Перспективные устройства отображения

К перспективным устройствам отображения можно отнести ЖК устройства, плазменные панели и так далее.

Принцип работы плазменных панелей заключается в следующем:

Элементарные участки изображения будут представлять собой герметичную камеру, заполненную инертным газом. Стенки камеры покрываются люминофором и в камеру вводятся электроды (катод и анод). При подаче напряжения на электроды, инертный газ переходит в возбужденное инертное состояние, так называемое состояние плазмы. В этом состоянии электроны инертного газа начинают «бомбардировать» люминофорное покрытие, при чем, количество электронов, попавших на люминофор, будет пропорционально приложенному напряжению между анодом и катодом. За счет сообщенной энергии атомам люминофора, они переходят на более высокий энергетический уровень, а за тем, спустя некоторое время, возвращаются обратно, выделяя энергию в виде светового излучения. Вместе со световым излучением будут выделяться ультрафиолетовые лучи, вредные для зрительной системы человека. По этому, передняя стенка камеры выполнена из прозрачного стекла, непропускающего ультрафиолет. Исходя из этого, изменяя напряжение между электродами камеры можно изменять яркость свечения отдельного участка изображения.

Плазменные экраны строятся по модульному принципу. Где один модуль будет представлять собой матрицу камер с общим числом кратным 8. Для формирования цветного изображения отдельные участки формируются из четырех камер (в двух из которых люминофор будет светиться зеленым цветом, а в остальных – красным и синим)

G	R
B	G

Достоинствами плазменных панелей является неограниченные размеры экрана при достаточно простой системе развертки.

Недостатки:

- большой размер пикселя (связано с технологией изготовления)

- ограниченный срок службы (связанно с тем, что под действием инертного газа люминофор со временем выгорает, в результате, уменьшается яркость и контрастность)

- высокая потребляемая мощность

Принцип работы ЖК устройств отображения информации основан на свойствах вещества, которое называется жидкий кристалл, то есть это вещество находится в жидком состоянии и обладает способностью изменять поляризацию светового потока. Таким образом, в ЖК устройствах используется внешний источник света (как правило, светодиодная матрица), световой поток от которого поступает на решетку поляризационных фильтров. Данные фильтры пропускает световой поток только с определенным вектором поляризации. После решетки этих фильтров, поляризованный световой поток поступает на поле жидких кристаллов, в котором каждый отдельный кристалл будет являться отдельным участком изображения. К кристаллам подводится напряжение, в зависимости от которого будет изменяться вектор поляризации светового потока, проходящего через кристалл. После поля кристаллов световой поток поступает на следующую решетку поляризационных фильтров, вектор поляризации которых отличается от вектора поляризации фильтров на 90%. Таким образом, если к кристаллу было приложено напряжение, то световой поток, изменивший свой вектор поляризации, может пройти через вторую решетку фильтров, а если световой поток, пройдет через кристалл, к которому не приложено напряжение, его вектор поляризации останется прежним, и вторую решетку фильтров он не пройдет. При этом, чем больше будет угол поворота тем больше энергии светового излучения пройдет через вторую решетку фильтров и тем ярче будет светиться отдельный участок изображения. Следовательно, изменяя напряжение, приложенное к кристаллам, можно изменять яркость свечения отдельного участка изображения.

Для формирования цветного изображения, до поляризационных фильтров используют светофильтры, которые разделяют световой поток на 3 цветоделенных потока основных цветов. Отдельный участок изображения формируется из трех кристаллов, на каждый из которых подан отдельный световой поток основного цвета.

Достоинства ЖК устройств:

- малые габариты

- низкая потребляемая мощность

Недостатки:

- зависимость цветопередачи от угла обзора

- появление в поле кристаллов «битых» пикселей (данный недостаток связан с тем, что со временем, проводники, подающие напряжение к кристаллам могут нарушаться, в результате чего, кристалл не будет изменять поляризацию светового потока).

