Brevet FR2293115A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne les caméras de télévision et plus particulièrement les caméras de télévision en couleurs. Une caméra de télévision en couleurs comprend essentiellement un objectif formant une image polychrome d'une scène à téléviser, un séparateur optique disposé à la sortie de l'objectif sur le trajet des faisceaux lumineux formant l'icage, pour donner d'une part, de cette image polychrome, respectivement des images bleue,verte et rouge, et d'autre part les envoyer sur les surfaces photosensibles de trois tubes analyseurs. Chaque tube analyseur délivre à sa sortie un signal électrique représente tatif d'une analyse ligne par ligne de l'image formée respectivement sur sa surface photosensible. Les signaux obtenus à la sortie des tubes analyseurs sont plus communément appelés signaux vidéos, et ce terme sera utilisé dans tout le reste de la description. Lorsque les faisceaux lumineux qui forment l'image polychrome traversent notamment l'objectif, ils donnent naissance à des faisceaux parasites par réflexion et/ou difraction sur tous les dioptres qu'ils rencontrent. Bien entendu, ces faisceaux parasites ont des trajets tout à fait aléatoires et interfèrent avec toutes les parties de l'image et même les parties noires. La partie noire d'une image est le terme générique pour désigner les parties sombres de l'image, celles qui ne bénéficient que d'un éclairement minimal. Ainsi, à la sortie du tube analyseur, le signal vidéo qui correspond à ces parties noires de l'image, a une amplitude plus importante qu'il ne devrait avoir si ces faisceaux parasites n'existaient pas. Cette partie de signal vidéo est ce que les techniciens de la télévision appellent le niveau noir du signal vidéo. Pour une caméra noir et blanc à un seul tube, ce phénomène ne présente pas un grand inconvénient, par contre, il est fort gênant pour les caméras de télévision couleurs à trois tubes. En effet, l'amplitude de ce phénomène de faisceaux parasites dépend premièrement de la longueur d'onde de la lumière, c'est ainsi que pour un noir dans une image, l'amplitude du niveau noir du signal vidéo dans le rouge est beaucoup plus important que dans le vert qui lui-même est plus important que dans le bleu3, et deuxièmement du pourcentage de noir dans une image, l'amplitude du niveau noir du signal vidéo augmentant sensiblement d'une façon extponentielle en fonction du pourcentage de noir dans une image. Ce phénomène est illustré sur la figure 1 annexée à la présente description. Dans cette figure sont représentées les différentes variations du niveau noir du signal vidéo en sortie, respectivement de trois tubes analyseurs pour le bleu, le vert et le rouge en fonction de différents pourcentages de noir dans une image. I1 apparaît clairement sur les courbes de cette figure que pour un même pourcentage de noir dans une image le niveau noir dt signal vidéo est le plus grand pour le rouge et le plus petit pour le bleu et que de plus l'augmentation de l'amplitude de ce niveau noir n'est pas linéaire, mais peut présenter une variation du type exponentielle. Ce phénomène parasite présente des inconvénients dans le cas des caméras en couleurs. Tout d'abord, pour un certain pourcentage de noir dans une image, le niveau noir des signaux vidéos fournis par chaque tube n'est pas le même et il est donc nécessaire à la restitution d'en tenir compte et de corriger en conséquence chaque voie de la réception. De plus, quand la prise de vue passe assez rapidement d'une scène ayant un certain pourcentage faible de noir à une scène ayant un pourcentage beaucoup plus élevé de noir, comme il peut s'en produire quand on passe d'un plan large à un gros plan, le niveau noir sur une au moins des voies peut être suffisant pour être assimilé à un signal vidéo représentant une des couleurs fondamentales en télévision et alors, à la restitution, le fond noir peut apparaître en couleurs, ce qui se produit généralement avec le rouge. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et notamment de réaliser une caméra de télévision dont les signaux vidéos aient un niveau noir constant, quel que soit le pourcentage de noir dans l'image, et soient égaux entre eux sur toutes les voies, plus particulièrement dans le cas des caméras de télévision en couleurs. La présente invention a plus particulièrement pour objet une caméra de télévision comportant au moins un objectif pour former une image d'une scène donnée sur la surface photosensible d'au moins un tube analyseur fournissant à sa sortie un signal vidéo dont une partie représente un niveau noir de référence, une chaîne électronique de traitement du signal vidéo obtenu à la sortie dudit tube analyseur, des moyens commandables pour aligner ledit niveau noir sur une tension de référence, caractérisé par le fait qu'elle comporte des moyens pour délivrer un signal représentatif de la luminosité d'au moins une partie de l'image de ladite scène reçue par ledit objectif et des moyens pour élaborer ladite tension de référence en fonction dudit signal représentatif de la luminosité de ladite image. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention appa rattront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figure 2 présente sous forme schématique un apode de réalisation d'une caméra de télévision en couleurs suivant l'invention, et la figure 3 un graphisme représentant des signaux vidéos obtenus avec une caméra couleurs suivant l'invention. La figure 2 représente sous forme schématique un mode préféré de réalisation d'une partie d'une caméra de télévision en couleurs selon l'invention. La caméra comporte un objectif 1, constitué d'une pluralité de lentilles 2 ayant un mEme axe optique 3. Cet objectif 1 reçoit les faisceaux lumineux 4-de la scène à téléviser. Juste à la sortie de cet objectif est disposé un séparateur optique 5 permettant de diviser les faisceaux lumineux en trois faisceaux distincts.Ce séparateur peut être constitué par exemple par deux miroirs dicroSques 6,7, placés sur l'axe optique 3 des lentilles de objectif 1 et éventuellement de deux lamas réfléchissantes 8,9 placées sur le trajet des,faisceaux divisés pour les diriger sur les surfaces photosensi bles des tubes analyseurs. Kn plus, sur les trois faisceaux émergeant 10, 11 et 12, sont placés des filtres 13, 14, 15, respectivement un filtre rouge, un filtre vert et un filtre bleu, pour donner naissance aux trois images en couleurs fondamentales de la télévision. Dans une telle caméra couleurs, il existe trois tubes analyseurs, pour chacune des images monochromes, dflivrant à leurs sorties respective t trois signaux vidéos. Pour la clarté du dessin, un seul tube analyseur 16 a été représenté, par exemple le tube analyseur recevant l'image verte avec, à sa sortie, la chaine électronique 17 de traitement du signal vidéo. La caméra de télévision entière comprend naturellement trois voies identiques à celle qui est représentée, une pour l'image rouge et une pour l'image bleue, seuls les réglages de ces différentes voies sont différents. Le séparateur optique 5 délivre à sa sortie un faisceau lumineux 18 pour donner sur la surface photosensible 19 du tube analyseur 16 une image dans l'exemple cité de couleur verte. Le tube analyseur 16 est représenté schémati quewent par sa surface photosensible 19 comportant un cache noir 20 et son dispositif d'analyse 21 ligne par ligne de l'image formée sur la surface photosensible 20. Ce dispositif d'analyse 21 délivre à sa sortie 22 un signal vidéo correspondant à l'analyse de l'image formée sur sa surface photosensible. Une forme de ce signal vidéo est représentée schématiquement sur la figure 3 en fonction du temps. La partie de signal représentée entre les deux temps T1 et T2, illustre un signal vidéo correspondant à une analyse d'une image suivant une ligne de la surface photosensible 19 du tube analyseur 16, le signal comprend essentiellement un créneau C permettant la synchronisation du balayage des faisceaux électroniques qui sont nécessaires pour obtenir une bonne restitution des images, une portion de signal d'amplitude constante N correspondant à l'analyse de la partie de la surface n photosensible cachée par le cache noir 20, c'est-à-dire celle