Основы телевидения и видеотехники (стр. 22 )

Каждый элемент ЖК-панели с так называемой активной матрицей (в английской аббревиатуре – TFT LCD) имеет свой управляющий транзистор, выполненный по тонкопленочной технологии (Thin Film Transistor). На входы тонкопленочных транзисторов последовательно, в соответствии с законом развертки, подается сигнал изображения, а выходные напряжения транзисторов позволяют менять угол поляризации кристаллов ячеек ЖК-матрицы.

После первого управляемого поляризационного фильтра ставится второй поляризационный фильтр с углом поляризации, перпендикулярным углу поляризации первого фильтра в условиях отсутствия управляющего сигнала. Таким образом, при отсутствии управляющего сигнала свет от лампы не проходит через систему поляризационных фильтров, а при наличии управляющего напряжения происходит изменение угла поляризации в пределах 90° и, соответственно, изменение интенсивности проходящего света. При совпадении углов поляризации свет беспрепятственно проходит через поляризационные фильтры. Данный общий принцип работы TFT LCD-экранов иллюстрируется на рис. 13.6.

Рис. 13.6. Упрощенная конструкция ЖК-экрана

Цветной TFT-пиксель состоит из трех субпикселей, содержащих соответственно красный, зеленый и синий светофильтры. Субпиксели интегрированы в стеклянную основу и расположены близко к друг другу. Так, например, TFT LCD-экран 18,1¢¢ с разрешением 1280 ´ 1024 точек содержит в три раза больше субпиксельных элементов, а именно 3840 ´ 1024, каждый из которых имеет свой управляющий тонкопленочный транзистор, при шаге примерно 0,011¢¢ (или 0,28 мм).

Рис. 13.7. Строение пикселя TFT

Поляризация, лежащая в основе работы ЖК-экранов, имеет главный недостаток – сокращение угла обзора экрана. В настоящее время имеется несколько технологий, позволяющих значительно уменьшить этот недостаток и обеспечить угол обзора со стандартных 90° до 140–170°. Увеличение угла обзора, как правило, связано с увеличением времени отклика пикселя (инерционность), уменьшением контрастности изображения, увеличением стоимости экрана. С технической точки зрения угол обзора до 160° (практически как у ЭЛТ) при времени отклика 20 мс (соответствует частоте 50 Гц) является приемлемым решением, обеспечивающим достаточное качество воспроизведения видеосюжетов.

13.4. Принцип работы плазменных экранов

Работа плазменного экрана (панели) заключается в управлении холодным разрядом разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Цветной пиксель, формирующий отдельную точку изображения, как и в предыдущем случае, состоит из трех субпикселей, ответственных за три основные цвета. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится люминофор соответствующего цвета свечения.

Субпиксели находятся в узлах прямоугольной сетки, образованной прозрачными металлическими электродами (рис. 13.8). При сканировании электрическим напряжением строк и столбцов прямоугольной сетки в газоразрядных ячейках возникает свечение, интенсивность которого пропорциональна величине управляющего напряжения (величине сигнала изображения). Максимум излучения газового разряда находится в ультрафиолетовой области спектра. В свою очередь, люминесцентное покрытие в зоне разряда под воздействием ультрафиолетового излучения начинает светиться в видимом диапазоне спектра, что и воспринимает наблюдатель. Ультрафиолетовая составляющая, вредная для глаз, поглощается защитным наружным стеклом.

Рис. 13.8. Упрощенная конструкция плазменной панели

Таким образом, принцип действия плазменной панели основан на электролюминесценции газа, интенсивность свечения которого пропорциональна управляющему сигналу (сигналу изображения) и последующей фотолюминесценции цветных люминофоров, возбуждаемой газоразрядным свечением.

13.5. Автоэмиссионные панели

В автоэмиссионных панелях (Field Emission Display, FED) (см. рис. 13.9) используется явление электролюминесценции. Возбуждение люминофоров осуществляется электронами, генерируемыми автоэлектронными эмиттерами игольчатого типа. Панель имеет несколько слоев, располагаемых на подложке. Первый слой – катоды с игольчатыми эмиттерами, второй слой – управляющие электроды. Между полосковыми катодами и управляющими электродами имеется воздушный зазор. Третий слой – полоски люминофоров (RGB). Вся конструкция закрыта защитным стеклом. Толщина панели составляет 10 мм.

Рис. 13.9. Конструкция автоэмиссионной панели

Каждому эмиттеру соответствует отверстие в управляющем электроде. При подаче напряжений на соответствующий катод и управляющий электрод в точке их пересечения возникает разность потенциалов, которая приводит к увеличению плотности тока на остриях эмиттеров. Адресация и, соответственно, активизация эмиттеров осуществляется последовательно по закону развертки. Электроны с эмиттеров через отверстие в управляющем электроде попадают на люминофор, нанесенный на полоски.

Достоинства автоэмиссионных панелей следующие: высокая яркость, малая инерционность, большой угол обзора.

13.6. Светодиодные экраны и видеопроекторы

Для создания больших экранов в настоящее время используют матричные панели на светодиодах LED (Light Emitting Diode), а также видеопроекторы. Существуют различные варианты видеопроекторов, основанные на использовании кинескопов с большой яркостью изображения и светосильной оптики. Кинескоп в данном случае является источником света. Существуют видеопроекторы с использованием ЖК-модуляторов. В них источник света – мощная лампа. Свет от лампы через конденсор модулируется ЖК-матрицей, управляемой видеосигналом, и через объектив проецируется на экран. Имеются видеопроекторы, основанные на использовании лазеров. Они включают в себя когерентные источники света, модуляторы и устройства развертки лазерного пучка (дефлекторы). Практически видеопроекторы относятся в большей степени к области цифрового кинематографа.

13.7. Применение ЭВМ для просмотра и записи изображений

Современный этап развития телевизионной техники характеризуется широким использованием средств вычислительной техники и компьютерных технологий для получения, обработки, хранения изображений. В этой связи часто проводят аналогию между системой «телекамера – компьютер» и системой «глаз – мозг», говоря о том, что если глаз – вынесенная на периферию часть головного мозга, то телекамера – вынесенная на периферию часть компьютера.

Тем не менее исторически телевизионные стандарты, идущие от систем телевещания, несколько разошлись с компьютерными стандартами, в которых изначально была предусмотрена повышенная частота кадров с целью уменьшения нагрузки на зрение. Существующие стандарты цветного телевидения также создают определенные проблемы для компьютерной графики. Существуют компромиссы между количеством передаваемой информации и скоростью ее передачи и, следовательно, между пропускной способностью канала связи и разрешающей способностью системы.

Для ввода изображений в ЭВМ необходимо, во-первых, осуществить аналого-цифровое преобразование («оцифровку») видеосигнала, поступаю-щего с телевизионной камеры. Оцифровка видеосигнала осуществляется в соответствии с теоремой отсчетов путем дискретизации по времени через интервалы t = 1/2fmax, где fmax – максимальная частота спектра сигнала при одновременной дискретизации (квантовании) по амплитуде. Обычно динамический диапазон изменения видеосигнала разбивается на 2n градаций яркости. С учетом полной незаметности для глаза яркостных перепадов, возникающих в результате квантования сигнала с плавным изменением яркости, выбирается n = 8, т. е. используется 8-разрядное двоичное кодирование амплитуды видеосигнала, соответствующее 256 градациям яркости (рис. 13.10).

Рис. 13.10. К оцифровке видеосигнала

Соответственно для изображения в полноценном цвете необходимо обеспечить передачу не менее 24 бит на пиксель, т. е. по 8 бит на каждый из основных цветов R, G и B. Рассмотрим аппаратную часть ЭВМ, участвующую в процессе отображения видеоинформации по упрощенной структурной схеме (рис. 13.11).

Рис. 13.11. Элементы ЭВМ, участвующие в процессе ввода, хранения и вывода

изображения на дисплей:

ЦП – центральный процессор; HDD – жесткий диск;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

Работа блоков осуществляется под управлением программы, выполняемой центральным процессором (ЦП). В силу иерархической структуры ЭВМ программа более высокого уровня в процессе ее выполнения обращается к программам, управляющим работой устройств, – драйверам. В свою очередь, драйверы могут обращаться к программам еще более низкого уровня, в том числе жестко «прошитым» в ПЗУ соответствующих контроллеров, чем обеспечивается высокая скорость выполнения наборов стандартных операций.

Процесс ввода изображений может быть упрощенно представлен следующим образом. При использовании внешнего устройства ввода изображений ЦП управляет контроллером внешней шины, который принимает данные от внешнего устройства видеозаписи и размещает их в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) с последующей передачей в видеобуфер видеоадаптера для отображения на мониторе. Видеобуфер представляет собой быстродействующее ОЗУ, предназначенное специально для размещения графической информации (изображений) и ее аппаратного считывания с последующим преобразованием в аналоговые R-,G-,B-сигналы, которые подаются на соответствующие управляющие электроды монитора. При необходимости записи изображения в файл ЦП перемещает данные из ОЗУ на жесткий диск (HDD), управляя соответствующим контроллером.