А.1. Апертурные искажения

Серьезным фактором, ограничивающим четкость ТВ изображения, являются апертурные искажения, которые вызываются конечными размерами развертывающих элементов. Апертурные искажения ухудшают как вертикальную, так и горизонтальную четкость.

Для выяснения влияния апертурных искажений на горизонтальную четкость будем считать, что полоса частот сигнала достаточно большая, чтобы не вызывать частотных искажений изображения. Возникновение апертурных искажений объясняется на рис. 2.10. Предположим, что график распределения яркости вдоль строки

Рис. 2.10. Апертурные искажения: а) графики, показывающие соотношение между шириной Т_п импульсов яркости и диаметром d_лапертуры, б) график, показывающий зависимость амплитуды телевизионного сигнала Δi от апертурных искажений.

имеет вид, как на рис. 2.10,а (чередующиеся черные и белые по­лосы). Электронный луч передающей трубки скользит вдоль стро­ки, создавая телевизионный сигнал (рис. 2.10,б). Если диаметр сечения луча d_л меньше ширины полосы Т_п, то сигнал имеет 100%-ную модуляцию, т. е. изменяется от i_макс до i_мин. Если же луч оказывается шире полосы, т. е. d_л>T_п, то находясь на черной полосе, апертура будет частично за­хватывать и белую, а находясь на бе­лой — черную. Таким образом, «черный» сигнал посветлеет, а «белый» потемнеет, т. е. размах сигнала уменьшится. При d_л =2T_п луч будет одновременно покрывать и черную и белую полосы, т. е. сигнал выродится в постоянную «серую» составляющую. Другими словами, для воспроизведения мелких деталей вдоль строки электронный луч должен соответствовать тонко заточенному карандашу. При большом диаметре апертуры мел­кие детали, расположенные вдоль строк, будут смазываться.

Точно так же из-за апертурных искажений будут смазывать­ся на изображении резкие переходы яр­кости (рис. 2.11). При этом появляется зона размытости αβ, что приводит к ухудшению четкости изображения. Из рис. 2.10 видно, что видеосигнал униполярен, т.к. нет отрицательных значений яркости, т.е. видеосигнал имеет постоянную составляющую, которая передается по каналу связи косвенным путем. На приемном конце она восстанавливается косвенным путем фиксирующими схемами.

Количественной мерой апертурных искажений может служить относительное снижение сигнала мелких деталей (рис. 2.10,б):

(2.10)

Рис. 2.11.Апертурные иска­жения резких переходов яркости

Кривая, реализующая уравнение (2.10), называется апертутной характеристикой. Она отражает зависимость размаха сигнала от размера передаваемой детали (рис.2.12). По оси абсцисс отложено число возможно передаваемых элементов (линий) ТВ изображения, а по оси ординат – их относительный размах (2.10).

Рис. 2.12 Апертурная характеристика.

А.2.Коррекция апертурных искажений

Апертурные искажения вызывают уменьшение амплитуды сигнала мелких деталей изображения и растягивание резких перепадов яркости. Таким образом, апертур­ные искажения сходны с искажениями видеосигнала, вызываемы­ми спадом частотной характеристики видеотракта в области верх­них частот. Имеется, однако, существенное отличие, которое при­водит к необходимости применения специальных схем коррекции апертурных искажений. В видеоусилителях частотные искажения обычно сопровождаются фазовыми. Апертурные искажения, если они вызываются лучом с симметричной формой поперечного сечения, не сопровождаются фазовыми сдвигами отдельных спектраль­ных компонент. Эта особенность апертурных искажений поясняет­ся на рис. 2.13,а и б. При развертке изображения белой верти­кальной полосы на черном фоне симметричным лучом с диамет­ром d_л импульс видеосигнала также симметричен относительно вертикальной оси, т. е. является функцией четной, и последовательность таких импульсов может быть представлена рядом Фурье, со­держащим только косинусоидальные составляющие. Соответствен­но апертурная характеристика должна аппроксимироваться чет­ной функцией.

