Аппаратное обеспечение компьютерной графики

  Растровая развёртка

Электронный луч проходит весь экран по строкам. Возможны два варианта:

• 1—2—3—4—5—… (построчная развёртка);
• Прогресси́вная развёртка - метод отображения, передачи или хранения движущихся изображений, в котором все строки каждого кадра отображаются последовательно.
• Такой способ развёртки отличается от чересстрочной развёртки, используемой в традиционном телевидении, где сначала передаются все нечётные, а затем все чётные строки (часть изображения, состоящую из чётных или нечётных строк, называют полукадрами или полями).
• 1—3—5—7—…, затем 2—4—6—8—… (чересстрочная развёртка).
• Чересстрочная развёртка — метод отображения, передачи или хранения изображений (как правило, движущихся), при котором каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), составленные из строк, выбранных через одну.
• Альтернативный вариант развёртки — прогрессивная развёртка.
• Чересстрочная развёртка применяется, в тех или иных случаях, для ускорения вывода изображений при ограниченной полосе пропускания (в аналоговой) или ширине канала (в цифровой технике). В видеосигнале, при сохранении количества строк изображения, применение чересстрочной развёртки в 2 раза повышает кадровую частоту по сравнению с прогрессивной.

 

Векторная развёртка

Электронный луч проходит вдоль линий изображения.

См. также: Vectrex — единственная игровая консоль с векторной развёрткой.

Vectrex — 8-разрядная игровая консоль, разработанная General Consumer Electric (GCE), позже купленная Milton Bradley Company. «Vectrex» уникальна тем, что это единственная игровая система, использующая векторный графический монитор; ни одна другая система ни до, ни после неё, не использовала подобную конфигурацию. «Vertex» продавалась потребителям с 1982 года по цене в 199 долл.; продажи устройства прекратились в 1984, во время спада на рынке игровых консолей.

В отличие от других игровых консолей, подключаемых к бытовому телевизору для передачи растрового изображения (т.е. игровых приставок), «Vectrex» имел свой встроенный монитор, изображающий векторную графику. Монитор был монохромным, но на экран накладывась полупрозрачная раскрашенная плёнка, своя для каждой игры, что давало иллюзию цвета, а также уменьшало эффект от мерцания изображения, присущий векторным мониторам.

В систему была встроена одна игра — «Mine Storm» (некоторое подобие  классической аркадной игры Asteroids), другие игры поставлялись на картриджах.

Развёртка на экране радара

Электронный луч проходит вдоль радиусов экрана. Служебная информация (карта, надписи) дополнительно развёртывается растровым или векторным способом.

Телевизионный растр, построчная развёртка

Телевизионный растр, чересстрочная  развёртка

Векторный способ развёртки  изображения

 

Цветные кинескопы

Устройство цветного кинескопа. 1 —Электронные пушки. 2 — Электронные лучи. 3 —  Фокусирующая катушка. 4 — Отклоняющие  катушки. 5 — Анод. 6 — Маска, благодаря  которой красный луч попадает на красный люминофор, и т.д. 7 — Красные, зелёные и синие зёрна люминофора. 8 - Маска и зёрна люминофора (увеличенно).

Цветной кинескоп отличается от чёрно-белого тем, что в нём  три пушки — «красная», «зелёная» и «синяя» (1). Соответственно, на экран 7 нанесены в некотором порядке три вида люминофора — красный, зелёный и синий (8).

На красный люминофор  попадает только луч от красной пушки, на зелёный — только от зелёной, и т. д. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решётка, именуемая маской (6). Маска делается из инвара — сорта стали с небольшим коэффициентом температурного расширения.

 

Типы масок

Существует два типа масок:

• собственно теневая маска. Бывает двух видов:
• Теневая маска для кинескопов с дельтаобразным расположением электронных пушек. Часто, особенно в переводной литературе, упоминается как теневая решётка (встречается в кинескопах большинства производителей);
• Теневая маска для кинескопов с планарным расположением электронных пушек. Известна также, как щелевая решётка (LG Flatron).
• апертурная решётка (Sony Trinitron, Mitsubishi Diamondtron). Эта маска, в отличие от остальных видов, состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально;

Среди этих масок нет  явного лидера: теневая обеспечивает высокое качество линий, апертурная даёт более насыщенные цвета. Щелевая сочетает достоинства теневой и апертурной, но склонна к муарам.

Типы решёток, способы  замера шага на них

Чем меньше элементы люминофора, тем более высокое качество изображения  способна дать трубка. Показателем  качества изображения является шаг маски.

• Для теневой решётки шаг маски — расстояние между двумя ближайшими отверстиями маски (соответственно, расстояние между двумя ближайшими элементами люминофора одного цвета).
• Для апертурной и щелевой решётки шаг маски определяется как расстояние по горизонтали между щелями маски (соответственно, горизонтальное расстояние между вертикальными полосами люминофора одного цвета).

В современных ЭЛТ  шаг маски находится на уровне 0,25 мм.

 

Сведение лучей

Основная статья: Сведение лучей

Так как радиус кривизны экрана много больше расстояния от него до электронно-оптической системы  вплоть до бесконечности в плоских  кинескопах, а без применения специальных мер точка пересечения лучей цветного кинескопа находится на постоянном расстоянии от электронных пушек, необходимо добиться того, чтобы эта точка находилась точно на поверхности теневой маски, в противном случае образуется рассовмещение трёх цветовых составляющих изображения, увеличивающееся от центра экрана к краям. Чтобы этого не происходило, необходимо должным образом сместить электронные лучи. В кинескопах с дельтаобразным расположением пушек это делается специальной электромагнитной системой, управляемой отдельно устройством, которое в старых телевизорах была вынесена в отдельный блок — блок сведения — для периодических регулировок. В кинескопах с планарным расположением пушек регулировка производится при помощи специальных магнитов, расположенных на горловине кинескопа. Со временем, особенно у кинескопов с дельтаобразным расположением электронных пушек, сведение нарушается и нуждается в дополнительной регулировке. Большинство компаний по ремонту компьютеров предлагают услугу повторного сведения лучей монитора.

 

Размагничивание

Необходимо в цветных  кинескопах для снятия влияющей на качество изображения остаточной или случайной намагниченности теневой маски и электростатического экрана. Размагничивание происходит благодаря возникновению в так называемой петле размагничивания — кольцеобразной гибкой катушке большого диаметра, расположенной на поверхности кинескопа — импульса быстропеременного затухающего магнитного поля.

 

Применение

Кинескопы используются в системах растрового формирования изображения: различного рода телевизорах, мониторах, видеосистемах. Осциллографические ЭЛТ наиболее часто используются в системах отображения функциональных зависимостей: осциллографах, вобулоскопах, также в качестве устройства отображения на радиолокационных станциях, в устройствах специального назначения; в советские годы использовались и в качестве наглядных пособий при изучении устройства электроннолучевых приборов в целом. Знакопечатающие ЭЛТ используются в различной аппаратуре специального назначения.

 

Обозначение и маркировка

Обозначение отечественных  ЭЛТ состоит из четырёх элементов:

• Первый элемент: число, указывающее диагональ прямоугольного либо диаметр круглого экрана в сантиметрах
• Второй элемент: ЛК — кинескоп, ЛО — трубка осциллографическая
• Третий элемент: число, указывающие номер модели данной трубки с данной диагональю
• Четвёртый элемент: буква, указывающая тип покрытия экрана: Ц — мозаичный цветной, Б — белого свечения, И — зелёного свечения.

В особых случаях к  обозначению может добавляться  пятый элемент, несущий дополнительную информацию.

Пример: 50ЛК2Б — чёрно-белый кинескоп с диагональю экрана 50 см, вторая модель, 3ЛО1И — осциллографическая трубка с диаметром экрана зелёного свечения 3 см, первая модель.

 

Воздействие на здоровье

 

Монитор Mitsubishi Diamond Pro 750SB (1024x768, 100 Гц), снятый с выдержкой 1/1000 с. Яркость искусственно завышена; показана реальная яркость изображения в разных точках экрана.

Луч ЭЛТ-монитора, формируя изображение на экране, заставляет светиться частицы люминофора. До момента формирования следующего кадра эти частицы успевают погаснуть, поэтому можно наблюдать «мерцание экрана». Чем выше частота смены кадров, тем менее заметно мерцание. Низкая частота ведет к усталости глаз и наносит вред здоровью.

У большинства телевизоров на базе электронно-лучевой трубки ежесекундно сменяется 25 кадров, что с учётом чересстрочной развёртки составляет 50 растров в секунду (Гц). В современных моделях телевизоров эта частота искусственно завышается до 100 герц. При работе за экраном монитора мерцание чувствуется сильнее, так как при этом расстояние от глаз до кинескопа намного меньше, чем при просмотре телевизора. Минимальной рекомендуемой частотой обновления экрана монитора является частота не менее 85 герц. Ранние модели мониторов не позволяют работать с частотой развёртки более 70—75 Гц. Мерцание ЭЛТ явно можно наблюдать боковым зрением.

 

Нечёткое изображение

 

Высокое напряжение

В работе ЭЛТ применяется высокое напряжение. Остаточное напряжение в сотни вольт, если не принимать никаких мер, может задерживаться на ЭЛТ и схемах «обвязки» неделями. Поэтому в схемы добавляют разряжающие резисторы, которые делают телевизор вполне безопасным уже через несколько минут после выключения.

Вопреки распространённому мнению, анодом ЭЛТ нельзя убить человека из-за небольшой мощности преобразователя  напряжения — будет лишь ощутимый удар. Однако, напряжения и токи в  отклоняющих и питающих схемах вполне способны убить человека.

 

Ядовитые вещества

Любая электроника (в  том числе ЭЛТ) содержит вещества, вредные для здоровья и окружающей среды. В числе их: свинцовое стекло, соединения бария в катодах, люминофоры.

Использованные ЭЛТ в большинстве стран считаются опасным мусором, и подлежат вторичной переработке или захоронению на отдельных полигонах.

 

] Взрыв ЭЛТ

Поскольку внутри ЭЛТ  вакуум, за счёт давления воздуха на один только экран 17-дюймового монитора приходится нагрузка около 800 кГ — вес легкового автомобиля. Из-за особенностей конструкции давление на экран и конус ЭЛТ является положительным, а на боковую часть экрана — отрицательным, что вызывает опасность взрыва. При работе с ранними моделями кинескопов правила техники безопасности требовали использования защитных рукавиц, маски и очков. Перед экраном кинескопа в телевизоре устанавливался стеклянный защитный экран, а по краям — металлическая защитная маска.

Начиная со второй половины 60-х годов  опасная часть кинескопа прикрывается специальным металлическим взрывозащитным бандажом, выполненным в виде цельнометаллической штампованной конструкции либо намотанной в несколько слоёв ленты. Такой бандаж исключает возможность самопроизвольного взрыва. В некоторых моделях кинескопов дополнительно использовалась защитная плёнка, покрывавшая экран.

Несмотря на применение защитных систем, не исключается поражение людей  осколками при умышленном разбивании кинескопа. В связи с этим при уничтожении последнего для безопасности предварительно разбивают штенгель — технологическую стеклянную трубку в торце горловины под пластмассовым цоколем, через которую при производстве осуществляется откачка воздуха.

Малогабаритные ЭЛТ и кинескопы  с диаметром или диагональю экрана до 15 см опасности не представляют и  взрывозащитными приспособлениями не оснащаются.

Жк-мониторы

Жидкокристаллический  монитор, (дисплей) – плоский монитор на основе жидких кристаллов.

Синонимы: ЖК-монитор, LCD (англ. liquid crystal display), плоский индикатор, плоский дисплей.

LCD TFT (англ. TFT - thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — одно из названий жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Назначение ЖК-монитора

Жидкокристаллический  монитор предназначен для отображения  графической информации с компьютера, TV-приёмника, цифрового фотоаппарата и пр.

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад. На сегодняшний день (2007) в большинстве настольных мониторах на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, и во всех дисплеях ноутбуков используется 18-битный цвет(6 бит на канал). Эффект полноцветного изображения достигается путём быстрого мерцания пикселов.

Устройство ЖК-монитора

 

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Каждый пиксел ЖК-дисплея  состоит из слоя молекул между  двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых(как правило) перпендикулярны. В отсутствии жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной  ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствии напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него он проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремяться выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки(непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, т.к. растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.