 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( март 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Диск Нипкова (иногда англизировал в качестве Нипкова диска; запатентован в 1884 г.), также известный как сканирование диска , представляет собой механический, вращающийся, геометрически работает сканирование изображений устройства, запатентован в 1885 году Нипков . [1] Этот сканирующий диск был фундаментальным компонентом механического телевидения и, следовательно, первых телевизоров в 1920-х и 1930-х годах. [2]
Операция [ править ]
Устройство представляет собой механически вращающийся диск из любого подходящего материала (металл, пластик, картон и т. Д.), В котором просверливается серия расположенных на одинаковом расстоянии круглых отверстий одинакового диаметра . Отверстия также могут быть квадратными для большей точности. Эти отверстия расположены так, что образуют одновитковую спираль, начинающуюся от внешней радиальной точки диска и продолжающуюся к центру диска. Когда диск вращается, отверстия образуют кольцевую структуру с внутренним и внешним диаметром в зависимости от положения каждого отверстия на диске и толщиной, равной диаметру каждого отверстия. Узоры могут частично перекрываться, а могут и не перекрываться, в зависимости от точной конструкции диска. Линза проецирует изображение сцены прямо на диск. [3]Каждое отверстие в спирали представляет собой «срез» изображения, которое датчик воспринимает как временную структуру света и тьмы. Если датчик предназначен для управления светом позади второго диска Нипкова, синхронно вращающегося с той же скоростью и в том же направлении, изображение будет воспроизводиться построчно. Размер воспроизводимого изображения снова определяется размером диска; диск большего размера дает увеличенное изображение.
При вращении диска при наблюдении за объектом «сквозь» диск, предпочтительно через относительно небольшой круговой сектор диска ( окно просмотра ), например, угловую четверть или восьмую часть диска, объект кажется «отсканированным» построчно. сначала по длине или высоте или даже по диагонали, в зависимости от того, какой именно сектор выбран для наблюдения. Если вращать диск достаточно быстро, объект кажется законченным, и становится возможным захват движения . Это можно интуитивно понять, закрыв весь диск, кроме небольшой прямоугольной области, черным картоном (который остается неподвижным), вращая диск и наблюдая за объектом через небольшую область.
Преимущества [ править ]
Одним из преимуществ использования диска Нипкова является то, что датчик изображения (то есть устройство, преобразующее свет в электрические сигналы) может быть таким же простым, как один фотоэлемент или фотодиод , поскольку в каждый момент только очень небольшая область видна через диска (и области просмотра), поэтому разложение изображения на строки выполняется почти само по себе, без необходимости в синхронизации строки развертки и очень высокого разрешения строки развертки . Простое устройство сбора данных может быть построено с использованием электродвигателя, приводящего в движение диск Нипкова, небольшой коробки, содержащей один светочувствительный (электрический) элемент, и обычного устройства фокусировки изображения (линза, темная коробка и т. Д.).
Другое преимущество состоит в том, что приемное устройство очень похоже на устройство для сбора данных, за исключением того, что светочувствительное устройство заменяется источником переменного света, управляемым сигналом, обеспечиваемым устройством сбора данных. Также необходимо разработать некоторые средства синхронизации дисков на двух устройствах (возможны несколько вариантов, от ручных до электронных управляющих сигналов).
Эти факты очень помогли в создании первого механического телевидения, созданного шотландским изобретателем Джоном Логи Бэрдом , а также первых сообществ «ТВ-энтузиастов» и даже экспериментальных радиопередач с изображениями в 1920-х годах.
Недостатки [ править ]
Разрешение вдоль линии сканирования диска Нипкова потенциально очень высокое, поскольку это аналоговое сканирование. Однако максимальное количество строк развертки гораздо более ограничено и равно количеству отверстий на диске, которое на практике составляет от 30 до 100, с редкими тестированными дисками с 200 отверстиями.
Еще один недостаток диска Нипкова как устройства сканирования изображений : линии развертки не прямые, а кривые . Таким образом, идеальный диск Нипкова должен иметь либо очень большой диаметр, что означает меньшую кривизну , либо очень узкое угловое отверстие его смотрового окна. Еще один способ получения приемлемых изображений - просверливание отверстий меньшего размера (в миллиметровом или даже микрометровом масштабе) ближе к внешним секторам диска, но технологическая эволюция благоприятствовала электронным средствам получения изображений.
Другой серьезный недостаток заключался в воспроизведении изображений на приемном конце передачи, что также было выполнено с помощью диска Нипкова. Изображения обычно были очень маленькими, размером с поверхность, используемую для сканирования, которая при практическом применении механического телевидения была размером с почтовую марку в случае диска диаметром от 30 до 50 см.
К дополнительным недостаткам можно отнести нелинейную геометрию сканированных изображений и непрактичный размер диска, по крайней мере, в прошлом. Диски Нипкова, использовавшиеся в первых телевизионных приемниках, имели диаметр от 30 до 50 см с 30-50 отверстиями. Используемые ими устройства также были шумными и тяжелыми, с очень низким качеством изображения и большим количеством мерцания. Приемная часть системы была не намного лучше, требуя очень мощного освещения объекта.
Сканеры дисков имеют одно важное ограничение с анализатором изображений Фарнсворта . Свет передается в сенсорную систему, когда маленькая апертура сканирует все поле зрения. Фактическое количество собираемого света происходит мгновенно, проходя через очень маленькую апертуру, а чистый выход составляет лишь микроскопический процент падающей энергии.
Иконоскопы (и их последователи) непрерывно накапливают энергию на цели, тем самым накапливая энергию с течением времени. Система сканирования просто «снимает» накопленный заряд, проходя мимо каждого участка цели. Простые расчеты показывают, что для столь же чувствительных светочувствительных рецепторов иконоскоп в сотни или тысячи раз более чувствителен, чем диск или сканер Фарнсворта.
Сканирующий диск можно заменить многоугольным зеркалом, но это имеет ту же проблему - отсутствие интеграции с течением времени.
Приложения [ править ]
Помимо вышеупомянутого механического телевидения, которое так и не стало популярным по упомянутым выше практическим причинам, диск Нипкова используется в одном типе конфокального микроскопа - мощном оптическом микроскопе .
Ссылки [ править ]
- ^ "Das erste deutsche Fernsehpatent von Paul Nipkow" . PC Magazin. 30 июня 2015 . Проверено 28 апреля 2017 года .
- ^ "Нипков-Шайбе" . Deutsches Patent- und Markenamt (на немецком языке). 19 ноября 2019 . Проверено 29 марта 2020 года .
- ^ "Диск Нипкова" . Users.swing.be. Архивировано из оригинала на 2012-10-18 . Проверено 2 марта 2010 .
Внешние ссылки [ править ]
- [1] , Введение в микроскопию вращающегося диска * Пол Нипкоу , биография включает описание и рисунок диска Нипкова.
- Изобретение телевидения: первые пионеры
- Диск Нипкова , инструкция по созданию картонного диска Нипкова для экспериментов.