Апертурные корректоры выполняются по двум распространен­ным схемам. Одна из «них основана на применении дифференциру­ющих цепей. Сущность метода дифференциальной апертурной коррекции заключается в следующем.

Рис. 2.13. Образование сигнала при симметричной форме считываю­щего луча: а) передаваемое изображение; б) форма видеосигнала; в) аппроксимирующая функция

Апертурная характеристика аппроксимируется следующей четной функцией:

, (2.11)

где — частота, при которой амплитуда сигнала уменьшается в е раз (е — основание натуральных логарифмов). Графически функ­ция (2.11) изображена на рис. 2.13,в. Выражение (2.11) может быть представлено в виде:

^, (2.12)

где , , и т.д.

Корректирующее устройство должно иметь обратную частотную характеристику вида

(2.13)

Дифференциальная апертурная коррекция сводится к синтезу частотной характеристики, описываемой выражением (2.13). Как видно из (2.13), общая частотная характеристика может быть представлена как сумма частотных характеристик , и т. д. Характеристики такого типа могут быть получены при помощи обычных дифференцирующих цепей. Частотная харак­теристика однозвенной дифференцирующей цепи (рис. 2.13,а) опре­деляется выражением:

, (2.14)

При соответствующем выборе постоянной времени RC выпол­няется следующее неравенство ωRC << 1

, (2.15)

Фазовая характеристика:

, (2.16)

При выполнении неравенства ωRC << 1 получим .

Ча­стотная и фазовая характеристики однозвенной дифференцирующей цепи изображены на рис. 2.14б и в.

Можно показать, что при последовательном соединении двух дифференцирующих цепей частотная характеристика будет опре­деляться соотношением , а четырех —

Рис 2.14 Дифференцирующая цепь: а) принципиальная схема, б) частотная характеристика, в) фазовая характе­ристика.

Фазовый сдвиг, равный для однозвенной цепи π/2, для двух по­следовательно соединенных цепей составит π, а для четырех це­пей 2π.

На практике обычно используются более сложные дифферен­цирующие цепи, обеспечивающие за счет применения дополни­тельных элементов больший коэффициент передачи при сохранении линейной фазовой характеристики. Применяются также цепи двой­ного дифференцирования, позволяющие получить сразу сигнал второй производной.

Структурная схема апертурного корректора дифференциально­го типа представлена на рис. 2.15. Здесь корректирование частот­ной характеристики осуществляется добавлением к основному сиг­налу сигналов второй и четвертой производных. Суммирование корректирующих сигналов с основным осуществляется в суммато­рах и . В цепь формирования сигнала второй производной включен фазоинвертор, что необходимо, поскольку двухзвенная дифференцирующая цепь изменяет фазу входного сигнала на .

Рис.2.15. Структурная схема апертурного корректора дифференциального типа.

Линии задержки JI3-1 и Л3-2 используются для временного согла­сования основного и корректирующего сигналов в том случае, если вместо простейших дифференцирующих цепей применяются более сложные цепи, вносящие задержку дифференцированного сигнала относительно основного.

На практике для упрощения схемы часто ограничиваются фор­мированием только второй производной сигнала.

На рис. 2.16 показана простая схема дифференциальной апертурной коррекции с применением корректирующего сигнала второй производной. Сигнал поступает на входы двух транзисторов — T₁ и Т₂ через разделительный кон­денсатор C₁. В анодную цель T₁ включен контур C₃L₄, настроенный на верхнюю граничную частоту и играющий роль цепи двойного дифференцирования. Действи­тельно, при настройке контура на верхнюю граничную частоту его частотная характеристика (на частотах ниже граничной) близка по форме к квадратичной параболе, что и позволяет получить вторую производную сигнала. Основ­ной сигнал поступает на выход с нагрузки эмиттерного повторите­ля через индуктивность L₄.

Рис.2.16. Принципиальная схема дифференциального апертурного корректора.

Необходимая полярность корректирующего сигнала обеспечивается транзистором Т₁, выполняющим также функции фазоинвертора. Резистор R₉ предотвращает подъем частотной характеристики за счет образования колебательного контура, состоящего из индук­тивности L₄ и входной емкости следующего каскада.