Типы видеоадаптеров

Основные определения

Видеоадаптеры и мониторы

Атрибут символа - информация, определяющая цвет символа, фона и ин­тенсивность их свечения.

Видеобуфер - область памяти, содержащая данные, выводимые на экран монитора.

Векторные дисплеи - устройства, являющиеся более сложными по оборудо­ванию, чем растровые дисплеи. Векторные дисплеи для получения используют графические примитивы (неделимые элементы изображения).

Пиксел - элемент (точка) растра, минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно изменять.

Палитра - набор цветов, реализуемый в соответствующем режиме дисплея.

Двойное сканирование - повторение каждой горизонтальной строки при эмуляции текстовых режимов CGA в VGA, то есть символ форматом 8 x 8 отобра­жается как 8x16.

Регистр-защелка - регистр с записью данных по уровню управляющего сиг­нала. Наиболее употребительным режимом этого регистра является фиксация данных до появления этого сигнала (его инверсным значением).

Растровые дисплеи - дисплеи, в которых изображение на экране образуется построчно и для получения немерцающего изображения выполняется его реге­нерация, например с частотой 50 Гц.

Разрешающая способность экрана - число пикселей, отображаемых в гори­зонтальной строке, умноженное на количество этих строк.

Плата видеопроцессора - плата, содержащая типовые микросхемы компью­тера: видеопроцессор, память, ПЗУ - и наиболее приспособленная для обработ­ки графической информации, например плата 8514/А.

Плата ввода и вывода изображений - плата захвата изображений, преоб­разующая стандартный телевизионный сигнал от видеомагнитофона в цифро­вую форму и имеющая выходы на видеоадаптер.

Частота регенерации изображения - частота (сколько раз в секунду), с ко­торой повторяется содержимое экрана (частота обратного невидимого верти­кального хода луча).

Чересстрочная развертка - развертка, выполняемая за два прохода. При первом проходе вычерчиваются нечетные строки первого кадра, а при втором - четные строки второго кадра, размещаемые между нечетными строками. Че­ресстрочная кадровая развертка наиболее употребительна для получения каче­ственных движущихся изображений, так как образ экрана обновляется быст­рее, чем при режиме строчного отображения.

Видеосистема имеет две основные части: видеоадаптер и монитор (дисплей). В DOS видеоадаптер называется консолью (CON), другой составной частью ко­торой является клавиатура. Видеоадаптер может быть реализован в виде отдельной платы или встроен в видеосистему. Развитие адаптеров (видеоадап­теров) происходит путем совершенствования предыдущего адаптера (расшире­ния функциональных возможностей) и сохранения программной совместимо­сти. Существуют следующие типы видеоадаптеров (стандартов): монохромный адаптер дисплея и принтера (MDA), цветной графический адаптер (CGA), усо­вершенствованный графический адаптер (EGA), видеографическая матрица (VGA) и т. д. Некоторые показатели адаптеров приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Показатели	MDA	CGA	EGA	VGA
адаптеров
Режимы	Текстовый	Текстовые,	Текстовые,	Текстовые,
		графические	графические	графические
Монитор	Монохромный	RGB-монитор, композитный, бытовой	RGB-монитор	Аналоговый цветной или монохромный
Символьная позиция	9x14	8x8	8x14	9x16
Разрешающая	720x350	640x200	640x350	640x480,
способность				800x600
графического режима
Интерфейс	Цифровые	Цифровые	Цифровые	Аналоговые
	ТТЛ-сигналы	ТТЛ-сигналы	ТТЛ-сигналы	видеосигналы R, G, В
Цветовая палитра	Монохромная	16 цветов,	64 цвета,	262 144 цвета,
		первичных	первичных	первичных
		4 цвета	16 цветов	256 цветов

Разрешающая способность в графическом режиме определяется числом пик­селей столбцов и строк. Стандарт VGA обладает лучшими показателями: высо­кой разрешающей способностью и возможностью видеть одновременно 256 цве­тов. Адаптер VGA содержит видеопамять объемом 256 Кбайт или 512 Кбайт хранящую экранные образы. В табл. 10.2 показан список режимов VGA.

Из табл. 10.2 видно, что улучшение одного показателя осуществляется за счет ухудшения другого. Например, возможность наблюдать 256 цветов приво­дит к снижению разрешающей способности (с 640x480 до 320x200). Разрешаю­щая способность в текстовом режиме задается числом символов в строке и числом строк.

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

4.1. Мониторы.

К устройствам отображения информации от носятся прежде все­го мониторы, а также устройства, ориентированные на решение мультимедийных или презентационных задач: устройства форми­рования объемных (стереоскопических) изображений и проекто­ры. Монитор является важнейшим устройством отображения ком­пьютерной информации. Типы современных мониторов отлича­ются большим разнообразием. По принципу действия все монито­ры для ПК можно разделить на две большие группы:

• на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), называемой ки­нескопом;

• плоскопанельные, выполненные в основном на основе жид­ких кристаллов.

4.1.1. Мониторы на основе ЭЛТ

Мониторы на основе ЭЛТ — наиболее распространенные уст­ройства отображения информации. Используемая в эгом т ипе мо­ниторов технология была разработана много лет назад и первона­чально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной сторо­ны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В ка­честве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и др. Люминофор — это вещество, которое испускает сВет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорпыми точ­ками. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. точки электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе. Как правило, в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мони­торах.

На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка элек­тронов и связанную с ней яркость изображения; фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна; размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы, которые из­меняют направление пучка. Любое текстовое или графическое изоб­ражение на экране монитора состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых пикселами и представляющих со­бой минимальный элемент изображения-растра.

Формирование растра в мониторе производится с помощью специальных сигналов, поступающих на отклоняющую систему. Под действием этих сигналов производится сканирование луча по поверхности экрана по зигзагообразной траектории от левого верх­него угла до правого нижнего, как показано на рис. 4.1. Ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонталь­ной) развертки, а по вертикали — кадровой (вертикальной) раз­вертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонта­ли) и из крайней правой позиции последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) производится посредством специальных сигналов об­ратного хода. Мониторы такого типа называются растровыми. Элек­тронный луч в этом случае периодически сканирует экран, обра­зуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере дви­жения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспро­изводить по горизонтали и вер­тикали, например, 640^480 или 1024 х 768 пикселов.

В отличие от телевизора, где ви­деосигнал, управляющий яркостью электронного пучка, является ана­логовым, в мониторах ПК исполь­зуются как аналоговые, так и циф­ровые видеосигналы. В связи с этим мониторы для ПК принято разде­лять на аналоговые и цифровые. Пер­выми устройствами отображения информации ПК были цифровые мониторы.

