Телебачення

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ СФЕРИ ПОБУТУ І ПОСЛУГ


ІНСТИТУТ ТЕХНІКИ СЕРВІСУ


Б. С. Розов


Т Е Л Е В І Д Е Н Н Я


Навчальний посібник


Москва, 1997


Рецензенти: Волков Ю.О., д.т.н., зав. кафедрою електроніки МІФІ; ПетраковА.В., д.т.н., зав. кафедрою автоматизації поштових операцій Московського технічного університету зв'язку та інформатики (МТУЗІ).


Розов Б.С. Телебачення: Навчальний посібник, ГАСБУ. М., 1997.

У цьому навчальному посібнику досить яскраво викладені питання теорії телевізійних систем. Робота призначена для студентів, які вивчають курс «Телебачення».


Ліцензія ЛР № 020362 від 14.01.1997 р.


Державна академія сфери побуту і послуг, 1997 рік.


1. ПРИНЦИПИ ТЕЛЕБАЧЕННЯ

    1. Поелементний аналіз і синтез оптичних зображень


Що оточують нас, в тій чи іншій мірі відображають світловий потік - або за рахунок дифузійного (в основному), або дзеркального відображення. Ця здатність відбивати чи  випромінювати (самосветящиеся об'єкти) світло визначає оптичні властивості об'єкта, а світловий потік від предметів і їх деталей несе зорову (візуальну) інформацію.

Якщо падає на об'єкт світловий потік дорівнює F (), то відбитий потік F о () залежить від коефіцієнта відбиття  (), який так і визначається:

ТелебаченняТелебачення

Візуальна інформація міститься в світловому потоці, оскільки цей світловий потік неоднорідний у просторі - і не тільки за рахунок різного  (). Різною є освітленість деталей об'єкта, хоча весь він може мати один і той же коефіцієнт  (), наприклад, гіпсова скульптура. Зорова інформація переноситься світловий енергією, що потрапляє до спостерігача від точок об'єкта.

Інтенсивність і спектральний склад потоку від кожної такої точки характеризують яскравість (светлоту) і колір точки, а напрямок потоку визначають її просторове положення.

Спостерігач сприймає одночасно деяку частину простору, обмежену кутом зору. При цьому існує найменша просторова деталь, яку він ще розрізняє, але в її геометричних межах вже не розрізняє яскравості або колірні відмінності. Розміри цієї деталі визначають мінімальний кут дозволу . Дві цих величини - кут зору і кут дозволу - визначають рахункове (тобто кінцеве) безліч елементів зображення N, тобто майданчиків різної яскравості або кольоровості.

Елемент зображення - це та частина зображення, в межах якої всі оптичні характеристики (яскравість, кольоровість) приймаються однаковими, тобто вони можуть змінюватися тільки в часі. У принципі елемент зображення може бути і значно більшою, ніж випливає з роздільної здатності очі - це залежить від дозволу апаратури, а також від бажання отримати спеціальні ефекти - наприклад, розмивання картинки за допомогою послідовного зменшення кількості елементів у зображенні.

Зображення, утворене сукупністю всіх елементів зображення, називається кадром.

Підхід, заснований на принципово обмеженій кількості елементів зображення, давно використовується в поліграфії. Чим вище повинна бути чіткість (детальність) відтвореного зображення, тим більше повинно бути елементів n на одиницю поверхні.

Отже, плоске оптичне зображення може бути представлене безліччю інтегральних джерел, кількість яких досягає N  5  5 жовтня (півмільйона). У кожному з таких світлових елементів світлове поле характеризується амплітудою , фазою  кутами площин поляризації. І все це для п'яти аргументів (x, y, z, , t):

 (x, y, z, , t),  (x, y, z, , t),  1 (x, y, z, , t),  2 (x, y, z,  , t),  3 (x, y, z, , t)

Це і є найбільш повна математична модель зображення (М = 25). Це означає, що для N елементів дискретного зображення необхідно передавати M  N інформаційних повідомлень, де М = 25. При передачі даних про стан кожного елемента з незалежного каналу треба мати 25  5  10 травня = 1,25  10 липень каналів. Це практично неможливо.

Повну модель світлового поля можна спростити. Для створення оптичних зображень використовуються некогерентних і неполяризованих джерела, тому функції  і  1 можна не враховувати. Навіть якщо джерела когерентні і поляризовані, то використовувані нині перетворювачі світло-сигнал (також як і людське око) нечутливі до фази і площини поляризації. З урахуванням цього, а також враховуючи двовимірної зображення, залишається модель у вигляді  (x, y, , t) - для кольорового зображення. Чорне зображення має поділені змінні  (x, y, , t) =  1 (x, y, t)   2 () = L (x, y, t), тому що перетворювач світло-сигнал реагує тільки на потужність випромінювання, яка знаходиться шляхом інтегрування в межах видимого діапазону твори  ()  S (), де S () - спектральна чутливість перетворювача.

Таким чином, кожен елемент зображення описується функцією L i (x, y, t), а зображення в цілому - сукупністю таких функцій:

ТелебаченняТелебачення .

Якщо прийняти ідею багатоканальної телевізійної системи, тобто системи, що забезпечує самостійний канал зв'язку для кожного елемента зображення на передавальної і приймальної стороні (рис. 1.1), то координати (x, y) кожного елемента однозначно визначаються каналом зв'язку, тому при загальній кількості каналів N по кожному з них має передаватися значення яскравості ( чорно-біле зображення). Для кольорового зображення необхідно передавати також значення кольору.

Очевидно, що навіть така спрощена багатоканальна телевізійна система нереальна.

Реальним телебачення, тобто передача зображень на відстані, стало після появи ідеї послідовної передачі світлових параметрів кожного елемента («точки») кадру в певному порядку. Така послідовна передача значень яскравості елементів зображення називається «розгорткою» зображення в часі. На приймальному боці одночасно з цим відбувається процес «згортки» - у тому ж порядку проводиться обхід всіх майданчиків кадру і кожна з них засвічується у відповідності з поточним значенням сигналу яскравості. Якщо цикл розгортка-згортка повторюється багато разів на секунду, то око людини в силу своєї інерційності відтворює оптичне зображення як суцільне.

Головна перевага тимчасової розгорнення зображення полягає в тому, що по одній фізичній лінії зв'язку (пара проводів, радіоканал) за рахунок тимчасового поділу передаються значення яскравості всіх елементів. Адреса елемента, тобто його координати x і y зазвичай пропорційні часу t, що пройшов від початку циклу розгортки, тобто:

x = k 1 t, y = k 2 t

У цьому випадку координати x, y лінійно зростають з часом, так що передається тільки сукупність сигналів L i (t), що належать різним елементам.

Очевидним умовою тимчасової розгорнення є однакові моменти початку розгортки і її постійна швидкість у часі (строго кажучи, швидкість розгортки може бути і не постійною, але розгорнення на передавальний і прийомній стороні телевізійної системи повинна мати один і той же закон зміни у часі).

Структура поля зображення, утвореного в процесі розгортки, називається телевізійним растром. Іншими словами, растр - це траєкторія обходу елементів розгортається зображення.

У сучасних системах телевізійного мовлення прийнята прогресивна лінійно-рядкова і лінійна кадрова розгортки, тобто послідовна передача елементів зображення з постійною швидкістю і одним і тим же напрямом рядкової і кадрової розгорток. У телевізійних системах спеціального призначення використовуються і інші види розгорток (двостороння рядкова, спіральні та ін.)

Рядки і кадри синхронізовані. Точність синхронізації (синхронність) і сталість швидкості розгорток (синфазность) - необхідне (хоча і не достатня) умова геометричної точності переданого зображення.

При лінійно-рядкової розгортці телевізійну систему характеризують числом рядків у кадрі z і кількістю кадрів n k в секунду (параметри розкладання).

Отримання сигналу зображення при послідовній передачі показано на малюнку 1.2.

Видно, що сутність телевізійного аналізу зображення зводиться до того, що двовимірна функція розподілу яскравості (освітленості) перетворюється в одновимірну функцію часу:

L (x, y)  u (t) або E (x, y)  u (t)

Сигнал u (t) (або i (t) малий, тому він посилюється, в нього замішуються інші, службові сигнали (синхронізації, гасіння та ін.) Для передачі сигналу використовують різні види модуляції - амплітудна, фазова і ін Застосовують також цифрові методи передачі.

У приймальні частини системи повний сигнал зображення піддається демодуляції і підсилення, а потім здійснюється синтез зображення. При синтезі електричні сигнали зображення перетворюються в яскравість (або й колір) елементів зображення, так що одномірна функція сигналу зображення повертається до двовимірної функції розподілу яскравості на екрані.

Основна функція синтезатора полягає в об'єднанні процесів декодування та електронно-оптичного перетворення. Зазвичай для цього використовується явище катодолюминесценции - світіння екрана при бомбардуванні його сфокусованим електронним пучком. Розгортають елементом є електронний пучок, інтенсивність якого керується сигналом, пропорційним

Ясно, що синтез зображення можливий теж лише за наявності розгортки, яка повинна бути синфазної з розгорткою передавальної частини (аналізатора). У процесі синтезу треба забезпечити геометричне і світлотехнічне подібність між оптичним (первинним) і вихідним (репродукцією) зображеннями. При цьому за основу приймається фізіологічна точність відтворення - коли вхідний і вихідний зображення при спостереженні в однакових умовах різняться мало.


    1. Просторові частоти поля зображення


Використання поняття «елемент зображення» означає заміну безперервної функції яскравості за координатами x і y дискретної функцією яскравості по полю зображення (рис. 1.3).

Для деякої рядки з координатою y i яскравість виражається у вигляді L  (k   x, y i), яка відрізняється від істинної яскравості L (x, y), оскільки всередині елемента зображення з будь-якої координаті L = const = L cp.

Після оптичного зображення може бути розкладено в ряди Фур'є по обох координатах. В якості просторового періоду першої гармоніки розкладання зручно вибирати геометричні розміри зображення: "b" по осі абсцис і "h" по осі ординат. Очевидно, що при цьому завжди присутній нульова складова яскравості (або освітленості, що практично, як буде показано в гл.2, одне й те саме), а також деякий набір гармонік перший просторової частоти. Безпосередній інтерес представляє верхня просторова частота  у гр, обумовлена ​​як зазвичай через мінімальний просторовий період (довжину хвилі)  н гр:

у гр = Телебачення

Мінімальна просторова довжина хвилі  н гр визначається, у свою чергу, як період найбільш дрібної просторової решітки (рис. 1.4).

н гр = 2  x, так що  у гр = Телебачення .

У напрямку x зображення складається з N x елементів:

N x = Телебачення

А в напрямку y, відповідно

N y = Телебачення

Якщо прийняти  x =  y (однакове дозвіл в горизонтальному і вертикальному напрямку), то загальна кількість елементів зображення N складе:

N = N x  N y = Телебачення = Телебачення

Звідси: Телебачення , А частота Телебачення .

У ряді випадків (вимоги до зернистості люмінофора і т.п.) представляє інтерес зворотна залежність:

N = 4bh  2 в гр

Просторова частота поля зображення і швидкість формування растра (швидкість сканування) визначають, як буде показано пізніше (гл. 6), вимоги до смуги частот (тимчасових) апаратури телевізійної системи.


1.3. Перетворення зображення в електричний сигнал


Для чорно-білого телебачення кожен елемент характеризується миттєвим значенням яскравості; тому при поелементного розгортці утворюється сигнал яскравості як функція часу.

Необхідно перетворити променисту енергію в електричний сигнал. Для цього використовуються фотоелектричні перетворювачі - із зовнішнім і внутрішнім фотоефектом.

Зовнішній фотоефект (А. Г. Столетов, 1890) - поява електронної емісії з освітлюваної поверхні деяких металів і їх оксидів. Внутрішній фотоефект - зміна провідності деяких речовин при їх висвітленні.

Нехай у площині фотокатода (тонка напівпрозора плівка з металу з зовнішнім фотоефектом) сформовано оптичне зображення, так що енергетичний стан кожного елемента фотокатода визначено освітленістю E i і його спектральним складом. Значить, з кожного елемента фотокатода емітуючої електрони, щільність яких j поблизу поверхні пропорційна освітленості:

j i  E i,

а поле електронів відображає освітленість елемента зображення. Якщо тепер повністю відбирати струм електронів, то він теж пропорційний середньої освітленості:

i  i  E i

Якщо здійснюється почергова вибірка елементів електронного зображення (тимчасова розгортка), то виходить сигнал зображення i (t), величина якого в кожен момент пропорційна освітленості розгортається елемента зображення.

Яким чином здійснити розгортку зображення? Як приклад розглянемо механічну систему, що дозволяє здійснити послідовне висвітлення фотокатода за допомогою рухомий діафрагми, рівною за площею одному елементу зображення (диск Ніпкова).

Діафрагми у вигляді прозорих отворів у непрозорому диску переміщаються в площині оптичного зображення, а фоточутливий елемент (один!) розташовується за диском (рис. 1.5).

Отвори в диску розміщені по спіралі так, щоб була суцільна розгортка (зміщені по радіусу на свій діаметр). Диск Ніпкова представляє собою оптичний комутатор. У телевізійній системі цього типу (у Москві, 1931 р.) було 30 рядків (z = 30), частота кадрів - 12,5 Гц. Частота кадрів дорівнює ¼ частоти мережі, що зручно для синхронізації. Смуга частот була малою, що дозволяло передавати сигнал по радіомовного каналу.

Другий спосіб здійснення тимчасової розгорнення зображення - це переміщення електронного зображення щодо діафрагми - пастки за певним законом. І в цьому випадку, як і системі з диском Ніпкова, в освіті фотоструму приймає участь лише та частина світла від даного елемента зображення, яка в цей момент розгортається.

Якщо повний світловий потік зображення F o (відбитий світловий потік від об'єкта), то середній потік одного елемента складе:

F `o = Телебачення ,

а середній струм електричного сигналу i = i сер = EF `o = E Телебачення , Де Е - чутливість перетворювача Телебачення .

Якщо N = kz 2, де k - формат кадру (k = Телебачення ), Z - число рядків кадру, то

i 2 = E Телебачення

Такі системи називаються системами миттєвої дії. Чутливість цих систем обернено пропорційна квадрату числа рядків розкладання, це їхній головний недолік. Кількість світла (експозиція) Телебачення , Тобто твір світлового потоку на час його використання за час проходження одного елемента зображення

Телебачення = ТелебаченняТелебачення

У силу малості сигналу, представляють інтерес способи його збільшення. Відомі й використовуються два таких способи.

  1. Якщо є можливість, то можна використовувати весь наявний світловий потік для почергового освітлення деталей об'єкта, що відповідають окремим елементам зображення. Це так звані системи з біжучим променем - наприклад, при передачі зображень з кіноплівки, в факсимільного зв'язку. Весь необхідний для роботи системи світло тут зосереджений в одному промені (тобто Телебачення ), Який переміщається по носію зображення відповідно до закону розгорнення зображення. Це теж система миттєвої дії.

  2. При неможливості освітлення об'єкта світловим біжучим променем (що зазвичай і має місце) використовують накопичення сигналу протягом усього кадру і подальшого його повного зчитування (використання) під час комутації цього елемента. Із загальних міркувань ясно, що енергетично обидва способи еквівалентні, хоча система з накопиченням більш універсальна.


1.4. Узагальнена структурна схема телевізійної системи


Телевізійна система (ТВЗ) - комплекс технічних засобів, що забезпечують передачу візуальної інформації шляхом її прямого і зворотного перетворення через електричні сигнали.

Узагальнені, обов'язкові для будь-якої системи пристрої та їх функціональна взаємозв'язок показані на рис. 1.6. За допомогою об'єктива формується плоске оптичне зображення на фотокатоде перетворювача світло-електричний сигнал (ПСР). У ПСС промениста енергія перетворюється на електричну в ході розгортки зображення, так що на виході ПСС виходить тимчасової сигнал, званий вихідним сигналом яскравості E c, миттєві значення якого пропорційні значенням яскравості переданого в даний момент елемента зображення.

Сигнал з виходу ПСС посилюється, і в нього вводяться додаткові (службові) імпульсні сигнали, призначені для замикання зворотного перетворювача сигнал-світло в перервах між розгорткою рядків і кадрів (сигнали гасіння). Вихідний сигнал разом з сигналом гасіння називається сигналом яскравості.

Для забезпечення синхронності і синфазности використовується примусова синхронізація - 1 раз на період рядки і 1 раз на період кадру за допомогою спеціальних сигналів синхронізації, підмішують в сигнал під час передачі гасять імпульсів. Рядкові і кадрові синхроімпульсів більше за амплітудою, ніж гасять імпульси, тому вони виділяються з повного телевізійного сигналу з допомогою амплітудних селекторів. Між собою рядкові і кадрові синхроімпульсів різняться за тривалістю. Сигнал, що складається з сигналів яскравості разом із синхронізацією, називається повним телевізійним сигналом.

Повний ТБ сигнал далі надходить в канал зв'язку. Це може бути кабельна, радіорелейна, мовна, волноводная, супутникова лінія зв'язку, яка задовольняє вимоги неспотвореної передачі ТБ сигналу. У каналі зв'язку сигнал може неодноразово піддаватися різним перетворенням, але на виході повинен відновлюватися вихідний сигнал, який і надходить на підсилювач-селектор. Підсилювач забезпечує рівень сигналу, необхідний для управління зворотним перетворювачем сигнал-світло. У селекторі виділяються синхронізуючі імпульси, які подаються на управління розгорткою ТБ-приймача (синтезатора зображення).

Якість ТБ зображення визначається параметрами і характеристиками ТВ системи. Відтворення дрібних деталей і різких меж ділянок зображення з різною яскравістю (контурів зображення) визначається в першу чергу кількістю рядків розкладання, тобто кількістю елементів зображення. Злитість сприйняття імпульсних за своєю природою сигналів яскравості і плавність рухів визначаються кількістю кадрів за одиницю часу. Число відтворюваних градацій яскравості залежить від динамічного діапазону системи. Геометричне подобу переданого та відтворюваного зображень залежить від точності синхронізації, а також від диференціального подоби розгорток передавальної і приймальної сторін ТВ системи.

Таким чином, вибір параметрів системи залежить від якості зображення. З іншого боку, підвищення якості тягне за собою ускладнення і подорожчання системи. Оскільки мовна ТБ система зроблена для глядача, одержувача інформації, то її показники повинні бути компромісом між прийнятною якістю і прийнятною вартістю. Ще краще, якщо є вибір з декількох можливостей, хоча цього в телебаченні поки немає (на відміну від радіоприйому, де якість звучання і прийому в основному залежить від якості приймача, а в ефір «випускається» сигнал дуже високої якості).

Для подальшого грамотного, усвідомленого розгляду телевізійних систем необхідно звернутися насамперед до зорової системи людини.


Телебачення


Телебачення


  1. СИСТЕМА ЧОРНО-БІЛОГО (ЧБ) ТЕЛЕВІЗІЙНОГО МОВЛЕННЯ


    1. Ланки тракту передачі


Тракт мовного телебачення (ГОСТ 18471-83) складається з тракту передачі зображення і тракту звукового супроводу. Перший тракт включає технічні засоби від об'єкта передавальної камери до екрана кінескопа, тракт звуку - від мікрофона до гучномовця телевізійного приймача.

Розглянемо тракт передачі зображення. Сюди входять (рис. 8.1):

  • канал зображення апаратно-студійного комплексу АСК

  • канал зображення мережі розподілу телевізійних програм СРТП

  • канал зображення радіотелевізійної передавальної станції РТПС

  • ретрансляційна станція (якщо є) РТС

  • канал зображення телевізійного приймача ТПР

  • антена приймача А.

Канал АСК перетворює зображення в ТВ сигнали, обробляє їх і передає на вхід наступного ланки тракту. Початок - об'єктив передавальної камери, кінець - вихідна гніздо кінцевого пристрою, що працює на лінію зв'язку.

Канал СРТП здійснює послідовне з'єднання каналів зображення міжміських телевізійних апаратних (МТА) та каналів зображення телевізійних з'єднувальних ліній (ТВСЛ) для передачі повного ТБ сигналу з АСК міста, де формується програма, до радіотелевізійної передавальної станції або АСК іншого міста, де ця програма використовується.

Канал РТПС призначений для перетворення повного ТБ сигналу в радіосигнал зображення і його випромінювання в ефір.

Ретрансляційна станція РТС приймає сигнал мовного телебачення, його перетворення і повторне випромінювання в іншому радіоканалі.

Телевізійна приймальна система (А) - сукупність технічних засобів з пасивних і активних (підсилювальних і перетворювальних) елементів, призначених для перетворення електромагнітного випромінювання в радіосигнали мовного телебачення, передачі і розподілу їх на входи телевізійних приймачів.

Канал зображення телевізійного приймача ТПР призначений для перетворення сигналу в телевізійне зображення (від гнізда антени до екрана кінескопа).

Вимоги, норми, показники якості ланок тракту викладені у відповідних стандартах. Апаратно-студійний комплекс являє собою сукупність телевізійних студій і телевізійних апаратних телевізійного центру (ГОСТ 19871-74). Найбільш складною ланкою є апаратно-студійний комплекс, який, у свою чергу, містить апаратно-студійний блок АСБ, центральну апаратну (АЦ) і апаратно-програмний блок (АПБ).

АСБ (рис. 8.2) - це автономна виробнича одиниця для підготовки, консервації і трансляції передач, а апаратно-програмні блоки - для формування програм з окремих фрагментів. АСБ і АПБ оснащені всіма видами датчиків ТБ сигналу (що передають камери, відеомагнітофони, телекінодатчікі, телеепіпроектори тощо) і мають кілька камерних каналів.

АЦ (рис. 8.3) - центральна апаратна - здійснює комутацію всіх вхідних і вихідних ліній. Одночасно з ТБ сигналом комутуються сигнали звукового супроводу, сигналізації та зв'язку.

На рис 8.4 показана функціональна схема формування повного телевізійного сигналу ЧБ зображення. Вона містить камерний канал тракту зображення з елементами комутації. Сигнал береться від передавальної ТБ камери.

У передавальної ТБ камері розміщений видошукач - малогабаритне відеоконтрольний пристрій (СКУ), необхідне оператору при роботі.

