Brevet FR2202416A1 — publié le 19740503

L'invention concerne un système d'étalonnage électronique des films de couleur pour le télécinéma. Plus précisément, l'invention concerne un tel système permettant de translater et d'amplifier les courbes de densité de couleurs d'un film en fonction de la lumination. Dans les systèmes de reproduction des couleurs par voie photographique, l'un des problèmes les plus difficiles à résoudre est celui de la reproduction correcte dlune gamme de gris neutres. Un tel système utilisant les principes de la synthèse soustractive reproduit les couleurs par superposition de trois colorants: jaune, magenta et cyan, dont les quantités peuvent, dans chacune des couches, varier d'une concentration nulle à une concentration maximale4 Dans ces conditions, une gamme de gris neutres reproduite garfaitement par le film ne peut être qu'une adaptation metamérique de la gamme de gris neutres originale. On rappelle la signification précise du métamérisme. X(), Y(#), Z(A) étant les courbes de mélange normalisé de la Commission Internationale de l'Eclairage et T(#) étant la courbe de transmission spectrale de la reproduction du gris neutre original de coefficient de transmission T, on doit avoir Pour connattre les quantités de colorants formées, il est inutile de tracer la courbe T(a) et on se contente, en général, en densitométrie comme dans tolite analyse trichrome, de mesurer les oefficients de transmission (ou les densités qui sont les logarithmes des inverses des coefficients de transmissions des gris repro duits à travers trois filtres bleu, vert t'i et rougeS formant ce qu'on appelle un status de lecture. En admettant que le matériau du film soit parfait (au sens du métamérisme), le status a été choisi de telle façon que, pour un gris T(A) quelconque, on ait : TV = TR = TB ou DV = DR = DB (V, R, B = vert, rouge, bleu). Les densités sont mesurées dans des conditions normalisées par le status. Quant à la lumière reçue par le film, elle est supposée être normal-see en qualité par exemple, lumière artificielle, c'est-à-dire émission du corps noir à 302000K) et en quantité (mesurée en Logarithme de lumination Etlux-seconde). Dans ces conditions, le film est caractérisé par une courbe D = f(logEt) dite caractéristique donnant la valeur de la densité obtenue en fonction de ia quantité de lumière reçue et cette courbe est la même pour les trois couches du film. Dans le cas particulier dtun film inversible, la Fig. 1 montre l'aspect habituel de cette courbe 1 qui présente un pied (densités faibles), une partie centrale sensiblement rectiligne (densités moyennes) et une épaule (densités fortes. Les courbes caractéristiques obtenues dans la pratique s'écartent souvent de ce schéma théorique pour des raisons très diverses qui peuvent être liées: - soit à la qualité du matériau employé : dispersion de fabrication des émulsions, problème de vieillissement ou de conservation - soit à la qualité de la prise de vues: différence entre la qualité ou la quantité de lumière reçue par le film à ltexposition et l'illuminant normalisé - soit à la qualité du développement ; différence entre le traitement réel du film et le traitement idéal qui aurait permis d'obtenir la courbe théorique. Il en résulte pour chaque couche une courbe caractéristique réelle 2 différente de la courbe théorique 1 comme le montre la Fig. 1 sur un exemple particulier. Les techniques d'étalonnage photographique consistent à profiter du fait qu'il faut généralement transférer les informations contenues par l'original du film sur un autre film (opération de cople) pour essayer de modifier la courbe réelle obtenue de façon qu'elle se rapproche de la courbe théorique. Loperation de copie consiste à reporter par tirage l'information contenue par le film original sur un autre film. Comme le film original, , le film & copie a une courbe caractéristique théorique e-t la courbe caractéristique obtenue dans la pratique peut s'écarter de la courbe théorique pour des raisons diverses analogues à celles qui ont été évoquées pour l'original. L'illuminant de tirage étant fixé, les densités de l'original modulent cet illuminant, d'où une modulation des luminations reçues par le film de copie dans la tireuse. L'étalonnage photographique consiste à modifier l'illuminant de tirage pour compenser en partie la différence entre la courbe théorique et la courbe réelle de l'original. Que le tirage scit additif ou soustractif, ltétalomlage ne permet qu'un chan ornent des luminations rcçues par chacune des trois couchers Cu film de copie, c'està-dire une possibilité de translation en densité de la courbe réelle de l'original comme le montre la courbe 3 de la Fig. 1. Il est évitent clc'une telle translation ne peu-t permettre que de faire coïncider les deux courbes 1 et 3 en un point A, c'est-àdire à un niveau de densité déterminé, et qu'il subsistera des différences partout ailleurs, et principalement dans le pied et dans l'épaule, mais ces différences devront être appréciées sur la pellicule de copie où le report de la courbe originale cur une courbe de même type se traduit par une modificaticul des différences dans le pied et dans l'épaule. L'objet du système d'étalonnage électronique de l'invention est d'effectuer - un premier degré de correction, que l'on peut appeler une correction de rapidité, consistant à simuler l'étalonnage photographique en agissant sur les gains des signaux d'analyse, ce qui permet une translation en densité de la courbe réelle de l'original, comme on a vue que le faisait l'étalonnage photographique (courbe 3) - un deuxième degré de correction, que l'on peut appeler une correction de contraste, consistant à faire varier les gains de signaux représentatifs des densités et qui sont obtenue après traitement des signaux d'analyse dans un amplificateur logarithmique.Cette correction supplémentaire complète l'étalonnage photographique traditionnel et permet de faire coïncider les deux courbes dans le domaine relativement étendu de leurs parties rectilignes, tout en atténuant fortement les défauts résiduels qui pourraient subsister dans le pied et dans l'épaule (courbe 4). Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de traitement des signaux d'analyse d'un film destiné à être émis par télévition, comprenant essentiellement au moins un amplificateur à gain variable et un amplificateur ou correcteur logarithmique ayant un rap > ort de signal d'entrée élevé, supérieur à 100, et dont le gain est constant dans des gammes prédéterminées d'amplitude du signal d'entrée et décroît par valeurs discrètes en progression géométrique d'une gamme d'amplitude à la salivante de façon que la courbe donnant le signal de sortie en fonction du signal d'entrée soit une ligne brisée formée de segments de droite et inscrite dans une courbe logarithmique. Pour des motifs qil seront exposes plus loin, ia raison de la progression géométrique selon laquelle décroissent les gains ou les pentes des segments de droIte est prise égale à 2 et le nombre de segments de la ligne brisée est pris égal à 8 ou, plus exactement, en tenant compte que deux d'entre eux sont alignés, à 7. Conformément à une autre caractéristique de î'inventjon, le correcteur logarithmique se compose de deux amplificateurs de même fonction de transfert en cascade, ainsi qu'il sera expliqué dans la suite. L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins aiinexes, dans lesquels - la Fig. 9 représente des courbes "densité-lumination" d'un film, comprenant une courbe théorique, une courbe réelle sans correction, une courbe réelle avec correction de rapidité et une courbe réelle avec correction de contraste ; - la Fig. 2 représente, sous la forme d'un diagramme de blocs, le système dlétalonnage électronique de l'invention - la Fig. 3 représente d'une façon détaillée le correcteur logarithmique compris dans le système d'etalonnage ; et - la Fig. 4 représente la courbe de transfert Vs = f En se référant à la Fig. 2, le numéro de référence 11 désigne un ensemble d'analyse de films tel qu'un télécinéma à caméra électronique ou un télécinéma à spot mobile, 12 désigne un circuit d'étalonnage électronique, 13un circuit de correction de gamma et de mise en forme et 14 un émetteur d'images de télévision. L'ensemble d'analyse 11 transforme les images-du film signaux d'analyse qui sont des signaux de type télévision n'ayant subi aucune correction de transfert, c'est-à-dire qui sont représentatifs des coefficients de transmission du film analysé, vus à travers le status de lecture de l'ensemble d'analyse. Les signaux étalonnés sont des signaux représentatifs des densités du film analysé et ils doivent subir une correction de transfert et une mise en forme dans le circuit 13 pour devenir des signaux de télévision normalisés susceptibles d'être envoyés sur tui récepteur de télévision en couleurs. Ils sont alors appliqués à l'émetteur de télévision 14. Le circuit d'étalonnage électronique 12 comprend successivement pour chaque voie rouge, verte et bleue, les trois étages suivants - un amplificateur à gain variable 21 permettant de faire varier séparément les niveaux des trois signaux d'entrée de O à +6 dB à partir du bottier de télécommande 5 - un amplificateur logarithmique 22 permettant d'obtenir dans un rapport de 100 pour les signaux entrants des signaux sortants représentatifs des densités du film analysé - un amplificateur à gain variable 23 permettant de faire varier séparément les niveaux des signaux représentatifs des densités d +3 dB à partir du boîtier de télécommande 5. L'amplificateur à gain variable 21 permet de faire la correction de rapidité et l'amplificateur à +ain var ;';- 23 permet de faire la correction de contraste. Les commandes de gain de ces deux amplificateurs sont rassemblées sur le boîtier de télécommande 5 associé à un oscilloscope à découpage séquentiel R, V, B et à un moniteur cor Pour qui est le récepteur de télévision sur lequel se fait l'étalonnage. L'amplificateur logaritl1mique 22 convertit in tension à son entrée v e en une tension de sortie Vs telle que k log(a Ve) Les signaux de télévision ayant une amplitude maximale normalisée, il doit exister une relation stricte entre les valeurs maximales des tensions d'entrée et de sortie. On admettra que le signal correspondant à l'absence d'image du film analysé, c'est-àdire à une transparence complète T=1 ou D = 0 vaur un volt tout le long de la chaîne d'étalonnage.Il faut donc qu'à Ve = 1 V. corres ponde Vs = 1 V., c'est-à-dire que s k = 1/log a d'où Vs = loga(a Ve) Quand Vs varie de 0 à 1 V., Ve varie de 1/a à 1 V Comme l'amplificateur logaritmique @@@ ou @tele un signal d'entrée variant entre 0,01 et 1 V., c'est-à-dire dans un rapport de 100, ce qui correspond à un intervalle de densité de 2, on doit avoir a # 100 On désignera par q la raison de la progression géométrique formée par les abscisses (tensions d'entrée) des po nts de changement de pente ou de cassure, et par 1/p la raison de la progression arithmique formée par leurs ordonnées (tensions de sortie).On a q = a1/p (1) Dans conditions, les valeurs de Ve et Vs sont données par le tableau suivant: TABLEAU I Points A0 A1 A2 An-1 0 I i Ve 1 1/q 1/q ... 1/qp-1 0 Vs 1 1-1/p 1-2/p ... 1-p-1/p 0 Pour des raisons de raccordement à l'origine, on remplace le dernier segment Ap1-, Ap, où Ap est le point de coordonnées (1/qp,0), par les segment Ap-1O en lui imposant d'avoir la même pente que le segment Ap-2Ap-1. Cette condition s'écrit : , 1 1 ##### = ################ ce qui donne q = 2 (2) L'équation (1) donne alors : p = log aXlog q # 7 On a choisi pour p tin nombre pair p = 8 pour des raisons qui vont être données.Il y correspond a # 250. Le tableai I devient alors TABLEAU Il Points A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 O Ve(mV) 1000 500 250 125 62,5 31,25 15,625 0 Vs(mV) 1000 875 750 625 500 375 250 0 Indépendamment de la difficulté due au nombre élevé de points de cassure, la principale difficulté que l'on recontre dans la realisation d'un tel correcteur consiste à réaliser un gain de ##### 16 pour les signaux faibles, c'est-à-dire à réaliser une grande expansion des signaux d'analyse correspondant aux parties très denses des images. L'expérience des correcteurs non linéaires de même type que sont les correcteurs de gamma servant d'approximation aux t'onctions puissances y =x&gamma; ont montré qu'il était difficile de réaliser un circuit dont le gain pour des signaux très faibles soit supérieur à 8* L'amplificateur logarithmique 22 se compose de deux étages logarithmiques identiques 221 et 222 placés en cascade et de structure plus simple. n effet, si l'on place deux amplificateurs non linéaires du type précédent en cascade, choque point de cassure se dédouble et on peut, de ce fait, chercher un amplificateur non linéaire ayant une fonction de transfert telle que la fonction de transfert carré de la précédente soit identique