§ 4.6. Многосигнальные видиконы

На базе рассмотренных ФЭП могут быть построены телевизионные камеры для формирования сигналов не только черно - белою, но и цветного телевидения, однако в последнем случае используется три или четыре преобразователя (§ 5.2). К этим преобразователям предъявляются весьма жесткие требования по идентичности характеристик свет — сигнал, геометрических искажений.

инерционности и другим свойствам. Всем этим обусловлена высокая стоимость ФЭП и телевизионной камеры, ее большие габариты и масса.

В 50-е годы появились лабораторные макеты, а в 70-е годы — передающие телевизионные трубки, формирующие сигнал изображения, содержащий информацию о иветовом содержании передаваемой сцены, — так называемые многосигнальные видиконы [12].

Рис. 4,14. К принципу работы трехсвгнального видикона

Рис. 4.15 Спектральные характеристики полосковых светофильтров

Многосигнальные видиконы представляют собой устройства с пространственным разделением светового потока непосредственно на светочувствительной поверхности ФЭП Принцип действия таких преобразователей основан на использовании оптико - электронного кодирования изображения. При этом спектральные свойства светового потока в плоскости изображения находят, отражение в пространственном распределении потенциального рельефа в соответствии с функциональной связью между спектральными характеристиками и временными (или частотными) параметрами формируемого сигнала изображения. Используя эти функциональные связи, производят декодирование сигнала и преобразование его в цветоделенные сигналы изображения. Многоснгнальные видиконы нашли применение в прикладных системах цветного телевидения, в системах видеожурналистики, т. е. в устройствах, предназначенных для формирования цветного изображения передаваемой сиены. Обычно это трехсигнальные или трехцветныо ФЭП В ряде случаев могут использоваться двухсигнальные, четырехсигнальные и другие ФЭП.

На рис. 4.14 приведена схема, поясняющая принцип работы трехсигнального видикона. В этом приборе сигнальная пластина образована тремя группами полосковых электродов 2, нанесенных на соответствующие светофильтры 3, спектральные характеристики которых показаны на рис. 4.15. Светофильтры нанесены на стеклянную планшайбу I. Образование потенциального релье а

на мишени 4, представляющей собой слой из материала с внутренним фотоэффектом, осуществляется, как в обычном вндиконе. Группы электродов, соответствующих светофильтрам одного цвета, гальванически соединяются, и на трех выходах трубки формируются цветоделенные сигналы, Полосковые светофильтры и сигнальные пластины располагаются перпендикулярно строчной развертке. В экспериментальном видиконе такого типа использовалась мишень из 870 электродов (290 трехцветных элементов на строку изображения), расположенных с шагом около 17,5 мкм.

Рис. 4.16 Структура кодирующего фильтра (а) и спектральный со став сигнала изображении (б)

Рассмотренный прибор не вышел за рамки экспериментальных исследований, что объясняется значительными емкостными связями между полосковыми сигнальными пластинами, большими световыми потерями, а также значительными оптическими связями между цветоделенными изображениями на мишени (из-за рассеяния и отражения света в светоделительном узле). Действие всех перечисленных факторов приводит в конечном счете к значительному взаимному влиянию содержания цветоделенных изображений и снижению качества формируемого сигнала и цветного изображения.

Дальнейшие успехи в создании многосигнальных видиконов связаны с исследованием систем с кодирующими полосковыми фильтрами. В таких системах используется метод частотного или импульсного кодирования оптически цветоделенных изображений. На выходе преобразователя формируется один сигнал, информация о содержании цветоделенных изображений разнесена по различным частотным диапазонам выходного сигнала или закодирована в фазе сигнала

Рассмотрим систему с частотным методом кодирования (с двумя поднесущими частотами). Оптический кодирующий фильтр системы устанавливается в плоскости изображения и представляет собой систему наложенных друг на друга полосковых светофильтров: чередующиеся прозрачные (белые) и желтые светофильтры установлены перпендикулярно направлению строчной развертки, а чередующиеся прозрачные и голубые светофильтры установлены под углом к этому направлению (рис. 4.16, а).

Нетрудно видеть, что структура кодирующей маски представляет собой прозрачные участки на рис. 4.17), зеленые 2 (наложение желтого и голубого фильтров), желтые 3 и голубые 4. Частотный состав выходного сигнала определяется шагом вдоль строк желтой и голубой масок. Число полосковых светофильтров выбирается так, чтобы обеспечить в выходном сигнале частоту [в (около 5 МГц) при пересечении коммутирующим пучком желтой маски, что при декодировании обеспечивает передачу информации о синем цветоделенном изображении на этой частоте. Нетрудно видеть, что при пересечении голубой маски, установленной под углом 45° к направлению строчной раз вертки, образуется сигнал с частотой (около 3,5 МГц), формирующий после декодирования красный цветоделенный сигнал. Выбор соответствующих спектральных характеристик желтого и голубого фильтров обеспечивает прозрачность в центральной части спектра по всей плоскости изображения и, следовательно, формирование низкочастотной составляющей сигнала, соответствующей яркостному сигналу. На рис. 4.16, б показан спектральный состав формируемого сигнала изображения. Соответствующие цвстоделенные сигналы образуются путем частотного разделения с помощью полосковых фильтров и фильтров нижних частот. В многосигнальных ФЭП используют частотные методы разделения сигналов (см. § 5 2).

Рис. 4.17. Кодирующая маска системы с двумя поднесущнмн

Естественно, что частотный диапазон формируемого сигнала определяется апертурой коммутирующего пучка Это приводит к заметному снижению эффективной полосы частот формируемого яркостного сигнала (V) и, следовательно, к снижению четкости формируемого изображения.

Расфокусировка пучка на периферии растра, которая приводит к частотным искажениям формируемого сигнала, проявляется в виде цветовых искажений по полю изображения. Для ее ослабления необходимо повышать требования к системе фокусировки коммутирующего пучка.

Более эффективно используется частотный диапазон формируемого сигнала изображения в системе с частотно - фазовым кодированием (с частотным разделением и перемежением спектров сигналов). Здесь информация о красном и синем цветоделенных изображениях передается в одном частотном диапазоне За счет этого расширяется полоса частот, отводимых для передачи яркостного сигнала что приводит к повышению разрешающей способности системы. Поднесущая частота сигналов красного и синего цветоделенных изображений выбирается несколько ниже, чем

частота поднесущей синего цветоделениого сигнала в рассмотренной ранее системе, а это обеспечивает снижение требований к фокусировке коммутирующего пучка передающей трубки.

В системе с частотно - фазовым кодированием голубой и желтый фильтры имеют одинаковый шаг и расположены под одинаковым углом относительно направления сканирования, но с наклоном в разные стороны относительно вертикали изображения (рис. 4.18, а). Нетрудно видеть, что поднесущие частоты для обоих цветоделенных изображений одинаковы Эта частота определяется шагом полосковых фильтров и углом их наклона. Спектр формируемого сигнала показан на рис. 4.18, б. Шаг и наклон полосковых фильтров выбираются так, чтобы обеспечивался фазовый сдвиг 90° на поднесущей частоте, формируемой одним фильтром, и опережение на 90° для сигнала, формируемого другим фильтром. При сравнении сигналов смежных строк общий фазовый сдвиг в 180° между сигналами красной и синей составляющих позволяет разделить сигналы, несущие информацию о соответствующих цветоделенных изображениях. Для этого в одном из каналов сигнал задерживается на 90° по несущей частоте и суммируется с сигналом предыдущей строки, т. е. после задержки сигнала на время одной строки. Во втором канале из сигнала предыдущей строки вычитается сигнал, сдвинутый на 90°; с этой целью используется дополнительный сдвиг на 180° и суммирующее устройство Таким образом, формируются сигналы несущие информацию о красном и синем цветоделенных изображениях Этот метод разделения сигналов многосигнальных ФЭП, реализуемый в передающей камере, рассмотрен в § 5.2.

Рис. 4.18. Структура кодирующего фильтра (а) и спектральный состав сигнала изображения (б)

Полоса пропускания по яркостному каналу (Y) за счет совмещения спектров красного и синего цветоделенных сигналов может

быть расширена (примерно до 3,6 МГц), а частота поднесущей красного и синего цветоделенных сигналов может быть снижена (примерно до 4,2 МГц).

Значительные практические успехи достигнуты при создании многосигнальных ФЭП с кодовым разделением сигналов цветоделенных изображений. В таких системах кодовый сигнал, используемый для декодирования цветовой видеоинформации, генерируется непосредственно в процессе формирования сигнала видиконом. Принцип действия видикона с кодовым разделением сигналов можно рассмотреть на примере реализации узла мишени с сигнальной пластиной, выполненной в виде двух гребенок (рис. 4 19). Световой поток проходит через кодирующий светофильтр I, представляющий собой структуру из красных, зеленых и синих полосок , расположенных перпендикулярно направлению строчного сканирования На светочувствительной поверхности мишении формируется потенциальный рельеф, отражающий три цветоделенных в пространстве мишени изображения После считывания потенциального рельефа обычным способом образуется файл сигнала изображения, в котором с последовательностью, определенной структурой светофильтра, чередуются значения сигналов, соответствующих красному» зеленому и синему цветоделенным изображениям. Для разделения такого сигнала на три используется синхронное детектирование.

Рис. 4.19 Видикон с кодовым разделением сигнала

Для управления синхронными детекторами цветоделенных каналов в сигнал изображения должны быть введены опорные (индексные) сигналы Известно несколько способов введения таких опорных сигналов. Рассмотрим один из них Сигнальная пластина представляет собой две группы полупрозрачных полосковых электродов (2 и 3), каждая из которых имеет вынод для подачи напряжения смещения положительной или отрицательной полярности, переключаемого с частотой строчной развертки электронным переключателем 4. Через этот переключатель на сигнальную пластину полается напряжение

Сформированный сигнал определяется содержанием передаваемого изображения, структурой полоскового светофильтра, а также включает опорные импульсы положительной и отрицательной полярности (но отношению к средней составляющей сигнала), фаза которых изменяется от строки к строке в такт с работой коммутатора Сопоставляя сигиалы смежных строк (с этой целью используется линия задержки сигнала изображения на одну строку), можно, суммируя сигналы соседних строк, получить сигнал изображения

без опорных импульсов, а вычитая эти сигналы — сформировать опорные импульсы (без сигнала изображения) для управления синхронным детектором.