Растровое сканирование

редактировать
Образец отображения растрового сканирования

A растровое сканирование или растровое сканирование, прямоугольное схема захвата и реконструкции изображения на телевидении. По аналогии, этот термин используется для растровой графики, шаблона хранения и передачи изображения, используемого в большинстве компьютерных растровых систем изображения. Слово растр происходит от латинского слова rastrum (грабли), которое происходит от radere (царапать); см. также rastrum, инструмент для рисования музыкальных нотных линий. Узор, оставленный линиями граблей, если их нарисовать прямо, напоминает параллельные линии растра: это построчное сканирование и есть то, что создает растр. Это систематический процесс постепенного покрытия площади, по одной строке за раз. Хотя часто намного быстрее, это похоже на то, как перемещается взгляд при чтении строк текста.

Содержание

  • 1 Описание
    • 1.1 Линии сканирования
    • 1.2 Шаблон сканирования
    • 1.3 Принтеры
    • 1.4 Шрифты
  • 2 Синхронизация видео
  • 3 Восприятие
  • 4 Теория и история
    • 4.1 Чересстрочная развертка
    • 4.2 Радар
  • 5 Телевидение
    • 5.1 Компоненты ЭЛТ
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки

Описание

Строки развертки

При растровом сканировании изображение подразделяется на последовательность (обычно горизонтальных) полос, известных как «линии сканирования». Каждая строка развертки может быть передана в виде аналогового сигнала, когда он считывается с видеоисточника, как в телевизионных системах, или может быть дополнительно разделена на дискретные пиксели для обработки в компьютерная система. Такой порядок пикселей по строкам известен как порядок растра или порядок сканирования растра. Аналоговое телевидение имеет дискретные линии развертки (дискретное разрешение по вертикали), но не имеет дискретных пикселей (разрешение по горизонтали) - вместо этого оно непрерывно изменяет сигнал по строке развертки. Таким образом, хотя количество строк развертки (разрешение по вертикали) однозначно определено, разрешение по горизонтали является более приблизительным, в зависимости от того, насколько быстро сигнал может изменяться по ходу строки развертки.

Шаблон сканирования

Положение луча (развертка) примерно соответствует пилообразной волне.

При растровом сканировании луч перемещается по горизонтали слева направо с постоянной скоростью, затем быстро пропускается перемещается обратно влево, где снова включается и сметает следующую строку. В течение этого времени положение по вертикали также неуклонно увеличивается (вниз), но гораздо медленнее - есть один проход по вертикали на кадр изображения, но один проход по горизонтали на строку разрешения. Таким образом, каждая линия развертки имеет небольшой наклон «вниз» (в сторону правого нижнего угла) с наклоном приблизительно –1 / горизонтальное разрешение, в то время как развертка назад влево (обратный ход) значительно быстрее, чем прямое сканирование, и по существу горизонтально. Результирующий наклон линий сканирования очень мал, и на самом деле он затмевается выпуклостью экрана и другими небольшими геометрическими дефектами.

Существует заблуждение, что после завершения строки развертки экран ЭЛТ на самом деле внезапно перескакивает изнутри, по аналогии с подачей бумаги на пишущей машинке или принтере или подачей строки перед созданием следующей строки развертки. Как обсуждалось выше, этого не происходит в точности: вертикальная развертка продолжается с постоянной скоростью по линии сканирования, создавая небольшой наклон. Выполняется развертка с постоянной скоростью вместо ступенчатого продвижения каждого ряда, потому что шаги сложно реализовать технически, а с постоянной скоростью намного проще. Результирующий наклон компенсируется в большинстве ЭЛТ регулировками наклона и параллелограмма, которые приводят к небольшому вертикальному отклонению при прохождении луча по экрану. При правильной настройке это отклонение точно компенсирует нисходящий наклон линий развертки. Горизонтальный обратный ход, в свою очередь, плавно наклоняется вниз по мере устранения отклонения наклона; нет скачка ни на одном конце ретрейса. Более подробно, сканирование ЭЛТ выполняется посредством магнитного отклонения, путем изменения тока в катушках отклоняющего ярма . Для быстрого изменения отклонения (скачка) требуется, чтобы на ярмо был приложен скачок напряжения, а отклонение может реагировать только настолько быстро, насколько позволяют индуктивность и величина скачка. С точки зрения электроники индуктивность вертикальных обмоток отклоняющего ярма относительно высока, и, следовательно, ток в ярме и, следовательно, вертикальная часть отклоняющего магнитного поля может изменяться только медленно.

На самом деле всплески возникают как по горизонтали, так и по вертикали, и соответствующие интервал гашения по горизонтали и интервал гашения по вертикали дают токи отклонения время установления, чтобы вернуться к новому значению. Это происходит во время интервала гашения.

В электронике эти (обычно с постоянной скоростью) движения луча (ов) называются "свипированием", и цепи, которые создают токи для отклоняющего ярма (или напряжения для горизонтальных отклоняющих пластин в осциллографа) называются схемами развертки. Они создают пилообразную волну : плавное движение по экрану, затем обычно быстрое возвращение на другую сторону, и то же самое для вертикальной развертки.

Кроме того, ЭЛТ с широким углом отклонения нуждаются в горизонтальной развертке с током, который изменяется пропорционально быстрее по направлению к центру, потому что центр экрана находится ближе к отклоняющему стержню, чем края. Линейное изменение тока приведет к повороту лучей с постоянной скоростью по углу; это вызовет горизонтальное сжатие к центру.

Принтеры

Компьютерные принтеры создают свои изображения в основном путем растрового сканирования. В лазерных принтерах используется вращающееся многоугольное зеркало (или его оптический эквивалент) для сканирования по светочувствительному барабану, а движение бумаги обеспечивает другую ось сканирования. Учитывая типичное разрешение принтера, эффект "спуска" незначителен. Струйные принтеры имеют несколько сопел в своих печатающих головках, поэтому многие (от десятков до сотен) «строк сканирования» записываются вместе, и продвижение бумаги готовится к следующему пакету строк сканирования. Для преобразования векторных данных в форму, требуемую дисплеем или принтером, требуется процессор растровых изображений (RIP).

Шрифты

Компьютерный текст в основном создается из файлов шрифтов, которые описывают очертания каждого печатаемого символа или символа (глифа). (Меньшинство - это «битовые карты».) Эти контуры должны быть преобразованы в то, что фактически является маленькими растрами, по одному на символ, перед визуализацией (отображением или печатью) в виде текста, фактически объединяя их маленькие растры в растры для страницы.

Синхронизация видео

Подробно, каждая строка (горизонтальный кадр или HFrame) состоит из:

  • строки развертки, когда луч не заглушен и непрерывно движется вправо
  • переднее крыльцо, когда луч погашен и постоянно движется вправо
  • синхроимпульс, когда луч гасится, и быстро перемещается назад влево
  • заднее крыльцо, когда луч погашен, и снова неуклонно движется вправо.

Крышки и связанное с ними гашение должны обеспечивать время спада и время установления для перемещения луча обратно влево (уменьшение напряжения), а для звонка стихнуть. Вертикальный кадр (VFrame) состоит из точно таких же компонентов, но встречается только один раз для каждого кадра изображения, и это время значительно больше. Детали этих интервалов называются синхронизацией видео. См. подробности синхронизации видео для их диаграммы. Обычно они не видны конечным пользователям, но были видны в случае XFree86 Modelines, где пользователи XFree86 могли (а иногда и требовалось) вручную настраивать эти тайминги, особенно для достижения определенное разрешение или частота обновления.

Восприятие

Растровое сканирование на ЭЛТ производит впечатление устойчивого изображения из одной точки сканирования (одновременно рисуется только одна точка) с помощью нескольких технических и психологические процессы. Эти изображения затем производят впечатление движения во многом так же, как и пленка - достаточно высокая частота кадров неподвижных изображений создает впечатление движения - хотя растровые изображения различаются в некоторых отношениях, особенно в чересстрочной развертке.

Во-первых, из-за стойкости люминофора, даже если одновременно отображается только один «пиксель» (напомним, что на аналоговом дисплее «пиксель» нечетко определен, так как там не являются фиксированными горизонтальными делениями; скорее, есть «летающее пятно»), к тому времени, когда весь экран был окрашен, начальный пиксель все еще относительно освещен. Его яркость немного снизится, что может вызвать ощущение мерцания. Это одна из причин использования чересстрочной развертки - поскольку только каждая вторая линия рисуется в одном поле широковещательного видео, яркие вновь нарисованные линии, чередующиеся с несколько тусклыми более старыми нарисованными линиями, создают относительно более равномерное освещение.

