книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил фототелеграфная аппаратура

Глава I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОТЕЛЕГРАФНЫХ СИСТЕМАХ

§ 1. ПРЕДМЕТ ФОТОТЕЛЕГРАФИИ

Фототелеграфия занимается изучением способов пе­ редачи на расстояние неподвижных изображений (фо­ тографий, карт, схем, графиков, текстов и т. п.) с по­ мощью электрических средств связи. Электрические средства связи обычно включают в себя передающий и приемный фототелеграфные аппараты, связанные ме­ жду собой проводным или радиоканалом связи.

§ 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОТОТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ

В чем же заключается принцип действия фототеле­ графной связи? При внимательном рассмотрении фото­ графии, помещенной, например, в газете, можно уви­ деть, что она представляет собой плоскостное распре­ деление отдельных элементов с различной степенью по­ чернения, или, как говорят, с различной оптической плотностью. Если сравнить газетную копию какой-либо фотографии с копией изображения, полученной с этой фотографии на приемном фототелеграфном аппарате, то можно заметить между ними некоторое сходство: и та и другая копия разбита на отдельные очень малые площадки, которые в фототелеграфии носят название э л е ­ м е н т а р н ы х п л о щ а д о к .

10

Чем меньше размер площадок, на которые разби­ вается передаваемое изображение, тем точнее получает­ ся копия передаваемого изображения.

В современной фототелеграфии передача неподвиж­ ного изображения на расстояние при помощи электри­ ческих средств связи осуществляется широко известным м е т о д о м р а з в е р т к и , заключающимся в последова­ тельном во времени разложении передаваемого изобра­ жения (оригинала) на отдельные элементарные площад­ ки, имеющие только одну какую-либо оптическую плот­ ность, и в превращении яркостей этих площадок в элек­ трические (фототелеграфные) сигналы.

Процесс разложения изображения на элементарные площадки и последовательное во времени преобразова­ ние отраженных от них световых импульсов в фототе­ леграфные сигналы называется а н а л и з о м или р а з ­ в е р т к о й и з о б р а ж е н и я . Элементарные площадки

рате представляет собой узкий луч света. Чтобы произ­ вести развертку всего изображения на отдельные эле­ ментарные площадки, растрэлемент в определенной по­ следовательности должен обежать всю площадь пере­ даваемого изображения (рис. 2, а).

Для того чтобы можно было превратить оптические плотности отдельных элементарных площадок в элек­ трические сигналы, отраженный свет от элементарных площадок фокусируется с помощью оптики на фотопреобразоватёль, в котором он преобразовывается в элек­ трические сигналы постоянного тока. Созданный растрэлементом и специальным преобразовательным устройст­ вом электрический сигнал переменного тока через канал связи подается на приемный аппарат, где он в свою

(в зависимости от выбранного способа воспроизведения репродукции на приемном аппарате).

Пишущее устройство, при помощи которого происхо­ дит почернение элементарных площадок репродукции (рис. 2,6), перемещается с одинаковой скоростью (син­ хронно) и в одинаковой фазе (синфазно) с растрэлемен­

11

том передающего аппарата. Последовательность пере­ дачи элементарных площадок изображения может быть самой разнообразной. Существуют устройства, в кото­ рых растрэлемент движется слева направо, справа на-

Рис. 2. Схема работы фототелеграфной системы:

•г — передающее устройство; б — пишущее устройство

лево, сверху вниз, снизу вверх, через строчку, по спи­ рали и другими способами. В современных фототеле­ графных аппаратах, применяемых в метеослужбе, раз­ вертка изображения осуществляется слева направо.

§ 3. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СВЕТЕ, ОПТИКЕ И ЗРЕНИИ

Природа света. В предыдущем параграфе, говоря о методе фототелеграфной развертки изображения, уста­ новили, что растрэлемент, производящий развертку изо­ бражения на элементарные площадки, представляет со­ бой луч света. Таким образом, свет является основой фототелеграфного метода передачи изображения на рас­

12

стояние. Чем ярче световое пятно растрэлемента, тем больше будет отражено света от поверхности бланка передаваемого изображения, а следовательно, и сильнее будет электрический сигнал или его уровень. Поэтому нам необходимо вспомнить, что же такое свет, осве­ щенность и яркость, отчего они зависят и в каких еди­ ницах измеряются?

