1.Основы зрительного восприятия ТВ изображения.

10^-5-10^-2 кд/м² работают только палочки

1 0^-2-10 кд/м² работают оба типа рецепторов

>10 кд/м² – работают только колбочки (дневное зрение)

Разрешающая способность – способность воспринимать 2 объекта раздельно.

Иногда за счет уменьшения разрешающей способности увеличивается чувствительность. V=1/φ_min – острота зрения (φ_min – угловое расстояние между наблюдаемыми объектами).

Разрешающая способность по цветности гораздо меньше.

Восприятие яркости по основному психофизическому закону (закону Вебера-Фехнера) – интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула.

B – субъективное ощущение яркости, светлота.

B=α*ln(L)+L₀( L₀ - абсолютный порог раздражения, те мин яркость при которой возникает ощущение)

∆В_min~∆L/L_min=(∆L/L)_пор=К_пор относительный разностный порог разрешения или пороговый контраст. Конечность порога означает, что мы различаем ограниченное количество градаций яркости.

Восприятие мелькающих и движущихся изображений

К ритическая частота мельканий:

Наименьшая частота повторений импульсных возбуждений сетчатки, при которых наблюдатель перестает замечать изменение светового потока и воспринимает его как непрерывное излучение.

Закон Тальбота: при f>f_кр L_воспр= поэтому в кино f=24 к/с, в ТВ f=25 к/с

Восприятие цвета

Ощущение цвета есть результат субъективного восприятия зрительным аппаратом объективно существующих световых излучений. Оно определяется двумя основными факторами:

-раздражителем, объективно существующим и действующим на глаз излучением

-результатом раздражения - ощущением цвета, зависящим от свойств световоспринимающего аппарата. Световые излучения, которые воспринимает зрительный аппарат человека, лежат в диапазоне длин волн от 380 до 780 нм. Этот диапазон излучения принято считать видимым спектром. Таким образом – цвет – это качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения.

Физиологические основы цветового зрения базируются на теории трехкомпонентного зрения (Ломоносов 1756г). Согласно этой теории мы допускаем существование на сетчатке глаза трех видов нервных аппаратов, каждый из которых обладает преимущественной чувствительностью к определенному участку видимого спектра - коротковолновому (синему), средневолновому (зеленому), длинноволновому (красному).

2.Принципы тв передачи изображений.

. В основе телевизионной передачи изображений лежат три физических процесса:

• преобразование энергии светового излучения в электрический сигнал (фотоэлектрическое преобразование);

• передача электрического телевизионного сигнала по каналу связи;

• преобразование электрического сигнала в оптическое изображение (электронно-оптическое преобразование).

О птическое изображение создается объективом ТВ камеры в плоскости светочувствительной поверхности фотоэлектрического преобразователя (ФЭП). Распределение освещенности в плоскости светочувствительной поверхности ФЭП Е_ФЭП(х,у,t,λ) является многомерной функцией пространственных координат х и у, времени t, длины волны оптического излучения λ. Электрический телевизионный сигнал u_c(t) представляет собой одномерную функцию времени t.

Для перехода от многомерной функции Е_ФЭП(х,у,t,λ) к одномерному сигналу u_c(t) применяются две операции:

• пространственная и временная дискретизация изображения;

• последовательное разложение.

П оследовательное разложение изображений осуществляется в процессе развертки. В ТВ вещании используется наиболее простой для реализации закон разложения - линейно-строчная периодическая развертка, при которой все элементы изображения передаются за одинаковое время однократно в течение кадра. Разложение изображения осуществляется с постоянной скоростью слева направо (развертка по строке) и, одновременно, сверху вниз (развертка по кадру). Таким образом, одновременно и независимо осуществляются развертки в двух ортогональных направлениях:

• строчная (горизонтальная);

• кадровая (вертикальная).

В процессе развертки формируется телевизионный растр, включающий все активные строки одного кадра (образующие изображение и не относящиеся к гасящим интервалам).

Для сокращения полосы частот, занимаемой ТВ сигналом, в современном ТВ вещании используется чересстрочная развертка, при котором строки одного кадра формируются за два цикла вертикальной развертки, соответствующих двум полям.

Для неискаженного воспроизведения ТВ изображения необходимо, чтобы развертки в приемном и передающем устройстве осуществлялись по одинаковому закону, синхронно и синфазно. Для этого осуществляется принудительная синхронизация разверток приемного устройства с помощью специального синхросигнала, передаваемого в составе полного ТВ сигнала.

3.Качественные показатели ТВ изображения. Связь с системой.

1)яркость B[кд/м²] 60-100 кд/м² для ТВ изображений

2)контраст К=B_max/B_min=( B_max+B_фон)/( B_min+B_фон)

оптимальная зона контраста от 0,6 до 0,9

3)Четкость – характеризует воспроизведение мелких деталей

определяется в ТВЛ (телевизионные линии) иногда в МГц (100 ТВЛ=1МГц)

N_г – горизонтальная четкость (в ТВ СЧ 768ТВЛ)

N_в – вертикальная четкость (в ТВ СЧ 575ТВЛ)

4)резкость – воспроизведение границ в изображении

5)зашумленность – характеризуется отношением сигнал/шум

ОСШ Ψ=( B_max-B_min)/B_шум

6)качество цветовоспроизведения – отличие цветностей участков изображения от цветностей соответствующих участков оригинала.

7)неравномерность яркости и цветности по полю изображения

8)размер изображения(ширина, высота) и формат(соотношение ширины и высоты)

9)точность воспроизведения геометрии изображения (нелинейные, геометрические искажения)

связь параметров системы и изображения

Система или устройство	изображение
Разрешающая способность	Четкость, резкость
Амплитудная (модуляционная) хар-ка	Воспроизведение полутонов
Цветовой охват	Точность цветопередачи

4.Чересстрочная развертка, полоса частот и спектр видеосигнала.

Для сокращения полосы частот, занимаемой ТВ сигналом, в современном ТВ вещании используется чересстрочная развертка, при котором строки одного кадра формируются за два цикла вертикальной развертки, соответствующих двум полям.

Полоса частот: нижняя частота f_min=1/T_max - частота смены полей (для европейского стандарта разложения 50 герц),

верхняя частота определяется по формуле:

p – коэф. Келла, связан с неидеальностью разлагающего элемента (напр. в ЭЛТ – круглый пучок). р=0,814

k – формат, те отношение ширины изображения к высоте (чаще 4:3 или 16:9)

z – число строк

n – число полей или кратность разложения

f_k= частота смены кадров ( =25 при чересстрочной развертке)

Спектр: дискретный и бипериодический (выделяют период строки и полей)

5.Фотоэффект, ФЭП, диссектор.

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света ( или любого электромагнитного излучения). Выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Законы внешнего фотоэффекта:

1й закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально интенсивности света.

2й закон фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν₀ (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν<ν₀, то фотоэффект уже не происходит.

Т еоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл: hν = A_out + W_e, где W_e — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.

формула Эйнштейна для фотоэффекта:

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении  концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости.

Параметры ФЭП

1)разрешение

2)ОСШ

3)Динамический диапазон

4)Чувствительность

5)Точность цветопередачи

6)Минимально возможный интервал между экспозициями.

Классификация ФЭП

работающие на внешнем фотоэффекте

-фотоэлементы (селен)

-передающие ТВ трубки без накопления световой энергии излучения (диссектор)

работающие на внутреннем фотоэффекте

-п/п одноэлементные ФЭП (фотодиод, фоторезистор)

-передающие ТВ трубки с накоплением энергии светового излучения (видикон)

-линейные и матричные п/п ТВ ФЭП (ПЗС, КМОП)

Диссектор

П ередающие трубки типа диссектор (что означает рассекатель) являются приборами мгновенного действия. Никакого накопления зарядов в них не происходит. Трубка представляет собой вакуумную колбу, на переднюю стенку которой нанесен фотокатод. Фотокатод выполняется полупрозрачным, так как эмиссия фотоэлектронов осуществляется с его внутренней стороны, для чего световые лучи должны свободно проникать через толщу материала. внутри колбы располагается плоский анод А в виде диафрагмы с отверстием в центре. Размеры этого отверстия определяют размеры одного элемента разложения. Электроны, выбитые из фотокатода, ускоряются под действием анодного напряжения. Большая часть их перехватывается диафрагмой. В образовании видеосигнала принимает участие лишь малая доля фотоэлектронов, прошедших через отверстие.

Для усиления сигнала используется вторично-электронный, содержащий 10...15 каскадов усиления. Благодаря применению такого умножителя ток сигнала через нагрузку Rн достаточно велик (iс = 100 мкА). Нагрузка включается в цепь коллектора К, располагающегося возле последнего динода и имеющего самый высокий потенциал в системе.

Снаружи трубки располагаются строчные и кадровые отклоняющие катушки ОК и фокусирующая катушка ФК, создающая равномерное магнитное поле вдоль всей секции переноса. Благодаря их действию сфокусированное пространственное электронное изображение сканирует перед механической апертурой.

Полярность видеосигнала на выходе диссектора − отрицательная.

Достоинством диссектора является линейная световая характеристика в диапазоне освещенностей фотокатода от десятых долей люкса до нескольких тысяч люкс. Кроме того, они передают без искажений информацию о средней яркости изображения, могут иметь высокую разрешающую способность, механически прочны, устойчивы к большим перепадам температур и влажности. Благодаря отсутствию термокатода диссектор при включении мгновенно готов к работе.

Недостаток диссектора − невысокая чувствительность при работе на частотах разверток существующего стандарта ТВ. Поэтому диссектор нашел применение только в специальном телевидении.

6. Фотоэффект, ФЭП, видикон.

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света ( или любого электромагнитного излучения). Выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Законы внешнего фотоэффекта:

1й закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально интенсивности света.

2й закон фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν₀ (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν<ν₀, то фотоэффект уже не происходит.

Т еоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл: hν = A_out + W_e, где W_e — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.

формула Эйнштейна для фотоэффекта:

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении  концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости.

Параметры ФЭП

1)разрешение

2)ОСШ

3)Динамический диапазон

4)Чувствительность

5)Точность цветопередачи

6)Минимально возможный интервал между экспозициями.

Классификация ФЭП

работающие на внешнем фотоэффекте

-фотоэлементы (селен)

-передающие ТВ трубки без накопления световой энергии излучения (диссектор)

работающие на внутреннем фотоэффекте

-п/п одноэлементные ФЭП (фотодиод, фоторезистор)

-передающие ТВ трубки с накоплением энергии светового излучения (видикон)

-линейные и матричные п/п ТВ ФЭП (ПЗС, КМОП)

Видикон

Видикон – телевизионная передающая трубка, в которой используется явление внутреннего фотоэффекта. Видикон конструктивно прост и имеет малые габариты.

1 − стеклянная планшайба, 2 − кольцевой вывод (электрод) сигнальной пластины, 3 − фотопроводник, 4 − стеклянная колба, 5 – катод со спиралью накала, 6 − модулятор, 7 − первый анод, 8 – второй анод, 9 − выравнивающая мелкоструктурная сетка, 10 − электронный пучок, 11 − фокусирующая катушка, 12 − отклоняющие катушки, 13 − корректирующая катушка.

В цилиндрической трубке размещён электронный прожектор, создающий электронный пучок небольшого диаметра (15—30 мкм) при токе порядка долей или единиц микроампер. Для фокусировки и отклонения электронного луча в видиконе используются электростатические или магнитные поля. Одним из важнейших узлов видикона является фотопроводящая мишень, которая содержит т. н. сигнальную пластину (прозрачную металлическую плёнку со стороны проецируемого изображения) и расположенный на ней со стороны электронно-оптической системы фотопроводящий слой. Вследствие непрерывного сканирования рабочей поверхности мишени электронным лучом фотопроводящий слой всегда заряжен. Элементарные участки мишени, равные по площади сечению луча, заряжаются лучом в моменты их коммутации. В остальное время — до следующего прихода луча в ходе развёртки (то есть практически в течение всего кадра) — данный участок мишени разряжается. Скорость разряда зависит от освещённости. Чем больше освещённость участка изображения, тем меньше сопротивление фотопроводника и тем быстрее происходит его разряд.

К моменту прихода луча потенциал мишени в различно освещённых участках неодинаков (на мишени образуется потенциальный рельеф), соответственно неодинаков и заряд этих участков. Заряд, «высаживаемый» на поверхность мишени в момент коммутации, в силу электростатического отталкивания выводит во внешнюю цепь такой же по величине заряд из сигнальной пластины. Заряд, теряемый мишенью в течение кадра, равен заряду, получаемому ею в момент коммутации. Т. о., в цепи сигнальной пластины протекает ток, значение которого однозначно связано с распределением освещённости по поверхности мишени.

Д о с т о и н с т в а видикона: высокая чувствительность, конструктивная простота, малые габариты, достаточно высокое отношение сигнал/шум.

Н е д о с т а т к и видикона: инерционность (т.е. генерация видеосигнала после прекращения освещения); ограниченная разрешающая способность (из-за малого размера мишени); спад глубины модуляции к краям мишени (из-за неперпендикулярности падения пучка на ее краях).

7. Фотоэффект, ФЭП, ПЗС с кадровым переносом.

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света ( или любого электромагнитного излучения). Выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Законы внешнего фотоэффекта:

1й закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально интенсивности света.

2й закон фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν₀ (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν<ν₀, то фотоэффект уже не происходит.

Т еоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл: hν = A_out + W_e, где W_e — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.

формула Эйнштейна для фотоэффекта:

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении  концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости.

Параметры ФЭП

1)разрешение

2)ОСШ

3)Динамический диапазон

4)Чувствительность

5)Точность цветопередачи

6)Минимально возможный интервал между экспозициями.

Классификация ФЭП

работающие на внешнем фотоэффекте

-фотоэлементы (селен)

-передающие ТВ трубки без накопления световой энергии излучения (диссектор)

работающие на внутреннем фотоэффекте

-п/п одноэлементные ФЭП (фотодиод, фоторезистор)

-передающие ТВ трубки с накоплением энергии светового излучения (видикон)

-линейные и матричные п/п ТВ ФЭП (ПЗС, КМОП)

ПЗС

П ЗС — прибор с зарядовой связью — отражает способ считывания электрического потенциала методом сдвига заряда от элемента к элементу.

П ЗС устройство состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов. Один элемент ПЗС-матрицы формируется тремя или четырьмя электродами. Положительное напряжение на одном из электродов создаёт потенциальную яму, куда устремляются электроны из соседней зоны. Последовательное переключение напряжения на электродах перемещает потенциальную яму, а следовательно, и находящиеся в ней электроны, в определённом направлении.