Principios de la Televisión en Color: Síntesis Aditiva, Sistemas RGB y Componentes Clave

La Síntesis de Color

La televisión en color (TVC) utiliza lo que se denomina síntesis aditiva, es decir, trabaja con un sistema de luces (con sumas y restas). A partir de la suma de colores primarios obtenemos los demás. En luz, los colores primarios son el verde, el azul y el rojo. Las luces de colores primarios empleados en este sistema son el rojo, el verde y el azul, denominadas señal RGB. Si se combinan en proporciones adecuadas, el ojo humano verá la luz blanca.

La luz blanca es la suma de 0,30 de rojo + 0,59 de verde + 0,11 de azul = Luz blanca (Y). Para poder reproducir imágenes en color partiremos de 3 fuentes de color: luz roja, verde y azul, y mezclándolas podemos obtener cualquier color.

• Luz roja + azul = magenta
• Luz roja + verde = amarilla
• Luz azul + verde = cian

Variando las cantidades de cada uno obtenemos los matices del mismo color. Por otro lado, podemos hablar de colores complementarios, que son los que se obtienen al suprimir de la luz blanca uno de los colores primarios. El amarillo es el complementario del azul, el magenta del verde y el cian del rojo.

Principios de la Televisión en Color

La escena se desarrolla en color. Primero es dividida en imágenes compuestas únicamente por los 3 colores primarios. Esta labor se lleva a cabo en la misma cámara mediante la "interposición de filtros" o "espejos dicroicos", en lo que se denomina el Bloque dicroico, discriminador dicroico o prisma de espejos dicroicos. Los filtros dicroicos son filtros de vidrio duraderos que solo transmiten ciertas longitudes de onda de luz, reflejando el resto del espectro en lugar de absorberlo.

El bloque dicroico tiene dos espejos normales que hacen la función de reflexión básica (lo que hacemos con el reloj) y 2 filtros dicroicos. Son capaces de reflejar la radiación de un color dejando pasar las otras. Por dos espejos corrientes.

Cómo funciona:

• El espejo dicroico 1 refleja el rojo, dejando pasar el verde y azul.
• El rojo, a través del espejo normal 1, se envía al CCD R.
• El espejo dicroico 2 refleja el azul, dejando pasar el verde.
• El azul es enviado a través del espejo normal 2 al CCD B.
• El rayo verde atraviesa, sin sufrir reflexiones, los dos espejos dicroicos incidiendo directamente sobre el CCD G.

Cada uno de estos se proyecta sobre los CCD (dispositivos de carga acoplada), sensores de imagen en estado sólido que utilizan un pequeño chip de silicio que contiene miles de elementos individuales. No es necesario utilizar un CCD por color, sino que existen CCDs capaces de captar cada una de las tonalidades primarias. Son muy resistentes, consumen poca energía y son de bajo coste. Cada imagen es una escena incompleta, pero al superponer las 3 se forma la imagen completa a color.

El Sistema Eléctrico: El Sensor de Imagen

Es el "transductor óptico-eléctrico" que convierte la información eléctrica. Dos tipos:

• CCD
• CMOS

Cómo funciona CMOS:

• Están estructurados en forma de una matriz, con filas y columnas.
• Funcionan al acumular una carga eléctrica en cada celda de esta matriz (a la que llamaremos píxel).
• Es proporcional a la intensidad de la luz que incide sobre ella.
• A mayor intensidad luminosa, mayor carga acumulada.
• En general, los sensores CMOS tienden a ser más económicos que los CCD. (Es donde los electrones se generan y se mueven en el interior de su estructura, sin tener que recurrir al complejo soporte del tubo vacío (tubo de cámara)).
• El sensor en estado sólido.

CCD

Es un componente óptico electrónico integrado de pequeñas dimensiones. El CCD es un sensor con diminutas células fotoeléctricas que registran la imagen. La capacidad de resolución o detalle de la imagen depende del número de células fotoeléctricas que tenga el CCD.