ощущений. Источники света могут быть естественные и искусственные.

Главным источником естественного света на Земле является Солнце, а вспомогательными — остальные не­ бесные светила. Искусственные источники света подраз­ деляются на тепловые и люминесцентные излуча­ тели.

Тепловыми называются такие излучатели, у которых возбуждение молекул происходит в результате тепло­ вого движения при столкновении их друг с другом, лю­ минесцентными — излучатели, в которых используется свечение газов под действием проходящих через них электрических токов. Температура газа в таких источ­ никах света при свечении почти не меняется, поэтому иногда их называют источниками «холодного света».

Тепловые излучатели имеют непрерывные спектры — люминесцентные, линейчатые и полосовые.

К тепловым излучателям относятся Солнце, электри­ ческие лампы накаливания, вольтова дуга и др. Люми­ несцентными излучателями являются газосветные лам­ пы, лампы дневного света, электроннолучевые трубки и др.

Свет от источников излучения распространяется пря­ молинейно. Количество энергии, излучаемой каким-либо источником света в единицу времени по всем направле­ ниям, называется полным световым потоком источни­ ка Ф.

За единицу измерения светового потока принят лю­ мен — световой поток, излучаемый точечным источни­ ком света в одну свечу внутри телесного угла, равного одному стерадиану.

Для характеристики источника света применяется ве­ личина, называемая с и л о й с в е т а , — отношение све­

13

тового потока Ф к величине телесного угла ш, в кото­ ром этот поток распространяется:

Ф

I (О

За единицу силы света принята с в е ч а (св), числен­ но равная световому потоку в один люмен. Для оценки освещения введена величина освещенности.

Освещенностью Е называют отношение падающего на поверхность светового потока Ф к освещенной пло­ щади предмета 5:

Е5 •

За единицу освещенности принят люкс (лк), числен­ но равный освещенности, которая создается световым потоком в 1 лм на площадь в 1 м2.

Известно, что тела в разной степени отражают па­ дающий на них свет. Способность тела отражать свет

вому потоку Фо:

Чем темнее тело, тем оно больше поглощает свето­ вой энергии и меньше отражает света. Поэтому вели­

силы света в данном направлении к проекции светя­ щейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению:

о ______ [ _

S cos <f ’

где со-—угол, заключенный между перпендикуляром к светящейся поверхности и направлением луча зрения.

14

Иначе, я р к о с т ь ю называют силу света, излучае­ мого единицей площади поверхности в перпендикуляр­

ской поверхности, дающей в нормальном направлении

всегда распространяется внутри прямолинейно ограниченного конуса в виде светового пучка.

Оптика. В § 2 было указано, что отраженный от эле­ ментарных площадок свет фокусируется с помощью оптики на фотопреобразователь. Что же такое оптика вообще и оптика передающего фототелеграфного аппа­ рата в частности?

нии, называется о п т и ч е с к и м . Для получения оптических изображений предметов применяются лин­ зы и объективы. В настоящее время в фототелеграфной аппаратуре, имеющейся в метеослужбе, оптические при­ боры применяются только в передающих аппаратах. Эти оптические приборы состоят из линз, зеркал, призм и диафрагм. Они обычно объединяются в системы, ко­ торые служат для образования оптических изображений передаваемых карт, схем и т. д.

Л и н з а м и называют прозрачные тела, ограничен­ ные сферическими или иными кривыми поверхностями (выпуклыми или вогнутыми). По форме ограничиваю­ щих поверхностей линзы могут быть сферическими, ци­ линдрическими и др. Линзы, ограниченные выпуклыми поверхностями, называются в ы п у к л ы м и . Выпуклая линза собирает лучи, идущие от источников света или от освещенных поверхностей предметов, поэтому выпук­ лая линза иначе называется с о б и р а ю щ е й . Линзы,

15

За единицу оптической силы линзы принята д и о п ­ т р и я — оптическая сила такой линзы, фокусное расстоя­

склера; 5 — стекловидное тело; 6 — сетчатка; 7 — зрительный нерв

в объективах строго центрируются. Центры всех сфери­ ческих поверхностей размещаются на главной оптиче­ ской оси. Для изменения яркости и резкости оптиче­ ского изображения применяются диафрагмы, при помо­ щи которых изменяется диаметр входного отверстия объектива.

'Зрение. Критерием качества фототелеграфного вос­ произведения изображения практически служит наше зрительное впечатление, которое создается органом зре­ ния— глазом. Глаз (рис. 4) состоит из глазного яблока и зрительных нервов. Наружная оболочка 4 глаза на­ зывается склерой или белковой оболочкой. Она защи-

17

щает глаз от различных внешних воздействий. Перед­ няя часть склеры 1 — роговица несколько выпуклая. Далее следует сосудистая оболочка, в которой находит­ ся большое количество кровеносных сосудов, питающих глаз. В передней части глаза сосудистая оболочка пере­ ходит в радужную 2. В центре радужной оболочки имеется отверстие — зрачок. Его величина непостоянна: при ярком свете зрачок сужается, при слабом свете — расширяется. Эти изменения, происходящие независимо от воли человека, регулируют количество света, прони­ кающего в глаз.

Внутренняя полость глаза покрыта чувствительной к свету сетчатой оболочкой (сетчаткой) 6. Сетчатка об­ разована окончаниями разветвлений зрительного нерва. Она состоит из большого количества светочувствитель­ ных элементов — палочек и колбочек, отличающихся друг от друга по строению и функциям. За радужной оболочкой находится прозрачное, похожее на собира­ тельную линзу тело 3 — хрусталик, выполняющий роль своеобразного объектива. Хрусталик делит глаз на две части: переднюю камеру, в которой содержится про­ зрачная жидкость, и внутреннюю, заполненную так на­ зываемым стекловидным телом. Хрусталик имеет слои­ стое строение. Каждый слой обладает определенным коэффициентом преломления. Под действием мышц из­ меняется кривизна поверхности хрусталика, а следова­ тельно, и фокусное расстояние глаза. Процесс приспо­ собления глаза для видения предметов, расположенных на различных расстояниях, называется а к к о м о д а ­ цией.

Свет, попавший в глаз, преломляясь, проходит через роговицу и хрусталик, в результате на сетчатке полу' чается действительное, уменьшенное и обратное изобра­ жение предметов. Под действием света разлагается све­ товой пурпур, содержащийся в палочках. Это разложе­ ние раздражает зрительные нервы, которые передают эти раздражения в зрительные центры головного мозга. Сетчатку можно представить в виде мозаики, состав­ ленной из огромного количества отдельных элементов: палочек и колбочек. Эта особенность устройства сет­ чатки, а также несовершенство оптической системы гла­ за ограничивают остроту зрения. Две точки, находя­ щиеся сравнительно далеко одна от другой, глаз разли­

18

чает хорошо. Если же мы начнем сближать их, то на­ ступит момент, когда для глаза они сольются в одну точку, в то время как между ними в действительности

и обозначается nd. Разрешаемое расстояние для глаза равно 0,1 мм. При этом разрешающая способность глаза составит

^ ==2^ = 2^ Т :==5 Л11Н1ММ

(т. е. пять черных линий и пять белых промежутков ме­ жду ними).

Эта величина и определяет предельную разрешаю­ щую способность, которую целесообразно иметь в фото­ телеграфной аппаратуре. В самом деле, надо ли требо­ вать от фототелеграфного аппарата разрешающую спо­ собность, скажем, 7 лин/лш, если наш глаз имеет разрешающую способность только 5 лин/мм? Видимо, нецелесообразно, так как критерием качества изобра­ жения, как мы уже сказали вначале этого раздела, яв­ ляется наше зрительное восприятие.

§ 4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОТЕЛЕГРАФНЫХ АППАРАТОВ

В начале описания любого фототелеграфного аппа­ рата обычно приводятся его основные технические ха­ рактеристики, по которым можно судить о назначении аппарата и о его эксплуатационных возможностях. Ана­ логичные технические характеристики задаются также всякий раз на разработку каждого нового образца ап­ паратуры и отражают его целевое назначение. В пере­ чень этих основных характеристик фототелеграфной аппаратуры обычно входят: форма и размеры развер­ тывающего элемента, длина строки развертки, шаг раз­ вертки, размер передаваемого бланка, скорость фото­ телеграфирования, разрешающая способность, модуль развертки, метод модуляции и параметры электриче­

19