Brevet FR2320674A1 — publié le 19770304

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la correction du gamma de signaux engendrés par une caméra de prise de vue sur film, et en particulier à la correction du gamma négatif dUn film négatif utilisé dans une caméra de télécinéma. Dans un système de télévision, il est nécessaire de traiter les signaux vidéo avant leur transmission, afin de compenser certaines non-linéarités dans les systèmes respectifs de transmission et de réception etoe s'assurer ainsi que le spectateur voit une image qui soit la véritable reproduction de la scène télévisée. Parmi les non-linéarités du système pour lesquelles une compensation doit être faite, il y a en particulier les caractéristiques de gamma du tube-image du téléviseur et du tube de prise de vue de la caméra de télévision. Le gamma est défini par une indication numérique du degré de contraste dtune image de télévision. Les tubes-image de téléviseur ont généralement une caractéristique non linéaire faisant en sorte que les parties noires sont resserrées alors que les parties blanches sont étalées. L'étendue qui va du noir au blanc, qui constitue l'échelle des gris, d'un signal de télévision monochrome ou la partie de luminance d'un signal de télévision en couleurs est représentée par des variations d'amplitude des signaux vidéo. C'est pourquoi un signal vidéo variant linéairement en amplitude, appliqué à un tube-image non linéaire d'un téléviseur, se traduirait par une image dont la gamme de contraste ou contraste maximum serait réduite de manière indésirable en fonction de la caractéristique de transfert non linéaire du tube-image.Par conséquent, il est souhaitable de corriger le gamma du signal vidéo avant sa transmission, de telle manière que le signal reproduit par un téléviseur ait le contraste maximum désiré. En général, la correction du gamma est accomplie en faisant passer les signaux vidéo issus de la caméra de télévision dans un circuit non linéaire ayant une relation exponentielle prédéterminée entre l'entrée et la sortie pour pré-corriger le signal vis-à-vis de la caractéristique de transfert non linéaire subséquente du tube-image du téléviseur. Alors que l'exposant peut être un nombre quelconque choisi, on estime généralement que le circuit non linéaire doit fournir un signal de sortie égal à celui de l'entrée élevé à la puissance inverse du gamma du tube-image, dont la valeur courante est la puissance un-demi. Le circuit non linéaire se trouve habituellement dans un amplificateur vidéo reliant le tube de prise de vue de la caméra et le codeur des couleurs. Quand l'image prélevée par la caméra de télévision provient d'un film positif d'un type généralement utilisé pour les programmes de télévision, un tel film a une caractéristique de gamma pouvant être exprimée par un signal vidéo de la forme Vx = K.Br où K désigne une constante et B représente la brillance de la scène. Pour un film positif en couleurs type, le gamma sera approximativement +2.Cette valeur pour un tel film donne, quand elle est combinée avec le gamma de traitement des signaux dont la valeur est, comme citée précédemment, de +0,5, un gamma total de +1 environ. Cette valeur du gamma total est en outre combinée au tube-image du récepteur dont le gamma a typiquement la valeur +2. Le gamma résultant, du film, du traitement des signaux au tube-image , donne une valeur de gamma de +1, valeur souhaitable pour la reproduction précise des images de cinéma. Jusqutà présent, il a été de pratique courante dans la programmation de télévision d'utiliser des films positifs en couleurs pour les caméras de télévision sur film à cause du fait que ces films positifs sont équilibrés en couleurs; pour cette raison , des quantités égales de rouge, de vert et de bleu restituent le blanc, ce qui permet la visualisation directe du film positif par le système de caméra. Toutefois, la fabrication d'un film positif à partir du film négatif original nécessite au moins une phase de traitement supplémentaire, qui prend du temps et qui se répercute par une dégradation de la résolution ou définition et par une saturation des couleurs dans le film positif résultant par rapport au négatif. Il serait donc avantageux d'utiliser directement les films négatifs. Cependant, un film négatif ne présente pas d'équilibrage de couleurs ; aussi une opération de masquage est-elle utilisée pour équilibrer le signal de sortie vidéo issu du film négatif afin qu'il corresponde aux signaux vidéo équilibrés issus d'un film positif. Un appareil approprié pour faire cette opération de masquage est décrit en détails dans la demande de brevet faite aux Etats-Unis d'Amérique par Harold G. Semer, Jr., nO 661.616 et intitulée "Negative Color Mask Correction". Les opérations de masquage négatif assureront le développement des signaux vidéo équilibrés lorsque l'on utilisera un film négatif ; toutefois, de telles opérations de masquage ne corrigent pas le gamma négatif du film négatif. Comme cela a été décrit antérieurement à l'occasion de la caractéristique de transfert des systèmes de télévision, des circuits connus de correction de gamma positif s'adaptent facilement à un film positif, alors que les sources de signaux d'image à gamma négatif ne peuvent pas être facilement corrigées sans circuit supplémentaire. Des efforts antérieurs pour résoudre ce problème ont mis en oeuvre l'inversion du signal vidéo et la mise en forme de courbe négative au moyen de circuits utilisant des composants semi-conducteurs et résistifs,dans le but de produire un signal vidéo à gamma positif à partir de films négatifs.Ces essais de la technique antérieure n'ont eu que des succès marginaux en ce qui concerne la mise en forme de courbe satisfaisante du signal vidéo inversé, ainsi que la possibilité de la répétition du réglage entre les trois canaux de couleur. Le dispositif de correction de gamma selon l'invention est destiné à produire un signal de sortie vidéo à coéfficient de gamma positif à partir d'un signal d'entrée à coefficient de gamma négatif, et comprend : une borne d'entrée pour recevoir un premier signal (h) ayant un coefficient de gamma négatif un premier circuit de combinaison relié à ce premier signal et à une première référence (VB) et effectuant une première combinaison additive (Vx + VB) du premier signal et du premier signal de référence ; un montage diviseur réagissant au premier signal de combinaison et à un second signal de référence (Vz) pour produire un signal de sortie égal au second signal de référence divisé par le premier signal de combinaison additive et un second circuit de combinaison réagissant au signal de sortie du montage diviseur et à un troisième signal de référence (P) pour combiner additivement le signal de sortie du diviseur avec le troisième signal de référence. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descnption qui suit, faite en référence aux dessins annexés. Dans ces dessins - la figure 1 représente de manière synoptique un dispositif de correction de gamma négatif conforme à la présente invention - la figure 2 représente de manière plus détaillée le dispositif décrit à la figure 1 ; et - la figure 3 illustre les courbes caractéristiques typiques des dispositifs décrits aux figures 1 et 2. A la figure 1, un signal d'entrée vidéo Vx est combiné additivement avec la tension d'une source de tension VB, et la combinaison additive Vx + V3 est appliquée à une borne d'entrée des quatre bornes d'entrées différentielles d'un multiplicateur quatre-quadrants 100. La borne de sortie de ce multiplicateur est reliée à une borne d'un diviseur de tension formé par les résistances 201 et 202. Une tension Vz est appliquée à l'autre borne des résistances 201, 202. La jonction de ces deux résistances est reliée à la borne d'entrée d'un amplificateur 300. Le signal de sortie V0 de cet amplificateur est appliqué à une seconde borne d'entrée du muMiplicateur 100 et est aussi combiné additivement avec une source de tension P. Comme illustré, le multiplicateur 100, connecté dans la boucle de contreréaction de l'amplificateur opérationnel 300, forme un diviseur électronique d'un type connu ; en d'autres termes, le signal de sortie V0 égalele signal Vz divisé par (Vx + VB)- La caractéristique de transfert de signal du dispositif de la figure 1 peut s'écrire sous la forme: (1) -Vo %(Vx + VB)KMR2 VzR ---- = ---------------- + ------ KA R1 + R2 R1 + R2 où : KA = gain d'amplification KM = constante de multiplication VX = signal d'entrée Vz = constante de division V0 = signal de sortie et VOP = VO + P où:: P = palier continu d'où VzR1KA (2) V0 = (Vx + VB)KMR2KA (R1 + R2) soit donc Si le gain de l'amplificateur 300 tend vers l'infini et les tensinns VB et P sont rendues nulles, le dispositif de la figure 1 formerait un montage diviseur parfait. Dans ce cas, l'équation 4, qui définit la caractéristique de transfert du dispositif de la figure 1 dans ces conditions, devient (5) VOP = VzRî VXKMR2 où R1, R2 et KM sont des constantes ; par conséquent: VZ (6) VOP = K Vx ou (7) VOP = KVz(Vx) dans laquelle équation Vz peut être ajusté pour régler le niveau de sortie V0. Le contraste ou densité d'un film négatif qui détermine la caractéristique de gamma peut s'écrire mathématiquement sous la forme (8) Densité = Coefficient de transmission du film le coefficient de transmission de la lumière du film étant (9) 1 C . où C désigne une constante et B la luminosité ou brillance de la scène, ce qui peut encore être exprimé par (io) ~ . B Etant donné que le signal vidéo issu d'un tube de prise de vue est directement proportionnel à la quantité de