Дипломна робота

зображення в трьох основних кольорах — RGB (образ композитного сигналу). Якщо використовується восьмирозрядний АЦП, що підтримує 256 відтінків для одного кольору,

то кожній крапці зображення ставиться у відповідність один з 16,7 мільйона можливих кольлорів (24 розряду). Сканери, що використовують подібний принцип дії,

випускаються, наприклад, фірмою Microtek.

Рис.1.18 Блок-схема кольорового сканера з обертовим RGB-фільтром.

Найбільш істотним недоліком описаного вище методу є збільшення часу сканування в три рази. Проблему може представляти також «вирівнювання» пікселов при кожному із трьох проходів, тому що в противному випадку можливе розмивання відтінків

і«змазування» кольорів.

Усканерах японських фірм Epson і Sharp, як правило, замість одного джерела світла використовується три, для кожного кольору окремо. Це дозволяє сканувати зображення усього за один прохід і виключає невірне «вирівнювання» пікселов.

Складності цього методу полягають звичайно в підборі джерел світла зі стабільними характеристиками. Принцип дії кольорових сканерів фірми Hewlett Packard трохи інший.

Джерело білого світла висвітлює скановане зображення, а відбите світло через лінзу, що попадає на трьох смужкову ПЗС через систему спеціальних фільтрів, ці фільтри розділяють біле світло на три компоненти: червоний, зелений і синій. Фізика роботи подібних фільтрів зв'язана з явищем дихроїзма, що полягає в різному фарбуванні одноосьових кристалів у минаючому білому світлі в залежності від положення оптичної осі. У розглянутому випадку фільтрація здійснюється парою таких фільтрів, із двох тонких і одного більш товстого шару кристалів. Один шар першого фільтра відбиває синє світло, але пропускає зелений і червоний. Другий шар відбиває зелене світло і пропускає червоний, котрий відбивається тільки від третього шару. В другому фільтрі, навпаки, від першого шару відбивається червоне світло, від другого — зелений, а від третього — синій. Після системи фільтрів розділене червоне, зелене і синє світло попадає на власну

42

смугу ПЗС, кожен елемент якого має розмір близько 8 мкм. Подальша обробка сигналів кольорів практично не відрізняється від звичайної.

1.4.11 Апаратні інтерфейси сканерів

Для зв'язку з комп'ютером сканери можуть використовувати спеціальну 8- чи 16-

розрядну інтерфейсну плату, що вставляється у відповідний слот розширення. Для портативних комп'ютерів підходить пристрій PC Card. Крім того, у даний час достатнє широке поширення одержали стандартні інтерфейси, застосовувані в IBM PC-сумісних комп'ютерах (послідовний і рівнобіжний порти, а також інтерфейс SCSI). Варто відзначити, що у випадку стандартного інтерфейсу в користувача не виникає проблем з поділом системних ресурсів: портів уведення-висновку, переривань IRQ і каналів прямого доступу DMA.

По зрозумілих причинах найбільш повільна передача даних здійснюється через послідовний порт (RS-232C). Саме тому в ряді останніх ручних чи комбінованих моделей сканерів для зв'язку з комп'ютером застосовується стандартний рівнобіжний порт. Це дуже зручно, наприклад, при роботі з портативним комп'ютером.

1.4.12 Програмні інтерфейси і TWAIN

Для керування роботою необхідна відповідна програма — драйвер. У цьому випадку керування йде не на рівні "заліза" функції крапки входу драйвера. Донедавна кожен драйвер для сканера мав свій власний інтерфейс. Це було достатньо незручно,

оскільки для кожної моделі сканера була потрібна своя прикладна програма. Логічно було б навпаки, якби з однією прикладною програмою могли працювати кілька моделей сканерів. Це стало можливим завдяки TWAIN.