Обработка телевизионных сигналов предназначена для повышения качества изображения на приемной стороне, а так же повышения художественных ценностей телевизионных программ.

Повышение качества телевизионных сигналов обеспечивается за счет частотной обработки, динамической обработки и шумоподавления. Частотная обработка изменяет спектр сигнала, динамическая – изменение уровней сигнала, шумоподавление – отношение сигнал/шум.

К видам обработки телевизионных сигналов, повышающих его качество, относится противошумовая, апертурная и гамма коррекции, восстановление постоянной составляющей, преобразование телевизионного сигнала в цифровую форму, различные виды частотных м временных предискажений.

К обработкам, повышающим художественную ценность телевизионных программ, относятся различные вариации РИР-проекции.

РИР-проекция – совмещение двух различных изображений на одном экране.

РИР-проекция подразумевает различные варианты видеоэффектов и видеопереходов. Видеоэффекты обеспечивают получение нового изображения из имеющегося. К ним относится морфинг, вампинг и так далее. Видеопереходы обеспечивают совмещение на экране изображений от различных источников. К ним относятся такие переходы как прорезание, шторка, совмещение и так далее.

Создание видеоэффектоа и видеопереходов осуществляется с помощью линейного или нелинейного монтажа.

Линейный монтаж осуществляется с использованием видеомагнитофонов, из которых 2 или более будут источниками изображений, а один – будет осуществлять микширование.

Нелинейный монтаж предполагает использование ЭВМ и сигнала в цифровой форме. При этом, все операции РИР-проекции будут осуществляться путем умножения отдельных отсчетов сигнала на определенные весовые коэффициенты.

На сегодняшний день, линейный монтаж практически не используется.

Противошумовая коррекция

Должна обеспечивать увеличение отношения сигнал/шум во всех звеньях телевизионного тракта. Противошумовая коррекция применятся на выходе преобразователя свет-сигнал, так как уровень сигнала в этой точке минимальный и, следовательно, в большей степени подвержен воздействию шумов. Так как преобразователь свет-сигнал можно представить генератором тока с большим внутренним сопротивлением, то уровень сигнала на его выходе будет определяться по формуле:

При этом уровень шумов на выходе преобразователя свет-сигнал будет определяться следующим образом

Где - постоянная Больцмана

- температура в кельвинах

- полоса частот

Таким образом, отношение сигнал/шум будет

Из данного выражения видно, что для увеличения отношения сигнал/шум, необходимо либо увеличивать ток сигнала, либо увеличивать сопротивление нагрузки, либо уменьшать полосу частот

Увеличение тока сигнала связанно с особенностями преобразователя свет-сигнал. Следовательно, увеличение этого параметра является сложным многоэтапным процессом, изменяющим саму конструкцию преобразователя. Уменьшение полосы частот повлечет за собой потерю, по этому, в качестве противошумовой коррекции используют увеличение нагрузки преобразователя свет-сигнал. Это обеспечивается за счет использования в качестве предварительного усилителя малошумящих полевых транзисторов, включенных по схеме с ОС, однако, использование транзистора ведет к спаду коэффициента передачи, а следовательно и уровня сигнала в области ВЧ. По этому, вместе с противошумовой коррекцией в предварительном усилителе осуществляется частотная коррекция. Частотная коррекция реализуется с помощью частотно независимых обратных связей в усилительных каскадах предварительных усилителей.

Апертурная коррекция

Предназначена для устранения искажений, вызванных конечными размерами сечения развертывающего элемента (его апертуры).

Эти искажения будут проявляться при передаче изображений с резко выделенными границами, размеры которых соизмеримы с размерами развертывающего элемента

Как видно из временных диаграмм, апертурные искажения будут проявляться в недостаточной крутизне фронтов и спадов импульсов. Это будет равносильно спаду АЧХ в области ВЧ. Следовательно, для устранения апертурных искажений, необходимо увеличивать величину фронтов и спадов импульсов, или осуществлять подъем АЧХ в области ВЧ.

