались кометные хвосты и засветка, и хотя эти эффекты не были серьезной проблемой в камерах предыдущего поколения, в которых использовались видиконы или ортиконы, они были раздражающей особенностью трубок Plumbicon.
Проблемы возникали, когда ток пучка приемной трубки был недостаточен для полной разрядки цели в очень ярких областях изображения. Уменьшение напряжения цели и увеличение тока пучка приемной трубки помогали смягчить проблему, но с ранними Plumbicons это приводило к потере разрешения и увеличению задержки. [17]
Эта проблема с трубками Plumbicon уже вызывала беспокойство в начале 1960-х годов [18], и все ранние камеры Plumbicon страдали от нее, [19] включая EMI 2001. [20] [21] С отдельными сетчатыми трубками было некоторое улучшение, поскольку более высокие токи пучка могли использоваться без потери разрешения. [22] В некоторых камерах были введены схемы антикометного хвоста для обеспечения динамической коррекции при обнаружении перегрузки (схемы ACT), но они не использовались в EMI 2001.
Проблема не была удовлетворительно решена до конца 1960-х годов, когда в трубки Plumbicon была введена дополнительная пушка «антикометного хвоста». [23] [24] Новые конструкции камер, произведенные в 1970-х годах, могли включать новые улучшенные трубки, и обычно так и делали. Некоторые камеры 2001 года были модифицированы для установки новых трубок, но это была сложная процедура модернизации из-за сложности дополнительных схем.
Поставляемые EMI, 2001 и более поздние 2001/1 не имели никакой формы ACT (антикометный хвост) или HOP (защита от перегрузки по яркости). Вот почему ее производительность была плохой в этом отношении по сравнению со следующим поколением камер, поставляемых в 1970-х годах. Ни одна из первых камер настоящего вещания в середине-конце 1960-х годов не имела ACT, поэтому EMI 2001 не была чем-то необычным.
При просмотре старых записей, например, записей 2001 года, очень легко определить, использовалась ли в программе камера EMI 2001 (или любая другая цветная камера PAL первого поколения) для захвата изображений, поскольку хвосты комет часто представляли собой цветные «капли» или «пятна» (обычно вызванные источником света или светом, отражающимся от высокоотражающей или полированной поверхности) просто потому, что в камере не было схем ACT.
Некоторые вещатели модифицировали свои камеры, чтобы иметь ACT, но модернизация ACT/HOP была непростой модификацией, поскольку потребовались бы четыре новые трубки камеры HOP, основания трубок, жгут проводов, четыре усилителя головок и четыре видеоусилителя, а также платы тока пучка трубок — все это требовало бы работы над ними. ACT и HOP работают, используя дополнительный электрод в трубке для «заливного разряда» цели во время периода обратного хода. При настройке напряжений HOP требовалась большая осторожность, поскольку могло произойти повреждение излучения трубки. После установки схемы ACT были отрегулированы таким образом, чтобы хвост кометы не выглядел как «капля».
Даже когда схемы ACT были модернизированы, иногда возникали кометные хвосты, состоящие либо из смеси двух отдельных цветов, один цвет внутри другого (например, кометный хвост, который красный, с меньшим кометным хвостом внутри того, который может быть зеленым), либо кометный хвост мог быть неосновного цвета, например розового. Проблемы возникали, когда настройки схем ACT не были хорошо согласованы.
В 1963 году, до разработки 2001 года, инженерами EMI была создана экспериментальная камера с четырьмя трубками [25] . Эта экспериментальная камера была вдохновлена новой камерой RCA с четырьмя трубками, TK-42, [26] и использовала ту же компоновку трубок, т.е. 4+1 ⁄ 2 -дюймовая (110 мм)трубка Orthicon в канале яркости и три 1-дюймовые (25 мм) трубки Vidicon в цветовых каналах. Кроме того, экспериментальная камера имела встроенный зум-объектив Varotal III . Она была продемонстрирована BBC в 1964 году [17] , где получила неоднозначный прием. Снимки с камеры имели разочаровывающую колориметрию , но четкую яркостную детализацию.
Планировалась производственная версия этой камеры, EMI 2000, но эта камера так и не была построена после того, как BBC изначально указала трубки Vidicon. Перед началом производства BBC изменила политику, приняв новые доступные трубки Plumbicon [27], поставляемые Philips, в новой камере EMI 2001, что задержало производство, поскольку были необходимы изменения в конструкции для учета эксплуатационных характеристик новых трубок в схемах, с которыми они будут интегрированы. [3] После задержек в разработке производственные объемы этой камеры не были готовы к запуску службы цветного телевидения BBC в 1967 году, и были срочно заказаны четырехтрубные камеры Marconi Mk VII. Когда EMI 2001 была готова к производству в начале 1968 года, камеры Marconi Mk VII, заказанные BBC [6] [28], были перемещены в студии погоды, новостей и презентаций в Телецентре (где движение было бы менее проблематичным, так как операторы жаловались на дискомфорт от работы с ними в необычных позах). BBC также заказала трехламповые камеры Philips LDK3 [29] , которые в основном использовались для внешних трансляций и в некоторых региональных студиях.
