Основные светотехнические единицы

Оптические изображения характеризуются набором светотехнических величин. Основными являются: световой поток, сила света, освещенность и яркость.

Светом называется часть электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм, воспринимаемая человеческим глазом.

Световой поток (F) – мощность излучения, оцениваемая по его воздействию на нормальный глаз. Единица измерения – люмен (лм). Экспериментально установлено, что в максимуме кривой восприятия – 550 нм одному ватту (1 Вт) мощности излучения соответствует световой поток 683 лм, для белого цвета эта величина – 220 лм, а 100 Вт лампа накаливания создает световой поток 800 -1500 лм.

Сила света (I) – плотность светового потока в телесном угле. Сила света характеризует неодинаковость излучения светового потока в разных направлениях. Единицей силы света является Кдела (кд) – которая соответствует равномерному распределению в телесном угле в 1 стерадиан светового потока в 1 лм. Средняя сила света определяется отношением излучаемого светового потока к полному телесному углу (4p). Для примера 100 Вт лампа накаливания обладает силой света 60 -120 кд.

Освещенность (Е) – это распределение плотности светового потока по поверхности, на которую он падает. Единицей освещенности является люкс, который создается световым потоком в 1 лм на площадке в 1 м².

Для примера освещенность экрана в кинотеатре составляет от 40 до 200 лк,освещенность страницы книги при чтении–примерно 20 лк, освещенность в тени летом – 1000 лк,   освещенность на пляже в летний, солнечный день – 100 000 лк.

Яркость – плотность силы сета, излучаемой с поверхности. Единицей яркости является Кдела/м². Светящиеся поверхности по способу их светового возбуждения можно разделить на два вида: самосветящиеся (экран ТВ, нить лампы накаливания) и вторичные, отражающие или пропускающие часть падающего на них света (киноэкран, плафон люстры).

Для примера яркость киноэкрана составляет 10 – 30 кд/м², яркость телевизионного экрана – 40 – 80 кд/м², яркость пламени спички – 5000 кд/м², яркость нити лампы накаливания – около 5.000.000 кд/м², яркость солнца – 1,5 млрд. кд/м².

Характеристики оптических изображений

Процесс передачи телевизионного изображения начинается с построения двумерного оптического изображения трехмерных объектов, расположенных в пространстве. Рассмотрим наиболее существенные для телевизионного преобразования харак­теристики оптического изображения.

Освещенность в плоскости оптического изображения Е₀ определяется освещенностью объекта Е_об, его отражательными свойствами, характеризуемыми коэффициентом отражения, а также параметрами объектива – прозрачностью, диаметром входного зрачка, фокусным расстоянием. Относительное отверстие объектива делается обычно регулируемым с помощью диафрагмы, изменяющей диаметр входного зрачка.

Четкость оптического изображения характеризуется качеством воспроизведения мелких деталей и определяется разрешающей способностью объектива.

Наличие искажений изображения, возникающих в оптических системах – аберраций, приводит к тому, что точка воспроизводится в виде кружка и две близко расположенных точки на объекте сливаются в одну на изображении. Минимальное расстояние между двумя светлыми точками, на котором они еще воспроизводятся раздельно, называется разрешаемым расстоянием, а величина, обратная ему – разрешающей способностью объектива. Она оценивается максимальным числом пар черно-белых линий на 1 мм, воспроизводимых на изображении. Аберрации уменьшаются при диафрагмировании объектива, т.е. при уменьшении относительного отверстия. Однако чрезмерное уменьшение относительного отверстия приводит к возрастанию дифракционных явлений, снижающих разрешающую способность.

Глубина резкости. При формировании изображений объектов, протяженных по глубине, разрешающая способность объектива реализуется лишь для деталей, расположенных на одинаковом от него расстоянии, т.е. в плоскости резкого изображения. Точки, расположенные дальше и ближе от этой плоскости, будут воспроизводиться на изображении уже не в виде точек, а в виде кругов различных диаметров (круги размытия). Глубина резкости - это глубина воспроизводимого пространства ∆A = А₁ —A ₂, для которого максимально допустимый диаметр круга размытия d не превышает некоторой заданной величины. Повышение глубины резкости можно обеспечить только диафрагмированием объектива.

Лекция 3. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Источники телевизионных сигналов

Фотоэффект и законы фотоэлектрической эмиссии

    3.3. Первые оптико-электронные преобразователи. Иконоскоп.

Видикон

Твердотельные фотоэлектрические преобразователи на ПЗС

Формирование цветного телевизионного сигнала

 

Источники телевизионных сигналов

 

Источником телевизионного сигнала является преобразователь световой энергии, спроектированной объективом на его фоточувствительную поверхность, в электрический сигнал. Поскольку в телевизионных системах производится последовательная передача элементов изображения, то для последовательного считывания этого сигнала с элементов изображения в преобразователе одновременно с фотопроцессом (преобразованием света в электричество) должен производиться процесс развертки.

В современных телевизионных системах это преобразование осуществляется с помощью оптико-электронных преобразователей – передающих электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и твердотельных преобразователей – матриц ПЗС. При этом работа всех оптико-электронных преобразователей основывается на явлениях фотоэффекта.