9.1 Физическа основа на оптичното предаване на изображение
Телевизията се разбира като предаване на оптични изображения с помощта на технически средства на разстояние. Параметрите на комуникационните устройства, които осигуряват предаване на телевизионни сигнали, трябва да съответстват на характеристиките на човешките органи на зрението.
Източникът на оптична информация за човек е видимата светлина с дължина на вълната от 380 до 760 nm, излъчвана или отразена от различни физически тела. Приемникът на тази информация е човешкото око. Оптичната система на окото, използвайки прозрачна леща под формата на двойноизпъкнала леща и мускулите, които контролират радиуса на кривината на тази леща, преобразува светлинния поток от обекта и го фокусира в обърнато изображение върху задната повърхност на очната ябълка, наречена ретина.
Ретината се състои от много нервни окончания от два вида. Около 7 милиона конусовидни нервни окончания са разположени главно в малка област срещу лещата. Тази малка област на ретината се характеризира с най-добро зрение и се нарича жълто петно. Конусите са в състояние да разграничат както интензитета на светлинната вълна, която носи информация за осветеността на даден обект или яркостта на неговото излъчване, така и дължината на вълната на тази вълна, която носи информация за цвета на обекта. Около макулата има над 100 милиона пръчковидни нервни окончания. Пръчиците са по-чувствителни рецептори за интензитета на оптичните потоци, тоест те са в състояние да открият по-слаби светлинни сигнали, но пръчиците не могат да различат дължината на вълната на светлината, тоест не могат да различат цветовете на обектите.
Светлочувствителните елементи на окото преобразуват енергията на светлинните вълни в сигнали от нервната система на човека, предавани към зрителните центрове на мозъка, където се извършва обработка.входяща информация. В резултат на обработка на импулси от много милиони нервни окончания се формира цялостен образ на обекта: яркост, цвят, геометрични размери и др.
Системата за предаване на оптична информация на къси разстояния може да се реализира с помощта на световоди. Световодите са влакна, които са прозрачни за светлина, комбинирани в сноп и способни да предават оптични сигнали поради вътрешно отражение дори по извита траектория. Ако изображение на обект се проектира върху единия край на сноп от такива влакна, тогава това изображение може да бъде предадено като сума от отделни елементи на изображението, предадени от всяко от влакната.
Всеки от елементите на такова разделено изображение може да се предава с помощта на електрически сигнали (с предварително преобразуване на оптичното изображение в електрически сигнал и с обратно преобразуване на електрическия сигнал в оптично изображение в приемащия край на комуникационната линия). Комуникационна система с едновременно предаване на сигнали от всички елементи на картината (паралелно предаване на елементи на картината) изисква значителни ресурси. По-икономичен е методът за последователно предаване на елементи на изображението по една комуникационна линия.
Последователното предаване на елементите на изображението се основава на свойството на зрението да съхранява светлинни ефекти в паметта. Това свойство се състои в това, че светлочувствителните нервни окончания остават раздразнени още известно време след края на светлинния сигнал. Инерцията на органите на зрението е приблизително 0,1 секунди и през това време органите на зрението продължават да „виждат“ светлинния сигнал, който всъщност е приключил.
Ако оптичните сигнали рядко се повтарят, тогава органите на зрениетоще записва отделни светлинни проблясъци. С увеличаване на честотата на повторение на светкавиците, усещането за трептене на изображението ще спре и потокът от отделни светлинни импулси ще предизвика същото усещане като от източник на непрекъснато излъчване.
Стойността на честотата на повторение на отделни светкавици, започвайки от която има усещане за сливане на възприятието, се нарича критична честота на трептене (мигане). Критичната честота на трептене зависи от интензивността на дразнене на нервните окончания, тоест от яркостта на излъчването. При изграждането на телевизионни системи се взема предвид, че критичната честота на трептене, определена от параметрите на изображението на телевизионния екран, е 40 ... 48 Hz. Трябва да се отбележи, че с увеличаване на ъгловите размери на обекта стойността на критичната честота на сцинтилация се увеличава. Това се взема предвид при проектирането на широкоекранни телевизионни системи.