Рис. 4.1. Формирование растра на экране монитора

В цифровых мониторах управление осуществляется двоичными сигналами, которые имеют только два значения: логическая 1 и логический 0 («да» и «нет»). Уровню логической единицы соответ­ствует напряжение около 5 В, уровню логического нуля — не бо­лее 0,5 В. Поскольку те же уровни «1» и «0» используются в широ­ко распространенной стандартной серии микросхем на основе транзисторно-транзисторной логики {TTL — Transistor Transistor Logic — транзисторно-транзисторная логика), цифровые монито­ры называют TTL-мониторами.

Первые TTL-мониторы были монохромными, впоследствии появились цветные. В монохромных цифровых мониторах точки на экране могут быть только светлыми или темными, различаясь яр­костью. Электронно-лучевая трубка монохромного монитора име­ет только одну электронную пушку; она меньше цветных ЭЛТ, благодаря чему монохромные мониторы компактнее и легче дру­гих. Кроме того, монохромный монитор работает с более низким анодным напряжением, чем цветной (15 кВ против 21—25 кВ), поэтому потребляемая им мощность значительно ниже (30 Вт вме­сто 80 — 90 Вт у цветных).

В кинескопе цветного цифрового монитора содержатся три элек­тронные пушки: для красного {Red), зеленого {Green) и синего {Blue) цветов с раздельным управлением, поэтому его называют RGB-монитором.

Цифровые RGB-мониторы поддерживают и монохромный ре­жим работы с отображением до 16 градаций серого цвета.

Аналоговые мониторы, так же как и цифровые, бывают цвет­ными и монохромными, при этом цветной монитор может рабо­тать в монохромном режиме.

Главная причина перехода к аналоговому видеосигналу со­стоит в ограниченности палитры цветов цифровою монитора. Аналоговый видеосигнал, регулирующий интенсивность пучка электронов, может принимать любое значение в диапазоне от 0 до 0,7 В. Поскольку этих значений бесконечно много, гкиштра ана­логового монитора неограничена. Однако видеоадаптер может обеспечить только конечное количество градаций уровня видео­сигнала, что в итоге ограничивает палитру всей видеосистемы в целом.

Для понимания принципа формирования растра цветных мони­торов следует представлять механизм цветового зрения. Свет — это электромагнитные колебания в определенном диапазоне длин волн. Человеческий глаз способен различать цвета, соответствую­щие различным областям спектра видимого излучения, который занимает лишь незначительную часть общего спектра электромаг­нитных колебаний в диапазоне длин волн от 0,4 до 0,75 мкм.

Совокупное излучение длин волн всего видимого диапазона воспринимается глазом как белый свет. Глаз человека имеет ре­цепторы трех типов, ответственные за восприятие цвета и разли­чающиеся своей чувствительностью к электромагнитным колеба­ниям различных длин волн. Одни из них реагируют на фиолетово- синий, другие — на зеленый, третьи — на оранжево-красный цвет. Если на рецепторы свет не попадает, глаз человека воспринимает черный цвет. Если все рецепторы освещаются одинаково, человек видит серый или белый цвет. При освещении объекта часть света отражается от него, а часть поглощается. Плотность цвета опреде­ляется количеством поглощенного объектом света в данном спек­тральном диапазоне. Чем плотнее цветовой слой, тем меньше све­та отражается и, как следствие, более темным получается оттенок цвета (тон).

Физиологические особенности цветового зрения исследовались М. В.Ломоносовым. В основу разработанной им теории цветового зрения положен экспериментально установленный факт, что все цвета могут быть получены путем сложения трех световых потоков с высокой насыщенностью, например, красного, зеленого и си­него, называемых основными или первичными.

Обычно световое излучение возбуждает все рецепторы челове­ческого глаза одновременно. Зрительный аппарат человека анализи­рует свет, определяя в нем относительное содержание различных излучений, а затем в мозгу происходит их синтез в единый цвет.

Благодаря замечательному свойству глаза — трехкомпонент- ности цветного во с п р и ят и я — человек может различать любой из цветовых оттенков: достаточно информации только о количественном соотношении интенсивностей трех основных цве­тов, поэтому нет необходимости в непосредственной передаче всех цветов. Таким образом, благодаря физиологическим особенностям цветового зрения, значительно сокращается объем информации о цвете и упрощаются многие технологические решения, связан­ные с регистрацией и обработкой цветных изображений.

Еще одним важным свойством цветового зрения является п р о- странственное усреднение цвета, которое заключает­ся в том, что если на цветном изображении имеются близко рас­положенные цветные детали, то с большого расстояния цвета отдельных деталей неразличимы. Все близко расположенные цвет­ные детали будут выглядеть окрашенными в один цвет. Благодаря этому свойству зрения в электронно-лучевой трубке монитора фор­мируется цвет одного элемента изображения из трех цветов рас­положенных рядом люминофорных зерен.

Указанные свойства цветового зрения использованы при раз­работке принципа действия ЭЛТ цветного монитора. В электрон­но-лучевой трубке цветного монитора расположены три элект­ронные пушки с независимыми схемами управления, а на внут­реннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: красного, синего и зеленого.

На рис. 4.2 представлена схема образования цветов на экране монитора. Электронный луч каждой пушки возбуждает точки лю­минофора, и они начинают светиться. Точки светятся по-разному и представляют собой мозаичное изображение с чрезвычайно ма­лыми размерами каждого элемента. Интенсивность свечения каж­дой точки зависит от управляющего сигнала электронной пушки. В человеческом глазу точки с тремя основными цветами пересека­ются и накладываются друг на друга. Изменением соотношения интенсивностей точек трех основных цветов получают требуемый оттенок на экране монитора. Для того чтобы каждая пушка на­правляла поток электронов только на пятна люминофора соот­ветствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется спе­циальная цветоделительная маска.

В зависимости от расположения электронных пушек и конст­рукции цветоделительной маски (рис. 4.3) различают ЭЛТ четы­рех типов, используемые в современных мониторах:

• ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask) (см. рис. 4.3, а) наибо­лее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia;

• ЭЛТ с улучшенной теневой маской (EDP — Enhenced Dot Pitch) (см. рис. 4.3, 6)\

ЭЛТ со щелевой маской (Slot Mask) (см. рис. 4.3, в), в которой люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы раз делены на ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.

  а б в Рис. 4.3. Типы цветодс.нпельиых масок ЭЛТ: а — ЭЛТ с теневой маской; б - ЭЛ Г с улучшен­ной теневой маской; к - ЭЛТ со щелевой маской; ЭЛТ с anepiypmni решеткой

Этот тип маски применяется фирмами NEC и Panasonic;

• ЭЛТ с апвртурной решеткой из вертикальных линий (Aperture Grill) (см. рис. 4.3, г). Вместо точек с люминофорными элемента­ми трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. По этой техноло­гии производятся трубки Sony и Mitsubishi.

Конструктивно теневая маска представляет собой металличе­скую пластину из специального материала, инвара, с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора, нанесенным на внутреннюю поверхность кинескопа. Температурная стабилизация формы теневой маски при ее бомбардировке электронным пуч­ком обеспечивается малым значением коэффициента линейного расширения инвара. Апертурная решетка образована системой щелей, выполняющих ту же функцию, что и отверстия в теневой маске.

Оба типа трубок (с теневой маской и апертурной решеткой) имеют свои преимущества и области применения. Трубки с тене­вой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими кра­ями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ рекомендуется использо­вать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, они меньше заслоняют экран и позволяют полу­чить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для настольных издательских систем и других приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями.

Минимальное расстояние между люминофорными элемента­ми одинакового цвета в теневых масках называется Dot Pitch (ш а г точки) и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изоб­ражения. Среднее расстояние между точками люминофора назы­вается зерном. У различных моделей мониторов данный пара­метр имеет значение от 0,2 до 0,28 мм. В ЭЛТ с апертурной решет­кой среднее расстояние между полосами называется Strip Pitch (шаг полосы) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше вели­чина шага полосы, тем выше качество изображения на мониторе. Нельзя сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг то­чек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагона­ли, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, — по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для приме­ра: 0,25 мм шага точки приблизительно эквивалентно 0,27 мм шага полосы.

Помимо электронно-лучевой трубки монитор содержит управ­ляющую электронику, которая обрабатывает сигнал, поступаю­щий напрямую от видеокарты ПК. Эта электроника должна опти­мизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек.

Выведенное на экран монитора изображение выглядит стабиль­ным, хотя на самом деле таковым не является. Изображение на экране воспроизводится в результате процесса, в ходе которого свечение люминофорных элементов инициируется электронным лучом, проходящим последовательно по строкам. Этот процесс происходит с высокой скоростью, поэтому кажется, что экран светится постоянно. В сетчатке глаза изображение хранится около 1/20 с. Это означает, что если электронный луч будет двигаться по экрану медленно, глаз воспримет это как отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться с высокой скорос­тью, прочерчивая на экране строку 20 раз в секунду, глаз увидит равномерную линию на экране. Если обеспечить последовательное сканирование лучом экрана по горизонтальным линиям сверху вниз за время меньшее 1/25 с, глаз воспримет равномерно осве­щенный экран с небольшим мерцанием. Движение самого луча происходит настолько быстро, что глаз не в состоянии его заме­тить. Считается, что мерцание становится практически незамет­ным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем эле­ментам изображения) примерно 75 раз в секунду.

Высвеченные пикселы экрана должны продолжать светиться в течение времени, которое необходимо электронному лучу, чтобы просканировать весь экран и вернуться снова для активизации данного пиксела при прорисовке уже следующего кадра. Следова­тельно, минимальное время послесвечения должно быть не мень­ше периода смены кадров изображения, т.е. 20 мс.

ЭЛТ-мониторы имеют следующие основные характеристики.

Диагональ экрана монитора — расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько мень­ше, в среднем на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагона­ли, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size», но иногда указывается только один размер — размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15", что примерно соответ­ствует 36—39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими систе­мами (НИС) и системами автоматизированного проектирования (САПР) лучше использовать монитор размером 20" или 21".

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайши­ми отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана ^"под­держивают разрешение до 1920 х 14 400 и выше.

Тип электронно-лучевой трубки следует принимать во внимание при выборе монитора. Наиболее предпочтительны такие типы кинескопов, как Black Trinitron, Black Matrix или Black Planar. Мо­ниторы этих типов имеют особое люминофорное покрытие.

Потребляемая мощность монитора указывается в его техниче­ских характеристиках. У мониторов 14" потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт.

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позво­ляет наблюдать на экране монитора только изображение, форми­руемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отражен­ных объектов. Существует несколько способов получения анти­бликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них — протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображе­ния низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализо­ван фирмами Hitachi и Samsung. Антистатическое покры­тие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибу­том ЭЛТ-монитора, поскольку медицинские исследования пока­зали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рент­геновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электро­статические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: се­точные, пленочные и стеклянные. Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, встав­ляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры практически не защищают от электромаг­нитного излучения и статического электричества и несколько ухуд­шают контрастность изображения. Однако эти фильтры неплохо ослабляют блики от внешнего освещения, что немаловажно при длительной работе с компьютером.

Пленочные фильтры также не защищают от статического элект­ричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid, способны пово­рачивать плоскость поляризации отраженного света и подавлять возникновение бликов.

Стеклянные фильтры производятся в нескольких модификаци­ях. Простые стеклянные фильтры снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные ноля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают кон­трастность изображения. Стеклянные фильтры категории «полная защита» обладают наибольшей совокупностью защитных свойств: практически не дают бликов, повышают контрастность изобра­жения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастот­ное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из специального стекла.

Безопасность монитора для человека регламентируется стан­дартами ТСО: ТСО 92, ТСО 95, ТСО 99, предложенными Швед­ской конфедерацией профсоюзов. ТСО 92, выпущенный в 1992 г., определяет параметры электромагнитного излучения, дает опре­деленную гарантию противопожарной безопасности, обеспечива­ет электрическую безопасность и определяет параметры энерго­сбережения. В 1995 г. стандарт существенно расширили (ТСО 95), включив в него требования к эргономике мониторов. В ТСО 99 требования к мониторам еще более ужесточили. В частности, ста­ли жестче требования к излучениям, эргономике, энергосбере­жению, пожаробезопасности. Присутствуют здесь и экологические требования, которые ограничивают наличие в деталях монитора различных опасных веществ и элементов, например тяжелых ме­таллов.

Срок службы монитора в значительной мере зависит от темпе­ратуры его нагрева при работе. Если монитор очень сильно нагре­вается, можно ожидать, что срок его службы будет невелик. Мо­нитор, корпус которого имеет большое число вентиляционных отверстий, соответственно хорошо охлаждается. Хорошее охлаж­дение препятствует быстрому выходу его из строя.

4.1.2. Мультимедийные мониторы

Мультимедийным считается монитор со встроенной акусти­ческой системой и обеспечением реалистичности изображения на его экране, который перекрывает поле зрения оператора. Пере­крытие поля зрения пользователя необходимо, чтобы исключить влияние многочисленных отвлекающих факторов окружающей обстановки, что особенно важно для пользователя при работе с игровыми приложениями. Реально эту задачу решает монитор с диагональю экрана не менее 17". Как правило, такие мониторы отличаются зерном небольшого размера (не более 0,27 — 0,28 мм) и имеют частоту строк не менее 70 кГц, что обеспечивает четкое изображение, лишенное мерцаний. Кроме того, на передней па­нели такого монитора должны находиться регулятор громкости и гнезда для подключения стереофонических головных телефонов (наушников) и внешнего микрофона.

В мультимедийных мониторах акустические колонки устанав­ливаются внутри его корпуса и располагаются либо по бокам от экрана, либо под экраном. При наличии встроенной акустиче­ской системы накладываются специфические требования на фор­му и конструкцию корпуса монитора, поскольку он должен иметь не только хороший дизайн, но и обеспечивать необходимые резо­нансные свойства для получения качественного звука. Типичная акустическая мощность каждого из громкоговорителей в мультимедийном мониторе от 1,5 до 5 Вт. Акустическое оборудо­вание мультимедийного монитора не соответствует уровню спе­циализированных акустических систем класса Hi-Fi и по-настоя­щему хороший звук обеспечить не в состоянии. Поэтому мульти­медийный монитор удобен и полезен для типовых мультимедий­ных приложений: игр, видеоконференций, где не требуется звук высокого качества.

Технология Plag & Plag обеспечивает автоматическое конфигу­рирование подключаемого оборудования. Практически все совре­менные мониторы поддерживают эту технологию. Технология «Plag & Plag» для Windows 95, 98 позволяет графической плате получать необходимые данные непосредственно с монитора по несколь­ким незанятым проводам VGA-кабеля.

4.1.3. Плоскопанельные мониторы

Мониторы на основе ЭЛТ в настоящее время являются наибо­лее распространенными, однако они обладают рядом недостат­ков: значительные масса, габариты и энергопотребление; нали­чие тепловыделения и излучения, вредного для здоровья челове­ка. В связи с этим на смену ЭЛТ-мониторам приходят плоскопа­нельные мониторы: жидкокристаллические (ЖК-мониторы), плаз­менные, электролюминесцснтные, мониторы электростатической эмиссии, органические светодиодные мониторы.

ЖК-мониторы (LCD — Liquid Ciystal Display) составляют ос­новную долю рынка плоскопанельных мониторов с экраном раз­мером 13—17". Первое свое применение жидкие кристаллы на­шли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня в результате прогресса в этой области начинают полу­чать все большее распространение LCD-мониторы для настоль­ных компьютеров.

Основным элементом ЖК-монитора является ЖК-экран, со­стоящий из двух панелей, выполненных из стекла, между кото­рыми размешен слой жидкокристаллического вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает" некоторы­ми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью ориентации моле­кул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электриче­ства могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изме­нять свойства светового луча, проходящего сквозь них. Следова­тельно, формирование изображения в ЖК-мониторах основано на взаимосвязи между изменением электрического напряжения, приложенного к жидкокристаллическому веществу, и изменени­ем ориентации его молекул.

Экран ЖК-монитора представляет собой массив отдельных ячеек (называемых пикселами), оптические свойст ва которых могут меняться при отображении информации. Рис. 4.4 иллюстрирует принцип действия ячейки ЖК-монитора. Панели ЖК-монитора имеют несколько слоев, среди которых ключевую роль играют две панели, выполненные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, между которыми и расположен тонкий слой жидких кристаллов. На панелях нанесены параллельные бо­роздки, вдоль которых ориентируются кристаллы. Панели распо­ложены так, что бороздки на подложках перпендикулярны между собой. Технология получения бороздок состоит в нанесении на стеклянную поверхность тонких пленок из прозрачного пластика. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ори­ентируются одинаково во всех ячейках.

Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристалличе­ские панели работают на отражение или на прохождение света). В качестве источников света используются специальные элект­ролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризую­щиеся низким энергопотреблением. Молекулы одной из разно­видностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствие напря­жения на подложках поворачивают вектор электрической напря­женности электромагнитного поля в световой волне, проходящей через ячейку, на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок позволяет обес­печить одинаковые углы поворота для всех ячеек. Фактически каж­дая ЖК-ячейка представляет собой электронно управляемый све­тофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поля­ризации световой волны.

Чтобы поворот плоскости поляризации светового луча был за­метен для глаза, на стеклянные панели дополнительно наносят два слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры выполняют функции поляризатора и анализатора.

Принцип действия ячейки ЖК-монитора (см. рис. 4.4) в следую­щем. При отсутствии напряжения между подложками ячейка ЖК- монитора прозрачна, поскольку вследствие перпендикулярного расположения бороздок на подложках и соответствующего закру­чивания оптических осей жидких кристаллов вектор поляризации света поворачивается и проходит без изменения через систему поляризатор —анализатор (см. рис. 4.4, а). Ячейки, у которых ориентирующие канавки, обеспечивающие соответствующее закру­чивание молекул жидкокристаллического вещества, расположе­ны под углом 90°, называются твистированными нематическими. При создании между подложками напряжения 3 — 10 В молекулы жидкокристаллического вещества располагаются параллельно си­ловым линиям поля (см. рис. 4.4, б). Твистированная структура жидкокристаллического вещества нарушается, и поворота плос­кости поляризации проходящего через него света не происходит. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоско­стью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непро­зрачной. Напряжение, приложенное к каждой ЖК-ячейке, фор­мируется ПК.

Для вывода цветного изображения на экран выполняется под­светка монитора сзади, так чтобы свет порождался в задней части ЖК-дисплея. Цвет формируется в результате объединения ЖК- ячеек в триады, каждая из которых снабжена светофильтром, про­пускающим один из трех основных цветов.

Первые ЖК-мониторы имели диагональ около 8", сегодня они выпускаются с диагональю 19" и более. Увеличение разрешения ЖК-мониторов достигается с помощью специальных технологий.

