5.3. Гамма-коректор

Якість відтвореного на екрані зображення істотно залежить від форми амплітудної характеристики ТВ тракту «від світла до світла». Ряд ланок тракту мають нелінійну характеристику передачі. Характер і величина цієї нелінійності визначають точність відтворення градацій яскравості у ТВ зображенні. Результуюча характеристика передачі рівнів тракту «від світла до світла» з достатньою точністю апроксимується степеневою функцією

,

де L – яскравість об'єкта в зображенні на екрані; k – усереднений постійний коефіцієнт; L_об – яскравість переданого об'єкта; γ - показник степеня, що характеризує величину нелінійності, так званий гамма-коефіцієнт, або коефіцієнт контрастності.

Яскравість об'єктів на стороні передачі може досягати десятків тисяч кд/м², при контрасті в кілька тисяч. У той же час, сучасні кольорові кінескопи (самий масовий вид відтворюючих пристроїв) мають яскравість до 200 кд/м² і контраст близько 100. Тобто, динамічний діапазон зміни яскравості оригіналу в більшості випадків більше динамічного діапазону зміни яскравості зображення. Тому кількість вірно переданих градацій яскравості (півтонів) неминуче зменшується. У монохромних ТВ системах для поліпшення якості зображення необхідно здійснювати краще відтворення півтонів у сюжетно важливій ділянці динамічного діапазону яскравості зображення. Це означає, що величина показника γ повинна змінюватися в деяких межах. У кольорових ТВ системах результуючий коефіцієнт контрастності теоретично повинен дорівнювати одиниці. Практично його встановлюють у межах 1,1...1,2.

Результуюча характеристика передачі рівнів у кінотелевізійній системі, де кількість нелінійних ланок більше, також має наближатися до лінійного при γ > 1.

Так, при телекінопроекції результуючий коефіцієнт нелінійності визначається як

,

Сюди входять такі показники:

- коефіцієнт нелінійності градаційної характеристики ПСС. Так, плюмбікон має , ПЗС і біжний промінь мають , у відикона .

- коефіцієнт нелінійності контрастної характеристики кінофільму. Зазвичай , причому для позитивної кінострічки , а для негативної - . Необхідно враховувати, що при показі негативних фільмових матеріалів значення коефіцієнта нелінійності ПСС варто брати рівним .

- коефіцієнт нелінійності амплітудної характеристики коригувального пристрою - гамма-коректора. У сучасних ТВ каналах цей пристрій має зі східчастим або плавним регулюванням.

- коефіцієнт нелінійності амплітудної характеристики електричного тракту (без ПСС і коректорів). Необхідна величина , що практично забезпечується в сучасній апаратурі (диференціальна нелінійність тут не враховується).

- коефіцієнт нелінійності модуляційної характеристики кінескопа. Його величина може знаходитися в межах 2,2...3,4. Основні світові виробники кінескопів нормують це значення на рівні 2,8.

Таким чином, добуток всіх складових у попередньому виразі може дати 1 > γ > 1. При побудові результуючої амплітудної характеристики відеотракту "від світла до світла" зручно користуватися лінійним нормованим масштабом, що дає краще подання про форму кривій (рис.5.10).

Рис. 5.10. Нормовані характеристики γ- коректорів (у тому числі з кусково-лінійною апроксимацією)

Щоб правильно встановити контрастний діапазон ТВ зображення зі змінним у часі рівнем середньої складової, необхідно попередньо відновити середню складову перед γ-коректором. У противному випадку при зміні освітленості об'єкта будуть виникати контрастні спотворення. Точно так само для правильного сприйняття контрастного діапазону у відеопідсилювачі ТВ приймача не повинні відбуватися втрати середньої складової в сигналі зображення.

Існує велике різноманіття схем побудови γ-коректорів. Як приклад розглянемо роботу схеми з нелінійним колекторним навантаженням, де нелінійними елементами є діоди. Амплітудна характеристика в цьому випадку має вигляд ламаної лінії, однак візуально на зображенні ці злами (якщо лінійних ділянок не менш чотирьох) не проявляються при будь-якому реальному значенні γ.

На рис.5.11 зображена схема такого γ-коректори для випадку, коли γ < 1. Тут нахил відрізків ламаної лінії, що апроксимує амплітудну характеристику, визначається еквівалентним опором у колекторі VT1, що залежить від рівня вхідного відеосигналу. В області самих темних градацій колекторне навантаження R_K не шунтується. Поступово з ростом сигналу включаються кола діодів VD1, потім VD2 і т.д. В області найясніших градацій будуть включені всі діоди, у тому числі й останній - VD_n. Точки перегину ламаної лінії відповідають напругам відмикання діодів, які задаються регульованими дільниками R_1д...R_nд. Напругою відключення є відеосигнал. Завдяки низькоомним регульованим подільникам, а також малому вихідному опору емітерного повторювача VT2 регулювання потенціалів точок перегину практично не змінює опори кіл, що визначають крутість відрізків ламаної лінії. Резистор R_m забезпечує збереження розмаху сигналу на виході при вимиканні γ-корекції.

Рис. 5.11. Принципова схема діодного гама-коректора

Якщо потрібне регулювання форми амплітудної характеристики від γ < 1 до в > 1 при сталості розмаху сигналу, то застосовують двоканальний коректор із плавним встановленням γ_рез, виконаний, наприклад, за схемою рис.5.12. Тут два крайніх значення γ формуються у двох паралельних каналах з однаковими коефіцієнтами підсилення. З виходів каналів сигнали надходять на підсумовуючий потенціометр, із движка якого знімається відеосигнал з потрібним значенням коефіцієнта γ.

Рис. 5.12. Одержання корекції із плавно мінливою величиною γ: від γ < 1 до γ > 1