El CCD se compone de 3 elementos paralelos:

• Un estrato fotoconductor (que recibe la imagen del objetivo. Está dividido en multitud de celdillas y cada una genera un elemento de imagen o píxel).
• Una "puerta" de transferencia (realiza la función de obturador electrónico).
• El estrato CCD propiamente dicho (transforma en electricidad. También dividido en celdillas, una vez generados los electrones, los descarga de celda en celda hacia un punto de salida lateral, generando la señal de vídeo).

CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor (semiconductor de óxido de metal complementario)

• Cada celda es independiente.
• No necesita un dispositivo externo que realice la conversión.
• La digitalización de los píxeles se realiza internamente en los fotodiodos que lleva cada celda.
• Se está imponiendo sobre el CCD.

CMOS vs CCD

• Está en vías de investigación vs ya evolucionado.
• Consumo muy reducido vs consumo elevado en comparación CMOS.
• Reducidos costes de fabricación vs conversor digital separado.
• Más velocidad por el conversor A/D integrado vs más lentos por culpa del conversor A/D separado.
• Menor rendimiento con luz baja vs mejor rendimiento con luz baja.
• El CMOS se calienta más que el CCD.

CCU (Camera Control Unit)

Representa la parte "inteligente" del cuerpo de la cámara. Se ocupa:

• Esencialmente de dirigir la unidad de servicio.
• De producir los sincronismos para construir la señal de vídeo completa (esta señal es la que se envía para reproducirse).

Los sincronismos pueden producirse:

• Dentro de la CCU de la cámara (en cámaras independientes).
• Pueden proceder de un generador externo SPG (SYNC Pulse Generator) (en cámaras conectadas a una mesa de control).
• Otra forma de sincronizar las cámaras es mediante el Genlock (Generator Lock o generador de enganche).

El GEN-LOCK es capaz de extraer los sincronismos de una señal de vídeo completa y enviarlos hacia el exterior y se encuentra muchas veces en el cuerpo de cámara. En la unidad de tratamiento de color. Una vez recibidas las señales RGB, construyen las señales de luminancia y crominancia y por una combinación produce la señal de vídeo en color.

La unidad de control es compleja por sus muchas funciones electrónicas. En las cámaras profesionales (TV) se convierten en una unidad independiente, conectadas mediante cable múltiple. Se la denomina CCU (Control Camera Unit). La CCU dividida o "back-pack" permite que se distancien a cientos de metros. En situaciones específicas se exigen continuos movimientos de cámara (tomas de exteriores de acontecimientos deportivos, cámaras sobre coches o motos). La señal que se emite por "radio-cámara" es captada por un sistema de antenas de recepción que a su vez está conectado a un control. La cámara está equipada con un radio transmisor con antena que elimina la dependencia del cable de conexión.

La Sincronización en los Sistemas Digitales

Las señales de sincronización, en un sistema de comunicación digital, van a permitir recuperar correctamente la información transmitida. Hay que distinguir:

• La señal de sincronismo de bit.
• La señal de sincronismo de trama.
• La señal de sincronismo de portadora.

Señal de sincronismo de bit (SYNC) es la señal que permite distinguir el intervalo correspondiente a cada uno de los bits transmitidos. Señal de sincronismo de trama. Es la que permite separar los distintos grupos de bits de una transmisión de forma que los bits recibidos se puedan clasificar y dirigir al canal de salida apropiado. Señal de sincronismo de portadora: son los que permiten recuperar la frecuencia y la fase de la portadora utilizada en la señal de transmisión, para la detección coherente de la señal.

Los Objetivos

Cuando hablamos de estos tenemos que diferenciar las tres partes que poseen: lentes, diafragma y obturador. El objetivo es el dispositivo óptico que proporciona al cuerpo de cámara las imágenes.

Las Lentes

Vamos a tener 2 tipos de lentes: lentes de distancia focal fija (para el cine) y lentes de distancia focal variable (zoom).

Gran Angular

También lo podemos encontrar como objetivo de foco corto. Proporciona una imagen amplificada de la escena y tiene la ventaja cuando se graba en un espacio reducido. Crea un efecto exagerado de la perspectiva, los objetos parece que están más lejos de lo que están. Otra característica es que exagera la velocidad del movimiento a lo largo del eje del objetivo. Manejo más fácil, menos problemas de oscilación, enfoque menos crítico, aunque hay que tener cuidado con los primeros planos de personas. Distorsiones con fines grotescos. Cuanto más angular, más distorsión (ojo de pez - efecto mirilla).

