Giáo trình Kỹ thuật truyền hình

HÖ thèng truyÒn h×nh lo¹i nµy gäi lµ hÖ thèng t¸c dông tøc thêi vµ chØ thùc hiÖn ®-îc khi tÕ bµo quang ®iÖn cã ®é nh¹y rÊt cao.. §Ó cã thÓ lîi dông ®-îc toµn bé quang th«ng cña ¶nh khi[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT TRUYỀN HèNH

Lời nói đầu

Truyền hình đ-ợc phổ biến từ đầu Thế kỷ XX, nh-ng nhanh chóng phát triển đ-ợc ứng dụng lĩnh vực kinh tế trị, xã hội, văn hố, gi áo dục Vì mơn học truyền hình khơng thể thiếu đ-ợc sinh viên thuộc ngành điện tử, điện tử viễn thông, ngành truyền thông

Cuốn giáo trình mơn học Kỹ thuật truyền hình đ-ợc soạn phục vụ cho môn học KT truyền hình dành cho đối t-ợng cao đẳng đại học Nội dung giáo trình trình bày vấn đề việc xây dựng hệ thống truyền hình có

Ch-¬ng I:C¬ së kü thuật truyền hình 1.1 Qúa trình phát triển truyền h×nh

Đối với ng-ời, mắt (thị giác) coi giác quan quan trọng Các hình ảnh mà mắt cảm nhận đ-ợc chiếm tới 80% thơng tin nói chung Tuy nhiên ng-ời lại khơng dừng lại hình ảnh mà mắt trực tiếp quan sát Ng-ời ta mong muốn cách đó, ph-ơng thức quan sát đ-ợc hình ảnh ngồi phạm vi quan sát trực tiếp mắt ý t-ởng truyền hình

Những mẫu thiết kế hệ thống truyền hình có từ lâu Bắt đầu dựa sở phát minh đèn sợi đốt nhà bác học Nga A H Lôđ-nghin năm 1873, đặc biệt phần tử bán dẫn quang (tế bào quang điện) nhà bác học ng-ời Anh V Smit cho thấy biến đổi l-ợng ánh sáng thành n ăng l-ợng điện ng-ợc lại Đây điều kiện cần thiết cho việc truyền hình ảnh

Mẫu truyền hình nhà bác học ng-ời Anh Đ Kêli năm 1875 Theo mẫu hình ảnh đ-ợc chia thành nhiều phần tử ảnh nhỏ đ-ợc truyền đồng thời phần tử ảnh sang bên phía thu

Năm 1881 nhà bác học ng-ời Pháp Selenka đ-a mẫu truyền hình khác Trong phần tử ảnh đ-ợc truyền lần l-ợt nhờ hệ thống quét bên phía phát đầu thu nhận đ-ợc lần l-ợt phần tử ảnh nhờ hệ thống quét giống nh- đầu phát Mẫu thực tế giảm đ-ợc tính phức tạp hệ thống truyền hình Lúc đầu hệ thống quét đ-ợc thực khí theo kiểu soắn ốc Sau việc quét hình ảnh đ-ợc thay tia điện tử ống điện tử chân không Lúc n ày phần tử ảnh đ-ợc truyền lần l-ợt theo dịng theo cột (qt tuyến tính) Để khơi phục ảnh bên thu đ-ợc xác, trung thực, ng-ời ta tăng số dòng quét lên, hay số l-ợng phần tử ảnh cần truyền nhiều lên Các quốc gia có truyền hình tiên tiến tự đ-a chuẩn số dòng quét cần truyền cho ảnh truyền hình: Nga 625 dịng, M 425 dũng, c 525 dũng

Năm 1941 Mỹ có trung tâm truyền hình

Năm 1959 Liên xơ có 60 trung tâm truyền hình, đến năm 1978 phủ sóng 70% diện tích đất n-ớc

ở Việt nam năm 1972 bắt đầu phát sóng truyền hình mở t-ơng lai cho

Sự phát triển truyền hình màu coi phát triển tất yếu, dựa tảng truyền hình đen trắng phát triển hoàn thiện Việc phát triển hệ thống truyền hình màu cần trọng tới việc phối hợp với truyền hình đen trắng có sẵn Trên giới có ba hệ truyền hình màu tồn đến ngày NTSC (1954), SECAM (1965), PAL (1966)

1.2. ¸nh s¸ng

1.2.1. Kh¸i niƯm chung

Sãng Radio Hång ngo¹i Cùc tÝm tia X tia

§á cam vµng lơc lam chµm tÝm

ánh sáng ph-ơng diện vật lý sóng điện từ gọi chung xạ điện từ (xem hình 1.1) Các xạ điện từ có dải tần số rộng từ vài c hục héc (Hz) đến hàng trăm gê-ga-héc (GHz), toàn dải tần số gọi chung phổ điện từ ánh sáng thấy đ-ợc xạ điện từ nằm phổ điện từ mà mắt ng-ời cảm nhận đ-ợc, chiếm phần hẹp tồn dải sóng điện từ chung từ: 3,8x1014 Hz đến 7,8x1014 Hz t-ơng ứng với b-ớc sóng 780 nm đến 380 nm

Quan hệ b-ớc sóng với tần sè f cđa cïng mét bøc x¹ nh- sau:

Trong đó:

- B-íc sãng  tÝnh b»ng mÐt (m) - TÇn sè f tÝnh b»ng hÐc (Hz) f (Hz)

 (m)

R 1011 Hz mm

1016 Hz 30 nm 1014

Hz m

1018 Hz 0,3 nm

760 nm

700 nm 600 nm 500 nm 400 nm

380 nm

H×nh 1.1: Phỉ cđa sãng điện từ vùng ánh sáng thấy đ-ợc

) (

) / ( ) ( λ

Hz f

s m C

- Tốc độ ánh sáng C = 300.000 km/s = 3x108 m/s

Nằm vùng ánh sáng thấy đ-ợc miền tần số cao tia cực tím, tia X, tia , miền tần số thấp tia hồng ngoại, sóng Radio

Trong ph ánh sáng thấy đ-ợc gồm nhiều màu sắc, màu sắc rõ màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

ánh sáng loại (ví dụ: ánh sáng đơn sắc) hỗn hợp nhiều loại (ví dụ: ánh sáng trắng) ánh sáng loại mang l-ợng chứa b-ớc sóng nhóm b-ớc sóng (ví dụ ánh sáng màu đỏ chiếm b-ớc sóng khoảng 650 nm đến 750 nm, ánh sáng màu lục chiếm b-ớc sóng khoảng 520 nm đến 570 nm) Một nguồn sáng chứa tần số ta gọi nguồn sáng đơn sắc ánh sáng trắng nguồn sáng đơn sắc nguồn sáng trắng tổng hợp nhiều nguồn sá ng đơn sắc khác

1.2.2 Các đại l-ợng đặc tr-ng ánh sáng

Vì ánh sáng phần dải sóng điện từ, nên mang đầy đủ tính chất l-ợng điện từ, tính ph-ơng h-ớng, cơng suất, mật độ dịng l-ợng, độ chói, phân bố l-ợng theo phổ

Sự tác động ánh sáng đến mắt đặc tr-ng đại l-ợng: l-ợng ánh sáng, quang thơng, c-ờng độ sáng, độ chói, c-ờng độ thụ cảm, màu sắc

a/ Quang th«ng

Quang thông l-ợng ánh sáng đơn vị thời gian  = W/t (oát - W)

Sự cảm thụ ánh sáng mắt tốt màu lục G (Green), màu khác giảm dần Sự phụ thuộc đ-ợc biểu diễn hình 1-2

b/ C-ờng độ sáng (lực ánh sáng)

Thông th-ờng nguồn sáng xạ theo h-ớng khác không nh- Mật độ không gian quang thông h-ớng cho gọi c-ờng độ sáng (lực ánh

400 450 500 550 600 650 700 tÝm L¬ Lam Lục Vàng Cam Đỏ

0.8 0.6 0.4 0.2

Đ

ộ nhạ

y c

ảm

t

-ơng

i

Hỡnh 1-2: Độ nhạy cảm mắt ánh sáng 

sáng) Nh- c-ờng độ sáng đại l-ợng véc tơ, đặc tr-ng độ lớn h-ớng, đ-ợc xác định tỷ số quang thơng  theo h-ớng cho góc khối 

I =  /  [cadela – cd]

Nếu nguồn sáng nguồn điểm (là nguồn điểm khoảng cách chiếu sáng lớn 10 lần kích th-ớc nguồn sáng), quang thông đ-ợc phân bố b»ng ë mäi phÝa (toµn bé gãc 4 cđa vËt thĨ) th×

I =  / 4

Giả sử nguồn sáng có diện tích S, c-ờng độ sáng đ-ợc xác định theo quy luật Lamper nh- sau (hình 1.3)

I =  cos = Io cos Trong đó:

 - Là quang thơng tồn nguồn sáng S Io – C-ờng độ sáng theo h-ớng vng góc với S I - C-ờng độ sáng theo h-ớng bát kỳ

c/ Độ chói (độ sáng)

Độ chói c-ờng độ sáng theo h-ớng cho đơn vị diện tích (hình 1.4) B = I / S cos {cd/m2 = nít}

Thay I = Io cos Ta cã B = Io/S

Theo cơng thức cho thấy độ chói nguồn xạ khơng phụ thuộc vào h-ớng Điều có nghĩa quan sát nguồn sáng góc khác diện tích nguồn sáng thấy đ-ợc bị thay đổi cịn độ chói nguồn sáng khơng i

d/ Sự phản xạ, hấp thụ, cho qua ¸nh s¸ng cđa vËt thĨ

Ngn s¸ng víi quang th«ng  chiÕu tíi vËt thĨ A đ-ợc chia làm phần: phản xạ p, hấp thụ , cho qua  (h×nh 1.5)

 = p +  + 

 I

I

H×nh 1.3

 I

I S



- Phản xạ p = p / 

- HÊp thô  = /  - Cho qua  =  /  TÊt nhiªn p +  +  =

Tất giá trị phản xạ, hấp thụ cho qua phơ thc vµo tõng tÝnh chÊt cđa vËt thĨ

1.3 Mắt đặc tính 1.3.1 Cấu tạo mắt

Hệ thống thị giác bao gồm mắt, hệ thần kinh khu vự c thị giác vỏ não Hệ thống coi hệ thống thu thơng tin hiển thị, xảy q trình thu nhận, biến đổi ảnh quang thành dòng điện sinh học Hệ thần kinh thị giác nối võng mạc với vỏ não có nhiệm vụ xử lý thơng tin nhn -c

Cấu tạo mắt nh- sau: Võng mạc mắt chứa phần tử thụ cảm, phần tử nối liền với hai nửa bán cầu nÃo dây thần kinh thị giác Các phần tử thụ cảm gồm hai loại tế bào hình que tế bào hình nón

- Tế bào hình que chiếm số l-ợng lớn khoảng 120 triệu tế bào trải khắp võng mạc, tế bào hình que có tác dụng làm cho mắt nhận đ-ợc chi tiết sáng tối với độ nhạy cao Do ánh sáng mờ (c-ờng độ sáng nhỏ) mắt cảm nhận đ-ợc hình dáng cảnh vật không phát đ-ợc màu sắc cảnh vật Điều cho thấy ánh sáng yếu tế bào hình que khơng có khả cảm nhận màu sắc

- Tế bào hình nón có khoảng 6,5 triệu tế bào tập chung vùng hoàng điểm vùng quanh hoàng điểm Tế bào hình nón có tác dụng làm cho mắt cảm nhận đ-ợc màu sắc Nh-ng độ phân giải mắt màu sắc nhiều so với độ sáng tối (vì số l-ợng tế bào hình nón nhiều so với tế bào hình que), tiết ảnh màu nhỏ hay với ánh sáng mờ mắt không phân biệt đ-ợc màu sắc Do tế bào hình nón nhạy cảm với màu sắc tập chung hoàng điểm vùng xung quanh hoàng điểm, nên mắt phân biệt (phân giải) chi tiết màu sắc tốt ảnh tr-ớc mắt (ảnh nằm trục thị giác)

ví dụ: Đây ví dụ so sánh độ phân giải hai loại tế bào hình que hình nón Bằng thực nghiệm ng-ời ta tiến hành vạch vạch màu khác lên tờ giấy trắng, sau treo tờ giấy lên bảng để vùng ánh sáng yếu (ánh sáng mờ) Nếu khoảng cách quan sát mắt đủ xa thấy mắt phân biệt đ-ợc số l-ợng vạch giấy trắng Nh-ng lại khơng phân biệt đ-ợc khác màu vạch

p



 

đó Điều cho thấy cảm thụ mắt độ sáng tối hình ảnh tốt nhiều so với cảm thụ màu sắc hình ảnh

1.3.2 Các đặc tính mắt a/ Đặc tính phổ

Nh- trình bày dải sóng ánh sáng nhìn thấy mắt từ 0,38 m đến 0,78 m Nh-ng dải sóng mắt cảm nhận độ sáng khơng nh- Đó tính chất phổ mắt Đặc tính đ-ợc biểu thị đồ thị hình - Trên đồ thị biểu thị phụ thuộc cảm nhận độ chói mắt (B) vào b-ớc sóng kích thích nguồn l-ợng nh-

Từ đặc tuyến ta thấy mắt nhạy với đoạn phổ vàng lục ( = 0,55 m), bên trái b-ớc sóng 0,38 mlà dải sóng tử ngoại bên phải b-ớc sóng 0,78 m dải sóng hồng ngoại mà mắt ng-ời quan sát đ-ợc

