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.
Принцип передачи и приема изображения
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 импуль сов 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.
передача изображений на расстояние или кто изобрел телевидение
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, 9.1,6 и 9.1,в.
На рисунке использованы следующие обозначения: х и у -соответственно, горизонтальная и вертикальная координаты элемента разложения; Тс — период разложения изображения по горизонтали, причем, ТСп — длительность прямого хода развертки по строке, 7со — длительность обратного хода; Тк — период развертки изображения по вертикали, причем, Гкп — 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
Рис. 9.2 — Чересстрочная развертка изображения: а) формирование растра; б) сигнал строчной развертки;
в) сигнал кадровой развертки 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 9.2,6 и 9.2,в приведены сигналы, соответственно, горизонтальной и вертикальной разверток.
Источник: ozlib.com
Телевидение на большом экране
Телевидение или дальновидение, т. е. возможность видения на большом расстоянии, одно из самых замечательных достижений современной науки и техники.
Область применения телевидения огромна, однако широкое использование телевидения возможно только при получении телевизионных изображений достаточно большого размера.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Рис. 1. Схема для передачи кинофильмов.
Рис. 2. Линзовый диск для развертки изображения при телепередаче фильмов.
Рис. 3. Зависимость четкости изображения при телепередаче от числа строк разложения.
Рис. 4. Телеприемник Александрсона.
Рис. 5. Схема телеприемника Александрсона.
Рис. 6. Диск Нипкова с линзами.
Рис. 7. Телеприемник с барабаном Вейлера и неоновой лампой.
Рас 8. Электроннолучевая трубка для приема изображений.
Рис. 9. Изображение на экране.
Рис.
10. Многоячейковый экран Каролюса.
Большой телевизионный экран позволит сделать в нашей стране телевидение действительно массовым зрелищем. В огромных залах Дворца Советов, в театрах и клубах тысячи и десятки тысяч зрителей смогут одновременно смотреть телепередачу, идущую со всех концов земли.
Телевидение на большом экране будет иметь громадное значение как средство связи и управления в промышленности и на транспорте.
Наконец, получение телевизионных изображений большой четкости и больших размеров необходимо для военных целей, например, для телеуправления боем или для охраны границ и разведки.
Основы телепередачи
Четкость передачи телевизионного изображения зависит от числа так называемых «элементов изображения». Легко понять принцип построения изображений из отдельных элементов, если посмотреть на фотографию, помещенную в газете или журнале, через увеличительное стекло. Такая фотография состоит из светлых и темных точек, расположенных на равном расстоянии друг от друга, — это так называемая типографская сетка или «растр»; чем больше таких точек помещается на 1 см 2 поверхности фотографии, тем больше четкость напечатанной фотографии.
Телевизионное изображение передается по отдельным «элементам» — точкам или вернее маленьким площадкам, имеющим различную яркость. «Разложение» изображения на элементы при телепередаче осуществляется различными способами. Наиболее часто для разложения изображения применяется бегающий световой луч, диск Нипкова, или же специальный мозаичный фотоэлемент («Наука и жизнь» № 8, 1936).
Для уяснения основных принципов телепередачи рассмотрим схему телепередачи кинофильмов (рис. 1).
Перед кинопленкой Ф, на которую заснят подлежащий телепередаче кинофильм, устанавливается диск Д, по краю которого на равном расстоянии друг от друга и от центра диска находятся одинаковые маленькие линзы (рис. 2). Свет от лампы L проходит через одну из линз и фокусируется на пленке Ф в точку. При вращении диска Д световой луч движется поперек пленки, а при движении самой пленки Ф световой луч движется вдоль пленки. Скорость вращения диска и скорость движения пленки при телепередаче подобраны таким образом, что световой луч обегает в течение времени передачи одного кадра фильма весь кадр, как бы расчерчивая его на ряд строк в том же порядке, как читается книга.
Проходя сквозь пленку, луч попадает в фотоэлемент фэ. Величина тока, проходящего через фотоэлемент, а следовательно, и величина электрического сигнала, посылаемого радиостанцией, в цепи которой находится фотоэлемент, зависят от плотности почернения пленки в том месте, где проходит луч в данный момент (т. е. передается темный или светлый «элемент» изображения).
В данной системе телепередачи количество элементов изображения определяется числом строк разложения, равным числу линз диска Д. На рис. 3 видно, как меняется четкость передаваемого изображения, при разложении на 60, 90 и 120 строк.
