3.1.3.1 Nguyên lý quét
a. Phương pháp quét liên tục.
Thông tin mà mắt người cảm nhận được từ cảnh vật xung quanh là thông tin về màu sắc trong không gian ba chiều và biến đổi theo thời gian, đó là thông tin về độ sâu của hình ảnh (tính ba chiều), về độ chói, kích thước, hình dạng và sự biến đổi… Lượng thông tin mắt người thu nhận được là vô cùng lớn. Việc truyền thông tin về hình ảnh chỉ đảm bảo được một phần nào đó trong lượng thông tin của cảnh vật thực mà thôi.
Tuy nhiên, sự cảm nhận của mắt người nhờ có các tính chất sinh lý đặc biệt nên cho phép cảm nhận một dạng hình ảnh chứa không đầy đủ thông tin như là một hình ảnh của cảnh vật thực.
Chính vì vậy, với các kỹ thuật phân tích và tổng hợp ảnh dựa trên các đặc điểm sinh lý của mắt người, mà các hệ thống truyền hình đã ra đời phục vụ cho việc truyền hình ảnh.
Trong truyền hình, ảnh của các vật truyền đi trong không gian được chiếu lên một mặt phẳng (mặt Catot của phần tử biến đổi quang điện) nhờ một hệ thống quang học. Như vậy, trước tiên các vật trong không gian được chuyển thành ảnh của chúng trên mặt phẳng rồi mới biến đổi thành tín hiệu hình, hay nói cách khác, ảnh truyền hình là ảnh phẳng (2 chiều).
Nếu chia một tấm ảnh thành nhiều phần tử nhỏ, thí dụ chia thành các ô vuông theo kiểu bàn cờ chẳng hạn, mỗi phần tử gọi là một điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh có độ chói trung bình và màu của nó. Số điểm ảnh càng lớn, tức là ảnh càng được chia nhỏ thì độ chói và màu sắc trên điểm ảnh càng đồng nhất. Ngược lại nếu dùng các điểm ảnh có độ chói và màu tương ứng, có thể ghép thành ảnh. Nếu kích thước của các điểm ảnh nhỏ đến một mức độ nào đó và với một góc nhìn nào đó, ta không còn phân biệt được ranh giới giữa các điểm ảnh, mà có cảm giác đó là một bức ảnh liên tục chứ không phải ghép từ các điểm ảnh.
Trong truyền hình, muốn biến đổi hình ảnh thành tín hiệu điện, cũng chia ảnh thành nhiều phần tử nhỏ, rồi biến đổi độ chói và màu sắc của các phần tử đó thành tín hiệu điện. Như vậy tín hiệu hình phải là hàm của nhiều biến số.
) , , , ' , , (L p x y t f U Trong đó: L: độ chói của phần tử ảnh.
và p’: Bước sóng và độ thuần khiết, xác định màu của phần tử ảnh. x, y: Tọa độ xác định vị trí của phần tử ảnh.
t: Thời gian xác định thời điểm lấy ảnh.
Để truyền liên tục tin tức của mỗi phần tử, với N phần tử phải có N kênh thông tin. Đối với các hệ truyền hình thông dụng, mỗi ảnh có thể được phân tích thành 50 vạn điểm ảnh, nên thực tế không thể thực hiện việc truyền liên tục tin tức của mỗi phần tử được. Để khắc phục khó khăn đó, người ta dùng phương pháp truyền gián đoạn theo thời gian, tức là truyền kế tiếp tin tức của từng phần tử ảnh, hết phần tử này sang phần tử khác. Việc truyền gián đoạn đó được thực hiện nhờ các bộ quét. Các bộ quét làm việc theo một quy luật đã định trước và được khống chế bởi các tín hiệu đồng bộ. Do đó các tọa độ x, y đều là hàm của thời gian và đã biết trước (quy luật biến đổi của chúng đã được định trước). ) ( ) ( t y t x
Nếu là ảnh động thì các tham số L, λ, p của mỗi phần tử ảnh đều là hàm của thời gian t. Nhưng để đơn giản việc khảo sát, chúng ta hãy khảo sát ảnh đen trắng, và đứng im.
) , (x y f
L
x, y đều là hàm của thời gian nên: )
(t f L
Hình 3.2 Phương pháp quét liên tục.
Theo hình 3.2, dòng điện tử bắt đầu quét từ mép trái dòng 1 sang mép phải A, và lập tức quay về mép trái theo đường nét đứt và lại quét từ bên trái dòng 2 về bên phải B, sau đó lại lập tức về bên trái theo đường nét đứt… quá trình cứ như vậy cho đến Z. Như vậy là đã kết thúc một quá trình phân tích hoặc tổng hợp một ảnh. Sau khi đến Z, tia điện tử lại quay về đầu dòng 1 của ảnh tiếp theo. Quá trình trên xảy ra với một tốc độ rất lớn. Các đường nét liền gọi là các đường quét thuận, các đường nét đứt là quét ngược. Quá trình quét từ đầu dòng 1 tới Z gọi là quá trình quét dòng hay quét ngang. Quá trình quét từ Z về đầu dòng 1 của ảnh tiếp theo là quét mành hay quét dọc.
Nếu thời gian cần thiết để truyền một ảnh là Ta (chu kỳ quét của một ảnh) và nếu ảnh chứa
Na phần tử ảnh thì thời gian truyền một phần tử ảnh là:
a a tp N T t Tần số quét một ảnh (tần số quét dọc) là: a a T f 1
Khi khôi phục lại ảnh, các phần tử ảnh được sắp xếp lại đúng vị trí của nó. Sự sắp xếp này thực hiện được nhờ một bộ quét thứ hai làm việc đồng bộ với bộ quét thứ nhất (khi phân tích ảnh), vì chúng được khống chế bằng cùng một tín hiệu đồng bộ.
b. Phương pháp quét xen kẽ.
Do sự lưu ảnh của mắt, nếu ta truyền 24 ảnh/s, khi tái tạo lại hình ảnh người xem sẽ có cảm giác một hình ảnh chuyển động liên tục. Tuy nhiên với 24 hình/s, ánh sáng vẫn bị chớp, gây khó chịu cho khán giả. Đối với điện ảnh, trong thời gian chiếu một ảnh người ta ngắt làm 2 lần, nghĩa là thay vì chiếu liên tục 1 ảnh trong 1/24 giây, người ta chiếu ảnh đó làm hai lần, mỗi lần 1/48
giây. Kết quả là cho ta cảm giác được xem 48 ảnh/s thay vì 24 ảnh/s. Hình ảnh sẽ liên tục và không bị chớp.
Đối với truyền hình, để tránh hiện tượng bị rung, lắc, có vết đen trôi trên màn ảnh khi bộ lọc nguồn không đảm bảo chất lượng, người ta truyền 25 ảnh/s đối với những nơi sử dụng nguồn điện tần số 50Hz, và 30 ảnh/s đối với những nơi sử dụng nguồn điện tần số 60Hz
Để loại trừ hiện tượng chớp sáng, người ta sử dụng phương pháp quét xen kẽ. Phương pháp quét xen kẽ giống phương pháp quét liên tục ở chỗ dòng điện tử cũng quét từ trên xuống dưới, từ trái qua phải và các dòng quét ngược cũng được xóa. Điểm khác cơ bản ở đây là người ta chia mỗi ảnh thành hai nửa ảnh (2 mành) và thực hiện theo nguyên lý: Mỗi ảnh được truyền đi bằng cách quét hai lượt, lượt thứ nhất quét các dòng lẻ (1, 3, 5,…) gọi là mành lẻ, lượt thứ hai quét các dòng chẵn (2, 4, 6,…) gọi là mành chẵn, hoặc ngược lại. Mỗi mành là một nửa ảnh, mang một nửa tin tức của ảnh. Nếu mỗi ảnh có z dòng thì mỗi mành có z/2 dòng.
Hình 3.3 Phương pháp quét xen kẽ
Trong hệ thống truyền hình OIRT và CCIR mỗi giây truyền đi 50 mành, trong đó có 25 mành chẵn và 25 mành lẻ.
Trong phương pháp quét xen kẽ thì số dòng của mỗi ảnh phải là số lẻ: z = 2m+1; m là số nguyên bất kỳ. Mỗi mành sẽ có (m + ½) dòng, nếu ký hiệu tần số dòng là fh, tần số mành là fv thì ta có:
v
h m f
Ví dụ: Đối với hệ truyền hình CCIR và OIRT số dòng quét là 625, việc chuyển đổi từ mành lẻ sang mành chẵn xảy ra tại thời điểm nửa đầu của dòng cuối cùng mành thứ nhất. Tần số mành là 50Hz, do đó tần số dòng là: fv = (625/2)x50 = 15625Hz.
Chu kỳ 1 mành: Tv = 1/fv = 64us
Chu kỳ 1 dòng là: Th = 1/fh = 20ms.