Телевидение - область в науке и технике, связанная с передачей на расстояние изображений неподвижных
и движущихся объектов и использующая радиоэлектронные устройства. Передача изображений
представляет собой последовательность трёх физ. процессов: преобразование световой
энергии объекта в электрич. сигнал (анализ изображения); передача электрич.
сигнала по каналу связи от источника к получателю; преобразование электрич.
сигнала в изображение (синтез изображения).
Осн. принципом Т. является
идея последоват. передачи изображения по элементам, предложенная независимо
в 1879-80 А. ди Пайвой (A. de Paiva) и П. И. Бахметьевым. Отражённый или излучённый
каждой деталью объекта световой поток образует изображение, изменяющееся во
времени; каждый элемент изображения характеризуется изменяющимися во времени
пространственными координатами х, у, z, мгновенными значениями яркости
L и цветности (определяемой цветовым тоном l и чистотой цвета р), т. е. описывается функцией Fi(L, х, у, z; l,
р, t)(см. Колориметрия, Цвет).
Элементом изображения в
передающем устройстве наз. участок изображения, в пределах к-рого происходит
усреднение освещённости в процессе её преобразования в электрич. сигнал, в приёмном
устройстве - световое пятно, образованное сфокусированным электронным лучом,
либо минимальная автономно управляемая часть дискретного изображения.
Изображение, образованное
совокупностью элементов, в Т. наз. кадром, процесс поэлементной передачи кадра-
р а з в ё р т к о й и з о б р а ж е н и я, образованное в результате развёртки
поле изображения - т е л е в и з и о н н ы м р а с т р о м. Число элементов
и последовательность формирования телевиз. растра (стандарт разложения) определяются
назначением системы и условиями её работы. В телевещании и во многих специализир.
системах Т. принята линейно-строчная развёртка, т. е. развёртка элементов с
постоянными направлением и скоростью вдоль одной стороны кадра (развёртка строки,
или строчная развёртка) и с постоянной скоростью чередования строк и
кадра в целом (кадровая развёртка). При линейно-строчной развёртке стандарт
разложения характеризуют числом строк в телевиз. растре (z) и числом кадров,
т. е. полных изображений в секунду (n). Если получателем информации в
телевиз. системе (ТС) является человек, число кадров в секунду должно превышать
свойственную зрению кри-тич. частоту слияния мельканий (fкчм),
что обеспечит непрерывное и немелькающее восприятие изображений.
Анализ (передача) и синтез
(приём) изображения должны осуществляться синхронно и синфазно, что обеспечивается
принудит. синхронизацией развёрток. Точность синхронизации и постоянство скоростей
развёртки по строке и по кадру определяют точность воспроизведения изображения
и геом. (координатное) соответствие изображений на входе ТС и на её выходе.
ТС включает в себя комплекс техн. средств, перечень и устройство к-рых зависит
от назначения системы. В обобщённом виде, характерном для любой ТС, осн. устройства
и их взаимосвязь представлены на рис. 1.
Рис. 1. Обобщённая функциональная
схема телевизионной системы: 1 - объект передачи; 2-оптическое
устройство; 3 - преобразователь "свет - сигнал"; 4 - усилитель-формирователь
полного сигнала; 5, 11-развёртывающее устройство; 6-генератор
синхронизирующих импульсов; 7-канал связи; 8-усилитель
и селектор сигналов; 9 - преобразователь "сигнал - свет";
10 -получатель информации.
Параметры телевизионного
изображения. Излучающий (светящийся) или отражающий внеш. световой поток
объект может быть представлен функцией яркости L(x, у, z, l, t). Телевиз.
изображение (ТИ) этого объекта также представляют как функцию яркости L(x',
у', z', l', t)либо как функцию освещённости Е(х', у', z',
l', t)в координатах (х', у', z') пространства изображений.
Оператор P{•}, отражающий соответствие световых характеристик ТИ и объекта,
для любой реальной отображающей
системы отличен от единицы (Р{•}
1),
т.е. всегда имеют место искажения в преобразовании пространства объекта в пространство
изображения.
Изображения могут быть
изменяющимися во времени (динамическими) или неизменяющимися (статическими),
объёмными или плоскими. В зависимости от l различаются три группы изображений:
цветные, ахроматические и монохроматические. По сравнению с цветным изображением,
для к-рого L = L(x', у', z', l', t), спектр излучения каждого
элемента ахроматич. изображения одинаков, т. е. L(l') = const.
