Public : Classes Terminales série S des
lycées, enseignement de spécialité Physique.
pour récupérer le logiciel Auteur Claude
Cance
But du T.P. :
L'étude du signal vidéo , pour illustrer la constitution des images de
télévision , peut être menée par des techniques d'analyse spectrale car ce
signal est essentiellement constitué de la superposition de signaux
périodiques .
Schématiquement ces signaux se rangent en :
- Des signaux généraux, dans ce sens qu'ils se retrouvent identiques, quelles que soient les particularités de l'image observée , par ailleurs.
- Des signaux caractéristiques de l 'image observée : si celle ci a une structure simple (mire) leur interprétation est aisée.
Matériel :
 | Camescope
| Téléviseur
| Oscilloscope (facultatif , mais utile, il sert de moniteur pour les
réglages).
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| Ordinateur 486-66 MHz ou Pentium.
| Interface d'acquisition de données Orphy-GTI.
| Logiciel WinSpec (Groupe Evariste)
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| Mire de luminance croissante : bandes colorées parallèles qui seront placées verticalement , obtenues à partir d'une pochette de papier à dessin Canson , assortiment pastel. Coller les de la plus foncée à la plus claire. |
| Mire noir et blanc , toujours en papier à dessin , formée de bandes parallèles alternativement noires et blanches. |
(Pour les deux mires , prendre une largeur pour chaque bande de 5 cm environ).
Le camescope , qui n'a même pas besoin d'enregistrer, est relié au
téléviseur par sa prise Peritel , en parallèle sont branchées aussi sur
celle-ci , l'interface Orphy-GTI (voie 8 par exemple) , et
l'oscilloscope.(broches 17 de la prise peritel = masse , broche 20 = sortie du
signal vidéo ).
Conduite de la manipulation :
A-Fréquence des images :
On suppose un pré-requis qui est de savoir que la fréquence des images est proche de celles du cinéma ( à savoir 24 images/s pour celui-ci)
On suppose également que l'élève sait que l'image est formée de lignes
horizontales parallèles (pour un téléviseur normalement disposé !).
Le camescope observe la mire de luminance croissante (que l'on appellera mire
colorée à ce stade).
Le signal est échantillonné pendant une durée longue par rapport au phénomène de persistance rétinienne : 0,4 s par exemple pour être sûr que l'échantillonnage recouvre plusieurs images. Il faut donc choisir une fréquence d'échantillonnage assez faible (5000 Hz) et un nombre important de points (2048 échantillons).
On obtient le signal de la figure 1 , un calcul du spectre d'amplitude (fenêtre de Hamming) donne la figure 2.
Interprétation : Le spectre montre à l'évidence dans sa partie de
plus basse fréquence une série de raies de fréquences fo , 2 fo , 3 fo ... :
On reconnaît une série de Fourier , ce qui indique la
répétition périodique d'un signal de fréquence fo.
Comme toutes les images sont identiques , fo ne peut être que la fréquence
de ces images.
L'utilisation du Curseur ( ou de <Traitement> , <Recherche des
raies> ) donne la valeur de fo : 50 Hz dans les limites de la résolution
spectrale.
Il est donc naturel d'admettre que chaque image est formée de 2
demies-images , correspondant aux lignes paires et impaires : 50 demies-images
par seconde donne bien 25 images complètes par seconde.
B- Structure d'une image :
Chaque image est formée de lignes : on doit donc retrouver la fréquence des
lignes à condition d'augmenter la fréquence d'échantillonnage Fe, car on
s'attend à trouver 25x625 = 15625 lignes/s , on prendre Fe = 50.000 Hz , avec
toujours 2048 points.
Le signal obtenu est celui de la fig 3
Son spectre celui de la figure 4 , la fréquence des lignes est bien celle attendue dans la limite toujours de la résolution spectrale.
Ces deux observations montrent des périodicités caractéristiques de
l'image et indépendantes du caractère particulier de celle-ci , les deux
points suivants illustrent l'apparitions de signaux périodiques
supplémentaires induits par la mire observée.
C- Observation de mires noir et blanc :
Mire de bandes verticales :
On place la mire noir et blanc devant le camescope de façon à observer 3
bandes noires alternées avec 3 bandes blanches : autrement dit trois périodes
noir-blanc à l'intérieur d'une même ligne.
Le signal de la fig.5
, donne le spectre de la fig 6.
On retrouve bien une raie à la fréquence f= 3 x 15625 = 46875 Hz ( à la
résolution près).
Mire de bandes horizontales :
Il suffit de faire tourner de 90 ° la mire pour que ses bandes deviennent horizontales , une question à poser est : quelles périodicités obtiendra-t-on dans le spectre ?
Dans les figures suivantes il y a 2 bandes noires et deux bandes blanches
alternées sur la hauteur de l'écran de télévision.
(la réponse est que les lignes ne sont plus identiques à l'intérieur d'une
(demie) image , et que c'est la fréquence apparente des demies-images qui est
multipliée par deux !)
fig 7 , signal temporel
; fig 8 spectre correspondant .
Remarque : sur la figure 8 apparaît la raie attendue de fréquence 100 Hz ,
mais également une raie de fréquence 50 Hz due au fait que chaque demie image
est exactement dédoublée : il n'y a pas en particulier deux fois plus de Top
de synchro image.