qui ne reçoit aucun faisceau lumineux. Cette partie donne alors un signal de référence correspondant à l'amplitude la plus faible pour le signal vidéo ou plus communément au niveau noir du signal vidéo.Enfin, la partie du signal S. qui est le signal électrique proprement dit représentatif d'une analyse de l'image suivant une ligne. La sortie 22 du tube analyseur 16 est connectée à la chaîne électronique 17 de traitement du signal vidéo. Cette chaîne 17 comprenant plusieurs éléments ayant chacun une fonction propre et bien définie, qui sont toutes bien connues de l'Homme de l'Art dans le domaine de la télévision. Ces éléments peuvent être cités à titre d'exemple : un amplificateur 23, un correcteur de linéarité 24, une introduction de mélange-supression 25j etc. Cette chaîne électronique délivre à sa sortie 26 un signal vidéo qui peut être transmis vers des émetteurs et/ou divers récepteurs. Dans le mode de réalisation illustré, la chaîne électronique comprend de préférence, à son début, à la sortie 22 du tube analyseur 16, des moyens commandables 27 permettant d'aligner sur une tension de référence, le niveau noir de référence donné par l'analyse du cache noir 20. Ces moyens peuvent être constitués par une capacité 28, et une impédance élevée 29, comme par exemple l'impédance d'entrée d'un transistor, montée en série sur la capacité 28, ces deux derniers éléments étant insérés dans la chaîne électronique par exemple entre la sortie 30 de l'amplificateur 23 et ventrée 31 du correcteur de linéarité 24.Le point commun 32 de cette capacité 28 et de l'impédance élevée 29 constitue l'entrée de commande permettant d'appliquer la tension de référence sur laquelle doit être aligné le niveau noir du signal vidéo. Comme démontré ci-dessus, le niveau noir varie en fonction du pourcentage de partie noire dans une image. La caméra comprend des moyens pour délivrer un signal représentatif de la luminosité de l'ensemble de la scène dont la caméra forme l'image. Ces moyens peuvent être constitués par exemple par une cellule photosensible recevant une partie de l'ensemble des faisceaux lumineux reçus par la caméra et délivrant le signal électrique proportionnel à l'intégrale de la quantité de lumière reçue par l'objectif de la caméra. Ces moyens, décrits ci-dessus, ne donnent néanmoins pas d'excellents résultats. Le mode de réalisation de la caméra, tel qu'il est illustré sur la figure 2 par contre, donne de très bons résultats. Dans ce mode de réalisation, les moyens sont constitués essentiellement par un intégrateur 33 comportant une résistance 34 de grande valeur montée en série avec une capacité 35. L'entrée de cet intégrateur est connectée de préférence à la sortie 26 de la chaîne électronique et délivre au point co - tn 37 de la capacité 35 et de la résis- tance 34 un signal proportionnel à l'intégrale du signal vidéo tel que celui qui est représenté sur la figure 3 entre les temps tl et t2. Néanmoins, en choisissant une valeur élevée de la constante de temps de cet intégrateur 33, l'intégration peut se faire sur une période de temps beaucoup plus grande et même on arrivera à obtenir une intégration sur plusieurs images successives. Le signal obtenu à la borne 37 de la capacité 35 ést un signal représentatif de la luminosité totale de l'image réellement focalisée par l'objectif de la caméra sur les surfaces photosensibles des tubes analyseurs. Le signal délivré par ces moyens, et plus particulièrement par cet intégrateur, permettent de commander les moyens d'alignement du niveau noir. Comme représenté sur la figure 1, le niveau noir du signal vidéo de quelque couleur que ce soit, augmente en fonction du pourcentage de noir dans l'image d'une façon non linéaire. Pour pouvoir accorder chaque voie de la caméra en couleurs et rendre ces niveaux noirs des trois signaux vidéos égaux entre eux, il est nécessaire de transformer le signal délivré par l'intégra- teur d'une part en un signal ayant une variation linéaire, et d'autre part en un signal ayant un certain gain d'amplification en fonction de chaque signal vidéo correspondant à chaque couleur ; ces corrections étant