Изображение на экране монитора формируется из отдельных точек — пикселей (англ, picture element — элемент изображения), образующих строки; всё изображение состоит из определённого количества таких строк.
Пространственное разрешение монитора — это количество пикселей, из которых складывается изображение на его экране. Оно определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Мониторы могут отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800 х 600, 1280 х 1024, 1400 х 1050 и выше).
Например, разрешение монитора 1280 х 1024 означает, что изображение на его экране будет состоять из 1024 строк, каждая из которых содержит 1280 пикселей. Изображение высокого разрешения состоит из большого количества мелких точек и имеет хорошую чёткость. Изображение низкого разрешения состоит из меньшего количества более крупных точек и может быть недостаточно чётким (рис. 3.1).
Битва технологий: 3LCD против DLP
Компьютерное представление цвета
Человеческий глаз воспринимает каждый из многочисленных цветов и оттенков окружающего мира как сумму взятых в различных пропорциях трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего. Например, пурпурный цвет — это сумма красного и синего, жёлтый — сумма красного и зелёного, голубой — сумма зелёного и синего цветов. Сумма красного, зелёного и синего цветов воспринимается человеком как белый цвет, а их отсутствие — как чёрный цвет 1 .
Такая модель цветопередачи называется RGB, по первым буквам английских названий цветов: Red — красный, Green — зелёный, Blue — синий (рис. 3.2).
Рассмотренная особенность восприятия цвета человеческим глазом и положена в основу окрашивания каждого пикселя на экране компьютера в тот или иной цвет. На самом деле пиксель — это три крошечные точки красного, зелёного и синего цветов, расположенные так близко друг к другу, что человек их воспринимает как единое целое. Пиксель принимает тот или иной цвет в зависимости от яркости базовых цветов (рис. 3.3).
Рекомендуем вам посмотреть анимацию «Цветовая модель RGB» (179672), размещённую в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (http://sc.edu.ru/). Этот ресурс не только демонстрирует общий принцип образования цветов (см. рис. 3.2), но и позволяет в интерактивном режиме собственноручно создавать всевозможные оттенки, задавая различные соотношения базовых цветов. Там же размещена анимация «Изображения на компьютере» (196610), в которой доступно изложены основные принципы формирования изображений на экране монитора.
У первых цветных мониторов базовые цвета имели всего две градации яркости, т. е. каждый из трёх базовых цветов либо участвовал в образовании цвета пикселя (обозначим это состояние 1), либо нет (обозначим это состояние О). Палитра таких мониторов состояла из восьми цветов. При этом каждый цвет можно было закодировать цепочкой из трёх нулей и единиц — трёхразрядным двоичным кодом:
Современные компьютеры обладают необычайно богатыми палитрами, количество цветов в которых зависит от того, сколько двоичных разрядов отводится для кодирования цвета пикселя.
Глубина цвета — длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество цветов в палитре N и глубина цвета i связаны между собой соотношением: N = 2 i .
В настоящее время наиболее распространёнными значениями глубины цвета являются 8, 16 и 24 бита, которым соответствуют палитры из 256, 65 536 и 16 777 216 цветов:
Видеосистема персонального компьютера
Качество изображения на экране компьютера зависит как от пространственного разрешения монитора, так и от характеристик видеокарты (видеоадаптера), состоящей из видеопамяти и видеопроцессора. Монитор и видеокарта образуют видеосистему персонального компьютера. Рассмотрим работу видеосистемы персонального компьютера в упрощённом виде.
- 1. Под управлением процессора информация о цвете каждого пикселя экрана компьютера заносится для хранения в видеопамять. Видеопамять — это электронное энергозависимое запоминающее устройство. Глубина цвета, а значит, количество цветов в палитре компьютера, зависит от размера видеопамяти. Видеопамять современных компьютеров составляет 256, 512 и более мегабайтов. 2. Видеопроцессор несколько десятков раз в секунду считывает содержимое видеопамяти и передаёт его на монитор, который превращает полученные данные в видимое человеком изображение. Частота обновления экрана (количество обновлений экрана в секунду) измеряется в герцах (Гц). Комфортная работа пользователя, при которой он не замечает мерцания экрана, возможна при частоте обновления экрана не менее 75 Гц.
Пространственное разрешение монитора, глубина цвета и частота обновления экрана — основные параметры, определяющие качество компьютерного изображения. В операционных системах предусмотрена возможность выбора необходимого пользователю и технически возможного графического режима (рис. 3.4).
Задача. Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран монитора с разрешением 640 х 480 и палитрой из 65 536 цветов.
Самое главное
Изображение на экране монитора формируется из отдельных точек — пикселей. Пространственное разрешение монитора — это количество пикселей, из которых складывается изображение.
Каждый пиксель имеет определённый цвет, который получается комбинацией трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего (цветовая модель RGB).
Глубина цвета — длина двоичного кода, который используется для кодирования цвета пикселя. Количество цветов N в палитре и глубина i цвета связаны между собой соотношением: N = 2 i .
Монитор и видеокарта, включающая в себя видеопамять и видеопроцессор, образуют видеосистему персонального компьютера.
Вопросы и задания
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Используйте эти материалы при подготовке ответов на вопросы и выполнении заданий.
Оглавление
Глава 3. Обработка графической информации
§ 3.1. Формирование изображения на экране монитора
Источник: murnik.ru
5.1. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЭКРАНЕ
Существует два способа реализации построения изображений на экране дисплея -векторный (функциональный) и растровый. В первом случае электронный луч поочередно рисует на экране различные знаки — элементы изображения.
На современных персональных компьютерах чаще используется растровый способ изображения графической информации, в котором изображение представлено прямоугольной матрицей точек (пикселов), имеющих свой цвет из заданного набора цветов (палитры). Графический режим осуществляет видеоадаптер, управляющий работой электронной трубки и видеопамятью, в которой запоминается текущее изображение. Адаптер обеспечивает регулярное отображение видеопамяти на экране монитора.
Растровое изображение — это совокупность разноцветных точек. Координаты точек определяются декартовой (прямоугольной) системой с началом координат, как правило, в левом верхнем углу экрана. Абсцисса х точки увеличивается слева направо, ордината у — сверху вниз. Таким образом, любая графическая операция сводится к работе с отдельными точками экрана монитора — пикселами.
Существуют специальные графические библиотеки программ, которые предназначены для изображения более сложных объектов, являющихся объединением группы пикселов: наиболее употребимые линии, геометрические фигуры, шрифты и т.п.
Большинство языков программирования имеют свои стандартные графические библиотеки. Так, у Бейсика графические команды являются встроенными; системы программирования Турбо-Паскаль содержат графическую библиотеку (модуль Graph, tpu), имеющую в своем составе процедуры и функции обработки простейших графических образов. Тем не менее, многие программисты и разработчики программ предпочитают создавать свои библиотеки графических подпрограмм в соответствии со спецификой своей работы.
В последние годы возрос интерес со стороны пользователей к специальным инструментальным программам машинной графики: графическим редакторам, издательским системам и т.п. В них предоставляется удобный интерфейс для пользователей, автоматизируется большое количество разнообразных действий с графической информацией — от построения простейших рисунков до создания мультипликационных (анимационных) роликов.
Вывод изображения на экран дисплея и разнообразные действия с ним требуют геометрической грамотности, интуиции. Моделирование образной информации на экране дисплея развивает наблюдательность, пространственное воображение, геометрическую интуицию, конструкторские и изобретательские навыки.
Источник: lawbooks.news
Технологии формирования изображения в телевизорах
Жидкокристаллическая технология формирования изображения (LCD) — основана на способности жидких кристаллов менять свою прозрачность (пропускать свет) в зависимости от уровня напряжения, которое к ним прикладывается. Если не вдаваться в поляризационные сложности, то жидкие кристаллы работают как диафрагма в фотоаппарате, плавно меняя количество света, который проходит сквозь них, от полностью белого до черного цвета.
Так как задняя подсветка LCD-матрицы белая, то перед ней (со стороны зрителей) располагают специальный цветной светофильтр. Получается, что каждой LCD-ячейке соответствует пиксель светофильтра красного, зеленого или синего цвета (RGB), который она подсвечивает. Из подобных триад создается любой оттенок цветного изображения на экране телевизора.
Плазменная технология формирования изображения (PDP) – основана на свечении инертных газов при их ионизации. Плазменная панель телевизора представляет собой набор огромного количества маленьких стеклянных капсул, заполненных смесью неона и ксенона, задняя стенка каждой из которых покрыта цветным люминофором (красным, зеленым или синим). Три капсулы разного цвета составляют один пиксель цветного изображения матрицы.
