Глава 6 (Учебник - информационные системы), страница 5

В системе PAL используется аналогичная АМ цветоразностных сигналов E_U=0,877U и E_V=0,493V с фазовым сдвигом на 90°, но через строку дополнительно производится изменение знака амплитуды составляющей E_U. В результате при восстановлении в декодере цветовые составляющие надежно разделяются сложением/вычитанием сигналов цветности последовательных телевизионных строк, и паразитная яркостная модуляция приводит лишь к некоторому изменению цветовой насыщенности. Усреднение сигналов двух строк обеспечивает также повышение отношения сигнал/шум, но приводит к снижению вертикальной четкости в два раза. Впрочем, частично это компенсируется увеличением числа телевизионных строк разложения. Система PAL принята в большинстве стран Западной Европы, Африки и Азии, включая Китай, Австралию и Новую Зеландию.

Система SECAM первоначально была предложена во Франции еще в 1954 г., но регулярное вещание после длительных доработок было начато только в 1967 одновременно во Франции и СССР. В настоящее время она принята также в Восточной Европе, Монако, Люксембурге, Иране, Ираке и некоторых других странах. Основная особенность системы - поочередная, через строку, передача цветоразностных сигналов (D_R= 1,9U, D_B=1,5V) с дальнейшим восстановлением в декодере путем повторения строк. При этом в отличие от PAL и NTSC используется ЧМ поднесущих. В результате цветовой тон и насыщенность не зависят от осве­щенности, но на резких переходах яркости возникают цветовые окантовки. Обычно после ярких участков изображения окантовка имеет синий цвет, а после темных - желтый. Кроме того, как и в системе PAL, цветовая четкость по вертикали снижена вдвое.

Во всех рассмотренных системах к цветному видеосигналу добавляется сигнал звукового сопровождения, образуя так называемый низкочастотный телевизионный сигнал. Этот сигнал передается через эфир путем модуляции несущей частоты одного из 5 допустимых частотных диапазонов (табл. 6.3). И здесь даже в рамках одной системы существуют различия, связанные с конкретной шириной спектра видеосигнала и его разносом со звуковой частью, полярностью амплитудной модуляции радиоканала изображения и типом модуляции радиоканала звука. В табл. 6.5 представлены основные параметры телевизионных стандартов.

Таблица 6.5. Телевизионные стандарты стран мира

В России принят стандарт SECAM D/K (первая буква относится к диапазону метровых волн, вторая - дециметровых), во Франции - SECAM E/L, Иране - SECAM B, Германии - PAL B/G, Англии - PAL A/I, Бразилии - PAL M/M, Китае - PAL D/K, в США, Японии и Тайване - NTSC M/M. Характерные различия модификаций SECAM связаны с особенностями модуляции несущей частоты, как по видео, так и по звуку, а также частотой разноса звука от видео. Сами же низкочастотные телевизионные сигналы одинаковы. В то же время с точки зрения модуляции радиосигналов отличий между PAL D/K и SECAM D/K нет. Это позволяет использовать телевизионный тюнер, настроенный на PAL D/K, для выделения отечественного SECAM из высокочастотного сигнала. Очевидно, что полученный при этом низкочастотный сигнал все же необходимо подавать именно на SECAM-декодер.

В системе SECAM D/K сигнал яркости занимает всю полосу частот - 6 МГц. Информация о цвете передается внутри этого спектра, путем введения в него поднесущих частот, ЧМ ц веторазностными сигналами (рис. 6.18). Под­несущие частоты f_0R = 4,4 МГц и f_0B = 4,25 МГц, на которой передаются цветоразностные сигналы D_R и D_B, расположе­ны внутри полосы сигнала яркости, т.е. внутри спектра черно-белого сигнала. (Возможность такого уплотнения спектра обусловлена его дискре­тностью и, следовательно, наличием свободных промежутков между соседними гармониками). ЧМ поднесущие передаются поочередно через строку, т.е. в пределах каждой строки развертки передается сигнал яркости и только одна из поднесущих f_oR или f_oB. Это вдвое сужает участок спектра сигнала яркости, уплотняемого сигналами цветности, что существенно снижает уровень помех. Однако в одной стро­ке будет отсутствовать красный цвет, а в другой - синий. Чтобы этого не происходило, на приемной стороне задерживают цветную строку с помощью пьезокерамической линии задержки.

ЧМ, с максимальной девиацией  50 кГц, несущая частота радиосигнала звукового сопровождения выбирается на 6,5 МГц выше несущей частоты радиосигнала изображения. Радиосигнал звука занимает полосу частот 0,25 МГц и обеспечивает передачу звуковых частот 30 ... 15000 Гц.

Качество получения телевизионного сигнала в современных СТЗ непрерывно совершенствуется. Разработки ведутся в направлении расширения полосы передаваемых частот, увеличения частоты передачи полукадров с 50 до 100 (с использованием цифровой памяти), расширения уровня черного сигнала, а также применения цифровых методов коррекции.

