Блок-схема одного из оптических сенсоров (ADNS-2610) изображена на рис. 11.
Рис. 11. Структура оптического сенсора ADNS-2610
Микросхема состоит из нескольких блоков, а именно:
1) Image Processor – процессор обработки изображений (DSP) со встроенным приемником светового сигнала (IAS);
2) Voltage Regulator And Power Control – блок регулировки вольтажа и контроля энергопотребления (в этот блок подается питание и к нему же подсоединен дополнительный внешний фильтр напряжения);
3) Oscillator – на этот блок чипа подается внешний сигнал с задающего кварцевого генератора, частота входящего сигнала порядка пары десятков МГц;
4) Led Cоntrоl – это блок управления светодиодом, с помощью которого подсвечивается поверхность под мышью;
5) Serial Port – блок, передающий данные о направлении перемещения мыши вовне микросхемы.
Всю информацию о перемещении мыши микросхема оптического сенсора передает через Serial Port в еще одну микросхему-контроллер, установленную в мыши. Эта вторая «главная» микросхема в устройстве отвечает за реакцию на нажатие кнопок мыши, вращение колеса прокрутки и т. д. Данный чип уже непосредственно передает в персональный компьютер информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные, поступающие с оптического сенсора, в сигналы, передаваемые затем по интерфейсам связи в компьютер. На основании поступившей по этим интерфейсам информации через драйвер мыши компьютер перемещает курсор-указатель по экрану монитора.
2.2.3. Лазерные мыши. Принцип работы лазерных мышей аналогичен оптическим, однако вместо светодиода используется лазер, излучающий когерентный направленный луч, который отражается от рабочей поверхности без искажений (рис. 12 и 13). Тем самым сенсор получает более детальное изображение.
Рис. 12. Оптическая система традиционной мыши
Рис. 13. Оптическая система мыши с лазером
Из недостатков можно отметить плохую работу таких мышей на зеркальных и стеклянных поверхностях, так же как и у оптических мышей.
По способу подключения мыши подразделяются на подключаемые:
1) к СОМ-порту;
2) к порту PS/2;
3) к шине USB.
Отдельно можно отметить, что существуют беспроводные мыши, в которых в качестве среды передачи данных используется радиочастота, однако для соединения с компьютером требуется какой-либо из вышеперечисленных интерфейсов.
Основной характеристикой мыши является разрешение, которое принято измерять в dpi (dot per inch – количество точек на дюйм). Если мышь имеет разрешение 1000 dpi и ее передвинуть на 1 дюйм вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 1000 единиц вправо. Драйвер мыши рассчитывает эту информацию и усредняет ее в зависимости от графического разрешения монитора для позиционирования курсора на экране. При этом не имеет значения, двигалась мышь быстро или медленно.
2.3. Трекбол
Трекбол представляет собой "перевернутую" оптико-механическую мышь, в которой перемещение курсора осуществляется с помощью вращения шара. Это позволяет значительно повысить точность управления курсором и, кроме того, экономить место.
Рис. 14. Трекбол
Интерфейсы подключения используются те же, что и для компьютерных мышей.
2.4. Сенсорная панель
Сенсорная панель (touchpad или trackpad) – это устройство ввода, применяемое в ноутбуках, служит для перемещения курсора в зависимости от движений пальца пользователя. Используется в качестве замены компьютерной мыши (рис. 15). Сенсорные панели различаются по размерам, но обычно их площадь не превосходит 50 см2.
Рис. 15. Сенсорная панель ноутбука
Работа сенсорной панели основана на измерении емкости пальца или измерении емкости между сенсорами. Емкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей панели, что позволяет определять положение пальца с нужной точностью.
Преимуществами сенсорных панелей являются:
- отсутствие необходимости в ровной поверхности, как для мыши;
- расположение сенсорной панели, как правило, фиксировано относительно клавиатуры;
- для перемещения курсора на весь экран достаточно лишь небольшого перемещения пальца;
- работа с ними не требует особого привыкания, как, например, в случае с трекболом.
Недостатком сенсорных панелей является низкое разрешение, что затрудняет работу в графических редакторах и 3D-играх.
Интерфейс подключения: RS-232 (COM-порт), USB.
2.5. Джойстик
Джойстик является аналоговым координатным устройством ввода информации, обеспечивает перемещение по координате Х и Y, а также может содержать ряд управляющих кнопок (рис. 16).
Рис. 16. Джойстик
Джойстик обычно подключается к адаптеру игрового порта, расположенному на многофункциональной плате ввода-вывода (Multi I/O Card) или звуковой карте (в последнем случае разъем игрового порта совмещается с интерфейсом MIDI) или с помощью интерфейса USB.
2.6. Световое перо
Световое перо работает с помощью небольшого оптического детектора, находящегося на его кончике. По ходу сканирования экрана электронным лучом инициируется импульс оптического детектора, когда пучок достигает точки экрана, над которой находится перо (рис. 17). Время возникновения этого импульса относительно сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации позволяет определить позицию светового пера. По своей сути световое перо является расширением видеосистемы.
Рис. 17. Световое перо
В качестве интерфейсов подключения используются RS-232C, USB.
2.7. Сканер
Сканер - это устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации.
2.7.1. Классификация сканеров. Сканеры различают по следующим критериям:
1. По степени прозрачности вводимого оригинала изображения бывают прозрачные и непрозрачные оригиналы.
К непрозрачным оригиналам относят фотографии, рисунки, страницы книг и журналов. В этом случае изображение снимается в отраженном свете.
К прозрачным оригиналам можно отнести слайды, негативы, пленки. Для получения изображения необходимо обработать свет, прошедший через оригинал.
2. По кинематическому механизму сканера:
– ручные сканеры – проблема ровного и равномерного перемещения сканирующей головки по соответствующему изображению возлагается на пользователя (от этого зависит качество получаемого изображения);
– планшетные сканеры – сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя;
– страничные (рулонные или протяжные) сканеры – отдельные листы документов протягиваются через устройство так, что сканирующая головка остается на месте (неприменимы для сканирования книг и журналов);
– проекционные сканеры – вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, при этом блок сканирования также находится сверху, а перемещается только сканирующее устройство (возможно сканирование проекций трехмерных предметов).
3. По типу вводимого изображения:
– черно-белые (штриховые или полутоновые);
– цветные.
В черно-белом сканере изображение освещается белым светом, получаемым, как правило, от флуоресцентной лампы. Отраженный свет через редуцирующую линзу попадает на светочувствительный элемент (ПЗС-линейка или ПЗС-матрица или CCD-матрица) (ПЗС – прибор с зарядовой связью). Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются в цифровую форму через АЦП (полутоновые сканеры) или через компаратор (двухуровневые "штриховых" сканеры).
Для сканирования цветных изображений существует несколько технологий. Например, в сканерах фирмы Microtek сканируемое изображение поочередно освещается красным (Red), зеленым (Green) и синим цветом (Blue), так что страница сканируется за три прохода. Похожий подход используется в сканерах Epson и Sharp, однако там смена цвета происходит для каждой строки, что позволяет избежать проблем с "выравниванием" пикселей при разных проходах. В сканерах HP и Ricoh сканируемое изображение освещается источником белого света, а отраженный свет через редуцирующую линзу попадает на трехполосную ПЗС-линейку через систему специальных фильтров, разделяющих свет на три компонента: красный, синий, зеленый.
Режимы сканирования:
– LineArt (черно-белый режим) – каждый элемент изображения представлен 1 битом (0 или 1), как правило используется в штриховых сканерах;
– Grayscale (полутоновый или градации серого) – под каждый элемент изображения отводится 8 бит, что обеспечивает уровень градаций от 0 до 255.
– True Color (цветное изображение) – конечный цвет элемента изображения определяется значениями трех основных цветов – красного, зеленого и синего (Red, Green, Blue – RGB), под каждый из которых отводится 8 бит.
Исходя из всего этого можно выделить следующие типы сканеров (на рис. 18 изображены некоторые из них):
- ручные,
- страничные (протяжные),
- барабанные,
- планшетные,
- слайд-сканеры,
- проекционные.
Рис. 18. Сканер штрих-кодов, слайд-сканер, планшетный, рулонный
Ручной сканер (Handheld Scanner) – портативный сканер, в котором сканирование осуществляется путем его ручного перемещения по оригиналу. Ширина области сканирования – не более 15 см. Обычно обеспечивают ввод полутоновых изображений. К ручным сканерам также можно отнести сканеры штрих-кодов.
Страничный (протяжный, листопротяжный, рулонный сканер) (Sheetfed Scanner). В таких сканерах линейка ПЗС закреплена неподвижно и мимо нее протягивается оригинал с помощью валиков.
Барабанный сканер (Drum Scanner) – сканер, в котором оригинал закрепляется на вращающемся барабане, а для сканирования используются фотоэлектронные умножители. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана очень близко от оригинала.
Планшетный сканер (Flatbet scanner) – в таких сканерах оригинал прижимается к стеклянной поверхности и с помощью шагового двигателя линейка ПЗС перемещается вдоль оригинала.
Слайд-сканер (Film-scanner) – разновидность планшетного сканера, предназначенная для сканирования прозрачных материалов (слайдов, негативных фотопленок, рентгеновских снимков и т. п.). Обычно размер таких оригиналов фиксирован.
Рис. 19. Проекционный сканер
Проекционный сканер (overhead scanner) – в таких сканерах изменяется фокусное расстояние сканирующего элемента. Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также наверху. Перемещается только сканирующее устройство (рис.19).
2.7.2. Принципы работы планшетного сканера. Планшетный сканер (Flatbed scanner) представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус с крышкой. Под крышкой находится стеклянная поверхность, на которую помещается оригинал, предназначенный для сканирования (рис. 20).
Рис. 20. Схема устройства и работы планшетного сканера на основе ПЗС (CCD)
В сканере имеется подвижная каретка, на которой установлены лампа подсветки и система зеркал. Каретка перемещается посредством так называемого шагового двигателя. Свет лампы отражается от оригинала и через систему зеркал и фокусирующих линз попадает на так называемую матрицу, состоящую из датчиков, вырабатывающих электрические сигналы, величина которых определяется интенсивностью падающего на них света. Эти датчики основаны на светочувствительных элементах, называемых приборами с зарядовой связью (ПЗС, Couple Charged Device – CCD). На поверхности ПЗС образуется электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Далее нужно только преобразовать величину этого заряда в другую электрическую величину – напряжение. Несколько ПЗС располагаются рядом на одной линейке.
Электрический сигнал на выходе ПЗС является аналоговой величиной (т. е. ее изменение аналогично изменению входной величины – интенсивности света). Далее происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с последующей обработкой и передачей в компьютер для дальнейшего использования. Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП, Analog-to-digital Converter – ADC). Таким образом, на каждом шаге перемещения каретки сканер считывает одну горизонтальную полоску оригинала, разбитую на дискретные элементы (пикселы), количество которых равно количеству ПЗС на линейке. Все отсканированное изображение состоит из нескольких таких полос.
В цветных сканерах сейчас используются, как правило, трехрядная матрица ПЗС и подсветка оригинала калиброванным белым светом. Каждый ряд матрицы предназначен для восприятия одной из базовых цветовых составляющих света (красной, зеленой и синей). Чтобы разделить цвета, используют либо призму, разлагающую луч белого света на цветные составляющие, либо специальное фильтрующее покрытие ПЗС. Однако существуют цветные сканеры и с однорядной матрицей ПЗС, в которых оригинал по очереди подсвечивается тремя лампами базовых цветов.
Кроме CCD-сканеров, основанных на матрице ПЗС, имеются CIS-сканеры (Contact Image Sensor), в которых применяется фотоэлементная технология.
Светочувствительные матрицы, выполненные по этой технологии, воспринимают отраженный оригиналом свет непосредственно через стекло сканера без использования оптических систем фокусировки. Это позволило уменьшить размеры и вес планшетных сканеров более чем в два раза (до 3–4 кг). Однако такие сканеры хороши только для исключительно плоских оригиналов, плотно прилегающих к стеклянной поверхности рабочего поля.
Планшетные сканеры могут быть снабжены дополнительными устройствами, такими как слайд-адаптер, автоподатчик оригиналов и др.
Слайд-адаптер (Transparency Media Adapter, TMA) – специальная приставка, позволяющая сканировать прозрачные оригиналы. Сканирование прозрачных материалов происходит с помощью проходящего, а не отраженного света. Иначе говоря, прозрачный оригинал должен находиться между источником света и светочувствительными элементами. Слайд-адаптер представляет собой навесной модуль, снабженный лампой, которая движется синхронно с кареткой сканера. Иногда просто равномерно освещают некоторый участок рабочего поля, чтобы не перемещать лампу. Таким образом, главная цель применения слайд-адаптера заключается в изменении положения источника света.
Автоподатчик – устройство, подающее оригиналы в сканер, как правило, используется при сканировании текстов и чертежей.
2.7.3. Характеристики оптико-электронной системы сканера. У сканеров можно выделить следующие основные характеристики.
2.7.3.1. Разрешение (Resolution) или разрешающая способность сканера – параметр, характеризующий максимальную точность или степень детальности представления оригинала в цифровом виде. Разрешение измеряется в пикселах на дюйм (pixels per inch, ppi). Нередко разрешение указывают в точках на дюйм (dpi). Различают аппаратное (оптическое) и интерполяционное разрешение сканера.
Аппаратное (оптическое) разрешение (Hardware/optical Resolu-tion) непосредственно связано с плотностью размещения светочувствительных элементов в матрице сканера. Обычно указывается разрешение по горизонтали и вертикали, например, 300 × 600 ppi. Следует ориентироваться на меньшую величину, т. е. на горизонтальное разрешение. Вертикальное разрешение, которое обычно вдвое больше горизонтального, получается в конечном счете интерполяцией (обработкой результатов непосредственного сканирования) и напрямую не связано с плотностью чувствительных элементов.
Интерполяционное разрешение (Interpolated Resolution) – разрешение изображения, полученного в результате программной обработки (интерполяции) отсканированного оригинала. Такая операция выполняется либо драйвером сканера, либо графическими редакторами.
Интерполяционное разрешение, как правило, в несколько раз больше аппаратного.
В техническом паспорте сканера иногда указывается просто разрешение. В этом случае имеется в виду аппаратное (оптическое) разрешение. Нередко указывается и аппаратное, и интерполяционное разрешение, например, 600 × 1ppi. Здесь 600 – аппаратное разрешение, а 9600 – интерполяционное.
2.7.3.2. Различимость линий (Line detectability) – максимальное количество параллельных линий на дюйм, которые воспроизводятся с помощью сканера как раздельные линии (без слипаний). Этот параметр характеризует пригодность сканера для работы с чертежами и другими изображениями, содержащими много мелких деталей. Его значение измеряется в линиях на дюйм (lines per inch, lpi).
Разрешение сканера – это максимальное разрешение, которое можно установить при сканировании. В зависимости от того, какие изображения необходимо сканировать, а также на какие устройства в дальнейшем будет эта информация выводиться.
2.7.3.3. Глубина цвета определяется количеством цветов, которые могут быть переданы (представлены), или количеством разрядов (битов) цифрового кода, содержащим описание цвета одного пиксела:
Количество цветов = 2Количество бит
2.7.3.4. Разрядность. В сканере электрический аналоговый сигнал с матрицы светочувствительных элементов преобразуется в цифровой посредством АЦП. Цифровой сигнал, несущий информацию о цвете пикселов, характеризуется разрядностью, т. е. количеством двоичных разрядов (битов), которыми кодируется информация о цвете каждого пиксела. АЦП и качество светочувствительных элементов сканера определяют глубину цвета, которую он может обеспечить. В настоящее время все цветные планшетные сканеры для широкого применения обеспечивают как минимум 24-битную глубину цвета (8 бит на каждую из трех базовых составляющих цвета). В пересчете на количество цветов это 224 =, чего вполне достаточно. В то же время существуют сканеры с 30-битным и 36-битным представлением цвета (10 и 12 бит соответственно на каждую составляющую). Реально работа происходит с 24-битным цветом, но при большей разрядности АЦП, имея избыточную информацию, можно производить цветовую коррекцию изображения в большем диапазоне без потери качества. Сканеры, имеющие большую глубину цвета (разрядность), позволяют сохранить больше оттенков и градаций цвета в темных тонах. Кроме того, младшие разряды выходного кода АЦП обычно флуктуируют (содержат ошибки преобразования). Чем большую разрядность имеет АЦП, тем меньше влияние ошибок преобразования на конечный результат.
2.7.3.5. Оптическая плотность. Понятие оптической плотности (Optical Density) относится прежде всего к сканируемому оригиналу. Этот параметр характеризует способность оригинала поглощать свет; он обозначается как D или OD. Оптическая плотность вычисляется как десятичный логарифм отношения интенсивностей падающего и отраженного (в случае непрозрачных оригиналов) или проходящего (в случае прозрачных оригиналов) света. Минимальная оптическая плотность (Dmin) соответствует самому светлому (прозрачному) участку оригинала, а максимальная плотность (Dmax) соответствует самому темному (наименее прозрачному) участку. Диапазон возможных значений оптической плотности заключен между 0 (идеально белый или абсолютно прозрачный оригинал) и 4 (черный или абсолютно непрозрачный оригинал). Например оптическая плотность изображений на газетной бумаге составляет 0,9, негативные пленки – 2,8, слайды – 3,0–4,0.
2.7.3.6. Динамический диапазон сканера определяется максимальным и минимальным значениями оптической плотности и характеризует его способность работать с различными типами оригиналов. Динамический диапазон сканера связан с его разрядностью (битовой глубиной цвета): чем выше разрядность, тем больше динамический диапазон и наоборот. Типовое значение оптической плотности для 24-битных планшетных сканеров приблизительно равно 2,5. Для 30-битного сканера этот параметр равен 2,6–3,0, а для 36-битного – от 3,0 и выше.
2.7.3.7. Область высокого разрешения. Некоторые планшетные сканеры могут использовать дополнительный объектив с большой степенью увеличения. Для этого случая в техническом паспорте указываются размеры части области рабочего поля сканера, в которой может осуществляться сканирование с повышенным в несколько раз разрешением. Эта область высокого разрешения (High Resolution Area, HRA) обычно намного меньше рабочего поля.
2.7.4. Способы подключения сканера. В некоторых типах сканеров используются собственные интерфейсные платы, обеспечивающие более высокую пропускную способность по сравнению со стандартными интерфейсами, например IEEE-1284 (LPT-порт). Также используются сканеры со SCSI-интерфейсом и комплектующиеся упрощенной модификацией SCSI-платы, подключаемой к внутренней шине компьютера, например PCI. В современных сканерах используются высокоскоростные шины: USB, IEEE-1394 (FireWire).
Для унифицирования прикладного программного интерфейса драйвера сканера (а также цифровых камер) в 1992 г. компаниями «Aldus», «Caere», «Eastman Kodak», «Hewlett Packard» и «Logitech» была разработана спецификация TWAIN. TWAIN – индустриальный стандарт интерфейса программного обеспечения для передачи изображений из различных устройств в Windows и Macintosh.
2.8. Графический планшет
Графический планшет (или дигитайзер, от англ. digitizer) – это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера (рис. 21).
Основной рабочей частью планшета является сеть из проводов (или печатных проводников). Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3–6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на мм).
Рис. 21. Графический планшет
По принципу работы и технологии есть разные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приёмником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.
Также есть планшеты, в которых нажим пера улавливается за счёт пьезоэлектрического эффекта. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки.
Кроме координат пера в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление и сила сжатия пера рукой.
Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а как особый вид пера. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь + планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.
2.8.1. Основные характеристики графических планшетов
1. Рабочая площадь обычно приравнивается к одному из стандартных бумажных форматов (А7-А0).
2. Разрешением планшета называется шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом точек на дюйм (dpi). Типичные значения разрешения для современных планшетов составляет несколько тысяч dpi.
3. Число степеней свободы описывает число квазинепрерывных характеристик взаимного положения планшета и пера. Минимальное число степеней свободы – 2 (X и Y – положения проекции чувствительного центра пера), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета.
2.9. Веб-камера
Веб-камера (также вебкамера) – цифровая фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (рис. 22).
Рис. 22. Веб-камера
Веб-камеры, доставляющие изображения через Интернет, закачивают изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается подключением камеры к компьютеру или благодаря возможностям самой камеры. Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и (или) отсылать e-mail.
2.9.1. Устройство и принцип работы веб-камеры. Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, преобразование аналогового видеосигнала в цифровой, сжатие цифрового видеосигнала и передачу видеоизображения по компьютерной сети. В состав веб-камеры входят следующие компоненты (рис. 23): ПЗС-матрица, объектив, оптический фильтр, плата видеозахвата, блок компрессии (сжатия) видеоизображения, центральный процессор и встроенный веб-сервер, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), флэш-память, сетевой интерфейс, последовательные порты, тревожные входы/выходы.
В качестве фотоприемника в большинстве веб-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. Для того чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах веб-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.