Монохроматич. изображения - частный случай ахроматических и имеют узкий спектр
каждого элемента изображения около центр. длины волны. В Т. не накладывается
ограничений на области определения функции L(l), изображения могут рассматриваться
в рентг., УФ-, видимой, ИК- и др. областях спектра эл--магн. излучения.
функция яркости (или освещённости)
всегда конечна и положительна, т.е. 0<=L<=Lмакс,
где Lмакс - макс. яркость в поле изображения. функцию яркости
можно представить в дискретной форме, напр. плоское ахроматич. статич. изображение
может быть представлено в виде матрицы пх
пу, т.е. L = L(i, j), где i=1, ..., пх; j=1,
..., пу; такое изображение наз. дискретным с числом элементов
п = пх
пу. В цифровых системах Т. при обработке изображений используется квантование
функции яркости: L = {L1, ..., Lk }; частный
случай квантованного изображения - двоичное изображение, L = {0, 1}.
Принципы формирования ТИ,
его параметры, как и параметры ТС в целом, должны быть согласованы с характеристиками
зрения. При определении качества ТИ оценивается
его подобие входному оптич. изображению или изображению объекта, наблюдаемому
непосредственно глазом, т.е. отличие оператора Р{.} от 1.
Для получения количеств. оценок ТИ и ТС используют измеряемые параметры: формат
изображения k = l/h (где l-ширина, h - высота изображения);
размер, определяемый при заданном формате k высотой ТИ (h)или
диагональю (D); яркость L, оцениваемая обычно по макс, яркости
Lмакс отд. участков изображения; контрастность изображения
Kи = Lмакс/Lмин
или относит. контраст 
=
(Lмакс - Lмин)/Lмакс (где
Lмакс и Lмин - яркости самого светлого и
самого тёмного участков ТИ); чёткость, определяемая числом условных или реальных
элементов разложения N = kZ2 (где Z-число строк разложения,
k - формат); для дискретного изображения N=nx
пу; поперечная и продольная чёткость определяются числом элементов на высоту
и ширину ТИ; реальная чёткость (поперечная и продольная) измеряется макс. числом
чёрных и белых линий, воспроизводимым на заданном отрезке с заданным контрастом;
отношение сигнал/шум y=Uс/Uш, где Uс-
размах сигнала, Uш - эфф. значение флуктуац. помехи (для оценки
восприятия помех глазом необходимо знать также распределение спектральной плотности
мощности помех); характер воспроизведения градаций яркости (g-искажения) в пределах
яркостного динамич. диапазона, оцениваемый по степени отличия от линейного изменения
ступеней градаций яркости в ТИ при линейном законе изменения в исходном изображении;
цветовоспроизведение, характеризуемое измеряемой в колориметрич. единицах степенью
отличия цветности в ТИ от цветности тех же участков исходного изображения; неравномерность
воспроизведения по полю ТИ участков, имеющих одинаковые яркости в исходном изображении;
геом. искажения, характеризующие точность воспроизведения в ТИ координат отд.
элементов исходного изображения.
При характеристике ТИ в
ряде случаев используется интегральная оценка качества изображения путём сравнения
его с входным изображением в одинаковых условиях наблюдения. С этой целью вводятся
категории тождественного, физически точного, физиологически точного и психологически
точного воспроизведения (последнее характерно для представления при чёрно-белом
Т. реальной многоцветной сцены).
Дополнит. параметры вводятся
при оценке качества ТИ, представляющего собой графическую, знако-цифро-буквенную,
символьную, двух- или многоградационную, ахроматическую или цветную информацию.
К таким параметрам относятся: число элементов, используемых для формирования
знака (число строк на знак, элементов в строке на знак и т. д.); форма символов
и длина алфавита символов, используемых при формировании ТИ; число цветов и
их спектральные характеристики при визуальном кодировании информации цветом;
непрерывность линий при воспроизведении геом. фигур, контуров, трасс и т.п.,
определяемая структурой телевиз. развёртки или числом элементов в дискретном
ТИ; число и различимость градаций яркости, используемых для визуального кодирования,
и др.