TWAIN — це стандарт, відповідно до якого здійснюється обмін даними між прикладною програмою і зовнішнім пристроєм. Нагадаємо, що консорціум TWAIN був організований за участю представників компаній Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett Packard & Logitech. Основною метою створення TWAIN-специфікації було рішення проблеми сумісності, тобто легкого об'єднання різних пристроїв уведення з будь-яким програмним забезпеченням. Конкретизуючи, можна виділити кілька основних питань:

по-перше, підтримку різних платформ комп'ютерів; по-друге, підтримку різних

пристроїв, включаючи різноманітні сканери і пристрої введення відео; по-третє, 43

можливість роботи з різними формату даних. Завдяки використанню TWAIN-інтерфейсу можна вводити зображення одночасне з роботою в прикладній програмі, що підтримує

TWAIN, наприклад CorelDraw, Picture Publisher, PhotoFinish. Таким чином, будь-яка

TWAIN -сумісна програма буде працювати з TWAIN-сумісним сканером. На закінчення варто відзначити, що образи зображень у комп'ютері можуть зберігатися в графічних файлах різних форматів, наприклад TIFF, РСХ, ВМР, GIF і інших.

Як правило, всі широко розповсюджені сучасні монітори, по схемі формування зображення, діляться на два типи:

на основі електронно-променевої трубки (ЕПТ, або CRT);

на основі рідких кристалів (РК-панель, LCD-панель).

ЕПТ - монітори дуже схожі на телевізори. У них той же принцип формування сигналу - спрямований електронний пучок викликає світіння крапок на екрані. Цей тип моніторів дозволяє створення зображення з максимальною контрастністю, яскравістю і кольоровістю. Їх недоліки - високе споживання електроенергії і завдає шкоду здоров'ю.

РК - монітори формують зображення за рахунок того, що певні точки екрана стають прозорими або непрозорими в залежності від електричного поля. Оскільки рідкокристалічні не світяться, і тому їм потрібне постійне підсвічування

Переваги: мають мале споживання енергії, зображення на них приємно очам,

відсутня радіаційне випромінювання монітора.

Недоліки: мала контрастність зображення і малішвидкості регенерації (відновлення зображення) екрана. Наступним важливим властивістю монітора є розмір його екрана. Як правило, чим більше екран, тим з більшим дозволом можна на ньому працювати. Але при цьому непропорційно високо зростає його ціна і збільшується необхідне місце для монітора на столі. За розміри монітора вважають розмір його екрана по діагоналі. Для

44

ЕПТ стандартними є розміри 14, 15, 17, 19, 21, 23, 24 дюйма. Для РК - моніторів - 13, 14, 15, 17, 19 дюймів.

Будь-який комп'ютер неминуче приносить шкодить здоров'ю. Одним з найбільш небезпечних компонентів комп'ютера є монітор. Найбільш шкідливими є ЕПТ - монітори.

Перш за все, за рахунок рентгенівського випромінювання, що виникає через гальмування електронів в трубці, і паразитного ультрафіолетового випромінювання монітора.Через це на очах людини позначається нерівномірнаяскравість екрану, нечіткість зображення і опуклість екрану (ведуча до астигматизму). Першим рішенням, яке хоч якось послаблювало шкоду від моніторів, стало застосування захисного екрана на монітор. Він збільшував контрастність зображення, усував сонячні відблиски, захищав від ультрафіолету.Проте його захист все одно було недостатньо.У зв'язку з цим стали випускатися монітори, що підтримують різні ергономічні стандарти. Першим таким стандартом був шведський стандарт MPR-II. Потім за стандартизацію взялися міжнародні організації, і з'явилися стандарти TCO'92, TCO'95 і TCO'99. Вже для моніторів, які відповідають стандарту TCO'92, не було потрібно захисного екрана.

Стандарт ж TCO'99 гарантує не заподіяння шкоди здоров'ю при 8-ми годинний роботі за екраном монітора, що задовольняє даному стандарту. На відміну від ЕЛТ - моніторів РК -

монітори набагато менше приносять шкоди здоров'ю, через відсутність деяких фізичних процесів притаманних ЕПТ - моніторам.

Основні параметри та характеристики монітора

Фізичні

Розмір робочої області екрана Розмір екрана - це розмір по діагоналі від одного кута екрану до іншого.

Виробники моніторів на додаток до фізичних розмірів кінескопів також надають відомості про розміри видимої частини екрану. Фізичний розмір кінескопа - це зовнішній розмір трубки. Оскільки кінескоп укладений у пластмасовий корпус, видимий розмір екрану трохи менше його фізичного розміру. Наприклад, для 14 дюймової моделі

(теоретична довжина діагоналі 35,56 см) корисний розмір діагоналі дорівнює 33,3 - 33,8

см залежно від конкретної моделі, а фактична довжина діагоналі 21-дюймових пристроїв

(53,34 см) становить від 49,7 до 51 см.