Рис. 23. Устройство веб-камеры
Объектив – это линзовая система, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент веб-камеры. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат.
Оптические инфракрасные отсекающие фильтры, которые устанавливают в веб-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая веб-камере правильную цветопередачу. Однако на многие черно-белые веб-камеры такие фильтры не устанавливают, благодаря чему монохромные веб-камеры имеют более высокую чувствительность.
Плата видеозахвата веб-камеры (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат.
Блок компрессии веб-камеры выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети.
Сжатие видеоизображения в веб-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. В случае использования аппаратного сжатия веб-камера должна содержать специальный процессор компрессии. Программные алгоритмы сжатия позволяют уменьшить стоимость веб-камеры, однако ее использование малоэффективно, если планируется ее использование в режиме online.
Центральный процессор является вычислительным ядром веб-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного веб-сервера и управляющей программы для веб-камер.
Интерфейс для Ethernet служит для подключения веб-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.
Для работы в сети веб-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к веб-камере периферийное оборудование.
Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы веб-камеры и хранить пользовательские HTML-страницы.
ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых веб-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т. е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если веб-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к веб-камере охранных датчиков.
Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP.
Наиболее распространенные недорогие веб-камеры, подключаемые к ЭВМ через интерфейс USB, содержат в своем составе только минимальный набор функциональных блоков: объектив, ПЗС-матрицу, блок оцифровки и контроллер USB. Все остальные функции (сжатие, передача данных в локальную сеть) выполняются за счет центрального процессора ЭВМ.
3. УСТРОЙСТВА ВЫВОДА
Устройства вывода информации подразделяются на:
– устройства вывода графической информации;
– устройства вывода звуковой информации (колонки, наушники).
Последние подключаются к аналоговым выходам звуковой карты.
3.1. Монитор
Монитор (дисплей) – устройство визуализации текстовой или графической информации без ее долговременной фиксации.
Мониторы можно классифицировать:
1. По типу отображаемой информации:
– алфавитно-цифровые (в настоящее время в ЭВМ не используются);
– графические.
2. По способу формирования изображения графические дисплеи подразделяют на два вида:
– векторные (в персональных ЭВМ не используются);
– растровые.
В векторном дисплее изображение строится из элементарных отрезков векторов (в случае ЭЛТ – электронный луч непрерывно "вырисовывает" контур изображения, собирая его из этих векторов). В растровых дисплеях изображение получают с помощью матрицы точек (в случае ЭЛТ – электронные лучи пробегают по строкам экрана, подсвечивая требуемые точки своим цветом). Наиболее широкое распространение получили мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ или CRT – Cathode Ray Tube) и на основе жидких кристаллов (ЖК или LCD – Liquid Crystal Display).
3.1.1. Устройство ЭЛТ-мониторов. В мониторах на основе ЭЛТ происходит преобразование энергии луча электронов в энергию видимого света.
Рис. 24. Устройство монитора на ЭЛТ
Такой монитор состоит из следующих элементов (рис. 24):
– электронной пушки, обеспечивающей формирование электронного луча;
– экрана, на котором расположен люмирофор (вещество, при попадании на которое электронов, происходит его свечение);
– отклоняющей системы, которая управляет потоком лучей для формирования изображения на экране. Она отклоняет поток электронов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Путь электронного луча на экране схематично представлен на рис. 25. Сплошные линии – это активный ход луча, пунктир – обратный.
Рис. 25. Ход луча на экране
Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Чем выше частоты, тем быстрее происходит вывод изображения.
В цветных мониторах используется три цветовых пушки: красная (red), зеленая (green), синяя (blue). Для точного позиционирования электронов каждой пушки на соответствующий цвету люминофор между экраном и устанавливается специальная решетка – маска. Существует два основных типа масок:
1. Теневая маска – металлический экран с отверстиями, через которые должны проходить лучи и попадать на люминофор (рис. 26).
2. Щелевая или гнездовая маска – люминофор наносится на экран не в виде точек, а в виде вертикальных чередующихся полосок (пунктиром) таким образом, чтобы одному щелевидному отверстию соответствовала своя RGB-триада (рис. 27).
3. Апертурная решетка, состоящая из большого количества проволок, натянутых вертикально (рис. 28). Обеспечивает лучшую фокусировку по сравнению с теневой маской.
Рис. 26. Теневая маска
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
