E. Vectorscopio

Definizione

Segnale Video

Con l'introduzione dei Segnali Video a Colori venne contestualmente sviluppato uno Strumento che potesse valutare le Componenti Colore all'Interno del Segnale Video.

I Vectorscopi sono degli speciali Oscilloscopi utilizzati in ambito Broadcast; in cui, invece di rappresentare la Waveform di un Segnale nel Dominio del Tempo, questi Strumenti visualizzano il Tracciato Polare di 2 Segnali rappresentando la loro Correlazione.
In ambito Broadcast, dispongono di un Reticolo per Riferimento & Misura in modo da Analizzare le Componenti del Segnale Video; questi Strumenti sono solitamente accoppiati ad un Monitor Waveform per valutare la Qualità del Segnale indipendentemente dallo Standard utilizzato.
Mentre le caratteristiche relative al Livello del Segnale Video sono rilevate dai Monitor Waveform, i Vectorscopi sono dedicati esclusivamente all’Analisi della Crominanza di conseguenza, in un Segnale Video Analogico, sarà presa in considerazione solo la Subcarrier Colore situata a 3,58 MHz in NTSC e a 4,43 MHz in PAL; in caso di Segnali Digitali vengono in Correlazione i 2 Canali Cb & Cr.

Il Display sui Vectorscopi dispone di Riferimenti tracciati su una Superfice Circolare particolarmente adatta per la Valutazione in un Sistema di Modulazione in Quadratura di Fase per le Componenti Cromatiche; in cui ogni Singolo Colore potrà essere rappresentato attraverso un Vettore o Traccia di conseguenza:

• Saturazione Colore
  Questo Parametro sarà rappresentato dall'Ampiezza della Subcarrier, corrispondente sul Display alla Distanza fra il Vettore e il Centro del Cerchio.
• Tinta Colore
  Questo Parametro sarà rappresentato con la Fase della Subcarrier che corrisponderà sul Display con l’angolo Formato da Vettore secondo una Schema Specifico.

I Riferimenti sul Display rappresentano la Posizione assunta dai Vettori delle Color Bar in presenza di un Segnale Calibrato in Livello mentre gli Assi Perpendicolari saranno relativi alle Componenti U & Ve di Modulazione; nello Standard NTSC lo Strumento presenterà anche i Riferimenti per le Componenti I & Q, specifiche di questo Sistema.

Dal momento che un Segnale PAL inverte la Fase della Subcarrier ad ogni Linea, i Riferimenti sul Display per la Color Bar saranno Duplicate nei Vectorscopi in Standard PAL; sarà inoltre presente anche un Riferimento a Sinistra (Area “Ore 9”) per la Misura del Guadagno Differenziale & Fase Differenziale.

Il Color Burst, trasmesso all’Inizio di ogni Linea, sarà convenzionalmente utilizzato come Segnale di Riferimento di conseguenza sarà sempre presente all’Interno del reltivo Riferimento il Vettore corrispondente; in NTSC la Fase del Burst sarà di 180° mentre in PAL sarà Alternata fra 135° & 225° a Linee Alterne.

In presenza di un Segnale RGB o Digitale il Bust non sarà presente come Riferimento di conseguenza verrà a mancare la Correlazione di Fase con la Subcarrier.

Segnale Audio

Nelle Applicazioni Audio, il Verctorscopio viene utilizzato per la Misurare la Differenza di Fase in un Segnale Stereo disponendo il Canale R sull’Asse Orizzontale e il Canale L sull’asse Verticale o viceversa.
In presenza di un Segnale Monofonico, con 2 Canali Identici e in Fase fra loro, verrà visualizzato mediante una Singola Linea con Coefficiente Angolare pari a +1.
Risulta evidente che ogni Separazione Stereo fra i Canali sarà, visualizzata come una Deviazione dalla Linea di Riferimento, in grado di generare una Figura di Lissajous.
In presenza di 2 canali in Controfase sarà visisualizzatà una Linea con un Coefficiente Angolare pari a -1.