Прием передаваемых телевизионных изображений на большой экран в настоящее время осуществляется посредством одного из способов, которые будут описаны ниже.
Телевизионные экраны с бегающим световым лучом
Лет десять тому назад в Большом театре в Скенектеди (США) американец Александрсон демонстрировал разработанный им телеприемник с экраном размером 2 х 3 м (рис. 4). Изображения передавались одновременно со звуком; был разыгран диалог двух артистов, один из которых находился в помещении театра,, а другой был виден на экране; изображения артистов на экране пели под аккомпанемент оркестра, помещавшегося возле экрана, и т. п.
Схема телеприемника Александрсона представлена на рис. 5.
Свет от мощной вольтовой дуги Д проходит через систему N1KN2, состоящую из двух специальных призм N1 ,и N2 и так называемого конденсатора Керра К. Далее световой луч S проходит через одну из линз диска П и фокусируется на экране Э в точку. Расположение линз на диске П показано на рис. 6. При вращении такого диска световой луч S двигается по экрану Э, как бы расчерчивая его на ряд строк.
Электрические телевизионные сигналы, посылаемые радиостанцией, попадают в телеприемник и подводятся к конденсатору Керра К, состоящему из двух пластин, между которыми находится нитробензол. Чем больше электрическое напряжение между пластинами конденсатора Керра, тем больше света от вольтовой дуги Д пропускает система N1KN2 и, следовательно, тем ярче на экране Э пятно от светового луча S, которое соответствует одному элементу получаемого изображения.
Световой луч в телепередатчике движется так же, как и световой луч в телеприемнике, и в каждое мгновение передается только один элемент изображения. Если передается яркий элемент изображения, то электрический сигнал посылаемый передающей станцией, действует на систему N1KN2 так, что она пропускает больше света от дуги Д, и на экране получается яркое пятно. При передаче темного элемента посылаемый сигнал очень слаб и система N1KN2 не пропускает света.
Телевизионное изображение передается по отдельным кадрам так же, как кинофильм: за время передачи одного кадра передаются последовательно все элементы, составляющие этот кадр. Скорость передачи одного элемента так велика, что последовательность передачи отдельных элементов не улавливается глазом. Это значит, что глаз сохраняет еще впечатления от первого элементы кадра, когда передается последний, т.е. воспринимает весь кадр в целом. Благодаря смене кадров возможна передача движущихся изображений.
Телеприемник с бегающим световым лучом применяется для приема изображений как малого, так и большого размера.
Советский инж. Архангельский разработал установку с бегающим световым лучом, аналогичную установке Александрсона. 28 мая 1933 г. в Политехническом музее в Москве в присутствии 500 чел. с помощью этой установки был произведен прием изображений на экран размером 1 х 1,3 м.
Установки с бегающим световым лучом применяются также в устройствах для двухстороннего телевидения. Например, во Франции еще в 1932 г. была сдана в коммерческую эксплуатацию установка для разговоров по телефону с одновременным видением своего собеседника.
Эта установка отличается от вышеописанной тем, что здесь вместо линзового диска для развертки луча применяется так называемый барабан Вейлера, а вместо вольтовой дуги с системой N1KN2 точечная неоновая лампа. Барабан Вейлера (В на рис. 7) состоит из нескольких плоских зеркал, укрепленных рядом на боковой поверхности цилиндра под разными углами к оси цилиндра. При вращении такого барабана отраженный световой луч, идущий от точечной неоновой лампы, двигается по экрану расчерчивая его на ряд строк. Точечная неоновая лампа – это специальная лампа большой яркости, причем яркость ее меняется соответственно приходящим телевизионным сигналам.
В настоящее время в СССР разрабатывается для Дворца Советов телеприемник с бегающим световым лучом, где в качестве развертывающего устройства применяется барабан Вейлера, а вместо конденсатора Керра специальный дифракционный модулятор света. Эта установка будет давать телевизионное изображение на экране размером 5 х 6 м.
Электроннолучевая трубка для приема изображения
Основной частью телеприемника этой системы является эвакуированная стеклянная трубка, имеющая плоское (или слегка выпуклое) стеклянное дно (рис. 8). В узкой части трубки находится «электронный прожектор». Он состоит из накаленной нити Н, испускающей электроны, и нескольких металлических электродов В, А, собирающих электроны внутри трубки в тонкий «электронный луч». В том месте, где на дно трубки попадает «электронный луч», появляется светлое пятно, так как электроны, летящие с большой скоростью, ударяясь о дно трубки, вызывают свечение покрывающего дно трубки порошка.