Sự phụ thuộc quan trọng thực tế ta quan sát trực tiếp đối t-ợng khơng khác độ chói mà khác màu

Trong hệ thống truyền hình đen trắng ảnh khơi phục chân thực đặc tuyến phổ hệ thống phải giống đ-ờng cong Cịn với hệ thống truyền hình màu đặc tuyến phổ phải khơng đổi, nghĩa l B() = const

b/ Độ nhạy

nhạy mắt khả nhận biết ảnh mục tiêu Nhìn chung ảnh có độ sáng lớn mắt nhận biết tốt Với ảnh có màu sắc độ nhạy mắt cao Khả nhận biết ảnh mắt giảm ảnh chuyển động với tốc độ cao

Đối với thị giác ng-ời bình th-ờng cảm nhận ánh sáng giới hạn 0,1 nít đến 107 nít (khoảng 108 lần) Tuy nhiên thụ cảm (cảm nhận) ánh sáng mắt vào độ chói mục tiêu khơng tuyến tính (hình d-ới)

0,38 m

0,5

0,55 m 0,78 m



B

Từ đ-ờng hình ta thấy độ nhạy mắt gi ảm độ chói lớn tăng độ chói nhỏ Hiện t-ợng gọi thích nghi mắt vùng sáng vùng tối Sự thay đổi độ nhạy mắt vùng sáng từ đến phút vùng tối từ 30 đến 50 phút

Bằng thực nghiệm, năm 1846 Veber thay đổi cảm giác mắt E phụ thuộc vào thay đổi t-ơng đối độ chói Nghĩa

E = k.B/Bmin

Trong đó: k hệ số tỷ lệ B = Bmax-Bmin

Bmin độ chói cực tiểu tức sáng

Tỷ số B/Bmin = o độ t-ơng phản ng-ỡng

Trong giới hạn bình th-ờng độ chói B = 10 đến 1000 nít  nhỏ 0,02 n 0,05

c/ Khả phân giải m¾t

Nếu gọi  góc nhỏ mà mắt có khả phân biệt đ-ợc hai điểm (trong truyền hình cịn gọi hai phần tử ảnh liên tiếp) chói khả phân giải đ-ợc định nghĩa là: V=1/

Khả phân giải phụ thuộc vào độ chói mục tiêu quan sát, vào sáng, vào điều kiện quan sát vào thân ng-ời

Bằng thực nghiệm điều kiện bình th-ờng ng-ời ta xác định đ-ợc góc  = - 1,5 phút

Nếu quan sát với góc  < phút mắt ta khơng phân biệt đ-ợc hai điểm chói ta cảm nhận đ-ợc d-ờng nh- có điểm Đặc tính mắt cho phép ta chọn số dòng tối -u cho ảnh hệ thống truyền hình (Vấn đề xin đ-ợc trình bày sau)

Sù thơ c¶m E

d/ Tính quán tính mắt Mắt khơng có khả tức thời hay kết thúc cảm giác độ chói có xung độ chói xuất mà phải có trễ định (hình 1-7) Đó tính qn tính mắt Tính chất phụ thuộc vào c-ờng độ ánh sáng, b-ớc sóng kích thích, vào thân ng-ời vào điều kiện khác

Quá trình bắt đầu kết thúc cảm giác mắt có xung độ sáng đ-ợc biểu thị nh- sau: ) ( max  t e B B     max  t T e B B   Trong đó:

Bmax: độ chói xung ánh sáng

1: thời gian tăng tr-ởng mắt, đ-ợc xác định từ giá trị B = đến B = 0,638 Bmax

2: thời gian giảm mắt, đ-ợc xác định từ giá trị B = Bmax đến B = 0,368 Bmax

Trong điều kiện bình th-ờng khoảng 0,1 giây Giá trị lớn khoảng

vài trục lÇn

Tính chất qn tính mắt giúp ta nhận biết đ-ợc ảnh mục tiêu không bị lấp lánh (ảnh liên tục) với tần số lặp lại xung định Tần số cực tiểu xung ánh sáng mà đảm bảo ảnh khơi phục liên tục gọi tần số t ới hạn lấp lánh Trong truyền hình tần số tới hạn fth≈ 50Hz

1.4 Biến đổi quang điện 1.4.1 Hiệu ứng quang điện

Các thiết bị biến đổi l-ợng ánh sáng ảnh thành tín hiệu điện thành phần hệ thống truyền hình Quá trình hoạt động thiết bị dựa sở hiệu ứng quang điện

