videokamera

videokamera (video + kamera), kamera koja elektroničkim uređajem za optoelektričku pretvorbu optičku sliku pretvara u električni signal (videosignal). Videosignal nastao u kameri dovodi se na ulaz monitora ili televizora, gdje se raspodjeljuje → svjetlosna jakost te nastaje slika na zaslonu. Kamera se može priključiti izravno na monitor, ali za snimanje videosignala nužan uređaj za pohranjivanje slikovnih informacija (→ magnetski zapis; optički zapis). Akromatska kamera (crno-bijela) sadrži jedan senzor za pretvorbu svjetlosti u električni signal, a na njezinu izlazu dobiva se luminantni signal (→ televizija), dok kromatska kamera (kamera u boji) sadrži tri senzora i na svojem izlazu daje tri signala za tri primarne boje.

Akromatska videokamera

Akromatska videokamera, kao senzor sadrži analizirajuću cijev, a električni signal nastaje kada ulazna svjetlost, nakon prolaska kroz optički sustav kamere, padne na fotoosjetljivi sloj analizirajuće cijevi, pa dijelovi sloja mijenjaju svoj električni otpor ovisno o svjetlosnoj jakosti na ulaznoj optičkoj slici. Kada fotovodljivi sloj nije osvijetljen, on djeluje kao izolator i elektroni se na njem akumuliraju, stvarajući negativan naboj. Međutim, kada se fotovodljivi sloj osvijetli, on postaje vodljiv. Kako se na prednjoj strani fotovodljivoga sloja nalazi metalni sloj na malenom pozitivnom naponu, elektroni putuju prema njemu, a pozitivni naboj akumulira se na stražnjoj strani fotovodljivoga sloja. Tako se optička slika transformira u sliku obilježenu pozitivnim nabojima. Na suprotnoj strani cijevi, u odnosu na fotovodljivi sloj, nalazi se elektronski top, u kojem se stvara snop elektrona za analizu slike. Snop se usmjerava prema stražnjoj strani fotoosjetljivoga sloja i otklanja u horizontalnom i vertikalnom smjeru uz pomoć otklonskih električnih zavojnica. Otklanjanje elektronskoga snopa provodi se u ritmu horizontalne i vertikalne frekvencije pojedinoga televizijskoga sustava, čime se omogućuje da elektronski snop analizira sliku naboja. Prolazom snopa preko fotoosjetljivoga sloja neutralizira se pozitivni električni naboj pohranjen na pojedinim mjestima sloja, a promjena naboja registrira se kao mala promjena električnoga napona. Promjene napona na izlazu iz analizirajuće cijevi čine videosignal. Analizirajuće cijevi koje rade na temelju fotovodljivosti jesu npr. vidikon, plumbikon i satikon.

U poluvodičkoj videokameri, umjesto analizirajuće cijevi, rabi se poluvodički slikovni senzor (engleski Charge Coupled Device, CCD). Za rad CCD-senzora nije potreban otklonski sustav i elektronski snop pa je kamera lakša i malih dimenzija. Osim toga, malene je potrošnje električne energije (kamera se može napajati baterijama), niske razine šuma, pretvorba svjetlosti u električni signal je linearna. Danas je CCD-senzor zamijenio analizirajuću cijev i u profesionalnim i u kućnim videokamerama.

Kromatska videokamera

Kromatska videokamera sadrži tri CCD-senzora – po jedan za svaku od tri primarne boje. Ulazna svjetlost dolazi prvo na optičku prizmu, u kojoj se rastavlja na tri spektralne komponente: crvenu, zelenu i plavu, pa svaka od njih ulazi u jedan od senzora. U senzorima se optoelektričnom pretvorbom svjetlost rastavljena na spektralne komponente prevodi u električni signal, pa se na izlazu iz senzora dobivaju odvojeni signali triju primarnih boja. CCD-senzor sastoji se od područja slike, područja memorije i područja prijenosa i očitavanja naboja. Područje slike sastavljeno je od matrice koja sadrži mnoštvo poluvodičkih MOS-dioda (engl. Metal-Oxide-Semiconductor), a jedna MOS-dioda čini jedan → slikovni element. MOS-dioda građena je od metalne elektrode, sloja silicijeva dioksida i sloja silicija. Pod utjecajem svjetlosti u sloju silicija oslobađaju se elektroni, a njihova je količina proporcionalna svjetlosnoj jakosti upadne svjetlosti. S obzirom na to da su metalne elektrode pojedinih dioda na pozitivnom naponu, naboji (elektroni) oslobođeni pod utjecajem svjetlosti akumuliraju se u području ispod svake elektrode, pa se tako pohranjuju informacije o rasporedu električnih naboja nastalih pri upadu svjetlosti na površinu CCD-senzora. Promjenom napona na metalnim elektrodama, naboji se mogu pomicati u željenom smjeru, pa se pomiču od jedne elektrode, na kojoj se napon smanjuje, do druge, na kojoj se napon povećava. Tako se naboji prenose u područje očitavanja, gdje se snopom elektrona iz elektronskoga topa za svaki slikovni element očitava napon, koji je ujedno i videosignal.

Postupak očitavanja sinkroniziran je s frekvencijama za analizu slike u pojedinom televizijskom sustavu. S obzirom na način prijenosa naboja, rabe se tri temeljne vrste CCD-senzora: senzor s prijenosom slike (FT, Frame Transfer), senzor s prijenosom između linija (IT, Interline Transfer) i senzor s prijenosom između linija i prijenosom slike (FIT, Frame Interline Transfer). U FT-senzoru područje slike smješteno je iznad područja memorije. Područje slike izloženo je svjetlosti, a područje memorije zaštićeno od djelovanja svjetlosti. Za aktivnoga trajanja slike, u području slike pohranjuje se optička slika kao raspored naboja, a za vertikalnoga potisnog intervala (→ televizija) naboj se iz područja slike prenosi u područje memorije. Tako npr. za 575 linija u aktivnom dijelu slike treba obaviti 575 prijenosa tijekom vertikalnoga potisnog intervala, jer se naboji koji pripadaju jednoj liniji prenose istodobno za cijelu liniju. Za aktivnoga trajanja sljedeće slike, u području slike ponovno se nakupljaju naboji, a iz područja memorije naboji se očitavaju liniju po liniju (vertikalno pomicanje za trajanja horizontalnoga potisnog intervala), stvarajući videosignal. Kako se prijenos naboja iz područja slike u područje memorije odvija u vremenu u kojem svjetlost i dalje djeluje na područje slike, javlja se tzv. efekt povlačenja vidljiv kao vertikalni trag iznad i ispod jako osvijetljenih područja na slici. U IT-senzoru područje slike i područje memorije isprepleteni su kako bi se smanjio put prijenosa naboja iz jednoga područja u drugo i smanjio efekt povlačenja. Zbog toga je smanjena osjetljivost senzora, jer je površina fotoosjetljivoga područja, tj. područja slike, upola manja od toga područja u FT-senzoru. Za vertikalnoga potisnog intervala naboj nakupljen u području slike za sve linije prenosi se horizontalno u područje memorije, a iz područja memorije naboji se očitavaju liniju po liniju (vertikalno pomicanje prema dolje za vrijeme horizontalnoga potisnog intervala), stvarajući videosignal. FIT-senzor je kombinacija FT-senzora i IT-senzora. Za vrijeme vertikalnoga potisnog intervala sve se linije prenose iz područja slike u područje memorije, prvo horizontalno a zatim vertikalno. Horizontalni prijenos događa se u malenom dijelu trajanja vertikalnoga potisnog intervala, a vertikalni prijenos u ostatku toga vremena. Prijenos naboja iz područja memorije u područje očitavanja odvija se u optički maskiranom području, tako da je riješen problem efekta povlačenja.

U suvremenim digitalnim videokamerama analogni videosignal nastao u CCD-senzoru pretvara se u digitalni i dalje se obrađuje u digitalnom području. Postupcima digitalne obradbe signala moguće je popraviti kvalitetu slike, provesti korekciju boja i detalja npr. boja ukloniti bore ili ožiljke na licu i sl.

Osnovne su značajke koje određuju kvalitetu videokamere rezolucija, odnos signala i šuma, svjetlosna osjetljivost, reprodukcija boja i efekt povlačenja slike. Rezolucija CCD-kamera određena je brojem slikovnih elemenata na CCD-senzoru. Odnos signala i šuma pokazuje koliko je amplituda videosignala veća od šuma (prosječna je vrijednost odnosa za CCD-senzore 60 dB). Svjetlosna osjetljivost označuje donji svjetlosni prag pri kojem se još može snimati, a da se dobije slika u boji s niskom razinom šuma. Iako danas postoje kamere koje imaju mogućnost snimanja i pri osvjetljenju od nekoliko luksa, upitno je hoće li dobivena slika zadovoljiti kriterije kvalitete. Optimalni rezultati dobivaju se tek pri vrijednostima od 2000 i više luksa. Vjernost reprodukcije boja ovisi i o ispravno uspostavljenoj razini bijeloga (engl. White Balance, WB) prije snimanja, čime se osigurava da bijela boja u bilo kojim uvjetima snimanja (pri izvorima svjetlosti različite temperature boje) uvijek bude bijela, tj. da ne poprimi neku obojenu nijansu. Razina bijeloga uspostavlja se uz određenu rasvjetu, koja je određena temperaturom boje, usmjeravanjem kamere na bijelu površinu. Tipična je temperatura boje za umjetnu rasvjetu 3200 K, a za prirodnu rasvjetu 5600 K. Kamera izjednačuje amplitude spektralnih komponenata primarnih boja. Međutim, promjenom rasvjete, komponente primarnih boja više neće biti izjednačene te je tada potrebno ponovno uspostaviti razinu bijeloga.

Osim senzora, bitan je dio svake videokamere i objektiv, sustav leća koji služi za stvaranje oštre slike na fotoosjetljivom sloju senzora. Snimanje kamerom prati se s pomoću tražila, tj. minijaturnoga monitora koji prikazuje sadržaj scene koja se snima, daje podatke o stanju baterija, dostatnosti svjetlosti za snimanje itd.

Uz videokameru se isporučuju mnogobrojni optički filtri za različite efekte, generator za natpise, čime amateri mogu jednostavnim komandama upisivati tekst i brojke na sliku, daljinski upravljač, adapter za objektive i dr. U profesionalnim primjenama moguće je povezati više kamera i ostalih izvora videosignala s uređajem za miješanje signala i uskladiti parametare kamera koje rade u istom programu, kako bi se postigao isti izgled slike na izlazu iz svih kamera. Za bilježenje zvuka kamere su opremljene mikrofonima, ali se kvalitetniji tonski zapis postiže primjenom mikrofona odijeljenoga od kamere.