Во-вторых, благодаря постоянству зрения просматриваемое изображение на мгновение сохраняется на сетчатке и воспринимается как относительно устойчивое. При соответствующем пороговом значении слияния мерцания эти пульсирующие пиксели выглядят устойчивыми.

Эти устойчивые на вид неподвижные изображения затем собираются вместе для создания движущегося изображения, аналогичного кинопроектору. Однако следует иметь в виду, что в кинопроекторах полное изображение проецируется сразу (не при растровой развертке) без чересстрочной развертки с частотой кадров 24 кадра в секунду. Напротив, чересстрочное видео с растровой разверткой создает изображение с 50 или 60 полями в секунду (поле - это каждая вторая строка, что соответствует частоте кадров 25 или 30 кадров в секунду), причем каждое поле рисуется по пикселю за раз., а не все изображение сразу. Оба они создают видео, но дают несколько разное восприятие или "ощущения".

Теория и история

В дисплее электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), когда электронные лучи не заглушены, горизонтальная отклоняющая составляющая магнитного поля, создаваемая отклонением ярмо заставляет лучи сканировать «вперед» слева направо с постоянной скоростью. Данные для последовательных пикселей поступают (с тактовой частотой пикселей) в цифро-аналоговые преобразователи для каждого из трех основных цветов. (Однако для современных плоских дисплеев пиксельные данные остаются цифровыми.) По мере прорисовки линии сканирования на правом краю дисплея все лучи гаснут, но магнитное поле продолжает увеличиваться по величине на короткое время. после гашения.

Чтобы прояснить возможную путаницу: что касается магнитных отклоняющих полей, если бы их не было, все лучи попадали бы на экран около центра. Чем дальше от центра, тем больше требуется напряженность поля. Поля одной полярности перемещают луч вверх и влево, а поля противоположной полярности - вниз и вправо. В некоторой точке около центра отклоняющее магнитное поле равно нулю. Таким образом, сканирование начинается по мере уменьшения поля. На полпути он проходит через ноль и снова плавно увеличивается, чтобы завершить сканирование.

После того, как на экране была создана одна линия и лучи погашены, магнитное поле достигает своего расчетного максимума. Относительно времени, необходимого для прямого сканирования, он затем относительно быстро возвращается к тому, что требуется для позиционирования луча за левым краем видимой (непрозрачной) области. Этот процесс происходит при отключении всех лучей и называется обратным ходом. На левом краю поле неуклонно уменьшается по величине, чтобы начать новое сканирование вперед, и вскоре после начала лучи становятся пустыми, чтобы начать новую видимую строку сканирования.

Аналогичный процесс происходит для вертикального сканирования, но с частотой обновления дисплея (обычно от 50 до 75 Гц). Полное поле начинается с полярности, которая помещает лучи за пределы верхней части видимой области, с максимальной вертикальной составляющей поля отклонения. После нескольких десятков горизонтальных сканирований (но с погашенными лучами) вертикальная составляющая непустого изображения в сочетании с горизонтальным непустым сканированием позволяет лучам показать первую строку сканирования. После того, как последняя строка развертки записана, вертикальная составляющая магнитного поля продолжает увеличиваться на несколько процентов от общей высоты до того, как произойдет обратный ход по вертикали. Вертикальный откат сравнительно медленный и происходит за время, необходимое для нескольких десятков горизонтальных сканирований. В аналоговых телевизорах с ЭЛТ установка максимальной яркости обычно делала вертикальный откат видимым на изображении в виде зигзагообразных линий.

В аналоговом ТВ изначально было слишком дорого создавать простое последовательное растровое сканирование только что описанного типа с достаточно быстрой частотой обновления и достаточным горизонтальным разрешением, хотя французская система с 819 строками имела лучшее разрешение, чем другие стандарты своего времени. Для получения немерцающего изображения аналоговое телевидение использовало вариант схемы кинопроекторов с движущимся изображением, в котором каждый кадр фильма показывается дважды или трижды. Для этого затвор закрывается и снова открывается, чтобы увеличить частоту мерцания, но не скорость обновления данных.

