Формирование цветного изображения

Принцип Формирования растра цветного монитора такой же, как и у монохромного, однако, в основу формирования цветного изображения положены другие свойства цветового зрения.

* Трехкомпонентность цветового восприятия

Это означает, что все цвета могут быть получены путем сложения трех основных цветов (синий, зеленый, красный), что позволило в цветных мониторах использовать метод аддитивного смешения цветов (Рис. 3.2.2.).

Рис. 3.2.2. Модель смешения цветов

· Пространственное усреднение цвета.

Если на изображении имеются близко расположенные цветные детали, то с большого расстояния мы не различим цвета отдельных деталей. Учитывая это свойство зрения, в электронно-лучевой трубке монитора формируется цвет одного элемента изображения из трех цветов люминофорных зерен, расположенных рядом. В соответствии с особенностями человеческого зрения в электронно-лучевой трубке цветного монитора имеются три лучевые пушки с отдельными схемами управления, а на внутреннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов (RGB) (Рис. 3.2.3.).

Рис. 3.2.3. Полная модель образования цветов на экране монитора

Таким образом, каждая пушка стреляет по своим пятнам люминофора. Для этого в каждом кинескопе имеются апертурная решетка или теневая маска. Она служит для того, чтобы каждая пушка попадала только в точки люминофора соответствующего цвета. Теневая маска представляет собой пластину из спец. металла - инвара, с очень низким коэффициентом линейного расширения. На нее наносят систему отверстий, соответствующих точкам люминофора на внутренней поверхности кинескопа. Апертурная решетка образована системой щелей с аналогичными функциями.

Среднее расстояние между пикселями называется зерном и составляет 0,25-0,41мм.

Люминофорное покрытие экрана

При изготовлении дешевых мониторов экран покрывается люминофором, частицы которого светятся при попадании на них электронного пучка, но имеют короткий период послесвечения. Высвеченные пиксели экрана должны продолжать светиться в течение времени, которое необходимо электронному лучу, чтобы просканировать весь экран и вернуться для активизации данного пикселя уже при прорисовке следующего кадра. Следовательно, минимальное время послесвечения должно быть не меньше периода смены кадров - 20мс. Если это не выполняется, происходит мерцание изображения. При использовании высококачественных дорогих материалов такой эффект не наблюдается. Каждая точка светится в течение всего времени, которое необходимо лучу для сканирования всего экрана. Изображения на экранах, покрытых высококачественными люминофорами, кажется контрастным, абсолютно чистым и немерцающим.

Типы мониторов и их характеристики

Аналоговые мониторы.

В данном случае речь пойдет о мониторах, которые работают с адаптерами VGA, SVGA и др. Они способны поддерживать разрешение 640х480 и более. В названии аналоговый отражаются не возможности разрешения (в отличие от TTL-мониторов), а способ передачи информации о цветах от видеокарты к монитору.

Аналоговый сигнал передается путем изменения амплитуды напряжения. VGA мониторы могут работать не только в цветном, но и монохромном режиме. В монохромном режиме цвета заменяются оттенками серого цвета. В аналоговом монохромном мониторе для отображения информации используется только видеосигнал зеленого. Сигналы красного и синего при этом не передаются.

Мультичастотные мониторы.

Все современные мониторы можно разделить на 3 большие группы:

* С фиксированной частотой

* С несколькими фиксированными частотами

* Многочастотные (их также называют мультичастотные)

Мониторы с фиксированной частотой воспринимают синхросигналы какой-либо одной частоты, например, для кадровой развертки 60 Hz, а для строчной - 31,5 kHz. Мониторы с несколькими фиксированными частотами менее критичны к значениям частот синхроимпульсов и могут работать с набором из 2 или более сочетаний частот синхроимпульсов кадровой и строчной развертки. Мультичастотные мониторы называемые иногда Multisync, обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некоторого определенного диапазона, например, 30-64 kHz - для строчной и 50-100 Hz - для кадровой.

Диагональ монитора.

Диагональю монитора, как и телевизора, называется расстояние между левым нижним и правым верхним углами экрана. Это расстояние измеряется в дюймах. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 14’’ и 15’’. Для оптимальной работы в Windows 9x c более высоким разрешением следует установить монитор с диагональю 17 дюймов. А для профессиональной с работы с настольными издательскими системами и системами автоматического проектирования (САПР) рекомендуется монитор с диагональю 20, 21 дюйм (разумеется, не стоит забывать и об upgrade видеокарты).