При подаче на ячейку напряжения в ней происходит ионизация газа (холодная плазма) с последующим излучением ультрафиолета, который начинает светиться цветом присутствующего люминофора. Меняя напряжение, приложенное к капсулам, можно менять яркость их свечения и создавать различные оттенки цвета.
OLED технология формирования изображения (Organic Light Emitting Display) – основана на использовании свечения органических светодиодов различного цвета при подаче на них управляющего напряжения. На сегодняшний день это наиболее перспективная технология, в развитие которой вкладываются огромные деньги.
К преимуществам данной технологии можно отнести высокие показатели контрастности и яркости, а также низкие энергозатраты при использовании. Кроме того, OLED-экраны являются более тонкими (примерно 3-5 мм), а за счет больших углов обзора можно создавать крупноэкранные телевизоры модной ныне изогнутой формы.
К недостаткам OLED-технологии относят высокую стоимость производства крупных панелей, которая на данный момент не позволяет производить телевизоры для массовой аудитории потребителей. Для примера можно сказать, что на сегодняшний день 11-дюймовый OLED-телевизор обойдется вам в несколько тысяч долларов. Поэтому ныне экономически оправдан выпуск OLED-экранов только небольших размеров, которые широко используются в различных мобильных устройствах.
Кроме того, серьезным недостатком органических светодиодов является короткий срок их службы. В среднем OLED-элементы качественно работают примерно 20 000 часов, что в три раза меньше, чем их LCD-конкуренты.
Технология 3D – создание у телезрителей иллюзии просмотра объемного изображения, которая основана на особенностях бинокулярного человеческого зрения. В целом, когда говорят о 3D-изображении, имеют в виду стереоскопическую картинку, каждая часть которой снята под разным углом, а затем сводится зрительным аппаратом человека в единый объемный образ.
Существуют два метода формирования телевизионного стереоизображения: активный и пассивный.
При активном методе два стереокадра передаются на экран телевизора последовательно, но настолько быстро, что человеческий зрительный аппарат воспринимает их одновременно. Для правильного восприятия последовательных стереокадров отдельно каждым глазом применяются специальные синхронизированные активные очки затворного типа. То есть когда передается кадр для левого глаза, правый окуляр очков на мгновение становится непрозрачным (закрывает изображение шторкой). На следующем кадре закрывается уже левый окуляр очков.
К сильным сторонам активного метода можно отнести качество отображения мелких деталей картинки, обусловленное сохранением высокого разрешения экрана. Действительно, в данном случае кадры передаются последовательно в полном формате 1080p.
Слабыми моментами активного 3 D можно назвать сравнительную дороговизну технологии, а также повышенную утомляемость глаз, вызванную постоянным мерцанием затворных шторок очков.
Созданием телевизоров с активным 3D сегодня занимаются компании Samsung, Sharp, Sony, а также частично Panasonic и Philips.
При пассивном типе формирования 3D-изображения картинка разбивается на два полукадра (вертикальных или горизонтальных), которые выводятся на экран одновременно. Для их пространственного разделения используются специальные пассивные очки с эффектом поляризации. То есть специальные поляризационные фильтры позволяют каждому глазу одновременно видеть только свою картинку.
Сильными сторонами пассивного метода 3D являются простота и дешевизна реализации, а также низкие нагрузки на зрительный аппарат человека.
К недостаткам пассивного метода можно отнести снижения качества отображения картинки за счет уменьшения разрешения в два раза (в вертикальной или горизонтальной области), которое происходит за счет одновременной демонстрации двух картинок на полном экране.
Активным пропагандистом пассивной технологии и созданием на ее основе телевизоров является компания LG.
Типы LCD-матриц
Наиболее распространенная на сегодняшний день жидкокристаллическая технология создания цветного телевизионного изображения подразумевает использование матриц нескольких типов, каждая из которых имеет как сильные, так и слабые стороны.
TN ( Twisted Nematic) – наиболее ранняя технология создания LCD-матриц, отличающаяся скрученным по спирали расположением жидких кристаллов в ячейке.
Данная технология обеспечивала простоту производства телевизионных экранов и мониторов, стоила недорого, а также обеспечивала наибольшую скорость отклика ячейки. К ее характерным недостаткам можно отнести малые углы обзора экранов, а также характерное выцветание картинки и существенное снижение ее яркости. Кроме того, неодновременный поворот кристаллов не позволял добиться насыщенного черного цвета на экране.
Особенностью данной технологии является и то, что при отсутствии напряжения на LCD-ячейке она полностью пропускает свет, поэтому сгоревший или изначально «битый» пиксель всегда светится на экране яркой заметной точкой.
Усовершенствованными вариантами технологии TNявляются STN (Super Twisted Nematic) и DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic) которые были разработаны специально для улучшения углов обзора и цветопередачи.
IPS ( In- Plane Switching) – более совершенная технология, разработанная компанией Hitachi, которая добилась изначально параллельного расположения жидких кристаллов в одной плоскости. Исходя из этого, поворот всех кристаллов под воздействием электрического поля происходит одновременно и одинаково.
К сильным сторонам данной технологии можно отнести высокие показатели яркости и расширенные углы качественного просмотра экрана. Кроме того, при отсутствии управляющего напряжения на ячейке (сгоревшая или бракованная) «битый» пиксель не светится как в TN-матрице, а практически незаметен.
К недостаткам технологии IPS можно отнести относительно низкую скорость отклика, более высокие производственно-технологические затраты, а также пониженный уровень контрастности экрана. Эти недостатки в разной степени устранили усовершенствованные варианты технологии S-IPS (LG, Philips) и SA-SFT (NEC).
MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) – компромиссная технология, разработанная японской компанией Fujitsu, призванная усреднить минусы и плюсы, присущие более ранним разработкам TN иIPS. Fujitsu применила так называемое мультидоменное расположение кристаллов, при котором зрители, смотрящие на экран под разными углами, могли видеть усреднено равные оттенки цветовой палитры.
На сегодняшний день технология MVA является наиболее перспективной, поэтому специалисты продолжают работать над ее совершенствованием и снижением стоимости производства подобных экранов.
Компания Samsung со временем развила технологию MVA, создав собственную разработку под названием PVA (Patterned Vertical Alignment) , которая обеспечивает несколько большие углы обзора матрицы, но зато отличается более длительным временем отклика ячеек.
LED-подсветка – важный элемент формирования изображения на экране ЖК-телевизора путем подсветки матрицы массивами излучающих светодиодов (Light Emitting Diode). Как известно, цветные пиксели, из которых состоит жидкокристаллическая матрица, не могут сами светиться, а поэтому нуждаются во внешней подсветке.
Светодиодная подсветка явилась достойной альтернативой более традиционного варианта освещения матрицы при помощи флуоресцентных ламп с холодным катодом (CCFL) и впервые была применена в телевизорах южнокорейской компании Samsung. LED-подсветка матрицы требует меньших энергетических затрат, позволяет создавать более компактные телевизионные панели, но сама светодиодная технология пока обходится производителям примерно в два раза дороже, чем традиционная CCFL.
На сегодняшний день производители LCD-телевизоров используют три типа светодиодной подсветки:
- Боковая подсветка Edge-LED. При ней светодиоды располагаются по краям телевизионной панели (двум, трем или четырем), а излучаемый ими свет равномерно рассеивается по всей поверхности матрицы специальной подложкой. Такая конструкция позволяет максимально уменьшить толщину телевизионного экрана.
- КовроваяподсветкаFull-LED (Direct-LED).В данном случае светодиоды подсветки равномерно располагаются позади LCD-матрицы с разной степенью плотности. Подобное решение не только обеспечивает более равномерное освещение всего экрана, но и позволяет более гибко регулировать интенсивность света на его определенных участках, приглушая или усиливая его в зависимости от характера отображаемой картинки. Чем плотнее расположены светодиоды за матрицей, тем более реалистичной кажется формируемое на экране изображение, но и тем дороже обходится производство подобной панели.
- Цветная динамическая подсветкаRGB-LED.Данный тип формирования задней подсветки аналогичен ковровой, только в нем вместо излучающих диодов белого цвета (White-LED) используются цветные (красные R, зеленые G и синие B) элементы. Благодаря использованию сложного алгоритма управления интенсивностью свечения каждого отдельного светодиода достигается чрезвычайно качественная, контрастная и насыщенная цветом картинка. На сегодняшний день данная технология все еще является достаточно дорогой.
Источник: www.vybortv.ru