6.1.2. Развёртка изображения
В качестве примера рассмотрим образование видеосигнала при линейной развёртке изображения. На рис. 3а показано изображение и в нём – линии развёртки одной строки, а на рис. 3б – закон изменения яркости вдоль этой строки В(х). В ТВ системах развёртка изображения производится световым или электронным лучом. В первом приближении сечение луча можно представить круглым. Его диаметр в плоскости изображения d1 называют апертурой луча.
Развёртка (сканирование) происходит слева направо вдоль горизонтальных линий (строк) и сверху вниз по строкам (рис. 3г). Луч пробегает строку за строкой до самого «дна» экрана, образуя растр (рис. 3д), а затем возвращается назад и повторяет движение опять, образуя следующий кадр.
В точках, куда падает электронный луч, наблюдаются видимые глазу вспышки света. За счёт инерционности глаза в процессе сканирования электронным лучом эти вспышки сливаются в линии, далее в полный растр, образуя телевизионный кадр. ТВ изображение, таким образом, представляет собой совокупность последовательно высвечиваемых точек, передающих пространственное распределение яркости (цвета). Установлено, что для восприятия человеческим глазом этой совокупности как единого целого, она должна обновляться не реже 50 раз в секунду. В противном случае глаз начинает замечать мерцание строк – так называемый фликер-шум (flicker).
Рис. 3. Развёртка изображения
В телевидении был реализован чересстрочный режим развёртки (рис. 3ж), при котором за каждый проход луч пробегает только половину строк – сначала 288 чётных (нумерацию строк начинают с 0), а затем, вернувшись к началу, – 288 нечётных (здесь речь идёт об активных или видимых строках и цифра округлена до целого числа). Таким образом, телевизионный кадр оказывается разделённым на 2 полукадра – их называют полями.
В результате вертикальная частота оказывается в два раза выше, т.е. 50 Гц, а кадровая частота равна 25 Гц. Следовательно, передаваемый объём информации уменьшится в два раза, сохраняя реально временные параметры и качество изображения. Благодаря этому требуемая полоса канала передачи сокращается в 2 раза.
Однако чересстрочная развёртка ограничивает размер мелких деталей. При попытке передачи узкой горизонтальной линии толщиной не более 1/576 высоты изображения, эта линия будет прорисовываться только при каждом втором проходе, т.е. 25 раз в секунду. Вследствие чего происходит сливание горизонтальной линии, и глаз заметит её мерцание – фликкер-шум.
При прогрессивной развёртке полный кадр представляется одним полем. В этом случае видимая чёткость повышается вдвое, но чтобы избежать фликкер-шума, надо повысить кадровую частоту не менее чем в 2 раза.
6.1.3. Искажения изображения при развёртке
Закон изменения тока на выходе первичного преобразователя i(t) при развёртке вдоль строки отличается от закона изменения яркости тем, что резкие изменения яркости на кривой изменения тока сглажены (рис. 3в). Это искажение, возникающее в процессе первичного преобразования, называется апертурным искажением. Апертурные искажения снижают разрешающую способность ТВ системы, резкость и чёткость изображения.
Для его ослабления следует уменьшать апертуру луча первичного преобразователя, н в этом случае начинает сказываться другой фактор. В процессе первичного преобразования энергия излучения объекта собирается с площади, пропорциональной квадратуре апертуры луча. Следовательно, чем больше апертура луча, тем выше чувствительность телевизионной системы при фиксированной разрешающей способности. Однако увеличивать время накопления, уменьшая скорость развёртки, можно только при передаче изображения неподвижных или малоподвижных объектов.
На приёмной стороне системы во вторичном преобразователе имеют место также апертурные искажения. Здесь апертура луча вторичного преобразователя d2 связана интенсивностью излучаемого светового потока. Поэтому обычно выбирается d2>d1.
Таким образом, основным принципом ТВ передачи изображений является поэлементное сканирование путём развёртки оптической проекции объекта и передача значений яркости (цвета) в виде электрического сигнала изменяющейся амплитуды, и восстановление оптического изображения на приёмной стороне путём свёртки (развёртки) и модуляции приходящим сигналом светового (цветового) пятна (апертуры). Для правильного и полного восстановления изображения необходимо, чтобы на передающей и приёмной сторонах законы развёртки изображения были одинаковыми и протекали синхронно и синфазно. С целью обеспечения этих условий в телевизионной системе принят единый закон развёртки. Генераторы развёрток управляются от единого синхрогенератора. Поэтому в ТВ системе помимо канала для передачи сигналов изображения, интенсивность которых характеризует яркость отдельных элементов изображения, должен быть отдельный канал для передачи сигналов синхронизации. Чаще всего ТВ система выполняется с одной многоканальной линией связи, совмещающей каналы передачи сигнала изображения и сигналов синхронизации.