Способы развертки

Развертки можно разделить на детерминированные, при которых траектория движения развертывающего элемента четко определена и наперед задана, и недетерминированные, в которых направление движения развертывающего элемента автоматически устанавливается в зависимости от, содержания изображения. Последние возникли в связи с потребностью в оптимизации передачи и обработки визуальной информации.

Детерминированные развертки

Можно сформировать много различных траекторий движения развертывающего элемента при разложении изображения. Лучшей следует считать такую, которая обеспечивает разложение при удовлетворении следующих условий:

За полный цикл развертки передаются все элементы разложения, причем каждый однократно и за одно и то же время.

Частота кадров наименьшая.

Непроизводительные потери времени (на обратный ход развертки) минимальные.

Простота технической реализации. Первому условию удовлетворяют все линейные развертки (рис. 2.10): построчная (а), образуемая перемещением с постоянной скоростью развертывающего элемента вдоль параллельных линий (строк), смещающихся на один шаг, построчно-реверсивная (б), у которой направление смещения строк от кадра к кадру меняется на обратное; чересстрочные, при которых строчки прочерчиваются не подряд, а через одну (в), через две (д) и более, разделяя кадр соответственно на 2, 3 и более полей. Этому условию удовлетворяет и чересточечная развертка (г), в которой осуществляется чересстрочное разложение по вертикали и через элементное — вдоль строки: сначала передаются все белые на рисунке элементы в нечетных строках, затем в четных, после этого все синие элементы в нечетных строках, а затем в четных — весь кадр передается за четыре поля.

При реализации рассмотренных разверток оптико-механическими устройствами (например, с помощью диска Нипкова) они удовлетворяют и условию 3. Однако в электронных системах из-за того, что луч с конца одной строки должен вернуться в начало следующей и с конца одного кадра в начало следующего (кроме построчно-реверсивной развертки (б)), потери на обратный ход неизбежны и, следовательно, условие 3 не выполняется. Условию 2 хуже всего удовлетворяет построчно-реверсивная развертка, так как она приводит к снижению повторения крайних строк по сравнению с построчной (а) разверткой и в результате к необходимости повышения частоты кадров п. Лучше всего этому условию удовлетворяет чересточечная развертка (г), но она не удовлетворяет условию 4. Компромиссным вариантом, удовлетворяющим условиям 2 и 4, является чересстрочная развертка ◊, позволяющая снизить число кадров , воспроизводимых в секунду, в два раза по сравнению с построчной разверткой. Дальнейшее уменьшение частоты кадров за счет повышения коэффициента чересстрочности не удается, так как возникают межстрочные мерцания, поскольку угловое расстояние между строчками одного поля становится больше γ₀

Здесь и в дальнейшем, если не указана кратность чересстрочной развертки, подразумевается, что она равна двум.

Зигзагообразные развертки (е, ж) удовлетворяют условию 3, но не удовлетворяют остальным: неизбежны пропуски и повторения элементов на краях растра, что противоречит условию 1, сложно осуществить идентичность прямых и обратных ходов, что противоречит условию 4.

Синусоидальная развертка (3) удовлетворяет условиям 3 и 4, но не удовлетворяет 1 и 2. Поэтому она применяется там, где требования к простоте аппаратуры являются первостепенными.

Спиральная развертка (и) с постоянной угловой скоростью достаточно хорошо удовлетворяет всем условиям, кроме 1. При переменной угловой скорости она может удовлетворить требованию 1, но тогда не будет удовлетворять 4.

Сопоставление различных траекторий разверток показывает, что наиболее целесообразной для систем телевизионного вещания, а также для ряда других систем, где ставится задача получения изображения обычных объектов, является чересстрочная развертка. Этот вид развертки в настоящее время наиболее распространен. Телевизионное вещание во всем мире работает по системе чересстрочной развертки.

Недостатки чересстрочной развертки проявляются при передаче движущихся изображений, контуры которых воспроизводятся размытыми . Рассмотрим, например, как будет воспроизводиться вертикальная полоса (рис. 2.11, а) шириной в 3/50 длины строки, движущаяся в направлении строчной развертки с такой скоростью u ₁ что за 1 с она перемещается на ширину кадра. За время передачи одного поля (1/50 с) она сдвинется на 1/3 своей ширины и вследствие этого после развертки второго поля воспроизведется изломанной (рис. 2.11, б).

При передаче изображений, движущихся в вертикальном направлении, также происходит потеря четкости. Пусть передается изображение, перемещающееся в направлении кадровой развертки с такой скоростью u ₂ что за время одного поля оно смещается вниз на одну строку (рис. 2.11, в). Рассмотрим, как будут воспроизводиться находящиеся на этом изображении две темные точки а и в, расположенные в соседних строках, каждая размером в один элемент разложения. Допустим, что при передаче первого поля точка б попадает на строку, а точка а — между строк, следовательно, в первом поле точка б будет воспроизведена, а точка а пропущена. При передаче второго поля (рис. 2.11, г) изображение сместится вниз на одну строку и, следовательно, точка б будет воспроизведена повторно на соседней строке, а точка а снова пропущена. После развертки полного кадра изображение точки а не воспроизведется, а точки б удлинится в два раза (рис. 2.11, д). Поэтому в устройствах, предназначенных для визуального анализа относительно быстро перемещающихся объектов, предпочтительнее построчная развертка. Спиральная развертка, несмотря на недостатки, может найти применение в специализированных устройствах, где другие виды разверток неприменимы. Допустим, что нужно передать изображение объекта, вращающегося со скоростью v об /с вокруг своей оси (рис. 2.12). Очевидно, и изображение объекта на мишени датчика сигнала будет вращаться с такой же скоростью.

Если обычным способом передать это изображение, то на экране приемника оно тоже будет вращаться, поэтому рассмотреть его невозможно. Применение спиральной развертки, центр которой совпадает с осью вращения объекта, позволяет видеть изображение объекта на экране приемника неподвижным, если скорость развертки в передающем устройстве сделать больше, чем в приемном, так, чтобы развертка догоняла убегающее изображение. Это условие будет выполнено, если в передающем устройстве скорость развертки составляет n+v кадров в секунду, а в приемном — п кадров в секунду.