Чересстрочная развертка

Чтобы уменьшить мерцание, аналоговые телевизоры с ЭЛТ записывают только нечетные строки развертки при первом вертикальном сканировании; затем следуют строки с четными номерами, помещенные («чередующиеся») между строками с нечетными номерами. Это называется чересстрочной разверткой. (В этом случае позиционирование строк с четными номерами требует точного управления положением; в старых аналоговых телевизорах обрезка регулировки вертикальной фиксации приводила к правильному пространству строк развертки. При незначительной корректировке строки развертки будут отображаться парами с промежутками между ними.) Современные телевизоры высокой четкости используют форматы данных, такие как прогрессивная развертка на компьютерных мониторах (например, «1080p», 1080 строк, прогрессивная развертка) или чересстрочная развертка (например, «1080i»).

Радар

Растровое сканирование использовалось в радаре управления огнем (морские пушки), хотя обычно они представляли собой узкие прямоугольники. Они использовались попарно (по пеленгу и по высоте). На каждом дисплее одна ось имела угловое смещение от линии визирования, а другая - дальность. Возвращение радара сделало видео ярче. Поисковые и метеорологические радары имеют круглый дисплей (Индикатор планового положения, PPI), который покрывает круглый экран, но технически это не растр. Аналоговые PPI имеют развертки, которые движутся наружу от центра, а угол развертки соответствует повороту антенны, если вверх он находится на севере или в носовой части корабля.

Телевидение

Использование растрового сканирования на телевидении было предложено в 1880 году французским инженером Морисом Лебланом. Концепция растрового сканирования была заложена в оригинальном телевизионном патенте на механическое сканирование диска, выданном Полом Нипкоу в 1884 году. Термин «растр» использовался для трафаретной печати с полутоновой печатью еще в 1894 году. Подобная терминология использовалась в немецком языке по крайней мере с 1897 г.; Эдер пишет о «die Herstellung von Rasternegativen für Zwecke der Autotypie» (производство растровых негативов для полутонов). Макс Дикманн и Густав Глаж были первыми, кто произвел реальные растровые изображения на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ); они запатентовали свои методы в Германии в 1906 году. Не установлено, использовали ли они слово «растр» в своем патенте или в других работах.

Одним из первых примеров использования термина «растр» в отношении сканирования изображения с помощью вращающегося барабана является книга Артура Корна 1907 года, в которой говорится (на немецком языке): «... как Rasterbild auf Metall in solcher Weise aufgetragen, dass die hellen Töne Metallisch Rein sind, oder umgekehrt "(... как растровое изображение, нанесенное на металл таким образом, что яркие тона становятся металлически чистыми, и наоборот). Korn применял терминологию и методы полутоновой печати, где «Rasterbild» был полутоновой печатной формой. Немецкие авторы Эйххорн в 1926 году использовали растровые изображения в большей степени для сканирования: «die Tönung der Bildelemente bei diesen Rasterbildern» и «Die Bildpunkte des Rasterbildes» («тон элементов изображения этого растрового изображения» и «точки изображения» растрового изображения »); и Шретер в 1932 году: «Rasterelementen», «Rasterzahl» и «Zellenraster» («элементы растра», «количество растра» и «растр ячеек»).

Первое использование растра специально для телевизионного сканирования часто приписывают барону Манфреду фон Арденну, который в 1933 году написал: «In einem Vortrag im Januar 1930 konnte durch Vorführungen nachgewiesen werden, daß die Braunsche Röhre hinsichärfe Punktschätch» Punkthelligkeit zur Herstellung eines präzisen, lichtstarken Rasters labratoriumsmäßig durchgebildet war "(На лекции в январе 1930 года было доказано демонстрациями, что трубка Брауна была создана в лаборатории с остротой точки и яркостью точки для получения точного яркого растра). Растр был принят в английскую телевизионную литературу по крайней мере к 1936 году в заголовке статьи в «Электрик». Математическая теория сканирования изображений была подробно разработана с использованием методов преобразования Фурье в классической статье Мерца и Грея из Bell Labs в 1934 году.

Компоненты ЭЛТ

  1. Электронная пушка: -
    1. Первичный пистолет: используется для сохранения рисунка изображения.
    2. Пистолет для наводнения: используется для поддержания отображения изображения.
    3. Экран с люминофорным покрытием: покрытый кристаллами фосфора («люминофоры») которые излучают свет, когда на них попадает электронный луч.
    4. Система фокусировки: система фокусировки заставляет электронный луч сходиться в маленькое пятно, когда он попадает на люминофорный экран.
    5. Система отклонения: используется для изменения направление электронного луча, чтобы он мог попадать в разные места на люминофорном экране.

См. также

Ссылки

Найдите raster в Wiktionary, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-06-03 08:48:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте