Экран трубки с теневой маской покрыт точками люминофора, на которые электронный луч попадает через маску с небольшими круглыми отверстиями. Приводимый в описании монитора параметр "шаг точки" обозначает расстояние между точками люминофора одного цвета (красного, зеленого или синего). Чем меньше это расстояние, тем ближе точки друг к другу и тем резче изображение.

Рис. 2. Лучи фокусируются в отверстиях теневой маски

В трубках с апертурной решеткой люминофор нанесен в виде вертикальных полосок, разделенных тонкими металлическими проволочками. Электронный луч, попадая на полоски, вызывает их свечение. Для этой конструкции трубок под шагом подразумевается расстояние между полосками одного цвета. Чем меньше это расстояние, тем лучше.

Hельзя сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек ("триад") трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - измеряется по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Оба типа трубок имеют свои преимущества и своих сторонников. Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ хорошо использовать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики, например, в CAD/CAM-приложениях. Трубки типа Trinitron имеют более ажурную маску, она меньше заслоняет экран и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для настольных издательских систем и других приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями. Посмотрев на включенный экран, особенно на белый фон, можно заметить тонкие нити, идущие поперек решетки, они стабилизируют ее положение. Из-за более сложной конструкции дисплеи с такими трубками обычно немного дороже аналогичных моделей с теневой маской.

Конечно оптимальная разрешающая способность зависит от размеров экрана: например, разрешение 1024x768, установленное на 15-дюймовом мониторе, может повысить напряжение глаз, в то время как на 17-дюймовом дисплее оно будет вполне уместно. Измеряемая в герцах частота смены кадров (или частота регенерации изображения) показывает, как быстро могут быть перерисованы все пикселы экрана. Более высокая частота смены кадров делает изображение устойчивее, а пониженная частота может привести к нежелательному мерцанию - едва заметному, но вызывающему излишнее напряжение глаз. Максимальная частота регенерации изображения зависит от установленной разрешающей способности, а при заданном разрешении - определяет качество изображения.

Ассоциация стандартов видеоэлектроники (Video Electronics Standards Association, VESA) установила частоту смены кадров 85 Гц в качестве стандарта для свободных от нежелательного мерцания мониторов.

Разрешающая способность и частота регенерации - основные параметры для согласования монитора и видеоплаты компьютерной системы. Важным параметром монитора является ширина полосы частот. Это важный показатель для определения лучшей разрешающей способности устройства. Полоса частот дисплея характеризует его возможности в отношении поступающего с графической карты видеосигнала. Чем выше разрешающая способность и частота смены кадров, тем шире требуемая полоса пропускания.

Практически все мониторы оснащены легкодоступными органами управления на передней панели. Это могут быть кнопки или вращающиеся ручки. Стало стандартом цифровое управление монитором. Благодаря цифровым системам увеличивается точность настройки, которая, как правило, и сохраняется на более длительный период. У современных дисплеев расширен перечень регулировок. Экранный интерфейс управления устройством в целом облегчает настройку и обеспечивает немедленную обратную связь с монитором, повышая вероятность более точной его настройки.

Основные функции управления включают в себя: установку горизонтального и вертикального размера изображения, а также его сдвиг по вертикали и горизонтали, размагничивание, регулировку яркости и контраста. Большинство мониторов имеют дополнительные функции управления геометрией изображения: устранение подушкообразных и трапецеидальных искажений, сжатие/растяжение прямоугольника экрана и поворот изображения. В некоторых устройствах возможно также устранение муара (комбинационных искажений), регулировка сведения луча, цветовой температуры и уровней усиления красного, зеленого и синего компонентов сигнала.

Для мониторов с трубкой типа Trinitron:

MPH = горизонтальный размер/горизонтальный шаг полосок;

MPV = вертикальный размер/вертикальный шаг полосок.

Для 17-дюймового монитора с трубкой типа Trinitron, шагом полосок 0,25 мм по горизонтали и 0,40 мм по вертикали и размером используемой области экрана 320x240 мм получим максимальную реальную разрешающую способность 1280x600 точек: 320/0,25 = 1280 MPH ; 240/0,40= 600 MPV.

Движением луча по диагонали управляет строчная развертка, по вертикали - кадровая развертка.

Рис.3. Кадровая и строчная развертка

Сигналы обратного хода возвращают луч в начало строки или кадра. На рисунке 3 приведены диаграммы пилообразного напряжения строчной и кадровой развертки.

