ГЛАВА 10. ТЕЛЕВИДЕНИЕ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

§ 10.1. Классификация и области использования телевидения

Основное назначение ТВС заключается в формировании изображения передаваемых сцен в реальном времени, как правило, на значительном удалении от них. Именно это свойство ТВС привело к возможности использования их в промышленности (диспетчерское и и технологическое назначение ТВС), медицине (демонстрация хирургических операций), исследованиях космоса (передача изображений с борта космических аппаратов, поверхности планет и др.), системах связи и т. д.

Наряду с этим такие свойства ТВС. как возможность визуализации невидимых объектов и процессов, высокая контрастная, световая

и цветовая чувствительности, возможность количественного анализа и обработки изображений с целью извлечения информации об исследуемых объектах, привели к широкому применению сканирующих систем, подобных телевизионным, в народном хозяйстве.

По характеру решаемых задач ТВС прикладного назначения можно разделить на три большие группы.

1 Системы наблюдения, контроля и обучения, к которым относятся диспетчерские системы, системы визуального контроля, системы наблюдения за объектами, расположенными в недоступных или труднодоступных местах, учебные ТВС и тренажеры.

2. Системы обнаружения и визуализации, к которым относятся системы с пороговой световой или контрастной чувствительностью. ТВС высокой четкости, многозональные ТВС, системы, чувствительные в инфракрасндм, ультрафиолетовом, рентгеновском и других областях спектра.

3. Системы анализа и обработки данных об исследуемой сцене (измерительные и автоматические телевизионные системы), к которым относятся системы для измерения геометрических, динамических и цветовых характеристик объектов и изображений в целом, системы счета и анализа топологических характеристик, распознающие ТВС, телевизионные автоматы и системы зрения роботов.

Существуют и другие классификации прикладных ТВС: по области применения (космические, медицинские, учебные и т. п.), параметрам ТВС (малокадровые, скоростные, многозональные, системы высокой четкости и др.), особенностям канала связи (замкнутые и открытые). Использование той или иной классификации позволяет ранжировать различные ТВС. Например, упорядоченное сопоставление фотоэлектрических преобразователей позволяет выбрать наиболее эффективный преобразователь для решения конкретной задачи исследования изображения В системах анализа и обработки изображений применяются различные ФЭП: передающие трубки с внутренним фотоэффектом (плюмбиконы); преобразователи с внешним фотоэффектом (диссекторы); системы с бегущим световым пучком, вращающимся зеркалом или сканирующим лазерным пучком; фотоэлектронные умножители с механическим сканированием (сканирующий препаратоводитель); матричные преобразователи на базе ППЗ-структур.

В качестве критериев сравнения ФЭП могут быть выбраны скорость считывания изображения и число элементов изображения (предельная четкость регистрируемой картины).

На рис. 10 1 указаны типичные значения (области) частоты коммутации элементов изображения и числа элементов изображения на строку растра для некоторых серийных ФЭП; V — диапазон градации яркости, регистрируемых в сигнале каждого элемента изображения.

Система с бегущим световым пучком, как и преобразователь на основе диссектора, обеспечивает возможность свободного выбора законов сканирования. Геометрическое разрешение ЭЛТ достигает

элементов на строку изображения. Фотометрическое разрешение (число регистрируемых градаций яркости) зависит от отношения сигнал-шум и достаточно велико. С использованием диссектора при очень малых скоростях сканирования может быть обеспечена регистрация 1000 градаций яркости.

В современных промышленных ТВС в качестве преобразователя изображения широко используются плюмбиконы. Для улучшения разрешающей способности применяются видиконы с обратным пучком, которые имеют разрешение до 104 элементов на строку. В ряде случаев качество ФЭП может быть значительно улучшено при переходе от стандартных характеристик разложения к специальным: более высоким частотам сканирования, повышенной разрешающей способности, улучшенной фотометрии, произвольному управлению координатами разлагающего элемента.

Электромеханические методы сканирования очень многообразны и выбираются в зависимости от вида используемого источника света (накальные, газоразрядные, лазерные и люминесцентные излучатели) и объекта исследования.

Рис. 10.1. Характеристики ФЭП: 1 — сканирующий стол. ; 2 — сканирующий барабан, ; 3 — диссектор, вращающееся зеркало, — видикон, ППЗ-линейка, ППЗ-матрица,

Механические сканирующие устройства с лазером и вращающимся бериллиевым зеркалом обеспечивают разложение на 4-104 элементов на строку при диаметре светового пятна 6—20 мкм и частоте сканирования 50 МГц. Барабанные сканирующие устройства используют при передаче изображений с фотопленок и обеспечивают разложение на 104 элементов в строке при диаметре светового пятна до 10 мкм и разрешении до 256 полутонов; средняя рабочая частота сканирования достигает при этом приблизительно

Сканирующие столики обеспечивают наибольшую площадь сканируемого изображения и тем самым максимальное разрешение в пересчете на строку.

Для быстрого и фотометрически точного двухкоординатного сканирования с высоким геометрическим разрешением применяют преимущественно плюмбиконы, ППЗ-матрицы или ППЗ-линейки при использовании механического перемещения в ортогональном к строке направлении. Для считывания изображений применяют также механические сканирующие устройства с электроакустическим отклонением лазерного пучка.