Принципы работы мониторов на электронно-лучевой трубке и ЖК-мониторов, их сравнительная характеристика

Принцип работы

Монитор на электронно-лучевой трубке

Аббревиация CRT обозначает устройство, положенное в основу этого типа мониторов: Cathode Ray Tube - катодно-лучевая трубка. В России наиболее распространенное название - "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ).

Принцип работы такого монитора основан на испускании потока электронов электронно-лучевой пушкой. Поток электронов представляет из себя узкий луч. Отклоняющая система кинескопа перемещает этот луч по горизонтали и вертикали, обеспечивая формирование изображения на всей поверхности экрана монитора. Яркость изображения регулируется изменением интенсивности этого потока. В цветных мониторах используются три пушки, и изображение формируется из сочетания трех цветов: красного, зеленого и синего.

Особенностями черно-белых мониторов являются:

склонность люминофора кинескопа к выжиганию с течением времени (в особенности при статичном изображении).

контраст выше, чем у цветных видеомониторов;

высокая разрешающая способность

низкая цена;

Особенностями цветных мониторов являются:

более высокая цена.

отсутствие выжигания люминофора кинескопа (80% энергии рассеивается маской);

лучшая опознаваемость отображаемых объектов;

меньшая разрешающая способность и контрастность;

Жидкокристаллический монитор

В основу формирования изображения на LCD (Liquid Crystal D/v j play), или ЖКИ (жидкокристаллические индикаторы), мониторах положен принцип прохождения светового потока через жидкости, которые обладают анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Слой жидких кристаллов помещается между двумя стеклянными пластинами с прозрачными электродами, снабженными поляризационными фильтрами. Подачей управляющего потенциала изменяется вектор поляризации - и изображение становится видимым.

Первые монохромные LCD-мониторы имели невысокую разрешающую способность и множество других недостатков. Решить проблемы помогла технология TFT - Thin Film Transistor (тонкопленочный транзистор). На основе таких транзисторов были созданы матрицы, которые послужили основой для мониторов.

Разработка этой технологии позволила заняться улучшением времени отклика матрицы, контрастности и яркости изображения, а также увеличением разрешения.

В настоящее время тяжело ждать существенного прорыва в технологии изготовления электронно-лучевых трубок, но технологии жидкокристаллических панелей продолжают развиваться, и сегодня практически нет ни одного производителя мониторов для систем видеонаблюдения, в линейке которого не было бы ЖК-мониторов, предназначенных для CCTV.

Но прежде чем ответить на вопрос, за кем же будущее, попробуем разобраться подробнее в достоинствах и недостатках разных типов мониторов, применяемых в системах видеонаблюдения.

Основные характеристики ЭЛТ-мониторов

Размер по диагонали

Выбор размера по диагонали определяется количеством изображений, одновременно выводимых на экран. При выборе размера монитора также надо руководствоваться требованиями эргономики (минимальное расстояние до экрана должно быть 300...500 мм). Этот параметр определяет условия работы оператора, его плодотворность и адекватность восприятия им визуальной информации. На сегодняшний день черно-белые видеомониторы выпускаются с размером экрана по диагонали в дюймах: 4, 5, 6, 7, 9. 10, 12, 14, 15, 17, 19, 20; цветные (с кинескопом): 9,10, 14, 15, 17,19, 20, 21; цветные жидкокристаллические; 4, 5,6,7,10, 12 13, 15, 17,18.

Разрешающая способность

Это один из основных параметров монитора; как правило, разрешающая способность указывается «о горизонтали. Этот параметр определяется максимальным числом отображаемых переходов от черного цвета к белому и измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ). При этом надо иметь в виду, что число ТВЛ различно в центре экрана и по краям (по краям оно ниже вследствие несферичности экрана и конечного сечения луча кинескопа).

Цветные мониторы имеют меньшую разрешающую способность, чем черно-белые. Это обусловлено технологическими ограничениями, направленными на предотвращение появления муара на изображении.

Для высококачественного отображения черно-белого сигнала разрешающая способность должна быть не плоше 700 ТВЛ, для цветного - 450 ТВЛ.

Яркость и контраст

Максимальная яркость ЭЛТ-монитора находится на уровне 100..120 кд/м2. Получить большее значение яркости возможно, однако это сократит срок жизни люминофора. Яркость экрана в паспорте на видеомонитор чаще всего не указывается.

Коэффициент контрастности выводится из максимальной и минимальной значений яркости. Для ЭЛТ-мониторах этот коэффициент равен 500:1, что позволяет получить хорошее качество картинки.

Потребляемая мощность видеомонитора

Она зависит от размера по диагонали: чем больше размер, тем больше потребляемая мощность. Цветные мониторы потребляют 35... 150 Вт, черно-белые 15...100 Вт.

Видеовходы

Эта функция показывает, с какими источниками видеосигнала могут работать видеомониторы. Чаще всего мониторы предназначены только для работы с композитным видеосигналом, но в некоторых моделях предусмотрен также вход компонентного видео.

Дополнительные возможности

Некоторые мониторы имеют одно- или двусторонний аудиоканал, могут иметь несколько видеовходов и устройство коммутации видеосигнала.

Основные характеристики ЖК-мониторов

Эффективный размер экрана

Видимый диагональный размер ЭЛТ-монитора всегда меньше фактического диагонального размера трубки. У ЖК-панелей видимый диагональный размер совпадает с фактическим. Это означает, что панель размером 15,1" почти эквивалентна по размеру 17" ЭЛТ-монитора. В настоящее время выпускаются мониторы с размером экрана по диагонали в дюймах: 5,6; 6,8; 10,4; 15; 17; 19; 20; 23; 30.

Разрешение ЖК-мониторов

Как уже говорилось ранее, разрешение является одной из основных характеристик монитора для видеонаблюдения. Для ЖК-мониторов разрешение измеряется числом пикселей по вертикали и горизонтали, поэтому для таких мониторов можно указать только расчетное разрешение в ТВЛ. Так, к примеру, для монитора указываемое производителем разрешение 1280 на 1024 пикселей соответствует 500 ТВЛ.

Количество цветов

Современные ЖК-мониторы могут воспроизводить 16,7 миллиона оттенков, что соответствует пространству цветов, видимому человеческим глазом.

Угол обзора

Одно из определений угла обзора звучит так: максимальный угол обзора жидкокристаллического монитора равен крайнему значению, при котором коэффициент контрастности снижается до 10:1 от стандартного значения, соответствующего перпендикулярному положению наблюдателя к плоскости экрана. Эта характеристика является критичной практически для всех ЖК-мониторов. Для большинства современных ЖК-мониторов систем видеонаблюдения производители заявляют значение угла обзора 160...170 градусов, что соответствует стандартному ЭЛТ-монитору.

Яркость

Яркость такого монитора определяется яркостью заднего освещения и пропускной способностью фильтров экрана. Для ЖК-мониторов уровень яркости 250 кд/м2 является достаточно высоким и позволяет видеть контрастное изображение даже в сильно освещенном помещении.

Контраст

Контраст ЖК-мониторов, как правило, величина постоянная и регулировке не поддается. Она выражается коэффициентом контрастности, соответствующим разнице между яркостью белых и черных тестовых прямоугольников. Чем больше этот коэффициент, тем лучше. Минимально достаточным считается коэффициент 250:1.

Время отклика

Еще один критичный параметр ЖК-мониторов - время отклика, или, другими словами, время регенерации пикселя. Время отклика большинства современных ЖК-мониторов с аналоговым видеовходом менее 25 мс, что является вполне приемлемым.

Видеовходы

Большинство современных ЖК-мониторов имеют цифровые и аналоговые входы, что позволяет применять их в аналоговых и цифровых системах видеонаблюдения. Они могут работать с композитным и компонентным видеосигналами, а также подключаться через стандартный 15-контактный цифровой вход к компьютерам цифровых систем видеонаблюдения. Некоторые мониторы имеют аудио систему для приема и воспроизведения аудиосигнала.