6.3. Датчики изображений

В настоящее время промышленно выпускается большая гамма датчиков изображений для самых разных целей (производственных, медицинских, военных и др.). Независимо от назначения и принципа действия все они содержат оптоэлектронный преобразователь, служащий для преобразования сфокусированного оптического изображения в электрический видеосигнал. Это изображение формируется в ЧЭ преобразователя, который изменяет свое состояние под действием излучения объекта. Если это излучение лежит в диапазоне видимых волн ( = 0,38 … 0,78 мкм), датчик относится к классу телекамер, если в диапазоне 0,78 … 1000 мкм - к классу ИК камер. Большинство материалов непрозрачны в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, однако, хорошо пропускают СВЧ излучение. Эта особенность используется при разработке разнообразных тепловизионных камер, функционирующих в широком диапазоне длин волн. Так, для традиционных тепловизоров характерно применение волн среднего ИК диапазона (2 … 10 мкм), для которых ткани организма слабопрозрачны. Системы глубокого проникания работают в СВЧ диапазоне ( = 1 … 100 мм), обеспечивая непосредственное изучение теплового режима органов тела. Изменением длины волны излучения можно регулировать глубину зондирования от 200 … 300 мм при  = 100мм, до 1 … 2 мм при  = 1 мм. При дальнейшем увеличении длины волны разрешающая способность системы падает.

В СТЗ обычно используются телекамеры. Выпускаемые промышленно телекамеры по своим эксплуатационным параметрам разделяют на три класса: «Brand name» (например, японские «Sony», «Panasonic», «Sharp»), «No name», к которым относятся большинство камер, выполненных в виде одной или двух печатных плат, установленных в корпус. Третий класс образуют специализированные телекамеры, разработанные фирмами-ла­бо­Ра­то­риями (например, «Watec», Япония, «ЭВС», Россия). Благодаря наличию специалистов длительное время работающих в данной области, телекамеры таких фирм не уступают, а иногда и превосходят системы «Brand name». В таких лабораториях ведутся разработки новых перспективных СТЗ. Так, в одной из них - Human Interface Technology (США) создана камера нового типа - виртуальный глазной дисплей (Virtual Retinal Display - VRD). Это устройство, имеющее вид очков с угловым полем зрения каждого 120⁰, содержит три миниатюрных лазера, действующих в красной, зеленой и синей областях спектра. Раз­вертка с частотой кадровой развертки 60 Гц осуществляется прямо на сетчатку глаза.

Датчики СТЗ классифицируются по трем основным признакам.

1. По размерности: точечные (фотоэлементы), одномерные (линейки) и двумерные (матрицы).

1. По структуре преобразователя «свет-сиг­нал»: ва­куум­ные (электронно-лучевые трубки) и твердотельные.

2. По рабочему диапазону длин волн: видимого спектра, инфракрасные (в том числе - тепловые) и специальные.

К основным характеристикам телекамер относятся:

• разрешающая способность (апертурная характеристика);

• чувствительность;

• спектральная характеристика.

Разрешающая способность (разрешение) n характери­зует свойство телекамеры к воспроизведению мелких деталей. Она показывает, насколько четким получается изображение объекта. Обычно, разрешение измеряется в телевизионных линиях - твл - вертикальных полосах, расположенных по экрану телекамеры. На практике n определяется с помощью разнообразных тестовых таблиц, отдельно для черно-белого и цветного изображений. Например, тестовая испытательная таблица ИТМ-05-98 предназначена для визуальной оценки разрешающей способности по цвету по горизонтали и вертикали на соответствие международным нормам и отечественным стандартам. Она позволяет анализировать аналоговое изображение в системах PAL, SECAM, NTSC, RGB, компонентный сигнал Y, R-Y, B-Y, а также цифровые изображения в форматах 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1 и т.п. Для современных телекамер n = 380 ... 600 линий и различается по длине и ширине экрана. В направлении кадровой развертки она ограничена количеством строк разложения. Разрешающая способность зависит как от освещенности, понижаясь с уменьшением последней ниже определенного предела, так и от материала мишени (рис. 6.19).

К ак уже отмечалось, разрешающая способность глаза (острота зрения) весьма высока и существенно зависит от длины волны (скотопическое и фотопическое зрение). Так, например, в области максимальной чувствительности глаз различает более 600 оттенков серого, при остроте зрения  1'. Что касается хроматической разрешающей способности (разрешение по цвету), то она значительно ниже. Например, применительно к полосам красно-зеленых тонов она в 2,5 раза, а сине-зеленых в 5 раз хуже, чем для черно-бе­лых.

Д ля бытового телевизионного вещания удовлетворительное изображение получается при 120 ... 150 строках для крупных планов и 250 ... 300 для мелких. Для лучших моделей эти значения выше, однако, существенно различаясь для черно-белого и цветного изображений. Так, для телевизионной трубки (кинескопа) ма­р­ки 54CTV670i-5 разрешение в канале яркости составляет 420 твл, а в канале цветности - всего 60.