przetwornik wizyjny
 
Encyklopedia PWN
przetwornik wizyjny,
przyrząd optoelektroniczny przetwarzający obraz opt. na sygnał elektr. wizyjny (p.w. analizujący) lub przeprowadzający operację odwrotną (p.w. syntezujący).
Rozróżnia się p.w. monochromatyczne, przetwarzające tylko luminancję (jasność) obrazu opt., oraz barwne, przetwarzające także jego barwę, stanowiące zwykle zintegrowany zespół 3 przetworników monochromatycznych, z których każdy przetwarza tylko obraz o jednej barwie podstawowej (RGB). Podstawowym parametrem charakteryzującym p.w. jest rozdzielczość, tj. liczba rozróżnianych punktów obrazu (piksel) wzdłuż tej samej linii, poziomej (X) lub pionowej (Y), zwykle podawana w postaci X × Y (np. 800 × 600), ściśle związana z rozmiarami pojedynczego punktu obrazu (piksela).
Przetworniki wizyjne analizujące (analizatory obrazu). Główną część p.w. analizującego stanowi element światłoczuły, na który jest rzutowany (przez odpowiedni układ opt.) analizowany obraz. Promieniowanie biegnące od obrazu pada na powierzchnię elementu światłoczułego i powoduje emisję z niej elektronów lub ich przejście na wyższe poziomy energ. (fotoelektryczne zjawiska); prowadzi to do generacji w elemencie światłoczułym nośników ładunku, których rodzaj (dziury lub elektrony) zależy od rodzaju elementu, a koncentracja w poszczególnych miejscach powierzchni jest proporcjonalna do natężenia promieniowania wysyłanego przez odpowiadające im punkty obrazu; rozkład ładunków odzwierciedla zatem rozkład luminancji (jasności) obrazu — powstaje jego kopia ładunkowa. W celu przetworzenia obrazu ładunkowego na sygnał elektr. stosuje się operację zw. wybieraniem (odczytem, adresowaniem), przy czym rozróżnia się wybieranie elektronowe, macierzowe oraz z przesuwem ładunków (to ostatnie stosowane np. w przetworniku CCD). Wybieranie elektronowe stosuje się gł. w lampach elektronopromieniowych (np. w lampach analizujących); polega na skanowaniu (przemiataniu) powierzchni (obrazu ładunkowego) punkt po punkcie (wzdłuż poziomych linii) odpowiednio ukształtowaną wiązką elektronową, stanowiącą „ruchomą elektrodę”; elektrony wiązki oddziałują z nośnikami ładunku na powierzchni, co prowadzi do przepływu prądu w obwodzie zewn. (obciążeniu), tj. do powstania sygnału elektr. wyjściowego, którego parametry zależą od koncentracji ładunku na powierzchni, a więc od luminancji rzutowanego (analizowanego) obrazu optycznego. Wybieranie macierzowe znajduje zastosowanie w p.w., które zawierają siatkę (macierz) przewodzących elektrod krzyżujących się pod kątem prostym (np. przetworniki CMOS, zw. też MOS-XY); każdy węzeł siatki odpowiada dokładnie jednemu elementowi światłoczułemu, a wybieranie polega na łączeniu w określonej kolejności elementów światłoczułych z elektrodą zbiorczą (wyjściową) w wyniku doprowadzenia odpowiedniego napięcia sterującego do elektrod linii (wierszy) i kolumn; elektroda zbiorcza jest połączona z rezystorem obciążenia, a uwolnione podczas wybierania nośniki ładunku (fotoładunki) dostają się do niej, a następnie przepływają przez rezystor obciążenia; przepływ ładunków (prąd elektr.) powoduje odpowiedni spadek napięcia na rezystorze, tj. powstanie sygnału elektr. (wizyjnego).
Pierwszym całkowicie elektronicznym p.w. analizującym była, oprac. w latach 30. XX w., lampa analizująca, zw. ikonoskopem, wykorzystująca fotoemisję (emisja elektronów); wkrótce skonstruowano jej ulepszoną wersję, superikonoskop, a w latach 50. XX w. — jeszcze doskonalszy superortikon; w latach 60. XX w. oprac. widikon, a na przeł. lat 70. i 80. XX w. — przetworniki CCD. Ostatnio (2004) coraz powszechniej stosuje się przetworniki CMOS, wykonywane technologią CMOS. P.w. analizujące są powszechnie stosowane w kamerach wideo, cyfrowych aparatach fot., skanerach, teleskopach, a także w urządzeniach przeznaczonych do obrazowania informacji, np. w medycynie, robotyce.
Przetworniki wizyjne syntezujące. Służą do przetwarzania sygnałów wizyjnych na obraz oglądany na ekranie; dzieli się je na: aktywne, w których do otrzymania obrazu na ekranie nie stosuje się zewn. źródła światła (wykorzystują luminescencję substancji pokrywającej ekran), oraz pasywne, w których jest stosowane zewn. źródło światła. Pierwsze to gł. urządzenia wykorzystujące elektronopromieniowe lampy obrazowe (np. kineskop, lampę radaroskopową, lampę oscyloskopową) oraz ekrany (displeje), np. VFD, PDP. Sygnały wizyjne podane na wejście urządzenia modulują natężenia wiązek elektronowych, padających na ekran luminescencyjny i wywołujących jego świecenie w odpowiednich punktach, lub powodują zmiany parametrów elektr., od których zależy powstający na ekranie obraz. W grupie p.w. pasywnych podstawowe znaczenie mają p.w. ciekłokrystaliczne (LCD), których działanie opiera się na zmianie właściwości opt. ciekłych kryształów tworzących ekran (oświetlany zewn. źródłem światła) pod wpływem zmian pola elektr. wywołanych doprowadzonymi sygnałami wizyjnymi.
Rozwój p.w. syntezujących zapoczątkowało wynalezienie 1897 przez K.F. Brauna lampy elektronowej, uważanej za prototyp lampy obrazowej; 1924 W. Zworykin skonstruował pierwszy kineskop. P.w. syntezujące, zarówno aktywne, jak i pasywne, są szeroko wykorzystywane m.in. w urządzeniach powszechnego użytku, takich jak telewizory, komputery, kamery wideo.
Mirosław Rusek
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia