Ünite 8: Televizyon Kamerası

Giriş

Nesnelerden yansıyarak gelen ışığın, elektrik akım değişimlerine dönüştürülmesiyle oluşan video sinyali elektronik kameralar ile elde edilir. Elektronik kameralar iki ana bölüm halinde incelenir.

• Kamera gövdesi
• Kamera merceği

Kamera gövdesi içindeki en önemli blok, mercekten gelen ışığın, elektrik akım değişimlerine dönüştürüldüğü Görüntü Algılayıcı (Image Sensor)’dır.

Görüntü algılayıcı çalışmalarına, 1873 yılında Willoughby Smith’in Selenyum elementinin foto iletken özelliğini keşfetmesi ile başlanmıştır denebilir.

Tüplü Kameralar

1911 yılında Alan Archibald Campbell-Swinton, yaptığı çalışmalarda Katot ışınlı (Cathode Ray Tube-CRT) Tüplerin elektronik görüntü elde edilmesinde kullanılabileceği sonucuna vardı. 1923 yılında Vladimir Zworykin de katot ışınlı tüpler üzerinde deneyler yaptı. 1925 yılında bir elektronik kamera tüpü geliştirdi. Kamera tüpleri kısa sürede daha da geliştirilerek “Iconoscop, Image Orthicon, Vidicon ve Plumbicon” olarak televizyon stüdyolarındaki kameralarda uzun yıllar kullanıldı.

Iconoscope, televizyon kameralarında kullanılan ilk kamera tüpüdür. Fiziksel olarak boyutu çok büyüktü. Daha sonra kameralarda Image Orthicon tüpleri kullanıldı. Bu tüpler ışık yayma (Photo Emissive) prensibine göre çalışmaktaydı. Her iki tüpün de karmaşık yapılara sahip olmaları ve ayar zorlukları vardı.

Vidikon tüpü, 1950’ de geliştirildi. Foto iletkenlik prensibine göre çalışmaktaydı. Fiziki boyutları daha küçük ve daha basit bir yapıya sahip olmasına rağmen başka nesneye yöneltildiğinde, ilk görüntü kameranın ön yüzeyinde bir süre silinmiyordu.

Plumbicon tüpü 1960 yılında geliştirildi. Tüpün ön yüzeyi Kurşun Oksit (Lead Oxide-PbO) ile kaplanmıştı. Tüp daha duyarlı hale getirilmişti ve hatırlama özelliği çok azdı. 1980 yılından sonra Plumbicon tüpü geliştirilerek Diode Gun Plumbicon adını aldı.

Kamera tüpleri uzun yıllar televizyon kameralarında kullanıldı. Bazı kusurları nedeniyle yerlerini CCD yarı iletkenli elemanlara bıraktı. Kamera tüplerinin özellikleri:

• Fiziki olarak büyüktür.
• Besleme voltajları yüksektir.
• Saptırma sargıları kullanılır ve bu nedenle kamera ağırlaşır.
• Ömürleri kısadır. (700-1000 saat)
• Ayar zorlukları vardır.
• Sarsıntılarda görüntü bozulur.
• Kararlı görüntü elde edilebilmesi için ısınma süresinin tamamlanması gerekir.
• Yüksek ışık şiddetinde tüpün ön yüzeyi delinir.
• Kamera hızla bir başka görüntü almaya geçince, bir önceki görüntüyü hatırlar (Lag).
• Kamera parlak bir görüntü aldığında ve hareketine devam ettiğinde, parlak görüntü arkasında iz bırakır (Comet Tailing).
• Hızlı hareketler net olarak izlenemez.

CCD’li Kameralar

CCD (Charge Coupled Device) yük bağlaşımlı yarı iletkenler: CCD, 1969 yılında Bell Laboratuvarlarında George E. Smith ve Willard Boyle tarafından geliştirilmiştir. CCD’ler MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Yalıtılmış Geçitli Alan Etkili Transistör prensibine göre çalışır. CCD’lerde her resim elemanı (benek-pixel) için bir yarı iletken algılayıcı hücre vardır. Mercekten geçen ışık algılayıcı hücreye gelir. Işığın yoğunluğuna bağlı olarak her hücrede bir elektrik yükü oluşur. Bu yükler değişik tekniklerle çıkışla verilerek elektrik akımına dönüştürülür. Elektrik akımı ışığın yoğunluğu ile orantılı olarak elde edilir(S:135, Şekil:8.1).

CCD üzerinde bulunan ışığa duyarlı hücrelerin üzerine düşen ışık miktarını artırmak için, hücrelerin fiziki yapısı değiştirilerek HAD (Hole Accumulated Diode) Delik Birikimli Diyot geliştirilmiş ve görüntü duyarlığı yükseltilmiş ve gürültü azaltılmıştır.

Işığa duyarlı bir hücreye çok parlak bir ışık düştüğünde, o hücrede, hücrenin kapasitesinden fazla bir elektrik yükü oluşur. Buna Aşırı Yük Birikimi denir. Aşırı yük birikiminden dolayı oluşan yükün tamamı yandaki hücreye aktarılamaz. Kalan yük, hücrede yeniden oluşan bir sonraki yüke eklenmek zorunda kalır. Böylece elde edilen görüntü parlak olarak değil de düşey parlaklık çizgileri gibi görülür.

(Vertical Smear). Bunu önlemek için HAD’in iç yapısına N-Alt tabaka olarak gösterilen bir taban yerleştirilir.

CCD’ler genel olarak aşağıdaki kısımlardan oluşur:

• Işık Algılayıcı Hücre: ışığa duyarlı olan bu hücreler, üzerlerine düşen ışığı elektrik yüküne ve sonra elektrik akımına dönüştürürler.
• Dikey Geçiş: Hücrelerde ışığın yoğunluğuna bağlı olarak biriken yükü yatay geçişe taşır.
• Yatay Geçiş: Dikey geçişten gelen yükü çıkış katına taşır.
• Çıkış katı: Yatay çıkıştan gelen elektrik yükünü işler.

Çeşitlerine göre CCD’ler: IT-Satır Aktarmalı CCD (Interline Transfer CCD): Satır Aktarmalı CCD’deki ışık algılayıcı hücrelere ışık düştüğünde, pozlama süresi (exposure time) ile orantılı olarak hücrelerde bir yük oluşur. Bu yük düşey karartma aralığında düşey geçiş ünitesi aracılığı ile yatay geçiş ünitesine gönderilerek hücreler boşaltılır. Yatay geçiş ünitesi, yatay karartma aralığında elektrik yüklerini çıkış ünitesine gönderir.

FT-Kare Aktarmalı CCD (Frame Transfer CCD): Hücrelerin altında bellek üniteleri yer alır. Işık algılayıcı hücrelere ışık düştüğünde, pozlama süresi ile orantılı olarak hücrelerde oluşan yük çok büyük bir hızla düşey karartma aralığında, resim karesi olarak bellek ünitelerine aktarılarak hücreler boşaltılır. Yatay geçiş ünitesi, yatay karartma aralığında elektrik yüklerini çıkış ünitesine gönderir.

FIT-Kare ve Satır Aktarmalı CCD (Frame Interline Transfer CCD): Kare ve Satır Aktarmalı IT ve FT CCD’lerin birleşimi gibi düşünülebilir.

Işığa duyarlı bir hücreye çok parlak bir ışık düştüğünde, Aşırı Yük Birikimi’nin neden olduğu bir başka sorun da bu yükün bir hücreden taşarak yandaki diğer hücreye geçmesidir. Buna Patlama (Blooming) adı verilir.

CCD’lerin Özellikleri;

• Fiziki olarak küçüktür.
• Besleme voltajları düşüktür.
• Çok az ışıklı ortamlarda görüntü alabilirler.
• Saptırma sargıları kullanılmadığından kamera hafiftir.
• Olağan çalışma koşulları altında ömürleri sonsuzdur.
• Ayar zorluğu yoktur.
• Sarsıntılarda görüntü bozulmaz.
• Görüntü hatırlama sorunu yoktur (Lag).
• İz bırakma sorunu yoktur (Comet Tailing).
• Aşırı yük birikiminden dolayı Patlama (Blooming) sorunu yoktur.
• Işığa duyarlı hücrelerin pozlama süreleri elektronik olarak ayarlanabildiği için hızlı hareketler net olarak izlenebilir. Elektronik Pozlama (Shutter).

Boyutlarına göre CCD’ler: CCD’lerin boyutları, ışığa duyarlı bölgenin köşeden köşeye ölçülen değeridir. Bir başka deyişle Görüntü Algılayıcı’nın (Image Sensor) boyutudur. Bu ölçüm aşağıdaki yapılır,

A=a x b Alan ölçüsü

a: yükseklik

b: genişlik

c: köşegen

Her kameranın içinde bir CCD bloğu vardır. Profosyonel ve Yayın (Broadcasting) Kameraları’nda Mavi (B), Yeşil (G) ve Kırmızı (R) için üç CCD vardır. Mercekten geçen ışık CCD bloğu içindeki Dichroic Mirror’a gelir. Bu özel bir aynadır. Ayna ışığı üç ana renge ayırır. Işığın Mavi (B) bileşeni Mavi (B) CCD’ye, Yeşil (G) bileşeni Yeşil (G) CCD’ye ve Kırmızı (R) bileşeni Kırmızı (R) CCD’ye gider (S:139,Şekil:8.8). IT, FT veya FIT CCD çalışma prensibine göre ışık elektrik akım değişimlerine dönüştürülür.

Kamera Sinyal Çıkışları: RGB Video Çıkışları: R,G,B sinyalleri

Component Video Çıkışlı: Y, R-Y, B-Y den oluşan Bileşenli Video Sinyali veya: Y, C

Not: C= R-Y ve B-Y Composite Video Çıkışı: C + Y ‘den oluşan Bileşik Video Sinyali

En-Boy Oranı Formatları ve Dönüştürümü

Sinema ve televizyonda bir resim karesinin en-boy oranları birbirlerinden farklıdır. (S: 139, Şekil:8.9) ve (S: 139, Tablo:8.2) yer alan en-boy oranlarının çizimi verilmiştir. Tablodan görüleceği gibi geniş ekran sinema filmleri ile 4:3 ve 16:9 televizyon en-boy oranları birbirlerinden farklıdır. Sinema filmleri televizyonda gösterileceği zaman değişik işlemlerden geçirilerek, enboy ayarlaması yapılır.

Bazı Video kameralar ikili en-boy oranlı (4:3 ve 16:9) olarak yapılmıştır. Her iki format birbirine dönüştürülebilmektedir. Bunun için En-Boy Oran Dönüştürümü gerekmektedir. Şekil bozukluğu olmadan görüntünün izlenebilmesi için kenarlarından kesilmiş (Edge Crop) olarak seyredilir.

(S:141, Şekil:8.11 a) de yer alan görüntünün şekil bozukluğuna uğramadan 16:9 enboy oranlı ekranda, ekranın her iki yanında siyah boşluklar oluşarak (Pillarbox) izlenir.

4:3 en-boy oranlı görüntünün 16:9 oranlı ekranı tam olarak doldurması isteniyorsa üstten ve alttan bastırılır. Görüntü basık (squeeze) olarak izlenir (S:141, Şekil:8.11 c).

(S:141, Şekil:8.12 a) da 16:9 en-boy oranlı bir görüntü yer almaktadır. Bu görüntü, şekil bozukluğuna uğramadan 4:3 en-boy oranlı ekranda, ekranın üstünde ve altında siyah boşluklar oluşturularak (Letterbox) izlenir. Görüntü biraz küçülmüştür

16:9 en-boy oranlı görüntünün 4:3 oranlı ekranı tam olarak doldurması isteniyorsa her iki yandan bastırılır (squeeze). Görüntü basık olarak izlenir.

16:9 en-boy oranlı görüntünün 4:3 oranlı ekranda küçültülmeden aynı boyutlarda izlenmesi isteniyorsa, görüntü ekranda kenarlarından kesilmiş (Edge Crop) olarak seyredilir.

Renk Isısı

Sinemada olduğu gibi televizyon için program yapımlarında aydınlatma önemli bir yer tutar. Doğal koşullarda, bir başka deyişle gün ışığı altında yapılan çekimlerde elde edilen renklerle, stüdyo ortamındaki renklerin aynı olması ve stüdyoda kullanılacak ışık kaynaklarının böyle bir ortamı sağlayacak özelliklerde tasarlanmaları gerekir. Çeşitlerine göre ışık kaynakları farklı renk ışıklarına sahiptir. Ayrıca gün doğumu, gün batımı ve kuzey kutbuna yakın gökyüzünün farklı renk ışıkları vardır.

Siyah cisim ısıtılmaya başlandığında, cismin rengi koyu ve donuk bir kırmızı renk verir. Isı arttıkça renk parlak kırmızı, turuncu ve sarıya dönüşür. Cisim iyice ısıtıldığında renk şeffaf bir mavi renk yayar. Cismin ısındıkça ısıya bağlı olarak rengi değişmiştir. Işığı renk ısısı cinsinden ölçen İngiliz fizikçi W. T. Kelvin’dir. Bu nedenle renk ısısı ölçü birimi K (Kelvin) ile gösterilir.

Stüdyo veya kapalı yerlerde televizyon kamerası ile çekim yapıldığında renklerin doğru elde edilmesi için gerekli renk ısısı sağlayan filtreler kullanılmalıdır. Filtreler (S:142, Tablo:8.3),

1. Filtre: Stüdyo çekimlerinde kullanılır. Gelen ışık herhangi bir düzeltme yapılmaksızın kamera içindeki CCD bloğuna gönderilir. Gelen ışık standart beyaz ışık olarak kabul edilir.
2. Filtre: Stüdyo dışında, açık bir gökyüzü altında, gün ışığının fazla olduğu zaman kullanılır. Gelen ışık ND (Neutral Density) filtre tarafından 1/4 oranında zayıflatılarak kamera içindeki CCD bloğuna gönderilir.
3. Filtre: Stüdyo dışında hava bulutlu veya yağmurlu olduğunda kullanılır.
4. Filtre: Stüdyo dışında, ışık çok parlak olduğunda kullanılır. Gelen ışık ND (Neutral Density) filtre tarafından 1/16 oranında zayıflatılarak kamera içindeki CCD bloğuna gönderilir.

Yukarıda da açıklandığı gibi, televizyon kameraları kullanılırken, kapalı ve açık yerlerde çekim yapılmasına göre filtrelerin seçilmesi gerekir. Çekimler sırasında yanlış filtre kullanılması durumunda, doğal renklerin elde edilmesi olası değildir. (S:143, Tablo:8.4)’te ışık kaynaklarının renk ısıları verilmiştir.