Bmax =

0,638

0,368 t

1 2 H×nh 1.7

: Xung độ sáng

: Quy luật tăng trởng B1

Hiu ng quang điện t-ợng mà điện tử vật chất đ-ợc giải phóng tác dụng tia sáng Các điện tử đ-ợc tách khỏi vật chất vào khơng gian tự do, hiệu ứng quang điện ngoại Hoặc trở thành điện tử tự vật chất làm thay đổi độ dẫn điện nó, hiệu ứng quang điện nội Các điện tử đ-ợc giải phóng tác dụng ánh sáng gọi điện tử quang, q trình giải phóng chúng gọi xạ quang (quá trình quang điện) Quá trình quang điện khâu trình b iến đổi ảnh thành tín hiệu điện Song q trình giải phóng điện tử xảy hiệu ứng quang điện ngoại hiệu ứng quang điện nội khác Đối với hiệu ứng quang điện ngoại, để có đ-ợc dịng quang điện tử từ điện cực nhạy sáng (katốt) đến điện cực thu nhận điện tử (anốt) katốt anốt quang cần trì mức điện áp chiều Sự phụ thuộc dòng quang điện tử i vào quang thông  tuân theo quy lụât Stôlecốp:

i = 

Trong đó:  hệ số tỷ lệ đặc tr-ng cho độ nhạy phần tử quang

Trong thực tế thay đổi dòng quang điện tử tức thời so với thay đổi quang thông ánh sáng đến tần số 100 MHz Vì dải phổ tín hiệu thị tần hiệu ứng quang điện ngoại không tuyến tính

Để giải phóng điện tử khỏi bề mặt kim loại cần l-ợng W Năng l-ợng gồm hai thành phần: phần l-ợng để v-ợt qua lực điện liên kết nút mạng tinh thể kim loại (P) phần l-ợng tới hạn cần thiết để điện tử tách khỏi kim loại với vận tốc V:

W = P + Wt = e U0 + 1/2 mV2

Trong đó: e: điện tích điện tử (e = 1,6.10-19C)

U0: điện đầu

m: khối l-ợng điện tử (m = 9,1.10-31Kg)

Và l-ợng ánh sáng (hf) cần thiết để giải phóng điện tử để thực hiệu ứng quang điện ngoại là:

hf = e U0 + 1/2 mV2

trong đó: h: số Flăng; f: tần số xạ ánh sáng

Nh- ta thấy l-ợng điện tử đ-ợc hấp thụ phụ thuộc vào tần số ánh sáng f Khi tần số ánh sáng giảm l-ợng hấp thụ điện tử giảm ng-ợc lại Kết tốc độ điện tử bật khỏi bề mặt kim loại d-ới tác dụng ánh sáng ứng với tần số ánh sáng xác định ứng với tần số ánh sáng mà vận tốc ban đầu khơng (khơng cịn hiệu ứng quang điện) ta gọi tần số tới hạn ft

hft = e U0 từ ft = e U0/h

AgO2 CsO2 + Cs + Ag

Ag Cs

 (m)

i

0.2 0.4 0.6 0.8 H×nh: 1-9

Katốt quang đ-ợc đặc tr-ng đặc tính phổ , thể phụ thuộc dịng bão hồ vào tần số ánh sáng chiếu tới katốt quang với tần số nh- Với kat ốt quang kim loại ngun chất có đặc tính phổ nh- hình 1.8

Với katốt quang phức tạp, đặc tính phổ khơng tăng đơn điệu mà tăng giảm theo tần số Độ lớn điểm cực đại, vị trí số l-ợng phụ thuộc vào t hành phần cấu tạo katốt quang Hay đặc tính phổ katốt quang nh- có tính chất chọn lọc theo tần số ánh sáng hình 1-9

Trong truyền hình th-ờng sử dụng hai loại katốt quang: katốt quang đặc katốt quang bán suốt katốt quang đặc, điện tử phát phía với tia sáng (hình 1-10); cịn katốt quang bán suốt, điện tử bắn theo phía ng-ợc lại với tia sáng (hình 1-11)

ft f

i

1.4.2 Nguyªn lý tÝch l ®iƯn tÝch

Theo ngun tắc truyền hình, để truyền hình ản h ng-ời ta phải phân chia hình ảnh thành phần tử ảnh truyền tham số (độ chói, màu sắc …) phần tử ảnh sang phái thu (vấn đề đ-ợc đề cập kỹ ch-ơng 2) Tóm lại số phần tử ảnh N, quang thông ảnh  l-ợng quang thông (ánh sáng) chiếu lên phần tử /N; với N lớn tỷ số nhỏ

ở thời điểm ta truyền đ-ợc phần tử ảnh, nên l-ợng quang thơng có ích mà tế bào nhận đ-ợc /N, nhỏ Hệ thống truyền hình loại gọi hệ thống tác dụng tức thời thực đ-ợc tế bào quang điện có độ nhạy cao Để lợi dụng đ-ợc tồn quang thơng ảnh truyền phần tử ảnh cần phải sử dụng nguyên tắc tích luỹ điện tích Nguyên tắc nh- sau

