Цифровые камеры

Принцип действия цифровой камеры представлен на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Принцип действия цифровой камеры [3].

Свет, пройдя через объектив цифровой камеры, фокусируется на светочучтвительной пластинке (ПЗС-матрице). Элементы матрицы чувствительны к трем основным цветам: красный, зеленый и синий. На выходе каждого элемента матрицы формируется напряжение электрического тока, которое пропорционально количеству света, надающего на элемент матрицы.

Далее с каждого элемента матрицы, по строчно, происходист считывание напряжения и с помощью аналогово-цифрового преобразователя аналоговая величина напряжения преобразуется в цифровые величины.

В процессере происходит обработка изображения для ее представления на экране жидкокристаллического дисплея цифровой фотокамеры и на вывод к компьютеру.

Дисплей камеры предназначен для контроля съемки и для просмотра изображений при их поиске в памяти камеры.

Устройства отображения

К устройствам отображения относятся дисплей и принтер. Их устройство позволяет отображать как векторную, так и растровую графику.

Видео мониторы.

CRT-мониторы. Это мониторы на электронно-лучевых трубках. Принцип действия заключается в том, что управляемый пучок электронов попадает на экран, покрытый люминофором и вызывает его свечение. На смену его пришли LCD-мониторы.

LCD-мониторы. Это жидкокристаллические мониторы. Основной тип покупаемых сейчас мониторов. В качестве экрана жидкокристаллических мониторов используются активные LCD-матрицы. Кристаллы в ячейках работают как оптический затвор, пропуская или закрывая свет от лампы за матрицей. Управление выполняется отдельно для каждого элемента (пикселя) экрана. Каждый пиксель экрана состоит из трех ячеек, отображающий красный, синий и зеленый цвет.

В LCD-мониторе источником для создания изображения является внешний источник света. Лампы находятся в корпусе монитора, за матрицами.

Наиболее качественную технологию IPS изготовления мониторов предложила фирма Hitachi. Единственный недостаток цена.

Наиболее популярные мониторы производятся сейчас на основе TN+Film – матриц.

В жидкокристаллических мониторах в качестве интерфейса с видеокартой используется стандартный аналоговый и цифровой интерфейс (DVI). В отдельных мониторах могут присутствовать разъемы обеих интерфейсов, в других же может быть только более современный DVI.

Принтеры. Предназначены для вывода информации из компьютера. Принтеры подразделяются по формату печати. Наиболее распространены устройства, поддерживающие форматы А4 и А3. В составе принтера есть своя память, в которую записывается поступающий от компьютера поток информации, что позволяет принтеру работать автономно после получения задания на печать. В последнее время большинство моделей принтеров оснащаются USB интерфейсом.

Струйные принтеры. Общепризнано, что в качестве домашнего принтера использовать струйный принтер. Он дает высокое качество и возможность цветной печати при сравнительно небольшой цене по сравнению с принтерами других типов. Запись осуществляется путем направленного выброса капель из печатающей головки капель красителя (чернил).

При пьезоэлектрической технологии в печатающей головке принтера располагаются миниатюрные пьезопластины, управляемые электрическим сигналом. Капли чернил выбрасываются из печатающей головки за счет колебания пластин. Эта технология используется в струйных принтерах Epson, Brother. Относительные недостатки: стоимость и требовательность к качеству чернил.

В пузырьковой (электротермической) технологии капля выбрасывается за счет избыточного давления при очень быстром нагреве порции чернил. При этой технологии печатающие головки дешевле и поэтому чаще всего выполняются в едином корпусе со сменным картриджем. Пузырьковая технология применяется в принтерах фирм Hewlett Packard, Lexmark, Canon, Xerox. Технология цветной печати требует трехцветный картридж, содержащий чернила голубого, пурпурного и желтого цветов. Высокое качество фотографий можно получить только на специальной фотобумаге.

Лазерные принтеры. В лазерных принтерах для создания изображений используют электрографический принцип. Печатаемое изображение с помощью лазерного луча наносится на светочувствительный барабан в виде электростатического потенциала. Электростатическое изображение наносится лазерным лучом построчно. После формирования каждой строки специальный прецизионный шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования последующей строки. При вращении заряженные строки барабана оказываются в контейнере с тонером, частицы которого притягиваются к заряженным участкам. Чем больше заряд, тем больше частиц притягивается. При дальнейшем вращении барабана тонер переносится на бумагу и закрепляется на ней за счет нагрева тонера до температуры плавления и фиксации их специальными валиками.

Безусловным лидером на рынке лазерных принтеров является фирма Hewlett Packard. Хорошо известна также продукция Canon, Xerox.

LED-принтеры. В этих принтерах полупроводниковый лазер заменен линейкой мельчайших светодиодов. Конструкция принтера в этом случае упрощается. Изображение формируется построчно, но по отдельному пикселю.

Выбор принтера. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество и высокую скорость печати. Струйные принтеры имеют высокое качество, высокую скорость, но имеют высокую стоимость расходных материалов. Целесообразно иметь два принтера. Один лазерный для печати черно-белых документов и цветной струйный (печати относительно мало, поэтому будет и небольшой расход материалов).

Устройства вывода растровой графической информации

Устройства выводы графической информации в визуальной форме предназначены исключительно для человека. Они завершают процесс компьютерной обработки графической информации и делают ее доступной для непосредственного человеческого восприятия. Так же, как и устройства ввода, устройства графического выводы в последние годы стремительно наращивают качество при неуклонном снижении цены. Высококачественные 15 - и 17 -дюймовые мониторы становятся доступны массовому потребителю. Стоимость струйных принтеров с отличным (почти фотографическим) качеством печати снизились до $ 200. Даже небольшие офисы обязательно имеют высококачественный лазерный принтер. Таким образом, в ближайшие годы с этими устройствами графического вывода вы будете сталкиваться буквально на каждом шагу.

Во второй части лекции мы рассмотрим вкратце устройство и принципы работы таких устройств: мониторы, лазерные и струйные принтеры. Начнем с мониторов.

Мониторы

Вам, наверное, трудно представить современный компьютер без графического монитора, хотя всего лет пятнадцать назад это было обычным явлением. Графический монитор позволяет визуализировать практически все, что происходит внутри компьютера. Современные инструментальные средства немыслимы без графического пользовательского интерфейса, я уже и не говорю о компьютерных играх и анимации.

Существует четыре основных принципа, на основе которых могут работать мониторы:

• электронно-лучевая трубка

• жидкокристаллические дисплеи

• дисплеи с автоэлектронной эмиссией

• плазменные дисплеи

Наиболее распространены в настоящее время мониторы первого типа. Поэтому именно их мы и рассмотрим.

В цветных мониторах используют три электронных пучка (по одному на красную, зеленую и синюю цветовые компоненты) и три типа люминофоров, которые светятся под действием электронного пучка красным, зеленым и синим цветом, соответственно. Если вы посмотрите на экран работающего монитора через сильную лупу, то вы увидите пятнышки люминофора трех основных цветов (рис.12.5). Расстояние между соседними пятнышками меньше, чем пространственное разрешение глаза. Поэтому красные, зеленые и синие пятнышки сливаются. Результирующий цвет зависит от соотношения интенсивностей свечения этих пятнышек.

Рис.11.5. Структура экрана цветного монитора (участок белого цвета).

Современные мониторы с цветными кинескопами характеризуются отличным качеством изображения, яркими и насыщенными красками, высокой четкостью. У таких мониторов лишь два крупных недостатка – большая длина и, соответственно, - масса. Дело в том, что чем шире экран монитора, тем больше его длина. Каждый дюйм ширины экрана требует примерно дюйма длины (вы, наверное, замечали, что коробки мониторов практически кубические!).

В настоящее время широко используются 14, 15 и 17 – дюймовые мониторы. Перестали быть экзотикой и 21-дюймовые. Однако, для многих пользователей такие большие мониторы превращается в проблему – они просто не помещаются на рабочем столе! В лабораториях уже создаются электронно-лучевые трубки принципиально другой конструкции. У них электронные пушки расположены не сзади, а сбоку – вдоль одной из сторон кинескопа. Возможно, такие конструкции позволят резко уменьшить длину мониторов при том же размере экрана.

Такого недостатка нет у жидкокристаллических, плазменных и автоэлектронных дисплеев. Однако, у них есть свои серьезные проблемы, которые в настоящее время еще не решены. Принтеры

Несмотря на бурное развитие компьютеров, электронных средств массовой информации и электронных изданий, в повседневной жизни преобладают все-таки обычные бумажные книги, альбомы или журналы. Изображение на бумаге не требует никаких дополнительных технических средств для его визуализации.