nécessaires pour avoir une égalité du niveau noir sur les trois voies, bleue, verte et rouge. Ainsi, le signal obtenu aux bornes de la capacité 35 est appliqué à l'entrée d'un linéarisateur 38 dont l'élément constitutif essentiel est une diode 39 dont l'anode est polarisée par un diviseur de tension, de préférence réglable, constitué par deux résistances 40, 41 montées en série, reliant par exemple une source de potentiel V à la masse, le point commun 42 de ces deux résistances étant connecté à l'anode de la diode 39. La demanderesse a constaté que la courbe caractéristique de la diode polarisée comme illustré sur la figure, permettait d'obtenir à partir des variations des signaux représentatifs de l'intégrale du signal vidéo un signal ayant une variation linéaire. Comme il a été précédemment dit, le signal de commande du dispositif d'alignement doit avoir un certain gain d'amplification ajustable pour pouvoir équilibrer les trois voies vidéos. C'est pourquoi le signal délivré à la sortie 43 du linéarisateur 38 est appliqué à l'entrée d'un amplificateur 44 constitué de préférence par un amplificateur différentiel 45, dont une première entrée 46 reçoit le signal délivré à la sortie 43 du linéarisateur 38, par exemple à travers une résistance potentiométrique 36. La seconde entrée 47 de l'amplificateur différentiel 45 reçoit une tension pouvant être ajustée par exemple au moyen d'un potentiomètre 48 alimenté à partir de la source de tension V.La sortie de l'amplificateur différentiel 49 est reliée à la borne commune 32 de la capacité 28 et de l'impédance élevée 29 à travers un interrupteur 50 constitué par exemple par le circuit collecteur-émetteur d'un transistor 51 NPN commandé à travers une capacité 52 et polarisé par une résistance 53 montée en dérivation entre l'émetteur et la base de ce même transistor 51. La borne 56 de la capacité 52 est reliée à une sortie 55 du dispositif d'analyse 21, cette sortie délivrant un signal dit de clamping, c'est-à-dire un signal synchrone avec l'émission du niveau noir de référence N (figure 3) qui permet de fermer cet interrupteur 50 pendant toute la durée n de cette portion de signal Nn. n Le mode de réalisation illustré sur cette figure 2 présente de nombreux avantages, notamment sur celui qui a été mentionné précédemment qui comportait une celiule photosensible pour réaliser l'intégration de la luminosité. En effet, ce mode illustré permet d'éviter les lumières parasites autres que celles qui rentrent dans l'objectif, il est d'une réalisation très simple car il peut être linéarisé- sans grande difficulté, et il évite la déformation due à la réponse d'une cellule photosensible qui n'est jamais linéaire, et enfin, il est constitué par un montage en asservissement qui présente tous les avantages inhérents à ces montages, ne serait-ce que celui de la stabilité. Le fonctionnement de la caméra est le suivant L'amplitude du signal vidéo tel que représenté sur la figure 3 est proportionnelle à la luminosité d'une image dans une couleur donnée. Ainsi, le signal obtenu à la sortie 37 correspondant au signal délivré à la sortie 26 de la chaîne 17, intégré dans la capacité 35, est représentatif de la luminosité d'au soins une image usuelle en télévision et de son pourcentage de niveau noir. En se référant à la figure 1, il est facile de voir que le niveau noir d'un signal vidéo diminue en fonction du pourcentage de noir dans une image. Ce signal est sensiblement proportionnel à la luminosité de l'image, c'est-à-dire que plus le pourcentage de niveau noir dans une image augmente, plus la luminosité totale d'une image diminue. Le signal obtenu à la borne 35 de la capacité 33 sert ainsi,à travers le linéarisateur 38 et l'amplificateur 44, à aligner le niveau noir du signal vidéo à une valeur constante quel que soit le pourcentage de niveau noir dans une image. Le principe d'alignement du niveau noir d'un signal vidéo sur une tension quelconque est connu en lui-meme, cependant on peut rappeler qu'il consiste en fait à charger ou décharger la capacité 28 au rythme des variations du signal obtenu à la sortie 54 de t'amplificateur 