Инженеры EMI посетили Соединенные Штаты в 1963 году, чтобы увидеть новую четырехтрубную цветную камеру RCA, TK42. [5] Сразу после этого визита исследовательские лаборатории EMI приступили к программе по созданию экспериментальной камеры, использующей тот же формат. Строительство заняло всего шесть недель интенсивных усилий, чему способствовало изъятие деталей из существующих камер EMI. Элементы были взяты из монохромной студийной камеры изображения Orthicon EMI Type 203 , [30] для канала яркости, и промышленной цветной камеры Type 204, [31] [32] для цветовых каналов. Эта камера содержала три видиконовые трубки и систему разделения цвета с использованием стеклянных дихроичных зеркал. Кроме того, в корпус экспериментальной камеры был встроен зум-объектив Varotal III. Камера была размещена в простой коробчатой конструкции с ребрами из экструдированного алюминия и гладкими боковыми панелями. [33]
Экспериментальная камера была продемонстрирована BBC в 1963 году, где она получила неоднозначный прием. В то время BBC оценивала раннюю трехтрубчатую камеру Philips, в которой использовались некоторые недавно появившиеся приемные трубки Plumbicon . [34] [2] [i] Она была настроена инженерами BBC для получения высоконасыщенных цветных изображений, и их не впечатлили «окрашенные» изображения камеры EMI.
Чтобы лучше оценить работу существовавших тогда камер, BBC организовала сравнительные испытания экспериментальной камеры EMI, камеры Philips и камеры Marconi three IO. [17] В ходе этих испытаний колориметрия изображений с камеры EMI оказалась не в пользу двух других, но она дала самые четкие изображения.
Несмотря на прохладный прием экспериментальной камеры со стороны BBC, EMI продолжала придерживаться концепции с четырьмя трубками, но теперь с использованием трубок Plumbicon, как и предлагал Вуд [17] , хотя до начала работы произошла некоторая задержка. Для задержки было несколько причин. Во-первых, совет директоров EMI колебался с предоставлением финансовых инвестиций, необходимых для проекта. Во-вторых, была неопределенность относительно того, где разместить работу, но в конечном итоге был выбран Отдел цветного телевидения Исследовательских лабораторий вместо Отдела вещательного оборудования (существующего поставщика монохромных камер и студийного оборудования EMI). В-третьих, были опасения относительно надежности поставок трубок Plumbicon, поскольку Philips был единственным поставщиком. [ii] В-четвертых, были опасения относительно переменных стандартов качества ранних приемных трубок Plumbicon, поскольку было обнаружено, что некоторые трубки давали нестабильные изображения. [17] Хотя большинство проблем с качеством трубок были быстро решены Philips, оставались опасения относительно «кометных хвостов» и «засветки».
После того, как совет EMI одобрил новую камеру в конце 1964 года, работа над ней быстро продвигалась. Камера должна была использовать четыре приемных трубки Plumbicon и твердотельные схемы, включать зум-объектив в качестве стандарта и использовать призматическую оптику. После позднего старта первый полностью рабочий прототип был показан BBC и другим в 1966 году, как раз вовремя, чтобы уложиться в сроки BBC по внедрению ее новой цветной службы.
Ранние камеры использовали термоэлектронные лампы (вакуумные трубки) на первых каскадах усилителей головок, но позже были введены усилители на полевых транзисторах , такие камеры получили обозначение типа 2001/1. Все остальные схемы в камерах, за исключением приемных трубок, были твердотельными.
Продажи Type 2001 были очень успешными в Великобритании. BBC и многие независимые телекомпании установили камеры в своих студиях во время быстрого расширения цветных услуг в Великобритании после 1967 года. Однако к тому времени, когда EMI выполнила свои заказы в Великобритании (к концу десятилетия), бум на рынке США был упущен, а европейский рынок еще не полностью развился или уже был занят камерами Philips. Кроме того, конкурирующие компании уже выпускали новые конструкции, и теперь EMI нашла лишь ограниченный рынок для камеры с конфигурацией из четырех трубок.
Впервые выпущенный в 1966 году, к началу 1970-х годов почти все студии BBC Television и многие внестудийные вещательные (OB) подразделения были оснащены 2001. [37] Несколько компаний ITV приобрели или арендовали камеру, включая Thames Television , Yorkshire Television , Associated Television / Central Independent Television , Granada , HTV , Anglia , London Weekend Television и Independent Television News . Независимые компании, такие как ранние кабельные телевизионные станции Rediffusion Cablevision , Sheffield Cablevision и образовательное телевизионное подразделение Inner London Education Authority, также приобрели камеру.
При продаже за рубежом EMI 2001 выпускался под брендом Thomson SA – отсюда и "Thomson TH.T 2001". Как это произошло, неизвестно, поскольку у EMI и Thomson SA не было деловых связей.
В камерах Thomson 2001, как и в EMI, также использовались плюмбиконы; однако, судя по брошюре, напечатанной на французском языке , предполагалось, что они использовали видиконы . [38] Но, за исключением серебристых квадратов видоискателя (вместо белых) и смены названия бренда спереди и по бокам, камеры были одинаковыми.
В Соединенных Штатах камеры продавались корпорацией International Video Corporation как IVC/EMI 2001-B (четыре трубки), а также другая версия, IVC/EMI 2001-C, состоящая из трех трубок. [39] [40] [41] Известно, что только одна американская станция приобрела камеру 2001 года: WSNS-TV в Чикаго в первые годы ее работы. [42]
Хотя не было прогнозируемого срока службы камеры, тяжелая конструкция с четырьмя горячими трубками считалась несколько устаревшей даже когда она была новой, что способствовало почти полному провалу продаж камеры вещателям за пределами Великобритании. Кроме того, когда EMI закрыла подразделение вещательного оборудования в конце 1970-х годов, студии были лишены технической поддержки и запасных частей для своих камер. Следовательно, несколько компаний ITV начали заменять их в конце 1970-х годов, а последние коммерческие операторы (Yorkshire & Central) постепенно отказались от них в 1986 году (в основном Central избавилась от них в 1984 году, однако они использовались для непрерывности и презентации из его работы в Бирмингеме до 1986 года). Однако BBC продолжала использовать ряд таких камер в BBC Television Centre , его различных региональных отделениях и BBC Elstree Centre в течение нескольких лет после этого, последняя из которых находилась в Elstree до июля 1991 года; они работали за счет «каннибализма» идентичных камер, оставшихся от Central, когда BBC приобрела у нее Elstree в 1984 году, а также BBC EMI 2001, утилизированных в предыдущие годы.
Rank Taylor Hobson отказался предложить зум-объектив для новой камеры EMI, заявив, что он полностью занят в другом месте, но Angenieux (см. Pierre Angenieux ) выразила свою заинтересованность в поставке зум-объективов для проекта. Французская компания предложила два зум-объектива для камеры; первый был зумом 10:1 для студийного использования, а второй — более крупным блоком для внешних трансляций. Оба могли быть размещены внутри корпуса камеры, хотя объектив OB немного выступал.
Для размещения четырехстороннего призматического делителя требовалось большее расстояние от задней части объектива до фокальной плоскости изображения по сравнению с трехтрубчатым делителем. Это предъявляло высокие требования к конструктору объектива, но Angenieux удалось выполнить требования EMI при условии, что линзы выравнивания поля были установлены перед каждой приемной трубкой. Ранние камеры использовали такое расположение, но с более поздними конструкциями зума эти линзы стали ненужными.
Серводвигатели и сервоусилители поставлялись Evershed Power Optics. [43] Усилители приводов для серводвигателей были установлены в корпусе камеры рядом с объективом. Сервоприводной зум-объектив и связанная с ним схема усилителя значительно увеличили вес камеры. Кроме того, включение сервоприводов в корпус камеры исключало использование других марок зум-объективов.
Интегральный зум-объектив был популярной особенностью EMI 2001, которая нравилась операторам камер, и ее иногда называли в телевизионной индустрии «камерой оператора». [44] [45] [46] [47] Без выступающего зум-объектива студийная камера имела длину всего 537 мм, что позволяло использовать ее в небольших помещениях и очень легко панорамировать (она имела низкий момент инерции). Кроме того, изображения, полученные во время панорамирования, имели более естественный вид. Эксплуатационная гибкость камеры была продемонстрирована в обучающих видеороликах. [48]
Хотя камера с интегральным зум-объективом была популярна в Великобритании, эта концепция оказала небольшое влияние на дизайн или продажи камер в других местах. Только Marconi с его небольшой аккуратной Mk VIII [49] и камеры Link несколько лет спустя [50] последовали этой концепции. Большинство производителей камер утверждали, что формат, в котором объектив выступает перед камерой, дает больший выбор поставщика объектива, и, конечно, это был формат, который облегчил жизнь конструкторам камер, поэтому энтузиазм операторов камер по поводу концепции интегрального зума, как выяснилось, не оказал долгосрочного влияния на конструкторов. Даже EMI отказалась от идеи иметь интегральный зум-объектив со своей новой камерой Type 2005 [51] , которая имела формат, напоминающий самую раннюю экспериментальную камеру Philips с ее тремя горизонтально расположенными трубками. [52]
Четырехламповая телевизионная камера
