3CCD — технология цветоделения в цветном телевидении, использующая три светочувствительные матрицы, отдельные для каждого из трех цветоделенных изображений: красного, зелёного и синего. Технология основана на оптическом цветоделении при помощи дихроичной призмы, разделяющей^[1] свет от объектива на три изображения по длине волны за счет интерференции. В телевизионном обиходе такие видеокамеры называют трехматричными.

Принцип действия

Свет от съемочного объектива попадает на цветоделительную дихроичную призму, разделяющую его на три составляющих потока, направляемых к разным граням призмы. Излучение с самой короткой длиной волны избирательно отражается от дихроичного покрытия F1, пропускающего остальной свет дальше. Так синяя составляющая света направляется к нижней выходной грани. Затем, поверхностью с покрытием F2 отделяется длинноволновая - красная часть спектра, попадающая к верхней выходной грани. Зеленый свет проходит через все покрытия, не отражаясь и попадает к задней выходной грани призмы. Таким образом, получаются три монохромных действительных изображения объекта съемки. Красный и синий свет претерпевает двукратное отражение, в результате чего получаются прямые (незеркальные) изображения этих цветов. Каждое из этих цветоделенных изображений попадает на отдельную матрицу, видеосигнал с каждой из которых после обработки добавляется к общему. В результате сложения сигналов с трех матриц получается полный цветной телевизионный сигнал.

Приведенная оптическая схема не является единственной и разные производители видеокамер могут применять различные цветоделительные системы. При расчете системы должно учитываться, что длина хода лучей каждого цвета должна быть одинаковой с учетом разницы коэффициентов преломления стекла разных частей призмы. Кроме того, при проектировании призм для использования с полупроводниковыми матрицами, не допускается получения зеркально перевернутых изображений, как это было возможно при использовании вакуумных передающих трубок. В последних это устранялось простым изменением полярности разверток. Дополнительную сложность при конструировании трехматричных камер представляет устранение влияния поляризации света на качество цветоделения.

История

Впервые оптическое цветоделение на три монохромных изображения было применено для получения цветных фотографий в конце XIX века. Одновременное экспонирование трех черно-белых фотопластинок за тремя цветными светофильтрами позволяло получить три цветоделенных негатива, с которых получалось цветное изображение. Подобное устройство телевизионной передающей камеры применялось с самых первых дней существования цветного телевидения. До появления полупроводниковых матриц в камерах, построенных по такой схеме, применялись три передающие телевизионные трубки. В первых цветных телекамерах использовались полупрозрачные дихроичные зеркала и светофильтры. Применение дихроидных призм позволило поднять светопропускание и, соответственно, чувствительность таких камер. У трехтрубочных камер после каждого включения была обязательна процедура центровки, необходимая для точного совмещения растров передающих трубок. Магнитные отклоняющие системы не обладали абсолютной стабильностью и реагировали на изменения окружающего магнитного поля, поэтому выполнение центровки устраняло цветные контуры изображения, появлявшиеся вследствие неточностей совмещения изображений с трех трубок. Центровка представляла собой точную регулировку токов кадровой и строчной разверток для каждой трубки и выполнялась автоматической системой при помощи таблицы, поставлявшейся в комплекте с камерой. Применение твердотельных полупроводниковых матриц избавило от необходимости выполнения центровки при каждом включении, поскольку геометрия изображения, формируемого матрицей, не зависит от магнитных полей и отклоняющих систем. С появлением^[2] передающих телевизионных трубок, осуществляющих цветоделение при помощи встроенных светофильтров, некоторые компактные видеокамеры стали строить по однотрубочной схеме, без призменной цветоделительной системы. Полупроводниковые матрицы также могут использовать способ цветоделения при помощи массива цветных светофильтров, позволяющий использовать одну светочувствительную матрицу без дорогостоящей и громоздкой цветоделительной призмы. Однако, преимущества трехматричной схемы таковы, что видеокамеры, построенные на трех матрицах, до сегодняшнего дня не сдают свои позиции в профессиональном видеопроизводстве.

Дихроидная призма

Дихро́идная призма — основной элемент трёхматричной системы цветоделения. ^[3]

Достоинства трёхматричной системы

• Высокая разрешающая способность;
• Высокая точность передачи оттенков цвета;
• Полное отсутствие цветного муара и, как следствие - ненужность применения low-pass^[4] фильтра;
• Ненужность алгоритмов дебайеризации для восстановления потерянной информации, обязательных для одноматричных систем с массивом цветных фильтров;
• Высокая светочувствительность и соотношение сигнал/шум благодаря отсутствию потерь в светофильтрах;
• Возможность осуществления цветокоррекции постановкой дополнительных светофильтров перед отдельными матрицами, а не перед съёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи при нестандартных источниках света с сохранением высокой чувствительности системы в целом.
• Возможность повышения эффективного разрешения всей системы сверх разрешения отдельной матрицы вдвое по одной из координат, сдвинув три матрицы друг относительно друга на 1/3 пикселя и проведя интерполяцию трёх изображений с учётом этого сдвига. Данная технология получила наименование «Pixel shifting».

Недостатки трёхматричной системы

• Большая стоимость, значительно превосходящая стоимость одноматричных камер;
• Габаритные размеры, принципиально бо́льшие, чем у систем с одной матрицей;
• Трёхматричная система не может использоваться с широкоугольными объективами с малым задним отрезком;
• Проблема сведе́ния цветов. Трехматричные системы требуют точной юстировки. Чем больше физический размер матриц и их разрешение, тем сложнее добиться необходимой точности;
• Чувствительность к вибрациям, при наличии которых снижается качество получаемого изображения. Это требует специальных методов борьбы с вибрацией.

См. также

• Матрица (фото)
• Массив цветных фильтров
• Фильтр Байера

Примечания