Сигнал з передавальної трубки посилюється за допомогою попереднього підсилювача, розташованого поблизу трубки, потім у проміжному та лінійному підсилювачах, де здійснюється також додаткова обробка сигналу (апертурная і гамма-корекція, відбудову середньої (постійної) складової, а також формується повний ТБ сигнал. Сигнал на виході проміжного підсилювача має позитивну полярність - потенціал білого вище потенціалу чорного. Форма і рівень сигналу контролюються осцилографом, а зображення - за допомогою СКУ.

З виходу проміжного підсилювача сигнал надходить на мікшерному-комутуючий пристрій, на який надходять сигнали й від інших камер (датчиків). Тут відбувається вибір передавальної камери, регулювання рівня і при необхідності - змішання (витіснення) одного зображення іншим.

Основне призначення лінійного підсилювача - обмеження розмаху сигналу і замешивание в сигнал зображення (сигнал яскравості) імпульсів синхронізації. Імпульси синхронізації створюються генератором синхронізації одночасно з приглушують імпульсами. На виході лінійного підсилювача виходить повний ТБ сигнал, який потім надходить у центральну апаратну і далі - на радіопередавальний пристрій.

Формування програми звукового супроводу відбувається своїм каналом. Джерела сигналів - високоякісні мікрофони та магнітофони. Кожен мікрофон має свій підсилювач, з виходів яких сигнали подаються на мікшерному-комутуючий пристрій.

За допомогою мікшерною-комутуючого пристрої звукорежисер здійснює вибір джерела звуку, регулювання і контроль рівня сигналу, накладення і змішання звукових сигналів. Тут же можуть додаватися спеціальні звукові ефекти (наприклад, штучна реверберація і т.п.).

У лінійному підсилювачі відбувається компресія (стиснення) динамічного діапазону, контроль і встановлення величини вихідного сигналу.

Канал звукового відтворення має параметри вищого класу якості:

Діапазон частот 30-15000 Гц.

Нерівномірність АЧХ не більше 1 дБ (5 дБ на краях).

Коефіцієнт гармонік 1,5  2%.

Захищеність від інтегральної перешкоди 55 дБ.


    1. Радіосигнал мовного телебачення


Радіосигнал мовного телебачення складається з радіосигналів зображення та звукового супроводу.

Радіосигнал зображення - сигнал несучої зображення, модульований повним телевізійним сигналом (ГОСТ 7845-79). Використовується амплітудна модуляція - рівень синхронизирующих сигналів відповідає максимуму радіосигналу, а рівень білого - мінімуму.

Прийнята негативна полярність сигналу (за огинаючої) дозволяє отримати згадувані (гл. 7) переваги в порівнянні з позитивною полярністю. Додамо, що при негативній полярності перешкоди імпульсного характеру відтворюються у вигляді вогнищ затемнення, які загалом менш помітні на зображенні, ніж білі - що було б при позитивній полярності, тобто використовується одна з особливостей психофізичної реакції людини.

Рівень, відповідний білому у сигналі, повинен складати 15%  2%, а мінімальний рівень (залишок немодульованою піднесе) 7  2%. Цей залишковий сигнал несучої зображення спільно з напругою несучої частота радіосигналу звукового супроводу використовується в телевізійних приймачах для отримання коливань другої проміжної частоти звуку. Якщо в радіосигнали рівень білого буде знижений до 0, то буде порушено проходження сигналів звуку.

Смуга частот телевізійного радіопередавача представлена ​​на рис. 8.6.

Для звуження смуги частот радіоканалу використано часткове придушення нижньої бічної смуги сигналу зображення.

Звуковий супровід передається на основі частотної модуляції. Максимальна девіація частоти  50 кГц. Рознос несучих частот зображення f м з і звуку f м зв становить:

f м з - f м зв = (6,500  0,001) МГц, тобто f м зв  f м з

Ще раз відзначимо, що частота 6,5 МГц є другою проміжною частотою каналу звуку.

Смуга частот каналу зображення багато більше смуги частот каналу звуку, тому відношення номінальних потужностей передавачів сигналів зображення і звуку складає  (10: 1).

Повна номінальна ширина смуги частот радіоканалу телевізійного мовлення становить 8 МГц, тому для телебачення використовуються метровий і дециметровий діапазон радіохвиль. Відповідно до ГОСТ 7845-79 в нашій країні передбачено 5 частотних діапазонів із загальною кількістю радіоканалів 60.


Частотний діапазон

Номер

радіоканалу

Кількість каналів Межі діапазону, МГц

метровий I (6м-4, 5м)

1,2 (2) 48,5-66,0

діапазон II (3,9-3м)

3,4,5 (3) 76,0-100,0

III (1,72-1,3 м)

6-12 (7) 175,0-230,0

децімет-IV (6,38 дм-5, 15)

21-34 (14) 470,0-582,0

ровий V (5,15 дм-3, 80)

35-60 (26) 582,0-790,0

В даний час освоєно метровий діапазон і освоюється дециметровий. Вибір нижньої межі I каналу визначається тим, що для виділення повного ТБ сигналу з радіосигналу треба, щоб несуча в кілька разів перевищувала частотний діапазон сигналу (6 МГц). Крім того, діапазон до  40 МГц зайнятий для радіомовлення і радіозв'язку.

Верхня межа V діапазону обмежена тими довжинами хвиль, на розповсюдження (поглинання) яких сильно позначається стан атмосфери. Тому подальше збільшення частоти (1-10 ГГц, тобто (30-3) см, використовуються тільки для роботи у радіорелейних і космічних системах зв'язку, а також для зв'язку з пересувними телевізійними станціями.

Відповідно до ГОСТ 7849-79 допускається використовувати горизонтальну або вертикальну поляризацію хвиль випромінювання телевізійного передавача. Перевага віддається горизонтальної поляризації, тому що в цьому випадку менше позначаються перешкоди промислового і транспортного походження. Крім того, це полегшує конструювання спрямованих антен. Однак вертикальна поляризація дозволяє зменшувати взаємні перешкоди кількох радіопередавачів.


    1. Телевізійний приймач чорно-білого зображення


Телевізійний приймач («телевізор») призначений для відтворення зображення і звуку телевізійної програми, а також вибору самих програм (телевізійних каналів).

Особливістю ТБ приймача є одночасний прийом сигналів зображення і звуку, причому сигнал зображення має широку смугу частот (6 МГц). Частина блоків приймача входять в обидва канали.

Сучасні ТБ приймачі виконуються за супергетеродина схемою, причому канал звукового супроводу - за схемою подвійного перетворення несучої частоти. Характерна особливість ТБ приймача - широка смуга пропускання.

Зазвичай телевізійний приймач ділять на радіоканал, канал зображення, звуку і канал розгортки (рис. 8.7).

Вхідним пристроєм приймача є селектор каналів, що забезпечує посилення радіосигналів в підсилювачі високої частоти (УВЧ) і перетворення їх по спектру за допомогою гетеродина і змішувача. На виході змішувача є комбінаційні частоти, в тому числі ті частоти, які є проміжними для каналу зображення f приз і звуку f / прзв:

f приз = f г - f низ = 38,0 МГц

f / прзв = f г - f нзв = 31,5 МГц,

де f г - (перебудовувався) частота гетеродина.

Проміжні частоти обрані нижче самого низькочастотного ТБ каналу.

Вибір каналу (програми) проводиться одночасним перемиканням контурів в УВЧ і гетеродині селектора каналів СК, так що значення проміжних частот не змінюється.

Основне посилення сигналів ( в 10 3 разів) проводиться в підсилювачі проміжної частоти каналу зображення (УПЧИ).

Оскільки при використанні тільки однієї бокової смуги частот виникають так звані квадратурні спотворення, то нижня бокова пригнічується не повністю - смуга частот не змінюється до - 0,75 МГц, а потім лінійно спадає до - 1,25 МГц. Тому для отримання результуючої АЧХ всього тракту зображення, яка відповідає постійної реакцією на будь-який сигнал в діапазоні (0  6) МГц (крива вірності), АЧХ власне радіоканалу зображення повинна бути кілька спотворена (пунктир на рис. 8.8).

Рівень несучої частоти повинен послаблюватися в 2 рази (6 дБ), складова - 0,75 МГц нижній бічній повинна послаблюватись на 20 дБ у порівнянні з частотою 1,5 МГц з верхньої бічної, рівень якої прийнятий за опорний.

У цьому випадку після детектування радіосигналу зображення сумарне напруга, що утворюється на навантаженні детектора від однакових частотних складових нижньої і верхньої бічної смуг, на будь-якій частоті спектру від 0  6 МГц завжди буде дорівнює I (у відносних одиницях), тобто сумарна АЧХ каналу зображення і сигналу буде відповідати кривої вірності.

Через УПЧИ проходить також сигнал звуку (f / прзв). Для того щоб цей ЧС звуковий сигнал не потрапляв на лівий схил АЧХ каналу зображення (це викликає перешкоди у вигляді темних горизонтальних смуг, що міняються в такт зі звуком), номінально частотна характеристика УПЧИ робиться зі «звуковим уступом» шириною 200-300 кГц (рис. 8.10).

З виходу УПЧИ сигнали потрапляють на широкосмуговий амплітудний детектор, за допомогою якого виділяється обвідна повного ТБ сигналу. Розмах цього сигналу малий, тому перед подачею в ланцюг катода кінескопа він посилюється в 30-50 разів (видеоусилитель).

Одночасно з детектуванням відеосигналу в блоці амплітудного детектора, в силу його нелінійності, виходить, у тому числі (серед інших комбінаційних частот), сигнал з різницевої частотою:

Телебачення 6,5 МГц,

яка є другою проміжною частотою сигналу звукового супроводу. Сигнали цієї частоти виділяються частотно-виборчою системою у вигляді підсилювача проміжної частоти звукового супроводу (УПЧЗ). Стабільність частоти f / / прзв забезпечується на передавальному телевізійному центрі, тому має дуже високий рівень.

Після посилення в УПЧЗ частотно-модульований сигнал проміжної частоти звукового супроводу має паразитне амплітудну модуляцію сигналами зображення, тому далі стоїть амплітудний обмежувач. Частотний детектор виконаний за схемою частотного дискримінатора (детектор відносин). Після нього йде підсилювач низької частоти (УНЧ).

Канал розгорток починається з амплітудного селектора, що відокремлює синхроімпульси. Для розділення імпульсів рядків і полів використовуються диференціюють та інтегруюча ланцюжка.

Генератор рядкової розгортки більше чутливий до впливу перешкод, тому в цих генераторах нерідко використовуються автоматичне підстроювання частоти і фази автономного генератора синхронізації (схеми інерційної синхронізації).

Іноді роблять для каналу звуку окремий амплітудний детектор - щоб сигнал звуку не показували на каналі зображення - його раніше виділяють, а залишки знищують режекторним фільтром.

ГОСТ 18198-79 визначає наступні параметри ТБ приймачів чорно-білого зображення:



Частотні діапазони


I, II, III IV, V
Чутливість каналу зображення не гірше 100 мкВ 140 мкВ
Вибірковість по дзеркальному каналу 45 дБ 50 дБ
Максимальний вхідний сигнал 87 мВ 87 мВ

Роздільна здатність по горизонталі й вертикалі

500 лін 500 лін
Максимальна яскравість світіння

150 кд / м 2

150 кд / м 2

Контраст не менше 150:1 (у великих деталях)

Чутливість звукового каналу 55 мкВ 110 мкВ

Діапазон частот звукового каналу 100  10000 Гц




Телебачення


Телебачення


Телебачення


ЗМІСТ


1. ПРИНЦИПИ ТЕЛЕБАЧЕННЯ 3

1.1. Поелементний аналіз і синтез оптичних зображень 3

1.2. Просторові частоти поля зображення 5

1.3. Перетворення зображення в електричний сигнал 6

1.4. Узагальнена структурна схема телевізійної системи 8
2. ОПТИЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ І ЙОГО СПРИЙНЯТТЯ 11

2.1. Око людини 11

2.2. Елементи світлотехніки 11

2.3. Світлотехнічні одиниці 13

2.4. Енергетичні характеристики зору 17

2.5. Тимчасові характеристики зору 19

2.6. Просторові характеристики зору 20
3. ТЕЛЕВІЗІЙНОГО ЗОБРАЖЕННЯ І ЙОГО ПАРАМЕТРИ 26

3.1. Узгодження параметрів телевізійного зображення з характеристиками зорової системи людини

26

3.2. Масштабні / координатні / параметри ТВІ 27

3.3. Тимчасові параметри ТВІ 29

3.4. Параметри, що визначають сприйняття яскравості 29
4.

ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ОПТИЧНОГО зображень в електричний сигнал

32

4.1. Датчики ТБ сигналу та його характеристики 32

4.2. Фотоелектронні ефекти 32

4.3. Формування і перенесення електронного зображення 34

4.4. Діссектор 35

4.5. Суперортикон 36

4.6. Відікон 39

4.7. Многосігнальние відикон 40

4.8. Прилади з зарядної зв'язком 42
5. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ У ОПТИЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ 49

5.1. Принципи відтворення зображень 49

5.2. Розгортають пристрої кінескопів 49

5.3. Еквівалентна схема системи, що відхиляє 53

5.4. Кінескопи чорно-білого зображення 53

5.5. Трипроменевою кольоровий кінескоп 56
6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕВІЗІЙНОГО СИГНАЛУ 64

6.1. Просторові частоти зображення

64

6.2. Просторова фільтрація зображення 65

6.3. Частотний спектр сигналу зображення 68

6.4. Смуга частот телевізійного сигналу 70

6.5. Розгортка 71
7. СИНХРОНІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ РОЗГОРТКИ 75

7.1. Методи синхронізації 75

7.2. Вимоги до сигналів синхронізації 75

7.3. Форма сигналів синхронізації 77

7.4. Генератор синхроімпульсів 78

7.5. Повний телевізійний сигнал 78
8. СИСТЕМА ЧОРНО-БІЛОГО / ЧБ / ТЕЛЕВІЗІЙНОГО МОВЛЕННЯ 81

8.1. Ланки тракту передачі 81

8.2. Радіосигнал мовного телебачення 82

8.3. Телевізійний приймач чорно-білого зображення 83





Телебачення


Телебачення


  1. ОПТИЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ І ЙОГО СПРИЙНЯТТЯ


    1. Око людини


Око - одне з найскладніших органів людини, «світлове вікно» в мозок. Око разом з мозком утворюють зорову систему, через яку надходить за різними оцінками від 70 до 90% всієї інформації із зовнішнього світу до людини.

Блоки зорової системи (рис. 2.1) охоплені прямими та зворотними зв'язками, які створюють можливість адаптивної перебудови оптичної системи і світлочутливого блоку.

Оптична система ока показана на рис. 2.2.

Діаметр очі становить  25 мм. Зіниця може змінювати свій діаметр від 2 до 8 мм (адаптація), що дозволяє пристосовуватися в широких межах світлових потоків.

Рогівка утворює передню камеру, яка заповнена вологою. Передня камера і кришталик утворюють оптичну систему з акомодацією, що утворює дійсне перевернуте зображення на сітківці. Щільність кришталика трохи більше щільності води. Кришталик складається з декількох шарів і може міняти свою форму (кривизну передній поверхні), так що змінюється чинне фокусна відстань ока як оптичної системи від 22,8 до 18,9 мм, тобто очей має здатність змінювати свою оптичну силу від 60 діоптрій при розгляданні віддалених об'єктів до 70 діоптрій (близькі предмети).

Сітчаста оболонка (ретина) - переплетення волокон зорового нерва ( 8  10 травня волокон), які закінчуються паличками і колбами. Кількість колбочок - 7  10 6, паличок - 130  10 червня; ті й інші об'єднуються в групи і вузли, а потім уже приєднуються до нервових волокнах. У паличках відбуваються фотохімічні реакції на органічному пігменті - родопсину (зоровий пурпур), який поглинає кванти променистої енергії і створює імпульси в нервовому волокні. У темряві пурпур відновлюється. У колбочках процес фотохімії не зовсім відомий.

Абсолютний поріг чутливості ока визначається палочковому рецепторами (сутінковий, скотопіческое зір) - при великих кутах зору і тривалому спостереженні в умовах майже повної темряви очей відчуває енергію, еквівалентну 1 фотону на 5000 паличок в 1 сек. (1 фотон ( = 507нм) = 3,92  10 -19 Дж). У ряді випадків очей реєструє поодинокі фотони («співаючі електрони», черенковське випромінювання). Палички розташовані зі зменшенням концентрації від зони максимальної чутливості (1,7  10 Травень 1/мм 2) до периферії і до центру. Зона максимальної чутливості знаходиться на відстані (10-12) 0 від осі ока.

Колбочки мають діаметр 1  3 мкм. Це рецептор денного (фотопіческого) зору. Найбільш щільно вони розташовуються в центральній ділянці ретини - в жовтій плямі, що має овальну форму. У центрі жовтої плями є заглиблення - центральна ямка (фовеа), діаметром  0,4 мм. У фовеа є тільки колбочки, і щільність їх максимальна. Тому це місце сітківки утворює найбільш чутливу за гостротою зону, там щільність 1,5  10 Травня колб / мм 2.

Колбочковая апарат має колірну чутливість, а паличковий апарат такий чутливості не має.


    1. Елементи світлотехніки.


Зорова система людини порушується коливаннями в діапазоні 4  10 січня 4 Гц  8,5  14 жовтня Гц, тобто хвилі довжиною від 350 до 780 нм і викликають відчуття світла (рис. 2.3).

Якщо є світловий потік, що має рівномірний спектр (однакову спектральну щільність) за потужністю в діапазоні 380  770 (400-700) нм, то око відчуває білий (сірий) колір. У всіх інших випадках виходять різні відчуття кольору.

Як всяке поле випромінювання, електромагнітне випромінювання можна характеризувати кількісними параметрами. Питаннями метрології електромагнітного випромінювання в цілому займається радіометрія. Природно, що радіометрія покриває і область видимого світла, і її єдину методологію можна було б використовувати і для світлових вимірювань. Однак, історично склалося так (саме в силу сприйняття людиною області світла), що спочатку зародилася метрологія тільки в області світла, яка отримала назву фотометрія. Основою фотометрії є властивості статистично середнього ока людини.

Спочатку розповімо про радіометричних одиницях. В основі їх лежать радіометричні одиниці - ерги, джоулі та ін

Енергія 1 фотона Телебачення , Де h = 2  п; п = 1,05443  10 -27 ерг  с (теж постійна Планка), с - швидкість світла = 3  10 10 см  с -1;  - довжина хвилі випромінювання  см .

Величину h зручно використовувати у вигляді: 6,62  10 -34 Дж  з

Можна записати: Телебачення

Для жовто-зеленого ( = 556 нм = 556  10 -9 м = 556  10 -7 см) світла Телебачення = 3,57  10 -13 мкВт  с. Можна порахувати навпаки - скільки фотонів зеленого світла в секунду створюють потужність 1 мкВт:

Телебачення

Для 1 Вт N зел = 2,8  18 жовтня фот / с

Для фотонів будь-якої довжини хвилі: Телебачення - Стільки фотонів з довжиною хвилі  дають потужність 1 Вт.

Потрібно сказати, що радіометрія і її одиниці використовуються стосовно до світлового діапазону практично тільки у випадках, коли світлові потоки використовуються в технологічних цілях (нагрівання, гарт, різка лазером і т.п.). У всіх інших випадках переважно використовується фотометрія.

Основна особливість людського ока - різна чутливість до довжини хвилі світла. Експериментально встановлено, сто очей не тільки не бачить поза діапазону (400-700) нм, а й усередині цього діапазону його чутливість неоднакова. Максимальна чутливість середнього очі знаходиться близько 555 нм (зелене світло), а ліворуч і праворуч чутливість падає. Функція чутливості очі від довжини хвилі називається функцією видности (спектральна щільність світла, тобто потужність в діапазоні  , постійна).

Якщо око висвітлювати однаковим по потужності світловим потоком, але різної довжини хвилі, то відчуття яскравості  виглядає так, як це показано на рис. 2.4. Тут мова йде саме про відчуття яскравості (світлини), а не кольори.

Крива чутливості ока в логарифмічному масштабі (щоб краще орієнтуватися в області малих значень чутливості) наведена на рис. 2.5.

Якщо брати абсолютні значення світлового потоку, то крива видности прийме вигляд, зображений на рис. 2.6.

У максимумі кривої видности (для зеленого кольору  = 555 нм) 1 Вт світловий енергії еквівалентний 683 люменам світлового потоку. Тому вважають, що 1 / 683 Вт / лм - це механічний еквівалент світла. Вважають також, що 683 лм становлять 1 световатт (для будь-якої довжини хвилі).


2.3. Світлотехнічні одиниці


Зазвичай в якості основної величини для світлотехнічних розрахунків вибирають світловий потік P (чи F), тобто потужність потоку променистої енергії, яка вимірюється в  Вт ,  фотон / с ,  свВт  або  лм .

Як говорилося вище, при  = 555 нм світловий потік потужністю 1 Вт створює світлове відчуття в 683 лм. Це світлове відчуття і називається 1 свВт (световатт). Для інших довжин хвиль потужність у  свВт  завжди менше потужності, вираженої в Вт, тому що Р  свВт  = Р  Вт   , де  - коефіцієнт видности, менший 1 для всіх довжин хвиль, крім  = 555 нм, коли він дорівнює 1.

Для практичної орієнтації згадаємо, що електрична лампа розжарювання з вольфрамової ниткою потужністю 100 Вт створює світловий потік F = 1200 лм, тобто дає світлове відчуття, рівне 1,76 свВт. У реальному світлопроекційної системі 35-мм кіноапарата на екран потрапляє вже тільки 100 лм (тобто 0,15 свВт), а для 16-мм проектора світловий потік на екрані складає тільки 25 лм (0,04 свВт).

Сила світла  визначається як величина світлового потоку  F в одиничному тілесному куті  , тобто це щільність світлового потоку в просторі.

Телебачення , Де [ ] = 1 стерадіан = Телебачення сфери

Сила світла в радіометрії вимірюється у Вт / стер. У фотометрії сила світла вимірюється в Кендела: 1 кд = 1 лм / 1 стер.

Згадувана 100 Вт лампа розжарювання, коли його вважати ізотропним джерелом, має силу світла I = 1200 лм / 4  = 95,5 кб.

Хоча в якості вихідної фотометричної величини логічно вибирати (як ми і зробили) світловий потік F, однак за вихідну (основну) величину у фотометрії в дійсності була обрана сила світла.

Кендела визначається як 1 / 60 фотометричної сили світла з 1 см 2 поверхні абсолютно чорного тіла при температурі затвердіння платини (2042 К) і спостереженні випромінювання в напрямку нормалі до випромінюючої поверхні. 2042 До називається фотометричної стандартної колірною температурою. Як вторинна стандарту використовують вольфрамові лампи розжарювання. Таким чином, ізотропний джерело випромінювання з силою світла в 1 кд дає світловий потік 4  лм (4   12,56).

У дійсності ізотропних випромінювачів немає, всі вони анізотропні. Тому треба виражатися досить акуратно, і мається на увазі не просто сила світла, а сила світла в даному напрямку. Оскільки випромінювачі анізотропні, в тому числі лампи розжарювання, для їх фотометрії беруть інтегруючу сферу, у якої коефіцієнт відображення практично дорівнює 1, а потім вимірювання ведуть через невелике вікно в цій сфері. Повний світловий потік порівнюється з відомим стандартом (еталоном).

Яскравість - відношення сили світла до випромінюючої поверхні в нормальному напрямку. Тобто яскравість - це сила світла з одиниці поверхні (позначають В або L):

Телебачення , Тобто I = B  S,

де S - площа світної поверхні.

Якщо напрямок спостереження складає з нормаллю кут , то S еф = S  cos , тому I = B  S еф = B  S  cos . Для нерівномірної (неізотропність) яскравості: Телебачення . У цьому випадку часто використовують поняття середньої (габаритної) яскравості:

Телебачення .

Освітленість (світність - якщо поверхня світиться) - поверхнева щільність падаючого (висвітлює) потоку: Телебачення ,

Телебачення .

Для ізотропного випромінювача:

 F = I   , тому Телебачення ,

тобто освітленість сфери з радіусом R.

Якщо напрямок спостереження складає з нормаллю до майданчика кут , то S еф = S  cos , тому I = B  S еф = B  S  cos . Можна написати: Телебачення . При необхідності мати B = B 0 = const для різних кутів  треба, щоб і світловий потік залежав від кута  так само, тобто I = I o  cos . Тоді Телебачення .

Це умова дотримується для ламбертова випромінювача, тобто випромінювача у вигляді рівномірно розсіює поверхні, що випромінює світло з силою, пропорційною косинусу кута між напрямком випромінювання і нормаллю. До ламбертову випромінювача близькі звичайні дифузні відбивачі (біла папір).

Оскільки освітленість і світність найчастіше для зовнішнього спостерігача невиразні (наприклад, світло від Місяця), представляє інтерес зв'язок між Е і В. Розглянемо сферу радіуса r, в центрі якої знаходиться майданчик S, освітлена потоком F вх й випромінює в усі сторони потік F вих ( рис. 2.7). Тоді

dF вих = I  d , де

I = B  S  cos  - сила світла в напрямку ;

В - яскравість майданчики S;

d  - елемент просторового кута («кутова щілину»);

Телебачення - За визначенням просторового кута;

S сф = 2  r  sin   r  d , тоді d  = 2   sin    .

Так що: dF вих = B  S  cos   2   sin    .

Весь вихідний потік:

Телебачення ,

з іншого боку: F вх = E  S, а F вих =   F вх =   E  S

Прирівнюючи F вих і F вих, отримаємо:

Телебачення .

Якщо  = 1, то В і Е - це одне й те саме з точністю до множника .

Або: Телебачення - Освітленість у фут-Ламберта;

Телебачення освітленість у  кд / фут , або  кд / м 2 , тобто

В =   Е, де  Е ​​ = фут-ламберт;

В =   Е / , де  Е ​​ = люкс, тобто кд / м 2.

Подивимося, як пов'язана освітленість задньої стінки ока (сітківки) з яскравістю відповідного об'єкта. Замінимо око однієї лінзою на місці рогівки (мал. 2.8), яка проектує об'єкт площею S і яскравістю L, що знаходиться на відстані R від центру лінзи. На сітківці зображення об'єкта має площу . Сила світла від об'єкта I = L  S, а освітленість у площині зіниці складе Телебачення .

Світловий потік F, що потрапляє в око:

Телебачення , Де

q гол - площа вхідного отвору (зіниці) очі,

гол - коефіцієнт пропускання очі.

Цей світловий потік F створює на ретине освітленість Е гл:

Телебачення .

Ставлення Телебачення визначається відстанню R і фокусною відстанню очі f гл: Телебачення , Так що Телебачення . Тоді освітленість ретини: Телебачення .

Для нас важливо відзначити, що освітленість ділянки ретини визначається яскравістю об'єкта, який проектується на цю ділянку.

Звертає на себе увагу той факт, що світлотехнічні одиниці зазвичай слабко розуміються і запам'ятовуються. Частково це пояснюється дуалізмом підходу (енергетичний і фотометричний, тобто фізіологічний), а також використанням великої кількості назв світлотехнічних одиниць, хоча багато з них пов'язані постійними коефіцієнтами. Тому корисно деякі з цих понять і одиниць зібрати воєдино і представити у вигляді таблиць.


Енергетичні величини Фотометричні величини

Величина і її зв'язок

з іншими

Одиниця

вимірювання

Величина і її зв'язок

з іншими

Одиниця виміру

Потік випромінювання Телебачення

Вт Світловий потік; F люмен (лм)

Енергетична сила світла Телебачення

Вт / ср

Сила світла Телебачення

кандела (свічка) (кд)

Енергетична світність Телебачення

Вт / м 2

Світність Телебачення

лм / м 2

Енергетична яскравість Телебачення

Вт / ср м 2

Яскравість Телебачення

кд / м 2 (ніт)

Енергетична освітленість (щільність опромінення) Телебачення

Вт / м 2

Освітленість Телебачення

люкс (лк)

Досить очевидно, що люмен (лм) = 1 / 683 світлового потоку потужністю 1 Вт при довжині хвилі  = 555 нм. Кандела (свічка) (кд) = 1 лм всередині тілесного кута, рівного одному стерадіану (ср). Одиницею яскравості, крім нита  кд / м 2 , служить стильб (сб), що дорівнює кд / см 2.

Одиниці яскравості (у тому числі і несамосветящихся об'єктів):

Одиниці

Одиниці

Стильб  кд / см 2

Свічка з кв.м (ніт) Апостільб (радлюкс) Ламберт

Футлам-

Берт

Свічка з кв. дюйми
Стильб (сб) 1

10 Квітня

31420 3,142 2919 6,452
Свічка з кв. метра (ніт) (деціміллістільб)

10 -4

1 3,142

3,142 

 10 -4

0,2919

6,452  10 -4

Апостільб (АСБ), радлюкс (РЛК)

3,183 

 10 -5

0,3183 1

10 -4

0,0929
Ламберт (ламб) 0,3183 3183

10 Квітня

1 929 2,054
Футламберт (фламбе)

3,426 

 10 -4

3,426 10,76

1,076 

 10 -3

1

2,21 

 10 -3

Свічка з кв. дюйми 0,155 1550 4869 0,4869 452,4 1

Деякі одиниці у вітчизняній літературі не використовуються, проте ще мають вживання в англомовних матеріалах.

Подібна таблиця корисна також для одиниць освітленості:


Одиниці

Одиниці

Люкс Фот Футсвеча

Люмен на од.

площі

Люкс (лк) 1

10 -4

0,0929

1 лм / м 2

Фот (ф)

10 Квітня

1 929

1 лм / см 2

Футсвеча (ФКД) 10,764 0,001076 1

1 лм / фут 2


Іноді вживають також таку одиницю освітленості, як фотон, яка визначає освітленість сітківки ока при спостереженні поверхні з яскравістю 1 кд / м 2 і площі зіниці 1 мм 2.

Для практичної орієнтації проведемо значення яскравості деяких об'єктів у  ніт :

Поверхня Сонця - 1,6  10 вересня

Найбільш яскрава точка 60-Вт лампи розжарювання з матовим склом - 120000

Найбільш яскраві купчасті хмари - 40000

Білий папір під прямими променями Сонця - 30000

Ясна безхмарне небо - 7000

Яскраві ділянки Місяця - 7000

Білий папір на столі - 85

Телевізійний растр - 70

Білий папір при світлі Місяця - 0,03.




2.4. Енергетичні характеристики зору


Енергетичні характеристики зору дозволяють говорити про абсолютні значення світлових величин, при яких очей нормально функціонує. Не кажучи про колірних відчуттях (це буде пізніше), зупинимося тільки на сприйнятті яскравості оптичного зображення.

Яскравості діапазон очі дуже великий завдяки наявності двох типів рецепторів. Паличковий апарат реагує від 10 -6 кд / м 2, око реагує навіть на поодинокі фотони. При яскравості 10кд / м 2 паличковий апарат засліплює, але вже з 1кд / м 2 вступає в дію колбочковая апарат, який працює до 10 квітень кд / м 2. Око не може одночасно сприймати світ у всьому діапазоні і тому існує механізм адаптації, здатний у 100 разів змінити освітленість сітківки за рахунок розширення і звуження зіниці («налаштування на діапазон»). Це швидка адаптація. Крім того, є повільна адаптація - за рахунок вироблення очного пурпуру - нейтрального поглинаючого фільтру - на поверхні сітківки (інерційна адаптація).

Яскравості діапазон називають також інтервалом яскравостей:

Телебачення

Слід розрізняти сприйняття абсолютного значення яскравості (абсолютний поріг сприйняття яскравості) і ставлення до змін яскравості.

Абсолютний поріг яскравості - мінімальне значення яскравості, яке виявляє (фіксує) очей на чорному фоні при повній адаптації. Як вже говорилося, око в принципі може відчути навіть поодинокі фотони.

Говорячи про абсолютну чутливості, слід також мати на увазі, що крива видности ока залежить від абсолютної яскравості (явище Пуркіньє). При низьких рівнях освітленості візуальні фотометри не узгоджуються з тими фотометрії, які відповідають фотопіческой кривої видности. А саме - при менших яскравості (крива 2, рис. 2.9) зміщується в бік коротких хвиль, тобто чутливість до синіх променів зростає і падає до червоних.

Сприйняття оком змін яскравості. У загальному випадку яскравість спостережуваного зображення може змінюватися плавно або стрибкоподібно. В останньому випадку можна говорити про яскравості (тобто і просторових і часових) межах зображення. Природно, що «стрибкоподібно» означає той факт, що око вже розрізняє величину зміни яскравості на кордоні (тобто при стрибку яскравості), в іншому випадку ми маємо плавну зміну яскравості.

Якщо є стрибкоподібне зміна яскравості, то вводять поняття контрасту яркостной кордону (контрасту яскравості):

Телебачення ,

де L 1 - яскравість 1 частини зображення;

L 2 - яскравість 2 (наступної) частини зображення.

Цей вираз характеризує контраст переходу. Можна говорити про контрасті зображення, що складається з двох полів, якщо величину (L 1-L 2) відносити до середньої яскравості цих полів:

Телебачення , Де Телебачення

Якщо кількість яскравості полів більше, ніж 2, то середня яскравість, як і раніше виходить усередненням всіх полів. Можна говорити про яскравість (середньої) ТБ екрану по відношенню до фону (ТБ і фонова засвічення).

Середня яскравість особливо виправдана, коли геометричні розміри полів зображення близькі один до одного. Якщо при цьому близькі і яскравості цих полів, тобто L 1  L 2, то: L ср  L 1  L 2, і контраст Телебачення .

Максимальний контраст зображення: Телебачення .

У цьому випадку визначальну роль у величині контрасту починає грати  L = L 1-L 2. Коли величину  L око перестає помічати, то пропадає і сама яркостная кордон.

Тим не менш, при «накопиченні» зміни яскравості можемо говорити про зміну L на деяку граничну малу величину  L. Природно, що якщо яскравість плавно змінюється з геометричною координатою X, то помітного для ока зміни  L буде відповідати досить протяжна величина  X, тобто саме поняття «геометрична кордон» теж змінюється - вона стає невизначеною, розмитою в межах  X.

Експериментально виявлено, що величина  L, яка помічається оком, не є постійною величиною - вона міняється в залежності від тієї яскравості, на тлі якої вона з'являється - вона мала при невеликих L, і навпаки - при великих L око помічає тільки великі абсолютні зміни яскравості .

Було знайдено, що мінімальна помітне збільшення відчуття   пропорційно відносному різницевого порогу Телебачення :

Телебачення або Телебачення .

Ця диференційна залежність називається законом Вебера-Фехнера. Вирішимо це рівняння:  = k  lnL + D

Якщо L  L min, то  = 0 (очей не відчуває). Тоді:  = k  lnL min + D, звідси D =- k lnL min.

У результаті отримаємо закон Вебера-Фехнера в інтегральному вигляді: Телебачення .

Видно, що відчуття яскравості пропорційно логарифму відношення яскравості до мінімальної яскравості. Цей закон справедливий в діапазоні яркостей від десятих часток кд / м 2 до10 3 кд / м 2 (область «а» на рис. 2.10), де Телебачення  const =  пір. Зміна спектрального складу поля випромінювання призводить до неоднозначності (заштрихована область на рис. 2.10).

Оцінимо в області дії закону Вебера-Фехнера (область а) кількість градацій яскравості, які може помітити око.

Нехай «нульовий» рівень яскравості дорівнює L min (трохи нижче того, що око вже помічає). L 0 = L min.

Перший помічається рівень: L 1 = L min +  L = Телебачення , Тому що величина  L / Lmin постійна в області «а» і дорівнює  пір.

Другий: L 2 = L 1 +  L = Телебачення , Тому що  L / L 1 теж одно  n. Тоді для n-го рівня яскравості: L n = L min (1 +  n) n.

Звідси Телебачення .

Після логарифмування:

Телебачення , Або Телебачення .

Ставлення Телебачення - Це найбільший можливий контраст зображення. Якщо брати чорний оксамит ( = 0,009) на снігу ( = 0,9), то тут контраст 0,9 / 0,009 = 100. Величина  n  0,02. Оскільки ln (1 +  n)   n, то:

Телебачення .

Як видно з виразу для n, кількість градацій n залежить від порогу  n і контрасту спостережуваного зображення (Рис. 2.11). Розглянута залежність числа градацій від  n і С дозволяє оцінити вимоги до динамічного діапазону яскравості і контрастності зображення на екрані телевізора. Реально контраст на екрані лежить в діапазоні від 30 до 100.


2.5. Тимчасові характеристики зору


Порогова енергія, яку відчуває очей, визначається тією сумарною енергією, яка потрапляє на око за час його засвітки (експозиції) t п. Ця величина постійна і визначається в деякому діапазоні тривалості світлового імпульсу і частоти повторення: F  t п = Const.

Якщо потік F протягом експозиції непостійний, то око реагує на величину Телебачення .

Як швидко око реагує на зміну яскравості? Ця експериментальна залежність також визначається перепадом яскравості (мал. 2.12). З малюнка видно, що постійна часу реакції  p не менше 0,1 с.

При припиненні подразнення ока світлом (або спадом інтенсивності опромінення) зорове відчуття також пропадає не миттєво, а протягом певного часу. Можна, таким чином, говорити про інерційність зору, яка визначається кінцевою швидкістю протікання фотохімічних реакцій в рецепторах сітківки, кінцевою швидкістю передачі сигналу в мозок і його подальшої обробки. На інерційність зору впливає також зміна положення об'єкта в просторі.

Практично дуже важливим випадком є ​​періодичне вплив на-віч світлового потоку. У цьому випадку можна побудувати візуальне сприйняття яскравості L в залежності від істинної яскравості В (рис. 2.13). Видно, що L змінюється за законом, близьким до експонеціальному з постійною часу , рівній (0,1  0,15) с. Цікаво відзначити, що відчуття звуку має  = 0,16 с.

Оскільки око інерційний, то при збільшенні частоти проходження світлових імпульсів видимий (відчутний) перепад яскравості зменшується, а потім при деякій критичній частоті пульсації яскравості стає непомітним. Ця критична частота (рис. 2.14.): F kp = a lgL + b, де a і b - постійні коефіцієнти, залежні від шпаруватості імпульсів, їх форми і спектрального складу світла.

Для L = 30 кд / м 2 (білий світ), шпаруватості 2 (a = 9,6; b = 65) критична частота:

f кр = 41 Гц.

Саме f кр визначає частоту зміни кадрів в кіно і ТБ. (До речі, у комах f кр  200 Гц).

Якщо частоти мигтіння вище f кр, то яскравість сприймається як постійна величина, що дорівнює: Телебачення , Де T - період змін істинної яскравості, L - сприйнята (відчувається, візуальна) яскравість.

Це закон Тальбота.

Можна стверджувати, що сучасне кіно і телебачення грунтуються на інерційності зору. Можна нагадати, що злитість рухів настає вже при 16 Гц.


2.6. Просторові характеристики зору (Рис. 2.15)


Кут зору одного ока становить 140-160 о, двох очей - більше 200 о. У цьому випадку говорять також про поле бінокулярного зору, яке утворюється взаимопересечение конічних фігур з вершинами в кожному оці і обмеженнями через деталей обличчя (ніс, брови, вилиці). На полі зору виділяють області, досить різко різняться між собою:

Центральне зір (4 о), ясне зір (до 35 о по горизонталі, до 22 о по вертикалі), периферичний (бічний) зір (75-90 о).

З діапазону ясного зору слід формат 3:4, який зазвичай і використовується в ТБ і в кіно.

Поле ясного зору збільшується, а також пропадають «провали» (напр., сліпа пляма) за рахунок майже безперервного руху («тремтіння») очей. Ці рухи синхронні для обох очей і називаються саккадический рухами. При відстані до об'єкта 30 см (читання тексту) саккадический руху дозволяють переглянути простір в 5 букв за 15-20 мс. Для інших значень кутових переміщень потрібні великі часи:

Величина переміщення  радий 

Тривалість переміщення  мс 

0,18 40
0,35 55
0,53 80
0,70 100

Обидва очі фокусуються на об'єкті одночасно, при цьому обидві зорові осі сходяться в загальній точці. Процес відомості осей називається конвергенцією і відбувається за  165 мс.

Кутова роздільна здатність очі оцінюється мінімальним кутом зору  min під яким видно дві поруч розташовані деталі зображення, розділені проміжком, мають яскравість, відмінну від яскравості цих деталей (рис. 2.16).

Величина  min залежить від наступних чинників.

1. Дифракція світла на зіниці. Світло проходить через зіницю діаметром dзр ( 8 мм). За принципом Гюйгенса, кожна точка зіниці випромінює (рис. 2.17). Якщо відстань від центру зіниці до точки a одно f, то при деякому r освітленість стає рівною нулю, тому що промені 1 і 2, 2 і 3 і т.д. розрізняються на  / 2. При різниці ходу променів у  / 2 отримуємо:

Телебачення .

При врахуванні того факту, що інтерференція відбувається не на відрізку d зр, а на диску діаметром d зр, отримаємо:

Телебачення .

Діаметр першого гуртка розсіювання інтерференційної картини можна визначити в залежності від критерію вибору його межі. Якщо взяти критерій Релея, коли максимум зображення однієї точки збігається з першим мінімумом другої точки (рис. 2.18), тобто провал інтенсивності становить 27%, тоді:

Телебачення

Для  = 500 нм, d зр = 5 мм,  min = 0,03 . Це теоретична межа роздільної здатності ока за допомогою дифракції.

2. Дискретність структури чутливого поля очі. Для розрізнення двох точок зображення треба, щоб між двома порушеними рецепторами був хоча б один збудженому. У жовтій плямі відстань між центрами суміжних колб становить  2 мкм, тобто відстань між збудженими рецепторами r 0 повинно бути не менше 4 мкм, що становить  min  0,06 .

3. Інші причини обмеженого дозволу - хроматична аберація в кришталику і ін Особливо сильно позначається зменшення яскравості - за рахунок збільшення розмірів рецептивних полів.

Оцінюючи дозвіл очі загалом, можна сказати, що при яскравості 100 кд / м 2 і граничному контрасті ( 100) найменший кут зору складе близько однієї кутової хвилини. Звідси, знаючи яскравість зображення, розміри зображення і відстань до екрану, можна визначити максимальну кількість елементів розкладання.

Однак вище мова йшла про граничних значеннях, тобто про гранично великій кількості елементів розкладання. А чи сильно позначається зорово зменшення числа елементів розкладання від гранично великого, що визначається роздільною здатністю очі?

Експеримент (Рифтін, 1933) показав, що позірна зміна чіткості  G пропорційно відносного зміни числа елементів розкладання  N зображення:

Телебачення , Де  - коефіцієнт пропорційності.

Або: Телебачення .

Звідси: G =  lnN + C

При N = 1, G = 0 (нульова чіткість), тобто С = 0.

При G = 1, N = N max, тобто Телебачення .

Отже: Телебачення .

G приймається рівним 1 при будь-якому N, вибраному як N max, а потім йде погіршення чіткості  G при зменшенні їх загальної кількості до N.

Якщо N max = 85  10 квітень (800 рядків, формат 4 / 3), то графічно (рис. 2.19) видно, що зміна числа елементів зображення вдвічі зменшує уявну чіткість зображення на 5,1%, але при малому N max чіткість G падає дуже сильно.


Телебачення


Телебачення


Телебачення


Телебачення


  1. ТЕЛЕВІЗІЙНОГО ЗОБРАЖЕННЯ І ЙОГО ПАРАМЕТРИ


3.1. Узгодження параметрів телевізійного зображення (ТВІ) з

характеристиками зорової системи людини


ТВІ - вторинне оптичне зображення, яке має за своїми характеристиками задовольняти глядача. Серед них: геометричні форми і відносні розміри, различимость деталей, розподіл яскравості, передача відносного руху предметів, кольоровість та інших Особливості ужиткового ТБ - окремі властивості можуть бути іншими порівняно з мовною ТБ, де одержувачем візуальної інформації є зорова система людини. Тому для ефірного телебачення параметри ТВІ повинні бути статистично узгоджені з параметрами зорової системи. Узгодженню підлягають масштабні, яскравості і колірні параметри ТВІ. У літературі прийнято три поняття точності відтворення:

  • фізична точність, тобто повна ідентичність фізичних параметрів оригіналу (первинного або передається зображення) і ТВІ (репродукції);

  • фізіологічна точність, тобто візуальна нерозрізненість зображень по яскравості і кольору, хоча фізична природа, спектральний склад та інші фізичні показники неоднакові;

  • психологічна точність, тобто висока оцінка якості ТВІ, коли досягається найбільш емоційне сприйняття.

