Методы передачи информации про цвет

В настоящее время для получения ТВ изображения на большом экране используют проекционные системы. Причем для получения ТВ изображения с размерами, относящимися к первой группе устройств, его проецируют непосредственно с экрана кинескопа с помощью линзовых или зеркально-линзовых оптических устройств. Яркость изображения в таких устройствах определяется яркостью свечения кинескопа, площадью экрана и его отражательными свойствами, а также коэффициентом оптической передачи (КОП) проекционной оптики. Коэффициент оптической передачи зеркально-линзовых систем в среднем в 3 раза выше линзовых. Поэтому для получения предельной площади экрана первой группы систем применяют зеркально-линзовое проекционное устройство, чаще всего наиболее светосильное из них - оптику Шмидта, позволяющую использовать до 30 % светового потока, излучаемого кинескопом. Трудоемкость изготовления и настройка зеркально-линзовой оптики делает нецелесообразным применение ее в проекционных системах с площадями экрана менее 3 м2. В таких системах применяется обычная линзовая оптика, КОП которой не превышает 7...9 %.

В проекционных ТВ системах кинескоп является устройством, обеспечивающим излучение, отклонение и модуляцию светового луча по интенсивности сигналом изображения. Увеличение яркости экрана в них при данной светоотдаче может быть получено за счет увеличения мощности возбуждающего люминофор тока луча путем увеличения анодного напряжения до 25...50 кВ. дальнейшее увеличение анодного напряжения усложняет конструкцию проекционного устройства и его обслуживание, а также уменьшает срок службы проекционного кинескопа. Таким образом, яркость, а следовательно, и размер ТВ изображения, полученного с помощью проекционной системы, имеет определенный предел. Практика использования проекционных ТВ систем на кинескопе показала, что их целесообразно применять для получения изображения на экране размером до 12 м2.

Поиск путей создания более эффективных проекционных систем привел к разработке так называемых светоклапанных устройств, в которых функции излучения и модуляции светового потока разделены. В этих устройствах ТВ сигнал воздействует на пространственные модуляторы света (ПМС), модулирующие световой поток от внешнего источника одновременно по поверхности всего ТВ изображения. Это позволяет практически неограниченно повысить интенсивность излучения, которая определяется лишь мощностью внешнего источника света. Подразделяются ПМС на модуляторы с прямой модуляцией светового потока, в которых под действием модулирующего ТВ сигнала меняется прозрачность или коэффициент отражения модулирующей среды, в результате чего ПМС становится носителем «промежуточного изображения» (аналогичного по своим оптическим свойствам изображению диапозитива). Такое “промежуточное изображение” проецируется на большой экран с помощью внешнего мощного источника света. При этом световой поток, проходящий через ПМС, изменяется по интенсивности в соответствии с распределением плотностей отдельных участков ПМС.

В модуляторах другого типа под действием модулирующего ТВ сигнала меняются такие оптические свойства модулирующей среды, которые без применения специальных дополнительных устройств не дают изменений интенсивности светового потока, а следовательно, и воспринимаемого глазом изображения. К таким свойствам следует отнести изменение формы поверхности модулирующей среды, приводящей к оптической разности хода лучей, изменение плоскости поляризации проходящего сквозь модулятор светового потока и т.д. В таких ПМС для модуляции светового потока по интенсивности на пути оптической проекции кроме модулирующей среды необходимо установить дополнительные устройства, преобразующие изменение указанных параметров в изменение интенсивности светового потока. Например, при изменении формы поверхности модулирующей среды таким устройством должна быть щелевая оптика, а при изменении угла поляризации - два взаимно перпендикулярных поляризатора.

Отечественной промышленностью выпускаются два типа телевизионных устройств с большим экраном: цветной проекционный телевизор и ТВ проекционное светоклапанное устройство “Аристон” (Ariston (греч.) - наилучший).

Цветной проекционный телевизор. Цветной проекционный телевизор ТВ 01-ПЦ предназначен для коллективного просмотра цветных передач в общежитиях, домах отдыха, санаториях, а также может быть использован в домашних условиях. Цветное изображение получается совмещением посредством оптической проекции на отражательный экран красного, зеленого и синего изображений, полученных на экранах трех планарно расположенных проекционных кинескопов с люминофорами соответственно красного, зеленого и синего свечения (рис.7.12). Проекционные кинескопы представляют собой высокояркие электронно-лучевые приборы с прямоугольными экранами, диагональ которых равна 16 см. Для проекции изображения использована линзовая оптика, причем проектор и экран объединены в единую конструкцию (рис.7.13).