Так за кем же будущее.

После того, как мы разобрались с основными параметрами мониторов, попробуем определиться, какие мониторы будут употребляться в системах видеонаблюдения в ближайшем будущем.

Развитие ЭЛТ-мониторов, по всей вероятности, достигло своего предела. Новинок среди них появляется все меньше. ЖК-мониторы, наоборот, все более совершенствуются. Параметры ЖК-мониторов все более приближаются к параметрам ЭЛТ-мониторов, появляются мониторы с большой диагональю (до 30" и со встроенным мультиплексором, с возможностью адаптации к цифровым технологиям.

Тем не менее, современные бюджетные ЖК-мониторы все же уступают во качеству воспроизводимой картинки ЭЛТ-мониторам. При отсутствии таких присущих ЭЛТ-мониторам недостатков, как плохая фокусировка, несведение лучей, чувствительность к электромагнитным помехам, они имеют более низкое разрешение, меньшую контраст и гораздо плоше воспроизводят динамичные сцены.

К недостаткам ЖК-мониторов, как и других цифровых систем видеонаблюдения, также следует отнести увеличенные требования к качеству видеосигнала. Основные преимущества ЖК-мониторов - меньшие габаритные размеры меньшая потребляемая мощность, отсутствие рентгеновского излучения, которое присуще ЭЛТ-мониторам из-за использования высоких напряжений (более 20 кВ).

Несомненным преимуществам ЖК-мониторов является отсутствие мерцания изображения, что создает более комфортные условия работы оператора.

Немаловажный фактор - срок эксплуатации монитора. ЭЛТ-монитор без заметного ухудшения характеристик работает 3-4 года, а ЖК-монитор - до 7 лет.

После всего вышесказанного можно сделать вывод: в настоящее время ЖК-мониторы можно применять в большинстве систем видеонаблюдения как альтернативу ЭЛТ-мониторам, а дальнейшее развитие технологий вероятнее всего, позволит и совсем отказаться от ЭЛТ-мониторов.

------------------------------------------

В основе того, что ЖК-монитор более приятен для глаз лежит следующее:

Отсутствует мерцание, присущее ЭЛТ всвязи с постоянным перерисовыванием экрана. На ЖК-дисплее пиксели занимают строго определенное, фиксированное положение, и цвет их менятся только в том месте экрана, где на "картинке" происходит движение. Если вы, работая в "Ворде" стукаете по клавише с литерой "а", то из всех миллионов пикселей, которые присутствуют на экране, лишь несколько поменяют цвет, там где появится буква "а". Причем, заметим, поменяют цвет, а не дернутся куда-то в сторону, хотя бы и на микроскопическую величину.

Никаких проблем связанных со сведением лучей. У цветного ЭЛТ-монитора не одна, а три пушки, каждая на свой цвет, и которые посылают каждая по лучу, возникает проблема настроек по сведению и фокусировке лучей, идеально ничего не бывает, а потому опять страдает качество изображения. В ЖК-мониторе каждый пиксель расположен в фиксированной матрице и "знает свое место", .

Бликов на экране ЖК монитора в несколько раз меньше. Коэффициент отражения света от поверхности ЖК монитора в три и более раз меньше, чем от поверхности кинескопа с самым совершенным на сегодняшний момент антибликовым покрытием (Sony FD Trinitron, Mitsubishi Diamondtron NF).

Теперь о других важных преимуществах ЖК перед ЭЛТ

ЖК-монитор не создает вокруг себя очень вредного для здоровья человека постоянного электростатического потенциала, так как имеет нулевой постоянный потенциал дисплея, потому что не обстреливается из электронной пушки.