При исследовании ТИ с целью
извлечения количественной информации об объектах, явлениях и процессах, протекающих
в поле наблюдения, проводятся анализ и обработка ТИ. В большинстве случаев при
этом отпадает необходимость исходить при оценке качества изображений из свойств
зрительной системы человека. Типичными параметрами ТИ, используемыми при их
анализе и обработке, являются: гистограмма распределения яркости элементов изображения
(прямая или нормированная к общему числу элементов); площадь объектов при их
классификации; тек-стура-пространственная организация элементов в пределах конечного
участка изображения, описываемая опре-дел. статистич. характеристиками распределения
яркости или цветности; корреляц. характеристики изображений, в т. ч. межстрочная
и межкадровая корреляция.
Телевизионные системы
и устройства. Комплекс вещательной ТС включает в себя (рис. 2) программные
телецентры разл. уровня
(1, 7, 9), наземные пункты спутниковой связи (2, 5, 6), радиорелейные
линии прямой видимости (8) и кабельные магистрали (12), спутники
связи (3, 4), телепередатчики, ретранслирующие сигналы программных телецентров
на границах зоны уверенного приёма (10), аппаратуру кабельного телевидения
(11), индивидуальные спутниковые приёмники (13). Связь между ТС
разл. государств (Интервидение, Евровидение) осуществляется через международные
радиорелейные линии, а также через спутники связи ("Молния", "Интелсат",
"Горизонт" и др).
Для обеспечения телевещанием
в России используют космич. ретрансляторы 2 типов - на эллиптич. орбитах (с
апогеем 40 тыс. км и перигеем 500 км; тип "Молния") и на геостационарной
орбите (в плоскости экватора с высотой ок. 36 тыс. км; тип "Горизонт").
В первом случае для обеспечения непрерывной связи на орбите одноврем. должно
находиться неск. спутников, и антенна наземной станции, отслеживая их перемещение,
переключается с одного на другой по мере выхода и входа спутников в зону радиовидимости.
Спутник 2-го типа находится в определ. точке экваториальной орбиты (без учёта
естеств. прецессии), поэтому наземная антенна постоянно направлена на него,
приёмные станции значительно проще и дешевле, уровень сигнала стабилен. Недостаток
2-го варианта, с учётом особенностей территории России,- невозможность телевиз.
вещания на северные районы, для чего используют спутники 1-го типа.
Программные телецентры
и ретрансляторы работают на УКВ в метровом и дециметровом диапазонах. В быв.
СССР для телевещания были выделены диапазоны: 48,5
66
МГц (каналы 1 и 2); 76
100
МГц (каналы 3, 4 и 5); 174
230
МГц (каналы 6
12);
470
622
МГц (каналы 21
39);
622
958
МГц (каналы 40
81,
в т.ч. каналы 52
54
для линии "Космос" - "Земля" стационарных спутников);
для линий спутниковой связи, используемых также для передачи многоканальных
телефонных сообщений, цифровой информации, телеграфных и фототелеграфных сигналов,
были отведены диапазоны: 620
790
МГц; 3,4
8,4
ГГц; 11,7
12,5
ГГц; 40,5
42,5
ГГц; 84
86
ГГц; для линий подачи сигналов телепрограмм на спутниковые ретрансляторы были
выделены полосы (ГГц): 10,7
11,7;
14,0
14,5;
14,5
14,8;
17,3
18,1;
диапазоны частот выше 15 ГГц находятся на стадии освоения.
Рис. 3. Структурная
схема программного телевизионного центра.
Структурная схема программного
телецентра (рис. 3) включает комплексы: аппаратно-студийный (АСК), консервации
и подготовки программ (КПП), передвижных телестанций (ПТС) и стационарных трансляц.
пунктов (СТП), аппаратной приёма программ от ПТС и СТП (АПП) и УКВ-радиостанций
(УКВРС).
Рис. 4. Структурная
схема передающей части монохромной
системы вещательного телевидения.
Тракт вещательного Т. имеет
отд. тракты передачи изображения и звукового сопровождения. На рис. 4 приведена
упрощённая структурная схема передающей части монохромной системы вещательного
Т. Сигнал изображения от передающей трубки предварительно усиливается непосредственно
в телекамере, затем в промежуточном и линейном усилителях осуществляется обработка
сигнала (противо-шумовая, апертурная и g-коррекция, восстановление постоянной
составляющей), а также формируется полный телесигнал. В микшерно-коммутирующем
устройстве осуществляются формирование программы, выбор передающей камеры (или
видеомагнитофона), смешение (вытеснение) изображений. С выхода линейного усилителя
видеосигнал поступает в центр. аппаратную и далее на радиопередатчик. Сигнал
звукового сопровождения в вещательном Т. России передаётся на несущей, расположенной
выше несущей изображения на 6,5 МГц и модулированной по частоте.
Для передачи цветовой информации
могут быть использованы сигналы трёх цветоделённых изображений (ER,
EG , ЕB), пропорциональные яркостям красного, зелёного
и синего цветов соответственно. Однако в связи с необходимостью выполнения условий
совместимости вещательных систем чёрно-белого и цветного Т. и сокращения полосы,
требуемой для передачи трех сигналов, в совр. системах цветного Т. формируются
и транслируются ярко-стный (чёрно-белый) и цветоразностные сигналы.
Требование совместимости
включает три условия: прямую совместимость - возможность нормального приёма
цветных передач на приёмники чёрно-белого Т.; обратную совместимость - возможность
нормального приёма чёрно-белых передач на приёмники также и цветного Т.; профессиональную
совместимость - равенство полос пропускания в каналах связи цветной и чёрно-белой
систем Т. Передача и приём яркостного сигнала, соответствующего стандарту на
чёрно-белом Т., обеспечивают выполнение первых
двух условий, а цветоразностные сигналы допускают относительно более узкополосную
передачу цветовой информации и, как следствие этого, возможность уплотнения
спектра сигнала и выполнение 3-го условия. Сигнал яркости в совместимых системах
определяется суммой прошедших
предварительную g-кор-рекцию сигналов трёх цветоделённых изображений с весовыми
коэф., равными яркостным коэф. соответствующих цветов. В отечеств. системе вещательного
цветного Т. используют цветоразностные сигналы
численно определяемые разностью
сигналов соответствующих цветоделённых изображений и яркостного сигнала; третий
цветоразностный сигнал
по каналу связи не передаётся.
Он определяется матрицированием в приёмнике из принятых по каналу связи сигналов:
Цветоразностные сигналы
обладают рядом особенностей: 1) при равносигнальной передаче белого цвета (ER
= = EG= EB)цветоразностные сигналы в белом ER-Y=EG-Y
= EB-Y = 0; 2) макс. значения цветоразност-ных сигналов
0<=|ER-Y|<=0,701, 0<=|EG-Y|<=0,413,
0<=|EB-Y|<=0,886 меньше макс. значений сигналов цветоделённых
изображений 0<=ER<=1, 0<=EG<=1,
0<=EB<=1; 3) ср. размах цветоразностных сигналов существенно
меньше максимального, поскольку насыщение цвета в изображениях встречается относительно
редко; 4) цветоразностные сигналы (с учётом особенностей цветового зрения человека)
могут быть переданы в более узких полосах частот по сравнению с сигналами изменения
яркости цветоделённых изображений, при этом важно, что полосы сигналов (2) могут
быть сокращены примерно в одинаковой степени; 5) сигналы (2) удобны для использования
в приёмнике, сигналы цветоделённых изображений формируются суммированием цветоразностных
сигналов с яркостным, что может быть реализовано непосредственно на электродах
цветного кинескопа.
Условия совместимости путём
передачи яркостного и цветоразностных сигналов реализованы в мире в 3 стандартных
системах цветного Т.- NTSC, PAL, SECAM. Системы отличаются друг от друга способами
модуляции цветовой поднесущей, видом цветоразностных сигналов и очерёдностью
их передачи. Система NTSC (National Television System Committee) разработана
в США, её стандарт принят в 1953, используется в 32 странах (США, Япония, Канада,
Мексика, Южная Корея и ряд стран Южной Америки). Разработанная в ФРГ система
PAL (Phase Alternation Line, со строчнопеременной фазой) и сов--франц. система
SECAM (Sequentiel couleur a memoire, последовательная цветная с памятью) стандартизованы
и приняты в эксплуатацию в 1967. 6 модификаций PAL используются в 63 странах
мира (ФРГ, Великобритания, Китай, Индия, Австрия и др.), 4 модификации SECAM
эксплуатируются более чем в 41 стране (страны быв. СССР, Франция, страны Восточной
Европы, Египет, Иран, Ирак, Греция, Нигерия и др.).
На рис. 5 представлена
схема формирования видеосигнала в передающей части тракта системы SECAM. Цветная
телекамера содержит три передающие трубки, изображение на к-рые поступает с
объектива через дихроич. цветоизбират. (интерференц.) зеркала. В разл. вариантах
цветных камер могут устанавливаться 4 трубки. В этом случае 4-я трубка служит
для прямого формирования яр-костного (чёрно-белого) сигнала. Используют камеры
и с многосигнальными видиконами.
Рис. 5. Схема формирования
сигналов цветности в передающем
тракте системы SECAM.
В связи с необходимостью разделения во времени съёмки событий и их передачи, напр. при вещании на территории с разл. часовыми поясами, при записи репортажей и т. д. широкое распространение в вещательных и прикладных ТС получила аппаратура видеозаписи (видеомагнитофоны). Для записи широкополосного видеосигнала записывающие головки (или одна головка) должны с большой скоростью перемещаться относительно ленты. Поэтому головки устанавливаются на диске или барабане и вращаются в плоскости, перпендикулярной (рис. 6, а)или наклонённой на нек-рый угол (рис. 6, б) к направлению протяжки ленты. Кроме строчек записи видеосигнала 1, на ленте размещается ряд продольных дорожек: дорожка 2-запись звукового сопровождения; дорожка 3 - запись адресно-временного кода (сигналов времени, номера кадра, номера фрагмента, пояснений режиссёра и т.д.); дорожка 4 - запись сигнала управления скоростью ленты. В видеомагнитофонах запись производит-ся на поднесущей частоте методом частотной модуляции спектром видеосигнала. Это позволяет исключить влияние на размах воспроизводимого сигнала амплитудных изменений несущей, возникающих при поочерёдной работе головок, изменении плотности контакта головки с лентой и т. п.
Рис. 6. Расположение
дорожек при поперечно-строчной ( а)и наклонно-строчной (б)записи сигналов.
Рис. 7. Функциональная
схема видеомагнитофона.
Упрощённая функциональная
схема видеомагнитофона представлена на рис. 7. Механизм протяжки ленты состоит
из двигателя Д1, ведущего вала В, прижимного ролика Р, подающей ПК1
и приёмной ПК2 кассет. Головки записи и считывания видеосигнала расположены
на диске или барабане Б, вращаемом своим двигателем Д2. Отдельно
установлены стирающая головка Г1, головка записи и считывания
управляющего сигнала Г2, записи и считывания звука Г3
и режиссёрских сигналов Г4. Системы автома-тич. регулирования (САР)
эл--механич. узлов видеомагнитофона регулируют скорость вращения двигателя Д2
(САР - Д2) и двигателя Д1 (САР - Д1).
Канал записи-воспроизведения изображения K1 содержит тракт
преобразования телесигнала в частотно-модулир. сигнал и обратно, а также схемы
коррекции искажений. Назначение тракта К2-запись и воспроизведение
звука и управляющих сигналов. Блок "электронного монтажа" (ЭМ) позволяет
управлять записью отд. фрагментов программы. Корректор временных искажений (КВИ)
устраняет искажения, связанные с непостоянством скорости движения головок относительно
ленты в режимах записи и воспроизведения. В большинстве случаев современные
КВИ выполняются на базе цифровой техники.
В стационарных видеомагнитофонах
используют обычно 4 головки. Стандартная скорость движения головки относительно
ленты 41,3 м/с, скорость протяжки ленты 39,7 см/с. В портативных видеомагнитофонах
скорость перемещения головок относительно ленты ниже, чем в стационарных, число
головок меньше. Значит. повышение качества цветной видеозаписи удаётся получить
при раздельной записи составляющих яркостного и цветоразност-ных сигналов -
компонентной записи. В полной мере преимущества компонентной записи реализуются
при подаче на видеомагнитофон сигналов ER, EG, EB непосредственно с телекамеры, преобразовании этих сигналов и записи сигналов
яркости и цветоразностных сигналов на смежных дорожках двумя головками. Этот
метод наиб. эффективно используют в репортажных устройствах, где видеомагнитофон
конструктивно сопрягается с камерой либо находится в непосредств. близости от
неё.
Разработана аппаратура
записи телесигналов на видеодиски. Достоинствами применяемых при этом лазерных
записывающих и воспроизводящих устройств являются высокие качество и плотность
записи, упрощение механизма привода, отсутствие механич. контакта записывающего
(воспроизводящего) устройства с диском. Продолжительность записи на одной стороне
300-мм диска составляет ок. 1 ч (на 1995).
Рис. 8. Функциональная
схема монохромного телевизионного
приёмника.
Вещательный телеприёмник
должен обеспечивать одно-врем. приём по любому каналу телевещания радиосигналов
двух несущих частот: изображения и звука, их усиление, преобразование и воспроизведение
чёрно-белого либо цветного изображения и звукового сопровождения. Совр. телеприёмники
обычно строятся по супергетеродинной схеме (рис. 8) с однократным преобразованием
частоты изображения fи и двойным преобразованием частоты звука
fзв (см. Супергетеродин ).Промежуточная частота изображения
fпр. и =fг-fи
= 38 МГц, первая промежуточная частота звука fпр. зв
= 31,5 МГц. Вторая промежуточная частота звука образуется в результате биений
между этими двумя частотами и равна 6,5 МГц. Постоянство разностной частоты
определяется стабильностью частот передатчиков изображения и звука, что гарантирует
устойчивость приёма узкополосного сигнала звука на любом из каналов телевещания
независимо от нестабильности частоты местного
гетеродина приёмника. Т. к. сигнал звукового сопровождения модулирован по частоте,
а сигнал изображения- по амплитуде, в канале звука необходимо иметь ограничитель,
устраняющий паразитную амплитудную модуляцию.
Помимо трактов изображения
и звука телеприёмник содержит блок формирования развёрток. Для управления развёртками
с видеодетектора полный видеосигнал поступает на селектор, выделяющий и разделяющий
сигналы синхронизации кадровой и строчной частоты.
Рис. 9. Упрощённая функциональная
схема цветного телевизионного
приёмника.
В цветном телеприёмнике
(рис. 9) после видеодетектора видеосигнал распределяется по двум каналам - каналу
сигнала яркости (КСЯ) и каналу сигналов цветности (КСЦ). Совместимый сигнал
яркости E'Y с выхода КСЯ поступает одновременно на
все три катода кинескопа, а цветоразностные сигналы E'R-Y,
E'B-Y, E'G-Y с выхода КСЦ подаются
на модуляторы соответствующих прожекторов. Работа электронного коммутатора совместно
с линией задержки в цветном телеприёмнике системы SECAM, необходимых для восстановления
непрерывной последовательности цветовых сигналов, передаваемых через строку,
поясняется на рис. 10. В приёмниках с обычным масочным кинескопом импульсы строчной
и кадровой развёртки поступают также на блок динамич. сведения (БДС), где преобразуются
в токи пилообразно-параболич. формы, подаваемые на регулятор сведения (PC).
В телеприёмниках с трубками с самосведением БДС отсутствует.
Рис. 10. Функциональная
схема формирования сигналов цветности (а)и виды сигналов цветности
(б)в приёмнике системы SECAM.
По характеру решаемых задач
ТС могут быть разделены на группы: системы наблюдения, контроля и обучения;
системы обнаружения и визуализации; системы анализа и обработки изображений.
Существуют и др. классификации ТС: по области применения (космические, медицинские,
учебные и др.), по параметрам разложения и свето-техн. характеристикам (малокадровые,
скоростные, спект-розональные, высокой чёткости и др.); по типам каналов связи
(замкнутые и открытые); по виду используемых фо-тоэлектрич. преобразователей
(эл--механич., электронные, рентгеночувствительные и др.); по методу получения
цветных изображений (последовательные и одновременные).
К числу систем наблюдения
и контроля относятся ТС космич. аппаратов (КА). Их можно разделить на три группы:
1) ТС для передачи на борт и с борта телеинформации на вещательном стандарте;
2) узкополосные ТС для передачи изображений космич. объектов и поверхности Земли
с движущихся КА; 3) ТС для передачи неподвижных изображений. Первые по принципам
реализации практически не отличаются от наземной вещательной чёрно-белой и цветной
аппаратуры, за исключением того, что при проектировании должны учитываться особые
требования по надёжности, возможностям работы в широком диапазоне температур, в
т. ч. и в открытом космосе, по минимизации массы, габаритов, энергопотребления,
по эл--магн. совместимости с др. системами КА. Кроме того, требуется высокая
помехоустойчивость канала связи, что обеспечивается оптимизацией системы кодирования
телесигнала.
ТС 2-го вида действует
в малокадровом режиме, т. е. передающая камера работает с циклом, время к-рого
Tц устанавливается равным времени смены смыслового содержания
в наблюдаемом изображении (с нек-рым перекрытием кадров). Благодаря тому что
малокадровые системы при проведении маршрутной съёмки (в процессе пролёта КА
над изучаемым районом Земли или космич. объекта) имеют раздельные циклы экспозиции
Тэ, считывания информации Tсч и стирания
и подготовки мишени Tс, удаётся пропорционально отношению
Тц/Тэ уменьшить полосу частот канала
связи. Этот выигрыш в системах с высокой разрешающей способностью оказывается
более 1000 раз, что позволяет решить проблему увеличения дальности телепередачи
с КА. В ТС 2-го вида для этих целей используются также передающие устройства
с бортовыми регистрирующими (запоминающими) средами и с разделёнными этапами
фиксации и передачи изображений (напр., фототелекамеры).
ТС 3-го вида могут быть
построены на основе оптико-механич. или электронных камер; достоинствами первых
являются их предельная простота, высокая равномерность фона изображения, малый
уровень нелинейности и геом. искажений, линейность световой характеристики,
позволяющая обеспечить фотометрич. измерения в любой части спектра излучения.
В ТС 2-го и 3-го видов
широко используют также методы сжатия спектра телесигнала путём исключения статистич.
избыточности.
В группу ТС наблюдения,
контроля и обучения входят многочисл. варианты систем учебного Т., обеспечивающие
передачу изображений в аудитории по запросу обучаемого или преподавателя либо
в соответствии с заранее записанной программой с диапроекторов, видеомагнитофонов,
передачу с телекамер реальных сюжетов (хирургич. операций, физ. опытов, изображений
с микроскопов и т.п.). Благодаря возможности увеличения ТИ подобные системы
применяются в эндоскопии, исследовании микроструктур и в микроэлектронной технологии,
а также на пром. предприятиях, транспорте, в авиации. Как правило, эти системы
строятся на базе техники вещательного Т. в сочетании со специализир. оптич.
устройствами. Воспроизведение
изображений осуществляется и на электронно-лучевых трубках прямого видения,
и на проекц. установках с большими экранами.
Системы обнаружения и визуализации
находят применение в дефектоскопии, устройствах ориентации летат. аппаратов,
медицинской диагностике и др. областях. Телепреобразователи рентг. излучения
позволяют создать систему с чувствительностью, близкой к предельной, определяемой
флуктуациями рентг. квантов на входе устройства. Это, во-первых, приводит к
снижению дозы облучения и, во-вторых, значительно улучшает характеристики системы
(разрешающую способность, контрастную чувствительность, освещённость рабочего
места врача и т. д.). Одноврем. применение видеозаписи существенно расширяет
возможности диагностики и исследований полученных изображений. Наиб. распространение
получили рентгеноскопич. системы с электронно-оптическими преобразователями. Широко применяют телесистемы, чувствительные в ИК-области. Сформировалось
отд. направление в этой технике - тепловидение, используемое в дефектоскопии,
в технол. процессах изготовления и контроля микросхем и электрорадиоэлементов,
в воен. технике.
Системы анализа и обработки
изображений применяются при изучении природных ресурсов Земли из космоса, управлении
движущимися объектами, распознавании образов, количеств. оценке параметров объектов.
Измерение геом. характеристик объектов (координат, длин прямолинейных и криволинейных
отрезков, площадей) связано с необходимостью фиксации оптич. плотности или яркости
фрагментов исследуемых изображений относительно временных и амплитудных характеристик
сигналов изображения. При измерении топологич. характеристик (число объектов
в заданном поле сканирования, связанность и соответствующее число одно-, двух-,
трёхсвязных и т.д. объектов, число пересечений и др.) могут быть выявлены элементы
изображений по признаку превышения заданного порога яркости (формируются изоденсы
- линии равной яркости), по признаку разной цветности и пр. Большинство известных
методов счёта объектов основано на использовании принципа распознавания сигнала
"первой встречи" разлагающего элемента с объектом и автоматич. счёта
этих сигналов, для чего служат памяти устройства с ёмкостью, соответствующей
числу элементов в строке.
Измерение динамич. характеристик
(скорости перемещения объектов в поле изображения, направления перемещения и
траектории, распределения скоростей в потоках движущихся объектов, динамики
изменения размеров фрагментов, изменения окраски объектов и др.) в большинстве
случаев основано на корреляц. признаках. В нек-рых ТС этого вида измеряются
одновременно корреляц. функция сигнала и его спектральная плотность.
Для измерения цветовых
характеристик изображения получают координаты цветности т = U1/(U1
+ U2 + U3), п= U2/(U1
+ U2 + U3 ), к-рые определяются
цветоделённы-ми сигналамиU1, U2, U3. Указанная процедура - цветовая фильтрация-реализуется с помощью цифрового
фильтра, на выходе к-рого формируется двоичный сигнал Yi(t), равный
1, если сканируемый участок имеет заданную цветность, и равный 0, если цветовые
координаты отличаются от заданных. В процессе такого анализа могут одноврем.
решаться задачи анализа геом., топологич. и динамич. характеристик сформированных
двоичных изображений.
Перспектива развития Т.,
в первую очередь,- в переходе от аналоговой к цифровой форме ТС (цифровое Т.).
Появление цифрового Т. позволит прежде всего унифицировать оборудование аппаратно-студийного
комплекса, что приведёт к отмиранию многочисл. стандартов Т., в т.ч. и цветных,
резко повысится качество изображений, появятся новые возможности в технологии
телевещания, упростится междунар. обмен телепрограммами, повысится надёжность
работы и стабильность параметров аппаратуры, к-рая сможет работать в бесподстроечном
режиме, качественно изменится передача ТИ на большие расстояния за счёт минимизации
накопления искажений в цифровых линиях
связи и применения кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки (см. Кодирование
информации).
В развитии цифрового Т.
естественны два этапа: первый, при к-ром аналоговый сигнал преобразуется в цифровую
форму только для его обработки (в АСК, в преобразователе стандартов, в корректорах),
для видеозаписи, для передачи по каналам связи, а затем преобразуется снова
в аналоговую форму для трансляции существующими телецентрами и приёма существующими
телевизорами; второй этап, при к-ром преобразование передаваемого изображения
в цифровой сигнал и обратное преобразование производятся непосредственно в преобразователях
"свет - сигнал" и "сигнал - свет", т.е. во всех звеньях
телевиз. тракта информация передаётся в цифровой форме. Осн. недостаток цифрового
Т--необходимость значительно более широкой полосы частот для цифрового сигнала.
Эта проблема решается путём устранения избыточности информации в ТС и использования
эфф. методов модуляции.
Ещё одно перспективное
направление в развитии Т.- разработка систем телевидения высокой чёткости (ТВЧ).
Рассматриваются возможности создания стандартов с 1050, 1125, 1250, 1375 строками
в кадре. В СССР в 1960-1964 была разработана и поныне эксплуатируемая система
кабельного Т. на 1125 строк, обеспечивающая в 4 раза большую чёткость изображения
по полю, чем в вещательном стандарте. Применяется эксперим. вещательная система
с таким же стандартом для передачи цветного Т. Полоса канала яркости 20 МГц,
сигнала цветности 7 МГц. Для распределения сигналов ТВЧ намечается использовать
волоконно-оп-тич. линии связи. Целесообразно в ТВЧ изменить соотношения сторон
экрана с 4/3 на 16/9, приблизившись к широкоформатному экрану. Значит. сложности
встречаются при видеозаписи сигнала ТВЧ, при разработке цветных кинескопов.
Перспективны лазерная запись на диски и дискретные воспроизводящие устройства
(плоские экраны).
Среди перспективных направлений - ТС на основе голографии. Если создание системы стереотелевидения на разделённых изображениях (напр., правое изображение в одном цвете, левое - в другом) с очками дополнит. цветов теоретически не представляет собой сложности, то запись, передача и воспроизведение информации с точностью до фазы световой волны (что требуется при голографич. системе)- пока не реализованная задача. Для ряда проблем цветного голографич. телевидения ещё не найдены принципиальные решения.
И. И. Литвак
|
|
 |
