дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты на заказ

9 Основы телевидения

9.1 Физические основы передачи оптических изображений

Под телевидением понимается передача оптических изображений с помощью технических средств на расстоянии. Параметры устройств связи, обеспечивающих передачу телевизионных сигналов, должны быть согласованы с характеристиками органов зрения человека.

Источником оптической информации для человека является видимый свет в диапазоне волн 380…760 нм, излучаемый либо отражаемый различными физическими телами. Приемником этой информации является глаз человека. Оптическая система глаза с помощью прозрачного хрусталика, имеющего форму двояковыпуклой линзы, и мышц, управляющих радиусом кривизны этого хрусталика, преобразует световой поток от объекта и фокусирует его в перевернутое изображение на задней поверхности глазного яблока, называемой сетчаткой.

Сетчатка состоит из множества нервных окончаний двух видов. Около 7 миллионов нервных окончаний, по форме напоминающие колбочки, расположены в основном в пределах небольшого участка напротив хрусталика. Этот небольшой участок сетчатки характеризуется наилучшим зрением и называется желтым пятном. Колбочки способны различать как интенсивность световой волны, несущей информацию об освещенности объекта или яркости его излучения, так и длину этой волны, несущей информацию о цвете объекта. Вокруг желтого пятна расположены более 100 миллионов нервных окончаний, по форме напоминающих палочки. Палочки являются более чувствительными рецепторами интенсивности оптических потоков, то есть способны обнаруживать более слабые световые сигналы, но палочки не способны различать длину световой волны, то есть не могут различать цвета объектов.

Светочувствительные элементы глаза преобразуют энергию световых волн в сигналы нервной системы человека, передаваемые в зрительные центры головного мозга, где и осуществляется обработка поступающей информации. В результате обработки импульсов от многих миллионов нервных окончаний складывается цельный образ объекта: яркость, цвет, геометрические размеры и т.д.

Система передачи оптической информации на небольшие расстояния может быть осуществлена с помощью световодов. Световоды представляют собой прозрачные для света волокна, объединенные в жгут и способные за счет внутреннего отражения передавать оптические сигналы даже по криволинейной траектории. Если на один торец жгута из таких волокон спроектировать изображение какого-либо объекта, то это изображение может быть передано в виде суммы отдельных элементов изображения, передаваемых каждым из волокон.

Каждый из элементов такого разделенного изображения может быть передан с помощью электрических сигналов (с предварительным преобразованием оптического изображения в электрический сигнал и с обратным преобразованием электрического сигнала в оптическое изображение на приемном конце линии связи). Система связи с одновременной передачей сигналов от всех элементов изображения (параллельный способ передачи элементов изображения) требует значительных ресурсов. Более экономным оказывается способ последовательной передачи элементов изображения по одной линии связи.

В основе последовательной передачи элементов изображения лежит свойство зрения сохранять в памяти световые воздействия. Это свойство заключается в том, что светочувствительные нервные окончания остаются раздраженными еще какой-то интервал времени после окончания светового сигнала. Инерционность органов зрения составляет приблизительно 0,1 секунды, и в течение этого времени органы зрения как бы продолжают «видеть» на самом деле уже закончившийся световой сигнал.

Если оптические сигналы повторять редко, то органы зрения будут фиксировать отдельные световые вспышки. С увеличением частоты повторения вспышек ощущение мерцания изображения прекратится, и поток отдельных световых импульсов будет вызывать такое же ощущение, как и от источника непрерывного излучения.

Величину частоты повторения отдельных вспышек, начиная с которой возникает ощущение слитности восприятия, называют критической частотой мерцаний (мельканий). Критическая частота мерцаний зависит от интенсивности раздражения нервных окончаний, то есть от яркости излучения. При построении телевизионных систем учитывают, что критическая частота мерцаний, определяемая параметрами изображения на экране телевизора, составляет 40…48 Гц. Следует заметить, что с увеличением угловых размеров объекта величина критической частоты мерцаний возрастает. Это учитывается при проектировании широкоформатных телевизионных систем.

Сущность последовательной передачи элементов изображения заключается в том, что передаваемое изображение раскладывается на отдельные элементы, называемые элементами разложения, и по линии связи поочередно передается информация о каждом элементе разложения. На приемном конце линии связи поверхность экрана раскладывается на такое же количество элементов разложения, и каждому элементу разложения на приемном конце последовательно передается информация о параметрах соответствующего ему элемента разложения на передающем конце.

Сигналы от каждого отдельного элемента изображения при последовательном способе обработки можно передавать в различном порядке. Траектория, по которой перемещается элемент разложения изображения при передаче и приеме, называется разверткой изображения. При передаче непрерывных изображений широкое распространение получила построчная развертка. При построчной (прогрессивной) развертке вся площадь экрана прямоугольной формы разбивается на ряд не перекрывающихся горизонтальных строк.

Элементы разложения в строке считываются последовательно от начала строки до ее конца (строки показаны сплошными линиями на рисунке 9.1,а; строки также считываются последовательно одна за другой, образуя так называемый растр). Устройства, обеспечивающие развертку изображения, обладают инерционностью, то есть не могут мгновенно перескочить в начало следующей строки. На рисунке 9.1,а пунктиром показан обратный ход луча к началу новой строки. Строки располагаются плотно одна под другой, и полная совокупность строк образует кадр изображения.


Рис. 9.1 Построчная развертка изображения:
а) формирование растра; б) горизонтальная координата элемента разложения (развертка по строке); в) вертикальная координата элемента разложения (развертка по кадру)

Поочередный выбор элементов в строке и последовательный перебор строк в кадре обеспечивает специальное развертывающее устройство. Последовательному изменению координат выбираемого элемента по горизонтали и вертикали соответствуют пилообразные напряжения развертки по строкам и кадрам, приведенные на рисунках, соответственно, 9.1,б и 9.1,в.

На рисунке использованы следующие обозначения: x и y - соответственно, горизонтальная и вертикальная координаты элемента разложения; ТС - период разложения изображения по горизонтали, причем, ТСП - длительность прямого хода развертки по строке, ТСО - длительность обратного хода; ТК - период развертки изображения по вертикали, причем, ТКП - длительность прямого хода по вертикали. При построчной развертке изображения период развертки по кадру кратен периоду развертки по строке ТК = N*TC, где N - целое число. В этом случае после перебора всех элементов разложения предыдущего кадра развертывающее устройство обеспечит передачу информации о первом элементе первой строки последующего кадра.

Количество элементов разложения по горизонтали и вертикали выбирается с учетом характеристик зрения человека. Наилучшее восприятие объекта обеспечивается, если он рассматривается в вертикальной плоскости под углом зрения, равным 15°, и в горизонтальной плоскости под углом, равным 20°. Такие соотношения обеспечиваются при расстояниях до прямоугольного экрана, в 5 раз превышающих высоту этого экрана.

Количество строк выбирается из условия необходимого разрешения в вертикальном направлении (четкость по вертикали). При этом не должна быть заметной строчная структура изображения. В разных стандартах используется различное количество строк. В отечественном телевизионном вещании принято 625 строк в кадре.

Полное изображение кадра формируется при последовательном сканировании всех строк. Если частота смены кадров выше критической частоты мерцаний, то изображение кадра выглядит единой картинкой, и при смене кадров не ощущаются мерцания.

В вещательном телевидении более эффективной оказывается чересстрочная развертка. При таком способе развертки изображения весь цикл формирования развертки на интервале одного кадра разбивается на два подцикла. В первом подцикле обрабатываются все нечетные строки, во втором подцикле - все четные строки. Полное изображение кадра передается за два цикла развертки. Для того, чтобы обеспечить формирование чересстрочной развертки, в кадре должно быть нечетное количество строк. Для формирования двух полей со сдвинутыми строками формирование второго полукадра должно начинаться с середины строки.

Структура растра при чересстрочной развертки приведена на рисунке 9.2,а. В отечественном вещательном телевидении частота смены полукадров выбрана больше критической частоты мерцаний и равна частоте питающей сети переменного тока 50 Гц. Такой выбор частоты смены кадров уменьшает отрицательное влияние фона переменного тока на работу узлов телевизионной системы и, в конечном счете, на формирование изображения. На рисунках 9.2,б и 9.2,в приведены сигналы, соответственно, горизонтальной и вертикальной разверток.


Рис. 9.2 Чересстрочная развертка изображения:
а) формирование растра; б) сигнал строчной развертки; в) сигнал кадровой развертки

дипломы,курсовые,рефераты,контрольные,диссертации,отчеты на заказ