На трубку надеваются катушки KK, по которым проходит переменный ток. «Электронный луч», попадая в магнитное поле этих катушек, отклоняется; в результате этого светлое пятно, соответствующее месту падения электронного луча, перемещается по дну трубки. За время телепередачи одного кадра это пятно, двигаясь по строчкам, успевает обежать прямоугольник, равный площади получающегося на дне трубки телевизионного изображения. При этом яркость движущегося пятна меняется в соответствии с электрическими сигналами, посылаемыми радиостанцией. Последнее достигается посредством помещения внутри трубки на пути электронного луча специального управляющего электрода В. Приходящие телевизионные сигналы изменяют заряд этого электрода, вследствие чего меняется число электронов в электронном луче и изменяется яркость свечения пятна на дне трубки, соответствующего одному элементу изображения.
Развертывающий луч в телепередатчике и электронный луч в телеприемнике движутся совершенно одинаково, и в каждый данный момент передается только один элемент изображения.
Телевидение с электроннолучевыми трубками в настоящее время является самым совершенным, однако размеры получающихся изображений при этом очень невелики. Объясняется это тем, что диаметр дна трубки не может быть больше 30-40 см, вследствие того что дно трубки плоское и при больших размерах оно может быть продавлено атмосферным давлением. Равнодействующая сила этого давления на дно при диаметре дна в 40 см больше 1 т.
Для получения изображения большого размера при телеприеме с электроннолучевыми трубками используются два метода. Первый заключается в том, что получающееся на дне трубки изображение при помощи объектива проектируется на экран типа обычного киноэкрана. Подобная система разработана в Америке. На рис. 9 представлена последняя модель телевизионного экрана такого типа, имеющего размеры 1 х 1,3 м.
При другом способе получающееся на дне трубки изображение снимается на кинопленку и через 1—1,5 мин. после съемки проектируется на киноэкран. Величина получающихся при этом изображений зависит только от размеров экрана и мощности кинопроектора.
Многоячейковые телевизионные экраны
В лондонском театре «Колизеум» в качестве одного из номеров программы была введена демонстрация телевидения на специальном экране, разработанном компанией Берда. Этот экран имеет вид сот, состоящих из 2100 маленьких ячеек. В каждой ячейке есть лампочка накаливания, которая выполняет роль одного элемента получаемого телевизионного изображения. Экран снабжен механическим коммутатором (переключателем); этот коммутатор включает последовательно друг за другом лампочки, из которых состоит экран, причем включает так, что каждая лампочка вспыхивает под действием электрического сигнала, приходящего только от одного элемента передаваемого изображения. В течение времени передачи одного кадра коммутатор включает все 2100 лампочек, составляющих экран, каждую по одному разу.
На Берлинской выставке 1935 г. демонстрировался экран, разработанный проф. Каролюсом и состоящий из 10 тыс. лампочек накаливания (рис. 10). Размеры этого экрана 2 х 2 м. Экран имеет чрезвычайно сложный коммутатор, производящий 125 тыс. переключений в секунду.
В СССР в лаборатории телекино НИКФИ разрабатывается многоячейковый экран размером 4 х 5 м, состоящий из 19 200 лампочек. В настоящее время заканчивается первый этап этой работы — экран из 1200 неоновых лампочек. Экран состоит из 30 отдельных стеклянных трубок. Каждая такая трубка является одной строчкой получаемого изображения и состоит из 40 неоновых лампочек, объединенных вместе.
Трубка наполнена неоном и имеет 40 квадратных металлических пластинок. Каждая пластинка является одним элементом изображения. Если к этой пластинке подводится электрический сигнал, газ над ней начинает светиться.
Экран имеет специальный электроннолучевой коммутатор, который по своим качествам намного превосходит все механические системы коммутаторов, применяемые до настоящего времени.
Трубки, из которых состоит экран, укрепляются горизонтально, одна над другой, и образуют экран площадью 1,2 х 0,9 м.
Источник: www.nkj.ru
Презентация на тему «Принципы телевидения»
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.
Добавить свой комментарий
Аннотация к презентации
Презентационная работа по физике на тему: «Принципы телевидения», созданная учащимися старших классов. Авторы рассказывают, как зарождалось телевидение, знакомят с устройством первых телевизоров, а также о том, как устроено современное.
- Телевидение
- Диск Нипкова
- Телевизионная передача
- Иконоскоп
- Кинескоп
- Цветной кинескоп
- Ретрансляторы
- Проверь себя
Источник: pptcloud.ru