Особенности построения стереотелевизионных систем

Зміст

Вступ……………………………………………………..………………1

1. Особливості побудови стерео телевізійних систем…….…2

1. Зоровий орган як система зв’язку…....………..………...2

2. Стереоефект та деякі властивості

бінокулярного зору………………………...……………..6

3. Засоби передачі стереопари….. …………….…..………8
4. Методи ділення зображень…... …………….……..…….9
5. Системи об’ємного телебачення…. ………………...…..11
6. Вимоги, що висуваються до систем

стереокольорового телебачення……………….………..21

7. Телебачення та голографія… ……………………...…….22
1. Засоби отримання голограм……. ……………….……...22
2. Спроби побудови голографічних

телевізійних систем……………………………………….26

2. Розробка технічних вимог……………. ……………….……..29

1. Метод формування кольорового стереозображення….29

2. Вибір елементної бази……. ……………………………...30
3. Вимоги до сигналів……… …………………………….…31

3. Розробка структурної схеми кольорової

 стереотелевізійної камери……………...………………..…..33

4. Розробка та розрахунок принципової схеми….. …………..46

Висновок ………………………………………..………………....88

Список літератури ………………………………………….……89

 

 

 

Вступ 
 
         Стереотелебачення - телебачення, що дозволяє передавати і відтворювати електричними засобами тривимірність навколишнього простору і, зокрема, у фарбах (стереоцветного телебачення). 
          Стереотелебачення базується на стереоскопії - науці про зоровому сприйнятті тривимірності реального світу - і на колометріі - науці про колір. За допомогою стереоцветного телебачення реалізується нова якість телебачення - відтворення рельєфності і кольору предметів, що веде не тільки до підвищення емоційного впливу на глядача, а й до більш ефективного використання каналів зв'язку. 
           Стереотелебачення може принести велику користь науці і народному господарству там, де потрібна найбільша наочність і виразність відтворюваних об'єктів і подій і особливо там, де оператор не може бути присутнім на місці подій. 
            У цьому дипломному проекті розробляється кольорова стереотелевізійна телекамера, призначена для роботи в комплексі з бінокулярним мікроскопом і різними пристроями відеоконтролю і запис відеозображень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            1. Особливості побудови стереотелевізійних систем. 
 
            Перші кроки в галузі створення і перегляду стереоскопічних зображень сягають 20-х років, до таких першопрохідникам у цій галузі, як Лоджі Берд (Logie Baird), Хамонд (Hammond) та Зворкін (Zwyorkin). 
            Початок розробок стереотелебачення в СРСР належить: чорно-білого - до 1949 року (перше зображення отримано в 1950-му році, а в 1952-му році випущена перша промислова установка) і кольорового - до 1958-го року (перше зображення - 1959-й рік). Стерекольорова установка ЛЕІС в 1962-му році демонструвалася на ВДНГ у Москві і в 1964-му році - на радянській виставці в Генуї, Італія. 
 
            1.1. Зоровий орган як система зв'язку. 
 
             Кінцевим індикатором при телевізійній передачі є наш очей, тому на кожному етапі розвитку телевізійної техніки враховувалося те або інша властивість зорового органу. І чим досконаліше ставала телевізійна система, тим глибше і повніше спиралися при її побудові на можливості зору.                      Найбільш повно це відбилося на стереоцветного системі, яка найближче підводить до умов безпосереднього спостереження та впізнання натури. 
            Зорова система, як відомо, має просторової і тимчасової роздільною здатністю., А також контрастною чутливістю. Іншими словами, простір і рух ми сприймаємо дискретно. Телевізійні системи мовлення будуються на основі використання тільки тимчасової дискретності зору і поки не забезпечують передачу звичної для ока просторової дискретності. 
           Техніка розвитку телебачення не мала на меті сліпе копіювання зорової системи. Але зіставлення на даному етапі процесів, що відбуваються в телевізійній і зорової системах, може бути корисним. 
          Якщо умовно розчленувати зорову систему на функціональні вузли, то можна зіставити її з системою стереоцветного телебачення (рис. 1.1).

Схематичне зіставлення  систем біонічної (зорової) і кібернетичної (телевізійної). 
   
             
Рисунок 1.1. 
 
            Розглянемо коротко основні функції, властиві окремим східцях кібернетичної і біонічної систем.

 
            1. Перетворення оптичного зображення в електричні сигнали. У телебаченні, це відбувається в передавальної камері 1 шляхом того чи іншого виду розгорнення зображення і, по суті, є первинним кодуванням зображення відповідними електричними сигналами. 
            У зоровому аналізаторі відбувається розгортка зображення, як і в передавальної телевізійної камері, тільки в більш довершеній формі. При розгляданні великих об'єктів обидва ока синхронно здійснюють стрибкоподібні руху, переводячи нашу увагу від однієї точки до іншої. Крім того, завдяки дрібним рухам очей по горизонталі і вертикалі, виявляється основна інформація про об'єкт. Така дискретна розгортка забезпечує велику чіткість деталей, ніж безперервна, застосовувана в телебаченні.

