WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 


Pages:   || 2 |

«Телевидением называется область современной радиоэлектроники, которая занимается передачей и приемом неподвижных и подвижных изображений электрическими ...»

-- [ Страница 1 ] --

Глава 1 ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ

ЕГО РАЗВИТИЯ

Телевидением называется область современной радиоэлектроники, которая занимается передачей и приемом неподвижных и подвижных изображений

электрическими средствами связи в реальном и измененном масштабе времени.

Основная задача телевидения получение на приемном телевизионном

устройстве изображения, максимально соответствующего объекту передачи.

В основе телевидения лежат три физических процесса:

- преобразование световой энергии в электрические сигналы;

- передача и прием электрических сигналов;

- преобразование электрических сигналов в оптическое изображение;

Телевидение базируется на двух основных принципах:

- разбиение изображения передаваемого объекта на отдельные элементарные площадки;

- поочередная передача яркости этих элементарных площадок.

Современная телевизионная система (ТВС) по функциональному назначению отдельных ее звеньев и сложности взаимодействия является типичной радиотехнической системой, содержащей радиопередающие, радиоприемные и импульсные устройства. Наряду с устройствами преобразования изображения в электрический сигнал ТВС содержит устройства цифровой и аналоговой обработки сигналов изображения, включая нелинейные и сложные временные преобразователи, устройства сокращения избыточности, кодирования и декодирования.

1.1. Первые проекты механического телевидения Появлению первых проектов передачи движущихся изображений предшествовали изобретение в 1873 г. русским ученым А. Н. Лодыгиным лампы накаливания и открытие англичанами У. Смитом и Дж. Меймом свойств фотопроводимости селена. Эти открытия обеспечили возможность преобразования световой энергии в электрическую, а электрической в световую, что необходимо для передачи изображения.

В 1875 г. американцем Дж. Кери был предложен проект передачи изображения, максимально уподобленный глазу человека (рис. 1.1).

Передаваемое изображение 1 объективом 2 проецируется на светочувствительную панель 3, состоящую из большого числа селеновых элементов. На приемном конце имеется экран 5 с лампочками накаливания. Их число и геометрическое расположение соответствует числу и расположению селеновых элементов на светочувствительной панели.

Рис.1.1. Проект Дж. Кери:

1 объект передачи; 2 – объектив; 3 – светочувствительная панель из селеновых фотоэлементов; 4 – источники питания; 5 экран-табло ламп накаливания; 6 – изображение (представлено условно) Каждый селеновый элемент соединен отдельным проводом с соответствующей лампой накаливания через источник питания 4. Так как сопротивление селенового элемента зависит от его освещения, то при проецировании оптического изображения на селеновую панель происходит изменение сопротивления селеновых элементов пропорционально их освещенности. Это приводит к разной величине токов в цепях ламп накаливания, что вызывает разную яркость их свечения и формирование изображения 6.

Проект Дж. Кери интересен тем, что в нем впервые осуществляется разбиение изображения на отдельные элементы и проведена поэлементная передача всего изображения, т.е. реализован первый основной принцип телевидения.

Процесс разбиения изображения на элементы называется разложением изображения, а сами элементы – элементами разложения. Чем больше элементов разложения, тем более высокая четкость передачи изображения.

Основной недостаток проекта Дж. Кери в том, что число каналов передачи изображения равно числу элементов разложения.

Проблема каналов была решена в 1878 г. португальским ученым Де-Пайве, предложившим соединить передающую и приемную части одним каналом связи и передавать по нему элементы изображения поочередно. При этом скорость передачи всего изображения выбирается такой, чтобы в момент передачи последнего элемента разложения глаз человека еще помнил яркость первого элемента, т.е. все элементы разложения изображения передаются за время не более 0,1 с. В этом случае в силу свойств человеческого зрения переданные элементы разложения слагаются в целое изображение.

Передаваемое изображение 1 (рис.1.2) проецируется с помощью объектива 2 на металлическую пластину 3, покрытую селеном. По ней по определенному закону скользит металлическое острие 4. Сопротивление перехода острие пластина изменяется в соответствии с локальной освещенностью пластины. На приемном конце по тому же закону перед экраном 9 перемещается лампа накаливания 8, подключенная через контакты 7 реле 6 к источнику питания 5.2.

При прохождении острием освещенных участков пластины с изображением ток в канале связи увеличивается и реле 6, питаемое источником 5.1, срабатывает.

Контакты реле замыкаются, и лампа загорается.

Рис.1.2. Проект Де-Пайве:

1 – объект передачи; 2 – объектив; 3 – металлическая пластина, покрытая селеном;

4 – острие; 5.1 и 5.2 – источники питания; 6 – чувствительное токовое реле; 7 – контактная группа; 8 – лампа накаливания; 9 – полупрозрачный экран 6 – лампа накаливания; 7 –8 – В этом проекте, несмотря на его недостаток, реализуется второй основной принцип телевидения – происходит поочередная последовательная передача элементов изображения. Последовательная передача изображения по элементам называется разверткой. Порядок передачи отдельных элементов называется способом развертки. В проекте впервые была поставлена и задача синхронизации разверток на передающем и приемном конце.

Основные недостатки проекта – контактный механический способ развертки с помощью острия (иглы), требующий постоянной замены селеновой пластины, а также сложность обеспечения синхронизации.

Для устранения указанных недостатков в 1884 г. в Германии польский специалист П. Нипков предложил метод развертки при помощи вращающегося непрозрачного диска с отверстием (рис.1.3).

Отверстия 5 расположены у внешнего края диска 1 по спирали. Размер отверстия равен размеру элемента разложения. Каждое отверстие смещено от края к центру относительно предыдущего на свою высоту. Перед отверстиями установлена ограничительная рамка 2 с вырезом 3. Высота выреза 3 равна расстоянию между началом и концом спирали. Ширина выреза неодинакова и изменяется в зависимости от расстояния между соседними отверстиями в диске таким образом, что пока одно отверстие проходит при вращении вырез в рамке, следующее за ним в вырезе появиться не может.

При вращении диска отверстия поочередно прочерчивают строки 4 в пределах выреза рамки. Совокупность всех строк за один оборот диска позволяет передать все элементы изображения, образуя кадр.

Число строк разложения соответствует числу отверстий в диске, а число кадров, передаваемых в секунду, соответствует скорости вращения диска.

Рис.1.3. Непрозрачный диск Нипкова:

1 – диск; 2 – рамка; 3 - вырез в рамке;

4 – строка; 5 – отверстия на вращающемся диске Нипкова Структурная схема ТВС, реализованной на базе диска Нипкова, представлена на рис.1.4.

Рис.1.4. ТВС с дисками Нипкова:

1.1, 1.2 – вращающиеся диски; 2.1, 2.2 – рамки с вырезами; 6 – объект передачи; 7, 8 – объективы; 9 – фотоэлектронный преобразователь; 10 – канал связи; 11 – преобразователь сигнал-свет; 12 - экран Оптическое изображение передаваемого объекта 6 строится объективом 7 в плоскости диска 1.1. Размеры передаваемого изображения определяются вырезом ограничительной рамки 2.1. При вращении диска каждое из его отверстий по очереди пропускает свет от отдельных участков изображения, обеспечивая разложение и развертку изображения. В соответствии с яркостью передаваемых объективом 8 элементов изображения изменяется и сигнал на выходе фотоэлектронного преобразователя 9. Сигнал по каналу связи 10 поступает на преобразователь сигнал-свет 11, перед которым вращается диск 1.2. За счет синхронного вращения дисков яркости точек, наблюдаемых через приемный диск 1.2, в каждый момент времени соответствуют яркости передаваемого элемента изображения. При достаточной скорости вращения дисков движущаяся светящаяся точка воспринимается на экране 12 как слитное изображение.

Проект Нипкова, как очень простой и удобный, использовали в первых вещательных ТВС. Однако они, как и все другие оптико-механические системы, имели малую световую чувствительность и четкость изображения. Значительно повысить качество изображения удалось лишь с помощью систем электронного телевидения.

1.2. История развития электронного телевидения Изобретение в 1895 г. радио А. С. Поповым и создание в 1897 г. электронно-лучевой трубки, пригодной для воспроизведения изображений, Б. Л. Розингом, позволили последнему в 1907 г. получить патент на систему электронного телевидения. В 1911 г. Б. Л. Розинг изготовил аппаратуру и продемонстрировал группе физиков прием изображения на экран электроннолучевой трубки.

Параллельно в США в 1908 г. К. Суинтон использовал электронный луч и в передающей камере. В 1911 г. он предложил конструкцию передающей электронно-лучевой трубки, в которой светочувствительный электрод представлял собой кубики рубидия с ярко выраженным фотоэффектом.

Первая работающая передающая трубка мгновенного действия (диссектор) получена Фарнсуортом (США) в1927 г. В 1928 г. Г. Дженкинсом (США) был сформулирован принцип накопления заряда для передачи телевизионных изображений, а в 1931 г. С. И. Катаевым (СССР) и В.К.Зворыкиным (США) предложена трубка иконоскоп, реализующая данный принцип. В 1933 г.

П. В. Шмаков и П. В. Тимофеев предложили более чувствительную трубку с переносом электронного изображения – супериконоскоп. В 1938 г. Г. В. Брауде предложила двухстороннюю мишень, на основе которой разработана трубка, названная суперортиконом, до сих пор являющаяся одной из самых чувствительных. В 50-х годах разработан видикон, а в 70-х – первые твердотельные преобразователи на приборах с зарядовой связью.

Одной из первых ТВС, созданных Я. А. Рыфтиным под руководством А. А. Чернышева в 1929 г. в Ленинграде, была оптико-механическая система с разложением на 40 строк в Государственном физико-техническом институте академии наук СССР.

С 1 октября 1931 г. начинается регулярное телевизионное вещание через московские радиовещательные станции по оптико-механической системе Нипкова. Немного позже телевизионные передачи начали вести в Ленинграде, Киеве, Томске, Одессе. В 1937 г. было завершено строительство двух телевизионных центров: в Ленинграде на отечественном оборудовании со стандартом разложения 240 строк и в Москве на импортном оборудовании со стандартом 343 строки. В период Великой Отечественной войны работы по усовершенствованию ТВС прекратились; 15 мая 1945 г. впервые в Европе возобновил работу Московский телецентр.

С 1948 г. началось вещание Московского телецентра по стандарту разложения 625 строк. Регулярные передачи цветного изображения начались с 1 октября 1967 г. В 1975 г. Ленинградским телецентром была проведена передача черно-белого стереотелевидения. С 1979 по 1984 гг. Ленинградский телецентр провел несколько передач стереоцветного телевидения.

В 1984 г. более 90% населения Советского Союза имели возможность смотреть телевизионные передачи. В 1986 г. эксплуатировалось 10 000 высококачественных телевизионных станций, из них 515 мощных, 92 приемных станции системы «Орбита», 17 системы «Интерспутник», 3 500 системы «Экран», 800 системы «Москва».

Телевизионная техника широко используется при изучении и освоении космического пространства, морских и земных недр. Началом использования телевидения в космических исследованиях следует считать 7 октября 1959 г., когда впервые в истории была осуществлена передача на Землю изображения обратной стороны Луны.

Телевидение сейчас находится на стадии качественного перехода на новую ступень развития: разработка, совершенствование и использование твердотельных преобразователей, плоских экранов, биотелевизоров, более технологичных и информационных форматов изображения 5:4 и 16:9, высококачественного стереофонического звукового сопровождения, цифрового телевидения и стандартов высокой четкости, обработки изображений в реальном масштабе времени, многофункциональных систем видения в комплексе с ПЭВМ. Учитывая это, в каждой главе настоящего пособия авторы попытались отразить современные достижения телевизионной техники в области конкретных рассматриваемых вопросов.

1.3. Изображение и структура ТВС для его передачи

Как указывалось ранее, основная задача телевидения получение на приемном телевизионном устройстве изображения, максимально соответствующего объекту передачи.

Изображение это зрительные образы, воспринимаемые наблюдателем и являющиеся отображением объективно существующего мира. Образы, зафиксированные на плоскости, чертеже, рисунке, фотографии, тоже можно считать изображениями. Процесс телевизионной передачи включает в себя построение двумерного, подлежащего передаче, оптического изображения трехмерных (двухмерных) предметов, расположенных в пространстве.

Из оптики известно, что изображением точечного объекта, создаваемым идеальной оптической системой, является точка, в которую сходятся лучи, исходящие из рассматриваемого точечного объекта. Совокупность изображений этих точек дает изображение объекта.

Телевизионное изображение может быть описано функцией яркости L(x, y, z,, t) или функцией освещенности E(x, y, z,, t), где x, y, z пространственные координаты, длина волны излучения, t время.

Изображения могут быть динамическими и статическими. Статические изображения описываются функцией яркости L(x, y, z, ), не зависящей от времени. По отношению к пространственным координатам изображение может быть объемным или плоским. Плоские изображения описываются функциями двух координат яркости L(x, y, ), а объемные функцией трех координат яркости L(x, y, z, ). Динамические изображения описываются функцией яркости L(x, y, z,, t), зависящей от времени.

Зависимость яркости от длины волны позволяет разделить изображение на три группы: хроматические (цветные), монохроматические (одноцветные), ахроматические (черно-белые). Цветное изображение является функцией яркости L(x, y, z,, t), где набор длин волн в спектре излучения элементов изображения. Монохроматическое изображение является частным случаем хроматических изображений с функцией яркости L(x, y, z, i, t), когда спектр излучения всех элементов изображения представляет собой узкую спектральную зону около одной центральной длины волны i.

Из физической природы излучения следует, что функция яркости или освещенности всегда конечна и положительна, т.е. 0 L Lmax, 0 E Emax.

Структура системы электронного телевидения для передачи изображений выглядит следующим образом (рис.1.5).

Рис.1.5. Структурная схема системы электронного телевидения:

1 – преобразователь свет-сигнал (передающая телевизионная трубка); 2 – видеоусилитель; 3 – канал связи; 4 – синхрогенератор; 5 – блок разверток; 6 – видеоусилитель;

7 – канал синхронизации; 8 – блок разверток; 9 – преобразователь сигнал-свет (приемная телевизионная трубка); 10 – передаваемое изображение; 11 – объектив C помощью объектива 11 формируется изображение передаваемой сцены с освещенностью Е (x, y, z,, t) и фокусируется на мишени передающей телевизионной трубки 1.

Освещенность изображения Еи определяется освещенностью E0 и коэффициентом отражения объекта, а также параметрами объектива по формуле:

0 E 0 2 Eи =, (1.1) 4( 1 + m) где относительное отверстие объектива, определяемое отношением диаметра его входного зрачка к фокусному расстоянию; 0 прозрачность объектива, m - линейный масштаб изображения m = yи/y0; yи и y0 линейные размеры изображения и объекта соответственно.

