2. A Técnica: A luz e a formação da imagem na TV

2.2 - A formação da imagem na televisão

 

Com o conhecimento da formação da imagem no olho humano e com a união de várias descobertas da física o homem pode dar seu passo para a invenção da TV.

As dimensões 4 para 3 da tela foram herdadas do cinema, que na época utilizava o filme de 16 mm, e apresentava este formato.

Com o tempo o cinema evoluiu para a dimensão 9 x 5, cinemascope, cinerama e outros, porém a TV só vislumbra a mudança de formato com o surgimento da TV de alta definição.

O princípio de tudo é a luz. Tanto no cinema quanto na fotografia, a câmera possui um conjunto de lentes que projeta sobre um elemento sensível os raios de luz refletidos pelos objetos enquadrados. Os elementos sensíveis à luz estão dispostos no filme ou película.

Na câmera de TV, ou cinema, a córnea e o cristalino foram substituídos pelo conjunto de lentes. A íris do olho humano nomeou a íris do conjunto de lentes, com a mesma função: controlar a quantidade de raios luminosos que penetram nos elementos sensíveis. A retina deu lugar à película, no caso do cinema e fotografia, e ao tubo de imagem ou CCD no caso da televisão.

Na película, tanto do cinema quanto da fotografia, os raios luminosos sensibilizam os elementos quimicamente fotossensíveis registrando assim a cena com seus tons de claro e escuro. Quando na projeção, novamente uma fonte de luz passa seus raios luminosos pela película projetando na tela os tons de claro e escuro reproduzindo as cenas registradas.

A película tem seus elementos fotossensíveis formados por minúsculos pontos dispostos lado a lado, como se fosse um mosaico onde cada elemento é sensibilizado por um ponto da imagem captada. Quanto mais pontos, maior número de detalhes podem ser registrados.

A televisão funciona com o mesmo princípio. A câmera de TV é composta pelo conjunto de lentes, pelo corpo processador da luz e pelo sistema de monitoração do vídeo chamado "viewfinder".

A luz refletida pelos objetos enquadrados é projetada através das lentes para um conjunto de elementos sensíveis da câmera que transforma os sinais luminosos em sinais elétricos. A semelhança com o cinema e fotografia terminam neste ponto.

Na TV estes sinais, a partir do momento que a luz é transformada em sinais elétricos, passam a ser processados eletricamente através de amplificadores, redutores de ruído e filtros eletrônicos, de tal forma que possam ser gravados ou transmitidos ao vivo.

Mas qual é o processo da formação da imagem na TV?

Para que a imagem possa ser formada eletronicamente, a luz projetada sobre os elementos que transformam a luz em sinais elétricos são varridas ponto a ponto.

Vamos falar primeiro do sistema de transformação da luz em sinais elétricos utilizando o tubo de imagem. O Tubo de Imagem, ou Tubo de Raios Catódicos - CRT, foi o primeiro sistema utilizado, hoje substituído com muitas vantagens pelo CCD - Charge Couple Device. Porém para melhor compreensão deixaremos para falar do CCD quando o sistema estiver claro com o Tubo de Imagens.

 

Fig. 33: Desenho esquemático do tubo da câmera

Fig, 34: Feixe de elétrons fazendo a varredura

 

Como no olho humano, a imagem não pode ser formada como um todo. Ela é varrida ponto a ponto, onde cada ponto registra a intensidade de luz que aquele ponto representa no todo da imagem. É como a pintura com a técnica do pontilhismo. Se olharmos bem de perto veremos apenas pontos claros e escuros com seus tons intermediários. A distanciarmos o olhar da tela percebemos que o conjunto de pontos forma uma imagem. Quanto mais pontos forem colocados, mais detalhes percebemos na imagem.

O Tubo de Imagens é formado por um cilindro de vidro onde, de um lado tem uma superfície construída com muitos elementos químicos individuais dispostos lado a lado formando uma linha. Cada ponto, também chamado "pixel", é um elemento sensível à luz. A TV brasileira trabalha com o padrão americano denominado "M", que utiliza 525 linhas para formar uma imagem, sem movimento, completa, chamado "quadro" ou no seu termo original "frame". O padrão de 525 linhas por quadro é utilizado devido ao sincronismo da nossa rede de energia elétrica que trabalha com 60 Hz (sessenta hertz) como freqüência, Países onde a energia elétrica é gerada com a freqüência de 50 Hz como Alemanha, Argentina, e outros principalmente na Europa, o sincronismo da imagem é formada por 625 linhas por quadro e 25 quadros por segundo para dar a sensação de movimento.

Quando a luz refletida pelo objeto enquadrado é projetada sobre os elementos sensíveis, cada elemento, ou pixel, é sensibilizado com maior ou menor intensidade, conforme a luz que bate naquele ponto. Luz mais clara, maior sensibilização, luz mais escura, menor sensibilização.

Do outro lado do cilindro é colocado um filamento que aquece quando submetido à uma alimentação elétrica. Logo a frente do filamento há um metal chamado cátodo, que emite elétrons quando submetido ao calor gerado pelo filamento. Entre o cátodo e a superfície sensível à luz há um conjunto eletromagnético chamado grade, que atrai os elétrons liberados pelo cátodo, dando-lhes velocidade. Quando a grade dá velocidade aos elétrons, eles passam a se movimentar organizadamente em uma mesma direção formando um raio ou um feixe de elétrons. Existem ainda dois eletroimãs do lado de fora do tubo, dispostos horizontalmente e verticalmente. Estes eletroimãs tem a função de desviar o feixe de elétrons para cima e para baixo, para direita e para a esquerda.

Quando a luz refletida pelos objetos enquadrados pelas lentes é projetada sobre o conjunto de pixels, cada ponto é sensibilizado isoladamente desequilibrando a carga elétrica positiva e negativa. Quanto mais clara a luz que atinge determinado pixel, maior o grau de desequilíbrio entre cargas, quanto menor a intensidade de luz que atinge o pixel, menor o desequilíbrio de cargas. Em seguida o feixe de elétrons em forma de raio varre cada linha passando por todos os elementos sensíveis provocando uma compensação de cargas elétricas de tal forma a equilibrar novamente a quantidade de cargas positivas e negativas de cada elemento.

Neste momento o diferencial de cargas de cada pixel é descarregado por um circuito elétrico gerando diferentes níveis elétricos para cada ponto, seqüencialmente, sendo que para sinais claros, que provocaram maior desequilíbrio de cargas, maior a intensidade elétrica; para sinais escuros que provocaram menor desequilíbrio de carga, menor a intensidade elétrica.

Este processo, chamado de "modelo de varredura", começa no alto da tela e "varre" ponto a ponto em cada linha, da esquerda para a direita, de cima para baixo. Cada varredura desta, forma um quadro parado da imagem.

Fig. 35: Modelo de varredura no televisor

Esta varredura acontece uma vez a cada 1/30 de segundo e se repete 30 vezes no intervalo de tempo de um segundo dando então a impressão do movimento, que como no cinema, é uma sucessão de quadros parados.

A impressão que temos ao observar o movimento da imagem na TV só ocorre por uma característica da visão chamada "persistência da visão". No olho humano, quando a retina é sensibilizada pela luz, o cérebro recebe esta informação como se fosse uma imagem sem movimento e imediatamente as células da retina se renovam sendo sensibilizadas pela nova imagem que foi projetada sobre ela. Este processo demora um pequeno intervalo de tempo. É o tempo suficiente para que o cérebro não perceba a imagem como vários quadros parados, mas sim como uma seqüência de movimento.

O cinema adota a projeção de 24 quadros por segundo, que já e suficiente para o olho não perceber os quadros parados. No entanto a televisão utiliza-se de varredura eletrônica, alimentada pela rede elétrica que é gerada a 60 ciclos por segundo ou a 50 ciclos por segundo, conforme o país. Como os circuitos elétricos dependem de sincronização de varredura, foi necessário criar uma padronização.

Por isso, em países como Brasil, Estados Unidos, e todos que tem sua energia elétrica gerada por usinas onde o gerador elétrico gera energia a 60 ciclos por segundo, ou 60 Hertz, a imagem é formada por 525 linhas de elementos sensíveis e o movimento com a projeção de 30 quadros parados para cada 1 segundo de movimento. Em países onde o gerador elétrico gera energia a 50 ciclos por segundo, ou 50 Hz, como o Paraguai, França, Alemanha, o mosaico de elementos sensíveis é formado por 625 linhas, sendo que são varridos 25 quadros parados para cada 1 segundo de movimento.

Isto ocorre porque o feixe de elétrons que varre os elementos sensíveis são sincronizados para ler a primeira linha em tempo pré-determinado tendo por base a ciclagem da energia elétrica que alimenta o sistema. Caso esta sincronização não fosse respeitada, a imagem seria formada com faixas escuras passando pela tela, chamadas de "batimento". Este batimento pode ser visto com facilidade quando utiliza-se uma câmera de TV enquadrando uma tela de computador. Como o sincronismo é diferente, surgem faixas passando pelas imagens que não são percebidas a olho nu.

Depois que a imagem foi captada pela câmera de TV, transformadas em sinais elétricos, ela pode ser gravada, processada ou transmitida.

No televisor ocorre o processo inverso da câmera. O tubo de imagem da TV é formado por uma superfície de vidro banhada por um produto químico, o fósforo, que brilha quando atingido por um feixe de elétrons. Como no tubo da câmera, o tubo da TV possui um filamento que aquece um cátodo, que por sua vez libera elétrons quando aquecido, tem uma grade que acelera os elétrons em uma mesma direção formando um feixe de elétrons e conta com dois eletroímãs que movimentam o feixe de elétrons de cima para baixo e da esquerda para a direita. A varredura que a câmera fez no momento de transformar a luz em sinais elétricos é sincronizada no televisor. O feixe de elétrons na câmera começou a varrer os elementos fotossensíveis na primeira linha superior, lendo linha a linha até a última linha na parte de baixo da tela. Sincronizado com a câmera, o televisor joga o feixe de elétrons na primeira linha da tela e varre linha a linha até a última linha na parte de baixo da tela. Como cada ponto no tubo da câmera gerou uma intensidade elétrica, esta intensidade vai se reproduzir gerando feixe de elétrons mais fortes ou mais fracos no tubo da TV. Para cada ponto, o feixe de elétrons toca na camada sensível da tela, de forma que, para sinais com maior intensidade elétrica o ponto brilha mais, para menor intensidade elétrica, o ponto brilha menos. Na visão do todo, a imagem passa a ser formada pela união de todos os pontos da tela como um só conjunto, sendo que os pixels mais brilhantes formam as partes claras e os pixels menos brilhantes formam as partes escuras de uma cena. Entre o todo claro e o todo escuro para cada ponto, estão os níveis intermediários de luz, que formam as nuances dos tons de cinza.

A televisão trabalha com até 30 níveis distintos entre o preto e o branco. É a chamada relação de brilho e contraste de 1:30 (de um para trinta). O cinema consegue trabalhar entre 50 e 70 níveis de cinza enquanto o olho humano distingue entre 100 e 150 níveis de cinza. Este conceito é um componente importante para sabermos como trabalhar a iluminação, respeitando as características técnicas da TV e que veremos mais tarde, quando explanarmos as questões de diferença de qualidade de iluminação e fotografia entre TV e cinema.

Mas, voltando a falar da formação da imagem, já sabemos que um quadro parado é formado por 525 linhas, sendo cada linha formada por uma sucessão de pixels.

Mas quantos pixels formam uma linha?

A televisão transmite em torno de 450 pontos por linha. No entanto cada tipo de equipamento de TV tem sua característica. Por exemplo, o VT doméstico VHS trabalha com aproximadamente 180 pontos por linha; o sistema de VT profissional U-Matic trabalha entre 260 e 340 pontos por linha dependendo do modelo. Já o sistema Betacam tem em torno de 500 pontos por linha. Quanto mais pontos por linha, mais detalhes podem ser registrados, pois são mais pixels para registros individuais do todo.

Em outras palavras, quanto mais pontos um equipamento consegue registrar, armazenar e processar, mais qualidade técnica ele oferece para produção.

A quantidade de pontos por linha é chamada de "Resolução Horizontal". É uma característica importante, pois sabendo o tipo de equipamento que vamos utilizar, conhecendo qual a resolução horizontal dele, teremos como determinar o tipo de iluminação mais adequada para registrar uma determinada cena.