Trong hình 1-11các phần tử quang điện (các tế bào quang điện) đ-ợc mắc nối tiếp với tụ điện C1 = C2 = = CN = C, vµ h»ng sè thêi gian C1R = C2R = … = CN R < 

Trong  thời gian chạy (thanh quét) dừng lại điểm tiếp xúc, N số phần tử ảnh

 

i

i

Ag phñ Cs Mi ca Ag2O

Cs

H×nh 1-10 H×nh 1-11

+ - E

Thanh quÐt

R

Ura ¶nh

C1

C2

C N in

Khi chiếu ảnh lên panen tế bào quang điện, tế bào quang điện có dịng điện chạy qua

in = .pt = .EptSpt

Trong đó: pt quang thơng chiếu lên phần tử quang có diện tích Spt c-ng

sáng Ept

Dòng điện nạp cho tụ điện t-ơng ứng khoảng thời gian chu kỳ quét T L-ợng điện tích nạp cho tơ c lµ:

qn = in.T (mµ q = C.U)

Điện áp nạp cho tụ là: Un = in.T/C = .EptSpt.T/C

Điện áp tỷ lệ với quang thông chiếu tới phần tử quang tỷ lệ với c-ờng độ ánh sáng T-ơng ứng với độ chói phần tử ảnh truyền, tụ điện nạp với mức điện áp khác panen tế bào quang đ iện hình thành ảnh điện (là hình dạng d-ới dạng điện tích ảnh cần truyền)

Trong thời gian chạy tiếp xúc với điểm tiếp xúc, tụ điện t-ơng ứng phóng điện hoàn toàn qua R với dòng điện phóng ip, thời gian Dòng điện phóng ip tạo R

sụt áp Ura = ip.R, tín hiệu thị tần Khi chạy vừa rời khỏi tiếp xúc tụ điện

lại đ-ợc nạp điện lại phóng điện v v… Nh- ta biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện (tín hiệu thị tần)

L-ợng điện tích phóng thời gian là: qp = ip.

Theo định lý bảo toàn điện tích thì: qp = qn ta có

ip/in = T/

Trong T thời gian vịng quét, chu kỳ quét ảnh TK = N.

ip/in = T/ = N / = N

Suy ip = in.N = .pt.N

Mµ pt.N lµ l-ợng quang thông toàn ảnh

ip = . = .E.S

Nh- dịng điện phóng ip, từ tạo xung thị tần tỷ lệ với quang thông ảnh

đã làm việc chế độ tích luỹ điện tích Cực bia điện cực quan trọng ống phát, nhờ có mà việc tạo xung thị tần đ-ợc thực theo nguyên tắc tích luỹ điện tích

1.4.3 Biến đổi điện – quang

ảnh vị trí ta nhận đ-ợc ảnh quang cần truyền Có hai ph-ơng pháp để thực

- Ph-ơng pháp thứ nhất: dựa điều chế tín hiệu thị tần nguồn ánh sáng bên ngồi Khi ta có nguồn sáng không đổi chiếu lên ảnh, th ay đổi độ sáng nguồn đ-ợc điều khiển tín hiệu thị tần Vì hệ thống sử dụng ph-ơng pháp gọi hệ thống van ánh sáng đ-ợc thực - điện thay đổi độ suốt vật thể đ-ợc chiếu sáng d-ới tác dụng tr-ờng điện h oặc tia điện tử

- Ph-ơng pháp thứ hai: dựa biến đổi trực tiếp từ dạng l-ợng sang dạng l-ợng khác Ph-ơng pháp đ-ợc áp dụng rộng rãi để khơi phục ảnh truyền hình hệ thống truyền hình Sự biến đổi l-ợng dựa t-ợng phát sáng katốt phát quang có tia điện tử đ-ợc điều chế tín hiệu thị tần chiếu vào

Ch-ơng II: Nguyên lý truyền hình 2.1 Nguyên tắc truyền hình

2.1.1 Khái quát chung

Truyền hình, nh- tên gọi hệ thống biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện truyền đến máy thu, nơi thực biến đổi tín hiệu thành dạng ban đầu hiển thị hình d-ới dạng hình ảnh Truyền hình dựa đặc điểm cảm nhận ánh sáng mắt ng-ời để truyền thông tin cần thiết

Để truyền vật vô nhỏ (điểm a) không gian (ta tạm gọi phần tử ảnh điểm ảnh) phải truyền tất tham số điểm nh-:

a = f (Ba, a, pa, xa, ya, za)

Trong đó: Ba độ chói (độ sáng) điểm a

a b-ớc sóng ánh sáng điểm a

Pa độ màu (độ bão hoà màu) điểm a

xa, ya, za toạ độ không gian điểm a

Tổng quát: Giả sử đối t-ợng cần truyền vật thể V Để truyền đối t-ợng vật thể V ta phải chia V thành phần tử ảnh nhỏ (N phần tử), phần tử ảnh t-ơng ứng nh- điểm ảnh a đ-ợc giới thiệu phải truyền tất tham số phần tử ảnh đó, tức là:





N

a

a

1

a a a a

a, ,p , x ,y ,z )

(B

f 

Muốn truyền tất tham số phải biến đổi thành tín hiệu điện d-ới dạng điện áp U dòng điện I tần số f góc pha  vv…

2.1.2 Nguyên tắc truyền hình

cú thể truyền tất phần tử ảnh a đối t-ợng V ta tiến hành truyền đồng thời lần l-ợt phần tử ảnh

2.1.2.1 Nguyên tắc truyền đồng thời phn t nh

Để giải thích ph-ơng pháp ta dựa mẫu truyền hình sau Hình 2-2 mẫu truyền hình nhà bác học Nga Lôđ-ghin đ-a năm 1873

nh cn truyền chữ T qua thấu kính đ-ợc đ-a đến sêlen, sêlen có chứa tế bào quang điện (điện trở tế bào quang điện thay đổi theo l-ợng ánh sáng chiếu vào) Từng tế bào quang điện đ-ợc cung cấp nguồn điện (pin ắc quy) tải nguồn điện bóng đèn lắp panơ

V a

Do độ sáng ảnh thay đổi dẫn đến điện trở tế bào quang điện thay đổi, dẫn đến dòng điện qua cặp dây dẫn thay đổi, dẫn đến độ sáng bóng đèn thay đổi hình panô phản ánh ảnh vật cần truyền

ở ví dụ ảnh vật cần truyền đ-ợc chia thành phần tử ảnh t-ơng ứng số tế bào quang điện, số cặp dây dẫn số bóng đèn Việc truyền phần tử ảnh đ-ợc truyền cách đồng thời

Để phản ánh xác ảnh vật cần truyền số phần tử ảnh N phải lớn (khoảng 500.000 phần tử), tức số cặp dây dẫn số bóng đèn phải lớn Vì nguyên tắc ph-ơng pháp truyền hình loại nh-ng khơng thể thực đ-ợc hệ thống phức tạp cồng kềnh

2.1.2.2 Nguyên tắc truyền lần l-ợt phần tử ¶nh

ở nguyên tắc theo thời gian phần tử ảnh đ-ợc truyền cách lần l-ợt, nhờ thay đ-ờng truyền cần nhiều kênh thông tin (các cặp dây dẫn) nh- nguyên tắc truyền hình đồng thời, mà lúc cần đ-ờng truyền cần kênh thông tin (một cặp dây dẫn) Ph-ơng pháp đ-ợc minh họa nh- sau:

Trong sơ đồ hình 2-3, việc truyền lần l-ợt phần tử ảnh đ-ợc thực nhờ thiế t bị quét đầu phát việc lặp lại ảnh phần tử ảnh nhờ thiết bị quét đầu thu Quá trình quét đầu phát đầu thu phải hoàn toàn đồng đồng pha với Nguyên tắc truyền hình loại thực tế cấu trúc hệ thống đơn giản nên đ-ợc áp dụng tất hệ thống truyền hình

+ _

+ _

+ _

Hình -

Sê len Pa nô

ThÊu kÝnh

2.1.3 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng

Trên sơ đồ hình 2-4, ảnh vật cần truyền qua hệ thống quang học máy phát (camera) hội tụ catốt quang điện chuyển đổi ảnh - tín hiệu chuyển đổi ảnh quang đ-ợc biến đổi thành tín h iệu điện Tín hiệu điện mang tin tức hình ảnh gọi tín hiệu hình hay tín hiệu video q trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện gọi q trình phân tích ảnh, phần tử thực q trình chuyển đổi ống phát hình

+ _

H×nh -

Thu Phát

Sê len Panô

B chuyển đổi ảnh - tín

hiƯu

Bé K§ gia công

tín hiệu

Kênh thông

tin

Bé K§ tÝn hiƯu

Bộ chuyển đổi tín hiệu

- ¶nh

Bộ tách xung đồng Bộ tạo

xung đồng Cảnh

vËt A

ống kính

Hình ảnh

A

Hình - 4: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng

Tr¾ng Xám Đen

T U

X

§

t

a a’

Hình 2-5: Chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện

Tín hiệu hình đ-ợc khuếch đại (KĐ), gia công truyền kênh thơng tin (hữu tuyến vơ tuyến) sang phía thu phía thu, tín hiệu hình đ-ợc KĐ lên đến mức cần thiết đ-a tới chuyển đổi tín hiệu - hình ảnh để chuyển tín hiệu hình nhận đ-ợc thành tín hiệu quang (chuyển đổi l-ợng điện thành l-ợng ánh sáng) Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang gọi q trình tổng hợp ảnh , dụng cụ dùng để thực trình gọi ống thu hình

Quá trình chuyển đổi tín hiệu - ảnh phải hồn tồn đồng đồng pha với trình chuyển đổi ảnh - tín hiệu, khơi phục đ-ợc ảnh truyền hình Để thực đ-ợc trình đồng đồng pha, hệ thống truyền hình phải dùng tạo xung đồng (vấn đề tạo xung đồng đ-ợc nói rõ phần sau ) Xung đồng đ-ợc đ-a đến chuyển đổi ảnh - tín hiệu để khống chế q trình phân tích ảnh, đồng thờ i đ-a đến KĐ gia cơng tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình truyền sang phía thu , tín hiệu hình đ-ợc cộng với xung đồng gọi tín hiệu truyền hình phía thu xung đồng đ-ợc tách khỏi tín hiệu truyền hình dùng để khống chế trình tổng hợp ảnh (khơi phục ảnh) 2.2 Tín hiệu thị tần

2.2.1 Dạng tín hiệu hình

Gi sử cho ảnh truyền hình giống nh- hình trên, tia điện tử quét theo dòng aa’ Với thiết diện tia điện tử kích th-ớc phần tử ảnh có giá trị nhỏ so với chi tiết ảnh Điều có nghĩa trị tức thời tín hiệu hình tỷ lệ với mức chói thời điểm cða °nh theo dòng aa’

- Tín hiệu hình tín hiệu đơn cực tính độ chói ảnh có trị số d-ơng biến đổi từ không đến giá trị d-ơng cực đại Nên tín hiệu hình t-ơng ứng có m ột cực tính d-ơng, âm Nói cách khác tín hiệu truyền hình có chứa thành phần trung b ình (là thành phần chiều) Trị trung bình tín hiệu theo dịng tỷ lệ với độ chói trung bình dịng Trị trung bình tín hiệu ảnh tỷ lệ với độ chói trung bình ảnh

Do tín hiệu hình tín hiệu đơn cực tính nên đo l-ờng không đo theo trị số hiệu dụng mà đo theo trị số đỉnh với đỉnh (hiệu số mức max với mức tín hiệu)

- Tín hiệu hình nói chung tín hiệu chu kú (trõ trun ¶nh tÜnh) +/ ¶nh tÜnh: có chu kỳ lặp lại chu kỳ tần số ¶nh

+/ ảnh tĩnh dải sọc thẳng đứng: chu kỳ lặp lại ảnh chu kỳ dòng (vì tín hiệu dịng khơng đổi)

Trong chu kỳ quét TH đ-ợc chia làm hai: thời gian quét thuận 82 đến 84%

TH thời gian quét ng-ợc 16 đến 18% TH Trong khoảng thời gian quét ng-ợc không

mang thông tin ảnh nên đ-ợc dùng để truyền xung tắt dịng (xung xố dịng)

TH XH

H

XV V 3TH

Mức trắng

Mức đen Mức xung t¾t

Mức xung đồng

Trong đó: - TH: chu kỳ qúet dòng

- V: XĐB mành thuờng 2,5 TH

- XH, XV: độ rộng xung xố dịng xố mành

tuơng ứng Trong XV= 23 á30TH

t u

Hình 2-6: Tín hiệu hình đầy đủ

Đối với xung xoá mành (xung tắt mặt) tia điện tử quét hết ảnh, tức quét l-ợt qua tất dòng ảnh từ xuống d-ới sau tia điện tử chuyển động từ d-ới lên để thực quét ảnh (mành) gọi thời gian quét ng-ợc ảnh Trong thời gian tín hiệu khơng mang thơng tin ảnh nên có khả ảnh h-ởng (gây nhiễu) cho tín hiệu hình Để tránh t-ợng thời gian quét ng-ợc ảnh đ-ợc dùng để truyền xung tắt mặt (xung xố mành) có tác dụng làm tắt tia điện tử ống thu thời gian quét ng-ợc ảnh Thời gian quét ng-ợc chiếm khoảng 23 đến 30 TH