The EMI 2001 broadcast studio camera was an early, very successful British made Plumbicon studio camera that included the lens within the body of the camera. Four 30 mm tubes allowed one tube to be dedicated solely to producing a relatively high resolution monochrome signal, with the other three tubes each providing red, green and blue signals. Even though semiconductors were used in most of the camera, the highly sensitive head amplifiers still used thermionic valves in the first generation of the design.
Integrating the lens within the body of the camera had both positive and negative effects. On the positive side, it meant the optical nodal point of the camera was close to the centre of gravity, which could make operation easier and more instinctive when used on movable camera mounts such as pedestals. The downside was that lens manufacturers were limited to which lenses they could adapt to fit to the camera. This made the 2001 less attractive for outside broadcasts.
The 2001 was both heavy and large. The pull-out handles at each corner needed four people to safely move the camera with the lens in place. It also required a separate remote camera control unit and the cable connecting the two was over 2 inches thick. The standard servo-controlled studio zoom lens had a 5 to 50° horizontal angle of view, with a minimum focus distance of either 36 inches (J type) or 18 inches (K type).
The EMI 2001 used a four-way prism assembly to split the light into its components, using the same novel principles that had been developed by Philips for its three-way splitter. These new assemblies used the property of total internal reflection, within the prisms, to direct the light to the pick-up tubes. The techniques were described in a patent first filed in 1961.[1] The three-way prism was also described in a description of the LDE3 camera.[2]
Такая техника использования призматического узла намного превосходила более ранние светоделительные устройства, поскольку призменный узел был аккуратным и компактным, а воспроизводимость производства была значительно улучшена. Также были устранены проблемы, возникавшие ранее при двойном изображении (обычные для дихроичных зеркал из листового стекла). Кроме того, из-за почти нормального падения света на дихроичные поверхности чувствительность к поляризованному свету была снижена. [1]
Следовательно, EMI решила использовать четырехтрубную версию призменного делителя для своей новой цветной камеры [3] , чтобы сохранить все преимущества метода. Однако разработать единую призму для четырех трубок было сложнее, чем для трех, и первоначально рассматривалось несколько альтернатив.
В ранней конфигурации призматического блока, показанной на миниатюре, предполагалось, что три приемные трубки будут находиться в одной плоскости, но при этом четвертая (красная) трубка будет торчать вверх, почти под прямым углом к трем другим. (Такая конфигурация должна была использоваться в российской четырехламповой камере типа КТ-116М. [4] )
В окончательной оптической схеме на EMI 2001 зеленая призма была заменена на полностью посеребренное зеркало под углом примерно 45 градусов, чтобы отклонять зеленый свет в сторону, в результате чего получилась окончательная конструкция с четырьмя спицами. (Если смотреть сзади камеры, четыре трубки выглядели как диагональный крест). Такая оптическая схема определяла габариты камеры в поперечном сечении (а оно было немаленьким – 380×380 мм), но позволяло разместить зум-объектив внутри корпуса камеры. Кроме того, удаление отдельных приемных трубок стало возможным без необходимости снимать сканирующие катушки, поскольку основания трубок были легко доступны по внешним углам.
Композитные сигналы систем NTSC , PAL и SECAM состоят из широкополосного сигнала яркости и двух узкополосных цветоразностных сигналов, содержащих BY и RY. Если для получения сигналов цветоразностного сигнала без модификации используется версия сигнала с яркостной трубки с ограниченной полосой пропускания, то возникнут ошибки цветопередачи. Это связано с тем, что яркостная характеристика, ожидаемая при обработке цвета, должна быть составлена особым образом с использованием определенных пропорций красного, зеленого и синего, тогда как сигнал от яркостной трубки имеет более общую монохроматическую характеристику, подобную сигналу обычного черного цвета. и белая камера. Кроме того, применение гамма-коррекции к сигналам еще больше усложняет ситуацию (экранные лампы имеют примерно квадратичную характеристику с γ ≈ 2,2).
Как показано ниже, полезно, но недостаточно, формировать яркостную характеристику для имитации яркостной характеристики NTSC (PAL или SECAM) (например, размещая оптический фильтр перед яркостной трубкой для пропускания света с требуемую функцию светимости, [5] или специальной дихроичной поверхностью, которая отражает свет в ярковую трубку с требуемой функцией светимости [6] ).
Для базовой трехцветной системы широкополосный сигнал яркости (Y') для NTSC, PAL и SECAM определяется следующим образом: [7] [8]
В случае отдельной яркостной трубки с соответствующим формированием спектра выходной сигнал (Y) определяется выражением:
что при гамма-коррекции дает:
При получении двух узкополосных цветоразностных сигналов, содержащих RN и B N , требуется версия сигнала яркости (y') с ограниченной полосой пропускания, а именно:
но сигнал с ограниченной полосой пропускания от трубки яркости:
Как и прежде, не равно . Если вместо y' просто используется сигнал яркости с гамма-коррекцией, возникают цветовые ошибки, которые могут быть заметными для насыщенных цветов.
В EMI 2001 для решения этой проблемы используется процесс, известный как коррекция Delta-L [3] [9] .
Формируется сигнал коррекции яркостного различия с ограниченной полосой пропускания ΔL, где:
Этот узкополосный сигнал используется для коррекции широкополосного канала яркости на низких частотах, поэтому передаваемый монохромный сигнал становится:
Благодаря этому скорректированному сигналу яркости достигается правильная цветопередача, сохраняя при этом четкую яркость, свойственную четырехламповой камере. Узкополосные сигналы R, G и B подвергаются гамма-коррекции и подаются на подходящую схему матричного преобразования для получения коррекции. Для сцен в оттенках серого = и сигнал возвращается только к сигналу яркостной трубки.
Схема в 2001 году была полностью полупроводниковой, за исключением звукоснимающих ламп и, в ранних камерах, первой ступени предусилителей. В схеме широко использовалась конфигурация усилителя «кольцо из трех», упрощенно показанная на рисунке. Эту схему можно было легко адаптировать 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 коэффициента усиления (за счет уменьшения R2), в отличие от обычной схемы с обратной связью по напряжению. усилитель. [11]
Схема имеет точку « виртуальной земли » в точке «А», поэтому возможны 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, определяющие полосу пропускания во всех четырех каналах. Для цветовых каналов и узкополосной яркости фильтры нижних частот имели полосу пропускания гауссовой формы [12] и, хотя такие фильтры не были «острыми», они имели линейную фазу и давали незначительные выбросы на переходных процессах. Полоса пропускания широкополосного канала яркости определялась линейно-фазовым фильтром нижних частот с отсечкой 3 дБ на частоте 6,8 МГц. Его конструкция соответствует методам решетчатого фильтра Боде . [13]
Амплитудные характеристики двух фильтров показаны ниже. Также показаны отклонения фазы двух фильтров от линейной фазочастотной характеристики, определяемые выражением:
где «f» — частота в Гц, а φ (f) — в градусах. На низких частотах задержки распространения обоих фильтров одинаковы (приблизительно 177 нс).
«Размытие» означает ситуацию, когда яркие области изображения «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 растекаются по изображению вслед за движущимися бликами.
На изображениях с ранних камер Пламбикона были видны хвосты комет и цветение, и, хотя эти эффекты не вызывали серьезной проблемы в камерах предыдущего поколения, в которых использовались трубки видикон или ортикон изображения, они были раздражающей особенностью трубок Пламбикона.
Проблемы возникали, когда ток луча приемной трубки был недостаточен для полной разрядки мишени в очень ярких областях изображения. Снижение целевого напряжения и увеличение тока луча приемной трубки помогло смягчить проблему, но в ранних плюмбиконах это приводило к потере разрешения и увеличению задержки. [17]
Эта проблема с трубками «Плюмбикон» уже вызывала беспокойство в начале 1960-х годов [18] , и от нее страдали все ранние камеры «Плюмбикон», [19] , включая EMI 2001. [20] [21] При использовании отдельных сетчатых трубок наблюдались некоторые улучшения, потому что можно было использовать более высокие токи пучка без потери разрешения. [22] В некоторых камерах использовались 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 Пламбикона была введена дополнительная пушка с «антикометным хвостом». [23] [24] Новые конструкции камер, выпущенные в 1970-х годах, могли включать в себя новые улучшенные трубки, и обычно так и было. Некоторые камеры 2001 года были модифицированы для установки новых ламп, но это была сложная процедура модернизации из-за сложности дополнительных схем.
По данным EMI, модели 2001 года и более поздние версии 2001/1 не имели какой-либо формы ACT (хвост антикометы) или HOP (защита от высокой перегрузки). Вот почему ее характеристики в этом отношении были плохими по сравнению с камерами следующего поколения, выпущенными в 1970-х годах. Ни одна из первых камер вещательного поколения середины и конца 1960-х годов не имела ACT, поэтому EMI 2001 не был чем-то необычным.
При просмотре старых записей, например, записей 2001 года, очень легко определить, использовала ли программа EMI 2001 (или любую другую цветную камеру PAL первого поколения) для захвата изображений, поскольку хвосты комет часто представляли собой цветные «капли». или «пятна» (обычно вызванные источником света или светом, отражающимся от сильно отражающей или полированной поверхности) просто потому, что в камере не было схем ACT.
Некоторые вещательные компании модифицировали свои камеры, чтобы использовать ACT, но модернизация ACT/HOP была непростой модификацией, поскольку потребовались бы четыре новые трубки для камер HOP, основания ламп, жгуты проводов, четыре предварительных усилителя и четыре видеоусилителя, а также платы тока лампового луча. всем нужна работа, проделанная над ними. ACT и HOP работают за счет использования дополнительного электрода в трубке для «затопления» цели во время обратного хода. При настройке напряжения HOP требовалась большая осторожность, поскольку могло произойти повреждение излучения лампы. После установки схемы ACT были отрегулированы так, 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, красный хвост кометы с меньшим хвостом кометы внутри, который может быть зеленый), или хвост кометы может быть неосновного цвета, например розового. Проблемы возникали, когда настройки цепей ACT не были хорошо согласованы.
В 1963 году, еще до разработки модели 2001, инженеры EMI сконструировали экспериментальную четырехламповую камеру [25] . Эта экспериментальная камера была создана на основе новой четырехламповой камеры RCA, TK-42, [26] и использовала то же расположение трубок, т.е. 4½-дюймовую трубку Orthicon для изображения в канале яркости и три 1-дюймовые трубки Vidicon в цветовых каналах. Кроме того, экспериментальная камера имела встроенный зум-объектив Varotal III . Он был продемонстрирован BBC в 1964 году [17] , где был встречен неоднозначно. Снимки с камеры имели разочаровывающую колориметрию , но четкую яркость деталей.
Была запланирована серийная версия этой камеры, EMI 2000, но эта камера так и не была построена после того, как BBC первоначально указала лампы Vidicon. Перед началом производства BBC изменила политику, включив новые доступные лампы Plumbicon [27] , поставляемые Philips, в новую камеру EMI 2001, что отложило производство, поскольку были необходимы изменения в конструкции, чтобы учесть рабочие параметры новых ламп в схемах. с которыми они будут интегрированы. [3] После задержек в разработке объемы производства этой камеры не были готовы к запуску службы цветного телевидения BBC в 1967 году, и были срочно заказаны четырехламповые камеры Marconi Mk VII. Когда в начале 1968 года EMI 2001 была готова к производству, камеры Marconi Mk VII, заказанные BBC [6] [28] , были перенесены в студии погоды, новостей и презентаций в Телецентре (где перемещение было бы меньшей проблемой, поскольку камера операторы жаловались на дискомфорт от работы с ними в необычных позах). BBC также заказала трехламповые камеры Philips LDK3, [29] которые в основном используются для внешнего вещания и в некоторых региональных студиях.
Инженеры EMI посетили Соединенные Штаты в 1963 году, чтобы осмотреть новую четырехламповую цветную камеру RCA TK42. [5] Сразу после этого визита в исследовательские лаборатории EMI. приступил к реализации программы по созданию экспериментальной камеры в том же формате. Строительство заняло всего шесть недель интенсивных усилий, чему способствовало использование частей существующих камер EMI. Объекты были взяты из монохромной студийной камеры EMI Type 203 image Orthicon [30] для канала яркости и промышленной цветной камеры Type 204 [31] [32] для цветовых каналов. Эта камера содержала три трубки Vidicon и систему разделения цветов с использованием дихроичных зеркал из листового стекла. Кроме того, в корпус экспериментальной камеры был интегрирован зум-объектив Varotal III. Камера имела простую коробчатую конструкцию с ребрами из экструдированного алюминия и гладкими боковыми панелями. [33]
Экспериментальная камера была продемонстрирована BBC в 1963 году и получила неоднозначную оценку. В то время BBC оценивала раннюю трехламповую камеру Philips, в которой использовались новые приемные трубки Plumbicon . [34] [2] [i] Инженеры BBC создали ее для получения очень насыщенных цветных изображений, и их не впечатлили «тонированные» изображения камеры EMI.
Чтобы лучше оценить характеристики существовавших на тот момент камер, BBC организовала сравнительные тесты между экспериментальной камерой EMI, камерой Philips и камерой Marconi с тремя входами-выходами. [17] В этих тестах колориметрия снимков с камеры EMI отличалась от двух других, но она давала самые резкие снимки.
Несмотря на вялый прием экспериментальной камеры со стороны BBC, EMI продолжала придерживаться концепции четырех трубок, но теперь использовала трубки Plumbicon, как предложил Вуд [17] , хотя перед началом работы произошла некоторая задержка. Причин задержки было несколько. Во-первых, правление EMI не решалось предоставить финансовые инвестиции, необходимые для проекта. Во-вторых, возникла нерешительность относительно того, куда поместить работу, но в конечном итоге в отдел цветного телевидения исследовательских лабораторий. был выбран вместо подразделения Broadcast Equipment Division (существующего поставщика монохромных камер и студийного оборудования EMI). В-третьих, существовала обеспокоенность по поводу надежности поставок трубок Plumbicon, поскольку Philips была единственным поставщиком. [ii] В-четвертых, существовали опасения по поводу различных стандартов качества ранних звукоснимателей Plumbicon, поскольку было обнаружено, что некоторые лампы дают нестабильное изображение. [17] Хотя большинство проблем с качеством ламп было быстро решено компанией Philips, оставались опасения по поводу «кометных хвостов» и «расцветания».
После того, как в конце 1964 года совет директоров EMI одобрил новую камеру, работа над ней пошла быстрыми темпами. В камере должны были использоваться четыре приемные трубки Plumbicon и полупроводниковая схема, в стандартную комплектацию входить зум-объектив и призменная оптика. После позднего запуска первый полностью работоспособный прототип был показан BBC и другим в 1966 году, как раз вовремя, чтобы уложиться в сроки BBC для внедрения новой службы цветной печати.
В ранних камерах использовались термоэмиссионные клапаны (вакуумные лампы) в первых каскадах предусилителей, но позже были представлены усилители на полевых транзисторах , такие камеры получили обозначение типа 2001/1. Все остальные схемы в камерах, за исключением приемных трубок, были полупроводниковыми.
Продажи Type 2001 были очень успешными в Великобритании. BBC и многие независимые телекомпании установили камеры в своих студиях во время быстрого расширения цветных служб Великобритании после 1967 года. Однако к тому времени, когда EMI выполнила свои британские заказы (ближе к концу десятилетия), начался бум рынок США был упущен, а европейский рынок еще не полностью развился или на нем уже доминировали камеры Philips. Кроме того, конкурирующие компании уже представляли новые конструкции, и теперь EMI нашла лишь ограниченный рынок для камеры с четырехламповой конфигурацией.
Впервые выпущенная в 1966 году, к началу 1970-х годов почти все студии BBC Television и многие внешние вещательные подразделения (OB) были оснащены ею в 2001 году. [37] Несколько компаний ITV приобрели или арендовали камеру, включая Thames Television , Yorkshire Television , Associated Телевидение / Центральное независимое телевидение , Гранада , HTV , Англия , Лондонское телевидение выходного дня и новости независимого телевидения . Независимые компании, такие как первые станции кабельного телевидения Rediffusion Cablevision , Sheffield Cablevision и образовательное телевизионное подразделение Управления образования Внутреннего Лондона, также приобрели камеру.
При продаже за рубежом EMI 2001 продавался 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 Thomson 2001, как и в EMI, также использовались Plumbicons; однако, судя по брошюре, напечатанной на французском языке , предполагалось, что они использовали лампы Vidicon . [38] Но, если не считать серебряных квадратов видоискателя (вместо белого) и смены названия бренда спереди и по бокам, камеры остались прежними.
В США камеры продавались компанией 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 2001 год: WSNS-TV в Чикаго , в первые годы ее работы. [42]
Хотя прогнозируемый срок службы камеры не был установлен, тяжелая конструкция с четырьмя трубками, работающая в горячем режиме, считалась несколько устаревшей, даже когда она была новой, что способствовало почти полной невозможности продажи камеры вещательным компаниям за пределами Великобритании. Более того, когда в конце 1970-х EMI закрыла подразделение вещательного оборудования, 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 (Йоркшир и Сентрал) прекратили их работу в 1986 году (в основном Central избавилась от них в 1984 году, однако они использовались для обеспечения непрерывности и представления информации). от ее деятельности в Бирмингеме до 1986 года). Однако BBC в течение нескольких лет после этого продолжала использовать несколько таких камер в Телецентре BBC , своих различных региональных отделениях и Центре BBC в Элстри , последняя из которых находилась в Элстри до июля 1991 года; они продолжали работать за счет «каннибализма» идентичных камер, оставленных Central, когда BBC приобрела у нее Elstree в 1984 году, а также BBC EMI 2001, проданных в предыдущие годы.
Рэнк Тейлор Хобсон отказался предложить зум-объектив для новой камеры EMI, заявив, что полностью взял на себя обязательства в другом месте, но Angenieux (см. Pierre Angenieux ) выразила заинтересованность в поставке зум-объективов для проекта. Французская компания предложила для камеры два зум-объектива; первый представлял собой зум 10:1 для использования в студии, а второй — более крупный для внешнего вещания. Оба можно было разместить внутри корпуса камеры, хотя оптический объектив немного выступал.
Для установки четырехтрубного призменного делителя потребовалось дополнительное расстояние от задней части объектива до фокальной плоскости изображения по сравнению с трехтрубным делителем. Это предъявляло жесткие требования к разработчику линз, но Angenieux смогла удовлетворить требования EMI при условии, что перед каждой приемной трубкой были установлены линзы, сглаживающие поле. В ранних камерах использовалась такая конструкция, но с появлением более поздних моделей зумов эти объективы стали ненужными.
Серводвигатели и сервоусилители были поставлены компанией Evershed Power Optics. [43] Усилители серводвигателей были установлены в корпусе камеры рядом с объективом. Зум-объектив с сервоприводом и связанная с ним схема усилителя значительно увеличили вес камеры. Кроме того, размещение сервоприводов в корпусе камеры исключало использование зум-объективов других производителей.
Встроенный зум-объектив был популярной особенностью EMI 2001, которая понравилась операторам, и в телеиндустрии ее иногда называли «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 при панорамировании, выглядели более естественно. Эксплуатационная гибкость камеры была продемонстрирована в обучающих видеороликах. [48]
Хотя камера со встроенным зум-объективом была популярна в Великобритании, эта концепция мало повлияла на дизайн и продажи камер в других странах. Только Marconi со своей маленькой аккуратной Mk VIII [49] и камеры Link несколько лет спустя [50] последовали этой концепции. Большинство производителей фотоаппаратов заявляли, что формат, в котором объектив выступает перед камерой, дает больший выбор поставщика объективов и, конечно же, этот формат облегчил жизнь разработчикам фотоаппаратов, поэтому энтузиазм операторов фотоаппаратов по поводу интегрального объектива Было обнаружено, что концепция масштабирования не оказала большого долгосрочного влияния на дизайнеров. Даже компания EMI отказалась от идеи использования встроенного зум-объектива, выпустив новую камеру Type 2005 [51] , формат которой напоминал самую раннюю экспериментальную камеру Philips с тремя горизонтально расположенными трубками. [52]