Същността на последователното предаване на елементи на изображението е, че предаваното изображение се разлага на отделни елементи, наречени елементи на разлагане, и информацията за всеки елемент на разлагане се предава на свой ред през комуникационната линия. В приемащия край на комуникационната линия повърхността на екрана се разлага на същия брой елементи на разлагане и информацията за параметрите на съответния елемент на разлагане в предаващия край се предава последователно към всеки елемент на разлагане в приемащия край.
Сигналите от всеки отделен елемент на картината могат да се предават в различен ред при метода на последователна обработка. Траекторията, по която се движи елементът за разлагане на изображението по време на предаване и приемане, се нарича сканиране на изображението. При предаване на непрекъснати изображения прогресивното сканиране е широко разпространено. С прогресивно (прогресивно) сканиранецялата площ на екрана с правоъгълна форма е разделена на серия от хоризонтални линии, които не се припокриват.
Елементите на разлагане в ред се четат последователно от началото на реда до неговия край (редовете са показани с плътни линии на фигура 9.1, а; редовете също се четат последователно един след друг, образувайки така наречения растер). Устройствата, които осигуряват сканиране на изображения, имат инерция, тоест не могат незабавно да прескочат до началото на следващия ред. На Фигура 9.1, а, пунктираната линия показва обратния път на лъча до началото на нов ред. Линиите са подредени плътно една под друга, а общият набор от линии образува рамка на изображението.
Алтернативно избиране на елементи в ред и последователно изброяване на редове в рамка се осигурява от специално разпръскващо устройство. Последователните промени в координатите на избрания елемент хоризонтално и вертикално съответстват на трионообразните напрежения на движението в редове и рамки, показани на фигурите съответно 9.1, b и 9.1, c.
На фигурата са използвани следните обозначения: x и y са съответно хоризонталните и вертикалните координати на елемента на разлагане; TC е периодът на хоризонтално разлагане на изображението, освен това TSP е продължителността на движението напред по линията, TCO е продължителността на обратния ход; TK е периодът на вертикално движение на изображението, освен това TKP е продължителността на хода напред по вертикалата. При прогресивно сканиране на изображението периодът на сканиране за рамката е кратен на периода на сканиране за реда TK = N*TC, където N е цяло число. В този случай след изброяване на всички елементи на разлаганетона предходния кадър, разпръскващото устройство ще осигури предаването на информация за първия елемент от първия ред на следващия кадър.
Броят на хоризонталните и вертикалните елементи на разлагане се избира, като се вземат предвид характеристиките на човешкото зрение. Най-доброто възприемане на обекта се осигурява, ако той се гледа във вертикална равнина под ъгъл на видимост, равен на 15°, и в хоризонтална равнина под ъгъл, равен на 20°. Такива съотношения се предоставят на разстояния до правоъгълен екран, които са 5 пъти височината на този екран.
Броят на редовете се избира от условието за необходимата разделителна способност във вертикална посока (вертикална яснота). В този случай линейната структура на изображението не трябва да се забелязва. Различните стандарти използват различен брой редове. В местното телевизионно излъчване се приемат 625 реда на кадър.
Пълното изображение на рамката се формира чрез последователно сканиране на всички линии. Ако честотата на кадрите е по-висока от критичната честота на трептене, тогава изображението на рамката изглежда като единична картина и трептенето не се усеща при смяна на рамки.
В ефирната телевизия преплитането е по-ефективно. При този метод на сканиране на изображение целият цикъл на формиране на сканиране на интервал от един кадър се разделя на два подцикъла. В първия подцикл се обработват всички нечетни редове, във втория подцикл се обработват всички четни редове. Изображението в цял кадър се предава в два цикъла на изместване. За да се осигури образуването на преплитане, рамката трябва да има нечетен брой линии. За да се оформят две полета с разместени линии, оформянето на втората полурамка трябва да започне от средата на линията.
Растерната структура за презредово сканиране е показана на фигура 9.2, a. Във вътрешнотоВ ефирната телевизия честотата на промяна на полукадрите е избрана да бъде по-голяма от критичната честота на трептене и равна на честотата на електрическата мрежа от 50 Hz. Този избор на кадрова честота намалява отрицателния ефект на променливотоковия фон върху работата на възлите на телевизионната система и в крайна сметка върху формирането на изображението. Фигури 9.2b и 9.2c показват съответно сигналите на хоризонталното и вертикалното сканиране.