Малый вес ЖК-монитора. ЖК-монитор это тонкая пластина со стойкой, которая нужна, чтбы зафиксировать ЖК-пластину в удобном положении. ЭЛТ-монитор - это ящик в котором нужно разместить орудие для стерльбы электронами и мишень. А потому вес сундука в 17 дюймов таков, что российское законодательство запрещает его поднимать как милым секретаршам, так и серьезным бухгалтершам. Пять или шесть килограммов ЖК-дисплея по зубам и язвенникам и трезвенникам, застарелый радикулит не напомнит о себе, если вы передвинете его с одного места на столе на другое. Да и само место на столе лишним никогда не бывает, чтобы занимать его под артиллерийскую систему.

ЖК-монитор потребляет раза в три-четыре меньше электроэнергии, чем ЭЛТ, что может оказться важным показателем в ряде случаев, например для тесных офисов.

Выводы

Итак, что же мы имеем?

ЖК монитор имеет идеальную четкость изображения (повторимся, что для этих мониторов не существует понятий несведение и плохая фокусировка), НО только в одном фиксированном режиме! Этот режим соответствует физическому разрешению матрицы, которая используется в модели (для 15" это обычно 1024x768). Это и преимущество, и недостаток. Например, для геймеров, переключающихся с одного экранного разрешения на другое, будет ощутимо плохое качество работы на низших, чем физический размер матрицы режимах. Однако для человека, работающего с офисными приложениями, и использующего единственный видеорежим, это вовсе не ограничение.

Изображение на экране ЖК монитора не мерцает, при работе со статической картинкой (текст, таблицы и т.п.) перерисовывается не весь экран, как в случае с ЭЛТ монитором, а лишь те пиксели, которые изменяются.

ЖК монитор имеет идеальную геометрию изображения.

ЖК монитор имеет нулевой постоянный потенциал дисплея.

Быстродействие на современных матрицах сейчас достигнуто достаточное для того, чтобы даже в самых динамичных игрушках смазывания изображения вы не замечали.

Таким образом, на сегодняшний день ЖК монитор обладает в несколько раз лучшими эргономическими показателями, чем ЭЛТ монитор. Многие продавцы пытаются объяснить покупателям, что ЖК монитор безопасен, потому что не излучает. Однако на самом деле основное преимущество ЖК монитора в том, что он создает минимальную нагрузку на глаза.

К сожалению, дизайнеры и художники пока не могут заменить свои профессиональные ЭЛТ мониторы на тонкие панели, связано это с недостатками цветопередачи и невозможностью калибровки ЖК мониторов. Во всех же остальных случаях ЖК монитор – идеальный выбор и достойная альтернатива привычному монитору с кинескопом.

Условия труда

В природе всё устроено так, что глаз воспринимает отраженный свет. Свет от солнца отражается от травы, деревьев, птиц, облаков и прочего, и уже после этого попадает в глаз. Единственным источником прямого света в природе является солнце, но без последствий смотреть на него человек не может. С появлением технической культуры человек придумал новые источники света: свечи и лампы. Со времен их изобретения человеческий глаз не претерпел изменений. По этому мы и сейчас не можем смотреть на лампочку или яркую свечу, не "нахватавшись "зайчиков"".

Источником света в компьютере является экран монитора. Он светится не отраженным светом, а своим собственным. Светимость монитора не велика и по этому глаз спокойно переносит его свечение. Но для того, чтобы зрачок правильно реагировал на свет монитора необходимо, чтобы его яркость примерно совпадала с яркостью окружающих предметов.

Большое значение имеет равномерность освещения. Зрачок ограничивает количество света, попадающих в глаз, исходя из среднего значения освещенности. Но может случиться так, что имеется очень яркий предмет в темноте. Тогда зрачок глаза примет состояние, характерное для сумрака. В результате слишком яркий свет попадет на малую область сетчатки и вызовет в ней перенапряжение. Не смотря на то, что остальные участки сетчатки будут расслаблены, такое локальное напряжение негативно влияет на весь глаз.

-----------------------------

Исходя из этих соображений существуют такие рекомендации

Нормы освещенности

Экрана 100-250 лк

Стола 300-500 лк

Яркость экрана должна

быть не менее 35 кд/м2

Яркий свет из окна одинаково вреден и для глаз и для монитора. Если на монитор падают солнечные лучи, необходимо защитить его плотными шторами.

