§ 3.2. Основные параметры последовательного разложения

Участок изображения, в пределах которого происходит усреднение освещенности в процессе ее преобразования в электрический сигнал, называется элементом изображения. Эффективность этого преобразования зависит от геометрических размеров и относительной прозрачности разлагающей апертуры [10]. При квадратных отверстиях в диске Нипкова прозрачность равномерна в пределах площади квадрата (рис. 3.3, а), а при круглых отверстиях — в пределах площади круга (рис. 3.3, б), т. е.

где х, у — координаты точек относительно центра 0.

Распределение плотности электронов по сечению коммутирующего пучка в передающих и приемных трубках не остается равномерным. Оно наиболее близко к гауссову закону (рис. 3.3, в)

теоретически не имеет границ и обычно характеризуется условным радиусом на котором плотность электронов падает в раз по отношению к плотности на оси пучка. В считывании накопленных зарядов в передающих трубках с накоплением участвует не все

сечение пучка, а лишь его активная часть. Распределение плотности электронов по сечению активной части пучка имеет, как правило, значительно более сложную форму (рис. 3.3, г), зависящую к тому же от условий разложения, поскольку считывание обеспечивается, в основном, передней по ходу разверток частью пучка [10].

Распределение световой чувствительности в пределах отдельного элемента прибора с переносом заряда в первом приближении для коротковолновой части видимого спектра близко к равномерному и описывается соотношением (3.1) (см. рис. 3.3, а), но отличается от него затягиванием границ, усиливающимся с увеличением длины световой волны под влиянием диффузионного растекания заряда.

Рис. 3.3. Примеры распределения прозрачности в апертурах

Передающее устройство всегда содержит объектив, которым строится передаваемое изображение. При этом любая точка объекта отображается с помощью объектива в виде кружка рассеяния с распределением освещенности, зависящим от относительного отверстия объектива. При малых относительных отверстиях объектив близок к идеальному (безаберрациоиному) и отображает любую точку объекта дифракционным кружком рассеяния. С увеличением относительного отверстия дифракционное рассеяние ослабляется и

одновременно растет аберрационное рассеяние с распределением, близким к гауссову закону (3.2).

Конечные размеры эквивалентной разлагающей апертуры ТВС в целом определяют апертурную пространственную фильтрацию телевизионных изображений.

Рис. 3.4. Траектории развертки изображения

Возможны различные траектории телевизионной развертки. Одной из простейших является спиральная. Однако при неизменной угловой скорости развертки линейная скорость разлагающего элемента пропорциональна расстоянию до центра изображения. И, следовательно, для постоянства линейной скорости, что важно с точки зрения спектрального состава сигнала, угловая скорость должна быть переменной. В радиолокационных станциях кругового обзора получила распространение радиальная развертка в направлениях, совпадающих с направлениями приема сигналов, а в телевидении — строчная с постоянной скоростью вдоль горизонтальных параллельных строк, отстоящих друг от друга на шаг разложения (рис. 3.4, а).

Развертка называется построчной, если все строки одного кадра передаются за один период развертки в поперечном направлении. При чересстрочной развертке все строки передаются за несколько периодов, называемых полями. Чаще всего используется чересстрочная развертка за два поля, одно из которых содержит все нечетные строки, а второе — все четные строки одного кадра. Траектории разложения, соответствующие построчной и чересстрочной разверткам, показаны на рис. 3.4, б, в.

При зигзагообразной траектории разложения направления разверток от строки к строке (рис. 3.4, г) и от кадра к кадру изменяются на противоположные и расстояния между осями строк не остаются постоянными. В таком случае при согласовании размеров апертуры с шагом разложения в средней части строки, на краях изображения наряду с пропусками появляются участки, перекрываемые соседними строками и показанные на рис. 3.4, г вертикальной штриховкой. Пропущенных и дважды переданных участков может и не быть, если перейти к шаговой развертке в поперечном к осям строк направлении и соответствующим образом выбрать диаметр апертуры (рис. 3.4, д). Однако во всех случаях изменения направления сканирования резко усиливается требование линейности развертки, поскольку нелинейность развертки сопровождается расслоением изображений, передаваемых при различных, в том числе и встречных, направлениях разверток. Если направления разверток по строкам и по кадрам сохраняются неизменными во времени, допустимы большие нелинейности. Нелинейность развертки характеризуется коэффициентом нелинейности

где и — максимальная и минимальная скорости развертки. При наблюдении изображения геометрические искажения остаются незаметными при коэффициенте нелинейности Допустимыми считаются искажения при

При отклонении электронных пучков в передающих и приемных трубках неизбежны потери на время обратного хода по строкам и по кадрам (рис. 3.5). Обычно нормируются относительные потери по строкам и по кадрам При постоянных скоростях сканирования линейные размеры изображения пропорциональны соответствующим временам . В этом смысле можно говорить о вертикальных и горизонтальных размерах изображения при отсутствии потерь на время обратного хода, а также о размерах при потерях соответственно.

Рис. 3.5. Растр с учетом потерь на время обратного хода

Кроме того, изображение характеризуется форматом: полным (при отсутствии потерь на время обратного хода) и активным

Расстояние между осями соседних строк определяет шаг разложения

Соотношение (3.4) позволяет связать между собой полное и активное

число строк, приходящееся на активную высоту изображения

Число условных элементов размером в полном изображении поскольку на высоте их укладывается а на длине строки раз больше.

Число условных элементов в активной части изображения

При частоте кадров скорость строчной развертки а время передачи элемента изображения протяженностью

Наиболее низкая частота сигнала совпадает с частотой вертикальной развертки: а наиболее высокая

ограничивается условием передачи синусоидальной пространственной частоты с периодом изменения яркости вдоль строки и временным интервалом Объясняется это тем, что с оптимальных расстояний наблюдения изображения глаз не отличает синусоидального распределения яркости от прямоугольного на деталях, соизмеримых с размерами элементов.

С учетом (3.3) и (3.5) соотношение (3.7) принимает вид

в котором учтены активные параметры телевизионного изображения и потери на время обратного хода (по строкам и кадрам), обусловливающие расширение частотного спектра сигнала.

Средняя освещенность неподвижных изображений неизменна, а при передаче движения она меняется. Практика показывает, что при передаче изображений движущихся объектов необходимо передавать сигналы так называемых нулевых частот в диапазоне от 0 до 2—3 Гц [1].

Время обратного хода по строкам и по кадрам частично используется для передачи сигналов синхронизации разверток, цветовой синхронизации, а также для вспомогательных сигналов, применяемых для оценки характеристик каналов связи.