lumière traversant le film et détectée par une électrode photosensible du tube de prise de vue, le signal de sortie de ce tube s'écrit (il) V vidéo = K . B (-Y) soit (12) VX = K . (-&gamma;) B où K désigne une constante et B la luminosité ou brillance de la scène. Par conséquent, s4e signal vidéo Vx est appliqué à la borne d'entrée Vx, le dispositif décrit à la figure 1 peut être utilisé pour fournir des caractéristiques de gamma négatif autres que -1 en ajustant les tensions VB, Vz et P. Dans une application caractéristique, le gamma d'un film négatif est compris entre - 0,35 et -0,65, duquel on désire engendrer un signal de traitement ayant la caractéristique positive correcte de gamma +1. Une correction de gamma à +1 pour un film négatif reproduira le plus fidèlement le contenu de la scène originale, alors que dans un film positif ayant le gamma caractéristique de +2, la reproduction ntest fidèle qu'en ce qui concerne l'image du film. Des essais pour modifier le gamma positif d'un film positif se sont traduits par une perte de saturation des couleurs et ne sont donc que rarement mis en oeuvre. La capacité de reproduire la scène originale à partir d'un film négatif donne une qualité améliorée de l'image. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1 employant un film négatif caractérstique ayant un gamma de -0,5 est mieux représenté par l'équation (4) qui représente la caractéristique de transfert du dispositif de la figure 1, ainsi que-par l'équation (12) qui représente le coefficient de transmission de la lumière du film en terme de luminosité comme suit Les conditions initiales de l'équation (4) sont établies par le choix des valeurs de R1, R2, KA, et KM.On a obtenu un fonctionnement satisfaisant avec les valeurs suivantes R1 R1 + R2 R2 ------ = 0,9 R1 + R2 KA = 30 KM 1 i d'où VzisQ (13) VOP = (VX + VB) . (0,9) - Comme cela a été dit, on peut obtenir un signal de sortie à gamma négatif correctement mis en forme VOP en termes de Vx en réglant les valeurs de Vz, VB, et P. Les valeurs appropriées de ces trois tensions pour un film à gamma -0,5 peuvent être tirées de ltéquation (13) comme suit dans l'équation (12) Vx = K . B-&gamma; qui donne la valeur du signal de sortie vidéo Vx en fonction de la luminosité de la scène.Pour une valeur VOP = 1 avec une luminosité de la scène de 100%, l'équation (12) donne VOP = 1 = K . 3 0,5 = 0,14142, qui détermine ainsi la valeur de la constante K à 0,14142. Les colonnes 1 et 2 de la table A qui suit indiquent les valeurs calculées de Vx pour une luminosité de la scène B de 100% à 2%, alors que la colonne 3 fait état des valeurs effectivement mesurées à partir du dispositif de la figure 1. TABLE A Colonne 1 Colonne 2 Colonne 3 B VX =0,14142 . B-0,5 B-0,5 VOP mesuré 1,0 0,14142 1,000 0,7 0,16903 0,623 0,5 0,20000 0,432 0,35 0,23905 0,307 0,28 0,26726 0,251 0,2 0,31623 0,188 0,14 0,37796 0,140 0,1 0,44721 0,106 0,07 0,53452 0,0779 0,05 0,63246 0,0574 0,035 0,75593 0,0402 0,028 0,84515 0,0313 0,02 1,0000 0,020 En choisissant des valeurs de Vx pour une luminosité de 100%, 14%, 2% respectivement, la table A donne Vx = 0,14142 Vx = 0,37796 VX = 1,0000 de sorte que le signal correspondant VOP désiré sera VOP 1 VOP = 0,14 VOP = 0,02 La substitution des valeurs de Vx correspondant à la transmission de lumière désirée du film négatif à 100%, 14% et 2% dans l'équation (13) donne trois équations dans lesquelles Vz, V3 et P sont des inconnues. La résolution simultanée de ces trois équations donne pour Vz, Vg, et P, les valeurs suivantes Vz = + 0, 4482 VB = - 0, 05627 P = - 0, 03493 d'où 0,4482 (0,1) (14) VOP= I - 0,03493 (VX - 0,05627) . (0,9) ~ 1 30 qui, une fois résolue pour les valeurs de Vx comme indiqué dans les colonnes 1 et 2 de la table A, fournit une caractéristique de transfert globale de gamma approximativement égal à +1.Les valeurs de VOp en fonction de la luminosité B sont indiquées et illustrées à la figure 3 par la courbe I qui représente la loi de puissance idéale, La courbe C de la figure 3 et la colonne 3 précitée de la table 3 illustrent la caractéristique de transfert effective que l'on a obtenue en pratique du dispositif de la figure 1 utilisant les valeurs des conditions initiales choisies. La figure 2 décrit en détails le circuit du dispositif de correction de gamma négatif représenté sur la figure 1, dans lequel les groupes fonctionnels de composants ont été identifiés avec les mêmes chiffres de référence qu'à la figure 1. Le multiplicateur 110 est un multiplicateur dans quatrequadrants commercialement disponible sous la forme d'un circuit intégré, par exemple celui que fabrique la société Motorola sous la désignation MC-1595L. Des résistances 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 113, 114, 115 sont utilisées pour que le multiplicateur 110 soit monté sous un mode de division fondamental de fonctionnement en association avec l'amplificateur opérationnel 300. Des transistors 301, 304, 309, 307, 308, 313 et les résistances associées 302, 303, 305, 311, 312, 314, 316, 306 constituent l'amplificateur opérationnel 300. Cet amplificateur comporte des diodes 310 et 315 pour lui donner une stabilité en température. Un signal d'entrée Vx est appliqué à un premier circuit d'entrée du multiplicateur 110, tandis qu'une tension - V3 issue du diviseur de tension 400 est avantageusement appliquée à la borne d'inversion de ce m8me premier circuit d'entrée, ajoutant ainsi Vx à VB (Vx + VB). Un second circuit d'entrée du- multiplicateur 110 reçoit un signal d'entrée V0 de la borne de sortie de l'amplificateur 300, tandis que la borne dtinversion correspondante de ce second circuit d'entrée est reliée à un diviseur de tension de référence 109 pour équilibrer les premier et second circuits d'entrée du multiplicateur 110.Sous cette forme, ce multiplicateur délivre un signal de sortie différentielle à ses bornes de sortie (2, 14) représentant le produit des deux circuits d'entrée du multiplicateur 110, sous la forme - Vo (Vx + VB) K . La constante M KM est déterminée par les résistances 103 et 104. Les bornes d'entrée formées par les bases respectives des transistors 301 et 304 de l'amplificateur différentiel 300 sont reliées aux bornes de sortie 2 et 14 du multiplicateur 110 comme illustré. Une tension Vz provenant du diviseur de tension 206 est reliée par des résistances 205 et 115 (R2 et R1) respectivement, pour régler le niveau de sortie V0 de l'amplificateur 300. Une tension P est ajoutée par la suite dans un circuit (non représenté) pour fournir le palier continu établissant le signal de sortie VOp. Comme illustré, le circuit de la figure 2 satisfait la caractéristique de transfert des équations (4) et (13), fournissant ainsi la correction désirée du gamma négatif par réglage des valeurs Vz, Vg, et P. Comme décrit précédemment à ltoccasion d'un film négatif de gamma égal à - 0,5, des calculs analogues peuvent être effectués pour n'importe quelle valeur de gamma entre - 0,35 et - 1 ; en pratique, ces calculs peuvent s'avérer fastidieux; en variante, on peut facilement apporter des modifications du gamma négatif en insérant une image négative d'une échelle de gris normalisée, par exemple 1'Echelle de Gris Lorarithmique EIA, et en réglant les valeurs de Vz, Vg, et P tout en observant le moniteur ou contrôleur de l'onde fournie par la caméra de télévision. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et illustré, mais comprend tout au contraire tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées dans l' esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de correction de gamma destiné à produire un signal vidéo de sortie à coefficient de gamma positif à partir d'un signal d'entrée à coefficient de gamma négatif, caractérisé en ce qu'il comprend : une borne d'entrée (8) recevant un premier signal (Vx) à coefficient de gamma négatif un premier circuits combinaison (110) relié audit premier signal (Vx) et à une première source de référence (V3) et fournissant une première combinaison additive (Vx + VB) de ces deux derniers signaux ; un montage diviseur (100, 300) réagissant audit premier signal de combinaison et à une seconde source de référence (Vz) pour engendrer un signal de sortie (V0) égal à la valeur de la seconde source de référence divisée par le premier signal de combinaison ; et une troisième source de référence (P) rdiée audit signal de sortie (VO) du montage diviseur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage diviseur précité comprend un multiplicateur (100) monté en contre-réaction avec un amplificateur (300) et comprenant des premier (4, 8) et second (9) circuits d'entrée et un circuit de sortie, le premier signal de combinaison additive étant appliqué à l'un desdits circuits d'entrée du multiplicateur, tandis que la borne de sortie de celui-ci est reliée à une borne d'entrée dudit amplificateur, la borne de sortie de ce dernier étant reliée à l'autre circuit d'entrée (9) du multiplicateur, et en ce que la seconde source de référence précitée est appliquée à ladite borne d'entrée de l'amplificateur pour engendrer, à partir dudit montage diviseur, un signal de sortie égal à la valeur de la seconde source dé référence divisée par ledit premier signal de combinaison additive. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les première, seconde et troisième sources de référence sont des tensions continues variables. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites sources de référence variables constituent des moyens pour régler le gamma dudit dispositif en vue de corriger un signal d'entrée à gamma compris entre -0,35 et -1 en un gamma positif.