Датчики телевизионных сигналов и их характеристики

Преобразователи оптических изображений в электрические сигналы — датчики ТВ сигнала — преобразуют световую энергию, отраженную от объекта и спроецированную на фоточувствительную поверхность преобразователя, в последовательность электрических сигналов с определенными параметрами, обеспечивающими обратное преобразование. Яркость спроецированного на фоточувствительную поверхность оптического изображения является функцией не только времени t, но и координат х, у в горизонтальном и вертикальном направлениях. Поэтому датчик ТВ сигнала должен обладать способностью преобразовывать значения яркостей отдельных элементов изображения в электрический заряд. Для последовательного считывания ТВ сигнала от отдельных элементов изображения в преобразователе одновременно с фотопроцессом осуществляется процесс развертки изображения. Закон развертки является одним из основных параметров ТВ сигнала, обеспечивающих возможность его преобразования в телевизионное изображение.

В современной телевизионной технике оптические изображения преобразуются в ТВ сигналы с помощью электронно-лучевых передающих трубок и твердотельных ФЭП.

Качество ТВ изображения во многом определяется характеристиками фотоэлектрических преобразователей оптических изображений: чувствительностью, разрешающей способностью, световой и спектральной характеристиками, инерционностью.

Чувствительность передающей трубки — величина, обратная освещенности фоточувствительной поверхности преобразователя, необходимой для получения ТВ сигнала с заданным соотношением сигнал/шум. В инженерной практике чувствительность фотоэлектрических преобразователей оценивают по минимальной освещенности фоточувствительной поверхности (в люксах).

Разрешающая способность фотоэлектрического преобразователя характеризует свойство генерировать ТВ сигнал от мелких деталей изображения. О разрешающей способности можно судить по апертурной характеристике фотоэлектрического преобразователя, которая определяет связь между глубиной модуляции генерируемого сигнала и размерами передаваемой детали изображения.

Световая характеристика — зависимость тока сигнала на выходе преобразователя от освещенности его фоточувствительной поверхности i_с = f(Е). Она позволяет судить об интервале освещенности, в котором способен работать данный фотопреобразователь.

Спектральная характеристика преобразователя i_с = f(λ) — зависимость ТВ сигнала от длины волны воздействующего на фоточувствительную поверхность равноинтенсивного излучения. Требования к спектральной характеристике преобразователя определяются конкретным его назначением. При использовании преобразователя в прикладных ТВ системах область его спектральной чувствительности может выходить за пределы видимого глазом спектрального интервала длин волн. Если преобразователь используется в камерах вещательного телевидения, его спектральная чувствительность должна соответствовать спектральным свойствам зрительного аппарата человека.

Инерционность — параметр, характеризующий запаздывание изменения ТВ сигнала на выходе ФЭП относительно изменения освещенности его фоточувствительной поверхности. Проявляется она на изображении в виде тянущегося следа и размывания границ движущихся объектов передачи. Инерционность оценивается значением остаточного сигнала относительно его максимального значения в процентах, спустя кадр после прекращения экспозиции.

Рассмотренные характеристики позволяют выбрать ФЭП при проектировании конкретных ТВ систем. Они определяются принципом построения ФЭП, их конструктивными особенностями, а также типами фоточувствительных поверхностей, являющихся входным элементом ФЭП. Работа фоточувствительных поверхностей основывается на использовании внешнего и внутреннего фотоэффектов, в основе которых лежит способность световых лучей освобождать в каком-либо веществе электроны. При внешнем фотоэффекте освобожденные электроны покидают облученное светом вещество, вылетая в свободное пространство (фотоэлектронная эмиссия). При внутреннем фотоэффекте освобожденные светом электроны остаются внутри твердого тела, изменяя его проводимость (фотопроводимость).

В телевизионных передающих камерах вещательного назначения преобразование свет-сигнал осуществляется электронно-лучевыми трубками видиконного типа, либо их твердотельными аналогами — матрицами ПЗС, позволяющими существенно сократить габариты и массу телевизионной камеры.