Teleobjetivo

U objetivo de ángulo estrecho. Permite seleccionar partes de una imagen desde una posición distante (ventaja cuando se está lejos). La profundidad de campo aparece comprimida. La distancia del primer plano al fondo parece más corta de lo que en realidad es. Los objetos sólidos parecen aplastados o comprimidos. Las personas tardan "mucho tiempo" en acercarse o alejarse de la cámara. Los objetos distantes se ven de un tamaño desproporcionalmente grande.

Desventajas con teleobjetivo: con respecto al manejo: supone más dificultad para el cámara, enfoque crítico, basta un ligero movimiento o temblor de pulso para captar y multiplicar el "balanceo", se recomienda trabajar con trípode.

Zoom

(Distancia focal variable) mayor coste, mayor complejidad, pérdidas de luz, gran volumen y peso. Normalmente no son inconvenientes, simplemente son sus características. Se selecciona el ángulo rápidamente (manual o remoto). El ángulo de lente se ajusta sin tener que desplazar ni objeto ni cámara. Puede simular un movimiento de la cámara al objeto. El zoom suave es más fácil de realizar que un movimiento de cámara lento. Pero la perspectiva puede salir distorsionada. Puede fallar la exactitud de reproducción del tamaño de los objetos. Su uso continuo plantea problemas de diseño (creativos).

Diafragma

Es el dispositivo de control de la cantidad de luz que entra en el objetivo. Está compuesto por un conjunto de láminas móviles dispuestas radialmente. La regulación del diafragma se efectúa en relación a la intensidad de iluminación disponible. El efecto de la regulación se manifiesta como variación de la luminosidad y afecta al contraste general de la imagen. La apertura del diafragma se expresa en números estándar, válidos para todos los objetivos. Estos números llamados stop, son: 1,4; 1,8; 2; 2,4; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22.

Algunas cámaras disponen de regulación automática del diafragma controlada internamente por circuitos eléctricos (LED). A números bajos corresponden diafragmas abiertos, y a números altos, diafragmas cerrados. La apertura del diafragma se regula en función de la cantidad de luz disponible, afectando a la calidad de la imagen (definida o difuminada) que se quiera obtener. Más nítido: número f mayor. La apertura del diafragma afecta a la profundidad de campo. Los números de diafragma más usados en las tomas normales están comprendidos entre 4 y 11. Cuanto más cerrado está el diafragma, más profundidad de campo. Va relacionado con la nitidez, el contraste y la profundidad de campo.

Obturador

(Electrónico) que es el shutter. El obturador indica el tiempo que se permite al CCD crear una imagen a partir de la luz que le incide a través del objetivo. El obturador no es mecánico. Al poner el obturador en su posición normal la exposición se realiza a la velocidad máxima permitida por la frecuencia de muestreo del sistema: 50Hz/60Hz.

La Señal Digital

Es la conversión de la señal analógica a una serie de combinaciones binarias.

La ADC (Conversión Analógico Digital)

¿Cómo se transforma la señal digital? 3 pasos:

1. Muestreo: cuando se digitaliza una señal, se toma una muestra del valor de la señal cada cierto tiempo: es el muestreo. La información que se transmite es el valor de cada muestra tomada y el valor de la señal entre muestra y muestra se pierde (información redundante). El número de muestras que se coge por segundo se conoce como frecuencia de muestreo y lo vamos a conocer como "fs". Cuanto mayor sea fs, mayor cantidad de muestras se toma y mayor fidelidad hay con la señal original. Fs: 2 fmax (mínimo exigido).
2. Cuantificación: para convertir una señal analógica a digital debemos conocer cuál es su frecuencia máxima para determinar su frecuencia de muestreo. Se elige el número de bits que se aplica a cada muestra para cuantificarla.
3. Codificación: consiste en traducir los valores obtenidos en el proceso de cuantificación al sistema binario mediante la utilización de una serie de códigos preestablecidos. Al finalizar se obtiene la deseada señal digital equivalente a la inicial analógica.