44. Cet alignement se fait sur la partie du niveau noir de référence référencée Nn sur la figure 3, pendant le temps où l'interrupteur 50 est fermé.La constante de temps de la capacité 28 et de l'impédance 29 sont suffisamment grandes pour que la tension continue à 1' entrée 31 subisse des variations lentes et maintienne le niveau noir à sa valeur constante, indépendamment des variations rapides du signal vidéo. Ce niveau noir peut en plus être aligné sur une valeur de tension de référence déterminée selon les besoins. C'est ainsi que dans une caméra de télévision en couleurs, les niveaux noirs de trois signaux vidéos peuvent être égalisés en ajustant par exemple le gain et le niveau de l'amplificateur par les potentiosètres 45 et 48. Dans le cas d'une caméra de télévision, on aligne de préférence le niveau noir des images bleue et rouge sur celui de l'image verte. Une caméra couleurs comportant, trois voies de structure identique à celle qui est représentée sur la figure 2, délivre respectivement à ses trois sorties, trois signaux vidéos ayant des niveaux noirs constants et égaux entre eux qui peuvent ainsi être restitués directement sans correction sur n'importe quel récepteur. REVENDICATIONS 1/. Caméra de télévision comportant au moins un objectif pour former une image d'une scène donnée sur la surface photosensible d'au moins un tube analyseur fournissant à sa sortie un signal vidéo dont une partie représente un niveau noir de référence, une chaîne électronique de traitement du signal vidéo obtenu à la sortie dudit tube analyseur, des moyens commandables pour aligner ledit niveau noir sur une tension de référence, caractérisêpar le fait qu'elle comporte des moyens pour délivrer un signal représentatif de la luminosité d'au moins une partie de l'image de ladite scène reçue par ledit objectif et des moyens pour élaborer ladite tension de référence en fonction dudit signal représentatif de la luminosité de ladite image. 2/. Caméra selon la revendication 1, caractérisdepar le fait que les moyens pour délivrer un signal représentatif d'au moins une partie de l'image de ladite scène reçue par ledit objectif sont constitués par un intégrateur dont l'entrée est connectée à la sortie de ladite chaîne électronique de traitement du signal vidéo. 3/. Caméra selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les moyens pour élaborer ladite tension de référence en fonction dudit signal représentatif de la luminosité de ladite image sont constitués par un linéarisateur et un amplificateur dont l'entrée est connectée à la sortie dudit linéarisateur. 4/. Caméra selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit linéarisateur est constitué par une diode dont l'anode est polarisée par une tension de référence. 5/. Caméra de télévision à titre d'application à une caméra de télévision couleurs, caractérisée par le fait qu'elle comporte un objectif pour former une image d'une scène donnée, un séparateur optique disposé à la sortie dudit objectif associé à des filtres pnur donner respectivement trois images : bleue, verte et rouge, respectivement sur les surfaces photosensibles de trois tubes analyseurs fournissant chacun à leurs sorties un signal vidéo dont une partie représente un niveau noir de référence, une chaîne électronique de traitement du signal vidéo associ,erespectivement à la sortie de chacun desdits trois tubes analyseurs, chaque chaîne comportant à son début des moyens commandables pour aligner ledit niveau noir sur une tension de référence > un intégrateur dont l'entrée est connectée à la sortie de ladite chaîne électronique, un linéarisateur dont l'entrée est connectée à la sortie dudit intégrateur, un amplificateur dont l'entrée est connectée à la sortie du linéarisateur et dont la sortie est connectée, à travers un interrupteur commandable, à l'entrée de commande des moyens pour aligner ledit niveau noir sur une tension de référence, et des moyens pour fermer ledit interrupteur pendant la durée de l'émission dudit niveau noir de référence, pour obtenir l'alignement dudit niveau noir sur ladite tension de référence pendant cette dite durée.