Фізичну точність отримати важко і навіть неможливо через обмежені можливості технічних засобів. Часто в цьому й немає потреби, тому що вступають в дію обмеження зорово-аналізуючої системи. Тому в мовній телебаченні до фізичної точності не прагнуть, обмежуючись фізіологічної та (або) психологічною точністю.

Фізіологічна точність вимагає об'єктивних методів контролю (вимірювання яскравості, координат кольоровості в первинному і телевізійному зображеннях), а психологічна точність визначається шляхом суб'єктивних методів (експертні оцінки якості зображення).

У загальному випадку ТВІ характеризується багатьма параметрами: розмірами, форматом, чіткістю, ступенем геометричних спотворень, наявністю окантовок; яскравістю, контрастом, кількістю градацій яскравості, колірними параметрами і ін Частина з них визначається тільки приймачем, основна ж частина визначається вибраними параметрами системи - числом рядків розкладання, кількістю кадрів у секунду, формою амплітудно-та фазо-частотних характеристик тракту, відношенням сигнал / шум. Майже всі вони можуть бути окремо виміряні, однак у цілому якість ТВІ проводиться шляхом суб'єктивних експертиз. Застосовують 5-бальні шкали оцінок:


Бал шкала оцінок Бал шкала оцінок
якість погіршення якість погіршення
5 відмінно непомітно 2 погано заважає
4 добре помітно, але не заважає 1 дуже погано сильно заважає
3 задовольнить. помітно, трохи заважає

На початку експерименту показується «опорне» (вихідне) зображення, а потім вводяться всякі новації і дається оцінка.


    1. Масштабні (координатні) параметри ТВІ


До них відносяться розмір зображення, геометричне подобу, здатність відтворення дрібних деталей.

Розмір. Найкращим умовою сприйняття плоского зображення є видалення його від очей на відстань А, однакову 4  6 висот зображення h - в цьому випадку всі зображення залишається в полі ясного зору. З цієї відстані глядач перестає розрізняти лінійчату структуру зображення, якщо число рядків становить (500  600). Звідси: h  0,2 А.

Для житлової кімнати А = (2,0  2,5) м, тоді h = (0,4  0,5) м. Для великого залу, розрахованого на велику кількість глядачів, має зростати розмір екрану.

Формат кадру - відношення ширини ТВІ «b» до висоти «h». Відповідно до полем зору людини формат кадру K становить 4:3 (1,33:1). Такий самий формат був у німому кіно, в звуковому кіно формат 11:8 (1,37:1). Для телевізійної системи високої чіткості (ТВЧ) формат передбачається 5:3 (1,67:1). Для звичайних слайдів 24:35 мм 2 формат 1,45:1.

Формат відтвореного зображення може відрізнятися від переданого, тому що розмір кінескопів має відношення сторін 5:4 (1,25:1), що викликане міркуваннями його механічної міцності. Тому якщо по вертикалі кінескоп використовується повністю, то горизонталі 6% зображення (1,33:1,25 = 1,06) пропадає.

Геометричне подобу - збереження постійним масштабу в будь-якому місці ТВІ. Причина незбереження масштабу - неоднакові швидкості розгорнення при передачі і прийомі. До порушення геометричної подоби призводять також зміна формату кадру, спотворення, що вносяться світлової та електронної оптикою (дисторсия та ін), вплив зовнішніх електричних і магнітних полів, неортогональності відхиляють полів (паралелограм замість прямокутника) та ін Це все називають також растровими спотвореннями.

До растровим спотворень відносять передусім координатні спотворення, які можна оцінювати кількісно у вигляді відхилення координат ТВІ від того ідеального зображення, яке має тільки масштабні відмінності від оригіналу. Можна вважати координатні спотворення як диференціальні спотворення масштабу.

У ТВ приймачі зазвичай бувають спотворення, показані на рис. 3.1.

  1. Дисторсії у вигляді «бочки» або «подушки» (причина - в електронно-оптичної системи кінескопа). Коефіцієнт геометричних спотворень:

ТелебаченняТелебачення .

  1. Для трапеції (порушення ортогональності оптичної або електронною осі кінескопа і площині зображення):

Телебачення .

  1. Для паралелограма (причина - неортогональності відхиляють полів по рядку і кадру):

Телебачення .

Через нелінійності розгорток теж виникають спотворення, які можна оцінити шляхом вимірювання спотворень при передачі шахового поля (рис. 3.2.).

Телебачення , Телебачення .






Нелінійність до 5% практично непомітна, при нелінійності до 15% зображення сприймається як задовільний.

Коефіцієнт нелінійності розгортки визначається як:

Телебачення , Де V - швидкість розгортки.

Детальність зображення може бути визначена числом елементів у зображенні N або числом елементів по висоті z (число рядків у растрі), тобто є внутрішньою властивістю телевізійної системи. При лінійної рядкової розгортці z визначає число рядків у растрі, що називається номінальною чіткістю ТВІ. Як було показано в гл.2, при звичайних яскравості очей має дозвіл  1 . Тому (рис. 3.3.): Для А = 5h бажане число рядків становить:

Телебачення ,

Телебачення ,

Телебачення .

Експериментально встановлено, що мінімально помітний приріст чіткості  G у вертикальному напрямку пропорційний відносного збільшенню числа рядків  z / z, тобто:

Телебачення , Звідси G =  lnz + C.

Тоді:

Телебачення .

У нас z = 625, тобто G = 0,95 G max, де G max - максимально можлива чіткість при z = 660.

В даний час для ТБ мовлення прийнято два стандарти: z = 625 (більшість країн) і z = 525. У системі ТВЧ пропонується збільшити число рядків до 1125 і більше.

Результуючим параметром, кількісно характеризує роздільну здатність, ТВ системи, може служити чіткість ТВІ, оцінюється за випробувальним таблиць.

Чіткість зображення тим вище, чим вище різкість і детальність. Різкість характеризується максимальною величиною Телебачення або Телебачення і виявляється вирішальною для чіткості, тому що око дуже чутливий до розтягування кордонів. На чіткість меж сильно впливає форма сигналу зображення, тобто перехідна характеристика системи.

Практично чіткість зображення, тобто і роздільна здатність ТБ системи оцінюється максимальною кількістю темних і світлих штрихів (ліній), які ще можна роздільно розрізняти на ТВІ за даних умов спостереження. З цією метою на випробувальних таблицях є вертикальні клини (звужується набір ліній) для оцінки роздільної здатності по горизонталі і зонні решітки (короткі горизонтальні штрихи з різною частотою проходження) для визначення роздільної здатності по вертикалі. Поруч з ними робляться відмітки в числі ліній (300, 400 і т.д.).

Слід зазначити, що максимальна кількість горизонтальних смуг, що можна відтворити за допомогою прийнятого стандарту розкладання, залежить ще й від характеру зображення. Так, якщо елементарна площадка на первинному зображенні збігається з центром лінії розгортки, то чіткість по вертикалі дорівнює активного кількості рядків в кадрі (575 з 625). Якщо ж центр цього майданчика розташований на кордоні рядків, то майданчик може бути відтворена або на двох рядках, або на одній (це залежить від порогу схем), або «розмажеться» на 2 рядки. Тобто, в принципі можливе падіння дозволу вдвічі. Реально вважають чіткість по вертикалі, рівну (0,75  0,85) від кількості активних рядків (432  489 елементів). Якщо виходити з рівної чіткості по вертикалі і по горизонталі, то вздовж кожного рядка повинно бути:

N x = (432  489) Телебачення {Формат} = 576  652 елемента, а N max = 489  652 = 319 тисяч.


3.3. Тимчасові параметри ТВІ


Сучасне телебачення створює зорову ілюзію двовимірного зображення при виконанні деяких умов погодження часових характеристик очі і телевізійної системи.

Критична частота мигтіння залежить від середньої яскравості поля спостережень і розмірів мелькающего ділянки. Було показано, що при яскравості L = 100 кд / м 2 ця частка складає f кр = 41 Гц. Якщо брати кольорове зображення, то для жовтого кольору критична частота така ж, а для червоного і синього - нижче. Обрано: f n = 50 Гц, це більше f кр і збігається з частотою мережі.

З досвіду кіно відомо, що рух, передане поруч проміжних нерухомих зображень, здається (сприймається) плавним, якщо передавати 16-25 фаз руху n ф. Тобто 2n ф  f кр.

Оскільки пропускна здатність зорової системи людини не дуже велика - для розпізнавання образу треба його тримати на екрані 4-10 сек. У принципі доцільно утримувати в ряді випадків «картинку» досить довго без передачі сигналу. Однак сучасні телевізійні системи не дозволяють виключити наявну надмірність.

Найважливішу роль для якості передачі зображення грає стабільність синхронізації рядків і кадрів, стабільність у часі коефіцієнтів перетворення світло-сигнал і сигнал-світло. Це пов'язано з тим, що помітність динамічних спотворень на порядок вище в порівнянні зі статичними. Наприклад, статичні спотворення растра (нелінійність масштабу тощо) не помічаються глядачем, якщо вони навіть досягають 10%, а швидкі зміни помітні вже на рівні часток відсотка.


3.4. Параметри, що визначають сприйняття яскравості, кольору


Яскравість параметри ТВІ задаються його середньою яскравістю і числом відтворюваних градацій яскравості.

Яскравість найкращого сприйняття залежить від умов спостереження, властивостей зору і навіть змісту зображення. Хоча діапазон яркостей в природі  10 5, проте око сприймає «за діапазонами». Повторимо, що для граничного випадку (чорний оксамит на білому снігу) діапазон яркостей  100.

В принципі в ТБ може бути і більший діапазон яркостей, оскільки екран - світна поверхня (випромінююча). Проте завжди є зовнішнє освітлення, яке знижує контраст за рахунок збільшення яскравості в темних місцях зображення. Вважається, що при хорошому діапазоні яскравості його величина досягає 100, а при задовільному  (30  40).

Середня яскравість 30 кд / м 2 достатня для спостереження. У найбільш світлих місцях зображення яскравість досягає 200 кд / м 2. Середня яскравість сцени може змінюватися в залежності від умов освітлення, тому в загальному випадку повинен передаватися сигнал середньої яскравості.

Як вже говорилося, зовнішня засвічення зменшує діапазон яркостей, тобто контраст. Без зовнішньої (фонової) підсвічування Телебачення , А з підсвічуванням Телебачення . Зазвичай L ф  L min, тому: З   С.

У певному діапазоні яркостей очей «працює» за законом Вебера-Фехнера:

Телебачення изобр. Для малих  L: Телебачення .

Тобто пропорційне відтворення півтонів буде у випадку, коли:

lgL =  lgL 0 + lgK, або L = KL 0,

де  і К визначається шляхом підстановки в ці рівняння значень L max, L min, L o max і L omin: Телебачення , Телебачення , С - визначає опорний рівень яскравості (зазвичай яскравість особи). Будемо вважати, що L max зображення відповідає L 0max.

У принципі можливі три випадки відтворення (рис. 3.4.):

1 випадок - нормальна контрастність, коли  = 1, L = CL о (крива 1);

2 випадок - підвищена контрастність:   1 - тут одна градація об'єкта передається кількома градаціями зображення;

3 випадок - знижена контрастність:   1 - одна градація зображення відповідає кільком градаціям об'єкта.

Якщо діапазон яркостей об'єкта більше діапазону яркостей ТВІ, то повне використання більшого діапазону можливо тільки у випадку мінливої ​​адаптації ока, що забезпечує зміна .

Особливі труднощі виникають при   1 у кольоровому телебаченні, тому що треба забезпечувати наскрізну характеристику для різних кольорів.


Телебачення


4. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ОПТИЧНОГО ЗОБРАЖЕННЯ

У ЕЛЕКТРИЧНИЙ СИГНАЛ


4.1. Датчики ТБ сигналу та його характеристики


Датчики ТБ сигналу перетворять світлову енергію від об'єкта, що потрапила на світлочутливу поверхню датчика, в електричний сигнал для наступної обробки, передачі, зберігання та відтворення. Яскравість (освітленість) оптичного зображення залежить від координат x, y і часу t, тому перетворювач повинен оцінювати (вимірювати) яскравість ділянок зображення в процесі їх розгортки.

Як вже говорилося (гл. 1), розрізняють два основних типи перетворювачів - миттєвої дії і з накопиченням. З фізики дії вони діляться на оптико-механічні, електровакуумні й твердотільні.

Оптико-механічні (всі миттєвої дії) можуть бути з біжучим променем або з «біжить апертурою» по оптичного зображення (диск Ніпкова).

Електровакуумні перетворювачі бувають як миттєвої дії, так і з накопиченням. Зараз це основний тип телевізійних перетворювачів (аналізаторів).

Твердотільні перетворювачі представляються найбільш перспективними, особливо для цифрових систем.

Характеристики фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) багато в чому визначають якість ТВІ. серед характеристик виділимо наступні.

Чутливість - величина, зворотна освітленості фоточутливої ​​поверхні (ФП), необхідної для отримання ТБ сигналу з заданим відношенням сигнал / шум. Чутливість оцінюють у  лк .

Світлова характеристика - залежність струму сигналу ФЕП від освітленості ФП. З цієї залежності, зокрема, видно діапазон, в якому може працювати ФЕП.

Спектральна характеристика - залежність сигналу від довжини хвилі равноінтенсівного випромінювання, що падає на ФП. Вона може виходити за межі видимого випромінювання, що буває корисно для прикладних ТБ систем.

Роздільна здатність - властивість реагувати на дрібні деталі оптичного зображення. Про роздільної здатності можна судити по апертурной характеристиці, яка визначає зв'язок між глибиною модуляції сигналу і розмірами переданих деталей зображення.

Інерційність - запізнювання зміни ТБ сигналу щодо зміни освітленості ФП. Вона, зокрема, проявляється у вигляді тягнеться сліду і розмивання меж рухомих об'єктів ТВІ. Для цього зазвичай оцінюється величина залишкового сигналу щодо максимального через проміжок часу, рівний тривалості кадру.

Зазначені характеристики і параметри перетворювачів не вичерпують всіх показників. Є й інші показники: вага, розміри, вартість, довговічність, вібростійкість та інші, які хоча тут і не розглядаються, але можуть грати вирішальну роль при виборі ФЕП.


4.2. Фотоелектронні ефекти


Фотоелектронна емісія лежить в основі всіх приладів, використовують зовнішній фотоефект, коли при опроміненні світлом деякого матеріалу з нього вилітають електрони. На цьому принципі працюють фотоелементи, фотоелектронні помножувачі (ФЕП), передають ТБ трубки та ін фоточувствительная поверхня служить фотокатодом. Між катодом і анодом (колектором) докладено збирає (і прискорює) електричне поле. Якщо збираються всі електрони (струм насичення), то робота ФЕП описується двома законами:

  1. Законом Ейнштейна, який пов'язує енергію кванта світла (h ) з роботою виходу е  0 і кінетичної енергія фотоелектронів із зарядом e і масою m:

Телебачення

Емісія відбувається при h > е  0. Якщо відомий потенціал виходу  о, то він визначає довгохвильову (червону) кордон фотоемісія: Телебачення .

  1. Законом Столєтова, що визначає величину струму фотоелектронів I ф =   F, де -чутливість фотокатода Телебачення , F-світловий потік [лм].

Спектральні характеристики фотокатодов залежать від їхніх матеріалів. Фотокатоди з чистих металів мають малу чутливість. Для багатокомпонентних катодів чутливість значно вище. На рис. 4.1. наведено дві нормованих характеристики фотокатодов:

1 - оксидно-срібно-цезієвий катод, чутливістю S = (40  70) Телебачення і максимальним квантовим виходом  1%, (тобто в середньому на 100 квантів світла вилітає 1 електрон)

2 - многощелочной фотокатод, чутливість якого доходить до 200 Телебачення , А квантовий вихід доходить до 35%.

У силу різної чутливості фотокатода для різних довжин хвиль випромінювання користуються поняттям інтегральної чутливості фотокатода:

Телебачення ,

де  () - функція видности очі.

На відміну від зовнішнього фотоефекту, внутрішній фотоефект не пов'язаний з вильотом електронів за межі учня матеріалу. В якості матеріалу використовуються напівпровідники, в яких при дотриманні деяких умов кванти випромінювання виривають електрони з атомів. Ці електрони переходять із заповненої зони в зону провідності, сильно змінюючи локальну провідність матеріалу, а потім рекомбінують з дірками. Швидкість рекомбінації зростає із збільшенням концентрації електронів (і дірок), а швидкість їх генерації залежить тільки від освітленості, тому швидкість рекомбінації «підтягується» до швидкості генерації через деякий час після зміни рівня освітленості. Таким чином, стале значення локальної провідності залежить від освітленості Є у кожному місці освітлюваного напівпровідника. Час встановлення нового значення провідності залежить від хімічного складу матеріалу, конструктивних особливостей і величини світлового потоку. Ці ж фактори визначають і величину внутрішнього локального фотоструму: i ф = K  E ,

де К - коефіцієнт пропорційності,

 - показник, що залежить від перерахованих факторів.

Зазвичай  лежить в діапазоні (0,5  1,0).

Так само, як і для зовнішнього фотоефекту, внутрішній фотострум залежить від спектрального складу світла, починаючи з «червоною кордону»  кр = (h ) кр.

Внутрішній фотоефект має велику перевагу з причини високого квантового виходу, що перевищує 100%.

У телевізійних перетворювачах зазвичай використовують напівпрозорий фотокатод (незалежно від виду фотоефекту), який має товщину від 20 до 40 нм.


4.3. Формування і перенесення електронного зображення


Електронне зображення - потік електронів, розподіл щільності яких відповідає розподілу освітленості оптичного зображення, спроектованого на фотокатод. Іноді це електронне зображення переноситься на деяку відстань від фотокатода і переміщається (гойдається) у просторі.

Необхідна умова формування електронного зображення - треба зібрати всі електрони, що вилетіли з однієї точки фотокатода, знову в одній точці в площині переносу.

Для перенесення і фокусування електронних пучків застосовують довгі фокусують котушки, що створюють однорідне магнітне поле у ​​всьому просторі руху електронів. Схема руху електронів в однорідному магнітному полі показана на рис. 4.2, а. Тут S - площина фотокатода (ОІ), S 1 - площину перенесення, L - магнітна котушка, яка створює поле Н Z.

Прискорююча полі V A переносять електрони від фотокатода направо. З точки О R фотокатода вилітають електрони з різними радіальними складовими швидкості V R. Магнітне поле впливає на електрон (сила Лоренца):

F Л = eH z  V R, де е - заряд електрона.

Ця сила перпендикулярна осі z і закручує електрон, тобто спрямована до центру (доцентрова сила). Ця сила створює траєкторію у вигляді кола, для якої відома зв'язок між швидкістю і радіусом:

Телебачення , Де m - маса електрона, R - радіус його траєкторії (проекції на площину (S).

При F ц = F Л знайдемо R:

Телебачення ,

а час обходу цієї окружності Телебачення .

Видно, що час t не залежить від кута вильоту (від V R). Звідси випливає, що всі електрони, що вилетіли з т.про 1, будуть у вигляді «веретена» зібрані у т. Телебачення , Потім вони знову розійдуться, знову зберуться (т. Телебачення ) І т.д. Це «веретено» показано на рис. 4.2, б. Траєкторії всіх електронів представляють собою гвинтові лінії, за винятком тих електронів, які вилетіли вздовж магнітного поля Н Z, тобто у яких V R = 0.

Площини Телебачення , Телебачення , Телебачення і.т.д. - Це фокальні площині електронного зображення, які знаходяться на відстанях l i від площини фотокатода:

Телебачення . Очевидно, що l / <l / / <l / / / <...

Величину V z в основному визначає прискорює напруга U A, тому фокусування можна здійснювати як шляхом зміни Н Z, так і U A.

Переносний електронне зображення - пряме і має той самий розмір, що й вихідне оптичне зображення на фотокатоде. Перенесення електронного зображення використовують в діссектор і суперортикон.

Відзначимо до речі, що фокусування за допомогою довгої котушки використовується також для формування розгортає променя. Тут джерелом випромінювання є електронна гармата (рис. 4.3.). Тут Н ф - фокусує поле, Н о - отклоняющее магнітне поле.


4.4. Діссектор


Діссектор - трубка миттєвої дії, запропонована в 1930 Франсуортом (рис.4.4). У ній використовується зовнішній фотоефект.

Розгортка здійснюється шляхом переміщення електронного зображення перед діафрагмою (вирізані отвір), яка і є розгортає апертурою. Діссектор складається з трьох секцій: секція перетворення оптичного зображення в електронне, секція перенесення електронного зображення і його відхилення і секція вторинно-електронного посилення (ВЕУ). Перша секція - фотокатод, наступні секції видно з малюнка.

Напруга сигналу U c = i c  R н. Полярність сигналу негативна, тому що напруга в точці А: U A = Ui c R н, тобто при збільшенні інтенсивності світла потенціал у т. А падає («білий рівень нижче рівня чорного»).

Зазвичай коефіцієнт посилення ВЕУ  10 липня, так що струм сигналу може доходити до 100 мкА.

Роздільна здатність діссектор не менше 600 ліній по всій мішені (фотокатода), а в малокадрового телебаченні може доходити до 3000.

Разом з серйозними перевагами (простота, висока роздільна здатність, механічна міцність і ін), відикон має досить серйозним недоліком - малою чутливістю в широкосмуговому режимі роботи. У досить широкому діапазоні освітленості (від десятих часток лк до тисяч лк) світлова чутливість діссектор постійна і її можна оцінити таким чином.

Нехай сумарний струм фотокатода складає I ф, а загальне число елементів зображення N max = k  z 2. Струм фотокатода: I ф =   E  S ф,

де  - чутливість фотокатода,

Е - його середня освітленість,

S ф - площа фотокатода.