Для нормальной работы нужно поместить монитор так, чтобы глаза пользователя располагались на расстоянии, равном полутора диагоналям видимой части монитора:

не менее 50-60 см для 15" монитора;

не менее 60-70 см для 17" монитора;

не менее 70-80 см для 19" монитора;

не менее 80-100 см для 21" монитора.

Аппаратная часть

Современные мониторы подразделяются на электронно-лучевые , жидкокристаллические и плазменные. Плазменные очень дороги и в принципе я их не рассматриваю, но как мне кажется, всё сказанное об жидкокристаллических мониторах может быть отнесено и к ним.

Самой главной характеристикой монитора является диагональ экрана.

Оптимальная диагональ экрана для работ с текстовыми документами – 15"-17" с разрешением 1024x768. Для графических работ необходим монитор 19"-21" при разрешении 1280х1024 и выше. Для игр рекомендуется 17"-19". Мониторы бОльших диагоналей приобретать не рекомендуется, т.к. от работы за слишком крупными мониторами, по словам моих пользователей, "глаза становятся квадратными". От большого монитора необходимо сидеть дальше, чем от маленького. И в итоге угловая площадь монитора остается такой же. Но сфокусировать глаз на мелком изображении, находящемся в 1-1.5 метрах от глаза становится труднее, что ведет к перенапряжению зрительного аппарата.

ЖК-мониторы в 10-15 раз легче и в 3-4 раза дороже ЭЛТ, и именно их я рекомендую. Жидкокристаллические мониторы почти ничего не излучают, т.к. в их основе лежит обычная люминесцентная лампа, свет которой затеняется матрицей жидких кристаллов. Их качественные характеристики (время реакции и качество передачи цветов) медленно, но неуклонно приближаются к характеристикам ЭЛТ мониторов.

ЭЛТ мониторы лучше использовать в областях, где важна правильная цветопередача и при игре в динамичные игры.

В основе электронно-лучевых мониторов находится массивная Электронно-Лучевая Трубка, которая является источником различных излучений. Уровень этих излучений от ЗАЗЕМЛЕННЫХ современных электронно-лучевых мониторов гораздо ниже, чем от сотовых телефонов, микроволновых печей или городских инженерных коммуникаций. Тем не менее, в прессе постоянно муссируются идеи пагубного влияния излучений именно от мониторов, хотя за два десятилетия проводимых исследований не появилось доказательств такого влияния.

Рентгеновское излучение от электронно-лучевого экрана добавляет всего несколько процентов к естественному фону излучения и, вопреки общественному мнению, не может считаться опасным. Наиболее опасны другие виды излучения: электростатическое, СВЧ, инфракрасное и ультрафиолетовое, низко частотные переменные и постоянные электрические и магнитные поля и чрезмерная ионизация воздуха. Но их мы рассмотрим в отдельном выпуске.

В основном рабочем разрешении электронно-лучевой монитор ЭЛТ монитор обязан обеспечивать частоту обновления экрана 100Гц или выше, хотя допустимо 85Гц. При более низких частотах большинство людей видят мерцание экрана, а это заставляет глаз инстинктивно напрягаться. У жидкокристаллических мониторов этот эффект отсутствует.

Важным условием сохранения зрения является чистота экрана. Не касайтесь его пальцами. Протирку экрана монитора можно осуществлять специальными безворсовыми СУХИМИ салфетками или обычными фланелевыми тряпочками. Влажные салфетки для протирки экранов не рекомендуются. В крайнем случае, допускаются специальные влажные салфетки, не содержащие спирта и растворителей. На экраны нанесено специальное антибликовое и антистатическое покрытия. Спирт и растворители разрушают их. Некоторые производители не учитывают этого факта и производят «специальные» салфетки, пропитанные смесью спирта с ацетоном. Они хороши для мойки окон, но не применимы для мониторов.