На мишени возникает потенциальный рельеф, т.е. оптическое изображение превращается в электрическое.

Для каждого конкретного момента времени реакция фотоэлектронного преобразователя передающей трубки на воздействующее излучение описывается зависимостью его выходного тока i от функции распределения мощности излучения Е2() с учетом спектральной чувствительности ():

i = C ( )E 2 ( ), (1.2)

где С – постоянный коэффициент, определяющий чувствительность преобразователя свет-сигнал; его рабочий диапазон длин волн.

Электронный луч под действием отклоняющих катушек, питаемых пилообразным напряжением, поочередно обегает все элементы фотомишени и считывает потенциальный рельеф. На сопротивлении нагрузки передающей камеры возникает сигнал изображения (видеосигнал), который усиливается видеоусилителем 2 и по каналу связи 3 поступает на видеоусилитель 6 приемника и далее на управляющий электрод приемной трубки 9 кинескопа. Электронный луч кинескопа под действием магнитных полей отклоняющих катушек прочерчивает на экране растр. Приходящий видеосигнал, воздействуя на электронный луч, изменяет в нем число пролетающих электронов, в результате чего на экране кинескопа возникает изображение, состоящее из светящихся элементов различной яркости.

Для воспроизведения изображения необходимо, чтобы электронный луч в кинескопе двигался строго синхронно и синфазно с лучом передающей трубки. Только в этом случае яркость точек на экране кинескопа будет соответствовать освещенности точек на фотомишени передающей трубки, т.е. передаваемому изображению. Синхронизация осуществляется путем передачи по каналу связи особых синхронизирующих импульсов: строчных и кадровых. Эти синхроимпульсы вырабатываются синхрогенератором 4. Синхрогенератор управляет работой блока развертки передающей трубки 5 и одновременно вырабатывает синхроимпульсы, которые в видеоусилителе 2 замешиваются в сигнал изображения и по каналу связи передаются в приемник.

Совокупность сигналов изображения и синхронизирующих импульсов называется полным телевизионным сигналом (ПТС).

Для того чтобы синхроимпульсы не мешали передаче сигналов изображения, они передаются во время обратных ходов разверток, при которых сигнал изображения не передается. В приемнике после усиления ПТС поступает в канал синхронизации 7, в котором происходит отделение синхроимпульсов от сигнала изображения. Выделенные синхроимпульсы используются для синхронизации блока развертки 8 кинескопа.

1.4. Основные термины и понятия телевизионной техники

В подразд. 1.1 – 1.3 уже приводились некоторые термины и понятия телевизионной техники, выделенные курсивом. Приведем их вновь для более полного пояснения и дополним список рядом дополнительных существенных терминов и понятий.

Элементы разложения это минимальные площадки, на которые делится изображение объекта. В пределах элемента разложения могут находиться более мелкие детали передаваемого объекта, но ТВС усредняет их яркости по площади элемента разложения и дает сигнал соответствующей средней яркости.

Передать детали изображения размерами меньше элемента разложения ТВС не в состоянии.

Развертка изображения это процесс последовательного преобразования по заранее установленному закону яркости (цветности в цветном телевидении) элементов изображения в электрические сигналы. В вещательном телевидении закон развертки принят, как при чтении книг, т.е. слева направо по горизонтали (по строкам), и сверху вниз по вертикали (по кадрам) с равномерной скоростью.

Формат кадра изображения это отношение ширины передаваемого изображения b к его высоте h:

–  –  –

Число строк в изображении. Если элемент разложения принять за квадрат со стороной, то при условии, что строки вплотную прилегают друг к другу, число строк в изображении будет определяться как

–  –  –

Число элементов разложения в изображении. Число элементов в строке как отношение ширины изображения b к размеру элемента изображения с учетом (1.3) и (1.4) запишется как

–  –  –

Реальное значение элементов разложения в изображении меньше, так как часть кадра и строки расходуется на обратные ходы по кадрам и строкам.

Кадр однократная развертка по всей площади экрана изображения. За время передачи одного кадра изображение не должно существенно изменяться, иначе будет происходить «смазывание» движущихся объектов.

Растр заранее установленный рисунок строк развертки, обеспечивающий существенно равномерное покрытие всей площади кадра, т.е. это траектория движения развертывающего элемента по площади кадра.

Размер изображения определяется при заданном формате кадра высотой телевизионного изображения h или диагональю dи.

Контрастность изображения это отношение максимальной яркости изображения к минимальной

–  –  –

Четкость изображения характеризует воспроизведение мелких деталей изображения и определяется числом элементов в изображении Nи, разрешающей способностью объектива.

Дав определения основным терминам, используемым в телевидении, перейдем к изучению конкретных параметров электронной ТВС и их связи с параметрами человеческого зрения, в частности, глаза, как основного потребителя воспроизведенного на приемной трубке телевизионного изображения.

–  –  –

2.1. Зрительная система человека как приемник оптической информации

Изучение зрительной системы человека вызвано двумя обстоятельствами:

- необходимостью более детального изучения механизма зрительного восприятия, который является прекрасным примером процедур обработки визуальной информации, для определения принципов построения и совершенствования ТВС;

- необходимостью правильного согласования характеристик ТВС с характеристиками зрительной системы человека в тех случаях, когда сформированное на выходе ТВС изображение предназначается для восприятия глазом человека.

Основную информацию об окружающем мире человек получает при помощи зрения, представляющего собой систему, состоящую из органа зрения глаза, нервной системы и зрительного центра коры головного мозга. Глаз представляет собой совершенную оптическую систему, с помощью которой формируется изображение окружающих нас предметов на сетчатке. Светочувствительными элементами глаза являются колбочки и палочки, которые входят в состав сетчатки.

Колбочки рецепторы аппарата дневного зрения, характеризуемого малой световой чувствительностью, но большой разрешающей способностью и цветоразделительными свойствами.

Палочки рецепторы аппарата сумеречного зрения. Их основное достоинство высокая световая чувствительность.

Основными характеристиками глаза, существенно влияющими на параметры ТВС, являются поле ясного зрения, разрешающая и пропускная способность.

Под полем ясного зрения понимается прямоугольник со сторонами a1 (по горизонтали) и a2 (по вертикали), расположенный перпендикулярно оптической оси глаза, через который в зрительную систему человека поступает максимальное количество информации.

Разрешающая способность оценивается минимальным углом зрения (углом разъяснения глаза), под которым раздельно видны две рядом расположенные детали изображения, разделенные промежутком, имеющим яркость, отличную от яркости рассматриваемых деталей.

Пропускная способность определяется критической частотой повторения импульсных возбуждений сетчатки, при которой наблюдатель перестает замечать мелькания света и воспринимает его как непрерывное излучение.

Значения основных характеристик глаза приведены в табл.2.1.

–  –  –

Рассмотрим особенности восприятия человеческим глазом яркостных, масштабных и временных изменений изображения. Особенности восприятия человеком цвета будет рассмотрено при изучении основ цветного телевидения.

–  –  –

Под яркостными понимаются произвольные по размеру и форме, но отличающиеся по яркости детали изображения. Диапазон яркостей в поле зрения человека принято называть контрастностью Kи (1.7).

Способность глаза реагировать на световое раздражение характеризуется световой чувствительностью. Световая чувствительность глаза к воздействию излучения определяется величиной, обратной яркости изображения.

Способность глаза менять свою чувствительность и приспосабливаться к различным яркостям наблюдаемого изображения называется адаптацией. Минимальное значение яркости светового пятна, обнаруживаемое глазом на черном фоне при темновой адаптации, называется абсолютным порогом световой чувствительности. Палочковый аппарат начинает реагировать на яркости 104 – 105 кд/м2. При яркостях 104 – 105 кд/м2 работает только колбочковый аппарат, т.е. световой динамический диапазон глаза составляет около 109. Однако реально воспринимаемый диапазон яркостей значительно меньше, что объясняется следующими соображениями.

На практике приходится различать яркость L отдельных участков на светлом фоне. Здесь в рассмотрение вступает разностный порог световой чувствительности, определяемый как

–  –  –

В природе яркость объектов изменяется в диапазоне 105. Считается, что максимальная контрастность, ограничиваемая глазом, равна 100, а величина дифференцируемого порога = 0,05. Тогда максимальное число градаций, различимое глазом, равно 92.

Рассмотренные особенности восприятия глазом яркостных деталей легли в основу выбора динамического диапазона яркостей и контрастности изображения на экране кинескопа.

2.3. Восприятие масштабных деталей

Восприятие масштабных деталей изображения человеческим глазом определяется его разрешающей способностью. Физическими факторами, влияющими на разрешающую способность глаза, являются дифракция света, дискретность структуры сетчатки и аберрация в оптической системе глаза. В некоторых случаях разрешающую способность характеризуют величиной, обратной углу разъяснения глаза, остротой зрения.

Острота зрения, или разрешающая способность глаза, характеризуется тем минимальным углом, который образуют два луча, отходящих от различаемых элементов к центральной части сетчатки глаза (рис.2.1).

–  –  –

Этот угол составляет обычно одну угловую минуту. Можно подсчитать, что на расстоянии в 1 м глаз способен различать две точки, отстоящие на 0,3 мм друг от друга. Эксперименты подтверждают, что минимальный темный промежуток регистрируемый глазом, соответствует углу больше 0,6. Кроме того, угол разрешения зависит от яркости изображения (при уменьшении освещенности падает разрешающая способность) и расстояния f, с которого наблюдается изображение (при большом расстоянии детали не различаются).

При яркости 100 кд/м2 и предельном контрасте изображения угол разрешения достигает 0.75 1. Эти данные используются для расчетов разрешающей способности ТВС.

2.4. Восприятие временных изменений изображения

Человеческий глаз обладает световой инерцией. Одиночный световой импульс может быть обнаружен глазом только при условии, что время его воздействия на глаз конечно. Это время зависит от мощности сигнала. Минимальная критическая длительность светового потока сигнала кр связана с мгновенной световой мощностью импульса как

–  –  –

Из (2.5) следует, что произведение светового потока F на время воздействия равно постоянной величине. Значение константы сугубо индивидуально для каждого человека и зависит от ряда внешних факторов.

После прекращения действия светового потока, возбуждающего сетчатку, глаз как бы продолжает видеть источник с яркостью, спадающей во времени по экспоненциальному закону

Lв(t) = L0 exp ( t / ), (2.6)

где Lв яркость возбуждения; постоянная времени, которая является функцией начальной яркости L0 и увеличивается при ее увеличении.

Постоянная времени определяет критическую частоту повторения импульсных возбуждений сетчатки fкр, при которой наблюдатель перестает замечать мелькания света и воспринимает его как непрерывное излучение. Выражение для определения fкр выглядит следующим образом:

fкр = algL + b, (2.7)

где a и b – постоянные коэффициенты, определяемые скважностью световых импульсов, их формой и составом.

Опытным путем установлено, что критическая частота мельканий, или пропускная способность глаза, для яркостей 30 – 100 кд/м2 лежит в пределах 48 60 вспышек в секунду.

Кроме критической частоты мельканий, необходимо определить частоту передачи фаз движений субъектов динамических изображений, при которой отсутствует их дискретность. Экспериментально установлено, что для недискретной передачи фаз движения необходимо передавать 16 25 кадров в секунду, так как это делается в практике кино.

Указанные данные используются для выбора типа люминофора кинескопа и определения частоты следования кадров изображения.

2.5. Согласование параметров телевизионного изображения с характеристиками зрительной системы человека Создавая ТВС, необходимо стремиться к тому, чтобы телевизионное изображение обеспечивало отображение передаваемого образа таким, каким бы он воспринимался при непосредственном наблюдении. Для этого необходимо правильно выбрать параметры телевизионного изображения. Согласованию с характеристиками зрения человека подлежат масштабные, яркостные и временные параметры телевизионного изображения. Вопросы согласования цветовых параметров изображения будут рассмотрены нами в разделе основ цветного телевидения (гл. 9).

К масштабным (координатным) параметрам телевизионного изображения относятся его размер, способность воспроизводить мелкие детали и геометрическое подобие объекту передачи.

Формат кадра согласован с углом ясного зрения человека (см.табл.2.1).

Обычно берется прямоугольник с отношением сторон Кф = 4:3 (отношение сторон прямоугольника поля ясного зрения, кратное 4).

Детальность изображения определяется минимальными размерами элемента разложения. График относительной оценки визуальной четкости в зависимости от числа строк разложения приведен на рис.2.2.

–  –  –

Принятое в нашей стране число строк разложения 625 (число элементов разложения по вертикали) соответствует примерно 95% максимальной четкости, это справедливо для зрителя, находящегося на расстоянии от экрана, равном его пяти высотам (как правило, 2 2,5 м). Реальное число элементов разложения по вертикали равно 575 (50 строк отводится для гашения обратного хода луча по кадрам). Число элементов разложения по горизонтали определяется как 625Кф и равно 830.

Следует отметить, что при наблюдении с расстояния, равного пяти диагоналям телевизионного экрана (для Кф = 4:3), угол между двумя соседними строками разложения составляет 0,675. Эта величина ниже разрешающей способности глаза, поэтому для человека при указанных условиях наблюдения строчная структура растра не заметна.

Высота изображения (экрана) выбирается исходя из того, чтобы в комнате с расстояния в пять высот экрана мы его видели в угле ясного зрения, но при этом не видели строчной структуры, и может быть найдена с учетом разрешающей способности глаза (2.4) из условия

Hэ = Zsiny. (2.8)

Геометрическое подобие важнейший параметр, определяющий качество телевизионного изображения и оцениваемый степенью так называемых растровых искажений, в простейшем случае заключающихся в нелинейности сторон прямоугольника изображения кадра.

К яркостным параметрам телевизионного изображения относятся средняя яркость и число различимых градаций яркости.

Практикой установлено, что средняя яркость 50 кд/м2 вполне достаточна для наблюдения изображения и рассматривания деталей без утомления. При этом яркость в белых местах изображения может достигать 100 200 кд/м2.

Считается удовлетворительным, если диапазон яркостей экрана равен 30 40 и очень хорошо, если различимо 100 градаций, при этом контрастность изображения согласно (2.3) будет равна 92.

Для достижения указанных значений используют специальные люминофоры и методы увеличения контрастности, например, чернение экрана.

К временным параметрам относятся частота возбуждения кинескопа и частота смены кадров изображения.