Metodi di Misura

Introduzione

Al fine di valutare tutti i Parametri di un Segnale Video il Vectorscopio sarà solitamente utilizzato in Combinazione ad un Monitor Waveform poiché, come descritto nei precedenti Paragrafi, serve solo a mostrare le Informazioni sulla Crominanza del Segnale Video di conseguenza saranno valutabili solo i Valori di Saturazione & Tinta.
In questo particolare Strumento le seguente Aree sul Display saranno fondamentali per le Operazioni di Valutazione & Misura:

• Target
  Punti di Riferimento per i Colori;
• Cerchio Graduato
  Reticolo Circolare con Suddivisione in Gradi;
• Assi U & V
  2 Assi Perpendicolari utilizzati per rappresentare le Componenti U & V.

I Target senza alcuna indicazione del Colore rappresentano i Riferimenti relativi all’Inversione di Linea a 180° come descritto nei Paragrafi precedenti sul Sistema PAL

Quando verrà applicato una Color Bar con Saturazione nelle Componenti Colore pari al 75% & Corretta Fase, il Display sul Vectorscopio presenterà convenzionalmente le seguenti Caratteristiche:

• R - Rosso;
• Mg - Magenta;
• B - Blu;
• Cy - Ciano;
• G - Verde;
• Y - Gialli.

Dettaglio dell'Area Target relativo ad un Segnale Video in Standard PAL:

• Crocino Centrale
  Utilizzato per indicare con precisione il Punto di Riferimento Colore;
• Area Interna a 4 Angoli
  Utilizzata per indicare il Limite di Errore accettabile per il Colore.

Il Vectorscopio Misura Saturazione & Tinta del Segnale Video utilizzando dei Vettori di conseguenza la loro Lunghezza sarà utilizzata per indicare il Livello di Saturazione mentre l’Angolo né indicherà la Tinta.

Per la Misura relativa Guadagno Differenziale & Fase Differenziale viene convenzionalmente utilizzato il Riferimento sulla Sinistra del Display, solitamente indicata come Area “Ore 9”.

Calibrazione Strumento

Prima di poter procedere con le Operazioni di Misura sul Vectorscopio sarà necessario eseguirne la Calibrazione applicando un Segnale Test (Color Bar SMPTE); a tal fine procedere nel modo seguente:

• Posizionale la Waveform al Centro del Cerchio Graduato agendo sui Controlli del Vectorscopio.
• Impostare la Fase di Burst a 0 (Zero). Sul Vectorscopio il Burst corrisponde alla Linea con Dot (Punto) all’Estremità che non fa riferimento ad alcun altro Segnale sul Display, ad eccezione del Punto Centrale. Allineare il Bust, agendo sui Controlli del Vectorscopio, ad uno dei Riferimenti a 75% o 100% presenti sulla Linea Orizzontale a Sinistra rispetto al Centro del Cerchio Graduato.

Solitamente in presenza di un Segnale con Color Bar SMPTE, il Burst sarà sempre allineato con il Riferimento al 75% o nelle immediate vicinanze.

Effetti sull'Immagine

Introduzione

Applicando un Segnale Video a Colori sul Display del Vectorscopio si genererà un Diagramma Vettoriale chiamato Pattern.

In presenza di un Segnale Video in Bianco & Nero non sarà generato alcun Pattern poiché tale Segnale non presenta alcuna Componente Colore.
La Tonalità di Colore nell’Immagine determinerà il Profilo, la direzione e l’Angolazione del Pattern.
Solitamente un Vectorscopio consente di analizzare solo l’Intero Frame Video ma in alcuni Modelli sarà possibile selezionare e valutare anche una Singola Linea del Frame oppure uno Specifico Intervallo di Linee.
Il Cerchio Graduato sul Vectorscopio rappresenta il Limite Massimp consentito per la Saturazione dei Colori in ambito Broadcast di conseguenza se il segnale eccede questo Limite potrebbero sorgere dei Problemi nella Catena di Trasmissione (Trasmettitori, Ponti Radio e Ripetitori) poiché non sarebbero in grado gestire correttamente il Segnale Video.

Per meglio comprendere comprendere il comportamento del Vectorscopio in relazione al Segnale Video andremo ad analizzare nel dettaglio Pattern generato al variare dei seguenti Parametri:

1. Saturazione,
2. Luminosità,
3. Contrasto.

Saturazione

Con il variare della Saturazione il Vectorscopio genererà i seguenti Pattern:

• Saturazione Alta:

Immagine Non Corretta,
Segnale Video con le seguente Caratteristiche:

1. Livello di Saturazione Colori eccessivamente Alto,
   Il Pattern eccede oltre il Cerchio Graduato;
2. Tonalità dei Colori Corretta,
   I Colori nell’Immagine sono troppo “Carichi”.

• Saturazione Corretta:

Immagine Corretta,
Segnale Video con le seguente Caratteristiche:

1. Livello di Saturazione Colori nei Limiti;
2. Tonalità dei Colori Corretta.

• Saturazione Bassa:

Immagine Non Corretta,
Segnale Video con le seguente Caratteristiche:

1. Livello di Saturazione Colori eccessivamente Basso,
   Il Pattern eccessivamente Piccolo;
2. Tonalità dei Colori Corretta,
   I Colori nell’Immagine appaiono “Sbiaditi”.

Luminosità & Contrasto

In presenza di Segnali con Livelli di Luminosità Bassa o Alta, il Pattern generato sul Vectorscopio sarà indentico all’Immagine con Livelli di Luminosità Correti poiché il Vectorscopio consente di analizzare esclusivamente la Componente della Crominanza quindi le Variazioni della Luminosità non avranno alcuna influenza sulla Componente Colore nel segnale Video; medesimo Discorso riguardo alle Variazioni di Contrasto nell’Immagine.

Dominante Colore

Qualora venga aggiunta una Dominante di Colore il Patten sarà influenzato nel seguente modo:

• Dominante Blu:
  Pattern sul Vectorscopio Spostato a Destra;

• Dominante Gialla:
  Pattern sul Vectorscopio Spostato a Sinistra;

• Dominante Rossa:
  Pattern sul Vectorscopio Spostata Maggiormente verso il Riferimento Rosso sul Display.

• Dominante Assente:
  Pattern sul Vectorscopio Uniforme.

Calibrazione Colore

Bilanciamento del Bianco

Attraverso il Vectorscopio sarà possibile verificare il Corretto Bilanciamento del Bianco nei Supporti Video quando viene registrato una White Bar a Schermo Intero.
Per l’Operazione di Bilanciamento del Bianco procedere nel modo seguente:

1. Inquadrare con la Telecamera il Cartello di Riferimento Bianco;
2. Procedere al Bilanciamento del Bianco sulla Telecamera;
3. Registrare con la Telecamero il Cartello di riferimento Bianco a Schermo Intero per almeno 10 Secondi;
4. Procedere con le Operazioni di Ripresa Video.

Successivamente in Fase di Montaggio in studio procedere nel modo seguente:

1. Riprodurre sulla telecamera il Cartello di Riferimento Bianco;
2. Verificare sul Vectorscopio la Qualità del Bianco;
3. Qualora la Qualità del Bianco non sia Corretta procedere alle eventuali Regolazioni di Correzione Colore.

Solitamente un Bianco Corretto non dovrebbe presentare nessuna Dominate di Colore di conseguenza il Vectorscopio non dovrebbe generare alcun Pattern; nella pratica comune sarà sempre presente Pattern Ridotto, ascrivibili ai seguenti fattori:

1. Rumore del CCD della Telecamera;
2. Imperfezione Cromatica introdotta dall’Ottica sulla Telecamera;
3. Rumore introdotto dall’Elettronica del DSP;
4. Ecc...

Il "Pattern Ridotto", Ammesso per un Corretto Bilanciamento del Bianco, dovrà sempre presentare una Forma Circolare centrata sugli Assi U & V.
Nei Paragrafi successivi saranno gli Erroti tipici relativi al Bilanciamento del Bianco sulle telecamere:

• Bilanciamento Buono:
  Pattern relativo al Bilanciamento del Bianco Automatico a 4000°K sulla Telecamera con Luce Interna al Neon 840 (4000°K);
  Pattern leggermente spostato verso Sinistra per la presenza di una piccola Dominante Gialla.

• Bilanciamento Non Ottimale:
  Pattern relativo al Bilanciamento del Bianco Automatico a 3200°K sulla Telecamera con Luce Interna al Neon 840 (4000°K);
  Pattern con Profilo a 2 Rami leggermente spostato verso la Dominante Blu per la presenza di Luce Interna con una Piccola Dominanza Azzurra.

• Bilanciamento Sbagliato:
  Pattern relativo al Bilanciamento del Bianco Automatico a 5600°K (per Luce Esterna) sulla Telecamera con Luce Interna al Neon 840 (4000°K);
  Pattern molto Ampio verso Sinistra in Direzione del Giallo & Arancio, Bilanciamento con un Elevata Dominate Calda.

• Bilanciamento Ottimale:
  Pattern relativo al Bilanciamento del Bianco Manuale sulla Telecamera con Luce Interna al Neon 840 (4000°K);
  Pattern perfettamente Circolare & Centrato.

In presenza di un’Errore sul Bilanciamento del Bianco nella Ripresa Video sarà possibile, utilizzando un Vectorscopio, valutare quale Dominate Eliminare per procedere alla Correzione dei Colori utilizzando il Cartello di Riferimento Bianco precedentemente registrato sul Supporto.

Calibrazione MultiCamera

In ambito Broadcast viene spesso richiesto l’uso di un Vectorscopio in Studio al fine di calibrare un Sistema MultiCamera al medesimo Bilanciamento del Bianco per ottenere la stessa Resa Cromatica; a tale scopo sarà necessario seguire gli accorgimenti descritti nei Paragrafi precedenti.

Calibrazione Chroma Key

Solitamente il Vectorscopio viene utilizzato anche per la valutazione della Corretta esposizione del Fondale relativo alla Chroma Key al fine di Migliorare Purezza & Saturazione poiché per ottenere un ottimo risultato sarà necessario regolare il Diaframma della Telecamera fino a raggiungere un Valore di Saturazione Colore dello Sfondo il più elevato possibile; mantenendo un Livello di Luminosità entro gli 80 IRE.
Al fine di raggiungere un Ottimale Calibrazione sulla Telecamera, relativa ad un Fondale Verde per la Chroma Key, saranno utilizzati, in combinazione, i seguenti Strumenti:

• Vectorscopio per la Valutazione di Saturazione & Purezza del Colore Verde;
• Monitor Waveform per Misurare il Livello di Luminosità & Linearità dell’Esposizione.

Di conseguenza avremo le seguenti Configurazioni:

• Chroma Key Ottimale:
  

Il Pattern Uniforme sul Vectorscopio con un’Ottima Saturazione & Purezza del Colore Verde.

Il Pattern Uniforme sul Monitor Waveforn un Ottimo Livello di Luminosità & Linearità dell’Esposizione, ascrivibile alla qualità dell’Ottica utilizzata sulla Telecamera.

• Chroma Key Non Ottimale:

Pattern Non Uniforme sul Vectorscopio con un Livello di Saturazione Basso, ascrivibile di carenza nell’Intervallo dei Colori in Tinta Verde.

Pattern Non Lineare sul Monitor Waveforn con un Livello di Luminosità Basso, ascrivibile alla Pessima Qualità dell’Ottica sulla Telecamera con Maggiore Luminosità al Centro rispetto ai Bordi di conseguenza avremo un Immagine più Luminosa di almeno 10 IRE al Centro rispetto a Bordi.

Calibrazione Titoli & Grafica

Il Vectorscopio viene comunemente utilizzato per l’Inserimento di Titoli & Grafiche in Sovra-Impressione all'interno di una Ripresa Video; a tal proposito sarà importate valutare quali Colori sono Adatti al Gamut (Spazio Colore) nel Segnale Video attraverso il Controllo della Saturazione.
Di conseguenza avremo solo le seguenti Configurazioni:

• Titolo & Grafica Non Ottimale: Spazio Colore del Segnale Video Non Adatto; Titolo & Grafica con Saturazione Elevata sul Vectorscopio,
  Il Pattern deborda da Cerchio Graduato.

• Titolo & Grafica Ottimale:
  Spazio Colore del Segnale Video Adatto;
  Titolo & Grafica Ottimale con Saturazione Corretta sul Vectorscopio,
  Il Pattern Ottimale.