Наблюдение изображения осуществляется на светорассеивающем направленном экране, отражающем основную часть падающего на него светового потока в пределах небольшого угла, который по горизонтали составляет 30°, а по вертикали 10°. Такая направленная отражательная способность экрана увеличивает яркость изображения в 8 раз по сравнению с яркостью, получаемой от диффузно рассеивающего экрана, что позволяет получить на экране с диагональю 115 см яркость 50 кд/м2. Компенсация неравномерности яркости по поверхности экрана, возникающей в результате широкоугольной проекции трех геометрически разнесенных растров, обеспечивается приданием поверхности экрана сферической формы с большим радиусом кривизны. Три цветоделенных изображения - красного, зеленого и синего свечения - совмещаются на отражательном экране с помощью специальных электронных устройств. Геометрические искажения изображения (см. рис. 7.12), вызываемые разностью хода лучей от кинескопов до экрана, устраняются с помощью специальных устройств для коррекции растра. Для уменьшения габаритов телевизора в конструкции применен широко используемый принцип излома оптической оси с помощью плоского зеркала (см. рис. 7.13).

Телевизионное проекционное светоклапанное устройство “Аристон”. В СССР было разработано светоклапанное проекционное устройство, в котором для пространственной модуляции светового потока используются слой вязкой жидкости (масло “Эйдофор”), деформирующийся под воздействием электронного пучка, и щелевая оптика. Упрощенная оптическая схема такого устройства схематически представлена на рис.7.14. Мощная ксеноновая дуговая лампа 2 с помощью зеркального отражателя 1, конденсора 3, линз 4 и зеркала “холодного света” 5 равномерно освещает диафрагму 6. Свет, прошедший через отверстие диафрагмы, проецируется линзой 7 и растровым (щелевым) зеркалом 8 на мишень, состоящую из сферического зеркала 9, покрытого тонким слоем модулирующей среды (масло “Эйдофор”) 10. Площадь освещенной мишени определяется величиной диафрагмы. Растровое зеркало состоит из шести зеркал в виде полосок и совместно с поверхностью сферического зеркала и слоем нанесенной на нее вязкой жидкости является световым клапаном.

Зеркальные полоски щелевой системы расположены в фокусе сферического экрана мишени так, что лучи, отраженные от сферического зеркала, прошедшие через недеформированную поверхность модулирующей жидкости, отражаются полосками растрового зеркала обратно к источнику света и поэтому не попадают в проекционный объектив 12 и зрительный экран 13. Если поверхность жидкости 2 на металлическом зеркале 1 окажется деформированной (рис.7.15), световые лучи, проходя сквозь разную толщину модулирующей жидкости (в соответствии с глубиной деформации жидкости в данной точке), будут отражены от мишени под различными углами , отличными от первоначального значения. Часть этих лучей пройдет мимо зеркальных полос и попадет через объектив 12 на экран 13. Освещенность экрана тем больше, чем больше глубина деформации. Деформация поверхности жидкости образуется под действием электростатических сил, которые вызываются электрическими зарядами, возникающими на участке поверхности жидкости в момент коммутации ее развертывающим электронным лучом. Глубина деформации слоя жидкости определяется интенсивностью электронного луча, поэтому при модуляции его сигналом изображения на поверхности мишени возникает рельеф деформаций 3, т.е. каждому элементу изображения соответствует определенная глубина деформации слоя жидкости. Лучи света, отклоненные благодаря этим деформациям от первоначального направления, создают на экране 13 ТВ изображение. Деформация участка поверхности светомодулирующей среды сохраняется и после ухода с этого участка электронного луча. Время сохранения деформации определяет скорость исчезновения заряда участка мишени, зависящую от электропроводности среды, а также механические свойства среды - вязкость и поверхностное натяжение. Соответствующим подбором проводимости и вязкости жидкости обеспечивают сохранение рельефа деформации в течение большей части периода кадровой развертки. Это приводит к тому, что лучи света, проходящие через пространственный модулятор, освещают каждую точку изображения на экране 13 в течение активной части кадра, что в соответствии с законом Тальбота существенно увеличивает яркость экрана.

К достоинствам установки “Аристон” относится возможность воспроизведения черно-белых и цветных изображений на экране размерами до 50 м2 с высокими яркостью, четкостью и контрастом. При использовании ксеноновой лампы мощностью 3000 Вт световой поток, падающий на экран, достигает 5500 лм. Контраст изображения достигает 100:1, четкость изображения может быть обеспечена до 1000 строк.

Существенными недостатками установки являются большие габариты (1000х940х460 мм) и масса (более 100 кг), высокая стоимость и сложность обслуживания, связанная с наличием. ряда вспомогательных устройств - вакуумного насоса непрерывной откачки, замкнутой системы водяного охлаждения мишени, системы воздушного охлаждения.

Матричные плоские экраны. Широко распространенным и знакомым видом плоского экрана является матричное табло с растром из большого числа ламп накаливания, яркость свечения которых регулируется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такие видеопанели матрично-лампового типа отличаются умеренной стоимостью, сравнительно высокой яркостью и достаточно большими размерами экрана. Основной недостаток матрично-ламповых видео панелей - малая четкость и низкая надежность ламп, приводящая к появлению точечных дефектов.

Значительно более высокое качество изображения обеспечивает многокинескопная (многоэкранная) видеопанель, состоящая из набора кинескопов, расположенных вплотную друг к другу так, чтобы общий формат панели совпадал с форматом телевизионного изображения. Число кинескопов для разных моделей различно - от 4 (22) до 100(1010). Диагональ экрана каждого кинескопа обычно превышает 60 см.

Телевизионное изображение в такой видеопанели разбито на отдельные фрагменты, число которых равно числу кинескопов. При воспроизведении полного ТВ изображения лучи всех кинескопов отклоняются синхронно, а видеосигнал для модуляции этих лучей соответственно фрагменту изображения поступает от специального блока обработки на основе кадровых ЗУ. С помощью этого блока осуществляется “расщепление” полного ТВ изображения на отдельные фрагменты.

Кинескопная видеопанель обеспечивает высокую яркость изображения (около 100 кд/м2), большой срок службы, стабильность параметров и простоту смены отдельных модулей (кинескопов). Использование программного управления позволяет наряду с режимом большого изображения получать дополнительные эффекты: осуществлять увеличение или уменьшение изображения; создавать полиэкранный эффект, когда на каждый кинескоп подается отдельный видеосигнал от разных источников, и режим размножения изображения, в котором на все кинескопы подается один и тот же видеосигнал; осуществлять “смывание” изображения чистым цветом и “замораживание” его, а также различные эффекты при монтажных переходах.

Основной недостаток многокинескопных видеопанелей - заметность решетки, образуемой зазорами между изображениями на отдельных кинескопах. Для устранения заметности зазоров используют тонкие пластмассовые линзы, устанавливаемые перед экранами кинескопов. Необходимое оптическое увеличение изображения каждого кинескопа этими линзами приводит к тому, что фрагменты наблюдаемых изображений соприкасаются. Требуемое увеличение приблизительно равно 1,1 раз.

Высокое качество изображения обеспечивают матричные видеопанели (экраны), состоящие из большого числа люминесцентных (светоизлучающих) ячеек (Trini-Lita-ТL). Каждая ячейка содержит триады вертикальных прямоугольных люминофорных полосок красного, зеленого и синего свечения. Возбуждение люминофоров происходит под действием неотклоняемого потока электронов, излучаемых триадами встроенных в ячейки катодов. Управление яркостью свечения люминофорных ячеек осуществляется методом ШИМ.

В зависимости от размера экрана используются ячейки трех типов, отличающиеся количеством и размерами люминофорных полосок (триад). Самые крупные люминофорные полоски имеет ячейка ТL-1, содержащая всего одну триаду и предназначенная для матричных экранов большой площади. Ячейка ТL-2, имея такие же габариты, как и у ТL-1, содержит две триады и предназначена для экранов меньшей площади - от 48 до 2332. Экраны площадью до 48 м2 составляются из ячеек ТL-8, которые содержат восемь триад, скомпонованных в два ряда по четыре триады. Серия таких экранов разного размера и назначения, изготовленная фирмой “Sony”, получила фирменное название Jumbotron.

Экраны Jumbotron, принципиально свободные от ошибок рассовмещения, потребляют небольшую мощность и обеспечивают высокую яркость изображения. Широтно-импульсная модуляция позволяет получить 256 градаций яркости, а малая инерционность ячеек втрое увеличивает частоту кадров, что устраняет мелькание яркости при высокой (до 4000 кд/м2 яркости экрана. Четкость изображения, получаемого на люминофорных экранах, зависит от их размеров. Экраны меньших размеров имеют меньшее число триад, а следовательно, и меньшую четкость. Однако даже самый большой экран площадью 1000 м2 имеет 400 триад по горизонтали и 378 рядов по вертикали.

Такая несколько пониженная четкость изображения компенсируется высокой яркостью и контрастностью люминофорного экрана.

Перспективным является создание цветных просветных видеопанелей, освещенных с тыльной стороны равномерным световым потоком, который сначала проходит через мозаику цветных светофильтров, а затем через мозаику жидкокристаллических элементов. С помощью последней осуществляется модуляция элементарных цветоделенных световых потоков по интенсивности. Управление жидкокристаллическими элементами производится индивидуально соответствующим отсчетом видеосигнала.

ЛІТЕРАТУРА

1. Брагин А.С. Технологии вещательных служб. Часть 1. Технологии звукового радиовещания. -К.: НТУУ «КПИ», 2006.

2. Телевидение: Учеб. для вузов, изд. 3-е. /Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 606 с.

Приложение

Размещено на Allbest.ru