Для комфортного воспроизведения изображений на экранах кинескопов необходима яркость их свечения 100 кд/м2. При этом люминофор кинескопа выбирается с послесвечением, необходимым для передачи слитного изображения кадра, и не меньше критической частоты мельканий глаза. Поэтому используются люминофоры с послесвечением в 20 мс, обеспечивающие частоту мельканий яркости экрана 50 Гц.

Частота критических мельканий предопределила и частоту смены кадров, равную 50 Гц. Другим условием выбора частоты кадров явилось использование частоты питающей сети, также равной 50 Гц. При использовании меньшей или большей частоты кадров на экране кинескопа наблюдались бы медленно перемещающиеся темные полосы, вызванные изменением фазы питания его накала с частотой 50 Гц. Поэтому в стандартах США и Японии, где используется частота питающей сети 60 Гц, выбрана соответствующая частота кадров. В настоящее время это условие себя изжило, так как накал кинескопа запитывается либо постоянным током, либо токами частоты строчной развертки 15 – 16 кГц.

Однако для передачи фаз движения с частотой, при которой не наблюдается их дискретность, необходима частота кадров, равная лишь 16 25 Гц. Указанная избыточность была устранена при использовании в вещательном телевидении чересстрочной развертки. В случае чересстрочной развертки один кадр передается с частотой 25 Гц, но за два поля (поле нечетных и поле четных строк), передаваемых с частотой 50 Гц. Таким образом, выполняются оба условия – частоты критических мельканий и фаз движения.

2.6. Параметры современных ТВС Развитие научно-технического прогресса и высоких технологий позволяет еще больше приблизить параметры формируемых изображений к характеристикам передаваемого объекта.

Масштабные параметры. Формат кадра в современных ТВС равен либо 5:4, либо 16:9.

В первом случае (5:4) представлен более технологичный стандарт, который обусловлен простотой изготовления кинескопов и значительным уменьшением анодного напряжения на них (уменьшается видимая часть строки, изменяется в сторону выравнивания соотношение прямого и обратного хода строк, повышается надежность выходных каскадов строчной развертки).

Второй формат (16:9) широкоэкранный, позволяет включить аппарат периферийного зрения человека, что дает возможность получать на 20 30% больше информации, чем в поле ясного зрения.

Детальность изображения определяется увеличением числа элементов разложения в 2 3 раза. Число строк в изображении выбирается в пределах 1000 2000, что стало возможным благодаря значительному уменьшению диаметра развертывающего луча. Кроме того, это вызвано переходом на большие экраны с высотой изображения до 60 100 см, для которых существенной становится проблема видимости строчной структуры растра. Увеличение числа строк позволяет решить данную проблему. Число строк в развертке определяется по правилу перемножения простых чисел, например: 33555=1125, 33557=1575, 35555=1875.

Кроме того, планируется переход к прогрессивной развертке в вещательном телевидении либо к синтетическим методам ее получения в приемном устройстве. Это позволит избежать такого недостатка чересстрочной развертки, как сползание или спаривание строк.

Геометрическое подобие. Для устранения растровых и геометрических искажений кардинально изменены структура намотки отклоняющих катушек и геометрия кинескопа. Если экран кинескопа в классическом телевидении был сегментом сферы, то затем стал сегментом цилиндра с большим радиусом кривизны (более плоским) и, наконец, сегментом плоскости. Такая эволюция была бы невозможна без использования микропроцессорного контроля процессов формирования разверток.

Яркостные параметры доведены до значений средней яркости 100 кд/м2 и максимальной контрастности. Для этого использованы различные степени чернения экранов кинескопа, применены антибликовые покрытия.

Временные параметры. Экспериментально установлено, что при частоте возбуждения экрана в 50 Гц человек достигает порога утомляемости через 1 час просмотра. В настоящее время происходит переход на кадровую развертку 100 – 200 Гц, которая позволяет снизить утомляемость человека при просмотре телевизионных программ. Реально это реализуется за счет использования в телевизионном приемнике устройств запоминания на кадр и воспроизведения информации кадра с повышенной частотой.

Таким образом, параметры современных ТВС значительно отличаются в численном выражении от рассмотренных нами в подразд.2.5, однако соответствуют описанным там закономерностям и напрямую связаны с параметрами человеческого зрения. Их реализация позволит повысить качество телевизионного изображения и создаст дополнительные преимущества пользователю, как в объеме получаемой информации, так и в комфортности ее предоставления.

2.7. Оценка качества телевизионного изображения по испытательным таблицам Оценка качества телевизионного изображения складывается из ряда частных оценок по отдельным его параметрам.

Большинство из них может быть объективно измерено. Для эпизодического контроля качества и настройки принято перед началом и концом передачи передавать изображение испытательной таблицы. Форма и содержание этих таблиц могут быть различными. До недавнего времени перед передающей телевизионной камерой ставили картину, на которой была нарисована таблица, изображенная во всех учебных пособиях ИТ0249. В настоящее время с целью устранения искажений, вносимых в сигнал на передающем конце, передается изображение универсальной электрической испытательной таблицы (УЭИТ). Сигналы УЭИТ формируются на телевизионном центре чисто электрическим способом и свободны от ошибок приборов, преобразующих оптическое изображение в электрический сигнал.

Основные параметры ТВС, проверяемые по таблице УЭИТ, представлены в табл.2.2.

–  –  –

При передаче УЭИТ не используется камерный канал и соответствующая аппаратура телецентра. Изображение УЭИТ воспроизводится на экране телевизора в виде прямоугольника с соотношением сторон 13:10, вся площадь которого разделена на 520 квадратов 25 вертикальными и 19 горизонтальными линиями, обозначенными по горизонтали буквами от А до Э, а по вертикали – цифрами от 1 до 20. В телевизорах форматом изображения 4:3 воспроизводится вся таблица, а с форматом кадра 5:4 – без двух крайних вертикальных рядов

А и Э. Обрамление таблицы состоит из квадратов с чередующейся яркостью:

черный – белый. Они создаются сигналом 250 кГц.

Внутри таблицы располагается сетчатое поле, по которому осуществляется контроль динамического сведения лучей. В средней части таблицы воспроизводится контур большой окружности диаметром в 480 строк, а по углам – малые окружности диаметром в 120 строк каждая. Эти окружности служат для оценки растровых искажений. Внутри кругов перекрестие для оценки качества динамического сведения в углах экрана и две группы штрихов, создаваемых частотами 3,8 МГц (330 линий), и 4,8 МГц (440 линий). На 3-ей, 4-ой, 17-ой и 18-ой горизонталях в пределах М – П располагаются окна для оценки сведения лучей. 5–я горизонталь от И до Т содержит прямоугольники для контроля линейности и сведения лучей.

Для более детального ознакомления с таблицей УЭИТ можно обратиться к [1 3]. Мы же перейдем к последовательному изучению блоков ТВС в соответствии с ее структурой, приведенной на рис.1.5, начиная с телевизионных преобразователей оптических изображений в электрические сигналы.

–  –  –

Одним из важнейших элементов, с которого начинается ТВС и который во многом определяет ее параметры, является телевизионный преобразователь оптического изображения в электрический сигнал датчик телевизионного сигнала.

Датчик располагается в передающей телевизионной камере и выполняет функцию преобразования оптического изображения в электрический сигнал.

Основным элементом датчика является фоточувствительная поверхность, на которую с помощью объектива проецируется изображение. Под действием света из мишени выбиваются фотоэлектроны, число которых зависит как от локальной яркости спроецированного на нее изображения, так и от физических свойств материала, из которого изготовлена мишень. На фотомишени образуется потенциальный рельеф, соответствующий спроецированному изображению, электронное изображение.

При считывании потенциального рельефа электронным лучом происходит модуляция тока последнего. При этом следует учесть, что считывание рельефа электронным лучом осуществляется не хаотически, а по закону развертки изображения. В модуляции заключена информация о локальных яркостях передаваемого изображения. Данная информация о характеристиках оптического изображения преобразуется на нагрузке передающей телевизионной камеры в информацию электронного сигнала, который называется видеосигналом и свойства которого будут рассмотрены нами в гл. 4.

Рассмотрим классификацию датчиков телевизионных сигналов, принятую в большинстве учебных пособий и учебников по телевидению [1 – 3].

По принципу действия датчики телевизионных сигналов делятся на три основных группы:

- датчики мгновенного действия;

- датчики с накоплением заряда;

- специальные датчики.

В зависимости от способа развертки датчики мгновенного действия делятся на:

- датчики с электронной разверткой (диссектор);

- датчики с оптомеханической разверткой (диск Нипкова, зеркальный барабан);

- датчики с комбинированной разверткой (по строке электронная, по кадру оптико-механическая).

Датчики с накоплением заряда делятся на четыре группы, принцип работы которых основан на использовании различных физических процессов:

- датчики с внешним фотоэффектом (иконоскоп, супериконоскоп, изокон, суперизокон, суперортикон);

- датчики с внутренним фотоэффектом в фотопроводящих мишенях (видикон);

- датчики с внутренним фотоэффектом в фотодиодных мишенях (плюмбикон, кремникон, кадмикон);

- датчики с совместным использованием внешнего фотоэффекта и явления наведенной проводимости (эйбикон, сикон).

Все датчики телевизионных сигналов можно разбить на два класса:

- электровакуумные приборы (сюда относятся все названные датчики);

- твердотельные фотоэлектронные преобразователи (приборы с зарядовой связью).

3.2. Характеристики и параметры датчиков

Основными характеристиками датчиков-трубок являются: чувствительность, разрешающая способность, спектральная характеристика, световая характеристика, инерционность, передача градаций яркости, уровень собственных шумов, наличие паразитных сигналов. Рассмотрим основные из них.

Чувствительность минимальная освещенность, при которой на выходе передающей трубки обеспечивается необходимое отношение сигнал/шум.

Обычно указывается интегральная чувствительность ф, определяемая для широкого спектра видимого диапазона:

ф = iс /F, (3.1) где iс ток сигнала в нагрузке (мкА); F световой поток (лм).

Спектральная характеристика зависимость относительной чувствительности датчика от длины световых волн излучения (рис.3.1). Спектральная характеристика выражается в относительных единицах или процентах отн = 100 / max. (3.2) Разрешающая способность определяется числом различимых на экране черных и белых полос. Это субъективная методика оценки.

Для объективной оценки разрешающей способности трубки используется апертурная характеристика (рис.3.2), которая показывает зависимость глубины модуляции сигнала изображения от размеров деталей изображения.

–  –  –

На рис.3.2 N это число черных и белых полос, укладывающихся по вертикальной строке кадра. При снятии апертурной характеристики размах сигнала от черно-белых перепадов крупных деталей (широких полос) принимается за 100%.

Световая характеристика показывает зависимость тока сигнала i (мкА) от освещенности фотокатода E (лк).

Инерционность телевизионных передающих трубок сказывается в том, что при быстрых движениях объекта передачи происходит смазывание изображения. Оценивается инерционность как отношение тока сигнала, полученного в момент освещения фотокатода, к току остаточного сигнала, получаемого через промежуток времени, равный времени передачи одного кадра, после прекращения освещения.

3.3. Датчики мгновенного действия. Диссектор

В датчиках мгновенного действия световой поток воздействует на площадь элемента разложения только в течение времени опроса. Их можно разделить на две группы. К первой группе относятся преобразователи, в которых вся световая энергия концентрируется на одном элементе изображения и затем преобразуется в электрический сигнал. Ко второй относятся преобразователи, на вход которых поступает световой поток, соответствующий всей передаваемой сцене, а формирование элемента изображения происходит путем его пространственного диафрагмирования в оптическом звене.

Диссектор (от англ. dissect рассекать) это первая работающая телевизионная трубка, предложенная в 1927 году Фарнсуортом (США). В основе ее работы лежит принцип мгновенного действия, при котором фотоэлектронная эмиссия с каждого элемента изображения используется в течение интервала времени, соответствующего времени опроса этого элемента, при помощи системы развертки. Световая энергия, воздействующая на элемент изображения в промежутках между опросами, в образовании сигнала изображения не участвует. Эффективность использования светового потока в диссекторе обратно пропорциональна числу элементов разложения в кадре Nи.

Структурная схема диссектора показана на рис.3.3. Длинная фокусирующая катушка 5 и ускоряющий электрод 7 обеспечивают перенос и фокусировку полученного на фотокатоде 1 электронного изображения в плоскость анода 2.

В центре анода имеется квадратное развертывающее отверстие размером в элемент разложения. Под действием отклоняющей катушки 6 электронное изображение перемещается относительно неподвижного развертывающего отверстия в вертикальном и горизонтальном направлениях с частотой кадров и строк.

В развертывающее отверстие поочередно попадают фотоэлектроны со всех участков проецируемого на фотокатод изображения, чем и обеспечивается его разложение. Прошедший через отверстие поток фотоэлектронов попадает в электронный умножитель 4, на выходе которого формируется сигнал изображения iс, который снимается с нагрузочного сопротивления Rн.

–  –  –

где F – суммарный световой поток, падающий на фотокатод; KФZ2 = Nи – число элементов разложения в кадре.

Основной недостаток диссектора – малая чувствительность, обусловленная тем, что большая часть светового потока в формировании сигнала изображения участия не принимает, а ток сигнала обратно пропорционален числу элементов разложения (3.4).

3.4. Принцип накопления заряда. Иконоскоп

Низкая световая чувствительность систем мгновенного действия связана с нерациональным использованием входного сигнала. Повысить чувствительность передающей трубки можно за счет использования принципа накопления заряда. Световая энергия, облучающая элемент фотомишени в период между опросами, не пропадает, а накапливается на нем. По данному принципу в 1931 г.

В. И. Катаевым была построена первая передающая трубка в СССР, называлась она иконоскоп.

Эквивалентная схема прибора с накоплением заряда показана на рис.3.4.

Внутри вакуумной трубки располагается поверхность S, состоящая из множества миниатюрных фотокатодов, называемых мишенью. Последовательно с каждым фотокатодом включены элеiл ментарные емкости Сn, а перед фотокатодами рас- ic полагается коллектор – анод А. Со стороны, обратRн ной фотокатодам, все емкости соединены вместе Uа + + Uф и в общую цепь включено нагрузочное сопротивРис.3.4. Эквивалентная ление Rн.

схема мишени иконоскопа:

На систему фотокатодов S через объектив 2 1 – объект передачи;

непрерывно падает световой поток F, отраженный 2 - объектив от объекта передачи 1 и образующий в плоскости S оптическое изображение передаваемой сцены. Каждый из фотокатодов эмиттирует поток электронов, пропорциональный его освещенности. Фотоэлектроны, увлекаемые анодом, покидают фотокатоды и на последних накапливаются положительные заряды. С течением времени емкости Сn заряжаются пропорционально освещенности соответствующего им фотокатода. По фотокатодам скользит опрашивающий электронный луч iл, закон движения которого определяется законом развертки. Этот луч поочередно замыкает цепь разряда для элементарных емкостей. Ток разряда протекает через сопротивление Rн, т.е. производится считывание накопленных на Сn зарядов.