Маска экрана.

Качество изображения зависит в значительной степени от типа и характеристик используемой теневой маски. Расстояние между отверстиями маски измеряется в мм.

* Remarks:

Расстояние между отверстиями теневой маски часто отождествляют с размером зерна монитора, что вполне оправдано, поскольку оба параметра должны быть равны. Однако это условие выполняется не всегда, а в зависимости от технологии производства электронно-лучевой трубки и ее качества. Кроме того, расстояние между отверстиями теневой маски по сравнению с зерном, которое можно увидеть под лупой прямо на экране, является менее наглядной характеристикой.

Все мониторы с зерном более 0,28 мм считаются “дешевыми” и “грубыми”. Лучшие мониторы имеют зерно 0,26 мм, а у самого качественного известного монитора зерно - 0,19 мм.

Разрешение.

Аналоговые мониторы обеспечивают разрешение не ниже 1024х768, а мультичастотные имеют разрешение 1280х1024 и более.

Кинескоп.

Существенное значение имеет тип ЭЛТ (кинескопа). Предпочтительны такие типы кинескопов, как Black Trinitron, Black Matrix or Black Planar. Люминофорное покрытие экрана мониторов этих типов состоит из специального вещества, которое имеет существенный недостаток - слишком восприимчиво к свету. Если монитор с подобным кинескопом длительное время находится под действием света, это значительно сокращает срок его службы.

Излучение и защитные экраны

Медицинские исследования показали, что излучение, сопровождающее работу монитора, может отрицательно сказываться на здоровье человека.

Спектр этого излучения достаточно широк – это и рентгеновское излучение, и инфракрасное, и радиоизлучение, а также электростатические поля. Именно поэтому, приобретая монитор, не следует забывать о защитном экране.

Фильтры бывают сеточные, пленочные и стеклянные. Их защитные свойства и, соответственно, цена возрастают в порядке перечисления- 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. Кроме того, они несколько ухудшают контрастность изображения. Однако эти фильтры ослабляют блики от внешнего освещения, что при интенсивной работе за компьютером является немаловажным фактором.

Пленочные фильтры также не защищают от статического электричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Обычные пленочные фильтры стоимостью 3–7 USD плохо защищают от бликов внешнего излучения, однако существуют также поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid, которые способны обеспечивать поляризацию отраженного света и подавлять возникновение бликов. Поляризационные фильтры, как правило, стоят дороже обычных фильтров.

Стеклянные фильтры выпускаются в нескольких различных модификациях. Простые стеклянные фильтры стоимостью 3–10 USD снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контрастность изображения.

Выпускаются также стеклянные фильтры категории полная защита. Они обладают наиболее полной совокупностью защитных свойств; практически не дают бликов (доля отраженного света менее 1%), 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 стекла специального сорта, легированного атомами тяжелых металлов, и имеют многослойное покрытие. Стоят такие фильтры недешево – свыше 150 USD.

В первую очередь, такие мониторы имеют более чувствительный люминофор, который обеспечивает ту же яркость свечения при менее интенсивной электронной бомбардировке. В результате удается значительно снизить величину ускоряющего анодного напряжения, а вместе с ним – интенсивность рентгеновского излучения. Кроме того, меньшая скорость соударения снижает температуру разогрева люминофора, в результате чего уменьшается интенсивность инфракрасного и ультрафиолетового излучений.

В мониторах класса low radiation применяется специальное стекло, которое поглощает все эти виды излучений. Это стекло обладает свойствами, аналогичными свойствам защитных экранов, которые используются совместно с обычными мониторами. Экран монитора low radiation имеет характерную матовую поверхность, которая устраняет блики.

Снижение электростатического потенциала достигается использованием специальных экранирующих материалов, соединенных с заземляющим проводом.

В результате принятия указанных мер нет необходимости использовать специальные защитные экраны, которые считались непременным атрибутом для первых мониторов.

Мониторы Plug & Play

Любой современный PC поддерживает технологию Plug&Play, обеспечивающую автоматическое конфигурирование подключаемого оборудования.

В целях реализации данной технологии для мониторов ассоциация VESA разработала спецификацию DDC (Display Data Channel), которая предусматривает обмен информацией между монитором и PC по обычному кабелю, т. е. через стандартный VGA-разъем. Существует несколько версий этого протокола:

· DDC1 – односторонняя передача данных от монитора к PC

· DDC2 (DDC2A, DDC2B, DDC2AB) – двухсторонний обмен данными между PC и монитором

Мониторы Plug&Play позволяют системе установить оптимальные для конкретной модели характеристики вывода изображения (частоту кадровой и сточной развертки, цветовую модель и др.).

Срок службы

Относительно надежный критерий для оценки продолжительности работы монитора – это количество выделяемого им тепла. Если монитор очень сильно нагревается, то можно ожидать, что срок его службы будет невелик. Если же монитор в течение долгого времени остается только теплым, – это указывает на небольшие потери энергии и предполагаемый длительный срок службы. Монитор, на корпусе которого имеется много вентиляционных отверстий, хорошо охлаждается, что не позволяет монитору быстро выйти из строя.

При покупке монитора следует провести тепловой тест: если его корпус кажется только теплым – это хороший монитор.

Жидкокристаллические дисплеи (LCD)

В конце 80-х годов были представлены первые модели PC типа laptop. Такие PC имеют малый вес, в первую очередь, за счет того, что в них применяются жидкокристаллические дисплеи { Liquid Crystal Display, LCD}. Подобный экран состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находятся жидкие кристаллы, которые могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимости от электрического заряда, т. е. кристаллы под воздействием электрического поля изменяют свою ориентацию и тем самым по-разному отражают свет. Поскольку сопротивление относительно велико, кристаллы могут двигаться только с определенной скоростью.

Это свойство проявлялось при перемещении курсора мыши по LCD-экрану первых дисплеев: при быстром перемещении курсор просто исчезал. Жидкие кристаллы получали электрический импульс, но не успевали среагировать, когда курсор уже переместился.

Время реакции первых цветных дисплеев составляло примерно 500 мс. Для уменьшения «смазанности» и увеличения контрастности изображения были разработаны жидкокристаллические дисплеи, выполненные по технологии DSTN (Dual- scan Super- Twisted Nemattc). Благодаря использованию специальных жидких кристаллов и двойного сканирования, время реакции сократилось до 150 мс.

Фирма Toshiba разработала жидкокристаллический дисплей с активной матрицей на тонкопленочных транзисторах (так называемая технология Thin Film Transistor– 777). Стоимость подобных дисплеев на 700–900 USD выше, чем стоимость дисплеев DSTN. Однако эти затраты вполне оправданы, поскольку TFT-дисплеи практически не уступают своим электронно-лучевым собратьям.

Разновидностью DSTN-технологи и явилась технология MLA (Multiline Addressing). Благодаря многолинейной адресации время реакции панели уменьшилось до 50–75 не.

Размер экрана жидкокристаллического дисплея составляет от 10,2" до 13,3" по диагонали, а разрешение – 800х600 и 1024х768.

Один из недостатков таких дисплеев может быть вам знаком по наручным часам, калькуляторам и т. п., которые работают с LCD-индикаторами, Если посмотреть на экран под углом, то можно увидеть только серебристую поверхность. Восприятие изображения на LCD-экранах зависит от угла наблюдения. Хорошее качество изображения достигается при угле наблюдения 90° к экрану.

Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому подобные мониторы нуждаются в подсветке { Backlight} или во внешнем освещении. Дальнейшее развитие LCD-дисплеев направлено на представление цвета, то есть на изменение отдельными кристаллами своей окраски под воздействием электрических импульсов, а также на "активные" LCD-дисплеи, излучающие свет,

Интересной особенностью некоторых моделей LCD-дисплеев является то, что их можно поворачивать на 180°, что весьма удобно при работе с текстовыми документами.

Газо-плазменные мониторы

Для газо-плазменных мониторов нет таких ограничений, как для LCD-дисплеев. Они также имеют две стеклянные пластины, между которыми находятся не кристаллы, а газовая смесь, которая высвечивается в соответствующих местах под действием электрических импульсов. Недостаток таких мониторов – их нельзя использовать в переносных компьютерах с аккумуляторным и батарейным питанием из-за того, что они потребляют много тока.

Принтеры ударного действия.

Интерфейс

В противоположности другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к РС через параллельный интерфейс. Для старых моделей имеется возможность подключения через последовательный интерфейс. Однако надо иметь в виду, что передача информации на принтер через последовательный интерфейс значительно замедляет его работу, особенно при печати в графическом режиме.

Последние модели лазерных принтеров для повышения быстродействия снабжены высокоскоростным портом с расширенными возможностями ECP для быстрой печати. Длина кабеля может составлять до 10 м, а не 3м при более ранних разработках интерфейса.

Некоторые модели принтеров различных фирм оборудованы инфракрасными передатчиками, что позволяет передавать файлы с помощью инфракрасного излучения, делая ненужным кабельное соединение.

По принципу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются:

v Принтеры ударного действия;

v Принтеры не ударного (безударного) действия (Рис. 3.2.4.).

Рис. 3.2.4. Классификация принтеров

Принтеры ударного действия

Принтеры ударного действия, основанные на создании изображения шрифта механически «выколачивания» красителя ленты прямо на бумагу. В качестве ударного механизма могут быть использованы шаблоны символов или иголки.

Типовые принтеры (ударные) аналогичны электрическим пишущим машинкам.

Достоинства

Типовой принтер дает очень чистое изображение букв, конечно при условии, что красящая лента достаточно черная и неизношенная.

Недостатки

n Низкая скорость печати от 30 до 40 знаков в секунд;

n Недостаточная универсальность типовых принтеров, которая препятствует их широкому распространению. Принтеры такого типа располагают одним шрифтом и не нельзя выделить отдельные места документа курсивом или жирным начертанием;

n Невозможность печати графического изображения.

Область применения

Принтеры могут применяться только в машинописном бюро, где для оформления документа, кроме чистоты, ничего не требуется. По стоимости они сравнимы с игольчатыми принтерами.

Игольчатые принтеры

Игольчатый принтер долгое время являлся стандартным устройством вывода для РС по отношению к струйным и лазерным принтерам. Достоинством игольчатых принтеров определяются, в первую очередь, скоростью печати и их универсальностью, которая заключается в способности работать с любой бумагой, а также низкой стоимостью.

Принцип действия

Принцип, которым игольчатый принтер печатает знаки на бумаге, очень прост. В отличие от других принтеров, игольчатый принтер формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера.

Механизм подачи бумаги аналогичен с пишущей машинкой. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголке по этой ленте на бумаге остается закрашенный след.

Иголки, расположенные внутри головки, обычно активизируются электромагнитным методом. Головка движется по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем (Рис. 3.2.5.).

Рис. 3.2.5. Расположение иголок на 9-игольчатой головке (в один и два ряда)

Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарных кодов. По этой причине головка принтера «знает», какие иголки и в каких позициях необходимо активизировать, чтобы, например, создать за 10 шагов головки букву «К» (Рис. 3.2.6.).

 

Рис. 3.2.6. Матрицы для буквы «К», зависящей от количества иголок в головке

Хотя наличие девяти иголок в головке принтера обеспечивает высокую скорость печати, однако, хорошего качества достичь не удается. Это заметно сказывается на отпечатке шрифта принтера, когда на бумаге виден отпечаток каждой из иголок, а в связи с износом красящей ленты качество еще больше ухудшается.

Для улучшения качества каждую строку пропечатывают два раза, при этом отдельные точки, составляющие знаки, несколько смещаются при втором проходе печати. Такой метод хотя и улучшает качество изображения, но увеличивает время процесса печати.

Дальнейшим развитием 9 игольчатого принтера стал 18-игольчатый принтер, а позднее 24-игольчатый. Он имел расположение иголок в головке в два ряда по 9 иголок.

Игольчатый принтер

Иголки расположены в два ряда по 12 штук. Кроме этого имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, чтобы знаки пропечатывались еще раз с небольшим смещением.

Строчный принтер

У строчного принтера головка отсутствует, но имеется печатающая планка. Таким образом, при печати изображение матрицы, соответствующей строке, полностью переносится на бумагу. Так как головка не подвижна, а строка печатается целиком за один раз, это дает преимущество в скорости печати.

Особенности работы игольчатого принтера:

* Возможность печатать несколько копий;

* Является более универсальным при работе с бумагой, чем лазерный или струйный принтеры, для которых отсутствует возможность использовать бумагу в рулоне.

* Игольчатые принтеры характеризуются скоростью печати (числом знаков, которое принтер переносит на бумагу за 1 сек);

* Одним из недостатков работы игольчатого принтера можно отнести сопровождение шумом;

* Для игольчатых принтеров разрешение играет роль только тогда, когда печатается в графическом режиме, где должно точно рассчитывается положение каждой отдельной точки на бумаге.

* Цветная печать, реализуется только с помощью многоцветной красящей ленты;

* Шрифты в игольчатых принтерах реализуются наличием встроенных шрифтов или возможностью записи их в RAM принтеров.