Современные принтеры характеризуются высоким качеством печати, быстродействием и относительно низкой ценой. Существуют довольно много принципов печати, но мы с вами рассмотрим два типа принтеров – лазерные и струйные. С принтерами таких типов вам обязательно придется работать в будущем. Для правильного их использования необходимо хотя бы в общих чертах понимать принципы их работы. К этому и приступим.

Начнем с лазерных принтеров. Принцип его действия очень похож на принцип работы ксерокса. Основа принтера – металлический барабан с фоточувствительным полупроводниковым покрытием (Рис.11.6).

Рис.11.6.

Схема лазерного принтера.

Сначала поверхность барабана равномерно заряжается. В темноте этот заряд сохраняется так же, как и в конденсаторе. Барабан медленно вращается. Тем временем луч лазера пробегает по поверхности барабана. Развертка осуществляется за счет вращающегося многогранного зеркала. Луч лазера периодически прерывается согласно печатаемому рисунку. Те точки на поверхности барабана, на которые попал свет, теряют электрический заряд, потому что полупроводниковое покрытие начинает проводить ток под действием света. В результате на поверхности барабана образуется печатаемый рисунок в виде отсутствия или присутствия электрических зарядов.

Затем специальное устройство, содержащее порошок тонера (красителя), наносит тонер на барабан. Частички тонера имеют такой же электрический заряд, как исходная поверхность барабана. Т.е. прилипает к барабану только к тем точкам, которые уже подверглись действию света, так как участки барабана, сохранившие заряд, отталкивают тонер (одноименные заряды отталкиваются). Теперь на поверхности барабана есть уже настоящий, видимый рисунок из крупинок тонера.

Далее лист бумаги плотно прижимается к барабану, тонер переносится на бумагу. После этого специальный нож счищает остаток тонера с барабана и барабан вновь готов к работе.

Лист бумаги проходит через разогретые валики, тонер подплавляется и прочно сцепляется с бумагой. После этого бумага выходит из принтера.

Конечно, мы рассмотрели только схему. В реальности все сложнее и существуют много различных вариаций лазерной печати, которые зависят от фирмы-изготовителя.

Лазерные принтеры всем хороши. Отличное качество печати, высокое разрешение и скорость. У них, пожалуй, один серьезный недостаток – лазерные принтеры все-таки еще относительно дороги. Особенно это относится к цветным лазерным принтерам. Поэтому для цветной печати чаще всего используются более дешевые струйные принтеры.

В струйных принтерах используется совсем другой принцип печати, чем в лазерных принтерах. В них изображение формируется из чернильных капелек, которые выпрыскиваются из мельчайших сопел печатающей головки. Головка перемещается, нанося одну строку изображения. После возврата головки бумага смещается на одну строку, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет выведено все изображение. Обычно в головке довольно много сопел (в последних моделях фирмы Epson количество сопел равно 128).

Головки различаются способом формирования чернильных капель. Обычно используются два метода – термический и пьезоэлектрический.

При термическом способе используется быстрый разогрев пленочного резистора. Пленочный резистор либо помещается непосредственно около сопла, либо у входного канала сопла. При пропускании импульса тока тонкопленочный резистор очень быстро (за несколько микросекунд) нагревается до температур порядка 500 градусов и нагревает окружающие его чернила. При этом образуется паровой пузырек, который, расширяясь, выталкивает из сопла капельку чернил. После выключения тока, резистор быстро остывает, паровой пузырек сжимается, всасывая новую порцию чернил.

Другой способ – пьезоэлектрический. Существуют специальные материалы – пьезоэлектрики, которые при прикладывании напряжения изменяют свои размеры, причем очень быстро! Можно сконструировать пьезоэлемент так, что при подаче напряжения он будет изгибаться. Такой пьезоэлемент размещается в стенке камеры около сопла (Рис.9).

При подаче напряжения внутри камеры образуется область сжатия, которая приводит в выдавливанию капельки чернил из сопла

Современные струйные принтеры дают отличное качество печати. Однако у них есть два существенных недостатка – малая скорость печати и требование специальной бумаги для качественной печати. Однако, эти недостатки с лихвой окупаются превосходным качеством печати и дешевизной.