Освітленість Е залежить від освітленості об'єкта Е 0:

Телебачення ,

де  - середнє значення коефіцієнта відображення об'єкта,

 - прозорість об'єктива,

О - відносний отвір об'єктива,

 - коефіцієнт збільшення оптичної системи (  0 при проектуванні віддалених об'єктів).

З урахуванням того, що фотострум з елемента зображення Телебачення , Отримаємо абсолютна середнє значення фотоструму з одного елемента зображення:

Телебачення .

Як завжди, представляє інтерес відношення сигнал / шум Телебачення . Будемо враховувати тільки дробову складову шуму, тобто

Телебачення , Де  f - смуга частот.

Тоді сигнал / шум:

Телебачення ,

Звідси:

Телебачення .

Таким чином, задаючи величину  ін, можна оцінити необхідну освітленість сцени, зображення якої передається:

Телебачення .

Вдруге-електронний помножувач зменшує відношення сигнал / шум у Телебачення разів, де  - коефіцієнт вторинної емісії дінодов. Тому:

Телебачення .

Для прикладу покладемо: к = 4 / 3, z = 575,  f = 7,3 10 червня Гц; об'єктив має прозорість  = 0,9, відносний отвір О = 1:2. Інші параметри  = 5,   0,  = 0,6. Діссектор має чутливість  ф = 70 мкА / лм, S ф = 24х32 мм 2. Тоді для  = 40 отримаємо:

Е о = 1,4  10 Червня лк, що в 10 разів вище освітленості в сонячний день.

Якщо кількість рядків z зменшити до 100, то для колишнього значення сигнал / шум освітленість можна зменшити в  2000 разів (за рахунок зменшення kz 2 і  f).



4.5. Суперортикон


Цей перетворювач працює в режимі накопичення - світловий потік, що потрапляє на елемент зображення, діє протягом усього кадру, так що елементарний конденсатор, що відповідає цьому елементу зображення, накопичує заряд протягом усього часу кадру, а зчитується цей заряд за час проходження променем елемента. Еквівалентна схема перетворювача з накопиченням показана на рис. 4.5. За час кадру Тк елементарний конденсатор накопичує заряд: q зар = i ф  Т к.

При зчитуванні ключ До замикається на час t счит і конденсатор Се розряджається через навантажувальний опір R н. При повному прочитуванні q зар = q счит тому струм сигналу: Телебачення , Де N - кількість елементів зображення.

Принцип накопичення може бути реалізований при використанні мозаїчної фотомішені, що складається з ізольованих осередків, кожна з яких містить мікрофотоелемент і накопичувальний конденсатор С (рис. 4.6.). Конденсатори заряджаються до різних напруг відповідно до локальної освітленістю, утворюючи потенційний рельєф на мішені. Електронний промінь, що переміщається по мішені у відповідності з законом розгортки (прямокутно-прогресивний растр), по черзі підключає різні накопичувальні конденсатори З i і розряджає їх через навантажувальний опір, через який і протікає струм сигналу.

При накопиченні відношення сигнал / шум збільшується в Телебачення разів. Це означає, що за інших рівних умов перетворювач з накопиченням вимагає в (kz 2) раз меншій освітленості на фотокатоде (мішені).

Крім ефекту накопичення, в суперортикон використовується посилення первинного фотозаряда за рахунок вторинної електронної емісії на матеріалі мішені.

Для пояснення цього процесу розглянемо процес формування потенціалу ізольованою мішені, яка опромінюється електронним пучком (рис. 4.7.). У залежності від енергії електронів первинного пучка змінюється коефіцієнт вторинної емісії. Вважаємо, як і раніше, що виконується умова повного відбору всіх вторинних електронів. Залежність коефіцієнта вторинної емісії від прискорюючого потенціалу U A наведена на рис. 4.8, а. При ускоряющем потенціалі 0  U A  U kp1 (область повільних електронів) мішень отримує певний негативний (щодо катода) рівноважний потенціал U HP  (-1,5 B), а потім всі електрони відбиваються від мішені, не проникаючи в неї. Потім, при U kp1  U A  U kp2 (область швидких електронів) енергії електронів достатньо для проникнення в мішень незважаючи на її гальмує полі. Ці первинні електрони вибивають з мішені вторинні електрони, кількість яких більша за кількість первинних, так що мішень отримує позитивний потенціал, лінійно залежить від прискорюючого потенціалу. В області U A U kp2 мішень залишається відносно катода позитивно зарядженої до величини  U kp2 (рис. 4.8, б). Потенціал мішені щодо анода при зміні ускоряющего напруги зображений на рис. 4.8, ст. В області U kp1 <U A <U kp2 різниця потенціалів мішень-анод постійна і складає +3 У, тобто мішень має позитивний потенціал стосовно аноду.

В області I (U A <U kp1) працюють секції передавальних трубок з розгорткою променем повільних електронів, в області II (U kp1 <U A <U kp2) працюють секції трубок з швидкими електронами.

На основі ефекту накопичення і явища вторинної електронної емісії з ізольованою напівпровідникової мішенню в (30-40)-і роки нашого століття були розроблені кілька типів передавальних трубок, найбільш досконалої (і найскладнішою) з яких є суперортикон (рис. 4.9.). Суперортикон складається з трьох секцій: створення та перенесення електронного зображення, комутації (і розряду) мішені променем повільних електронів і секції вторинно-електронного підсилення.

Першу секцію утворюють напівпрозорий фотокатод 1 на внутрішній стороні торцевої стінки (планшайби) балона трубки, що прискорює електрод 2 (короткий проводить циліндр) і двостороння мішень у вигляді плівки напівпровідникового скла товщиною 5 мкм і, що знаходиться перед нею на відстані  50 мкм дротяною сіткою з густотою до 1000 отв / мм 2 і прозорістю для електронів  0,7.

Вилітають з катода Фотоелектрони утворюють електронне зображення, в першій фокальній площині якого розташовується мішень. Прискорююча напруга цієї секції складає  450 В, тому коефіцієнт вторинної емісії   1. Вторинні електрони уловлюються згаданої сіткою, так що оптичне зображення на фотокатоде перетворюється в потенційний рельєф мішені. Позитивний заряд, утворений на мішені за рахунок освітленості відповідного елемента оптичного зображення, створює напругу на ланцюжку послідовно з'єднаних елементарних конденсаторів З см, С м і С ма (рис. 4.10), де С см - ємність конденсатора, утвореного сіткою і лівою стороною мішені, С м - між лівою і правою сторонами мішені і С ма - між правою стороною мішені і гальмуючим електродом, що належать до другої секції суперортикон. Відповідно до міжелектродному відстанями і значною величиною діелектричної проникності скла (в 80 разів більше, ніж у вакууму) можна записати:


З м   З см   З ма,


тобто практично всю напругу докладено до обкладками З ма, а найменша частина - до С м. Це означає, що потенціали лівої і правої обкладок С м однакові, тобто потенційний рельєф лівого боку мішені без змін передається на праву.

Друга секція трубки працює в області повільних електронів. Вона складається з електронного прожектора 8 з апертурою  50 мкм, фокусуючого анода 6 (металеве внутрішнє покриття балона) і гальмуючого електрода 4 (короткий металевий циліндр поблизу мішені). Іноді додають вирівнює сітку 5. Промінь прожектора відхиляється малими та кадровими котушками, утворюючи растр на мішені.

За рахунок поздовжнього фокусуючого поля і гальмуючого поля останнього електрода 4 електрони з практично нульовою швидкістю перпендикулярно «обмацують» мішень. При досить великому струмі пучка потенціал мішені доводиться до нижнього рівноважного значення U HP незалежно від величини початкового позитивного потенціалу. Для цього потрібна велика чи менша частина струму променя, а інша частина струму променя, не було потрібне для компенсації накопиченого на мішені позитивного заряду, відбивається від мішені і повертається в зворотному напрямку.

Третя секція суперортикон призначена для посилення повернутої частини струму променя. Вона складається з п'яти кільцевих електродів (дінодов) помножувача, на виході останнього з яких включений навантажувальний резистор R н. Ця секція трубки, як і перша, працює в режимі швидких електронів; загальний коефіцієнт посилення досягає 10 3.

У цілому суперортикон виробляє позитивний сигнал, тобто високій освітленості ділянки фотокатода («рівень білого») відповідає максимальний струм вторинно-електронного помножувача, тобто найбільше значення напруга в точці А (рис. 4.9.). Світлова характеристика трубки цього типу наведена на рис. 4.11. Початковий ділянка лине, що пояснюється тим, що елементарні конденсатори З см не встигають повністю зарядитися за час кадру, всі вторинні електрони, вибиті з мішені, відбираються сіткою і об'ємний заряд між мішенню і сіткою відсутня. Трубка на лінійній ділянці правильно відтворює середню яскравість зображень. При збільшенні освітленості фотокатода (ділянка ВС) Фотоелектрони будуть доводити потенціал мішені до рівноважного значення U BP (рис. 4.8), на кілька вольт вище потенціалу сітки. Утворюється місцеве гальмує поле, що створює об'ємний заряд, який зрівнює число первинних (фото) електронів і число вторинних. збираються сіткою. Трубка не буде правильно відтворювати середню яскравість зображення. Описана характеристика відповідає статичному оптичному зображенню («білий квадрат на чорному фоні»). Незважаючи на лінійну залежність ділянки АВ, практично він не використовується через малу відносини сигнал / шум. Робочим ділянкою служить діапазон ВС, де через гальмуючого об'ємного заряду вторинні електрони, вибиті з ділянок мішені, відповідних найбільш світлим місцям фотокатода, повертаються на прилеглі ділянки, знижуючи тим самим їх потенціал. Таким чином, утворюються динамічні характеристики трубки (пунктир на рис. 4.11), яка відповідає проецированию на фотокатод напівтонової шкали (десять градацій).

Динамічний діапазон освітленостей у суперортикон вище, ніж у людського ока, проте бажання мати велике відношення с / ш ( 20) змушує працювати з висвітленням у (2-3) вище Е 1 (рис. 4.11), яку приймають за чутливість суперортикон.

Спектральна характеристика трубки, як зазвичай, визначається матеріалом фотокатода.

Роздільна здатність суперортикон описується апертурной характеристикою (рис. 4.12), тобто зміною (модуляцією) величини струму i e через навантажувальний резистор від кількості рядків z в растрі (діаметра апертури). Роздільна здатність залежить від кінцевого значення діаметра комутуючого променя і якості фокусування електронного зображення на мішені.

На завершення ще раз підкреслимо високу чутливість та роздільну здатність суперортикон. Як вже зазначалося, ця трубка має суттєві недоліки:


4.6. Відікон


Відікон в даний час є найпоширенішою телевізійної передавальної люлькою в силу простоти, надійності та дешевизни при невеликих розмірах і масі. Відікон використовує мішень з внутрішнім фотоефектом, яка служить безпосередньо фотокатодом.

Відікон складається з двох основних вузлів - фотомішені та електронного прожектора, що створює коммутирующий пучок (рис. 4.13). На внутрішню стінку скляній планшайби напилені прозора ( = 0,9) сигнальна пластина 1 (Au, Pt або SnO), що має висновок. Потім завдано фотослой 2 у вигляді складного напівпровідника із з'єднань сурми, селену, миш'яку, сірки. Від складу напівпровідника і його товщини залежить чутливість, спектральна характеристика і інерційність видикона.

Електронна комутаційна система утворена електронним прожектором (термокатодом 3, керуючий електрод 4, перший 5 і другий 6 аноди) і вирівнює сіткою 7. Потенціал цієї сітки в (1,5  2) рази перевищує потенціал другого анода, що забезпечує нормальну (під кутом 90  до мішені) орієнтацію променя, необхідну для отримання однакового вихідного потенціалу по всій мішені.

Еквівалентна схема видикона наведена на рис. 4.14. Кожен елементарний ділянку мішені представлений у вигляді конденсатора C е. i, шунтований опором R е. i. Величина цього опору визначається внутрішнім фотоефектом і залежить від локальної освітленості, тобто на мішені оптичне зображення перетворюється в рельєф питомих опорів, величина яких лежить в діапазоні від 10 12 Ом  см (темні ділянки) до 10 10 Ом  см (найбільш світлі).

Коли мішень обходиться променем (при розгортці), то всі ділянки правого боку мішені набувають потенціал катода, тобто всі елементарні конденсатори мають різницю потенціалів U сп. Потім при проектуванні зображення змінюються R е, так що С е. розряджається через свій R е. протягом часу між двома комутаціями з постійною часу R е.  З е і потенціал правою обкладки збільшується, наближаючись до потенціалу лівої обкладки, тобто потенціалу сигнальної пластини. На неосвітлених місцях потенціал змінюється набагато слабкіше. Тобто створюється потенційний рельєф, що відповідає розподілу освітленості (і провідності).

При комутації потенційний рельєф знову вирівнюється. Там, де був позитивний потенціал, витрачається струм променя на дозаряд елементарного конденсатора до потенціалу катода і цей струм променя протікає через ланцюг сигнальної пластини. У точці А напруга падає, тобто більшої освітленості відповідає менший потенціал точки А (негативний сигнал).

Світлова характеристика видикона (рис. 4.15) являє собою сімейство кривих, визначених величиною напруги на сигнальній пластині U сп. Хоча світлова характеристика видикона нелінійна, але вона мало залежить від характеру освітленості фотокатода (на відміну від суперортикон), тобто контраст виходить досить високим.

Відікон дає інформацію про середню яскравості, тому що під час зворотного ходу сигнал відповідає рівню чорного (якщо знехтувати темнових струмом), тобто відрізняється від рівня гасять імпульсів.

Роздільна здатність видикона залежить від структури, розмірів і властивостей мішені, а також від перетину комутуючого пучка. Апертурна характеристика одного з відикон (ЧИ-421) дана на рис. 4.16.

Типовим можна вважати розмір робочого ділянки мішені 12,5  9,5 мм 2, діаметр променя  15 мкм, струм променя  0,5 мкА.

Відікон добре працює в діапазоні освітленості (1-10) лк. Тут невелика і інерційність.

Інерційність обумовлена ​​фотоелектричними процесами в мішені (матеріал фотополупроводніка, домішки, рівень освітленості) і недостатністю струму пучка, що не дозволяє вирівняти потенціал мішені за 1 цикл розгортки. Інерційність видикона можна зменшити за рахунок зменшення З е, щоб не погіршувати дозволу за рахунок збільшення струму променя.

Промисловість випускає  30 різновидів відикон з діаметром колби від 13,6 до 40 мм.

Однією з різновидів відикон є плюмбікон (глетікон), у якого прийняті заходи не лише щодо зменшення З е., але і щодо збільшення R е, щоб не було ситуації, коли R е. З е. настільки мало, що не повністю використовується ефект накопичення, т. е. постійна часу  = R е З е менше часу кадру (циклу комутації).

Це досягається шляхом заміни фоторезістной мішені мішенню фотодіодного типу, що забезпечує малу інерційність фотоефекту, високу темновий опір і лінійну світлову характеристику.

Мішень плюмбікона і його еквівалентна схема наведено на рис. 4.17.

Мішень плюмбікона складається з трьох напівпровідникових шарів. До сигнальної пластині 1 примикає прозорий напівпровідник 2 з n-провідністю, потім йде шар i, що представляє собою окис свинцю PbO у вигляді кристалічних лусочок розмірами 0,1  0,05  3,0 мм 3, орієнтованих великий стороною вздовж світлових променів. Третій шар - напівпровідник з р-провідністю. У такій багатошарової мішені різко зменшується швидкість рекомбінації носіїв, що еквівалентно зменшенню темнового струму, а збільшена товщина мішені зменшує З е і збільшує ефективність освіти фотоелектронів провідності. У момент комутації перехід p-in зміщується у зворотному напрямку, що ще більше збільшує еквівалентний опір витоку R е..

За своєю чутливості плюмбікон дещо поступається відикон (робоча освітленість (5-8) лк). Роздільна здатність становить  600 ліній при відношенні сигнал / шум близько 200. Інерційність плюмбікона відповідає залишковим сигналом  5% через один кадр.


4.7. Многосігнальние відикон


На базі розглянутих перетворювачів будуються не тільки системи чорно-білого, а й кольорового телебачення - шляхом використання трьох або чотирьох перетворювачів - як це буде показано пізніше. У цьому випадку до перетворювачів пред'являються дуже жорсткі вимоги щодо ідентичності характеристик світло-сигнал, геометричних спотворень, інерційності та ін Природно також, що трьох - або чотирьох трубкові передають кольорові телевізійні камери мають великі габарити, масу, вартість.

Тому зрозуміле прагнення до створення многосігнального видикона, який може здійснювати просторове розділення світлового потоку на фоточутливої ​​поверхні перетворювача.

Розглянемо принцип дії одного з трехсігнальних відикон (рис. 4.18). Тут сигнальна пластина утворена трьома групами смужкових електродів 2, нанесених на відповідні світлофільтри 3. Спектральні характеристики смужкових фільтрів наведено на рис. 4.19. Фільтри нанесені на скляну пластину (планшайбу) 1.

Освіта потенційного рельєфу на мішені 4, володіє внутрішнім фотоефектом, відбувається як у звичайному відикон. Всі електроди «одного кольору» з'єднуються і на трьох виходах трубки формуються три кольороподілених сигналу.

Полоскова світлофільтри та сигнальні пластини розташовуються перпендикулярно рядкової розгортці. В одному з таких відикон використовувалося 870 електродів (290 «трійок») на рядок зображення, розташованих з кроком 17,5 мкм.

Подібний прилад не знайшов практичного застосування, що пов'язано з паразитними ємнісними зв'язками між разносігнальнимі електродами, а також значними оптичними зв'язками в светоделітельном вузлі. Все це в сукупності знижує якість кольорового зображення.

Подальші ідеї у розвитку многосігнального видикона полягає в кодуванні оптично кольороподілених зображень. Використовується метод частотного або імпульсного (фазового) кодування. На виході перетворювача формується один сигнал, а інформація про кольороподілених зображеннях рознесена по різним частотним діапазонами вихідного сигналу або закодована в його фазі.

Розглянемо систему з частотним кодуванням (дві піднесуть частоти). Оптичний кодує фільтр встановлюється в площині зображення і являє собою систему накладених один на одного смужкових світлофільтрів, перехрещених під кутом 45  (рис. 4.20). Один з цих фільтрів 2 - блакитні смужки, а вертикальні смужки 3 - жовтого кольору. Накладення смужок 2 і 3 дає ділянки зеленого кольору. Прозорі місця фільтра позначені цифрою 1. Таким чином, там, де знаходиться блакитна смужка, не пропускається червона частина спектру, а під жовту смужку не проходить синя частина світлового потоку.

Частотний спектр вихідного сигналу при обході мішені прочитуючим променем складається з двох піднесуть, визначених просторовими частотами жовтої і блакитних масок. Число смужок фільтрів на мішень вибирається таким, щоб спектр сигналу впоперек жовтих смуг був до 5 МГц. Цей сигнал  5 МГц містить інформацію про інтенсивність «червоного краю» зображення, а блакитний фільтр, через більшій своїй протяжності у напрямку сканування, дасть частоту в Телебачення разів менше, тобто Телебачення МГц. Прозорі ділянки фільтра дозволяють формувати сигнал яскравості зображення. Тоді весь формований сигнал буде являти собою суму трьох компонент, кожна з яких може бути виділена за допомогою частотних фільтрів (рис. 4.21).

Більш ефективно використовується частотний діапазон формованого сигналу в системі з частотно-фазовим кодуванням. Тут інформація про червоному і синьому кольороподілених зображень передається в одному і тому ж частотному діапазоні - на краю спектру сигналу. За рахунок цього розширюється смуга частот для сигналу яскравості, що покращує чіткість зображення. Поднесущая синього і червоного вибирається декілька нижче, ніж «синій» сигнал в попередньому випадку, але вище, ніж для «червоного». Це, у свою чергу, знижує вимоги до фокусування зчитувального променя.

Поднесущие при зчитуванні будуть однаковими за частотою, яка визначається кроком смужок і кутом їх нахилу. Для кутів, показаних на рис. 4.22, сигнали наведено на рис. 4.23.

Крок і нахил смужкових фільтрів вибирається так, щоб забезпечувався 180  - зрушення фаз червоної та синьої складової сигналу, що полегшує їх подальший поділ.

Такий спосіб кодування дозволяє отримувати спектр сигналу яскравості до 3,6 МГц. Є й інші способи кодування, наприклад, кодоімпульсний.


4.8. Прилади з зарядовим зв'язком (ПЗЗ)


Це безвакуумна твердотільний фотоелектричний перетворювач зображення.

В основі лежать властивості структури метал-окисел-напівпровідник (МОН-структура), яка може збирати, накопичувати і зберігати зарядові пакети в локалізованих потенційних ямах, що утворюються в поверхневому шарі напівпровідника.

Зарядові пакети (порції) виникають під дією світлового випромінювання, а переносяться шляхом керованого переміщення за допомогою знищення старих і створення нових потенційних ям, куди перетікають заряди. Тобто ПЗЗ - це аналоговий зсувний регістр, який переносить по черзі окремі заряди з ям на вихід, так що заряди проходять всі комірки від місця свого первісного розташування (зародження) до вихідних осередки. Осередок ПЗЗ наведена на рис. 4.23.

Якщо є позитивний потенціал, то основні носії (дірки) відійдуть вглиб підкладки, так що під металевим електродом утворюється область, збіднена основними носіями - потенційна яма, глибина якої залежить від U, ступеня легування напівпровідника, товщини оксиду.

Час життя потенційної ями обмежено паразитним процесом її заповнення за рахунок термогенерации пар «дірка-електрон», електрони яких як неосновних носіїв потрапляють у яму. Час заповнення ями за рахунок термогенерации називається часом релаксації. Зрозуміло, що час зберігання заряду в ямі повинно бути менше цього часу.

Заряд в ПЗС вводиться або електрично, або випромінюванням. З'являються неосновні носії (тобто корисний сигнал), кількість яких пропорційно освітленості і часу експозиції.

Спрямована передача заряду можлива за умови перекриття окремих збіднених областей, так щоб можна було з'єднати потенційні ями. Заряд буде перетікати туди, де потенційна яма глибше (рис. 4.24). Приклад реалізації сдвигового МОП-реєстру (трехтактного) показаний на рис. 4.25. Кожен електрод лінійки підключений до однієї з трьох тактових шин з фазами Ф 1, Ф 2, Ф 3, напруга на яких міняється в часі.