à la caractéristique précédemment décrite. Cet amplificateur possède trois points Qe cassure et est défini par le tableau ci-dessous B1 B2 B3 V (mV) 1000 500 125 62,5 O V5(mV) 1000 750 375 250 J L' amplificateur logarithmique comprend successivement - un étage de clamping 220 - un étage séparateur 221 - deux étages amplificateurs non linéaires 222 et 223. L'étage de clamping 220 fixe à un potentiel de référence bien déterminé le niveau du noir du signal d'analyse (signal correspondant à une transmission nulle ou à une densité infinie). L'étage séparateur 221 isole le premier amplificateur non linéaire 222 de l'étage de clamping 220. Il est réalise par un bottier 2 N 4854 comportant deux transistors NPN 2211 et PNP 2212 montés en montage de Darlington. Par la combinaison des deux transistors de type différent, on peut obtenir une bonne stabilité en température nécessaire à la transmission du potentiel de référence précédemment défini. L'étage amplificateur non linéaire 222 comprend un amplifica teur opérationnel 2220 monté en étage inverseur, ce qui est nécessaire pour réaliser des pentes inférieures à l'unité. Le réseau non linéaire de contre-reaction est réalisé à partir d'un boîtier contenant les diodes 2221, 2222, 2223 suivant la polarité du signal. L'utilisateur d'un boîtier 2224 permet de minimiser les différences de température entre les diodes utilisées. Les diodes sont polarisées, soit par un injecteur de courant 2225 pour la diode 2221 qui est en série avec une résistance faible 2226, soit à travers des résistances 2229 et 2229' pour les diodes 2222 et 2223 qui sont en série avec des résistances plus fortes. Les diodes travaillent e commutation en fonction de l'amplitude du signal. Ce réseau est tel que les diodes se débloquent au fur et à mesure que le niveau du signal augmente; le fait que tontes les diodes soient bloquées pour des signaux d'entrée très faibles permet d'assurer une référence de noir très stable. De plus, la capacité parasite des diodes bloquées limite automatiquement la bande passante des signaux les plus faibles, ce qui ne peut quatre favorable à l'obtention d'un bon rapport du signal au bruit dans les parties sombres de l'image, L'étage amplificateur non linéaire 223 est semblable à l'étage 222, à la seule exception près du sens des diodes 2231, 2232, 2233, En effet l'étage 222 reçoit un signal positif, tandis que l'étage 223 reçoit un signal négatif de même amplitude maximale. Les numéros de référence de cet étage ne diffèrent de ceux du premier étage que par leur chiffre des dizaines qui est un 3 au lieu d'un 2. REVENDICATIONS t - Système d'étalonnage électronique des films de couleur pour le télécinéma comprenant une channe formée d'un circuit d'analyse trichrome des images d'un film produisant des signaux représentatifs des densités du film dans les couleurs d'analyse, au moins un amplificateur à gain variable, un amplificateur logar thmique et un circuit de correction de gamma et de mise en forme, caractérisé en ce que l'amplificateur logarithmique a une gamme de signaux d'entrée dont l'amplitude peut varier de 1 à au moins 100 et possède huit gains possibles quand les signaux entrée et e ortie varient de zéro à une même amplitude maximale, ces gains correspondant à des gammes successives d'amplitude du signal d'entrée dont les limites forment -une progression géométrique de raison 2 a' exception de la limite inférieure qui est nulle et à des gammes successives dampli- tude du signal de sortie égales chacune à un huit.*me de l'amplitude maximale dudit signal de sortie. 2 - Système d'étalonnage électronique de films de couleur conforme à la revendication 1, dans lequel les limites des gammes d'amplitude des signaux entrée V et de sortie V , n valeurs e s relatives par rapport à leur amplitude maximale commune, sont les suivantes Ve 1 0,5 0,25 0,125 0,0625 0,03125 0,015625 0 Vs 1 o,875 0,75 0,625 0,5 0,375 0,25 0 3 - Système d'étalonnage électronique de film de couleur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur logarithmique est formé de deux étages identiques dans lesquels les limites des gammes d'amplitude des signaux d'entrée V et de sortie e en en valeurs relatives par rapport à leur amplitude maximale commune sont les suivantes Ve 1 0,5 0,125 0,0625 o v i 0,75 0,375 0,25 O s