 
             2. Кодування - трансформація первинної інформації в сигнали, зручні для передачі. У чорно-білому телебаченні цей процес відсутній. У кольоровому і стереоцветного телебаченні кодування відбувається особливо розрахованими електричними матрицями. Кодуванню піддається інформація кожного елемента зображення, причому кодовий сигнал повинен нести інформацію не тільки про яскравість даного елемента, а й про його кольорі. 
              У зоровій системі світловий потік від кольорового об'єкта, падаючи на сітківку, викликає реакцію у відповідних елементах колбочкового апарату, що призводить до виникнення в гангліозних клітинах електричних імпульсів певної частоти. Таким чином, оптичне зображення, утворене на сітківці, кодується частотою електричних імпульсів, що посилаються різними порціями у вищі відділи аналізатора 4 і 5.

 

           3. Передача електричних сигналів. Зорову систему можна розглядати як ідеальну систему зв'язку, тобто передавальну повідомлення без помилок зі швидкістю, яка визначається пропускною здатністю каналу. Останнє, за Шеннону, визначається як 
C = DF log₂ P_c+P_п / P_п = DF log₂ ( 1 + P_c / P_п ), дв.ед. / сек.(1) 
           де  F - смуга частот пропускання; Рс і Рп - відповідно, середні потужності корисного сигналу і перешкоди у вигляді «білого шуму». 
 
          Скористаємося рівнянням (1) для визначення пропускної здатності стандартного  F = 6 МГц і ставленні сигналу доDтелевізійного каналу при смузі частот   = 25, необхідному для хорошої якості відтворюваногоyперешкоди  зображення. Під  тут розуміється відношення повного розмаху відеосигналуyвеличиною  (від рівня чорного до рівня білого) до середньоквадратичному значенням перешкод. У результаті: 
 
С_max= 56 ´ 10⁶ дв. ед. / сек. 
             У кольоровому телебаченні з ущільненням спектра частот сигналу яскравості і при квадратурної модуляції колірної піднесу щей цветоразностниє сигналами для систем NTSC і PAL: 
 
С = 19 ´ 10⁶ дв. ед. / сек. 
             Для кольорової системи SECAM (модуляція колірної піднесу щей цветоразностниє сигналами через рядок): 
 
С = 16 ´ 10⁶ дв. ед. / сек. 
            Для стереоцветного системи з квадратурної модуляцією, коли один кадр кольорової стереопари передається в чорно-білому вигляді з смугою 6 МГц, а інший в фарбах з смугою 1,5 МГц: 
 
С = 19 ´ 10⁶ дв. ед. / сек. 
           Пропускна здатність зорового аналізатора на рівні сітківки теж становить десятки мільйонів двійкових одиниць на секунду. Але в міру переходу до вищих відділам зорового органу проводиться відбір корисної інформації з усього потоку повідомлень, що призводить до дуже економною формою їх кодування. 
           Звертає на себе увагу той факт, що пропускна здатність зорової системи нижче телевізійної, а канал передачі імпульсів в мільйони разів складніше. Мабуть, останній використовується більш широко для зворотних зв'язків, тобто подачі різних команд від кори головного мозку.

 
             4. Декодування - перетворення кодових сигналів в сигнали первинної інформації. У телебаченні для цього служать електричні матриці, на виході яких отримуємо первинні сигнали основних кольорів R, G і B для лівого і правого зображень. Як буде видно нижче, припустимо обмежитися сигналами R, G і B тільки для одного зображення стереопари, а для іншого мати тільки яркостний сигнал Y. 
            У біонічної системі кодові сигнали перетворюються в енергію біологічних процесів, що створюють візуальне відчуття. Здійснюється це в одному з вищих розділів зорового органу.

 
              5. Синтез зображення - перетворення первинної інформації в модель переданого об'єкта. Цей завершальний етап відтворення зображень в телебаченні здійснюється на приймальний пристрій. У біонічної системі зорові образи виникають в корі головного мозку і автоматично, більшою чи меншою мірою, зберігаються в пам'яті. У телебаченні ж для збереження зображення в необхідних випадках застосовується додатковий процес - запис зображення.

 

1.2. Стереоефект і деякі  властивості бінокулярного зору. 
 
               Глибинне зір, тобто здатність сприймати об'ємність предметів і їх просторове розташування, не є вродженою властивістю людини. Воно досягається раннім життєвим досвідом шляхом поєднання реакції дотику, зорового сприйняття і підсвідомого оком’язового рухового акта. 
              Об'ємність предметів і їх просторове розташування безпосередньо можуть сприйматися як при монокулярному зорі (одним оком), так і при бінокулярном (двома очима). У першому випадку головну роль відіграють фізіологічні чинники (зорова пам'ять, відчуття відмінності в напрузі м'язів при акомодації і т.п.). Спиратися на ці фактори при побудові телевізійної системи, де око замінюється передавальної трубкою, не можна - необхідно вдатися до використання властивостей бінокулярного зору, де основну роль грає очної базис - відстань між зоровими осями при розгляді віддалених предметів (рис. 1.2). Для різних людей він трохи відрізняється, але в середньому становить 65 мм.  при перетині зорових осей називається кутом конвергенції (відомості в одну точку).aКут  Кожному положенню об'єкта відповідає певний кут конвергенції, що супроводжується деякою мускульною роботою повороту очей навколо центрів обертання. Порівняння у свідомості мускульних напруг, пов'язаних зі зміною кута конвергенції, дає уявлення про те, ближче або далі розташований предмет. 
             Бінокулярний спостереження одиночних предметів. 
 

Рисунок 1.2. 
 
            При зсуві розглянутого об'єкта відбувається не тільки конвергенція очі, а й акомодація, тобто зміна кривизни очного кришталика. Останнє забезпечує різкість зображення предметів на сітківці при різних відстанях їх від ока. 
            Досить найменшого усунення одній з проекцій зображень з ідентичних точок сітківки, як у свідомості виникає просторове уявлення про аналізованих об'єктах. Прийнято, що неозброєним оком рельєфність предметів можна спостерігати на відстанях, що не перевищують одного кілометра. Для збільшення стереоскопічною дальності або підвищення стереоефекту потрібно, насамперед, за інших рівних умов, збільшення базису спостереження, що легко здійснити в телебаченні шляхом розносу передавальних трубок.

 

1.3. Способи передачі стереопари. 
 
            З розгляду найпростіших стереопріборов випливає, що для штучного відтворення стереозображень необхідно мати отримані з різних позицій два зображення і розглядати одне лівим оком, інше - правим. 
              Залежно від поставленого завдання можна передати або одночасно обидва кадру стереопари, або послідовно. 
             Одночасна передача. При одночасній передачі можуть спостерігатися два випадки, в залежності від необхідного базису. Якщо поставлена ​​задача вимагає великої базису, необхідно мати дві передають камери, рознесені на необхідну відстань. Передача повинна відбуватися або через два самостійних передавача, або через один за наявності з'єднувальних каналів. Зазвичай використовують одну камеру з двома передавальними трубками. 
            Послідовна передача. Послідовний спосіб передачі стереопари застосовується у разі використання тимчасового паралакса (при відносному русі камери і об'єктиву) або при проектуванні лівого і правого зображень на мішень однієї передавальної трубки. В останньому випадку кадри стереопари можна розташувати на мішені трубки, або поруч по горизонталі (послідовна передача по рядкам), або поруч по вертикалі (послідовна передача по полях або кадрам). При вертикальному розташуванні кадрів площа мішені використовується більш повно, але це вимагає спеціальної призмової приставки до горизонтально розташованим об'єктивам [1, глава 4].                   Послідовна передача стереопари вимагає подвоєною смуги частот в порівнянні зі звичайним двомірним телебаченням. Принципи відтворення стереопари на приймальному боці висвітлені у книзі під ред. П. В. Шмакова "стереотелевидения" (М: Связь, 1968). Художню передачу об'ємних зображень доцільно збагачувати стереофонічним зображенням.

 

 
 
1.4. Методи розподілу зображень  
 
              Залежно від призначення системи стереоскопічного телебачення методи розподілу зображень для правого і лівого ока можуть бути двох видів: індивідуальні та групові. Перший спосіб допускає спостереження об'ємного телевізійного зображення лише однією людиною, а другий дозволяє одночасно спостерігати об'ємне зображення великому числу глядачів. Природно, що для стереотелевізіонного мовлення застосуємо лише метод групового розподілу стереопари. У промислових системах можуть використовуватися як індивідуальні, так і групові методи розподілу. 
               При груповому методі спостереження використовується поляризаційний або колірної спосіб поділу стереопари. Перший спосіб заснований на явищі поляризації світла. Промені плоско поляризованого світла мають властивість вільно проходити через поляризаційний фільтр, площину поляризації якого паралельна площині поляризації променя. Але такі промені не проходять через поляризаційний фільтр, якщо площині поляризації перпендикулярні. Таким чином, якщо перед екранами прийомних трубок (рис. 1.3) 1 і 2 поставити поляризаційні фільтри 3 і 4, площини поляризації яких орієнтовані взаємно перпендикулярно, то поділ змішаної параллаксограмми (змішана параллаксограмма представляє собою накладення одного зображення стереопари на інше) можна здійснити, якщо дивитися через окуляри з фільтрами 5 відповідають поляризації. Змішана параллаксограмма виходить на напівпрозорому недеполяризуючих дзеркалі