Фотоелектричні перетворювачі зображення на ПЗС діляться на одномірні (лінійні) та двовимірні (матричні). Лінійні перетворювачі, формують рядок, зазвичай використовуються для контролю за технологічними процесами, аналізу стану та вимірювання об'єктів і т.п.

Двокоординатна матриця є твердотілим аналогом передавальної трубки. Для організації зчитування в даний час найбільш зручним визнається зчитування з кадровим перенесенням (рис. 4.26), де 1 - секція накопичення (фотоприймальних секція), 2 - секція зберігання (пам'яті). Вихід 3 - секція переносу заряду (зсувний регістр). Накопичені у секції 1 заряди під час зворотного ходу кадру переносяться в секцію 2 - секцію пам'яті, тому в такій телевізійної системі передається попередній кадр зображення. Для цього під час зворотного ходу рядки в секцію перенесення 3 зносяться заряди чергового рядка, а під час прямого ходу вони виносяться з матриці як би зчитування рядком.

При такій організації зчитування немає змазування зображення, тому що зчитування проходить по немінливй картинці. Досить просто тут організувати також чересстрочную розгортку.

Промисловість серійно випускає ПЗЗ з числом елементів 288  232 (144  232 елементів нагромадження і 144  232 елементів зберігання, а також 235 елементів сдвигового регістру). Є ще додатковий компенсаційний регістр, на якому компенсуються перешкоди від таких імпульсів.

Істотно, що число переносів зарядів до вихідного елементу залежить від місця розташування елемента в кадрі - воно максимально для 1-го елемента верхнього рядка і мінімально для останнього елемента нижнього рядка. Якщо використовується трехтактная схема переносу, то максимальне число переносів n max = 2  3  z +3 n. Заряди переносяться неповністю - частина зарядів губиться в пастках, крім того, частина зарядів не встигне перенестися повністю і підійде тільки з наступним зарядом. З'являється чинник, який називається неефективністю переносу заряду  - та частина заряду, яка відстала на 1 перенесення. Помноживши  на n max, отримуємо результуючу неефективність:   n max. Вважається задовільним, якщо  = (10 -4  10 -5). Тоді сумарна ефективність  = 1-n  . Якщо  = 10 -4 і n = 1569,  = 84%. Тобто послідовний перенесення гальмує зростання матриці, тим більше, що несправність одного елемента викликає втрату інформації всього стовпця або рядка.

Світлова характеристика ПЗЗ лінійною в діапазоні (0-8) лк, а роздільна здатність визначається числом елементів ПЗС-матриці.


Телебачення


Телебачення


Телебачення


Телебачення


Телебачення


Телебачення




92


5. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ

У ОПТИЧНЕ ЗОБРАЖЕННЯ


5.1. Принципи відтворення зображень


У сучасних телевізійних системах (ТВЗ) перетворення електричного сигналу в оптичне зображення в переважній більшості випадків здійснюється за допомогою приймалень (відтворюють) електронно-променевих трубок - кінескопів. Разом з тим, останнім часом ведуться розробки плоских кристалічних екранів (дисплеїв).

Кінескоп здійснює синтез зображення на основі явища катодолюмінісценціі, тобто світіння спеціальної речовини (люмінофору) під дією електронного пучка. Кінескоп - кінцеве ланка ТВЗ, тому якість системи в цілому визначається не в останню чергу якістю телевізійного відтворюючого пристрою. Загальні вимоги за цілями (призначенням), якістю відтворення, а також досить високі експлуатаційні характеристики і економічність трансформуються в більш конкретні вимоги, що визначаються, перш за все характеристиками зорової системи людини.

  1. Геометричні розміри зображення h і b, які при відстані розглядання (спостереження) А визначають горизонтальний Телебачення і вертикальний Телебачення кути спостереження.

  2. Достатня вертикальна і горизонтальна чіткість зображення.

  3. Допустимі геометричні спотворення.

  4. Достатня яскравість зображення, але без засліплення.

  5. Досить високий контраст зображення.

  6. Задовільна відтворення півтонів, узгоджується з усією системою.

  7. Задовільна відтворення кольорів.

  8. Досить малі ефекти миготіння, перешкод і т.п.

  9. Висока якість розгорнення і синхронізації.

Кінескопи забезпечують отримання чорних і кольорових зображень розмірами до (0,6  0,8) м 2. Для великих аудиторій застосовуються проекційні ТБ пристрою.

Основними елементами будь-якого кінескопа є термоемісійний катод, що входить в електронно-оптичну систему, звану прожектором. Прожектор формує тонкий пучок (промінь) електронів за допомогою електростатичних полів, які використовуються для прискорення та фокусування. Електростатична фокусування економічніша і стабільна, ніж електромагнітна.

Відхилення електронного пучка, як і фокусування, можна реалізувати як статичним, так і магнітним полем. У кінескопах телевізійних приймачів використовується виключно магнітне відхилення, яке дозволяє довести кути відхилення до 110  і різко зменшити довжину кінескопа і його вага.


5.2. Розгортають пристрої кінескопів


Електростатичне відхилення.

Тут електронний пучок відхиляється поперечним електричним полем, через яке він пропускається. У найпростішому випадку поле утворено парою пластин (плоский конденсатор), як це показано на рис. 5.1. Тут  - відстань між пластинами, U - отклоняющее напруга (різниця потенціалів між пластинами, що відхиляють), U A-прискорюючий потенціал (до відхилення). Полювання відхилення пучка:

Телебачення .

Видно, що відхилення пропорційно відхиляє напрузі. Для лінійної (рівномірної) розгорнення у часі треба мати U = k  t, тобто лінійну "пилу". Електричне відхилення має такі позитивні якості, як економічність, високу швидкодію і малу масу (вагу).

Основними недоліками кінескопів з електростатичним відхиленням є мала чутливість і малі кути відхилення. Для великого екрану це означає велику довжину трубки. Через малу чутливості відхиляють потенціали повинні досягати кілька сотень вольт і навіть тисяч вольт (1 / 3 від U A), що, зокрема, важко робити на напівпровідниках.

Тому електростатичний спосіб відхилення, широко застосовуваний в осцилографах, практично не використовується у телевізійних приймачах.

Електромагнітне відхилення.

На відміну від електростатичного, магнітне поле діє лише на рухомий електрон. Величина цього впливу (сила Лоренца):

Телебачення , Тобто Телебачення ,

де е - заряд електрона, V - його швидкість, Н - напруга магнітного поля,  - кут між векторами Телебачення і Телебачення . Якщо V = 0, або  = 0, то F = 0. Для  = 90  (поле і швидкість у взаємоперпендикулярних площинах) сила F = F max = eV 1  H, де V 1 - величина складової швидкості електрона, перпендикулярна полю Н.

Під дією сили F електрон рухається по дузі кола з радіусом r (рис. 5.2). Точками показано магнітне поле (перпендикулярний площині малюнка). Доцентрова сила F урівноважена відцентровою силою F цб, яка визначається як Телебачення : Телебачення .

Радіус кола, по якій рухається електрон:

Телебачення .

Складова V 1 швидкості електрона визначається пришвидшує полем U A:

Телебачення , Тобто Телебачення .

Звідси:

Телебачення .

Розглянемо схему відхилення (рис. 5.3). Від т.про до т.В електрон рухається по дузі кола радіуса r, а потім - по прямій (дотичній до цього кола). С - центр кола.

Переміщення променя в площині екрану:

y = L  tg .

Трикутник OEF подібний трикутнику АСВ, тому

Телебачення .

Відхилення променя на екрані кінескопа:

Телебачення .

де l 0 - довжина відхиляє поля (котушки). Відзначимо, що на відміну від електростатичного відхилення, тут відхилення обернено пропорційно Телебачення .

Якщо необхідно, щоб y = kt (пропорційно часу), то напруженість поля Н має змінюватися по складному закону.

Звертає на себе увагу з'являється характерна нелінійність - відхилення променя зростає швидше, ніж струм, тобто якщо струм (ампервіткі) зростає лінійно, то відхилення зростає нелінійно (див. рис. 5.4.) і краю растра розтягуються.

Нелінійна залежність відхилення електронного плями по екрану кінескопа лише для малих кутів може вважатися лінійної, оскільки в цьому випадку Телебачення . Тоді відхилення y:

Телебачення .

Якщо необхідно, щоб y = kt, то поле Н повинно змінюватися у часі:

Телебачення .

Нелінійна залежність відхилення у від напруженості поля Н може значно змінюватися шляхом зміни просторового розподілу відхиляє магнітного поля (неоднакова щільність намотування котушок). Це умовно показано на рис. 5.5 у вигляді змінного перерізу вертикальних кадрових котушок W k, створюють усередині трубки горизонтальне поле Н 1 ​​(отклоняющее промінь у вертикальному напрямку) і горизонтальних рядкових котушок W c, створюють усередині трубки вертикальне поле Н 2 (отклоняющее промінь у горизонтальному напрямку).

Зв'язок між напруженістю поля Н і протікає через котушку з числом витків w струмом i описується інтегралом Ампера:

Телебачення ,

де Н - напруженість поля в Ерстеда (Е), i - струм в амперах (А), l - довжина магнітного шляху в см.

Перетин відхиляє показано на рис. 5.6. Магнітна проникність феромагнітного екрану багато більше проникності вакууму, тому його магнітне опір в сотні разів менше опору всього іншого шляху магнітного потоку. Це означає, що вся намагнічує сила витрачається на проштовхування потоку поза екраном і замість інтеграла по замкненому контуру l можна взяти інтеграл по шляху від А до В усередині трубки (рис. 5.6.):

Телебачення ,

де  - внутрішній діаметр котушки, що відхиляє (діаметр горловини трубки). Для найбільш довгою силової лінії, яка проходить по діаметру горловини ( = 90 ):

Телебачення .

Відповідно, можна записати ампер-витки як функцію кута відхилення променя :

Телебачення ,

Телебачення .

Таким чином, повне число ампер-витків відхилення пропорційно sin кута відхилення.

Для зменшення абсолютного значення струму відхилення має сенс збільшувати кількість витків w. Однак зі зростанням кількості витків зростає індуктивність котушок L, яка пропорційна w 2, а збільшення L веде до зниження швидкодії системи відхилення.

Використовується поняття ефективності системи, що відхиляє, яка представляє собою відношення максимальної потужності, що витрачається на відхилення променя в межах екрану, до ускоряющем потенціалу на другому аноді трубки. Це означає, що для рядкової розгортки повна потужність пропорційна реактивної потужності, тобто магнітної енергії котушки:

Телебачення ,

де L - результуюча індуктивність, I max сГр - амплітуда відхиляє струму, U A - напруга 2-го анода.

Для кадрової котушки:

Телебачення ,

де R - активний опір кадрової котушки.

За рахунок того, що в кольорових кінескопах U A  25 кВ, а в чорно-білих  15 кВ, у них сильно різниться ефективність.

Не слід забувати також про те, що при великій індуктивності і малому час зворотного ходу на котушці виникають великі напруги, що вимагає високої електричної міцності відхиляє. Для прикладу і оцінки величин дамо характеристики двох відхиляють систем - чорно-білого та кольорового.


Параметр

ЧБТ ОС-110Л

для 61 ЛК2Б

ЦТ ОС-110 ПЦ

67 ЛК 110 Ц

 горловини, мм 28,6 29

Індуктивність двох рядкових котушок L  мгн 


3  0,15


0,31  0,02

Активний опір котушок  Ом 

7,8  0,8

1,5  0,12

Прискорююча напруга в зоні відхиляє U A  кВ 


16


25

Амплітуда відхиляє струму

рядкового  А 

кадрового  А 


0,5

0,45


3,0

2,7

Ампервіткі котушок рядкових

кадрових

170

304

460

340

Амплітуда імпульсного напруги зворотного ходу на малих котушок  У 


940


585


5.3. Еквівалентна схема системи, що відхиляє


Різниця в малої й кадрової розгортках за частотою повторення становить 300 разів ( 15 кГц рядки і 50 Гц частота полів). Для задовільного відтворення функції розгортки треба пропускати всі гармоніки до 20-го включно, тобто до 300 кГц в рядкової системі і 1 кГц в кадровій.

Котушку відхилення можна представити у вигляді L k, R k, C k (рис. 5.7), де С до - межвітковой ємність котушки, якою можна знехтувати для кадрової системи і якою не можна нехтувати для малої. Якщо нехтуємо ємністю С к (у разі кадрової системи), то

Телебачення .

Якщо ми виходимо з того, що струм i (тобто і поле Н) змінюються по пилкоподібної законом (лінійний струм від часу), тобто Телебачення , Тоді

Телебачення .

Тут можуть бути два випадки (рис. 5.8):

  1. R K>>  L K, нехтуємо Телебачення . Тоді Телебачення

  2. R K << L K, нехтуємо Телебачення . Тоді Телебачення

У загальному випадку - є і те, й інше: R K   L K.

Видно, що при отриманні пилкоподібної струму на котушці утворюється напруга, що містить пилкоподібну та імпульсну складові.

У загальному випадку будь-яке розгортає пристрій складається з генератора імпульсів (генератор, що задає), каскаду формування керуючої напруги і вихідного каскаду. Каскад формування часто об'єднується з генератором, що задає, який запускається зовнішнім синхроімпульсів.


5.4. Кінескопи чорно-білого зображення


Ці кінескопи (рис. 5.9) випускаються з розмірами екрану по діагоналі від 4 до 67 см, кут відхилення - до 110 .

Екран складається з скляного диска (передній стінки), на ній - люмінофор, на ньому - Al плівка товщиною 0,5 мкм. Al плівка з'єднана електрично з анодом А, вона прозора для електронів з енергією (12-25) кеВ. Плівка захищає люмінофор від руйнування важкими негативними іонами, а також відображає світло, підвищуючи світловіддачу трубки.

Люмінофори складаються з основної речовини і невеликої кількості домішки - активатора. У принципі під впливом пучка електронів світяться дуже багато речовин, проте, при виборі люмінофора доводиться враховувати багато факторів, починаючи від рівня світловіддачі, терміну служби, тривалості післясвічення спектрального складу і закінчуючи число технічними і економічними (доступність, вартість, виділення газів при опроміненні та т . п.). Найбільш часто в якості люмінофорів використовуються сульфіди, силікати, оксиди, фосфати таких металів, як цинк, кадмій, магній, берилій. В якості активаторів додають срібло, мідь, марганець ін

Колір випромінювання люмінофора при бомбардуванні електронами залежить від складу люмінофора. Зазвичай спектральна щільність випромінювання люмінофора являє собою безперервну криву з чітко вираженими піками (мал. 5.9, а). Склад і деякі властивості цих же люмінофорів дані нижче у таблиці.









Тип екрану Колір світіння Максимум спектральної характеристики (нм) Час післясвітіння Люмінофор
А синій 450 короткий Zn S Ag
Б білий 460-570 короткий 0,4 SnS Ag, ZnCdS
І зелений 520-550 короткий

Zn 2 SiO 4 Mn

П червоний 630 середнє

Zn 3 (PO 4) 2 Mn


Під коротким часом післясвітіння розуміється інтервал (10 -5 -10 -2) с, середнім (10 -2 -10 -1) с, тривалим - до 15 с.

У люмінофорі розрізняють разгорание (7  10 -8 с), «горіння» і згасання (післясвічення) - коли яскравість світіння падає до 0,01 від яскравості при «горінні».

Яскравість світіння екрана L залежить від багатьох чинників, але найбільш явно від світловіддачі екрану А (залежить від матеріалу люмінофора), середньої щільності електронів Телебачення в пучку з струмом i л і площею перерізу  S (кросовер) і прискорює потенціалу U:

Телебачення .

При заданій щільності струму пучка яскравість можна збільшити за рахунок U, це вигідно енергетично. Збільшення U веде також до поліпшення фокусування, в той час як збільшення струму пучка веде до зростання його перетину.

Сила світла від елемента випромінювання: I св =  S  L =  S  A  j  U 2 = A  i л  U 2.

Можна записати: I св = A 0  i л  U, де A 0 = A  U.

Іншими словами, сила світла від елементарної площадки люмінофора пропорційна добутку A 0  P л, де P л - потужність електронного пучка: I = A 0  P л,

а величину Телебачення називають коефіцієнтом світловіддачі люмінофора. Для звичайних люмінофорів, у яких у світ перетворюється в середньому  5% енергії променя, коефіцієнт світловіддачі екрана становить (2  3) кд / Вт, а для алюмінований екранів він доходить до (3  5) кд / Вт.

При частоті кадрів f до вище критичної частоти мигтіння удавана яскравість світіння екрана визначається як середня яскравість за період її зміни Т к = 1 / f к (закон Тальбота):

Телебачення .

У разі безінерційного екрану кожна точка дає постійну яскравість L протягом часу опромінення  з періодом повторення Т к, так що здається яскравість:

Телебачення ,

де N - кількість елементів зображення. У дійсності яскравість кожної крапки екрана наростає і падає по експоненті. Під час росту:

Телебачення ,

де а 1 - постійна часу, L - гранична встановилася яскравість. За час опромінення яскравість збільшується до значення L () = L (1 - e - a 1 ), а потім спадає також по експоненті з постійною часу а 2:

Телебачення .

Тоді середня яскравість (здається):

Телебачення .

Зазвичай а 1  а 2. Хоча інерційність нічого не дає в сенсі збільшення середньої яскравості, вона в принципі дозволяє знизити критичну частоту мигтіння, тобто і частоту кадрів. Допустима інерційність обмежується можливістю змазування рухомих зображень. Щоб цього не було, треба, щоб залишкове світіння до початку наступного кадру не перевищував 5%.

Однією з найбільш важливих характеристик кінескопа є модуляційна (світлова) залежність середнього струму (рис. 5.10), тобто і яскравості екрана, від напруги між модулятором і кадром, яка виражається степеневою функцією:

Телебачення ,

де  кин - показник ступеня, рівний для різних трубок від 2,5 до 3. Напруга сигналу зображення:

U c max = - U mo - (U m max) = U m max - U mo,

де U m max - величина напруги, де забезпечується найбільша яскравість екрану L max.

Світлова характеристика кінескопа практично знімається як залежність струму катода від напруги між катодом і модулятором, тому що струм променя мало відрізняється від струму катода, а вимірювати струм променя значно складніше.

Іноді модуляційної характеристики дають у логарифмічному масштабі:

lg L =  кин lg Uc.

Найважливішим показником якості вторинного (телевізійного) зображення є контраст зображення і дозвіл (величина елемента при синтезі).

Контраст, як раніше говорилося, - відношення яскравості найбільш світлих ділянок до найбільш темним, тобто

Телебачення .

Якщо L max визначається яскравістю при порушенні люмінофора, то

L min = L внутр + L ор + L ш + L зовн,

де L внутр - внутрішня засвічення екрану, L ор - яскравість ореолу, L ш - шумова підсвічування, L зовнi - зовнішнє підсвічування екрану.

Найбільш істотною виявляється L зовн, що досягає (0,01 - 0,02) L max Разом з тим серйозний внесок вносить також ореол.

При бомбардуванні електронами люмінофор порушується, причому найбільш порушеними виявляються шари люмінофора, звернені всередину трубки. З-за поглинання в товщі люмінофора в прямому напрямку виходить менший світловий потік, ніж у зворотному (рис. 5.11). Більше того, крізь лицьове скло проходить лише частина цього потоку - назовні пройдуть лише ті промені, які йдуть зсередини під кутами меншими  перед - кута повного внутрішнього відображення, величина якого залежить від ставлення заломлення середовищ на кордоні. При n = 1,54 (скло колби)  перед = 41 , і проходить тільки 0,42 від початкового світла в напрямку глядача, а 52% - втрачається. Це для випадку повного оптичного контакту зерен люмінофора зі склом. Насправді цього немає, і для зерен, які не мають оптичного контакту зі склом, не буде явища повного внутрішнього відображення, а будуть втрати як від плоско-паралельної пластинки, тому практично втрачається тільки (15-20)%.

Частина світлового потоку, що не проходить до спостерігача, після повторних віддзеркалень усередині трубки може знову потрапити до спостерігача.

Світлові промені, зазнали повне внутрішнє віддзеркалення, повертаються до спостерігача на відстані R ор = 2d tg  перед. Через дифузного відбиття шаром люмінофора з'являється другий ореол і т.д., тобто з'являється серія розмитих кілець діаметрами 2R ор, 4R ор, 6R ор і т.д. Найбільшу яскравість має перше кільце, іншими можна знехтувати.

Явище ореолу знижує чіткість і контраст у деталях. Так, контрастність у деталях може впасти до 20 при загальному контрасті  100.

Найбільш ефективним засобом підвищення оптичних властивостей кінескопа з'явилося використання Al екранів (покриттів). Покриття виконує роль відбивача, що направляє назовні світловий потік, спочатку йшов усередину трубки. Введення екрану підвищує оптичну ефективність в (1,5-2) рази. Крім того, екран покращує тепловий режим люмінофора, захищає його від негативних іонів.

Суттєвим чином на підвищення контрасту кінескопа позначилося використання димчастого скла (нейтральний фільтр) у ролі особового скла кінескопа. Це скло ефективно послабляє вплив ореолу і зовнішнього засвічення. Корисна частину світлового потоку F n послаблюється на шляху d, а промені ореолу проходять шлях (1 + 2/cos  перед), тому якщо коефіцієнт пропускання для F n становить  n, то для F ор:

Телебачення .

Для  = 0,5,  ор = 0,08, тобто ореол послаблюється більш ніж у 5 разів.

Димчасте скло послаблює і зовнішню засвічення - корисний потік проходить через скло один раз, а зовнішній світ - двічі (туди і назад).

Оптичні показники деяких чорно-білих кінескопів наведені в таблиці.



Тип кінескопа


b

мм


h

мм

Радіус екрану R е.

мм


n


L max

кд / м 2

Контраст З

N Г, ліній

в центрі на краях
16 ЛК 1Б 120 98
0,45 100 100 600 550
47 ЛК 2Б 384 305 1219 0,46 120 100 600 550
59 ЛК 3Б 489 385 1012 0,42 120 150 600 550
65 ЛК 1Б 530 416 1219 0,39 150 150 600 550

Додамо деякі технічні подробиці для трубки 59 ЛК 3Б (розмір діагоналі 59 см). Довжина трубки 370 мм, вага - 16 кг, кут відхилення - 110 , струм пучка - 350 мкА, що замикає напруга модулятора  80В, розмах сигналу в ланцюзі модулятора  45В, напруга анода  20кВ.


5.5. Трипроменевою кольоровий кінескоп


Кольоровий кінескоп дозволяє відтворювати кольорове зображення. Існує кілька різновидів кольорових кінескопів

 - видатний кінескоп - найбільш поширений в даний час кінескоп (ріс.5.12). Він містить 3 прожектора (1), які розташовані в вершинах трикутника (звідси назва), а також триколірний точковий (мозаїчний) екран 3 і тіньову маску 2. Для створення кольорового зображення використовується метод просторового змішування кольорів.

Елементами екрану 3 служать тріади гуртків ( 0,45 мм) люмінофорів, світіння яких відповідає основним кольорам: червоного (R), зеленого (G) і синього (B), призначених для синтезу елемента зображення будь-якого кольору. Через малість розміру тріади око сприймає результуючий колір у відповідності зі ступенем порушення кожного з люмінофорів. Число тріад на екрані відповідає числу елементів розкладання (номінальному).

Перед екраном на відстані  12 мм розташована металева (сталь) маска 2 з отворами, які розташовані навпроти кожної тріади. Маска сферична, товщина 0,15 мм, діаметр отворів 0,3 мм. Маска забезпечує попадання кожного променя на «свій» люмінофор, що дозволяє забезпечити незалежне збудження люмінофорів у тріаді. Істотно, що маска формує з кожного пучка електронів достатньо вузький електронний промінь, діаметром не більше гуртка люмінофора. Оскільки формування відбувається за рахунок вирізання частини пучка (діафрагмування), це різко зменшує корисний струм променя і знижує світловіддачу. Прожектори 1 розташовані в горловині трубки в вершинах рівностороннього трикутника. Осі прожекторів складають з віссю трубки кут  1 . Промені сходяться в площині тіньової маски 2, проходять через отвори, потім знову розходяться по вершинах тріади.

На горловині колби знаходяться також зовнішні вузли: відхиляюча (розгортає) система 4, регулятор радіального зведення променів 5, магніт чистоти кольору 6 і магніт синього променя 7.

Відхиляє розгортає одночасно всі три пучки.

Регулятор радіального зведення променів 5 призначений для статичного (в центрі екрану) і динамічного (по полю зображення) відомості променів. Він складається з зовнішніх магнітів М св, що працюють спільно з полюсними наконечниками 8, розташованими всередині колби. Магніт М св намагнічений по діаметру, тому в залежності від його кутового положення між полюсними наконечниками створюється поперечне магнітне поле різної величини, яке і «підвертає» електронний пучок у радіальному напрямку. Спільної регулюванням магнітів М св домагаються статичного відомості пучків.

Через неточності збірки трубки може виникнути необхідність зміщення одного з променів в тангенціальному напрямку. Для цього переміщують «синій» промінь магнітом 7. Поле цього магніту направлено вздовж радіуса колби, тому синій промінь зміщується по колу.

Статичний зведення променів в центрі екрану не забезпечує їх збігу в отворах маски, віддалених від центру. Для динамічного інформація слугує котушки До 1 і К 2 електромагнітів радіального відомості, через які пропускаються струми спеціально підібраної форми, які змінюються одночасно з відхиляють струмами. Екрани 9 зроблені для автономізації регулювання пучків.

Через неточної збірки кінескопа в цілому може виникнути необхідність зведення геометричних осей електронних прожекторів з віссю кінескопа. Для цього використовується кільцевий магніт 6 (намагнічений по діаметру).

Кожен з трьох прожекторів має роздільні висновки катодів, модуляторів, що прискорюють і фокусуючих електродів. Тіньова маска з'єднана гальванічно з другим анодом А.

Для трубки 61 ЛК 4Ц (типовий кінескоп для кольорових телевізорів):

  • негативна напруга, що замикає промінь - (100  190) У;

  • прискорює напруга (250  750) У;

  • фокусує напруга (4,7  5,5) кВ;

  • повне прискорює напруга  25 кВ

Яскравість екрану в білих місцях  110 кд / м 2, дозвіл 550 мм по вертикалі і 450 - по горизонталі. Контраст  120, число градацій яскравості  8,  кін = 2,6  3,3, напрацювання на відмову  10 квітня годину.

У масочний трубках подібного типу 80% струму кожного з пучків затримується маскою, що веде до зменшення яскравості. Для досягнення бажаної яскравості доводиться збільшувати струми променів до 1,5 мА і підвищувати прискорює потенціал до 25 кВ. При цьому з'являється рентгенівське випромінювання, для зменшення якого використовують важке скло для колби (добавки Pb, Sr 90).

Наявність трьох незалежних прожекторів призводить до проблеми отримання білого у всіх діапазонах яркостей. Причина цього - розкид модуляційних характеристик кожного з прожекторів (рис. 5.13).

Для підгонки яркостей («баланс білого») змінюють прискорюють напруги променів, щоб поєднати напруги відсічки. Однак, цього мало - нахили модуляційних характеристик різні, тому регулюють також коефіцієнти підсилення підсилювачів яскравості сигналів.

Кольоровий кінескоп з лінійним розташуванням прожекторів.

Недостатня яскравість екрану, складність настройки, складна технологія змусили шукати інші варіанти конструкцій кінескопів. Один з них - лінійне (планарної) розташування електронних прожекторів.

Екран має штрихову структуру у вигляді тонких вертикальних смужок чергуються люмінофорів R, G, B. Перед екраном знаходиться металева цветоделітельная маска з вертикальними щілинами і горизонтальними перемичками (для міцності).

Пучок зеленої прожектора спрямований по осі кінескопа і створює симетричний растр, що не потребує зведення. Прожектори R і B розташовані симетрично щодо прожектора G і знаходяться з ним в одній площині («планарність»). Симетрія дає можливість мати однакові спотворення, що спрощує зведення променів в динаміці.

Яскравість світіння тут вище, ніж в мозаїчних кінескопах, тобто щілинна маска більш прозора, ніж маска з круглими отворами. Зрушення будь-якого пучка у вертикальному напрямі не викликає спотворень, тому що пучки не сходять зі «своїх» смужок люмінофорів.

Планарні кінескопи дозволяють робити системи самосведенія пучків, що неможливо в мозаїчній. Для цього підбирають форму відхиляють котушок і щільність витків в них так, що котушка горизонтального відхилення створює «подушку», а вертикального - «бочку». Після налаштування котушки приклеюють до колби.

Такі кінескопи випускаються з кутом відхилення 90  і 110 . Наприклад, кінескоп 32 ЛК 1Ц: замикаючий напруга - (50  100) У, фокусує напруга (2,5  5,5) кВ, що прискорює потенціал 18 кВ. Яскравість - 150 кд / м 2, нерівномірність  40% по полю зображення, контраст  60, дозвіл складає 350  350.

Інша модель планарного кольорового кінескопа (51 ЛК 2Ц) забезпечує яскравість в білому до 250 кд / м 2 при струмі катодів  1мА, напрузі анода 25кВ. Дозвіл досягає 450х450 елементів.

Згадаємо ще один різновид кольорового кінескопа - однопроменевий хроматрон. Екран трубки має лінійчату структуру переміжних люмінофорів, перед якими розташовується цветокоммутірующая сітка (рис. 5.14). Смужки люмінофора розташовуються вертикально в послідовності RGBGRGBGRGBG ... Ширина смужок R і В становить 0,2 мм, смужка G має ширину 0,1 мм. Один елемент кольорового зображення утворює RGBG.

Екран трубки алюмінований і з'єднаний з анодом, що знаходиться під напругою 15 кВ відносно катода. Перед екраном на відстані 20 мм натягнуті вертикальні дротяні струни  0,036 мм з кроком 0,3 мм, так що непарні струни поміщені перед смужками червоного люмінофору, а парні - перед синіми. Всі парні струни з'єднані разом (один висновок цветокоммутірующей сітки), а всі непарні також з'єднані і мають висновок. Якщо напруга на секціях сітки однакові (слабко негативні), то електронний промінь прожектора проходить між струнами і потрапляє на зелений люмінофор (рис. 5.14), а при певній напрузі в залежності його знака промінь потрапляє або на червоний, або на синій люмінофор. Сітка в цілому має досить велику ємність, тому протягом одного рядка потенціал сітки не змінюється, а змінюється лише один раз за три рядки растра, тобто утворюються послідовно три рядки однакового кольору (інтенсивність кожної з них залежить від сигналу на модуляторі) - червона, зелена, синя. Виходить просторове змішання квітів, але з втратою колірної чіткості в 3 рази. При кількості струн 400 горизонтальна чіткість складає  300 рядків.

Подібний кінескоп (хроматрон 25 ЛК 1Ц) при яскравості 200 кд / м 2 вимагає струм променя 200 мкА, прискорює потенціал дорівнює 5 кВ. Потенціал комутаційної сітки  200 В, що при частоті комутації 15 кГц: 3 = 5 кГц вимагає потужності 1 Вт.


Телебачення


Телебачення


Телебачення





Телебачення


6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕВІЗІЙНОГО СИГНАЛУ


6.1. Просторові частоти зображення


Для детального розгляду телевізійного сигналу, зокрема, його найважливішої характеристики - спектрального складу - зазвичай використовується спектральний аналіз. Доцільність такого підходу пояснюється тим, що вихідне оптичне зображення являє собою поле освітленості, розподілений по площині. Просторове уявлення цього поля, в тому числі і у вигляді рядів Фур'є, має більш універсальний зміст, ніж тимчасове подання. Це легко видно, наприклад, з того факту, що неминуче наявність просторових апертур у будь-якої телевізійної системи, навіть у разі відсутності переміщаються апертур, позначається на дозволі, частотному діапазоні сигналу і т.д. Для багатодротової системи, де немає тимчасової розгорнення, просторова апертура визначається наявністю осередків у світлочутливої ​​матриці на передавальній стороні і відтворюючої матриці на приймальні.

Друге зауваження пов'язане з тим, що розкладання в ряди Фур'є проводиться тільки для періодичних функцій, тобто строго кажучи, сумою членів ряду можна замінити тільки нескінченно повторювану послідовність незмінних зображень, повністю ідентичних миттєвому зображенню кадру. Насправді цього немає, проте з огляду на досить низькі частоти просторових змін до переданої сцені, які можуть сприйматися візуально-аналітичною системою людини (2  5Гц), можна принаймні кілька кадрів ( 5) вважати принципово незмінними. Саме на цьому грунтується використовуваний нижче підхід, який виходить з зчитування нескінченно-довгою просторової картини, що має просторовий період, що дорівнює довжині кадру b, на яку накладено вертикальна послідовність з довжиною хвилі h.

Отже, розглянемо нерухоме нескінченно повторюється зображення, один з фрагментів якого (кадр) показаний на рис. 6.1. у вигляді поля освітленості E (x, y).

Вздовж прямої, що проходить через точку (x, y) і паралельної осі х, будь-яка функція оптичної неоднорідності може бути записана через ряд Фур'є:

Телебачення ,

де  m - довжина m-ої просторової хвилі в напрямку х,

m - фаза m-ої складовою ряду,

Е у - поточна амплітуда m-ої складової, тому що вона залежить від координати у.

На довжині екрану b укладається «m» просторових довжин хвиль освітленості (яскравості), тому що мірою взяли величину b, тобто  mm = b. Тоді можна записати:

Телебачення .

Ясно, що m ліворуч дорівнює 0, а праворуч одно , тобто не обмежена.

Величина E m (y) сама може бути розкладена в ряд за координатою:

Телебачення ,

де  n = Телебачення - Просторова довжина хвилі яскравості в напрямку у,

E  mn - амплітуда n-го компонента по висоті (у напрямку у),

n - фаза цього компоненту.

Підставимо:

Телебачення

Телебачення ,

де Телебачення .

Оскільки при фіксованому m складові, які містять n в аргументі перший косинусоидальной залежності в останньому виразі змінюються від 0 до + , а в аргументі другий - від 0 до - , то їх можна об'єднати в одну косінусоідальное послідовність з межами підсумовування від -  до +  . Фаза теж буде сумарною:  mn =  m +  n (з урахуванням того, що в ряді, де -   n  0 вона вираховується з  m, але cos - парна функція). Тоді:

Телебачення ,

або в комплексній формі Телебачення :

Телебачення ,

де Телебачення .

Видно, що тут у перший ряд підсумовується в межах -   m  .

Таким чином, будь-яке зображення може бути представлено у вигляді суми косінусоідальное хвиль з -   m = Телебачення   і -   n = Телебачення  . Зміст зображення визначає амплітуди E mn і фази  mn компонентів ряду.


6.2. Просторова фільтрація зображення

(Фільтрація просторового спектра зображення)


Оскільки в електричний сигнал перетвориться світловий потік, що проходить через весь елемент розкладання (або відбите від всього елемента зображення), то корисно ввести функцію прозорості апертури, яка враховує кількість проходить через нього. Саме це світло і утворює сигнал.

Для квадратної апертури (диск Ніпкова, прилади із зарядним зв'язком ПЗЗ) прозорість рівномірна по всій площі апертури:  (x , y ) = 1 (рис. 6.2, а). Це ж справедливо для круглих отворів (діссектор) в межах площі цього отвору  S:

Телебачення ,

де x , y  - координати точок апертури щодо її центру 0  (рис. 6.2, б).

Для електронного комутуючого пучка прозорість еквівалентна щільності електронного пучка, розподіл якої описується гауссових законом (рис. 6.2, в):

Телебачення

Тут r e - умовний радіус, де щільність електронів падає на «е» раз.

У дійсності прозорість осередку ПЗЗ скоріше можна вважати не кубом, а трапеціоідальним паралелепіпедом (усічена піраміда) (рис.6.2, г).

У принципі слід говорити про інтегральної прозорості всієї апертури (обсяг прозорості):

Телебачення .

тому що в лінійному фотоелектричному перетворювачі через апертуру проходить світловий потік

Телебачення .

де x, y - координати центру апертури.

Якщо спектральна чутливість фотослоя однакова по всій площі апертури  S, то струм сигналу:

Телебачення ,

Якщо освітленість зображення в межах площі  S постійна і дорівнює Е о, то Телебачення .

Передача кордону освітленості. Нехай освітленість Е змінюється стрибком від 0 до Е о. Тоді поточне значення сигналу (поточної координатою є х):

Телебачення ,

де Телебачення - Обсяг прозорості освітленої частини апертури.

Вводять поняття перехідної апертурной характеристики, яка визначається відношенням поточних значень сигналу (або прозорості) до їх сталим (граничним) значень. Це ставлення змінюється зі зміною координати центру апертури:

Телебачення .

Розглянемо випадок, коли в т. х = 0 освітленість змінюється стрибком від 0 до Е о (рис.6.3, а). Візьмемо перетин апертури на відстані х  від її центру (щілина з розмірами 2r x  dx ). Тоді прозорість:

Телебачення .

Для симетричного розподілу:

Телебачення .

Наприклад, нехай апертура - квадрат d  d. d  dx  - щілина з розмірами d, dx . Тоді (рис. 6.3, б)

Телебачення .

Стале значення прозорості  o = d 2, тому

ТелебаченняТелебачення .

Видно, що перехідна характеристика для прямокутної апертури, що переміщається так, що її сторона залишається паралельної кордоні освітленості, має лінійний характер (рис. 6.4, а).

При будь-якій іншій орієнтації прямокутної апертури характеристика буде нелінійною. Для круглої апертури діаметром d апертурная перехідна характеристика (рис. 6.4, б):

Телебачення .

Характеристика у т.про має максимальну швидкість наростання, тому що вона пропорційна поточної довжині хорди апертури.

Якщо в телевізійній системі є дві скануючих системи - передає і відтворювальна, то результуюча перехідна характеристика стане ще гірше.

Таким чином, нескінченно вузька межа двох різних за оптичної щільності (яскравості, освітленості) областей зображення, тобто стрибок освітленості  Е, розтягується щонайменше на розмір апертури, тобто погіршується чіткість. У цьому сенсі апартурні спотворення за своїми результатами подібні расфокусірованію зображення через об'єктива.

Якщо прозорість розподілена по Гауса, то (крива 6.4, в):

Телебачення

Для цього випадку H (x) простягається в обидві сторони нескінченно, проте за кордону перехідного процесу беруть 2r e (0,08 і 0,92 від  о).

Якщо є дві однакові гаусові апертури, то виходить в підсумку як би одна характеристика з гауссових законом (крива 5) та умовним радіусом r s = Телебачення r e. Відповідно, в Телебачення разів збільшується і протяжність перехідної кривої:

Телебачення .

Апертурной-частотна фільтрація. Ясно, що при збільшенні довжини кордонів переходів освітленості повинна мінятися також частотна просторова характеристика зображення. Грубо кажучи, якщо ми обмацуємо просторовий рельєф якимось «товстим щупом», то верхні частоти (дрібні деталі зображення) будуть загублені. Для аналітичної запису цього факту розглянемо просторове поле, яке залежить від однієї координати х:

Телебачення .

Тут виділена нульова частотна складова (середня або постійна освітленість Е о) гармонійного розкладання і вона винесена за знак підсумовування, тобто на неї розділені амплітуди всіх гармонік, так що:

Телебачення - Глибина модуляції m-го компонента (амплітуда m-го компонента щодо постійної складової).

Подібно розглянутому раніше, можна показати, що лічений сигнал

Телебачення .

Співмножник U / m визначає апертурне-частотну характеристику скануючого пристрою. Для прикладу розглянемо апертурне-частотну характеристику для квадратної апертури d  d. Зазвичай беруть не U / m, а U m, який відрізняється іншим напрямом х, тобто Телебачення . Тоді для квадратної апертури

Телебачення - Крива 1 (рис. 6.5).

Для гауссовой апертури:

Телебачення (Крива 2).

Крива 1 перетинає вісь абсцис при цілочисельних d /  m, убуваючи по амплітуді. Крива 2 осі абсцис не перетинає. Фізично це пов'язано з тим, що «щуп» у вигляді електронного пучка з щільністю електронів за законом Гауса не має плоскої частини і є «ще більш гостра частина», яка відчуває все більш і більш дрібні деталі.

Зрозуміло, що ідеальне значення U m - горизонтальна пряма з ординатою 1,0. При двох діафрагмах (передача-прийом) апертурне-частотна характеристика визначається квадратом U m. Якщо є дві апертури, то виходить крива 3, якщо дві гауссових - крива 4.

Можна стверджувати, що кінцеві розміри апертур зрізають частину верхніх просторових частот, тобто число компонентів просторового спектру обмежено заданою глибиною модуляції. Це еквівалентно тому, що введення апертури створює фільтр просторової частоти.

У будь-якому випадку, як говорилося, це дає зменшення чіткості зображень, що можна виразити кількісно.

Роздільна здатність телевізійної системи оцінюється кількістю напівперіодів Телебачення просторової частоти, що відтворюється з глибиною модуляції, більшою ніж поріг (відліковим рівень)  про (див. рис. 6.5).

У силу принципу прогресивного розкладання зображення поздовжнє (вздовж рядків) дозвіл визначається також смугою частот в каналі зв'язку (крива 5). Якщо ця смуга частот має прямокутну форму, тобто гранична просторова частота Телебачення , Де  = 2  - період зміни яскравості, то це, в свою чергу, апроксимується розподілом прозорості в такій апертурі види:

Телебачення .

Поперечний дозвіл визначається дискретністю растра, тобто за рахунок рядкового розкладання, і цей дозвіл зазвичай буває менше поздовжнього. Якщо збільшувати число рядків, то і поперечне дозвіл наближається до того, що визначається апертурной фільтрацією.


6.3. Частотний спектр сигналу зображення


Не будемо звертати увагу на час зворотного ходу розгортки та її нелінійність. Тоді координати переданих елементів змінюються в часі лінійно:

Телебачення ,

де V x - швидкість сканування по х; b - максимальний горизонтальний розмір; z - повне число рядків в кадрі; f k - частота кадрів; h - вертикальний розмір кадру; V y - швидкість зміни координати у при розкладанні.

Лічені сигнал у часі: i (t) = c E (x, y), де Е - освітленість.

Було:

Телебачення .

Так що:

Телебачення .

Доданки в круглих дужках:

Телебачення - Має розмірність частоти. Можна назвати:

f гр = Z  f k - частота горизонтальної розгортки,

f вр = f k - частота вертикальної розгортки.

Тоді лічений струм можна представити у вигляді гармонік:

Телебачення .

Цей вираз визначає спектр телевізійного сигналу. Видно, що він має дискретний характер і містить гармоніки з номерами 0  m  , кратні частоті горизонтальної розгортки, біля кожної з яких групуються гармоніки з номерами -   n  , кратні частоті вертикальної розгортки.

В окремому випадку, коли освітленість змінюється тільки по вертикалі (горизонтальні смуги), в спектрі зберігаються лише n-ті гармоніки вертикальної розгортки f = n  f вр. Хоча теоретично n max = , апертурная фільтрація робить кількість гармонік n невеликим, та й величина f вр невелика. Якщо ж освітленість поля зображення змінюється тільки по горизонталі (вертикальні смуги), в спектрі не буде n-их гармонік, а лише одні m-ті. Так як f гр = zf вр, то й гармоніки mf гр простягаються далеко по осі частот.

У загальному випадку, коли освітленість змінюється по горизонталі і по вертикалі, спектр сигналу групується навколо нульової, першої, другої і т.д. гармонік f гр (рис. 6.6). Огинаюча цих гармонік залежить від розподілу освітленості вздовж рядків.

Огинають бічних спектрів залежать від розподілу освітленості в поперечному (вертикальному) напрямку.

Оскільки ставлення f гр і f вр визначається структурою растра і одно z, то між двома гармоніками f гр може розташуватися 2z гармонік частоти вертикальної розгортки. Однак якщо z мало або якщо n (реально враховується кількість вертикальних гармонік) велике, то може вийти накладення бічних гармонік, які співпадуть для n - позитивного крила спектру гармоніки горизонтальної розгортки з (n +1) - негативним крилом спектру наступної гармоніки горизонтальної розгортки (рис . 6.7). Як видно з малюнка, відбулося накладання частот за рахунок перекриття бічних, тобто на одній і тій же частоті йдуть сигнали різних компонентів (горизонтальних і вертикальних):

f = mf cгр + n 1 f k = (m +1) f cгр - n 2 f k.

