Файл: Товмасян, А. К. Из истории телевидения и фототелеграфа.pdf

4U3VjU W u UIR ЧФ8ПМЭ-5ПКи‘иЪРЪ иШ аШ М !, «q-PSbU^» C'ubbPnbfe-eU'u чипапиа-зпр-и

и., и . Р-ПЧІПШиЛі

«b(M)hUSll$bUnhP3i a ЫІ LnhUU^bOUt¥Pflhf»3U'b

'Ш Ш ІІ'РЗПЬШ

t

АКАДЕМИЯ НАУК АРМЯНСКОЙ ССР

ПРАВЛЕНИЕ ОБЩЕСТВА «ЗНАНИЕ»

А. К. ТОВМАСЯН

ИЗ ИСТОРИИ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

И ФОТОТЕЛЕГРАФА

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О АН А Р М Я Н'С К О й С С I

В В Е Д Е Н И Е

Телевидение и фототелеграфирование принадлежат к тем чудесным достижениям науки и техники, которые наглядно символизируют победу человеческого разума в наши дни. Телевидение и фототелеграфирование расши­ рили границы человеческого зрения, дали возможности не только слышать, но и видеть на большом расстоянии. Сегодня мы мало задумываемся над историей возник-

^новения телевидения и фототелеграфа, ставших теперь неотъемлемой частью нашей жизни и быта. Но вот, пе-

^релистывая страницы недалекого прошлого, мы знако­ мимся с интереснейшими фактами.

5

ОВНУТРЕННЕМ ФОТОЭФФЕКТЕ1

В1873 г. американский физик У. Смит обнаружил

уселена явление внутреннего фотоэффекта, позволившее преобразовать изменение освещенности предметов в изменение электрического тока. Этот эффект заключает­ ся в том, что некоторые вещества (например, селен) в темноте ведут себя как диэлектрики, но под влиянием света приобретают способность проводить электрический

ток. При этом их химические свойства остаются без из­ менений.

аа

—^mèrnk—

Рис. 1. Схема опыта по наблюдению внутреннего фото­ эффекта, аа—металлические электроды, Se—слой селена между ними, В -батареи, G-—измерительный прибор, стрелками показан падающий свет.

1 Доклад прочитан на научной сессии Совета истории естест­ вознания и техники, посвященной 40-летню установления Советской власти в Армении 8 марта 1961 г. в Ереване.

6

Сущность этого явления состоит в том, что когда свет падает на селен, электрон, поглощая падающий фо­ тон, переходит в более свободное состояние и начинает участвовать в образовании электрического тока внутри тела. Внутренний фотоэффект—явление практически безынерционное. На этом основано применение так назы­ ваемых селеновых фотоэлементов, т. е. такого прибора, который световую энергию превращает в электрическую энергию.

О ПЕРЕДАЧЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Известно, что каждый предмет становится видимым только в том случае, если он освещен или сам является источником света. Светлые или темные участки наблю­ даемого предмета или его изображения отличаются друг от друга различной интенсивностью отраженного или излучаемого им света, а их цвета—по степени поглоще­ ния или излучения ими цветовых слагаемых общего све­ тового потока.

Если во время передачи звука возникающие коле­ бания окружающего воздуха преобразовываются в элек­ трические сигналы, то, при передаче изображения, в электрические сигналы должны быть превращены излу­ ченные или отраженные предметами световые потоки.

Для осуществления передачи изображения необхо­ димо такое устройство, которое реагировало бы на изо­ бражение точно так же, как и глаз, подобно тому, как барабанная перепонка уха отзывается на звуковые коле­ бания. Следовательно, это устройство должно преобра­ зовать световые сигналы (падающие на него от переда­ ваемого изображения) в соответствующие электрические сигналы точно так же, как микрофон преобразует коле­ бания мембраны в электрические сигналы.

7

В первоначальных проектах телевидения пытались скопировать строение глаза, применяя на месте передачи большое количество фотоэлементов, каждый из которых отдельным проводом присоединялся к соответствующей лампе приемника, воспроизводившей яркость передавае­ мой точки.

Многие инженеры тех лет, в том числе и американец Кэри (1875 г.), считали, что телевизор должен представ­ лять собою такое устройство, где бы роль оболочки глазного яблока выполняла мозаика, сложенная из селе­ новых пластинок, нерво-проводов, а роль клеток коры головного мозга—искрящиеся лампы. Однако устройства такого типа были очень громоздкими и не нашли приме­ нения на практике. В противном случае потребовалось бы большое количество фотоэлементов, ламп и, что са­ мое главное, система проводов.

Каждое, даже сравнительно простое, изображение состоит из большого числа отдельных участков, которые отличаются друг от друга яркостью и цветом. По вели­ чине эти участки могут быть очень большими и занимать значительную часть изображения или же настолько ма­ ленькими, что не будут различаться друг от друга нево­ оруженным глазом. Переход от одного участка к другому может быть как резким, так и плавным.

Оптическое изображение раздробляется глазом на большое число отдельных элементов, которые, переда­ ваясь мозгу, вызывают общее световое ощущение.

Кэри описал первый проект системы передачи на расстояние движущегося изображения, который был основан на использовании светочувствительности селе­ новых элементов. Исходя из особенностей восприятия изображения, можно отметить способ передачи изобра­

8

жения с помощью электрических сигналов. Все изобра­ жения нужно разложить на большое число элементов, которые необходимо спроектировать на светочувстви­ тельную часть преобразующей установки, и полученные от этих элементов соответствующие электрические сигна­ лы использовать в отдельности. В приемнике каждый элементарный сигнал должен осветить соответствующий ему участок экрана, а общая освещенность всех этих участков—воспроизводить передаваемое изображение.

Но такой принципиально возможный способ радио­ передачи изображения практически осуществить трудно, поскольку между передающей и принимающей станция­ ми должно быть столько отдельных линий связи, на сколько элементов разлагается передаваемое изображе­

ние.

Современная техника радиопередачи изображения решает задачу передачи большого числа элементов при помощи одной линии связи, используя инерцию зритель­ ного восприятия человеческого глаза, т. е. способность глаза удерживать зрительное впечатление в течение не­ которого времени после того как наблюдаемый объект убран с поля зрения или после прекращения светового сигнала.

Основываясь на этом свойстве, сигналы, соответст­ вующие отдельным элементам, посылаются не одновре­ менно, а последовательно—один за другим—и с большой скоростью. На экране приемника эти сигналы с той же последовательностью и с той же скоростью освещают его различные участки, что воспринимается зрителем как цельное изображение. В этом случае скорость пе­ редачи отдельных элементарных сигналов должна быть такой, чтобы световое впечатление от первого элемента передаваемого изображения сохранилось до освещения

9

последнего элемента, т. е. до поступления повторного светового импульса из того же элемента.

Идея последовательной передачи элементов изобра­ жения на расстояние связана с работами французского ученого Де-Пайва, начатыми еще с 1878 г., и независимо от него русского ученого П. И. Бахметьева с 1886 г.

В проекте Де-Пайва впервые предполагалось вместо одновременной передачи импульса из всех точек изобра­ жения создать последовательную передачу каждого от­ дельного элемента наблюдаемого изображения, или, как теперь говорят, совершить развертку изображения.

Благодаря инерции зрительного восприятия каждое мгновенное световое раздражение сохраняется в течение 0,1 секунды. Поэтому если перед глазами зрителя в тече­ ние этого времени (или еще быстрее) последовательно образуется большое число световых точек, у него создает­ ся впечатление, что все эти точки он видит одновременно, так как изображение передаваемого объекта видит слитно.

Французский инженер Санлек в 1879 г. опубликовал проект системы передачи изображений с разверткой при помощи электромеханических коммутаторов.

В том же году английский ученый У. Крукс исследо­ вал явление электрического разряда, имеющее место в вакууме, и установил прямолинейность распространения катодных лучей в трубке

Для развертки изображения немецкий инженер П. Нипков в 1884 г. предложил простое устройство, наз­ ванное диском Нипкова.

Практическое применение этого изобретения в теле­ видении стало возможным значительно позже, когда появились ламповые усилители и радиопередатчики.

10

Светонепроницаемый диск П. Нипкова имеет спира­ леобразно расположенные отверстия. С помощью осве­ щающего объекта на диск падает уменьшенное действи­ тельное изображение передаваемого объекта. На другой стороне диска расположен фотоэлемент. При вращении диска перед изображением свет от отдельных элементов изображения через отверстия диска переходит к фото­ элементу. Этот процесс называется разверткой изобра­ жения. Чтобы в каждый данный момент свет проходил только через одно отверстие, между диском и фотоэле­ ментом располагается ограничивающая рамка соответ­ ствующего сечения. Свет от отдельных элементов изо­ бражения (проходящий сквозь отверстия вращающегося диска) падает на фотоэлемент и вызывает в его цепи электрический ток.

Каждое отверстие диска развертывает одну строчку изображения. По числу отверстий, находящихся на дис­ ке, определяется число развертываемых строчек.

Чем больше число элементов, на которое раздробле­ но передаваемое изображение, тем качественнее его вос­ произведение на экране приемника и тем заметнее его подробности.

Изучение свойств человеческого зрения показывает, что для наблюдателя кажущаяся четкость принимаемого изображения пропорциональна не абсолютному количе­ ству элементов, а их относительному росту (прираще­ нию) .

Поскольку сложность построения передающего и особенно приемного устройства возрастает быстрее, чем количество элементов, в современной системе радиопере­

11

экране приемника такое воспроизведение, которое по

•своей четкости не отличается от четкости узкопленочно­ го кинофильма.

На практике изображение раздробляется не на от­ дельные изолированные друг от друга элементы, а на от­ дельные строчки, причем ширина строчки равна высоте одного элемента.

Преобразующее устройство начинает разложение светового потока с верхнего левого угла изображения. Доводя затем до правого края изображения, оно быстро возвращает луч на левый край и, немного опустив его вниз, начинает развертку второй строчки.

Таким же образом развертываются следующие строчки, пока заканчивается развертка всего изображе­ ния, после чего описанный процесс повторяется. Полный цикл построчного преобразования всего изображения в электрические сигналы называется кадром. Движение луча преобразующим устройством направо, в процессе которого получаются электрические сигналы, называет­ ся прямым ходом по строчкам, а быстрое возвращение

•его на левый край—обратным ходом. Постепенное же перемещение луча от строчки к строчке вниз и быстрое возвращение его к верхнему левому углу называется прямым и обратным ходом по кадру.

Количество строчек, необходимое для передачи всех элементов изображения, равняется отношению высоты изображения к линейному размеру элемента. Следова­ тельно, чем на большее количество элементов разлагает­ ся передаваемое изображение, тем больше количество развертываемых строчек в кадре. Вот почему качество передаваемого изображения принято оценивать по коли­ честву развертываемых строчек.

Согласно всесоюзному стандарту черно-белого те­

12

левидения, количество развертываемых строчек в теле­ визионном изображении принято равным 625-ти.

Понятно, что развертку кадров надо выполнить с такой скоростью, чтобы на экране приемника освещение последней точки произошло раньше, чем в глазу наблю­ дателя исчезает впечатление первой освещенной точки. Бремя, необходимое для развертки всех строчек, иначе говоря, период передачи одного кадра, не должно пре­ вышать времени инерции зрительного восприятия.

Как показали опыты, приемный экран наблюдателю кажется равномерно освещенным только в том случае, когда количество кадров в секунду (т. е. частота кад­ ров) доходит до 40—50. При меньшей частоте изобра­

следней, 625-й строчки, освещение первой из них претер­ певает заметное ослабление, в результате чего на экране приемника возникает мелькание. Чтобы избежать этого, применяют так называемую чересстрочную развертку: сперва развертываются нечетные строчки, а затем про­ пущенные четные строчки. Таким образом, весь кадр разбивается на два полукадра и при передаче целого кадра экран освещается дважды.

Освещение первой строчки не успевает еще претер­ петь значительных изменений, когда освещается сосед­ няя вторая строчка. В случае такой развертки изобра­ жение получает четкость, соответствующую 625-й строч­

13