Если за время опроса одного элемента конденсатор Сn разрядится полностью, т.е. Qразр=Qзар, то можно определить средний ток разряда:

–  –  –

где Тп – период опроса всех фотокатодов; tэ – время опроса одного элемента.

Сравнивая это выражение с аналогичным для диссектора, видим, что использование принципа накопления зарядов обеспечивает выигрыш в Nи раз.

3.5. Принцип электронного переноса. Супериконоскоп

–  –  –

Дальнейшие поиски путей повышения чувствительности передающих телевизионных трубок привели к идеи применения двусторонней мишени. Она была предложена в 1938 г. Г. В. Брауде (СССР).

Рассмотрим следующую эквивалентную схему (рис.3.6). Она предусматривает и накопление заряда за счет внешнего фотоэффекта, и перенос изображения, но при этом считывание осуществляется с внутренней стороны мишени.

–  –  –

Электронное изображение переносится с фотокатода S на поверхность двухсторонней мишени S’, а развертка лучом iлп ведется с обратной ее стороны.

Мишень состоит из тонкой пленки полупроводящего стекла с 1 и расположенной вблизи нее мелкоструктурной сетки A, обладающей большой прозрачностью для электронов. При переносе электронного изображения на элементарных емкостях Сi, образуемых сеткой и обращенной к ней стороной полупроводниковой пленки, создается накопление зарядов. Заряды могут быть считаны с другой стороны полупроводниковой пленки, благодаря значительной емкости между ее поверхностями Сi’. Поперечная проводимость Ri помогает поддерживать равенство потенциалов между противоположными поверхностями элементарных участков пленки.

Коммутирующий электронный луч iлп нейтрализует положительные заряды и доводит потенциал каждой точки до потенциала катода 3. В нейтрализации заряда коммутируемого участка мишени участвуют не все электроны луча.

Их число зависит от заряда опрашиваемого участка. Оставшаяся часть электронного луча iло, промодулированного по плотности, возвращается за счет ускоряющего поля на вторичный электронный умножитель и формирует на его аноде 4 и нагрузке Rн видеосигнал.

Суперортикон считается на сегодня самым чувствительным датчиком.

3.7. Датчик с внутренним фотоэффектом. Видикон

–  –  –

Микроминиатюризация телевизионной передающей аппаратуры тормозится использованием в ней в качестве преобразователей свет-сигнал электровакуумных трубок, у которых большие габариты и сложные системы управления электронным лучом.

Развитие твердотельной технологии, технологии тонких и толстых пленок позволило разработать твердотельные матричные преобразователи изображения, в которых в качестве элементов матрицы используются фоторезисторы, фототранзисторы, фотодиоды. На их основе был разработан ряд позиционночувствительных фотоприемников, например, сканистор.

Твердотельные преобразователи свет-сигнал позволяют преобразовывать оптическое изображение в электрический сигнал, т.е. заменить передающие вакуумные трубки. В конце 60-х годов XX столетия появились новые устройства приборы с переносом заряда (ППЗ), или приборы с зарядовой связью (ПЗС).

Эти приборы позволили создать фотоэлектрические преобразователи с числом элементов разложения, соответствующим действующим стандартам.

3.8.1. Принцип работы ПЗС преобразователя. В основе прибора с зарядовой связью лежат свойства структуры металл окисел полупроводник (МОП структуры), способной собирать, накапливать и хранить зарядовые пакеты основных носителей в локализованных потенциальных ямах, образующихся у поверхности полупроводника под воздействием электрического поля. Основным элементом ПЗС является МОП конденсатор (рис.3.8).

Рис. 3.8. Структура МОП-конденсатора:

М – металл; О – окисел; П – полупроводник; НН – неосновные носители (электроны); ОН – основные носители (дырки) Одной обкладкой МОП конденсатора служит металлический электрод, а второй полупроводник. Окисел-диэлектрик тонкий слой окиси полупроводника. В полупроводнике р-типа основные носители это дырки. При приложении к металлическому электроду положительного потенциала дырки, которые находятся в слое, прилегающем к границе с окислом, будут отталкиваться от электрода и, покинув поверхностный слой, уйдут в толщу полупроводника.

Под электродом образуется область, обедненная основными носителями потенциальная яма. Глубина этой ямы зависит от приложенного напряжения U, степени легирования полупроводника и толщины слоя окисла. Время жизни потенциальной ямы ограничено паразитным процессом термогенерации. В кремнии, при заданной температуре всегда генерируется пара электрон дырка, разделяемая под действием поля ( электроны уходят в толщу полупроводника, а дырки заполняют потенциальные ямы).

Время, необходимое для заполнения потенциальной ямы из-за явления термогенерации, называется временем релаксации.

Идея создания приборов ПЗС состоит в том, чтобы использовать промежуток времени, существенно меньше по сравнению со временем релаксации для хранения в потенциальных ямах зарядовых пакетов, несущих информацию о значении полезного сигнала. При использовании приборов ПЗС необходимо помнить, что максимальное время хранения зарядовой информации, а следовательно, минимальная частота приборов ПЗС определяет нижний предел рабочих частот накопительной ячейки, который равен единицам десяткам кГц.

Зарядовый пакет в ПЗС может быть введен электрическим путем или при помощи световой генерации. При световом облучении ПЗС фотоэлектрические процессы, возникающие в кремнии, ведут к накоплению неосновных носителей в потенциальных ямах. Накопительный заряд пропорционален освещенности и времени накопления. Использование ПЗС в ТВС базируется на построенных из этих приборов аналоговых сдвиговых регистров. В этих регистрах зарядовые пакеты переносятся в нужном направлении управляемым перемещением потенциальных ям (рис.3.9).

Рис. 3.9. К пояснению процесса перетекания зарядовых пакетов

МОП конденсаторы располагаются близко друг к другу. При этом их потенциальные ямы соединяются. Подвижный заряд электронов накапливается в том месте, где глубже потенциальная яма. Поэтому при U1U2 под левым конденсатором яма глубже и все заряды сосредоточены в ней. Если потенциал левого электрода уменьшить, а правого увеличить U1U2, то глубокая яма образуется под правым электродом и в нее перетечет зарядовый пакет, помещенный ранее в левую потенциальную яму. Таким образом, изменяя определенным образом потенциалы на электродах МОП конденсаторов аналоговых сдвиговых регистров ПЗС, можно непрерывно перемещать зарядовую информацию.

–  –  –

В момент времени Т3 напряжение на электродах фазы Ф2 уменьшится до значения U2, соответствующего режиму хранения, а напряжение на электродах фазы Ф1 уменьшится до значения напряжения U1, что предотвратит возврат зарядового пакета под электроды фазы Ф1.

Один цикл переноса на этом заканчивается. Таким образом, зарядовые пакеты переместились из-под электродов фазы Ф1 под электроды фазы Ф2. На следующем цикле аналогичным образом изменится напряжение на электродах фаз Ф2 и Ф3 и зарядовый пакет переместится под электроды фазы Ф3, затем зарядовый пакет переместится на электрод фазы Ф1 и т.д.

Для организации подобной работы ПЗС регистра требуется формирование управляющих фазовых напряжений в сложной трехуровневой форме с перекрывающимися фронтами. Из-за трудности их реализации используются специальные двухуровневые импульсы трапециидальной формы. Выбирая фазовые сдвиги между ними и соответствующую крутизну фронтов, можно организовать работу ПЗС регистра аналогично рассмотренной.

Съем информации с ПЗС производится с помощью устройства с плавающей диффузионной областью (ПДО), расположенной на том же кристалле (рис.3.11). Устройство съема информации с ПДО представляет Рис.3.11. Устройство съема информации собой транзистор с диффузионными с ПЗС областями А и Б.

При подаче на затвор транзистора импульсного напряжения сброса (ИС) диффузионные области А и Б соединяются. Область А приобретает потенциал области Б. После окончания действия ИС область А остается заряженной положительным потенциалом Е и готова к приему зарядового потока. Зарядовый пакет перейдет с последнего электрода регистра в ПДО и уменьшит ее потенциал на величину своего заряда. Так как ПДО связана с затвором выходного транзистора, то изменение ее потенциала вызовет изменение тока, протекающего через транзистор. В области электрода В3 происходит накопление информации сдвигового регистра; до прихода следующего ИС область В3 сообщается с областью А и потенциалом Е1, и информация сдвигового регистра выводится поочередно в область А, а затем производится очередное считывание информации ИС.

Быстродействие ПЗС ограничивается временем переноса заряда из одной накопительной ячейки в другую, которое составляет единицы наносекунд. Максимальная тактовая частота ПЗС составляет десятки и сотни МГц. Таким образом, можно смело утверждать, что применение ПЗС в ТВС возможно и обеспечит значительное улучшение характеристик последних.

3.8.3. Устройство преобразователей на ПЗС. Преобразователи на ПЗС делятся на три класса: линейные (одномерные), матричные (двумерные) и матричные с произвольной выборкой.

В настоящее время известно большое число схем построения твердотельных преобразователей. В преобразователе должны быть реализованы процессы накопления зарядовых пакетов под действием излучения и считывание их со скоростью, принятой в ТВС. В приборах используется временное или пространственное разделение процессов накопления и считывания.

Линейный преобразователь изображения. В качестве преобразователя изображения могут работать почти все ПЗС регистры сдвига. Для этого под любой из трех фаз необходимо создать фиксированный потенциал хранения и осветить линейку ПЗС. Под электродами в потенциальных ямах будут накапливаться неосновные носители, полученные под воздействием фотонов света. По истечении установленного времени накопления Тнак зарядовые пакеты передвигаются в сторону выхода и считываются за время Тсч.

Современный твердотельный аналог видикона, выполненный на ПЗС, представляет собой кремниевую пластину размером 2020 мкм, на которой содержится несколько сотен тысяч миниатюрных МОП емкостей.

С помощью объектива на поверхность формирователя проецируется оптическое изображение. Поглощенные кремнием фотоны вызывают генерацию электронно-дырочных пар. Неосновные носители этих пар накапливаются в МОП емкостях. Количество заряда, накопленного в емкости пропорционально числу попавших в эту область фотонов, т.е. локальной освещенности. В результате образуется распределение зарядов, точно повторяющее распределение освещенности в оптическом изображении.

Затем, меняя потенциал на электродах МОП конденсаторов, перемещают заряды поочередно на выход формирователя, тем самым осуществляя электронное сканирование. Появляющиеся на выходе видеоимпульсы усиливают и используют для модуляции луча. Движение луча синхронизировано с перемещением зарядов ПЗС, и на экране кинескопа последовательно (строка за строкой) рисуется картина спроецированного на формирователь изображения.

По сравнению с вакуумными трубками формирователи на ПЗС имеют ряд преимуществ:

- на порядок снижается вес и габариты преобразователя;

- возрастает срок службы и механическая прочность;

- отпадает необходимость в высоковольтном источнике питания, накале в отклоняющих и в фокусирующих системах.

- обеспечивается безынерционность и высокая точность изображения, высокое быстродействие.

- возникает возможность непосредственного преобразования светового потока в пакет зарядов и их хранения.

- появляется способность направленной передачи пакетов зарядов и преобразования их в сигнал изображения.

Простейший формирователь видеосигнала представляет собой трехфазовый сдвиговый регистр (рис.3.12).

–  –  –

Рис. 3.12. Линейный твердотельный формирователь видеосигнала:

СР – сдвиговый регистр; ВУ – выходное устройство; УС - усилитель С помощью оптики на регистр спроецирован тест-сигнал в виде теней с разной яркостью. За время накопления в потенциальных ямах появятся заряды, пропорциональные распределению освещенности на поверхности формирователей. На элементе N3, на который спроецировано максимально освещенное поле, заряд будет наибольшим. В элементе N2 (серое поле) заряд меньше, а в элементах N1 и N4 (непрозрачные поля) накопятся только терморегенерированные носители. По окончании периодов накопления зарядов фазы переключают, и зарядовые пакеты сдвигаются к выходу. Здесь они преобразуются в импульсы напряжения, которые усиливаются и подаются на вход видеоконтрольного устройства (экран кинескопа). Движение электронного луча в кинескопе синхронизировано с движением заряда пакета ПЗС. За время прочерчивания одной строки в кинескопе все регистры должны освободиться от зарядов.

Такой преобразователь называется линейным. Чтобы получить двумерное изображение, надо механически смещать или изображение, или регистр.

Так как Тнак Тcч, то во время движения может произойти смазывание изображения. Во время процесса сдвига световое изображение продолжает воздействовать на ПЗС, и соответственно содержимое, сдвигаемых к выходу потенциальных ям, будет изменяться. От этого можно избавиться, перекрыв с помощью затвора световой поток на время считывания.

Более интересным является другой путь разделение каналов накопления и считывания. Прибор такой конструкции содержит фоточувствительный накопительный регистр 1, затвор параллельного переноса 2 и считывающий ПЗС регистр сдвига 3, защищенный от воздействия света (рис.3.13).

Рис.3.13. Линейный преобразователь с разделенными секциями накопления и считывания:

1 – накопительный регистр; 2 – затвор; 3 – регистр хранения; ВУ – выходное устройство;

УС – усилитель Когда затвор 2 открыт, все заряды, накопленные в светочувствительных ячейках 1, перемещаются в считывающий регистр сдвига 3. В считывающем регистре столько же ячеек, сколько и в светочувствительном регистре. После запирания затвора 2 в фоточувствительном слое накапливается следующая порция информации. Раннее полученная и переписанная в регистр 3 информация, последовательно перемещаясь из ячейки в ячейку, выводится через выходное устройство и усилитель. Выходной регистр переносит информацию на выход до полного очищения. Только после этого откроется затвор и заряды перетекут из светочувствительных регистров; цикл их переноса на выход начнется заново.

Эти процессы повторяются до тех пор, пока не очистятся все светочувствительные регистры и матрица окажется готовой к новому такту накопления.

Матричный преобразователь свет-сигнал (двумерный). Двумерное изображение с помощью ПЗС можно сформировать путем электронного сканирования по обеим осям. Для этого надо создать набор из линейных преобразователей, реализовав тем самым двумерную матрицу светочувствительных элементов или матричный формирователь видеосигналов (рис.3.14).

Приемник изображения состоит из секции накопления (СН), секции хранения (СХ) и выходного регистра (ВР). Оптическое изображение проецируется только в СН. Накопленные под воздействием света зарядовые пакеты во время обратного хода луча по кадру переносятся из СН в СХ. СН очищается от старой информации и начинает накапливать новую. СХ приобретает информацию. Во время обратного хода по строкам все зарядовые пакеты со всех регистров СХ сдвигаются на один шаг и заполняют ВР, затем последовательно зарядовые пакеты сдвигаются к выходному устройству, где формируется видеосигнал. Так получается одна строка. Затем информация сдвигается выше и происходит очередное считывание ее в выходное устройство. После считывания всей информации одного кадра из СХ и ВР процесс переноса следующего кадра повторяется.

По принципу организации вывода информации такие матричные преобразователи называются преобразователями с кадровым переносом.

Ф1 Ф2 Ф3 Ф1 Ф2 Ф3

Рис.3.14. Двумерный твердотельный матричный преобразователь:

ВР – выходной регистр; СХ – секция хранения; СН – секция накопления; ВУ – выходное устройство; УС – усилитель Свет, непрерывно падающий на секцию накопления, вызывает оптическое смазывание изображения во время переноса кадра. Для уменьшения его влияния необходимо процесс переноса кадра выполнять как можно быстрее. Обычно он производится за время обратного хода по кадру Ток, которое много меньше времени накопления кадра Тнак, т.е. Ток Тнак. Поэтому носители рожденные светом, падающим в течении Ток составляют малую долю сигнального потока, и ими можно пренебречь. Благодаря вертикальному размещению регистров возможна организация накопления зарядов под различными фазами, т.е. без сдвига всей матрицы. Электрически можно сдвигать место накопления по вертикали. При одном цикле кадрового опроса накопление проводится под ячейками фазы Ф1, а при следующем цикле под ячейками фазы Ф2. Это позволяет легко осуществить чересстрочную развертку.

Оптическое смазывание изображения, возникающее во время переноса, может быть сведено к мини- Рис.3.15. Матричный приемник со муму, если все регистры переноса строчно-кадровым переносом изолировать от света. Это позволяет сделать матричный преобразователь со строчно-кадровым переносом (рис.3.15).

Заряд накапливается на отдельных накопительных элементах освещенной секции накопления (СН). Затем весь кадр или полукадр сдвигается на один шаг вправо, и информация уходит в неосвещенную секцию переноса (СП). За время хода строчной развертки информация из СП сдвигается на один элемент и попадает на выходной регистр ВР. Отсюда информация подается на выход за время прямого хода строчной развертки, затем снова сдвиг на шаг вниз и вывод новой строки, и так до тех пор, пока не выведется весь кадр.

Матричный преобразователь изображения с произвольной выборкой.

Приборы данного типа получили название приборов с зарядовой инжекцией (ПЗИ). В этих приборах операция переноса отсутствует, поэтому при снятии напряжения накопленный заряд инжектируется в подложку, где он рекомбинирует либо отсасывается дополнительным коллектором. Матричный преобразователь организуется в виде двумерной матрицы, каждая ячейка которой образована двумя связанными МОП конденсаторами, между которыми возникает перенос заряда (рис.3.16).

Рис.3.16. Матричный преобразователь с произвольной выборкой

Конструкция ячейки обеспечивает хранение сигнального пакета под одним электродом. Инжекция заряда происходит только в том случае, если одновременно выключается напряжения на обоих электродах, т.е. на обоих МОП конденсаторах ячейки.

Схемы организации инжекции различаются в зависимости от принятого метода считывания, которые отличаются лишь аппаратными средствами, требующимися для реализации опроса ячеек. Основным является закон опроса и вывода рядового пакета из произвольного элемента, выбираемого пересечением строки Y и столбца X.

3.8.4. Основные параметры матричных преобразователей. Рассмотрим некоторые основные параметры матричных преобразователей.

Эффективность переноса. Иногда рассматривают неэффективность переноса. Это относительные величины и характеризуют, какая часть пакета теряется и какая переносится при одном цикле переноса. Приемлемым считается значение =104 – 105. При числе циклов переноса 1569, суммарная эффективность переноса будет равна 84%.

Световая характеристика (рис.3.17). Классическая световая характеристика матричного преобразователя на ПЗС имеет вид прямой линии.

Точка 1 соответствует выходному сигналу при отсутствии освещения, или так называемому темновому току. Точка 2 характеризуется режимом насыщения элементов матрицы, при котором потенциальная яма полностью заполнена неосновными носителями. Современные ПЗС обеспечивают динамический диапазон 103. Нижнее значение пороговой чувствительности ПЗС сравнимо со

–  –  –

значениями суперортикона и составляет 104 лкс, а верхнее равно примерно 101лкс.

Спектральная чувствительность. Идеальная кривая спектральной чувствительности ПЗС преобразователя имеет вид, показанный на рис.3.18. Характеристика охватывает всю видимую область спектральной чувствительности зрения. Поэтому ПЗС преобразователи вполне можно использовать в цветном телевидении.

Разрешающая способность. Определяется числом элементов накопления ПЗС. Увеличению числа элементов препятствуют технологические трудности, а также снижение эффективности переноса.

Отечественная матрица с числом элементом 580532 обеспечивает в стандартном телевизионном режиме разрешение 450 линий. Ее чувствительность 50мкА/лм соизмерима с чувствительностью современных телевизионных передающих вакуумных трубок.

Наилучшие параметры по числу элементов (пикселей) и чувствительности (особенно в области коротковолновых цветов) достигнуты в матрице фирмы Kodak с числом элементов 24002400 и размером пикселей 88 мкм. Подобные параметры достигнуты в преобразователях и других ведущих фирм мира: Samsung, Dalsa, Sony и т.д.

–  –  –

Во всех электровакуумных датчиках считывание потенциального рельефа, образовавшегося на фотомишени под воздействием изображения, производится пучком электронов – электронным лучом.

Развертывающий элемент (его называют апертурой) – это сканирующий по фотомишени электронный луч. Для простоты можно считать, что апертура имеет вид круглого пятна с конечным размером d. Приведем примеры формирования сигнала изображения с учетом конечных размеров апертуры (рис.4.2).

Пример 2. Рассмотрим формирование сигнала при прямолинейном движении апертуры с постоянной скоростью вдоль строки разложения.

Пусть передается изображение границы двух полей – белого L1 и черного L2 (рис.4.2,а).

Рис.4.2. Формирование телевизионного сигнала:

а – при развертке границ яркости; б – при развертке чередующихся полос Апертура движется с постоянной скоростью со стороны изображения белого поля яркостью L1 в сторону изображения поля черного с яркостью L2.

Апертура имеет диаметр d, которым накрывает небольшую площадь, в пределах которой могут быть отдельные детали изображения меньше диаметра апертуры.

Поскольку сигнал в каждый момент времени пропорционален средней яркости в пределах апертуры, то ТВС не в состоянии воспроизвести указанные мелкие детали. Относя значение видеосигнала к положению центра апертуры, можно легко построить функцию освещенности Е(t) при прохождении границы полей.

До касания апертурой границы разделов L1 и L2 идет сигнал Е1, соответствующий яркости L1. После того, как апертура пересекла границу, начинает идти часть сигнала Е2, соответствующего яркости L2. Во время перехода границы сигнал плавно меняется от Е1 до Е2. Если сигнал Е1 соответствует белому, а Е2 – черному, то изображение проходит все оттенки серого.

Пример 3. Рассмотрим процесс формирования сигнала изображения при развертке черно-белых полос различной толщины (рис.

4.2,б).

Если размеры полос больше или сравнимы с апертурой, то видеосигнал имеет полный размах от белого до черного. Если размеры деталей меньше развертывающего пятна, то размах видеосигнала уменьшается. Если чередуются черно-белые детали с размерами, равными половине или менее диаметра апертуры, то выходной сигнал постоянен и пропорционален средней яркости. Детали подобных размеров не воспроизводятся.

Итак, конечные размеры апертуры приводят к размытию резких границ на изображении и к уменьшению размаха сигнала от мелких деталей. Последнее вызывает уменьшение контраста в мелких деталях, а при уменьшении его до порога различимости детали вообще не воспроизводятся на изображении. Таким образом конечные размеры апертуры ограничивают разрешающую способность ТВС, снижают четкость телевизионного изображения. Эти искажения телевизионного сигнала называются апертурными.

4.3. Телевизионные развертки

Как мы уже убедились ранее, характеристики сигналов изображения в значительной мере зависят от параметров апертуры. В той же степени они зависят и от способа развертки изображения, используемого в том или ином датчике. В частности, способ развертки оказывает прямое влияние на частотный спектр сигналов изображения.

Под телевизионной разверткой понимается процесс последовательного преобразования яркости отдельных элементов изображения в электрические сигналы. В зависимости от порядка передачи элементов изображения различают следующие способы развертки: прогрессивная, чересстрочная, малокадровая, спиральная, синусоидальная. В данном подразделе рассмотрим три первых основных способа разверток, используемых в ТВС.

4.3.1. Прогрессивная развертка. Развертка изображения осуществляется электронным лучом, который отклоняется магнитным или электрическим полем по горизонтали (по строкам) и по вертикали (по кадрам). Развертывающий электронный луч движется с постоянной скоростью слева направо и сверху вниз. Растр, полученный при прогрессивной развертке, показан на рис.4.3.

Двигаясь по горизонтали слева направо, луч прочерчивает строку. Время, в течение которого луч осуществляет это движение, называется временем прямого хода луча по строке, или активной частью строки. Дойдя до правого края растра, луч быстро возвращается в левый край растра и начинает чертить вторую строку. Время возвращения луча к левому краю растра называется временем обратного хода луча по строке или пассивной частью строки. Сумма времен прямого и обратного хода луча составляет период передачи строки Tстр, а обратная ему величина называется частотой повторения строк fстр.

Одновременно со смещением по горизонтали развертывающий элемент смещается и по вертикали. Поэтому каждая последующая строка будет размещаться под предыдущей.

Дойдя до правого края последней строки растра, луч быстро возвращается в верхний левый угол растра. Время, в течение которого луч движется с левого верхнего угла в правый нижний угол называется временем прямого хода луча по кадрам. Время возращения луча с правого нижнего угла в левый верхний угол Рис.4.3. Прогрессивная развертка растра называется временем обратного хода луча по кадрам.

Время передачи одного кадра Tк состоит из времени прямого и обратного хода луча, а величина, ему обратная, называется частотой повторения кадров fк. Число строк Z в одном кадре определяется отношением

Z = Tк /Tстр. (4.1)

В телевидении для отклонения электронного луча в приемной и передающей трубках используется переменное магнитное поле, образуемое одетыми на горловину трубок катушками отклоняющей системы. Этих катушек две пары. Через одну пару пропускается пилообразный ток частоты fстр (это катушки развертки по строкам), через другую пару катушек пропускается пилообразный ток с частотой fк (это катушки кадровой развертки). Кадровые и строчные катушки развернуты относительно друг друга на 90°.

Поскольку строчная частота много выше частоты кадров, то электронный луч создает на экране трубки светящееся прямоугольное поле растр, состоящий из почти горизонтальных линий строк. Во время обратного хода по строкам и кадрам электронный луч гасится. Для этого в сигнал изображения замешиваются строчные и кадровые гасящие импульсы, соответствующие уровню черного. Время обратного хода по кадру равно нескольким периодам строчной развертки, поэтому электронный луч, поднимаясь из правого нижнего угла растра в левый верхней угол, совершает несколько строчных ходов (до 50).

Для передачи изображения используются только прямые ходы строчной и кадровой разверток. Число активных строк, приходящихся на прямой ход кадровой развертки, оказывается меньше числа строк, приходящихся на полный кадровый период. По ГОСТу общее число строк Z = 625, из них: 575 – видимые строки, а 50 – строки, относящиеся к кадровому импульсу гашения.

Частота кадров при прогрессивной развертке составляет 50 Гц, а частота строк 31,25 кГц.

4.3.2. Чересстрочная развертка. Чересстрочная развертка применяется во всех вещательных ТВС. Ее использование обусловлено возможностью за счет сокращения количества информации, передаваемой в единицу времени, сократить полосу частот, необходимую для передачи телевизионного изображения. Данное положение будет подробно пояснено в подразд.4.5 при исследовании ширины частотного спектра видеосигнала.

Сущность чересстрочной развертки заключается в том, что полный кадр изображения развертывается, т.е. передается и воспроизводится за два полукадра, два поля. В первом поле развертываются нечетные строки растра, а во втором поле четные. При этом частота полей выбирается, исходя из критической частоты мельканий (50 Гц), а частота кадров, в два раза меньшая, исходя из необходимости недискретной передачи фаз движения (25 Гц). Каждое поле кадра представляет собой растр с уменьшенным числом строк в два раза и содержит в себе половину зрительной информации. Формирование растра для Z=9 показано на рис.4.4.

<

–  –  –

В качестве исходного принимается растр с нечетными строками, при этом кадр разбивается на два поля, в каждом из которых будет нецелое число строк.

По сравнению с прогрессивной разверткой скорость развертки уменьшается в два раза. В первом поле луч, дойдя до середины 9й строки, касается низа экрана, перескакивает вверх и дорисовывает 9ю строку уже во втором поле вверху экрана.

Из-за этой разницы построения растра первого и второго полей они окажутся взаимно сдвинутыми по вертикали на ширину одной строки полного растра, т.е. строки второго поля будут ложиться между строками первого поля. За два периода вертикальной развертки образуется полный растр, аналогичный по числу строк прогрессивной развертке.

При этом верхняя частота телевизионной полосы частот будет в два раза ниже чем при прогрессивной развертке (см.подразд.4.5) Для формирования чересстрочной развертки должны быть обеспечены следующие требования:

а) нечетность числа строк в кадре (Z=2m+1, где m целое число);

б) жесткая связь частот развертки по строке и кадру (fс=Zfк);

в) жесткая связь частот полей и кадров (fп=2fк).

По ГОСТу для формирования чересстрочной развертки в вещательной

ТВС используется 625 строк. В каждом поле укладывается 312,5 строк, из них:

287,5 – активные строки, а 25 – строки гашения обратного хода по полю.

Частота кадров составляет 25 Гц, частота полей – 50 Гц, частота строк – 15,625 кГц.

4.3.3. Малокадровая развертка. Использование малокадровой развертки также преследует цель значительного сокращения полосы частот, необходимой для передачи сигнала изображения. Малокадровая развертка – прогрессивная развертка с частотой смены кадров, значительно меньшей критической частоты мельканий.

Мелькание связано с инерцией зрения. Снизив частоту смены кадров (ниже 40 Гц), мелькание можно устранить, используя экраны с большим временем послесвечения. Используя экран с послесвечением в несколько десятков секунд, можно снизить частоту смены кадров до долей Гц.

Малокадровая развертка применяется только для передачи изображений неподвижных или малоподвижных объектов. При сохранении номинального числа строк Z=625 малокадровая развертка была успешно применена при передаче с борта советской автоматической межпланетной станции фотографий обратной стороны Луны в октябре 1953 г. Бортовой передатчик имел мощность всего несколько ватт, а удаление от Земли составляло сотни тысяч километров.

Частота кадров составляла 6 кадров в минуту, а число строк 1000.

–  –  –

Исследование особенностей формирования сигнала изображения и различных способов развертки позволяет нам ввести понятие полного телевизионного сигнала (ПТС). Вид ПТС для трех соседних строк представлен на рис.4.5.

–  –  –

Во время обратного хода луча в видеосигнал изображения вводятся специальные видеоимпульсы, называемые гасящими, которые воздействуют на управляющий электрод трубки и запирают ее. Вершины гасящих импульсов для позитивного сигнала лежат несколько ниже уровня черного. Поэтому иногда говорят, что их вершина находится в области «чернее черного». Гасящие импульсы следуют после передачи каждой строки и кадра. Соответственно их называют строчными и кадровыми гасящими импульсами.

Во время прохождения гасящих импульсов никакой информации об изображении не передается. Поэтому время их передачи используется для передачи импульсов, которые синхронизируют работу генераторов строчной и кадровой разверток передающего и приемного устройства. Эти импульсы называются синхронизирующими и лежат непосредственно в области «чернее черного». Их амплитуды превышают уровень гасящих импульсов, т.е. они еще сильнее запирают электронный луч и на экране трубки не видны.

Сигнал, состоящий из видеоимпульсов, гасящих и синхронизирующих импульсов, называется полным телевизионным сигналом (ПТС).

Форма сигнала и, особенно, его изменения несут основную информацию о передаваемом изображении, т.е. о границах областей изображения с различными яркостями. Чем круче фронт скачка сигнала, соответствующего резкому переходу от участка с одной яркостью к участку с другой яркостью, тем точнее будет передан этот переход, тем выше четкость телевизионного изображения, тем шире его спектр. Определим ширину спектра видеосигнала.

–  –  –

Эта нижняя частота спектра сохранится и при передаче любого сложного изображения, что объясняется условиями покадровой передачи изображения.

Верхнюю граничную частоту определить сложнее, так как она зависит от тонкой структуры сигнала, т.е. от наличия в нем мелких деталей, скорости развертки, размеров апертуры. Импульс длительностью э соответствует развертке минимального элемента с размерами, равными размеру апертуры.

Верхняя частота спектра такого импульса по уровню 0,707 будет равна

–  –  –

Но реально разрешение мелких деталей из-за дискретности растра по вертикали несколько ниже, чем по горизонтали. Поэтому для выравнивания вертикальной и горизонтальной четкости полосу частот сигнала можно сократить.

Как показал эксперимент можно взять

–  –  –

где =0,75 0,85.

Далее учтем, что часть строки и кадра тратится на обратный ход луча.

Введя коэффициент, учитывающий долю обратного хода строки, и, учитвающий долю обратного хода по кадру, можно сказать, что реальная четкость по вертикали в (1) раз меньше номинальной, а полоса, занимаемая спектром сигнала укороченной строки, в (1) раз больше.

В итоге при полном учете разницы между вертикальной и горизонтальной четкостью получим верхнюю частоту спектра:

F’’в = КфZ2n(1) /2(1), (4.8)

Из (4.8) видно, что верхняя частота спектра телевизионного сигнала пропорциональна числу строк в квадрате и частоте кадров.

Проведя расчеты для случаев прогрессивной и чересстрочной разверток, соответственно получим: Fн = 50 Гц, Fв= 13 МГц и Fн = 25 Гц, Fв = 6.5 МГц.

Из полученных значений хорошо видны преимущества и целесообразность введения чересстрочной развертки в вещательных ТВС, которая позволяет в два раза сократить полосу частот, необходимую для передачи сигнала изображения.

–  –  –

Генераторы разверток в передающих и приемных телевизионных устройствах служат для развертки потенциального рельефа на мишени и развертки изображения на экране кинескопа. Поскольку в ТВС применяется электромагнитное отклонение луча, то используются только генераторы пилообразного тока.

Основные требования к телевизионным генераторам разверток:

- обеспечение линейности нарастания тока в отклоняющих катушках;

- обеспечение необходимой амплитуды тока в отклоняющих катушках;

- простота синхронизации;

- независимость регулировки и стабильность частоты и амплитуды тока;

В ТВС получили распространение трехступенчатые генераторы развертки.

Структурная схема генератора кадровой развертки представлена на рис.5.1.

Рис.5.1. Структурная схема генератора развертки:

ГИ – генератор импульсов; ФУН – формирователь управляющего напряжения;

УМ – усилитель мощности Генератор кадровой развертки состоит из генератора прямоугольных импульсов (ГИ), формирователя управляющего напряжения (ФУН) и выходного усилителя мощности (УМ).

В качестве ГИ используется мультивибратор, или блокинг-генератор.

ФУН формирует импульсы трапециидальной формы. От этой ступени получают линейно нарастающее или линейно убывающее напряжение. Выходная ступень это трансформаторный или бестрансформаторный УМ. Нагрузкой выходного каскада являются отклоняющие катушки. Для получения в катушках линейного пилообразного тока ступень формирования должна формировать трапециидальную форму напряжения.

Генератор кадровой развертки характеризуется низкой частотой генерирования пилообразного тока и большим временем обратного хода развертки.

Поэтому генераторы кадровой развертки являются маломощными устройствами. Паразитные колебания во время обратного хода развертки в них не возникают. Схемы генераторов для передающих и приемных устройств аналогичны.

Генераторы строчной частоты характеризуются сравнительно высокой частотой и поэтому подвержены влиянию паразитных колебаний, возникающих в момент резкого изменения пилообразного напряжения на выходе в колебательном контуре выходного каскада. Поэтому генераторы строчной развертки имеют более сложную схему. Структурная схема генератора строчной развертки представлена на рис.5.2.

Рис.5.2. Структурная схема генератора строчной развертки:

АС – амплитудный селектор; УС – усилитель; АПФ – автоматическая подстройка фазы;

ЗГ – задающий генератор; БК – буферный каскад; ВСТ – выходной строчный трансформатор; ВК – выходной каскад; АРУ – автоматическая регулировка усиления; УН – умножитель напряжения; СГИ – строчный гасящий импульс Видеосигнал снимается с части нагрузки видеоусилителя и подается на амплитудный селектор (АС), который отделяет синхроимпульсы от других сигналов и осуществляет частичную защиту синхронизации от кратковременных импульсных помех. Пройдя усилитель (УС), синхроимпульсы дифференцируются и поступают на схему автоматической подстройки фазы (АПФ). Напряжение с выхода каскада АПФ управляет работой задающего генератора (ЗГ) строчной развертки. ЗГ генерирует импульсы, которые после усиления по мощности буферным каскадом (БК) управляют работой выходного каскада (ВК). ВК формирует пилообразный ток, которому в отклоняющих катушках соответствует импульс гашения обратного хода луча (СГИ) на обкладках выходного строчного трансформатора 10 12 мкс при формате кадра 4:3 и 14 мкс при формате кадра 5:4.

5.2. Сигналы синхронизации развертывающих устройств

Развертывающие устройства ТВС должны работать синхронно и синфазно. Это достигается их принудительной синхронизацией, для чего на развертывающее устройство в конце каждой строки и каждого поля подаются импульсы синхронизации, которые заставляют срабатывать их в строго определенный момент. Импульсы синхронизации строк и кадров находятся соответственно на вершинах строчных и кадровых гасящих импульсов. Длительности обратных ходов развертки по строкам и кадрам существенно различны. Поэтому синхроимпульсы должны представлять собой смесь узких импульсов, следующих с частотой строк, и широких импульсов, следующих с частотой кадров.

Все эти импульсы, а именно: строчные синхроимпульсы (ССИ), кадровые синхроимпульсы (КСИ), строчные гасящие импульсы (СГИ), кадровые гасящие импульсы (КГИ) формируются на телевизионном центре и используются для обеспечения работы студийной аппаратуры, связанной с помощью кабелей в единый комплекс. Из этих же импульсов, лишь незначительно измененных, формируется сигнал синхронизации для приемников. Этот сигнал передается к телевизорам по одному каналу с сигналом изображения во время обратного хода луча.

Вершины гасящих импульсов служат как бы пьедесталами, на которых располагаются импульсы синхронизации. Поскольку уровень сигнала гашения примерно соответствует уровню черного, часто говорят, что синхронизирующие импульсы располагаются в области «чернее черного». При таком расположении они могут быть легко отделены от сигнала изображения при обычном амплитудном ограничении.

Не менее важной задачей является разделение ССИ и КСИ. Для этого они должны отличаться либо по уровню, либо по длительности. При увеличении размаха сигнала синхронизации возрастает мощность радиопередатчика.

Поэтому лучше использовать ССИ и КСИ с разными длительностями. ССИ делаются намного короче КСИ. Разница в длительностях преобразуется при помощи дифференцирующих (ДЦ) и интегрирующих (ИЦ) цепей в разницу напряжений и сравнивается с порогом выделения (ПВ) (рис.5.3). Синхронизация осуществляется по превышении ПВ.

Рис.5.3. Принцип разделения ССИ и КСИ:

ПВ – порог выделения; ДЦ – дифференцирующая цепь; ИЦ – интегрирующая цепь Подбирая постоянную времени интегрирования, можно сделать остатки строчных импульсов такими маленькими по амплитуде, что они не будут оказывать никакого влияния на синхронизацию кадровой развертки КСИ.

Выделение КСИ с помощью ИЦ обладает еще одним положительным качеством большой помехоустойчивостью. Импульсы помех малой длительности не успевают создать на конденсаторе интегрирующей цепи значительных амплитуд напряжения, т.к. они сглаживаются интегрирующей цепью. Недостатком такого выделения КСИ является невозможность получения крутых фронтов интегрированных импульсов и, как следствие, невозможно обеспечить стабильность момента синхронизации.

5.3. Формы сигналов синхронизации при прогрессивной и чересстрочной развертках 5.3.1. Форма сигналов синхронизации при прогрессивной развертке.

При прогрессивной развертке между двумя КСИ размещаются Z строчных синхроимпульсов. После дифференцирования ССИ и КСИ получается набор положительных и отрицательных пиков. Положительные пики используются для запуска генератора строчной развертки, а отрицательные отбрасываются. Во время следования КСИ отсутствуют ССИ, следовательно, синхронизация генераторов строчных импульсов развертки на этот промежуток времени будет отсутствовать, и генератор будет работать в автоколебательном режиме с периодом колебаний, определяемым внутренними параметрами ЗГ (см.рис.5.2). При этом происходит нарушение режима синхронизации генератора строчной развертки.

В результате после окончании КСИ на время входа генератора строчной развертки в режим синхронизации несколько строк на экране окажутся "сбитыми", что приведет к искажению изображения.

Для сохранения непрерывности следования строчных импульсов в КСИ вводят прямоугольные врезки, следующие с частотой строк fстр. Длительность этих импульсов равна длительности ССИ, а срезы совпадают с фронтами ССИ, которые должны быть на их месте. Получается картина сигналов, представленная на рис.5.4.

Рис.5.4. Структура синхросмеси при прогрессивной развертке:

ВР – врезки; ПВ – порог выделения (срабатывания) После дифференцирования образуется непрерывная сетка положительных импульсов, следующих с частотой fстр. Эти положительные импульсы используются для синхронизации генератора строчной развертки во время прохождения КСИ.

КСИ выделяются интегрирующей цепью. Наличие врезок дает на выходе интегрирующей цепи зубчатую форму КСИ, но эта форма одинаковая для всех КСИ, и при выборе определенного порога срабатывания генератора кадровой развертки синхронизация его не будет нарушаться.

5.3.2. Форма сигналов синхронизации при чересстрочной развертке.

При чересстрочной развертке число строк в кадре Z нечетно и между двумя следующими друг за другом полями размещается нецелое число строк, следовательно, между двумя соседними КСИ, а точнее полукадровыми синхроимпульсами (ПКСИ), будет нецелое число периодов ССИ (m+1/2), где m число целых строк в поле.

Из-за присутствия врезок и наличия сдвига на половину строки между полями ПКСИ становятся неодинаковыми по форме. В ПКСИ четных полей время от фронта до первой врезки равно длительности строки Тcтр, а в ПКСИ нечетных полей это время равно длительности половины строки, т.е. Тcтр/2. Разница в форме ПКСИ от поля к полю приводит к разной форме выходных импульсов после интегрирующей цепи для четных и нечетных полей. При фиксированном пороге срабатывания генератора кадровой развертки произойдет нежелательный сдвиг во времени начала обратного хода по полям, т.к. разница в моментах срабатывания будет не Тcтр/2, а больше. Наличие сдвига приведет к нарушению чересстрочной развертки и спариванию строк, что ухудшит качество изображения.

Станет заметна строчная структура, уменьшится четкость по вертикали, т.е. строки одного поля не будут располагаться между строками другого соседнего поля поля будут смещены. Поэтому надо сделать форму ПКСИ четного и нечетного полей одинаковой.

Разница в форме четного и нечетного ПКСИ обусловлена тем, что они сдвинуты на половину длительности строки. Если период следования врезок сделать равными половине длительности строки, то ПКСИ станут одинаковыми.

Таким образом, выделяют рабочие врезки, которые используются после выделения для запуска генератора строчной развертки, и холостые врезки для выравнивания формы ПКСИ. Для более полного выравнивания структуры четных и нечетных ПКСИ до и после них дополнительно вводят несколько импульсов, следующих с удвоенной частотой строк. Эти импульсы называются уравнивающими. Все указанные выше импульсы также выделяются дифференцирующей цепочкой, но генератор строчной развертки не реагирует на них. Частота его колебаний в режиме без синхронизации ниже частоты строк. Если амплитуды импульсов синхронизации невысоки, то генератор строчной частоты на лишние импульсы синхронизации не реагирует, а работает в режиме деления частоты на два. Влияние указанных импульсов на выходной сигнал интегрирующей цепочки незначительно.

ПТС по ГОСТ 7845-79 наиболее полно представлен в [1]. На рис.5.5. ПТС для чересстрочной развертки показан условно, в частности, не показаны рабочие и холостые врезки, условно показано число уравнивающих импульсов.

ПТС состоит из видеосигналов изображения, строчных гасящих импульсов, кадровых гасящих импульсов, уравнивающих импульсов и врезок.

В соответствии с ГОСТом определены все основные параметры системы телевизионного вещания. Число уравнивающих импульсов пять до ПКСИ и пять после ПКСИ, число врезок в ПКСИ пять. Длительность этих импульсов равна половине длительности ССИ, а интервал между ними Тcтр/2.

–  –  –

Рис.5.5. Структура ПТС:

УИ – уравнивающие импульсы; НПКСИ – нечетный ПКСИ;

ЧПКСИ – четный ПКСИ Длительность ССИ составляет 4 – 5 мкс, длительность ПКСИ 5 – 7 длительностей строк. Импульсы синхронизации расположены на вершинах гасящих импульсов и составляют 43% размаха видеосигнала от уровня черного до уровня белого. Помещаются синхроимпульсы не в середине гасящего импульса строки, а несколько ближе к левому краю. Это необходимо, с одной стороны для того, чтобы весь обратный ход луча гасился, а с другой стороны, чтобы видеосигнал не влиял на форму синхроимпульсов. Уступ перед строчным синхроимпульсом равен 1,5 мкс. Полоса пропускания канала синхронизации телевизионного приемника равна (2 3) МГц.

Сигнал телевизионных приемников достаточно сложен, но его форма учитывает все возможные причины нестабильности и поэтому является весьма совершенной.

5.4. Синхронизация генераторов кадровой и строчной разверток

В теории колебаний методы синхронизации генераторов электрических колебаний разделяют на две группы: захват частоты колебаний генератора и параметрическая синхронизация. В телевизионной технике эти методы получили соответственно название: непосредственная и инерционная синхронизации.

При непосредственной синхронизации импульсы синхронизации поступают на автогенератор непосредственно, навязывая ему вынужденные колебания с определенной частотой и фазой. Наиболее просто такая синхронизация реализуется при использовании релаксационных генераторов типа мультивибратора (блокинг-генератор). Этот вид синхронизации проще инерционной, но в телевизионных приемниках используется только для обеспечения работы генераторов кадровой развертки.

Наличие синхронизации очень важное требование для работы ТВС.

Если есть потери сигнала, но синхронизация не нарушена, то изображение можно получить и при достаточно высоком уровне помех. Если нарушается синхронизация, то синтезировать изображение невозможно вообще.

Помехи в радиоканале по-разному сказываются на синхронизации генераторов строчной и кадровой разверток. Синхронизация генераторов кадровой развертки меньше подвержена воздействию помех благодаря наличию фильтра нижних частот интегратора. Дифференцирующая цепь, выделяющая строчные синхроимпульсы, не может защитить генератор строчной развертки от импульсных помех короткой длительности. Поэтому, в первую очередь, принимаются меры по защите от помех канала строчной синхронизации.

Метод инерционной синхронизации является параметрическим. Под воздействием внешнего сигнала изменяется тот или иной параметр генератора, определяющий частоту и фазу его колебаний. Этим параметром может быть элемент схемы генератора (например, реактивная лампа), питающее напряжение.

Управление параметром генератора производят с помощью системы автоподстройки частоты и фазы (АПЧиФ). Эта система является в телевидении импульсной, и ее называют импульсная АПЧиФ. Структурная схема импульсной АПЧиФ представлена на рис.5.6.

Рис.5.6. Структурная схема импульсной АПЧиФ:

ИФД – импульсный фазовый детектор; ФНЧ – фильтр нижних частот; ЗГ – задающий генератор; УЭ – управляющий элемент; АГ – автогенератор; СО – сигнал ошибки Синхронизирующие импульсы ССИ и колебания задающего генератора (ЗГ) поступают в импульсный фазовый детектор (ИФД), где сравниваются их фазы и вырабатывается выходное напряжение, пропорциональное разности мгновенных значений этих фаз. Это напряжение сглаживается фильтром нижних частот (ФНЧ) и на выходе последнего получается сигнал ошибки (СО), величина и знак которого несут информацию о разности фаз двух сравниваемых колебаний. Это напряжение используется для управления генератором через управляющий элемент (УЭ).

Таким образом достигается такая ситуация, при которой частота и фаза АГ целиком соответствуют частоте и фазе синхроимпульсов. Благодаря наличию ФНЧ схема достаточно помехоустойчива. Ее характерные черты это наличие полосы захвата и полосы удержания (рис.5.7). Если с помощью какогото элемента схемы АГ, например, сопротивления или емкости, мы будем стараться изменять частоту колебаний, то характер этого изменения будет различен для случаев наличия и отсутствия ССИ.

При отсутствии ССИ частота АГ будет свободно изменяться. При подаче ССИ изменение частоты АГ вызовет при вхождении в полосу захвата вхождение его в полный синхронизм с синхроимпульсами. Частота и фаза колебаний этого задающего генератора перестанут реагировать на изменение сопротивления и емкости.

–  –  –

Чрезмерное изменение сопротивления или емкости выведет схему из полосы удержания, и генератор перейдет в режим свободных колебаний. Обратное вхождение в синхронизм возможно только после изменения его частоты до границ зоны захвата.

–  –  –

Приемные телевизионные трубки, или кинескопы, служат для преобразования телевизионных сигналов в видимое изображение. По своему назначению они разделяются на следующие типы.

Трубки прямого видения. Применяются во всех телевизионных приемниках индивидуального пользования и в видеоконтрольных устройствах на телевизионных центрах, для электронных видоискателей передающих камер.

Проекционные трубки. Применяются в телевизионных приемниках коллективного пользования (отличаются от кинескопов значительно большей яркостью свечения за счет повышения анодного напряжения при значительно меньших размерах).

Конструкция черно-белого кинескопа индивидуального пользования представлена на рис. 6.1. Она состоит из электронного прожектора 1 и люминесцирующего экрана 2, помещенных в колбу 3, из которой откачан воздух до получения высокого вакуума. Отклонение и фокусировка электронного луча осуществляются отклоняющей 4 и фокусирующей 5 системами. Электронный прожектор состоит из подогревного катода 6 с нитью накала 7, модулятора 8, ускоряющего электрода 9, 1-го и 2-го анодов 11 и 10.

Пучок электронов под действием сильного ускоряющего электрического поля бомбардирует люминесцентный экран, который начинает светиться. Магнитное поле отклоняющей системы 4 заставляет электронный луч перемещаться по экрану трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, в результате чего на экране образуется растр в виде отдельных сфокусированных строк.

Если на модулятор 8 трубки подать сигнал, который будет изменять количество электронов, то на экране 2 трубки появится изображение, полностью соответствующее объекту.

Фокусировка электронного луча на плоскости экрана может производиться как магнитным полем, так и электростатическим. В настоящее время во всех трубках прямого видения используется электростатическая фокусировка луча.

Она осуществляется электрическим полем дополнительных электродов 5, помещаемых в горловине трубки. Переход на электростатическую фокусировку луча обусловлен как экономическими соображениями (не требует больших затрат меди для фокусирующей катушки и большого выпрямленного тока для создания сильного магнитного поля), так и требованиями сохранения без подстройки сфокусированного изображения в течение всей передачи. Кроме того, магнитная фокусировка не обеспечивает такой хорошей четкости изображения при больших углах отклонения, как электростатическая.

Рис. 6.1. Конструкция черно-белого кинескопа:

1 - электронный прожектор; 2 - люминесцирующий экран; 3 - колба; 4 - отклоняющая катушка; 5 - система электростатической фокусировки; б - подогревной катод;

7 - нить накала; 8 - модулятор; 9 - ускоряющий электрод; 10 - 2-й анод; 11 - 1-й анод;

12 - электронный луч Электронный прожектор 1 (электронная пушка) предназначается для создания узкого электронного луча в электронно-лучевой трубке. В функции прожектора входит: создание электронного луча, предварительная и затем окончательная фокусировка последнего, обеспечивающая получение в плоскости экрана электронного пятна требуемого диаметра, а также модуляция электронного луча 12 сигналом изображения.

Электронные прожекторы современных трубок состоят из источника электронов - оксидного термокатода и системы электродов.

Оксидный катод 6 состоит из никелевой трубки, внутри которой помещается изолированная от катода вольфрамовая нить подогревателя 7 в виде безындукционной спирали. На торцевую поверхность трубки наносится эмиттирующий оксидный слой. Катод с косвенным подогревом лучше катода с прямым подогревом, так как в этом случае сводится к минимуму взаимодействие между магнитным и электростатическим полями, создаваемыми током нагревателя и электронами пучка.

На расстоянии нескольких десятых долей миллиметра от эмиттирующей поверхности катода монтируется управляющий электрод, или модулятор 8.

Внутри модулятора на керамической шайбе закрепляется катод, размеры рабочей поверхности которого для уменьшения плотности тока эмиссии выбираются большими. Между модулятором 8 и 1-м анодом 11 помещен ускоряющий электрод 9, который экранирует катод от поля 1-го анода. На 2-й анод 10 подается высоковольтное напряжение.

В телевидении используется два способа управления плотностью электронного луча. По первому катод заземляется, а управление происходит по модулятору, по второму наоборот.

Электронные прожектора такого типа называются пентодными. Они обладают наилучшими характеристиками преобразования сигнал-свет и конструктива, поскольку позволяют получать высокую четкость изображения и монтировать выводы всех электродов на цоколе кинескопа.

6.2. Основные характеристики черно-белых кинескопов

Основными характеристиками кинескопа являются модуляционная и световая характеристики.

Основной характеристикой трубки является статическая световая характеристика, представляющая зависимость визуальной яркости экрана Ь от напряжения на управляющем электроде V.

Статическая световая характеристика снимается обычно для чистого растра (без изображения) путем фотометрирования (измерения) визуальной (средней) яркости растра L для различных значений управляющего напряжения U. Эта зависимость в основном определяется статической модуляционной характеристикой электронного прожектора iл = f(U). В связи с тем, что в реальных условиях трудно измерять ток луча, вместо iл заU, В –30 20 10 меряют обычно катодный ток J. Кривые J = f(U) и L = f(U) полностью совпадают, поэтому часто по Рис. 6.2. Модуляционная оси ординат откладывают визуальную яркость характеристика кинескопа (световая характеристика) и катодный ток (модуляционная характеристика). На рис. 6.2 приведена модуляционная характеристика кинескопа 59ЛК2Б.

При подаче сигнала динамическая световая характеристика будет значительно отличаться от статической характеристики. Поскольку форма динамической характеристики не постоянна, а зависит от передаваемого изображения, то обычно для расчетов и практической работы пользуются статической.

Расшифруем название кинескопа 59ЛК2Б: 59 размер диагонали; ЛК люминесцентный кинескоп; 2 вторая модель; Б цвет свечения белый. Свечение и особенности кинескопа определяются его покрытием люминофором.

Важнейшими характеристиками люминофора являются: цвет свечения, инерционность и световая отдача. Рассмотрим эти характеристики.

Цвет свечения определяется химическим составом люминофора и технологией его изготовления. Наибольшее применение при изготовлении кинескопов нашли сульфидные люминофоры, в которых путем добавления сульфида кадмия в смесь цинк кадмий можно получить практически любой цвет. В вещательном телевидении используется люминофор типа Б, спектральная характеристика которого приведена на рис. 6.3.

Имеющийся на характеристике горб в области синих цветов придает свечению черно-белых экранов голубоватый оттенок («голубой экран»).

Инерционность. Инерционные свойства люминофоров определяются послесвечением. Послесвечение характеризуется тем временем, за которое яр- ^00 500 600 700 \, нм кость свечения уменьшается до 1% от первоначальной яркости, имевшейся при возбуждении (закон Тальбота). Длительность возбужденного состояния атомов у различных люминофоров лежит в интервале от 107 с до нескольких часов. В кинескопах вещательного телевидения используются люминофоры с послесвечением, равным времени передачи одного кадра.

Световая отдача, или эффективность - отношение излучаемой силы света к мощности возбуждения. Светоотдача экрана очень мала, так как большая часть энергии луча расходуется на нагревание кинескопа, вырывание вторичных электронов, невидимое рентгеновское и ультрафиолетовое излучение.

Только небольшая (1 - 10%) часть энергии луча расходуется на видимое световое излучение. Яркость свечения люминофора может быть существенно повышена за счет металлизации поверхности люминофора.

6.3. Меры совершенствования характеристик черно-белых кинескопов

Металлизация экрана. Металлическая (обычно алюминиевая) пленка толщиной десятые доли микрона путем возгонки наносится на люминофор. Так как люминофор представляет рыхлую неровную поверхность, то для ее выравнивания сначала наносят органическое вещество в виде тонкой пленки, а затем пленку металла. В дальнейшем органическое вещество выжигается. Металлическая пленка соединяется внутри трубки со вторым анодом. Увеличение светоотдачи у металлизированных (двухслойных) экранов определяется тем, что для электронов луча, возбуждающего люминофор, пленка прозрачна, а для свечения люминофора является зеркалом, отражающим свет в сторону зрителя. Яркость свечения кинескопа возрастает в два раза.

Применение нейтральных фильтров. Контрастность изображения, представляющая собой отношение яркостей самой светлой точки изображения на экране к самой темной, в реальных условиях оказывается меньше расчетной изза паразитной засветки экрана.

Металлизация экрана кинескопа полностью устраняет внутреннюю засветку экрана. Общая контрастность изображения увеличивается до 100. Явление ореола остается одним из важных факторов, ограничивающих контрастность.

Применение дымчатого (контрастного) стекла для кинескопов позволяет несколько уменьшить явление ореола. Снижение заметности внешнего кольца ореола происходит из-за того, что световые лучи, создающие ореол, проходя дважды через стекло с большим поглощением, теряют большую часть своей энергии, тогда как полезные световые лучи проходят через дымчатое стекло только один раз. Дымчатое стекло уменьшает также влияние внешних засветок от посторонних источников света, так как и в этом случае световые лучи, прежде чем попасть в глаз зрителя, дважды проходят через дымчатое стекло.

Формат кадра. Формат кадра кинескопов с углом отклонения 110° из технологических соображений сделан не 4:3, а 5:4. Часть изображения по горизонтали выходит за рамки экрана, но эта потеря не страшна, так как основные события телевизионных передач происходят в центре экрана.

Это дало возможность увеличить длительность обратного хода строчной развертки с 14 до 22%, что позволило снизить требования и повысить надежность выходного каскада строчной развертки.

Взрывозащита кинескопов. Воздействие атмосферного давления на кинескоп с диагональю 47 см эквивалентно ситуации, когда на последний кладется груз массой одна тонна. Самое слабое место у кинескопа место сварки его экрана и колбы. В современных кинескопах на это место накладывается металлический бандаж со специальным заполнителем, коэффициент температурного расширения которого равен аналогичному коэффициенту стекла кинескопа.

Чернение кинескопов. Специальное химическое чернение кинескопов позволяет повысить контрастность изображения при незначительном повышении анодного напряжения.

Современное состояние развития черно-белых кинескопов. В настоящее время в телевизионных приемниках применяются полупроводниковые приборы и малогабаритные унифицированные блоки. Габариты современных приемников лишь немногим превышают размеры самой трубки.

Разработаны и внедрены в серийное производство кинескопы с углом отклонения 110° и электростатической фокусировкой. Угол отклонения луча в этих трубках по горизонтали 103°, по вертикали 87° и по диагонали 110°.

Использование сложных электронно-оптических систем позволяет получить на экране пятно малого диаметра при меньшем ускоряющем напряжении. Наряду с кинескопами больших размеров для переносных телевизоров выпускаются малогабаритные кинескопы с диагональю экрана 23, 16, 11 и 6 см. Начинают широко эксплуатироваться плоские кинескопы и безвакуумные электролюминесцентные экраны.

–  –  –

Главной особенностью телевизионного сигнала является его униполярность, т.е. наличие постоянной составляющей, пропорциональной средней яркости изображения. Специфика телевизионного сигнала определяется его широкополосностью (25 Гц – 6 МГц), требующей для его усиления применять только резисторные апериодические усилители. Обычно стараются максимально упростить телевизионный приемник за счет усложнения обработки и формирования сигнала на телевизионном центре.

В различных усилительных трактах телевизионного центра производятся различные виды коррек- Lср2 Lср1 ций и шумоподавление. Из-за сложности используемых при этом схем их невозможно построить по схеме Uср1 Uср2 усилителей постоянного тока.

Таким образом, видеосигнал теряет постоянную составляющую информацию о средней яркости изображения. При этом смещаются уровни черного (УЧ) и белого (УБ) в сигнале изображения (рис.7.1).

Рассмотрим сигнал от черной

Рис.7.1. К пояснению процесса потери пополосы (Ч) на белом фоне и белой стоянной составляющей видеосигнала:

полосы (Б) на черном фоне. Оба сиг- УЧ – уровень черного; УБ – уровень белонала имеют положительную поляр- го; Ч – черный; Б – белый; ТС – темноность, их средние яркости различны серый; СС – светло-серый и соответственно равны Lср1 и Lср2.

Постоянные составляющие сигнала этих изображений различны Ucp1Lcp1 и Ucp2Lcp2, а размах сигнала от УЧ до УБ, пропорциональный перепадам яркостей, одинаков. Положение уровней равноосвещенных деталей одинаково.

В усилителе переменного тока постоянная составляющая сигналов теряется. Тогда постоянные составляющие Ucp1 и Ucp2 опустятся до нуля или, в нашем случае, до уровня черного. При этом размах сигнала, соответствующий перепадам яркостей между соседними деталями изображения, становится различным.

Положение уровней сигналов от одинаково освещенных деталей изменяется.

После потери постоянной составляющей мы передали бы в первом случае сигнал черной полосы на темно-сером фоне (ТС), а во втором – сигнал светлосерой полосы (СС) на черном фоне.

Средняя яркость оригиналов изображений и постоянная составляющая могут меняться в широких пределах от минимальной яркости до максимальной. Поэтому при отсутствии постоянной составляющей уровни телевизионного сигнала могут занимать различное положение и практически не соответствовать оригиналу. Во избежание этого в приемниках и некоторых других точках тракта приходится восстанавливать постоянную составляющую.

Восстановление постоянной составляющей это косвенный метод передачи низкочастотной компоненты телевизионного сигнала, обычным образом через тракт не проходящей. Восстановление постоянной составляющей (ВПС) становится возможным потому, что хотя и косвенным образом, но информация о ее величине через усилитель переменного тока проходит. Эта информация заключается в размахе гасящих импульсов (рис.7.2).

Рис.7.2. Принцип фиксации постоянной составляющей:

УГСИ – уровень гасящих строчных импульсов; СПС – сигнал постоянной составляющей;

СБПС – видеосигнал без постоянной составляющей; УФ – уровень фиксации Потеря сигнала постоянной составляющей (СПС) приводит к тому, что видеосигнал без постоянной составляющей (СБПС) представляет искаженное изображение. Зная о том, что УЧ в исходном состоянии сигнала не зависит от величины СПС, можно зафиксировать уровни СГИ относительно некоторого постоянного потенциала уровня фиксации (УФ) и восстановить постоянную составляющую в сигнале. Идея работы схемы ВПС состоит в том, что ГСИ привязываются к опорному уровню – напряжению, падающему на открытом переходе диода.

Схема с неуправляемым уровнем фиксации представлена на рис.7.3. При поступлении сигнала на вход схемы синхроимпульсы быстро заряжают конденсатор С через диод Д. Отрицательное напряжение, образующееся на конденсаторе С, смещает рабочую точку транзистора в область запирания и вершины синхроимпульсов оказываются на уровне отсечки, определяемом диодом.

При подаче сигнала большего уровня конденсатор С дозарядится, смещение увеличится синхроимпульсы опять окажутся Рис.7.3. Схема с неуправляемым на том же уровне.

фиксатором уровня Недостатком схемы является то, что во время действия сигнала меньшего уровня конденсатор будет частично разряжаться через резисторы R2 и R1. При этом рабочая точка транзистора сместится в область отпирания и яркость экрана к концу кадра снизится.

–  –  –

Показатель степени может быть Рис.7.4.

К пояснению принципа больше или меньше единицы и называется гамма-коррекции в ТВС:

С – серый; Uи – сигнал кинескопа;

коэффициентом контрастности. Для пеUоб – сигнал датчика редающих трубок этот коэффициент делается меньше единицы = 0,5 0,8, а у приемных трубок он равен = 2,2 2,8.

Гамма-коррекция сводится к извлечению корня соответствующей степени из сигналов яркости, подаваемых на вход гамма-корректора. Результирующая световая характеристика ТВС, соответствующая = 1. Характеристика линейна и на экране воспроизводится точное соотношение яркостей всех элементов. При регулировке черно-белых ТВС, как правило, добиваются 1 ( = 1,25 1,3).

Этот эффект позволяет в определенной мере улучшить зрительское восприятие изображения.

7.3. Вид модуляции и ширина спектра радиосигналов телевизионного вещания

–  –  –

7.3.1. Полярность модуляции радиосигнала изображения. Радиосигнал изображения может иметь негативную (рис.7.7,а) или позитивную (рис.7.7,б) полярность в зависимости от полярности модулирующего видеосигнала.

Рис.7.7. Полярность телевизионного сигнала:

а – негативная; б - позитивная В большинстве стран принята негативная полярность модуляции, при которой максимальная амплитуда несущей частоты соответствует уровню сигнала синхронизации ССИ, а минимальная уровню белого.

Преимущества негативной модуляции:

- импульсные помехи проявляются в виде темных точек на белом фоне (они менее заметны, чем белые точки на черном фоне);

- повышается помехоустойчивость системы синхронизации из-за того, что при передаче ССИ излучается максимальная пиковая мощность;

- облегчается построение АРУ приемника (в качестве опорного сигнала АРУ используется сигнал ССИ, который не зависит от содержания изображения и легко выделяется).

7.3.2. Диапазоны волн и поляризация. Согласно ГОСТ 7845-79 можно использовать вертикальную и горизонтальную поляризацию. Предпочтительнее использовать горизонтальную поляризацию, т.к. в этом случае наблюдается несколько меньшее воздействие промышленных помех.

В ТВС используют УКВ волны: метровые и дециметровые. В пределах пяти поддиапазонов размещены 60 радиоканалов (табл.7.1).

–  –  –

Выбор нижней границы I поддиапазона определяется тем, что для выделения полного телевизионного сигнала из радиосигнала изображения необходимо, чтобы несущая частота в несколько раз превышала максимальную частоту спектра модулирующего сигнала, равную 6 МГц.

7.3.3. Зона обслуживания телевизионным вещанием. Зона обслуживания определяется зоной уверенного приема радиоканалов. Чтобы зоны уверенного приема радиоканалов изображения и звукового сопровождения были примерно одинаковы, номинальная мощность каналов изображения выбирается в десять раз больше мощности канала звукового сопровождения.

Эффективное значение напряженности поля в зоне уверенного приема может быть оценено по формуле Введенского:

2,18h1h2 PД E=, (7.2) r 2 где E – напряженность поля, мкВ/м; h1 и h2 высота приемной и передающей антенны, м; r расстояние между антеннами, км; P мощность передатчика, кВт; длина волны, м; Д коэффициент усиления антенны.

Из-за того, что в диапазоне УКВ при распространении волны испытывают очень малую рефракцию в атмосфере, радиус действия телевизионного радиопередатчика примерно ограничен расстоянием прямой видимости:

–  –  –

Поэтому увеличение мощности передатчика позволяет увеличить напряженность поля в зоне прямой видимости, но не расширяет зону обслуживания телевизионного вещания. Для расширения зоны обслуживания нужны различного типа ретрансляторы (спутниковые).

–  –  –



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«по видам наиболее типичных убытков, причиняемых собственникам объектов недвижимого имущества его изъятием для государственных и муниципальных нужд Подготовлен специалистами компании...»

«Корпоративный Кодекс МООО «Российские студенческие отряды»1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Целью Кодекса корпоративного поведения (далее – Кодекс) является установление единых стандартов профессионального поведения, о...»

«Гиббереллин, основные свойства, рекомендации к применению, особенности покупки. Гиббереллин ГК3 (GA3) Гиббереллины являются одной из важнейших групп фитогормонов растений, относятся к группе гормонов роста растений, имеют важнейшее значение в сигнальной системе растений при обр...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ И.о. проректора по научной работе А.Н.Малолетко ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА Код по ОКСО Наименование направления подготовки Квалификация...»

«Рабочая программа «Вязание крючком» Кружка Тип программы: прикладная. Возраст 10-13 лет. Срок реализации 2 года. Пояснительная записка I. Учеными физиологами установлено, что мелкая моторика рук и уровень развития речи и памяти школьников находятся в прямой зависимости друг от друга. Школьники с низким уровнем развития мото...»

«Выступление Мониторинг эффективности реализации программы ДНРВ Добрый день, уважаемые коллеги! Сегодня мы с Вами встретились для работы на последней творческой лаборатории из цикла «Организация воспитательного процесса в усл...»

«КИМ №1 Дополнительное задание( только для тех, кто выполнил три первых): І. Выбери один правильный ответ: Около 100 тыс. лет назад на Земле началось похолодание. Зимы стали длиннее и морознее. С севера надвигался ледник. Теплолюбивые животные 1.Укажи главное отличие человека от животных: вымерли или ушли на юг. Но люди устояли перед...»

«Лекция №1 Понятие информации Учебные вопросы: 1. Возникновение и развитие теории информации 2. Понятие информации и этапы ее обращения Теория информации является одним из курсов при подготовке инженеров, специализирующихся в области ав...»

«Аркадий Петрович Гайдар Чук и Гек *** Жил человек в лесу возле Синих гор. Он много работал, а работы не убавлялось, и ему нельзя было уехать домой в отпуск. Наконец, когда наступила зима, он совсем заскучал, попросил разрешения у начальников и послал своей жене письмо, чтобы она приезжала вместе с ребяти...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ И.о. проректора по научной работе д-р экон. наук, доцент А.Н. Малолетко РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Шифр Наименов...»

«№1 См. на с. 2-3 Вид с Покровского собора на застраиваемую площадь, Застраивается центральная площадь Гатчины вновьвозводимое здание в охранной зоне трех памятников федерального значения также разместится в охранной зоне памятников республиканского значения: С...»

«Чем животные отличаются от растений? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.1) активно передвигаются 2) растут в течение всей жизни 3) создают на свету органические вещества из неорганических 4) не имеют плотных клеточных стенок из клетчатки 5) потребляют готовые о...»

«ISSN 1991-3494 АЗАСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЛТТЫ ЫЛЫМ АКАДЕМИЯСЫНЫ ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК THE BULLETIN НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 1944 ЖЫЛДАН ШЫА БАСТААН ИЗДАЕТСЯ С 1944 ГОДА PUBLISHED...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя школа пос. Озерки муниципального образования « Гвардейский городской округ»» 238224, Российская Федерация, Калининградская область, Гвардейский район, тел.: 8 – 401 – 59 – 7 – 43 – 91 п. Озерки факс: 8 – 401 – 59 – 7 – 43 – 91 улица Школьная, дом 1. Еm...»

«КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Содержащиеся в пособии контрольно-измерительные материалы (КИМы), аналогичные материалам ЕГЭ, составлены в соответствии с программой общеобразовательных учреждений по литературе и учитывают возрастные особенности учащихся. В конце издания приведены ответы ко всем тестам, предложены самостоятельные раб...»

«Дмитрий Иванович Виноградов изобретатель русского фарфора (1720-1758 гг.) Фарфор, как известно, придумали китайцы, и многие сотни лет стойко хранили секрет производства этого удивительного материала белого, полупрозрачного, звенящего. В Европе точно не знали состав фарфорового сырья....»

«Пояснительная записка к рабочей программе по предмету «Изобразительное искусство»Рабочая программа по изо для детей с ОВЗ (ЗПР), обучающихся в 1 классе разработана на основе: Федерального государственного образовательного стандарта начального общего...»

«А Албасов Петр Федорович, с. Становка. Проп. б/в в 1943. Абрамов Василий Никитович,р. 1906, д. Александров Александр Алексеевич погиб Любинка. Рядовой 112 сб; проп. б/в 17.12.41, похор. в г. Красногорске 22.08.42. Московской обл. Августинов Алексей Евсеевич, д. Александров Григор...»

«ISSN 2224-5227 АЗАСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЛТТЫ ЫЛЫМ АКАДЕМИЯСЫНЫ БАЯНДАМАЛАРЫ ДОКЛАДЫ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН REPORTS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN ЖУРНАЛ 1944 ЖЫЛДАН ШЫА БАСТААН ЖУРНАЛ ИЗДАЕТСЯ С 1944 г. PUBLISHED SINCE 1944 Доклады Национальной академии наук Республики Ка...»

«www.webbl.ru бесплатная электронная библиотека КАЛАГИЯ www.webbl.ru бесплатная электронная библиотека www.webbl.ru бесплатная электронная библиотека Наумкин А.П. Калагия. М.: А/O «Прометей», 1993.352с «Калагия» есть призыв к Нам — и это главное. Все, что идет...»

«ISSN 1991-3494 АЗАСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЛТТЫ ЫЛЫМ АКАДЕМИЯСЫНЫ ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК THE BULLETIN НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 1944 ЖЫЛДАН ШЫА БАСТАА...»








 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.