Видеосигнал поступает в монитор с платы адаптера. Вместе с видеосигналом поступают сигналы вертикальной и горизонтальной синхронизации.

Частота кадровой развертки определяет частоту (обновления) регенерации экрана. Чем выше частота регенерации, тем меньше заметно мерцание экрана. Чем меньше размер зерна люминофора, и чем больше строк прочерчивает луч за время кадровой развертки, тем более четким будет изображение. Стандартами кадровой частоты являются частоты 56, 60, 72, 75, 85 Гц. Верхняя граница кадровой частоты ограничена, т.к. считается, что мерцание на частотах свыше 110 Гц глаз человека уже не различает. Частота строк определяется в Кгц, как произведение частоты кадров на количество строк в кадре, например, 800(строк) х 85 =68КГц.

Полоса пропускания видеосигнала определяет насколько высокие частоты может содержать видеосигнал. Определить полосу пропускания можно как произведение количества точек в строке на частоту строчной развертки, так как за период горизонтальной развертки луч должен изменить значение интенсивности на каждом пикселе.

Чтобы улучшить качество изображения может применяться чересстрочная развертка. При строчной развертке за период кадровой развертки выводятся все строки кадра. При чересстрочной развертке вывод кадра осуществляется за два периода кадровой развертки (через строку) - это позволяет увеличить разрешение экрана, но приводит к появлению мерцания экрана.

Все современные мониторы можно разделить на 3 группы:

-Мониторы с фиксированной частотой;

-Мониторы с несколькими фиксированными частотами;

-Мультичастотные или мультисканирующие мониторы.

Мониторы с фиксированной кадровой частотой менее критичны к значениям частот синхроимпульсов, т.к. используется лишь одна частота синхронизации импульсов.

Мониторы с несколькими фиксированными частотами допускают использование набора частот кадровых и строчных синхроимпульсов.

Мультичастотные мониторы настраиваются на произвольную частоту синхросигнала в заданном диапазоне 30-64 кГц - строчной и 50-100 Гц кадровой развертки.

6. Современные ЖК мониторы

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, матрицами с тонкопленочными транзисторами. Сейчас они становятся популярными привлекает их изящный вид, компактность, экономичность (15-30 ватт). Ранее инертные, теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и для игр. Так как жидкокристаллическая технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с монитором на ЭЛТ.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

Рис. 4. Устройство TFT монитора (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах)

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение.

Как работает ЖК монитор

Рис.5. Сетка пикселей экрана жидкокристаллического монитора

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд (рис. 4). Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту плоскости поляризации жидкого кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор (рис.5). Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (в режиме SVGA) жидкокристаллическая панель должна располагать именно таким количеством пикселей.

Преимущества ЖК мониторов

ЖК мониторы более экономичные;

У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;

Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;

Они легкие и не такие объемные;

У них большая видимая область экрана.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

«Мертвые пиксели» - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их не трудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей. В некоторых случаях, такие пиксели могут раздражать - особенно при просмотре фильмов.

Контрастность - сами по себе пиксели не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает - просто свет не проникает через экран. Под контрастностью LCD монитора подразумевается, сколько уровней яркости могут создавать его пикселы. Обычно, контрастность 250:1 считается хорошей.

Яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Но, как правило, яркость ЖК монитора не превышает 225 кандел на квадратный метр - это сопоставимо с яркостью телевизора.

Размер экрана - как и у ЭЛТ-мониторов, размер ЖК мониторов определяются диагональю. Однако заметим, что у ЖК мониторов нет черной рамочки, какая имеется у ЭЛТ-мониторов. Поэтому экран в 15,1 дюйма на самом деле показывает 15,1 дюйма (обычно это соответствует разрешению 1024х768). ЖК монитор размером 17,1 дюйма будет работать в разрешении 1280х1024.

Плазменные дисплеи

Плазменную технологию ожидает большое будущее. Технология PALC (plasma addressed liquid crystal) позволяет объединить преимущества плазменных и ЖК-дисплеев с активной матрицей. Данный подход реализован при производстве больших мониторов.

7. Сканер

Сканером (от английского scanner) называется устройство, позволяющее вводить в ЭВМ изображения. Ввод изображений может потребоваться при копировании, размножении документов, для их редактирования с последующим размножением, а также в системах хранения и поиска изображений. При комплектации сканером и высококачественным печатающим устройством персональный компьютер превращается в автоматизированное рабочее место (АРМ) для подготовки и издания различных информационных материалов.

Принцип работы

Сканер функционально состоит из двух частей: сканирующего механизма (engine) и программной части (TWAIN-модуль). Оригинал располагается на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая каретка с источником света.

Оптическая система сканера состоит из объектива и зеркал или призмы, которая проецирует световой поток от сканируемого оригинала на приёмные элементы. Здесь осуществляется разделение информации о цветах. Для различения цветов используется три параллельных линейки (линейка приемников на каждый цвет). На каждой линейке расположено равное количество светочувствительных элементов, принимающих информацию об интенсивности "своих" цветов. Приёмный элемент преобразует уровень освещенности в уровень напряжения (все ещё аналоговую информацию). Далее аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера, обрабатывается программой драйвером сканера (TWAIN-модуль). С драйвером взаимодействуют прикладные программы, в которых осуществляется обработка введенной графической информации. Аналогично копировальному устройству сканер освещает оригинал белым светом с протяженного осветителя, а светочувствительные многоэлементные фотоприемные линейки (датчик сканера) с определенной частотой производит замеры интенсивности отраженного оригиналом света. Число фотоприемников в линейке может составлять 2000 и больше. Оптическая разрешающая способность сканера определяется расстоянием между фотоприемниками в линейке (чем их больше, тем разрешение лучше). Обычно оно не превышает 300 - 1200 точек на дюйм. Более высокие значения достигаются благодаря интерполяции, сглаживающей неровности контуров, именно эти значения указывают производители в документации (1600, 2400).

В процессе сканирования напряжение, создаваемое фоточувствительным элементом, преобразуется в двоичный код. Если сканер при каждом замере регистрирует всего один бит информации, то он распознает только два цвета - черный и белый. В зависимости от количества битов соответствующих одному замеру, сканер может распознавать большее или меньшее количество оттенков от черного до белого. так, при 4-битовом кодировании имеется возможность распознавания 16 различных оттенков. Восьмибитовое кодирование обеспечивает возможность распознавания 256 градаций серого цвета.

Для кодирования цветопередачи можно также использовать 8 бит, но при этом сканированные изображения фотографий получается низкого качества. Увеличение количества распознаваемых цветов приводит к значительным затратам дисковой памяти. Для хранения изображения с разрешением 300 dpi формата А4 требуется памяти 16 МВ при качестве High Color (16 битное кодирование), при качестве True Color ( 24- битное кодирование) - 24 МВ . Для экономии дискового пространства обычно применяют методы сжатия данных.

При сканировании цветных изображений обычно используется цветовая модель RGB (красный, зеленый, синий). Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно.

Для получения лучшего качества копии введенного изображения следует выбрать сканер и программное обеспечение, обеспечивающие работу в режиме воспроизведения шкалы яркости изображения.

Воспроизведение 256 оттенков цвета (8 бит на каждый цвет) оказывается максимально достаточным, так как человеческий глаз не в состоянии различить более "тонкую" градацию. В случае обеспечения такого уровня переходы между участками изображения с различной яркостью становятся плавными и выглядят вполне естественно.

Существуют специализированные сканеры. Например Cлайд-сканеры - устройства, которые предназначены для работы с позитивной и негативной пленкой. Обычные сканеры тоже позволяют выполнять слайд-сканирование, только для этого они имеют встроенный или поставляемый дополнительно модуль для сканирования слайдов, который обеспечивает заднюю подсветку и другие функции, необходимые для сканирования прозрачных пленок.

При сравнении разных моделей сканеров необходимо обращать внимание на оптическую разрешающую способность (а не интерполяционное разрешение). Оптическое разрешение должно быть не меньше, чем у принтера.

Основные параметры и характеристики сканеров.

-Разрешение.

Разрешение характеризует величину самых мелких деталей изображения, передаваемых при сканировании без искажений. Измеряется обычно в dpi - числе отдельно видимых точек на дюйм изображения (dot per inch). Существует несколько видов разрешения, указываемого производителем сканеров.

Оптическое разрешение определяется плотностью элементов в ПЗС линейке и равно количеству элементов ПЗС-линейки, деленному на ее ширину. Оно является самым важным парамером сканера, определяющим детальность получаемых с его помощью изображений. В силу этого не всегда приводится в рекламной информации производителем или продавцом сканера, стремящимся завысить его реальные характеристики. В массовых моделях сканеров обычно оно бывает равно 100 или 200 для ручных и рулонных сканеров и 300, 600 или 1200 dpi для планшетных сканеров. Сканирование всегда следует выполнять с разрешением, кратным оптическому, при этом интерполяционные искажения будут минимальны. Если же, например, на сканере с 300 dpi надо отсканировать изображение с 200 dpi, то оптимальнее будет выполнить сканирование с 300 dpi, а затем программным путем в пакете обработки (Adobe Photoshop, Paint Shop Pro, Ulead Photo Impact, Thumbs Plus и т. п.) понизить разрешение до 200 dpi.

Механическое разрешение определяет точность позиционирования каретки с ПЗС-линейкой при перемещении вдоль изображения. Механическое разрешение обычно в 2 раза больше оптического, что дает повод изготовителю сканера вводить в заблуждение покупателя тем, что сканер имеет "оптическое разрешение 300х600 dpi", хотя без интерполяции на таком сканере можно сканировать только с разрешением 300 dpi.

Интерполяционным называется разрешение, полученное путем 16-кратного программного увеличения изображения. Оно не несет в себе абсолютно никакой дополнительной информации об изображении по сравнению с реальным разрешением, причем в специализированных пакетах операция масштабирования и интерполяции выполняется зачастую качественнее, чем драйвером сканера.

Глубина цвета, или разрядность.

Глубина цвета, или разрядность, характеризует количество бит, применяемых для хранения информации о цвете каждого пиксела. Для черно-белого сканирования достаточно одного разряда, для сканирования оттенков серого достаточно 8 разрядов, для сканирования цветных изображений - 24 разряда (по 8 бит на хранение каждой из RGB-компонент цвета пиксела). Профессиональные и полупрофессиональные сканеры имеют и внешнюю разрядность 30 или 36 бит, а некоторые модели и до 48 бит. дополнительные биты используются для цветовой коррекции полученных изображений.

Диапазон оптических плотностей.

Диапазон оптических плотностей - это динамический диапазон сканера, который во многом определяется его разрядностью. Он характеризует возможность сканера правильно передавать изображения с большим или с очень маленьким разбросом яркости (возможность отсканировать "фото черной кошки в темной комнате"). Вычисляется как десятичный логарифм от отношения интенсивности падающего на оригинал света к интенсивности отраженного света, и обозначается как D. Значение 0,0 D соответствует идеально белому цвету, значение 4,0 D - идеально черному. У реального сканера этот диапазон зависит от разрядности. У 36-битного сканера динамический диапазон не превышает 3,6 D, у 30-битного - 3,0 D. Сканируемые изображения обычно обладают диапазоном до 2,5 D для фотографий и 3,5 D для слайдов.

Размер области сканирования

Для бытовах планшетных сканеров наиболее распространены форматы A4 и (существенно реже) A3

Количество проходов сканирования

Цветное сканирование за один проход стало нормой. В старых, трехпроходных моделях одна линейка фотодатчиков трижды проходит вдоль оригинала, по проходу на выборку красного, зеленого и голубого цвета. Данные собираются вместе после завершения последнего прохода. В однопроходном сканере ПЗС считывает все три цвета за один проход.

Однопроходное сканирование не гарантирует улучшения резкости изображения или скорости сканирования, хотя в среднем однопроходные сканеры работают быстрее. Изготовители часто заявляют, что конструкция однопроходных сканеров обеспечивает лучшую регистрацию, имея в виду, что одновременное считывание всех трех цветов для каждого пиксела избавляет от проблем с совмещением. Однако, в действительности, существуют трехпроходные сканеры, которые обеспечивают лучшую регистрацию, чем некоторые однопроходные модели, поскольку, трехпроходные модели могут компенсировать различные уровни преломления красного, зеленого и голубого цветов (в результате этого эффекта возникает радуга).

Список литературы

1. Гук. М.Ю. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия, 3-е изд.-СПб: Питер, 2006 - 1072с.

2. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов.- СПб.: Питер 2006. - 672с.

3. Мелехин В.Ф. Павловский Е.Г. Вычислительные машины, системы и сети: Учебник.- М.: Издательский центр "Академия", 2006. - 560с

4.Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера:Энциклопедия. - М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2006. - 869с

5.Таненбаум Э.С. Архитектура компьютера. Классика computer science. 4-е изд.- СПб.: Питер, 2006. - 704с.

Страницы: 1, 2, 3