Апертурные искажения изменяют только АЧХ, но, при этом, фаза сигнала не изменяется. Это значит, что для коррекции апертурных искажений, необходимо устройство с линейной ФЧХ.

Устройство, которое обеспечивает коррекцию апертурных искажений, называется апертурный корректор. При этом, простейший из них представляет собой колебательный контур, настраиваемый на ВЧ сигнал. Более сложные апертурные корректоры производят выделения из самого сигнала отдельных импульсов, которые будут, в последствии, корректировать заданные сигналы.

На вход поступает сигнал, сформированный преобразователем свет-сигнал. Дифференциальная цепь второго порядка (ДЦ'') выделяет из них отдельные гармонические составляющие, которые, за тем, поступают на инвертор (U), который меняет фазу колебаний на 180°. Таки образом формируется корректирующий сигнал.

Основной сигнал через линию задержки поступает на сумматор. Линия задержки обеспечивает синфазный приход на сумматор корректирующего и корректируемого сигналов. При сложении этих сигналов форма импульсов на выходе будет приближаться к идеальной.

Апертурные искажения возникают в преобразователях свет-сигнал также как и в преобразователях сигнал-свет. Но, апертурная коррекция учитывает искажения только на передающей стороне. Это связано с тем, что в преобразователях сигнал-свет размер экрана существенно больше, чем светочувствительная поверхность преобразователя свет-сигнал. Следовательно, при равной апертуре, апертурные искажения в первом случае будут гораздо меньше, при чем на столько, что их можно не учитывать при проектировании телевизионного тракта.

Гамма коррекция

Предназначена для устранения нелинейных искажений. Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом γ, и для телевизионного тракта будут определяться нелинейностью в преобразователе свет-сигнал, коэффициентом нелинейности передающего и приемного трактов и коэффициентом нелинейности кинескопа.

Учитывая нелинейность преобразователя свет-сигнал, передающих и приемных трактов близка к единице, нелинейность телевизионной системы будет определяться нелинейностью кинескопа. Таким образом, общая нелинейность будет больше единицы, что будет проявляться в виде неравномерно изменяющейся яркости на экране кинескопа при передаче изображения с равномерно изменяющейся яркостью.

Для устранения нелинейных искажений необходимо ввести в тракт устройство, у которого передаточная характеристика будет иметь коэффициент нелинейности меньше единицы. При сложении передаточной характеристики тракта и гамма корректора, суммарная характеристика будет иметь линейный характер.

Рассмотрим принципиальную схему гамма корректора

Принцип работы:

При малых уровнях сигнала на выходе VT1, напряжение на его коллекторе будет большим, следовательно, все диоды будут закрыты, так как потенциал на катоде будет выше потенциала анода. При этом, резисторный каскад работает как обычный, имея заданный коэффициент усиления. При увеличении уровня сигнала, потенциал на коллекторе будет уменьшаться, следовательно будет уменьшаться и потенциал, приложенный к катодам диодов и при определенном уровне сигналов на входе произойдет открытие диода VD1. В результате его открытия следующий каскад будет шунтироваться низким сопротивлением открытого диода и в результате коэффициент передачи уменьшиться.

При дальнейшем увеличении уровня сигнала на входе VT1 будут последовательно открываться VD2 и VD3. За счет их открытия, следующий каскад будет еще больше шунтироваться, и, в результате, коэффициент передачи будет еще больше уменьшаться.

При этом, передаточная характеристика будет иметь вид:

Таким образом, при сложении данной характеристики с характеристикой телевизионного тракта, общая характеристика будет иметь линейный характер. На практике, с помощью переменных резисторов, моменты открытия диодов настраивают так, чтобы добиться коэффициента нелинейности результирующей характеристики ≈ 1,2..1,25

За счет придания характеристике необходимой нелинейности, на экране телевизионного приемника будет более заметно разделение темных и светлых тонов.