Технология, при которой закручивание молекул составляет 90°, называется твистированной нематической (TN — Twisted Nematic). Недостатки ЖК-мониторов, реализующих эту технологию, свя­заны с низким быстродействием; зависимостью качества изобра­жения (яркости, контрастности) от внешних засветок; значитель­ным взаимным влиянием ячеек; ограниченным углом зрения, под которым изображение хорошо видно, а также низкими яркостью и насыщенностью изображения.

Следующим этапом на пути совершенствования ЖК-монито­ров было увеличение угла закручивания молекул ЖК-вещества с 90 до 270° с помошыо STN-технологии (Super-Twisted Nematic). Использование двух ячеек, одновременно поворачивающих плос­кости поляризации в противоположных направлениях, согласно DSTN-технологии (Dual Super-Twisted Nematic), позволило значи­тельно улучшить характеристики ЖК-мониторов.

Для повышения быстродействия ЖК-ячеек используется тех­нология двойного сканирования (DSS — Dual Scan Screens), когда весь ЖК-экран разбивается на четные и нечетные строки, обнов­ление которых выполняется одновременно. Двойное сканирова­ние совместно с использованием более подвижных молекул по­зволило снизить время реакции ЖК-ячейки с 500 мс (у ЖК-мо­ниторов, реализующих технологию TN) до 150 мс и значительно повысить частоту обновления экрана.

Для получения лучших результатов с точки зрения стабильно­сти, качества, разрешения и яркости изображения используются мониторы с активной матрицей в отличие от применявшихся ра­нее с пассивной матрицей. Термин пассивная матрица (Passive Matrix) относится к такому конструктивному решению монитора, согласно которому монитор разделен на отдельные ячейки, каждая из которых функционирует независимо от осталь­ных, так что в результате каждый такой элемент может быть под­свечен индивидуально для создания изображения. Матрица назы­вается пассивной, потому что рассмотренные выше технологии создания ЖК-мониторов не могут обеспечить быстродействие при отображении информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляюще­го напряжения на отдельные ячейки. Вследствие большой элект­рической емкости отдельных ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому изображение не отобра­жается плавно и дрожит на экране. При этом между соседними электродами возникает некоторое взаимное влияние, которое может проявляться в виде колец на экране.

В активной м а т р и ц е используются отдельные усилитель­ные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие вли­яние емкости ячеек и позволяющие значительно увеличить быст­родействие.

Активная матрица (active matrix) имеет следующие преимуще­ства по сравнению с пассивной матрицей: высокая яркость;

угол обзора, достигающий 120—160°, в то время как у мони­торов с пассивной матрицей качественное изображение можно наблюдать только с фронтальной позиции по отношению к экрану;

высокое быстродействие, обусловленное временем реакции монитора около 50 мс.

Функциональные возможности ЖК-мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной мат­рицей разные электроды получают электрический заряд цикли­ческим методом при построчной регенерации дисплея, а в ре­зультате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен за­поминающий транзистор, который может хранить цифровую ин­формацию (двоичные значения 0 или 1), и в результате изобра­жение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Такой транзистор, выполняя роль своеобразного коммутирующе­го ключа, позволяет коммутировать более высокое (до десятков вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0,7 В). Благодаря применению активных ЖК-ячеек стало возможным значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних ячеек.

Запоминающие транзисторы производятся из прозрачных ма­териалов, что позволяет световому лучу проходить сквозь них, и располагаются на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Поскольку запоминающие транзисторы выполняются по тонкопленочной технологии, по­добные ЖК-мониторы получили название TFT-мониторы (Thin Film Transistor — тонкопленочный транзистор). Тонкопленочный транзистор имеет толщину в диапазоне от 0,1 до 0,01 мкм. Техно­логия TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только значительно улучшить показатели ЖК-мо­ниторов (яркость, контрастность, угол зрения), но и создать на основе активной ЖК-матрицы цветной монитор.

К основным характеристикам жидкокристаллических монито­ров относятся следующие.

Размер экрана ЖК-мониторов находится в пределах от 13 до 16". В отличие от ЭЛТ-мониторов, номинальный размер экрана и раз­мер его видимой области (растра) практически совпадают Ориентация экрана у ЖК-монитора в отличие от ЭЛТ-монито­ра может быть как портретная, так и ландшафтная. В то время как традиционные экраны ЭЛТ-мониторов и ЖК-экраны компьюте­ров типа Notebook имеют только ландшафтную ориентацию, обус­ловленную тем, что поле зрения человека в горизонтальном на­правлении шире, чем в вертикальном, в ряде случаев (работа с текстами большого объема, Web-страницами) намного удобнее работать с экраном портретной ориентации. ЖК-монитор можно легко развернуть на 90°, при этом ориентация изображения оста­нется прежней.

Поле обзора ЖК-мониторов обычно характеризуется углами обзора, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экра­на по горизонтали и вертикали. Современные модели ЖК-мони­торов обеспечивают значения углов обзора: по горизонтали — от 45 до 70° (вправо и влево); по вертикали — от 15 до 50° (вниз) и от 20 до 70° (вверх).

Разрешение ЖК-монитора определяется размером отдельной ЖК-ячейки, т.е. фиксированным размером пикселов. Например, если LCD-монитор имеет разрешение 1024x768, это значит, что на каждой из 768 линий расположено 1024 электродов, т.е. пиксе­лов. При этом можно использовать и более низкое разрешение. Для этого существуют два метода.

Метод «Centering» (центрирование) состоит в том, что для отображения изображения используется только то количество пикселов, которое необходимо для формирования изображения с более низким разрешением. В результате изображение получает­ся не во весь экран, а только в середине: все неиспользуемые пикселы остаются черными, образуя вокруг изображения широ­кую черную рамку.

Метод «Expansion» (растяжение) основан на растяжении изоб­ражения на весь экран, что приводит к возникновению некото­рых искажений и ухудшению резкости.

Яркость — важнейший параметр при выборе ЖК-монитора. Ти­повая яркость ЖК-монитора 150 — 200 кд/м². При этом в центре яркость ЖК-монитора может быть на 25 % выше, чем у краев эк­рана.

Контрастность изображения ЖК-монитора показывает, во сколько раз его яркость изменяется при изменении уровня видео­сигнала от минимального до максимального. Приемлемая цвето­передача обеспечивается при контрастности не менее 130:1, а высококачественная — при 350:1.

Инерционность ЖК-монитора характеризуется минимальным временем, необходимым для активизации его ячейки, и состав­ляет 30 — 70 мс, соответствуя аналогичным параметрам ЭЛТ-мо­ниторов.

Палитра ЖК-мониторов, по сравнению с обычными, ограни­чена определенным количеством воспроизводимых на экране от­тенков цветов. Типовой размер палитры современных ЖК-мони- торов составляет 262 144 или 16 777 216 оттенков цветов.

Массогабаритные характеристики и энергопотребление выгодно отличают ЖК-мониторы от ЭЛТ-мониторов. Масса большинства моделей не превышает нескольких килограмм, а толщина экрана — 20 мм. Потребляемая мощность в рабочем режиме не превышает 35-40 Вт.

Плазменные дисплеи (Plasma Display Panel — PDP) создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными по­верхностями инертным газом, например аргоном или неоном. За­тем на стеклянную поверхность наносят миниатюрные прозрач­ные электроды, на которые подается высокочастотное напряже­ние. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком.

Фактически каждый пиксел на экране работает как обычная лампа дневного света. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются важнейшими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у ЖК-мониторов. Основными недостат­ками такого типа мониторов являются высокая потребляемая мощ­ность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низ­кая разрешающая способность, обусловленная большим разме­ром элемента изображения. Кроме того, свойства люминофорных элементов со временем ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10 000 ч, что составляет около 5 лет при интенсивном использова­нии. Из-за этих ограничений подобные мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экрана для ото­бражения информации. Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и др., начали произ­водство плазменных мониторов с диагональю 40" и более.

Электролюминесцентные мониторы (Electric Luminiescent Displays — ELD) по своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам. Прин­цип действия электролюминесцентных мониторов основан на яв­лении испускании света при возникновении туннельного эффек­та в полупроводниковом р—/г-переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты развертки и яркость свечения, кроме того, они надежны в работе. Однако они уступают ЖК-мониторам по энер­гопотреблению, поскольку на ячейки подается относительно вы­сокое напряжение — около 100 В. При ярком освещении цвета электролюминесцентных мониторов тускнеют.

Мониторы электростатической эмиссии (Field Emission Displays — FED) являются сочетанием традиционной технологии, основан­ной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической техноло­гии. Мониторы FED основаны на процессе, который несколько похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обо­их методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В качестве пикселов применяются такие же зерна люминофора, как и в ЭЛТ-мониторе, что позволяет получить чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Однако активизация этих зерен производится не электронным лучом, а элек­тронными ключами, подобными тем, что используются в ЖК-мо­ниторах, построенных по TFT-технологии. Управление этими клю­чами осуществляется специальной схемой, принцип действия ко­торой аналогичен принципу действия контроллера ЖК-монитора.

Для функционирования монитора электростатической эмис­сии необходимо высокое напряжение — около 5000 В. Энергопо­требление мониторов электростатической эмиссии значительно выше, чем ЖК-мониторов, но на 30% ниже, чем энергопотреб­ление ЭЛТ-мониторов с экраном того же размера. В настоящее время эта технология обеспечивает наилучшее качество изобра­жения среди всех плоскопанельных мониторов и самую низкую инерционность (около 5 мкс).

Органические светодиодные мониторы (Organic Light-Emitting Diode Displays — OLEDs), или LEP-мониторы (Light Emission Plastics — светоизлучающий пластик), по своей технологии похожи на ЖК- и ELD-мониторы, но отличаются материалом, из которого изго­тавливается экран: в LEP-мониторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством полу­проводимости. При пропускании электрического тока такой мате­риал начинает светиться.

Основные преимущества технологии LEP по сравнению с рас­смотренными:

низкое энергопотребление (подводимое к пикселу напряжение менее 3 В);

простота конструкции и технологии изготовления;

тонкий (около 2 мм) экран;

малая инерционность (менее 1 мкс).

К существенным недостаткам этой технологии следует отнести малую яркость свечения экрана; малый размер экрана. LEP-мони­торы используются пока только в портативных устройствах, на­пример, в сотовых телефонах.

Выбор той или иной модели монитора зависит от характера информации, с которой будет работать пользователь, и задач, которые он ставит перед собой, а также от суммы выделенных средств на приобретение монитора. Российский рынок мониторов постоянно пополняется новыми моделями. Если модель уже вы­брана, при выборе конкретного экземпляра полезно следовать приведенным ниже рекомендациям.

. Проекционные аппараты

Проекционный аппарат (проектор) (от латинского projicio — бросаю вперед) — оптико-механический прибор для проециро­вания на экран увеличенных изображений различных объектов.

Принцип действия проекционных аппаратов заключается в проецировании с помощью оптической системы на экран изоб­ражения объекта, нанесенного на тонкой полупрозрачной плен­ке, при освещении его мощной проекционной лампой. В результа­те изображение может быть показано большой аудитории.

Первый проектор изобрел немецкий физик и математик Афа­насий Кирхер в 1640 г., назвав свой аппарат «волшебный фонарь». Аппарат, в котором источником света служила свеча, позволял создавать на экране теневые проекции изображения людей, жи­вотных или предметов, вырезанных из картона.

Современные проекционные аппараты служат для демонстра­ции прозрачных объектов: диапозитивов (кодопроекторы), диа­фильмов (диапроекторы), непрозрачных (эпипроекторы), а так­же тех и других (эпидиапроекторы). Проекционные аппараты при­меняются для презентаций, в качестве технических средств обуче­ния. Поскольку в настоящее время весомая часть информации на­ходится в электронном виде, возникла необходимость проециро­вания на экран изображения с экрана монитора.

Современные проекционные аппараты, подключаемые к ПК, позволяют проецировать на большой экран изображение с экрана монитора. В компьютерных проекторах в качестве источника про­ецируемого изображения используется специальный электронно- управляемый модулятор, на который подается сигнал от ви­деоадаптера PC. Такой модулятор выполняет функцию диапози­тивной пленки или слайда в обычном проекторе и используется в качестве управляемого светофильтра, модулирующего световой поток от проекционной лампы.

Конструкции и принципы действия модуляторов отличаются большим разнообразием, хотя в основном они построены на базе ЖК-панелей. Все компьютерные проекторы можно разбить на две группы:

• универсальные проекторы (оверхед-проекторы) об­щего назначения; в качестве источника изображения в них ис­пользуется специальный внешний модулятор — ЖК-панель;

• мультимедийные проекторы со встроенным моду­лятором.

На компьютерный проектор подается RGB-сигнал, снимаемый с выхода видеоадаптера ПК, а также обычный видеосигнал, ис­точником которого может быть бытовая или полупрофессиональ­ная видеоаппаратура. Проекторы, в которых в качестве входного используется только видеосигнал, называются видеопроекторами.

Оверхед-проекторы и ЖК-панели

Оверхед-проектор (Over Head Projector — проектор, располо­женный над головой) — проекционный аппарат, в котором изоб­ражение от источника проецируется на экран при помощи на­клонного проекционного зеркала. Конструктивно в зависимости от места размещения проекционной лампы оверхед-проекторы разделяются на отражательные и просветные.

Отражательные проекторы представляют собой ма­логабаритные устройства, предназначенные для проецирования изображений, нанесенных на специальную прозрачную пленку. Отражательные проекторы не могут использоваться совместно с ЖК-панелями, поскольку мощность проекционной лампы у них невелика.

Просветные проекторы (рис. 4.5) отличаются тем, что у них проекционная лампа размещается под рабочей поверхностью устройства внутри его основания, мощность лампы уве­личена в десятки раз и имеется ее принудительное охлаждение с помощью вентилятора, как показано на оптической схеме рис. 4.5, а. Это позволяет использовать в качестве источника изображения не только прозрачные пленки, но и менее про­зрачные ЖК-панели.

ЖК-панель, подключенную к видеоадаптеру ПК, устанавли­вают на прозрачную рабочую поверхность проектора как про­зрачную пленку. Световой поток от проекционной лампы через специальную фокусирующую линзу освещает ЖК-панель и, про­ходя через нее и рассеивающую линзу, поступает на проекцион­ное зеркало.

По конструкции и габаритам ЖК-панель напоминает дисплей ПК типа Notebook, причем на ее корпусе расположены органы управления параметрами изображения.

Общий вид проектора дан на рис. 4.5, б.

Качество изображения, формируемого оверхед-проектором, подключаемым к компьютеру, определяется характеристиками ЖК-панели, которые аналогичны характеристикам плоскопанель­ных ЖК-мониторов: размер, максимальное разрешение, количе­ство воспроизводимых оттенков цветов, яркость. В зависимости от разрешения экрана различают ЖК-панели следующих типов с соответствующим максимальным разрешением экрана: VGA-na- нели (640x480); SVGA-панели (800 х 600); XGA-панели (1024x768); SXGA-панели (1280х Ю24).

В VGA-панелях, рассчитанных на небольшую аудиторию, в качестве экрана используется пассивная ЖК-матрица, основан­ная на применении технологии DSTN; в более качественных па­нелях используется активный TFT-экран.

Помимо основной задачи — преобразования электрического сигнала от видеоадаптера в изображение на экране с целью его последующего проецирования на большой внешний экран, от­дельные модели ЖК-панелей обладают рядом дополнительных возможностей, полезных, например, в учебном процессе, при проведении презентаций: дистанционное управление (ДУ); воз­можность увеличения изображения в целом или его фрагмента. При реализации функции «Указка» ЖК-панель на своем экране формирует маркер, напоминающий указатель мыши, положени­ем которого можно управлять с помощью пульта ДУ. Функция «Замораживание» предусматривает запоминание и фиксацию на экране текущего изображения на время подготовки компьютера или презентационной программы к показу следующего сюжета.

Для управления работой ЖК-панели может использоваться дистанционная мышь, соединенная с адаптером, подклю­ченным к последовательному порту компьютера при помощи ка­беля или по радиоканалу.

4.2.2. Мультимедийные проекторы

В мультимедийном проекторе проекционная лампа, ЖК-мат- рица и оптическая система конструктивно размешаются в одном корпусе, что делает их похожими на диапроекторы, предназна­ченные для просмотра слайдов или диафильмов. По принципу действия мультимедийный проектор не отличается от оверхед- проектора: изображение создается с помощью мощной проекци­онной лампы и встроенного в проектор электронно-оптического модулятора, управляемого сигналом видеоадаптера ПК, а затем посредством оптической системы проецируется на внешний эк­ран. Основным отличием в мультимедийных проекторах является конструкция модулятора и способы построения и переноса изоб­ражения на экран. В зависимости от конструкции модулятора про­екторы бывают следующих типов: TFT-проекторы; полисилико­новые проекторы и DMD/DLP-проекторы.

В зависимости от способа освещения модулятора мультимедий­ные проекторы подразделяют на проекторы просветного и отражательного типов.

В TFT-проекторах, относящихся к проекторам просветного типа, в качестве модулятора используется малогабаритная цветная ак­тивная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT. Принцип действия мультимедийного TFT-проектора просветного типа ил­люстрирует рис. 4.6.

Основным элементом установки является миниатюрная ЖК- матрица, выполненная по технологии TFT, как и ЖК-экран плос­копанельного цветного монитора. Равномерное освещение поверх­ности ЖК-матрицы достигается за счет применения системы линз, называемой конденсором.

Полисиликоновые мультимедийные также относятся к проекторам просветного типа и применяются в том случае, когда необходимо получить более яркое изображение. В них используется не

  Рис. 4.6. Принцип действия мультимедийного TFT-проектора просветного типа

одна цветная TFT-матрица, а три монохромных миниатюр­ных ЖК-матрицы размером около 1,3". Каждая из матриц форми­рует монохромное изображение красного, зеленого или синего цвета. Оптическая система проектора, как показано на рис. 4.7, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в ре­зультате чего формируется цветное изображение. Такая техноло­гия получила название полисиликоновой (p-Si). Каждый элемент полисиликоновой матрицы содержит только один тон­копленочный транзистор, поэтому его размер меньше, чем раз­мер элемента TFT-матрицы, что позволяет повысить четкость изображения.

Цветоделительная система полисиликонового проектора, со­стоящая из двух дихроичных (D_u D₂) и одного обычного (/V,) зеркал, используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый, синий). Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы по­дать на каждую из трех монохромных матриц световой поток соот­ветствующего цвета. Дихроичное (цветоделительное) зеркало пропус­кает свет только одной длины волны (один цвет) и представляет собой хорошо отполированную стеклянную подложку с нанесен­ной на него тонкой пленкой из диэлектрического материала.

Система цветосмешения полисиликонового проектора состоит из двух дихроичных (Z)₃, D₄) и одного отражающего (N₂) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК-матрицами.

Полисиликоновые проекторы обеспечивают более высокое ка­чество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравнению с проекторами на основе TFT-матриц. Они более надежны в работе и долговечны, поскольку три ЖК-матрицы работают в менее напряженном тепловом режиме, чем одна. Благодаря этому поли­силиконовые проекторы можно использовать при проецировании изображения на большой экран в таких помещениях, как конфе- ренц-залы, кинотеатры.

ЖК-проекторы отражательного типа предназначены для рабо­ты в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток.

В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК- проекторов отражательного типа является технология DMD/DLP, разработанная фирмой Texas Instruments.

В DMD/DLP-проекторах отражательного типа излучение ис­точника света модулируется изображением при отражении от мат­рицы. В DMD/DLP-проекторах в качестве отражающей поверхно­сти используется матрица, состоящая из множества электронно- управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм. Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падающий на него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попада­нии света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглоти­тель — темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой DMD (Digital Micromirror Device — цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, — DLP (Digital Light Processing — цифровая обработка света).

Как правило, в одной DMD-матрице содержится около 848 х х 600 = 508 800 микрозеркал, что превосходит SVGA-разрешение (800 x 600 = 480 000 пикселов).

Для получения цветного изображения используются проекто­ры двух вариантов: с тремя или одной DMD-матрицей. Трехмат- ричный проектор, схема которого дана на рис. 4.8, по способу формирования цветного изображения аналогичен полисиликоно­вому (см. рис. 4.7).

В одноматричных DMD/DLP-проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех бы­стро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно- зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Мо­нохромные кадры образуются при последовательном освещении DMD-матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока от проекционной лампы через вращающийся диск с красным, зеленым и синим светофильтрами, как это показано на схеме од- номатричного проектора (рис. 4.9). Управление микрозеркалами синхронизировано с поворотом светофильтра.

По сравнению с ЖК-технологиями технология DLP обладает следующими преимуществами: практически полным отсутствием зернистости изображения, высокой яркостью и равномерностью ее распределения. К недостаткам одноматричных DMD-проекто- ров следует отнести заметное мелькание кадров.

Устройства формирования объемных изображений

Устройства формирования объемных (трехмерных) изображе­ний появились в качестве весьма дорогостоящих и недостаточно совершенных элементов системы виртуальной реальности. Одна­ко в настоящее время эти устройства интенсивно совершенству­ются, постепенно превращаясь в непременный атрибут домашне­го мультимедийного ПК, поскольку объемный характер изобра­жения имеет важнейшее значение для создания у пользователя подсознательного ощущения реальности наблюдаемой сцены.

По своей конструкции такие устройства принципиально отли­чаются от традиционных мониторов, поскольку в их основе ле­жит способ формирования трехмерных изображений, основанный на эффекте бинокулярного зрения, или стереозрения.

Особенности восприятия человеком объемных изображений определяются следующими факторами: первичными (врожденны­ми), основанными на использовании бинокулярного зрения, и вторичными, основанными на накопленном человеком опыте ориентации в пространстве и позволяющими оценить глубину наблюдаемого объекта по косвенным признакам, доступным при монокулярном зрении.

Важнейшими, безусловно, являются вторичные факторы. По­этому в данной главе рассмотрим устройства отображения, осно­ванные именно на этом свойстве, т.е. использующие бинокуляр­ное зрение человека.

Объемное восприятие объектов возможно как при бинокуляр­ном, так и при монокулярном зрении, поэтому иллюзию трех­мерности изображения можно создать при помощи традицион­ных двухмерных устройств отображения (телевизора, монитора). Например, фотоснимок сам по себе является двухмерным, плос­ким изображением, однако при его просмотре человек подсозна­тельно оценивает его особенности, благодаря чему создается дос­таточно четкое представление о форме и пространственном поло­жении изображенных объектов.

Особенности объемного изображения (тени, взаимное поло­жение и т.д.) можно создавать на искусственных моделях вирту- шгьного компьютерного мира. Сегодня бурно развивается новая технология, которую принято называть трехмерной графикой, или 3D. В основе этой технологии лежит такой подход: все объекты компьютерного мира описываются в трехмерной системе коорди­нат. Имея математическое описание трехмерного объекта, можно корректно рассчитать его двухмерную проекцию на плоскость эк­рана, которая будет обладать всеми свойствами трехмерного объекта. Поскольку объем вычислений, необходимый для расчета трех­мерной сцены, исключительно велик, эту работу выполняют спе­циализированные графические процессоры, называемые ускори­телями трехмерной графики, или ЗО-акселераторами, которые подробнее будут рассмотрены в подразд. 4.4. Ярким примером ЗЭ-графики являются многочисленные трехмерные компьютер­ные игры.

Механизм бинокулярного зрения связан с явлением одновре­менного раздражения светом горизонтально расположенных не­симметричных точек сетчатки глаз. Асимметрия этих точек обус­ловлена тем, что оба глаза, расположенные один от другого на расстоянии 6 — 7 см по горизонтали, видят один и тот же объект под разными углами. Благодаря этому проекции объекта на глаз­ном дне каждого глаза оказываются сметенными в горизонталь­ном направлении. Головной мозг анализирует эти проекции, в результате чего у человека создается ощущение объемности объекта. Практический способ формирования стереоизображения заклю­чается в том, что два изображения одного и того же предмета, как показано на рис. 4.10, проецируемые на каждый глаз, разворачи­ваются в горизонтальной плоскости один относительно другого на небольшой угол, образуя так называемую стереопару. Такой стереоскоп позволяет видеть объемное изображение за счет раз­дельного наблюдения каждым глазом двух почти одинаковых плос­ких изображений, образующих стереопару.

Принцип действия стереоскопа реализуется во всех современ­ных устройствах формирования объемных изображений. Однако используемые в них конкретные способы формирования стерео­пары отличаются между собой. Чтобы каждый глаз мог видеть толь­ко одну половину стереопары, существуют два основных способа:

• использование для каждого глаза отдельного экрана (двухэк- ранный способ);

• проецирование двух изображений, составляющих стереопа­ру, на общий экран с последующей селекцией элементов стерео­пары, обеспечивающей их раздельный показ каждому глазу (од- ноэкранный способ).

Двухэкранные устройства основаны на использовании в каче­стве двух экранов миниатюрных ЭЛТ, с помощью которых удает-

ся получить весьма высокое разрешение (до 1280х 1024 на каждом экране), однако все устройство отображения получается весьма тяжелым и громоздким, поэтому для его крепления около глаз используют специальную штангу. Такие устройства относят к типу BMD (Boom Mounted Display — дисплей, закрепленный на штанге). Они весьма дороги и применяются в составе профессиональных тренажеров-симуляторов.

Громоздкость двухэкранных устройств был преодолена путем

Дата добавления: 2014-01-11