45

Радіус кривизни екрана ЕПТ Сучасні кінескопи за формою екрану діляться на три типи: сферичний,

циліндричний і плоский. У сферичних екранів поверхня опукла і всі пікселі (точки)

знаходяться на рівній відстані від електронної гармати. Такі ЕПТ не дорогі, але зображення, що виводиться на них, не дуже високої якості. В даний час застосовуються лише в найдешевших моніторах.

Циліндричний екран є сектор циліндра: плоский по вертикалі і закруглений по горизонталі. Перевага такого екрана є велика яскравість в порівнянні із звичайними пласкими екранами моніторів і меншу кількість відблисків на екрані.

Плоскі екрани (Flat Square Tube) - найбільш перспективні. Встановлюються у найдосконаліших моделях моніторів. Деякі кінескопи цього типу насправді не є плоскими - але через дуже великого радіуса кривизна (80 м - по вертикалі, 50 м - по горизонталі) вони виглядають дійсно плоскими наприклад кінескоп FD Trinitron компанії

Sony (Рис.1.19)

Рис.1.19монітор FD Trinitron компанії Sony

Екранне покриття

Важливим параметром кінескопа є відображення і захисні властивості його поверхні. Якщо поверхня екрану ніяк не оброблена, то він буде відображати всі предмети, що знаходяться за спиною користувача, а також його самого. Крім того, потік вторинного випромінювання, що виникає при попаданні електронів на люмінофор, може негативно впливати на здоров'я людини.

46

Найбільш поширеним і доступним видом обробки екрана є покриття діоксидом кремнію. Ця хімічна сполука впроваджується в поверхню екрана тонким шаром. Якщо помістити оброблений діоксидом кремнію екран під мікроскоп, то можна побачити шорстку, нерівну поверхню, яка відображає світлові промені від поверхні під різними кутами, усуваючи відблиски на екрані. Спеціальне покриття допомагає без напруги сприймати інформацію з екрана, полегшуючи цей процес навіть при хорошому освітленні. Деякі виробники кінескопів додають в покриття також хімічні сполуки, які виконують функції антистатиків. У найбільш передових засобах обробки екрану для поліпшення якості зображення використовуються багатошарові покриття з різних видів хімічних сполук. Покриття має відображати від екрану тільки зовнішній світ. Воно не повинно надавати ніякого впливу на яскравість екрану і чіткість зображення, що досягається при оптимальній кількості діоксиду кремнію, використовуваного для обробки екрана.

Частотні

Частота вертикальної розгортки Значення частоти горизонтальної розгортки монітора показує, яке граничне число

горизонтальних рядків на екрані монітора може прокреслити електронний промінь за одну секунду. Відповідно, чим вище це значення тим вище дозвіл може підтримувати монітор при прийнятній кількістю кадрів. Гранична частота рядків є критичним параметром при розробці РК монітора.

Частота горизонтальної розгортки

Це параметр, що визначає, як часто зображення на екрані заново перемальовується.

Частота горизонтальної розгортки в Гц.У випадку з традиційними РК моніторами час світіння люмінофорних елементів дуже мало, тому електронний промінь повинен проходити через кожен елемент люмінофорного шару досить часто, щоб не було помітно мерехтіння зображення. Якщо частота такого обходу екрана стає менше 70 Гц, то інерційності зорового сприйняття буде недостатньо для того, щоб зображення не мерехтіло. Чим вище частота регенерації, тим більш стійким виглядає зображення на екрані. Мерехтіння зображення призводить до стомлення очей, головних болів і навіть до погіршення зору. Зауважимо, що чим більше екран монітора, тим більше помітно

47

мерехтіння, особливо периферійним (бічних) зором, тому що кут огляду зображення збільшується.

Оптичні

Крок точок

Крок точок - це діагональна відстань між двома точками люмінофора одного кольору. Наприклад, діагональна відстань від точки люмінофора червоного кольору до сусідньої точки люмінофора того ж кольору. Цей розмір виражається у міліметрах. В

кінескопах з гратами використовується поняття кроку смуг для вимірювання горизонтальної відстані між смугами люмінофора одного кольору. Чим менше крок точки чи крок смуги, тим краще монітор: зображення виглядають більш чіткими і різкими,

контури і лінії виходять рівними й витонченими.Дуже часто розмір струни на периферії більше, ніж у центрі екрану. Тоді виробники вказують обидва розміри.

Допустимі кути огляду

Для РК-моніторів це критичний параметр, оскільки не у всякого плоскопанельного дисплея кут огляду такого ж, як у стандартного монітора ЕЛТ. Проблеми пов'язані з недостатнім кутом огляду, довгий час стримували поширення РК-дисплеїв. Оскільки світло від задньої стінки дисплейної панелі проходить через поляризаційні фільтри, рідкі кристали і орієнтують шари, то з монітора він виходить більшою частиною вертикально орієнтованим. Якщо подивитися на звичайний плоский монітор збоку, то або зображення взагалі не видно, чи все-таки його можна побачити, але з перекрученими квітами. У

стандартному TFT-дисплеї з молекулами кристалів, орієнтованими не строго перпендикулярно підкладці, кут огляду обмежується 40 градусами по вертикалі і 90

градусами по горизонталі. Контрастність і колір варіюються при зміні кута, під яким користувач дивиться на екран. Ця проблема стала набувати все більшої актуальності в міру збільшення розмірів РК-дисплеїв і кількості відображуваних ними квітів. Для банківських терміналів це властивість, звичайно, дуже цінно (так як забезпечує додаткову безпеку), але звичайним користувачам приносить незручності. На щастя, виробники вже почали застосовувати покращені технології, що розширюють кут огляду. Вони дозволяють розширити кут огляду до 160 градусів і вище, що відповідає характеристикам ЕПТ-моніторів. Максимальним кутом огляду вважається той, де величина контрастності

48

падає до співвідношення 10:1 порівняно з ідеальною величиною (вимірюваною в точці,

безпосередньо розташованої надповерхнею дисплея).

Мертві точки

Їх поява характерно для РК-моніторів. Це викликано дефектами транзисторів, а на екрані такі непрацюючі пікселі виглядають як випадково розкидані кольорові плями.

Оскільки транзистор не працює, то така точка небудь завжди чорна, або завжди світиться.

Ефект псування зображення посилюється, якщо не працюють цілі групи точок або навіть області дисплея. На жаль, не існує стандарту, що задає максимально допустиму кількість непрацюючих точок або їх груп на дисплеї. У кожного виробника є свої нормативи.

Зазвичай 3-5 непрацюючих точок вважається нормою. Покупці повинні перевіряти цей параметр при отриманні комп'ютера, оскільки подібні дефекти не вважаються заводським шлюбом і в ремонт не приймаються.

Підтримувані дозволу

Максимальний дозвіл, підтримуване монітором, є одним з ключових параметрів монітора, його вказує кожен виробник. Дозвіл позначає кількість відображуваних елементів на екрані (точок) по горизонталі й вертикалі, наприклад: 1024x768. Фізичний дозвіл залежить в основному від розміру екрану і діаметра точок екрана (зерна)

електронно-променевої трубки екрана (для сучасних моніторів - 0.28-0.25). Відповідно,

чим більше екран і чим менше діаметр зерна, тим вище дозвіл. Максимальна роздільна здатність звичайно перевершує фізичне дозвіл електронно-променевої трубки монітора.

Функціональні

Конструкція корпусу і підставки

Конструкція монітора повинна забезпечувати можливість фронтального спостереження екрана шляхом повороту корпуса в горизонтальній площині навколо вертикальної осі в межах ± 30 і у вертикальній площині навколо горизонтальної осі в межах ± 30 з фіксацією в заданому положенні.Дизайн моніторів повинен передбачати фарбування в спокійні м'які тони з дифузійним розсіюванням світла. Корпус монітора повинен мати матову поверхню одного кольору з коефіцієнтом відображення 0,4 - 0,6 і не мати блискучих деталей, здатних створювати відблиски.

49

Спосіб підключення монітора до комп'ютера Існує два способи підключення монітора до комп'ютера: сигнальний (аналоговий) і

цифровий.

Монітора необхідно підведення відеосигналів, несучих інформацію, що відображається на екрані. Кольоровому монітора потрібно три сигналу, що кодують колір

(RGB), і два сигналу синхронізації (вертикальної і горизонтальної розгортки). Для підключення монітора до комп'ютера використовують сигнальні (аналогові) кабелі різних типів. З боку комп'ютера такий кабель в більшості випадків має трьохрядовий роз'єм

DB15 / 9, який ще називають VGA-роз'ємом. Цей роз'єм використовується в більшості

IBM-сумісних комп'ютерів. Комп'ютери Macintosh виробництва компанії Apple

використовують інший з'єднувач - дворядний DB15. Крім того, існують спеціальні коаксіальні кабелі.

Деякі монітори для зручності мають два перемикаються вхідних інтерфейсу: DB15 / 9 і BNC. Маючи два комп'ютери, можна один монітор використовувати для роботи з двома комп'ютерами (природно не одночасно).

Крім сигнального з'єднання можливе з'єднання монітора з комп'ютером через цифровий інтерфейс, що дозволяє управляти монітором з комп'ютера: калібрувати його внутрішні ланцюги, налаштовувати геометричні параметри зображення і т.п. в якості цифрового інтерфейсу найбільш часто застосовується роз'єм RC-232C.

Засоби управління і регулювання Під управлінням розуміють підстроювання таких параметрів, як яскравість,

геометрія зображення на екрані. Існують два типи систем управління і регулювання монітора: аналогові (ручки, движки, потенціометри) і цифрові (кнопки, екранне меню,

цифрове управління через комп'ютер).Аналогове управління використовується у дешевих моніторах і дозволяє безпосередньо змінювати електричні параметри у вузлах монітора.

Як правило, при аналоговому управлінні користувач має можливість налаштовувати тільки яскравість і контраст. Цифрове управління забезпечує передачу даних від користувача до мікропроцесора, керуючому роботою всіх вузлів монітора.

Мікропроцесор на підставі цих даних робитьвідповідні корекції форми і величини напружень у відповідних аналогових вузлах монітора. У сучасних моніторах

50

використовується тільки цифрове управління, хоча кількість контрольованих параметрів залежить від класу монітора і варіюється від декількох простих параметрів (яскравість,

контраст, примітивна підстроювання геометрії зображення) до сверхрасшіренного набору

(25 - 40 параметрів) забезпечують точні налаштування.

Узагальнена структура і особливості функціонування моніторів

1.4.14 CRT - монітори

Сьогодні найпоширеніший тип моніторів - це CRT (Cathode Ray Tube) монітори. Як видно з назви, в основі всіх подібних моніторів лежить катодно-променева трубка, але це дослівний переклад, технічно правильно говорити електронно-променева трубка (ЕПТ).

Іноді CRT розшифровується і як Cathode Ray Terminal, що відповідає вже не самій трубці,

а пристрою, на ній заснованого.

Використовувана в цьому типі моніторів технологія була розроблена німецьким ученим Фердинандом Брауном у 1897р. і спочатку створювалася як спеціальний інструмент для вимірювання змінного струму, тобто для осцилографа.

Найважливішим елементом монітора є кінескоп, званий також електронно-

променевою трубкою. Кінескоп складається з герметичної скляної трубки, усередині якої знаходиться вакуум, тобто все повітря видалено. Один з кінців трубки вузький і довгий -

це горловина, а інший - широкий і досить плоский - це екран. З фронтального боку внутрішня частина скла трубки покрита люмінофором (luminophor). В якості люмінофорів для кольорових ЕПТ використовуються досить складні склади на основі рідкісноземельних металів - ітрій, ербію і т.п. Люмінофор - це речовина, яка випромінює світло при бомбардуванні його зарядженими частинками. Зауважимо, що іноді люмінофор називають фосфором, але це не вірно, тому що люмінофор, який використовується в покритті ЕПТ, нічого не має спільного з фосфором. Більш того,

фосфор "світиться" в результаті взаємодії з киснем повітря при окисленні до P2O5 та

"світіння" відбувається невелика кількість.

Для створення зображення в ЕПТ-моніторі використовується електронна гармата,

звідки під дією сильного електростатичного поля виходить потік електронів. Крізь металеву маску або решітку вони потрапляють на внутрішню поверхню скляного екрана монітора, яка покрита різнокольоровими люмінофорним точками.

51