Гамма‑коррекция

Характеристики люминофора кинескопа имеет нелинейный характер. Это означает, что при отображении линейного видеосигнала (непрерывное возрастание от уровня черного (О В) до уровня белого (0.7 В) яркость люминофора на экране будет возрастать нелинейно. Характеристика черно‑белого видеомонитора «ток электронного луча – обеспечиваемая лучом яркость» имеет вид параболической функции с показателем степени 2.2.

Идеально нам хотелось бы иметь систему видеонаблюдения, в которой бы осуществлялось линейное воспроизведение уровней яркости и цветов. Но так как характеристика слоя люминофора ЭЛТ далеко не линейна, нам приходится это компенсировать. Легче всего компенсацию сделать в телекамере. Если характеристику ПЗС‑телекамеры «яркость‑напряжение» (обычно линейную) электронным образом модифицировать к виду, обратному характеристике ЭЛТ (1/2.2=0.45), то мы получим линейную систему камера‑монитор.

Если поместить две кривые (камеры и монитора) в одну систему координат, то они расположатся симметрично относительно прямой в 45°. Это походит на математический символ у (гамма), отсюда и название этой характеристики.

На практике, если гамма‑коэффициент телекамеры не комплементарен характеристике видеомонитора, качество изображения не будет столь же хорошим. Это отразится на неестественном воспроизведении уровней яркости: на высококонтрастном изображении будут отсутствовать детали в среднем диапазоне яркостей.

Гамма‑коэффициент большинства черно‑белых видеомониторов равен 2.2, тогда установка по умолчанию для черно‑белой телекамеры должна быть равна 0.45. Естественно, ПЗС‑телекамеры имеют линейный гамма‑коэффициент (1).

Цветные видеомониторы особенно чувствительны к гамма‑эффекту, и, как упоминалось выше (в разделе «Цветное телевидение»), системы NTSC и PAL спроектированы для двух различных допускаемых значений гамма‑коэффициентов цветного люминофора. Теоретически в NTSC гамма‑коэффициент должен быть равен 2.2, но на практике люминофоры ближе к 2.8, как предполагается в PAL.

Более высокие значения гамма‑коэффициента выглядят как более высококонтрастное изображение. Понятно, что это зависит не только от стандарта (NTSC или PAL), но также и от типа люминофорного покрытия кинескопа видеомонитора.

В настоящее время вопросу гамма‑коррекции нужно уделять еще больше внимания, так как мы все чаще используем стандартные компьютерные дисплеи для просмотра цифровых видеозаписей.

Следует помнить, что различные операционные системы, видеодрайверы и программы управляют гамма‑коррекцией по‑разному.

ЖК‑мониторы

Жидкокристаллические мониторы (ЖК‑мониторы) – это мониторы на жидких кристаллах, которые представляют собой органическое вещество, способное отражать свет при подаче тока. Жидкокристаллическая технология появилась еще в 1970 году, но в течение длительного времени ее качество изображения оставляло желать лучшего. ЖК‑монитор состоит из жидкой суспензии, которая находится между двумя стеклянными или пластиковыми пластинами. В обычном состоянии кристаллы в этой суспензии расположены параллельно друг другу, что позволяет свету проходить через них. При подаче тока кристаллы меняют ориентацию и блокируют свет, не давая ему пройти. Кристалл выглядит черным для наблюдателя.

Принцип работы технологии ЖК столь же значительно отличается от ЭЛТ, как ПЗС‑камеры отличаются от телекамер с передающими трубками, так как в ЖК‑мониторах изображение формируется не развертывающим электронным лучом, а путем адресации жидкокристаллических ячеек, которые поляризуются в различном направлении при подаче напряжения на их электроды. Значение напряжения определяет угол поляризации, что в свою очередь определяет прозрачность каждого пиксела, формируя таким образом элементы изображения. На раннем этапе развития технологии жидкие кристаллы были очень нестабильны, а сама технология была непригодна для массового производства, но сейчас ситуация изменилась.

ЖК‑мониторы также называют LCD‑дисплеями, TFT‑мониторами и плоскопанельными дисплеями.

Среди достоинств ЖК‑технологии необходимо упомянуть отсутствие высоковольтных компонентов, отсутствие износа люминофорного слоя, так как он отсутствует (т. е. неограниченный срок службы экрана). (С последним утверждением трудно согласиться, так как яркость лампы подсветки со временем снижается. Прим. ред. )

Еще более привлекательными ЖК‑мониторы делают их небольшие габариты, отсутствие геометрических искажений, низкое энергопотребление и отсутствие влияния электромагнитных полей, как в случае с ЭЛТ‑мониторами.

Кроме того, цена на ЖК‑мониторы постоянно снижаются, в то время как яркость и контраст повышаются. Это одна из основных причин, по которой потребители переходят с традиционных ЭЛТ‑мониторов на ЖК‑мониторы, тогда как предыдущие ЖК‑технологии были неэффективны, имели большое время отклика и обеспечивали низкий контраст.

Хотя существует много вариантов ЖК‑технологии, их можно условно разделить на две группы: пассивная ЖК‑технология DSTN (dual‑scan twisted nematic, экран с двумя полями сканирования на сверхскрученных нематических жидких кристаллах), которая сейчас практически не используется, и активно‑матричная ЖК‑технология TFT (thin film transistor , экран на тонкопленочных транзисторах), которая сейчас применяется почти повсеместно.

ЖК‑экран состоит из нескольких слоев, которые расположены в следующем порядке (от зрителя): поляризационный фильтр, стекло, электрод, ориентирующий слой, слой жидких кристаллов, ориентирующий слой, электрод, стекло и поляризационный фильтр.

В разрезе TFT‑дисплей напоминает многослойный бутерброд. На крайних сторонах такого бутерброда расположены стеклянные подложки, между которыми находятся тонкопленочные транзисторы, цветовой фильтр, обеспечивающий первичные цвета красного, зеленого и синего, и слой жидких кристаллов. За ними, дальше всего от зрителя находится флуоресцентная подсветка, которая работает на просвет, подсвечивая пикселы сзади.

Общий принцип действия ЖК‑монитора в упрощенном виде выглядит следующим образом. Свет от подсветки, проходя через первый поляризационный фильтр, попадает в слой жидких кристаллов, контролируемый транзистором; затем свет проходит через цветовые фильтры. Транзистор создает электрическое поле, задающее пространственную ориентацию жидких кристаллов. Свет, проходя через такую упорядоченную молекулярную структуру, меняет свою поляризацию, и в зависимости от нее будет либо полностью поглощен вторым поляризационным фильтром на выходе (образуя черный пиксел), либо не будет поглощаться или поглотится частично (образуя различные цветовые оттенки, вплоть до чистого белого).

Рис. 6.22 . ЖК‑мониторы компактны и выглядят очень элегантно

Рис. 6.23. ЖК‑экран в разрезе

Так же, как и в обычном мониторе с электронно‑лучевой трубкой, в ЖК‑мониторе три разноцветные жидкокристаллические ячейки (красная, зеленая, синяя) формируют полный пиксел. Как и в случае с ЭЛТ‑технологией, в ЖК‑технологии пикселы имеют определенный размер, который определяет, сколько линий мы сможем увидеть на экране. Обычно размер пиксела для ЖК‑монитора составляет примерно 0.28 мм, а этого достаточно, чтобы на экране ноутбука с диагональю 14 дюймов получить разрешение 1024x768 пикселов.

Для ЖК‑монитора очень важным параметром будет время отклика пиксела. Чем оно меньше, тем лучше, но известно, что это время больше, чем послесвечение люминофора, по этой причине для получения стабильных изображений частоту обновления экрана у ЖК‑дисплеев делают ниже, чем у компьютерных ЭЛТ‑дисплеев.

Угол обзора – это еще один важный параметр, который необходимо учитывать при выборе ЖК‑монитора. В настоящее время не так уже редко встречаются значения угла обзора более 120°.

И, наконец, одно из самых слабых мест ЖК‑технологии (по сравнению с ЭЛТ) – это контраст. В ЭЛТ‑мониторе проще добиться более высокого контраста, хотя общая яркость при этом может быть даже ниже, чем в ЖК‑мониторе. Это происходит потому, что электронный луч можно полностью выключить, когда на экране нужен черный цвет, а лампа подсветки в ЖК‑мониторе работает постоянно, и, когда нужно воспроизвести черный цвет, немного света все равно проходит через пикселы, как бы хорошо ни перекрывали они свет. Для хорошего ЖК‑монитора нормальным контрастом считается 400:1.

Среди достоинств, которыми обладают ЖК‑мониторы и которые отсутствуют в традиционных мониторах, нужно отметить отсутствие проблем с геометрическими искажениями, сведением или фокусировкой. Кроме того, все современные ЖК‑мониторы – это цифровые устройства, в отличие от обычных ЭЛТ‑мониторов. А это означает, что видеоадаптеры с цифровым выходом не производят цифро‑аналогового преобразования графической информации, которое требуется, для того чтобы вывести изображение на мониторе с электронно‑лучевой трубкой. Теоретически отсутствие цифро‑аналогового преобразования позволяет более точно воспроизводить цвета и пикселы. Впрочем, те ЖК‑мониторы, которые подключены к стандартному аналоговому видеовыходу, вынуждены проводить обратное аналогово‑цифровое преобразование (как мы уже говорили, ЖК‑мониторы – это цифровые устройства), которое в сочетание с «лишним» цифро‑аналоговым преобразованием на компьютерном видеоадаптере может привести к заметным артефактам на изображении.

Вследствие точной и дискретной структуры матрицы пикселов ЖК‑монитора, самое четкое изображение можно получить только тогда, когда видеоадаптер компьютера работает с «настоящим» разрешением ЖК‑монитора. Другими словами если в ЖК‑мониторе используется матрица 1280x1024 пикселов, то видеоадаптер компьютера должен работать именно с этим разрешением, а не больше или меньше.

Некоторые ЖК‑мониторы имеют композитный видеовход, раздельный видеовход Y/C и компьютерные видеовходы RGB. При отображении композитного видеосигнала на таком мониторе, его электроника осуществляет масштабирование изображения, например, до разрешения XGA.

Для систем видеонаблюдения сейчас очень часто используются ЖК‑мониторы, которые имеют следующие разрешения (указанные в пикселах), широко распространенные в мире компьютерной техники:

VGA: 640х480

SVGA: 800х600

XGA: 1024x768

SXGA : 1400x1050

UXGA: 1600x1200

WSGA: 1640x1024

WUXGA: 1920x1280

Apple 30": 2560x1600

Рис. 6.24. Один из самых больших ЖК‑мониторов: 30" монитор от Apple с разрешением 2560x1600 пикселов