Якщо є ще більш далеке перекриття, то

f = m i f cгр + n k f k = mf cгр + n l f k.

Накладення бічних складових створює своєрідні сторонні зображення (муар).

До цього розглядалися нерухомі зображення. Передача рухомих зображень супроводжується амплітудної модуляцією гармонійних складових (горизонтальних і вертикальних), що додає у спектрі ще додаткові бічні складові (навколо всіх гармонік). Ширина цієї добавки не перевищує  3 Гц на кожну складову (далі не треба, бо не сприймає око в силу своєї інерційності).

6.4. Смуга частот телевізійного сигналу


Як вже говорилося раніше (гл. 1), смуга просторових частот однозначно пов'язана з кількістю елементів розкладання, а реальний спектр залежить від конкретного зображення (сюжету), що передається по ТВЗ.

Нижча частота спектра f H визначається мінімальною просторової частотою, яка визначається максимальними деталями зображення. Очевидно, що така деталь може займати майже весь екран і її тимчасова частота складає f K, тобто потрібно весь час кадру Тк, щоб її передати:

Телебачення .

Найпростіше передається зображення - дві горизонтальні смуги (чорна і біла) однакової ширини і з синусоїдальним «перетином по яскравості» (освітленості), рис. 6.8.

Тут в принципі тільки одна гармоніка, не рахуючи постійної складової, тому що освітленість не може бути менше 0.

Більш складна картинка спектру навіть за умови все тих же двох смуг (біла і чорна) виходить, якщо смуги мають більш різкі кордону і (або) смуги мають різну ширину.

У сучасних телевізійних системах застосовується тільки чересстрочная розгортка (див. слід. Розділ), при якій частота кадрів в два рази нижче за частоту полів (напівкадрів). У цьому випадку найбільш просте зображення, що допомагає нижню частоту, повинно бути таким, щоб протягом першого полукадра поле зображення було світлим, а протягом другого - темним (або навпаки). Практично такий випадок реалізується у вигляді горизонтальних смуг шириною в один рядок, розділених такими ж темними проміжками.

Очевидно, що висловлені міркування щодо нижніх частот сигналу будуть справедливі і для вертикальних смуг - мінімальна (і єдина) частота телевізійного сигналу, відповідна однієї темної і однієї світлої вертикальній смузі, які мають синусоїдальний «перетин» освітленості, дорівнює першому гармоніці малої частоти. У міру збільшення кількості смуг і (або) різкості буде зростати кількість гармонік малої частоти.

У будь-якому випадку істотно підкреслити, що низькі частоти спектру телевізійного сигналу несуть інформацію про розподіл яскравості по великих деталей зображення, а високі - про дрібних деталях зображення, в тому числі і про контури (кордонах) великих деталей.

Вища частота спектра f B відповідає мінімальному елементу зображення, за якої прийнятий квадрат зі стороною, рівною ширині рядка Телебачення . Перша гармоніка при зчитуванні таких дрібних деталей (елемент + пропуск): Телебачення , Де k - формат зображення. Для відтворення найдрібніших деталей досить передавати тільки першу гармоніку, визначальну середню величину яскравості цих деталей, тому що око майже не помічає спотворення розподілу яркостей у межах малого елемента. Ця частота і є найвища складова спектру телевізійного сигналу.

Частина рядків растра губиться на зворотний хід кадру ( z), так що активне (дійсне) кількість рядків зменшується до z (1 - ). Зміна співвідношення між прямою і зворотною частиною періоду кадру позначається на реальній чіткості по вертикалі за рахунок зменшення числа рядків розкладання. У той же час зворотний хід кадру (його час) не впливає на швидкість руху розгортає променя, тобто не міняє ні верхній, ні нижньої меж смуги частот.

Тривалість прямого ходу по рядку за рахунок зворотного ходу по рядку при заданому періоді рядків зменшується на час  T СГР, тобто в дійсності

Т СГР АКТ = Т СГР (1 - ).

Вважаючи, як і раніше, розмір елементів розкладання однаковим по вертикалі і горизонталі і рівним Телебачення , Отримаємо: Телебачення . Враховуючи, що Телебачення , Телебачення знайдемо:

Телебачення .

У нашому телевізійному стандарті розкладання обрано:

 = 0,08, тобто 50 рядків - на зворотний хід кадру (z = 625),

 = 0,18, тобто t СБР = 11,52 мкс при Т стор = 64 мкс, Т сГр акт = 52,48 мкс.

Коефіцієнт  визначається наступними міркуваннями. У горизонтальному напрямку мінімальний розмір елемента дорівнює товщині рядки, а у вертикальному напрямку (поперек рядків) така ж деталь може відтворюватися або одним рядком (коли центр цієї деталі збігається з центром рядка растру), або двома рядками (коли центр деталі лежить посередині рядків), тобто чіткість по вертикалі не є постійною величиною і становить від 1 до 0,5 від величини чіткості по горизонталі. Щоб кілька вирівняти чіткості по обох напрямках, чіткість по горизонталі зменшується за рахунок смуги частот у  разів. Практично смуга зменшується в 1,1 - 1,2 разів.

Якщо підставити в останню формулу  = 0,82, z = 625, f k = 50 Гц, обрані виходячи з просторової і тимчасової характеристик зору, отримаємо:

Телебачення МГц.



6.5. Черезрядкова


Як було показано, смуга частот телевізійного сигналу простягається від 50 Гц до 12 МГц. Обробка сигналів в такій смузі важка, тому представляє інтерес кулі її зменшення. Реально можна зменшити частоту кадрів, проте, щоб не було мигтіння, можна зробити кадр у вигляді двох полів (полів), в кожному з яких 312, тобто z / 2 рядків. Це допустимо, тому що око помічає частоту мигтіння насамперед для великих деталей, а для двох близько розташованих крапок (елементів), яскравість яких змінюється від нуля до максимальної, обидві точки здаються світяться безперервно, якщо сума частот їх яскравості мигтіння вище критичної. Тобто для дрібних деталей гранично низька частота мигтіння зменшується практично вдвічі.

Рядки полуполе чергуються - 1 полукадр містить непарні рядки, II - парні. Для виконання цього кількість рядків у кадрі має бути непарною: z = 2m + 1 (для нашого стандарту m = 312), крім того, повинна бути жорстка зв'язок частот: Телебачення , Тобто Телебачення . Це співвідношення забезпечується синхрогенератор передавача.

У принципі можна брати чересстрочную розгортку і з більшою кратністю, ніж 2:1, наприклад, 3:1, або 4:1. Проте тут вже стає помітним мелькання, зменшується чіткість об'єктів, що рухаються у вертикальному напрямі.

Для будь-якого черезрядкового розкладання є ефект «ковзання рядків» - поки промінь креслить поточний рядок, його яскравість максимальна, а яскравість попереднього рядка, прокресленою в попередньому полі, має спадаючий характер. Цей ефект мало помітний при кратності 2:1, а при великій кратності позначається дуже сильно.

До цього можна додати, що периферійний зір менш інерційно, тому при спостереженні ТБ зображення з близької відстані (коли великий кут зору і бере участь периферія очі) стає помітним мелькання при прийнятих у нас частотах (f k = 25 Гц). Встановлено, що справжня 625-рядкова розгортка (не чересстрочная) по чіткості еквівалентна 900-рядкової з чересстрочной принципом.

Чересстрочной (будь-яке) розкладання вимагає нецілого відносини частот:

Телебачення , Z - ціла частина (ціле число рядків у полі)  - дробова частина: Телебачення .

У загальному випадку:

За перше поле (z + ) рядків

за два поля 2 (z + ) рядків

за W полів W (z + ) = Wz + W  = z 0 - повна кількість рядків у кадрі, після чого цикл закінчується.

Оскільки z 0 і Wz - цілі числа, то й W  повинно бути цілим.

Якщо звернутися знову до спектрального складу ТБ сигналу, то в разі черезрядкового розкладання на інтервалі між гармоніками малої частоти укладається не z 0 частот кадрової розгортки, а z +  інтервалів і при перекритті бічних спектрів їх гармонійні складові перемежовуються. Тобто збільшення в W разу часу передачі кадру (W полів в кадрі) супроводжується ущільненням в W раз частотного спектру сигналу. У випадку Телебачення гармоніки з нижнього бічного спектру (m + 1)-ої гармоніки малої частоти розташовуються рівно посередині між складовими верхнього бічного спектру m-ої гармоніки рядкової розгортки, тобто лінійчатий частотний спектр сигналу в цілому ущільнюється в 2 рази.


Телебачення


Телебачення


7. СИНХРОНІЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ РОЗГОРТКИ


Процеси розгортки на передавальної і приймальної стороні телевізійної системи повинні бути синфазними, тобто повинен скануватися один і той же елемент зображення - передається і відтворюється. У принципі синфазность не обов'язково означає синхронність, тобто однакові частоти рядків і кадрів. Частоти можуть бути кратними, проте в дійсності процеси аналізу і синтезу йдуть (проводяться) і синфазно, і синхронно.


    1. Методи синхронізації


Автономна синхронізація означає незалежну синхронізацію передавальної і приймальної сторони, які якимось чином спочатку встановлені.

При автономній синхронізації (два незалежних генератора) виходять практично нездійсненні вимоги до стабільності частоти обох генераторів. Зазвичай задана та відносна частина рядка , зсув на яку стає помітним, що еквівалентно проміжку часу   t стр, де t стр - тривалість рядка. Очевидно, що сумарне відносне розбіжність за час спостереження Т н не повинно перевищувати:

Телебачення .

При  = 0,01 (що вже помітно), t стр = 64 мкс і Т н = 1 годину:

Телебачення .

Ця ж величина характеризує і вимоги до стабільності частоти незалежних генераторів. Як видно, ці вимоги нездійсненні, хоча для факсимільних систем передачі зображення (Т н  1 хв) автономна синхронізація реалізовується при кварцовою стабілізації частоти генераторів.

Примусова синхронізація вимагає організації спеціального сигналу синхронізації.

У цьому випадку може бути один з наступних способів:

У мовних телевізійних системах використовується виключно примусова синхронізація, в якій веде передавач. Однак у тих випадках, коли є кілька джерел сигналів (датчиків), які можуть працювати автономно (пересувні телестанції) і навіть із різними параметрами розкладання (міжнародний обмін програмами), доводиться досягати синхронності за рахунок запису сигналів (повідомлень) синхронно з сигналом джерела повідомлення, а зчитувати (іноді тут же) - синхронно з сигналами передавальної станції.


    1. Вимоги до сигналів синхронізації


На всі розгортають пристрою телевізійної системи подаються спеціальні синхронізуючі сигнали (імпульси), що визначають початок зворотного ходу і кадру (поля).

Для синхронізації прийомних пристроїв у загальному каналі з сигналом зображення (яскравості) передається сигнал синхронізації. Крім цього, в сигнал зображення вводяться гасять імпульси, замикаючі електронні промені передавальних і прийомних трубок на тривалість зворотного ходу рядків і кадрів. Для передавальних трубок це необхідно, щоб не спотворювати потенційний рельєф під час зворотних ходів, а на прийомних - щоб не було додатковою засвічення екрану, що знижує загальний контраст зображення.

Тривалість зворотного ходу малої та кадрової розгорток істотно різні, тому що гасять імпульси рядків набагато коротше в часі, ніж кадрові. Тривалість гасять імпульсів приймача повинна бути більше, ніж у передавача - щоб уникнути, наприклад, зрушень за рахунок різної довжини кабелів від різних передавальних камер.

Сигнал синхронізації приймачів створюється на телевізійному центрі (ТЦ) і передається на приймачі під час передачі гасять імпульсів, спонукаючи генератори починати зворотні ходи розгорток. Вершини гасять імпульсів служать «п'єдесталами», на яких розташовуються імпульси синхронізації. Рівень сигналу гасіння дорівнює або більше «рівня чорного», тому синхроімпульси йдуть на рівні «чорніше чорного». Це дозволяє подавати на кінескоп повний канальний (телевізійний) сигнал без придушення будь-яких його складових, у тому числі синхроімпульсів.

З іншого боку, імпульси синхронізації повинні чітко відокремляться від сигналу зображення, а також один від одного.

Завдяки розташуванню синхроімпульсів на гасять імпульсах, з'являється можливість їх виділення з допомогою простого амплітудного порогового пристрою (дискримінатора).

Для розділення рядкових і кадрових імпульсів можна було б теж використати різницю в їх амплітудах, однак для виразного поділу треба було б суттєво збільшити потужність передавача. Тому для поділу малих і кадрових синхроімпульсів використовується тимчасове відмінність - тривалість кадрових імпульсів багато більше малих.

Різна тривалість синхроімпульсів дозволяє досить просто їх розділити за допомогою найпростіших дифференцирующих та інтегруючих ланцюжків (рис.7.1).

Цей спосіб не тільки простий, але й досить помехоустойчів, всі короткі імпульси практично не впливають на кадровий синхроимпульс.

Недолік такого способу поділу рядкових і кадрових синхроімпульсів - дуже пологий фронт сигналу після інтегрування, тому можлива нечітка часова прив'язка вихідного імпульсу - з-за шумів, завад, дрейфу порога дискримінації і т.п.

Перевищення синхроімпульсів імпульсу гасіння (синхроімпульси «чорніше чорного») може бути реалізовано двояким чином - коли амплітуда імпульсу синхронізації перевищує телевізійний сигнал і коли синхроимпульс являє собою мінімальне значення сигналу (рис. 7.2). У першому випадку телевізійний сигнал називається негативним або негативної полярності, тому що сигнал яскравості зменшується при збільшенні освітленості і рівень білого відповідає мінімальному сигналу. Позитивний сигнал (рис. 7.2, б), або сигнал позитивної полярності, має найбільше значення при найбільшій освітленості. На перший погляд, між ними немає принципової різниці, однак насправді практично всі телевізійні системи використовують негативну полярність сигналу. Це пояснюється трьома серйозними перевагами:

  1. Імпульс синхронізації - найбільший, тому ймовірність збою синхронізації через шумів і наведень буде найменшою, в той час як для позитивного сигналу ймовірність збою буде найбільшою.

  2. Екстремальні значення потужності передавача при негативному сигналі будуть тільки під час передачі синхроімпульсів, що різко зменшує необхідну середню потужність в порівнянні з позитивним сигналом.

  3. Статистика переданих сюжетів свідчить про переважання світлих деталей і зображень в цілому, що також змушує віддати перевагу негативного сигналу.

    1. Форма сигналів синхронізації


При порядковому (не чересстрочном) розкладанні між двома кадровими імпульсами (передніми фронтами) поміщаються z рядкових імпульсів. Тривалість рядкових імпульсів t cc у багато разів менше тривалості кадрових імпульсів t ck. Після диференціює ланцюга позитивні імпульси йдуть на синхронізацію генератора рядкової розгортки, а негативні не використовуються.

Тривалість t ck багато більше тривалості рядки, тому під час його передачі немає рядкових синхроімпульсів. У результаті генератор рядкової розгортки (SRB) буде йти самоходом (в автоколивальному режимі), тому перші кілька рядків поля можуть бути «збиті». Для збереження примусової синхронізації рядків під час кадрового синхроімпульса до кадрового синхроимпульс вводять «врізки», що йдуть з малої частотою. Тривалість врізок дорівнює тривалості рядкових синхроімпульсів, але вони зрушені за часом на тривалість рядкового синхроімпульса, так що їх задні фронти (позитивні) відповідають переднім фронтах рядкових СІ (Рис.7.3).

У цьому випадку після диференціюючого ланцюжка з'являються позитивні імпульси і під час кадрового імпульсу, тобто примусовий запуск ГСР забезпечений.

Після інтегруючого ланцюжка врізки дадуть зубці, однак вони будуть однаковими у всіх імпульсів кадрів, тому їх вплив буде непомітним.

Дещо важче виконати умову чіткої синхронізації при чересстрочном розкладанні. Тут кількість рядків z - непарній в кадрі і між двома послідовними синхроімпульса полів розміщується (n + 0,5) періодів малої частоти Н. Для синхроімпульсів парних і непарних полів картина буде різною (рис. 7.4).

Через більш раннього початку кадрового синхроімпульса непарного поля (перший полукадр закінчується на половині рядка) після інтегруючого ланцюга напруги I і II кадрового СІ будуть різними за величиною, і після дискримінатора з'являється і різниця  в часі.

Якщо такі імпульси подати на синхронізацію генератора розгортки полів, то з'являється зсув, який може досягати половини тривалості рядка, тобто чересстрочная розгортка руйнується, рядки полів зливаються («спаровування рядків»), що різко погіршує якість зображення - зменшиться кількість елементів по вертикалі (у 2 рази зменшується кількість рядків) і по горизонталі - складаються два елементи з різних рядків. Для того щоб ліквідувати відмінність між парними і непарними імпульсами після інтегруючого ланцюжка, треба ліквідувати першопричину у відмінності інтегрованих кадрових імпульсів - різні часові інтервали між малими та кадровими імпульсами. Тому вводять на час кадрового синхроімпульса врізки подвоєною малої частоти. На таке нововведення генератор малої частоти не реагує, тому що перший імпульс, врізаний між малими імпульсами, приходить занадто рано і якщо його амплітуда не надмірна, то генератор рядкової розгортки на нього просто не відгукнеться і генератор працює як би в режимі ділення частоти з коефіцієнтом ділення 2.

Хоча в цьому випадку  2 теж є, але він менше, ніж раніше (рис. 7.5):  2 << 1.

Однак і це неприємно. Щоб ще більше зблизити результуюче напруга з інтегруючого ланцюжка, перед синхроімпульсів поля і відразу за ним замість звичайних синхроімпульсів рядків в канал подаються ці ж імпульси, але подвоєної частоти. Ці імпульси називаються Зрівнював, вони як і раніше прораховуються (не помічаються) генератором рядкової розгортки. Чим більше їх кількість, тим більше ідентичні синхроімпульси парних і непарних полів. Язкового імпульси в 2 рази коротше рядкових.

Таким чином, для одержання стійкої черезрядковості доводиться досить сильно ускладнювати синхроимпульс поля (рис. 7.6).

    1. Генератор синхроімпульсів


Як було показано, для реалізації черезрядковості потрібні імпульси різних частот, різних тривалостей і різних зрушень між ними, щоб сформувати задовільний сигнал синхронізації. В основі синхрогенератора телевізійного передавача лежить кварцовий генератор частотою 2МГц з відносною нестабільністю 10 -6 (за ГОСТ 7845-75 похибка частоти рядків  0,016 Гц). Функціональна схема синхрогенератора дана на малюнку 7.7. Після першого дільника частоти (: 64) виходить частота рядків.

Лічильники (: 25) побудовані на двійковому принципі зі зворотним зв'язком. Після цього йдуть формувачі, які утворюють потрібну тривалість і форму сигналів. Після зміщення сигналів і необхідних зрушень у часі отримують всі необхідні складові для формування повного ТБ синхросигналу.


    1. Повний телевізійний сигнал


Повний телевізійний сигнал містить сигнал зображення (яскравості), що гасять і синхронізуючі імпульси, співвідношення між якими по амплітуді і тривалості визначені ГОСТ 7845-79.

Стандартом встановлено, що імпульси синхронізації розташовані на вершинах гасять імпульсів і їх амплітуди становлять 43% від перепаду між рівнем чорного та рівнем білого. Поміщаються синхроімпульси ближче до лівого краю гасять імпульсів. Для розгортки краще, якщо синхроимпульс буде можливо лівіше, тому що саме з приходом синхроімпульса починається зворотний хід розгортки, тобто тим самим додається час на зворотний хід. Проте починати одночасно імпульс гасіння та СІ не можна, щоб на початок імпульсу синхронізації не накладався сигнал яскравості, який може бути близьким до рівня чорного на момент закінчення прямого ходу рядка. Треба, щоб завершилися перехідні процеси від сигналу (тобто встановився гасящій імпульс), а потім вже починався СІ, тобто повинен бути чітко виражений уступ у вигляді імпульсу гасіння, а потім починатися СІ. Смуга пропускання каналу синхронізації в телевізійних приймачах становить (1  2) МГц, що відповідає тривалості перехідних процесів  0,5 мкс. Отже, уступ перед рядковим СІ повинен бути не менше 0,5 мкс. ГОСТом ця величина встановлена ​​в 1,5 мкс.

На уступі імпульсу, що гасить кадру перед СІ поля має бути 5 прирівнюють імпульсів, що і визначає тривалість цього уступу - не менше 160 мкс.

Ці вимоги до каналу синхронізації устоялися і діють як у Росії, так і в інших країнах. Досить складна форма СІ поля виправдана, тому що дозволяє отримати хорошу (стійку) чересстрочную розгорнення при використанні простої інтегруючого ланцюжка.

Рядки кадру нумеруються від 1 до 625, починаючи від переднього фронту кадрового синхроімпульса (КСІ) в першому полі.

Перше поле - те, у якого передні фронти КСІ і ССІ збігаються. Таким чином, перше (I) поле включає рядки з 1 по 312 +1 / 2 рядки № 313, а друга половина рядки № 313 і всі наступні рядки по 625-у включно утворюють II поле. Тривалість прямого і зворотного ходу рядка 64 мкс, поля - 20 мс, тривалість рядкового СІ d = 4,7 мкс, яка урівнює р = 2,35 мкс, рядкового гасящего а = 12 мкс, що гасить імпульс кадру j = 25Н + а = 25  64 + 12 = 1612 мкс. Перший уступ l = 2,5 Н = 160 мкс, потім слід синхроимпульс поля m = 2,5 Н, потім друга послідовність прирівнюють імпульсів n = 2,5 Н. У кількох рядках (малих інтервалах) КСІ передаються сигнали колірної синхронізації, які будуть розглянуті пізніше.




Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Книга
362.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Реклама на телебачення
Телебачення і журналістика
Створення телебачення
Телебачення рекламні перспективи
Електроннопроменеві технології телебачення
Комерційне телебачення України
Громадське телебачення Німеччини
Історія язанского телебачення
Радянське телебачення і радіомовлення
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru