Fundamentos Técnicos de la Imagen y el Color en Sistemas de Televisión

Conceptos Fundamentales de la Luz y la Iluminación

1. Luminancia e Iluminación

Luminancia (L): Es la señal que permite reproducir la luminosidad original de la imagen. Su símbolo es L y se expresa en candelas por metro cuadrado (cd/m²). Se calcula como el cociente de dividir la intensidad luminosa (I) de una superficie por el área aparente de esta superficie para un observador lejano:

$$L = \frac{I}{S}$$

Iluminación (E): Su símbolo es E y su unidad de medida es el lux (lx). Es el cociente de dividir el flujo luminoso homogéneo (en lúmenes, $\Phi$) por el área expresada en m² de una superficie S, sobre la que incide perpendicularmente:

$$E = \frac{\Phi}{S}$$

2. Características de la Luz

Las principales características de la luz son:

• Luminancia
• Iluminación
• Flujo energético
• Intensidad luminosa
• Flujo lumínico

Características del Color en Sistemas de Video

3. Componentes del Color

El color se define por tres características principales:

Luminosidad o Brillo

Es la intensidad lumínica de un color, que determina su cercanía al blanco o al negro. La ausencia de luminosidad es el NEGRO, y a medida que aumenta, pasa por todos los valores lumínicos hasta el BLANCO (Amplitud).

Tono o Matiz

Es la cualidad por la cual el ojo es capaz de apreciar diferencias entre luces de frecuencias diferentes, distinguiendo los colores. Corresponde con una longitud de onda específica (es el color puro, determinado por la Frecuencia).

Saturación

Es la medida de intensidad del color, la diferencia entre un determinado color y el blanco. La máxima saturación se consigue con el color puro.

9. Componente de Luminancia (Y) en TV

La señal de Luminancia (Y) se calcula a partir de las componentes primarias de color (R, G, B) según la siguiente ponderación:

$$Y = 0.30 R_{(610nm)} + 0.59 G_{(540nm)} + 0.11 B_{(470nm)}$$

Este esquema de tres colores pasa por un limitador y luego por un sumatorio para obtener la señal Y.

17. Señales de Diferencia de Color (U y V)

La señal U representa la componente azul de la señal ponderada:

$$U = 0.493 (B-Y)$$

La señal V representa la componente roja de la señal ponderada:

$$V = 0.877 (R-Y)$$

Ambas son señales de diferencia de color que se suman a través de una modulación de cuadratura para transmitir la información cromática.

Temperatura de Color y Unidades de Medida

4. La Temperatura de Color

La temperatura de color representa la temperatura, en grados Kelvin (K), de un color en comparación con el calor que emitiría un cuerpo negro caliente. Se utiliza para identificar la calidad cromática de una fuente luminosa.

• La luz del día en el exterior es típicamente de 5500 K.
• La iluminación interior de tungsteno es de aproximadamente 3200 K.

La iluminación real se mide con un luxómetro (lx), mientras que la temperatura de color de una fuente luminosa se mide con un termocolorímetro (en °K o mired).

11. El Mired (M)

El Mired es una unidad de medida utilizada para la temperatura de color, equivalente a 1.000.000 (un millón) dividido por la temperatura de color dada, según la fórmula:

$$M = \frac{1.000.000}{K}$$

Donde M es el valor mired deseado y K es la temperatura de color expresada en Kelvin. Por ejemplo, un cielo azul, con una temperatura de color T cercana a 25.000 K, tiene un valor mired de $M = 40$ mireds.

Estándares de Video, Resolución y Frecuencia

8. Formato y Resolución

Resolución

Es el número de líneas verticales que se pueden representar en la altura de la pantalla y las que se pueden representar en el ancho de la imagen.

Formato

Es la proporción entre el ancho y el alto de un televisor. Se calcula dividiendo el ancho por la altura de la imagen visible en pantalla y se expresa como X:Y.

15. Concepto de Resolución y Valores PAL

La resolución en TV es la cantidad de líneas verticales que se pueden representar en un ancho igual a la altura de la pantalla. Se estima que hay 80 líneas por MHz de ancho de banda transmitido. Los valores estándar en PAL son 720 x 576 píxeles.

El estándar PAL se usa habitualmente con un formato de video de 625 líneas por cuadro y una tasa de refresco de pantalla de 25 cuadros por segundo (25 Hz).

14. Frecuencia de Línea y Frecuencia Máxima

Frecuencia Máxima (Resolución Horizontal): Se calcula dividiendo el número de líneas “blancas” por el tiempo de exploración de la pantalla (por ejemplo, 52 µs), resultando en MHz.

Ejemplo: Si la resolución horizontal es de 800 líneas (400 blancas y 400 negras), la Frecuencia Máxima es:

$$\text{FR.MAX} = \frac{400}{52 \mu s} \approx 7.692 \text{ MHz}$$

Frecuencia de Línea: En PAL, se tienen 625 líneas por campo, lo que resulta en una frecuencia de 15.625 Hz. Esto se obtiene de multiplicar 625 líneas por 25 cuadros/segundo.

6. Cálculo del Número de Puntos (Ejemplo)

Cálculo de líneas basado en una relación temporal:

$$N = 8.58 \div \frac{1}{60} = 515 \text{ líneas}$$

16. Interlineado (Interlacing)

El interlineado es una técnica donde la imagen se divide en dos áreas o campos. Las cámaras realizan un primer barrido donde obtienen información de una de cada dos líneas (campo impar) y la emiten. Luego, realizan un segundo barrido que completa la imagen (campo par).

La imagen completa se denomina cuadro, que se divide en dos semi-imágenes denominadas campos. Esta técnica se implementó históricamente para evitar el parpadeo y reducir la fatiga visual.

19. Líneas de TV No Visibles

Las líneas que no se ven son 25 por campo, y dado que existen 2 campos, suman 50 líneas. Estas líneas se utilizan para realizar cambios en la carta de ajuste, transmitir teletexto o para los sincronismos de la señal.

Filtros y Equipos de Medición

10. Comportamiento de los Filtros de Color

La teoría que explica el comportamiento de los filtros es la de la mezcla sustractiva. Los filtros dejan pasar la radiación correspondiente al color con que vemos el filtro.

Por ejemplo, un filtro rojo absorbe todas las longitudes de onda excepto el rojo y el naranja, que son las que permite pasar.

20. Aparatos de Medición Comunes

Equipos utilizados para la monitorización y medición de señales de video:

• Analizadores de sincronismos
• Osciloscopio
• Monitor de forma de onda
• Vectorscopio
• Monitor modular

Notas y Representaciones Gráficas

21. Dibujo de la Línea Amarilla

22. Dibujo del Espectro de TV

23. Nota Adicional

Ni idea (Nota del autor original)