VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ DALIBOR BARTONK POÍTAOVÁ GRAFIKA I MODUL M02 TECHNICKÉ PROSTEDKY, ZPRACOVÁNÍ OBRAZU A ZÁKLADY 3D GRAFIKY

Transkript

1 VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ DALIBOR BARTONK POÍTAOVÁ GRAFIKA I MODUL M2 TECHNICKÉ PROSTEDKY, ZPRACOVÁNÍ OBRAZU A ZÁKLADY 3D GRAFIKY STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

2 Ing. Dalibor Bartonk, CSc., 25

3 Obsah OBSAH Úvod...7. Cíle Požadované znalosti Doba potebná ke studiu Klíová slova Metodický návod na práci s textem...8 I. TECHNICKÉ PROSTEDKY PRO POÍTAOVOU GRAFIKU Obrazový podsystém poítae Monitor Elektrooptické mnie Obrazovka Pamová obrazovka Plazmový panel Mnie s kapalnými krystaly Mnie na bázi OLED Rychlé feroelektrické LCD Obrazová pam ídicí jednotka displeje (adaptér) Textový a grafický režim Vývoj grafických adaptér Grafické procesory Vytvoení obrazu na displeji Technologie AGP Sbrnice PCI Express Sbrnice Araphone Shrnutí Autotest Tiskárny Klasifikace tiskáren Technologie tiskacích mechanizm Konturové tiskárny Úderové bodové tiskárny Teplotní tiskárny Xerografické tiskárny Inkoustové tiskárny Tiskárny se spojitým proudem inkoustu Tiskárny s perušovaným proudem inkoustu Sublimaní tiskárny Rozhraní poíta - tiskárna Metodika tvorby tisku na bodovou tiskárnu Konverze souboru ve formátu HPGL do bitmapového souboru (22) -

4 3.4.2 Penos bitmapového souboru do tiskárny (realizace tisku) Tiskárny velkého formátu Shrnutí Autotest Vstupní zaízení pro poítaovou grafiku Dotykové obrazovky Odporová dotyková obrazovka Kapacitní dotyková obrazovka Svtelná dotyková obrazovka Dotyková obrazovka s povrchovou akustickou vlnou Digitizéry a tablety Snímae Snímae obraz pedloh Snímae digitálních fotoaparát Družicové snímae Televizní kamery Shrnutí Autotest... 7 II. METODY ZPRACOVÁNÍ OBRAZU Pedzpracování obrazu Bodové jasové transformace Korekce jasu Transformace jasové stupnice Vyrovnání histogramu Geometrické korekce Lokální pedzpracování Konvoluce Filtrace obrazu Shrnutí Autotest Úpravy digitálního obrazu Pevzorkování a zmna rozlišení obrazu Geometrické transformace v rovin Nelineární transformace - Warping Oezávání 2D objekt Test polohy bodu vi polygonu Oezání úseky Oezání polygonu Shrnutí Autotest III. ZÁKLADY PROSTOROVÉ GRAFIKY Modelování v prostoru Model a jeho reprezentace Geometrické modelování... 98

5 7.2. Množinový model Konstruktivní geometrie tles Hraniní model Oktantové stromy Šablonování Modely kivek a ploch Kivky Plochy Analytické vyjádení ploch Polygonální vyjádení ploch Zobrazování 3D objekt Zobrazování a 3D transformace Zdroje svtla Osvtlovací model Stínování Globální zobrazovací metody ešení viditelnosti Shrnutí Autotest Studijní prameny Seznam použité literatury Seznam doplkové studijní literatury Odkazy na další studijní zdroje a prameny Obecné odkazy Odkazy pro grafický design Programové produkty D grafika Klí...22

6

7 Úvod Úvod. Cíle Cílem pedmtu Poítaová grafika I je porozumt nejpoužívanjším metodám uložení obrazové informace do souboru, seznámit se se základními funkními principy moderních technických prostedk pro poítaovou grafiku a pochopit základní algoritmy používané pro zpracování grafických informací. Kurz je zamen pedevším na rovinnou (2D) grafiku, z prostorové (3D) grafiky jsou uvedeny jen základy ve 2. modulu. Podklady pro studium jsou rozdleny do 2 modul:. Teorie grafických formát, 2. Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky. Cílem tohoto 2. modulu je porozumt principm innosti technických zaízení, která se používají v poítaové grafice, osvojit si vybrané (vzhledem k oboru geodézie) algoritmy zpracování obrazové informace a seznámit se základními metodami práce v prostorové (3D) grafice..2 Požadované znalosti Struktura zobrazovacího podsystému poítae, základní parametry monitor, princip innosti obrazovky, LCD displeje a plazmového panelu. Podstata ídicí jednotky monitoru (grafického adaptéru), varianty realizace obrazové pamti, úel a použití grafických procesor, používaná rozhraní pro grafiku (PCI, AGP, PCI Express). Klasifikace tiskáren, principy tisku mechanického, inkoustového, laserového a sublimaního. Rozhraní poíta tiskárna, tvorba bitmapové datové struktury pro bodové tiskárny. Souadnicové zapisovae (plotry). Používané snímae, metody snímání obrazové informace. Polohovací zaízení (myš), dotykové obrazovky, digitizéry a tablety. Pedzpracování obrazu, korekce, vyrovnání histogramu, geometrické korekce, filtrace, konvoluce, obnova obrazu. Pevzorkování, lineární a nelineární transformace obrazu, oezávání 2D objekt. Základy reprezentace 3D objekt (množinový, CSG, hraniní, oktantový, šablonování), kivky a plochy. Principy zobrazování 3D objekt (zdroje svtla, osvtlovací model, stínování, ešení viditelnosti). - 7 (22) -

8 .3 Doba potebná ke studiu Pro zvládnutí tohoto pedmtu v denním studiu je plánovaná hodinová dotace v jednom semestru 2 2 hod. týdn, tj. 2 hod. pednášek, 2 hod. cviení. Pi délce trvání semestru 3 týdn to odpovídá 3 x 2, tj. 26 hodin studia pro 2 moduly, pro jeden modul pak polovina, tj. 3 hodin..4 Klíová slova Zobrazovací podsystém, monitor, obrazovky, LCD displej, plazmový panelu, grafický adaptér, obrazová pam, grafický procesor, PCI, AGP, PCI Express, tisk mechanický, inkoustový, laserový a sublimaní. Rozhraní poíta tiskárna, bitmapa, sníma, dotyková obrazovka, digitizér, tablet, vyrovnání histogramu, geometrické korekce, filtrace, konvoluce, obnova obrazu, pevzorkování, lineární transformace, nelineární transformace obrazu, oezávání 2D objekt, množinový model, CSG model, hraniní model, oktanový strom, šablonování, kivky, plochy, zdroje svtla, osvtlovací model, stínování, ešení viditelnosti..5 Metodický návod na práci s textem Každá kapitola zaíná výkladem, který je podle poteby doplnn ilustrativními píklady. Nejdležitjší poznatky jsou strun uvedeny v podkapitole Shrnutí, kterou by po prostudování dané problematiky ml každý umt pokud možno sám svými slovy rekonstruovat. V samém závru jsou kontrolní otázky nebo autotest, který slouží k samostatné kontrole v jaké kvalit byla daná kapitola zvládnuta. Správné odpovdi nalezne tená v kapitole Klí. Jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují, proto je doporuujeme studovat postupn tak jak jsou uspoádány v textu. Vzhledem k omezenému rozsahu stran je tento modul koncipován tak, že slouží jen jako doplnk ke skriptm [6] a [2]. Vtšina kapitol na tato skripta pouze odkazuje; v plném rozsahu jsou uvedeny jen ty kapitoly, které ve skriptech chybí nebo jsou zpracovány nedostaten, pop. mají stžejní význam. Pro úplné zvládnutí celé problematiky vetn správných odpovdí na otázky v autotestu je nezbytné prostudovat nejen tento modul, ale i uvedená skripta.

9 Technické prostedky - Obrazový podsystém poítae I. TECHNICKÉ PROSTEDKY PRO POÍ- TAOVOU GRAFIKU 2 Obrazový podsystém poítae Jde o kolekci technických a programových prostedk, umožujících výstup znakových i grafických dat. Každý systém a tedy i subsystém je podle obecné teorie definován souborem parametr dvou typ:. Strukturou, která popisuje ze kterých ástí se systém skládá a jak jsou mezi sebou propojeny. 2. Chováním, které je dáno množinou funkcí, jenž má daný systém zajišovat. ad ) Struktura obrazového podsystému je na obr. 2., kde jsou tyto ásti: a) Technické vybavení obrazového podsystému, které je tvoeno: - zobrazovací jednotkou (displejem), která se skládá z - monitoru, jehož komponentami jsou: - elektrooptický mni, - vychylovací podsystém, - obvody pro modulaci jasu; - ídicí jednotkou (adiem) displeje (používá se také název obrazový adaptér), jehož hlavními komponentami jsou: - grafický procesor pop. s koprocesorem, - obvody rozhraní mezi monitorem a adiem na jedné stran a adiem a nadazeným poítaem na druhé stran, - /A (íslicov - analogový) pevodník, který pevádí íslicové signály z poítae na analogové signály pro monitor; Obr. 2.. Blokové schéma obrazového podsystému poítae - 9 (22) -

10 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky - obrazovou pamtí; (tato pam obsahuje data, která se mají zobrazit na monitoru. V mnoha pípadech bývá souástí ídicí jednotky displeje - adaptéru viz kap. 2.3.). b) Programové vybavení, zprostedkující vazbu mezi technickými prostedky obrazového podsystému a aplikaními programy. Tmto programm se také íká ovladae (angl. driver) obrazových adaptér. Mezi aplikací a obrazovým subsystémem existuje nkolik standard programového rozhraní (interface). ad 2) Obrazový podsystém poítae realizuje celou adu funkcí, které lze podle oblasti psobnosti rozlenit do tchto hlavních skupin: a) funkce pro práci s obrazem (angl. picture management), b) funkce grafického procesoru pro práci s obrazovou pamtí, c) funkce grafického procesoru pro rovinnou grafiku, d) funkce grafického procesoru pro prostorovou grafiku. 2. Monitor Je nejbžnjším zaízením pro výstup obrazových dat. Obraz se vytváí na základ 2 princip:. rastrovém, 2. vektorovém, dnes již mén používaném. Charakteristické vlastnosti monitor:. Velikost monitoru udávaná v palcích délky úhlopíky stínítka. 2. Rozlišovací schopnost je maximální poet obrazových bod. 3. Frekvence snímkového rozkladu - tzv. vertikální frekvence (V-Sync). 4. Horizontální frekvence H-Sync. 5. Šíka pásma - je úmrná potu údaj, které musí být peneseny na monitor pro každý bod.. Podle šíky pásma rozlišujeme monitory: a) s pevnou frekvencí, b) multi-scan, které mohou pracovat s neomezeným potem kombinací kmitot. Tento režim je nejpoužívanjší. 6. Tvarová zkreslení: a) soudkovitost (pincushion) je zaoblení v rozích obrazu, b) trapezoid je nestejná velikost horní a dolní základny, c) paralelogram je narušení kolmosti levé a pravé strany obrazu, d) poduškovitost se projevuje horizontálním zúžením obrazu, - (22) -

11 e) pootoení. 7. Barevné zkreslení. 8. Nekonvergence. 9. Odmagnetování (DEGAUSS).. Šetení energie (Power management). Jde o tyto režimy: a) standby tj. pohotovostní režim se zotavovací dobou cca 2 sekundy, b) suspend, kde zotavovací doba iní asi 4 sekundy, c) vypnuto (Off).. Ovládání monitoru a) Analogové, b) Digitální - standard OSD (On Screen Display). Bližší vysvtlivky k uvedeným pojmm jsou ve skriptech [2]. 2.2 Elektrooptické mnie 2.2. Obrazovka Obrazovka patí mezi nejrozšíenjší elektrooptické mnie. Je to v podstat velká vakuová elektronka na jejíž pímo nebo nepímo žhavené katod dochází k tepelné emisi elektron. Zaostený paprsek emitujících elektron dopadá na stínítko obrazovky, tvoené z bod luminiscenní látky (záivý fosfor). Zde nastává pemna energie dopadajících elektron na viditelné záení (fotony). Vzhledem k úspoe místa by mla být obrazovka co nejkratší. Nejastji se toho dociluje tzv. tripotenciální tryskou viz obr Mížka Anoda Anoda 3 maska Katoda B Katoda G Katoda R B G R ostení Anoda 2 Mížka (konvergence) stínítko Obr Schematický ez tripotenciální tryskou obrazovky Obraz na stínítku je vytvoen aditivn složením ze 3 bod (R- red, G - greene, B - blue) na které dopadají paprsky emitujících elektron ze tí elektronových trysek (používá se i název elektronová dla) -viz obr Trysky jsou prostorov uspoádány podle obr. 2.4.: a) do trojúhelníku (delta),

12 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky b) v jedné pímce - uspoádání in line a trinitron. Vychylovací soustava Svítící bod Stínítko obrazovky Elektronová dla R, G, B Elektronové paprsky Invarová maska Obr Princip obrazovky Stínítko obrazovky je pokryto množstvím malých bod kruhového nebo proužkového tvaru, které tvoí uritý vzor. Jednotlivé body jsou realizovány nanesením vrstvy luminofor ve 3 základních barvách: ervené-r, zelené-g a modré-b. Obrazový bod - pixel je složen ze tí sousedních bod, které jsou uspoádány - viz obr. 2.5.: a) jako vrcholy rovnostranného trojúhelníka (standard delta), b) do svislých proužk (obrazovky in-line a trinitron). Aby výsledný obraz byl korektní, musí na ervený bod luminoforu dopadat ervený paprsek (z ervené trysky/dla), na zelený bod zelený paprsek a na modrý bod paprsek z modrého dla. To zajišuje stínicí maska z kovové fólie tloušky asi.5 mm s nízkou tepelnou roztažností, aby nedocházelo za provozu k deformacím. Do masky jsou chemicky vyleptány otvory pro paprsky (bžn 4-6 tis. otvor). Otvory jsou - viz obr. 2.6.: Trysky v katod standard Pesné uspoádání trysek v katod in line a trinitron Obr Uspoádání trysek v katod a) kruhové (obrazovky delta) b) tvaru zploštlých ovál (obrazovka in-line nebo CromaClear fy NEC), c) obdélníkové; mížka je drátná a používá se u obrazovek trinitron. - 2 (22) -

13 Maska slouží i jako šablona pi fotochemickém nanášení luminoforu na stínítko obrazovky. Používá se projekce paprsku ultrafialového svtla pes korekní oku a masku na suspenzi, která je citlivá na svtlo. R G B R B R G.2 R G B R. R B.2 G R G B a) delta b) in-line c) trinitron Obr Tvar a uspoádání svíticích stop na stínítku obrazovky Kvalita obrazovky a tím i celého monitoru se posuzuje podle tchto kritérií:. velikost stopy (rozmr) paprsku (ovlivuje ostrost obrazu), 2. sbíhavost (konvergence), - rozlišovací schopnost udávaná jako vertikální rozte bod, (typicky je to.28 mm -viz obr resp. 2.6.). Svazek paprsk RGB mm.9 mm maska Válcové stínítko Proužek luminoforu a) otvory v masce b) otvory v masce c) otvory v masce trinitron standard delta in line Obr Uspoádání otvor v maskách Obrazovka je rastrové zaízení. Elektronový paprsek kreslí ádky na stínítku obrazovky z levého horního rohu (poátek souadnic, ) a smrem zleva doprava po ádcích shora dol. Body luminoforu mají uritou dobu dosvitu, proto se kreslení musí opakovat cca (4 - ) x za sekundu. Zpsob jakým se vytváí obraz na obrazovce je dán principem innosti displeje. Z tohoto hlediska rozeznáváme displeje dvojího typu: ) rastrov orientované, 2) vektorov orientované.

14 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky Obrazovka v displeji rastrového typu V tomto zaízení kreslí elektronový paprsek obraz na stínítku obrazovky z levého horního rohu (poátek souadnic, ) smrem zleva doprava po ádcích shora dol. Pohyb paprsku ídí magnetické vychylovací cívky napájené z obvod rozkladu. Souasn je jas paprsku modulován datovým signálem z obrazového adie - viz obr Luminofor se rozzáí úmrn intenzit dopadajícího paprsku. Všechny body luminoforu na obrazovce se musí postupn osvítit paprskem tak rychle, aby vlivem setrvanosti zrakového vjemu vnímalo lidské oko obraz jako jeden stabilní (neblikající) celek. Pitom je zapotebí vzít v úvahu i to, že paprsek se po dosažení pravého krajního okraje obrazovky musí pemístit na levý okraj obrazovky na zaátek následujícího ádku. Tomuto pohybu se íká zptný bh, kdy paprsek nekreslí na obrazovku žádné body (zatemnní) - viz obr.2.8. Doba potebná k pemístní paprsk z pravého dolního rohu obrazovky zpt na poátek. ádku tj. do levého horního rohu obrazovky je na obr oznaena jako zptný bh snímku.tato skutenost klade vysoké nároky na rychlost elektronických obvod ídicí jednotky displeje zejména na dobu pístupu do obrazové pamti - viz 2.3. ím vyšší je rozlišení obrazovky tím více bod musí paprsek nakreslit a tím rychleji musí obvody pracovat. Není-li vzhledem k rozlišení obrazovky ídicí elektronika dostaten rychlá, používá se tzv. prokládaný (interlaced) Horizontální vychylovací cívky HSYN VSYN RGB Obvody snímkového rozkladu Zesilovae modulace jasu Obvody ádkového rozkladu Generátor synchronizace Rozhraní monitoru obrazovka Vertikální vychylovací cívky Obr Vnitní struktura displeje rastrového typu režim zobrazení. Ten spoívá v tom, že obraz se skládá ze dvou plsnímk, z nichž jeden tvoí všechny liché ádky obrazu a druhý všechny sudé ádky obrazu, což je bžné nap. v televizní technice. Nevýhodou je, že obraz se kreslí 2 x déle (nejdíve lichý plsnímek, pak sudý), a na obrazovce se to nkdy mže projevit kmitáním ádk. Proto se u monitor snažíme vytváet obraz pokud možno neprokládan (non interlaced). zobrazování zatemnní - 4 (22) -

15 TDISP Jeden ádek Jeden snímek HSYN VSYN zobrazování Zatemnní paprsku Vysvtlivky: Zptný bh snímku TDISP - TDISP doba zobrazení celého snímku vetn zptného bhu paprsk (ádk i snímku) - HSYNC signál horizontální synchronizace (ádkové) - VSYNC signál vertikální (snímkové) synchronizace Obr asové prbhy signál v displeji rastrového typu Obrazovka v displeji vektorového typu Základní rozdíl mezi rastrovým a vektorovým displejem spoívá v tom, že paprsek elektron nekreslí obraz postupn po ádcích, ale všechny prvky obrazu pímo vykresluje na stínítko obrazovky jako vektory. Protože tyto displeje jsou v praxi málo používané, nebudeme se jimi dále zabývat. Výhody a nevýhody vektorových displej proti rastrovým: a) výhody: - vtší rozlišení - až 496 bod v jednom smru, - rychlost kreslení vektor až 3 m/s. b) nevýhody: - celková délka vektor v jednom obrázku max. 5 - m (omezeno rychlostí kreslení vektor a periodou obnovy informace na stínítku - cca 3 x za sec.), jinak je obraz nestabilní, - nelze dosáhnout barevného obrazu - jen monochromatického, - obtížné vyplování uzavených entit (šrafování a vyplování), - kolísání intenzity jasu áry.

16 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky Pro pevažující nevýhody proti rastrovým jsou v souasné dob vektorové displeje všeobecn na ústupu Pamová obrazovka Jde o elektrooptický mni s pamtí, vyznaující se tím, obraz na stínítku vydrží bez obnovy více než hodinu. Princip innosti pamové obrazovky je zejmý z obr V systému jsou 2 elektronové trysky, z nichž jedna emituje tzv. zapisovací a druhá tecí elektrony. Stínítko je pokryto vrstvou na bázi fosforu a ped ním jsou umístnny 2 mížky. První z nich blíže ke stínítku je pamová mížka z dielektrického materiálu, která se ješt ped vytvoením obrazu nabije záporným nábojem. Paprsek zapisovacích elektron ze zapisovací trysky dopadá velkou rychlostí na pamovou mížku, která má koeficient sekundární emise vtší než. To znamená, že kinetická energie dopadajícího zapisovacího elektronu vyrazí z mížky více než elektron a dané místo se nabije kladným nábojem. Po ukonení zápisu tak vznikne na pamové mížce latentní obraz ve form kladného elektrického náboje. Tento obraz je relativn stálý (cca hod.) a zbývá jej penést na stínítko obrazovky. Tento úkol provádí svazek tecích (záplavových) elektron ze tecí trysky, které procházejí otvory pamové mížky a dopadají na luminofor. Zbylé tecí elektrony pitahuje kladn nabitá mížka a na stínítko se nedostanou. Protože koeficient sekundární emise pomalých tecích elektron je menší než, zstávají místa se záporným nábojem beze zmny. Pi tení však nkteré záplavové elektrony rekombinují na místech s kladným nábojem mížky a tak se asem latentní obraz z mížky ztrácí. Druhá mížka tzv. kolektor udržuje pole záplavových elektron v homogenním stavu. Jas obrazu se ídí potenciálem stínítka. Vyšší naptí znamená vyšší kinetickou energii elektron a tím i silnjší emisi foton a vtší kontrast obrazu. tryska tecích elektron kolektor tryska zapisovacího paprsku pamová mížka stínítko Obr Vnitní struktura pamové obrazovky Nevýhody pamové obrazovky: - 6 (22) -

17 - mazání obrazu. Provádí se pivedením kladného naptí na mížku a trvá nkolik sekund. Pitom se celé stínítko rozsvítí. Smazat se dá jen veškerá obrazová informace souasn, - podobn jako u vektorového displeje nelze dosáhnout barevného obrazu - jen monochromatického. Uvedené nevýhody brání širšímu využití pamové obrazovky v praxi Plazmový panel S rozvojem digitální techniky se zaala masov prosazovat i prezentaní technika. Práv plazmové zobrazovae (PDP Plasma Display Panel) pináší do této oblasti mnohé výhody. Již od 6. let se intenzivn vyvíjejí panely, které by umožovaly velkoplošné projekce s ohledem na nedostatek místa. První použitelné exempláe opustily výrobní linky v 9. letech a koncem minulého tisíciletí se zaaly úspšn prodávat. Vzhledem k unikátním technickým parametrm plazmových displej je každá firma dodávajícími na trh spotební elektroniku adí mezi špiku svého sortimentu, proto jsou v souasnosti k dostání již desítky model nejrznjších typ. Plazmový displej je zobrazovací jednotka pracující na principu elektrického výboje v plynu za sníženého tlaku (cca 6 7 kpa) viz obr. 2.. Mezi pední sklennou deskou a zadní stnou pístroje jsou umístny jednotlivé obrazové buky. Ped každou bukou je vrstvika oxidu hoenatého oddlující buku od dvou elektrod (obrazové a podprné elektrody). Ty jsou od pední sklenné desky oddleny dielektrikem. Trojice bunk opatených luminofory RGB (ervené, zelené a modré barvy) tvoí jeden pixel. Buky jsou od zadní desky oddleny opt sklennou vrstvou. Pro každou obrazovou buku je zapotebí jedna datová elektroda. Ty jsou uloženy kolmo na obrazové elektrody. Obr. 2.. Schéma plazmového panelu Pracovní cyklus PDP

18 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky Jednotlivé buky jsou ízeny stídavým elektrickým naptím. Mezi obrazovou a podprnou elektrodu je pivedeno naptí ve form tzv. zapalovacího impulsu (asi 2 V). Tím dojde k poátení ionizaci. V dané buce se po pivedení elektrického naptí mezi datovou a obrazovou elektrodu rozsvítí výboj. Ustálený výboj vzniká po pivedení stídavého tzv. udržovacího naptí (asi 5 V). Plyn v buce je excitován a pi deexcitaci vzniká UV záení, které pi dopadu na luminofor emituje svtlo s danou vlnovou délkou. Pro další cyklus je zapotebí pivést mezi obrazovou a podprnou elektrodu nízké naptí (mazací impuls), které neutralizuje náboj v buce a cyklus mže zaít znovu. Prbh zápisového a mazacího impulsu je na obr. 2.. zápisový impuls mazací impuls as udržovací impuls nesvítí svítí nesvítí as Obr. 2. Prbh zápisového a mazacího impulsu v PDP Výhody PDP: - veliká úhlopíka (až 3 cm), - displej je pomrn tenký (asi 8 mm), - dobrá istota barev, - vysoká rychlost odezvy pixel, - velký pozorovací úhel (> 6 ), - velmi malá citlivost na okolní teplo. Nevýhody PDP: - horší jas a kontrast, - problémy s miniaturizací, - vysoký píkon (4 W) zahívání, - nízká životnost (cca 5% oproti klasickým CRT), - vysoká cena (zpsobena velikým odpadem pi výrob). - 8 (22) -

19 2.2.4 Mnie s kapalnými krystaly Kapalné krystaly jsou látky, jejichž molekuly mají jiný než kulový tvar, vtšinou protáhlý. Podle zpsobu uspoádání rozeznáváme 3 základní fáze kapalných krystal - viz obr. 2.2.: - nematická, - cholesterická, - smektická. Vlivem uspoádanosti mají kapalné krystaly anizotropní (smrov závislé) vlastnosti. V technické praxi se nejvíce využívají nematické kapalné a) nematická b) cholesterická c) smektická Obr Fáze kapalných krystal krystaly, u nichž je možné smr uspoádání mnit vnjším elektrickým polem. Na tomto jevu jsou založeny displeje LCD (Liquid Crystal Display). Smr uspoádání molekul uruje optickou osu v jejímž smru krystal propouští dopadající polarizované svtlo. Displej s kapalnými krystaly potebuje pro svou funkci vnjší zdroj polarizovaného svtla (podsvícení). Bez piloženého naptí nematický krystal toto svtlo propouští. Psobením elektrického pole však dochází k natoení optické osy tak, že krystal polarizované svtlo nepropustí a píslušný bod se jeví vi okolí tmavý. Princip innosti kapalného krystalu je zejmý z obr Výhodou je, že k funkci staí relativn malá intenzita elektrického pole což se projevuje v nízké spoteb displeje. Podle typu vnjšího zdroje osvtlení rozlišujeme 3 typy displej: - transparentní, používané v penosných poítaích (notebook) (jsou monochromatické nebo barevné), - reflexní, osazované do kalkulaek nebo hodinek (bývají nejastji monochromatické), - projekní v datových projektorech (používají se pevážn barevné).

20 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky Klidový stav (prchozí) - svtlo prochází Stav pi naptí (neprchozí) - svtlo neprochází svtelný zdroj, 2, 5 polarizátor, 3 orientaní filtry, 4 vrstva tekutého krystalu Obr Princip innosti kapalného krystalu v LCD Barevné LCD Barvy se v LCD displejích vytváejí 2 zpsoby:. Pidáním speciální dichroické barvy do krystalu. Nevýhodou tohoto ešení je, že místa s obarvenou kapalinou musí být navzájem oddlena. 2. Na sklenný substrát se umístí 3 barevné filtry (R, G, B) ve tvaru proužk, které vytváejí jeden pixel obrazu. Tento zpsob je v souasné dob nejpoužívanjší - viz obr Polarizaní filtr propouští jen svtlo kmitající v jedné rovin. Svtlo dál prochází barevnými filtry a ty z nj vyberou píslušnou barvu. Obrazové body se aktivují prsvitnými segmentovými elektrodami, které jsou orientovány kolmo k sob. Dalším problémem je ízení jasu jednotlivých obrazových bod. Ovládat každý bod obrazu (pixel) samostatným signálem by bylo píliš složité, proto se používá maticové ízení jasu. Matice je vytvoena z prhledných páskových elektrod uspoádaných do ádk a sloupc. Nevýhodou však zde je, že pi výbru konkrétního bodu musíme vybrat celý ádek i sloupec matice. V praxi rozeznáváme dva základní zpsoby maticového ízení jasu:. pasivní matice. Chceme-li zmnit jas nkterého bodu (prvku matice), pak to provedeme zmnou naptí na dvou elektrodách, z nichž jedna je v píslušném ádku a druhá v píslušném sloupci daného prvku matice. - 2 (22) -

21 Kapalné krystaly se v míst aktivního bodu natoí podle hodnoty soutu naptí z obou elektrod a podle velikosti natoení se bod více nebo mén rozsvítí. Protože se vybírají celé ady bod (ádek i sloupec), musíme na elektrodu v každé ose vložit jen takové naptí, aby výrazn neovlivnilo natoení krystal ostatních (nevybraných) bunk v tchto adách. Tato technologie se nazývá: - TN (Twisted Nematic) je-li velikost natoení krystal menší než 9, kontrast je asi 3:, - STN (Super Twisted Nematic) je-li velikost natoení krystal vtší než 9, dosahuje se kontrastu až :, - DSTN (Double Super Twisted Nematic). Tento zpsob ízení eliminuje barevné zkreslení bodu, které roste s úhlem natoení svtelné roviny. Princip spoívá v tom, že obrazový bod je tvoen dvma bukami: o aktivní, která pracuje stejn jako v pedchozích pípadech (je ízená soutem naptí z elektrod X a Y), o pasivní, jenž je umístna nad aktivní bukou tak, aby procházející rovinu polarizovaného svtla stáela o stejný úhel jako aktivní buka, ale v opaném smru. Tím se eliminuje barevné zkreslení bodu. 2. aktivní matice. Chceme-li dosáhnout široké škály barev nebo odstín šedi, pak musíme modulaní naptí na elektrodách mnit ve velkém intervalu. Píliš velká hodnota tohoto naptí však negativn ovlivuje barevný tón okolních prvk ve vybraných adách matice. Aby k tomuto rušivému efektu nedocházelo, použijeme k buzení zvoleného prvku matice aktivní prvek. Podle technologie výroby rozeznáváme aktivní prvky: a) TFT (Thin Film Transistor), b) MIM (Metal Insulator Metal). Obr Struktura LCD s barevnými filtry

22 Technické prostedky, zpracování obrazu a základy 3D grafiky ídicí naptí na obou elektrodách mže být podstatn nižší než u pasivní matice, protože aktivní prvek toto naptí zesílí na požadovanou úrove. Okolní body ve vybraných adách již nejsou rušeny, avšak tento jev je zaplacen složitostí výroby LCD. Do systému se musí zalenit tolik aktivních prvk, kolik je obrazových bod (pi rozlišení 64x48 je to 372 tranzistor. Displeje s pasivními maticemi jsou pomrn levné. Mají však šedivjší barvy a o ád vyšší setrvanost bodu (8-35 ms). Displeje s aktivními maticemi mají jasnjší barvy, nižší setrvanost bodu (menší než 3 ms), ale jsou v prmru 3 x dražší. Pro výbr vhodného displeje na bázi LCD jsou rozhodující tyto parametry:. hodnota rozlišení (24x768 92x2), 2. rozmry, hmotnost, vliv na zrak obsluhy, 3. otoení obrazu o 9 (pivot), 4. svítivost (2 4) cd/m 2 a kontrast (4: :), 5. výstup DVI (digitální video) pak odpadá pevod na analogový signál a zpt, 6. úhel pohledu (2 7 ), 7. rychlost odezvy min. 2 ms a mén (nap. 6, 8 ms), 8. poet vadných pixel/subpixel, 9. dotykový displej,. odolnost proti nárazu Mnie na bázi OLED OLED - Organic Light-Emitting Devices pracují na principu konverze elektrické energie na svtlo tzv. elektroluminescence. Využívá se tak vlastností nkterých organických materiál, které emitují svtlo v okamžiku, kdy jimi prochází elektrický proud. ez strukturou OLED je znázornn na obr Podstatou je vrstva luminescenního materiálu organických editor (v podstat diod, které velikostn odpovídají jednotlivým tekutým krystalm v LCD) obložená dvma elektrodami. Zatímco dolní injekní vrstva dr s elektrodami svtlo propouští, horní transportní vrstva elektron jej naopak musí odrážet. Obraz se vytváí tak, že elektrický proud proudí od anody ke katod pes výše popsané vrstvy a organické emitory, které emitují svtlo a barvu v závislosti na materiálu, který je k výrob použit. Výhody OLED oproti souasným LCD displejm:. každý krystal v LCD potebuje být podsvícen, aby byl vbec vidt, u OLED tento problém odpadá, 2. menší váha a rozmry, protože není nutná vrstva se svtlem, - 22 (22) -

23 3. mnohem menší spoteba elektrické energie. Elektrická energie se samozejm šetí i tím, že je napájena pouze ta ást obrazovky, která je v dané chvíli aktivní, 4. vtší úhel pohledu, 5. rychlejší doba odezvy jednotlivých bod, což dává tmto zaízením šanci spojit výhody klasických monitor s CRT obrazovkou a souasných LCD diplej. V souasné dob se poítá s využitím této technologie u menších zaízení, jako jsou mobilní telefony, PDA, náhlavní soupravy, automobilový prmysl, apod. Pokud by se do té doby nenašla lepší technologie, lze oekávat, že kolem roku 2 by mly OLED displeje nahradit LCD technologii. Nevýhody OLED: V souasnosti je nejvážnjším problém kratší životnost zaízení s OLED,která se odvíjí od délky výdrže organické hmoty, než se rozpadne. Obr Struktura OLED Rychlé feroelektrické LCD Základním materiálem jsou bistabilní kapalné krystaly ve smektické fázi (feroelektrické buky). Jednotlivé molekuly látky pedstavují elektrické dipóly, které se po pivedení vnjšího elektrického pole prostorov uspoádají v závislosti na charakteristice tohoto pole. Prmyslov se zaalo feroelektrických LCD displej využívat od poloviny 8. let. Výhody: - Zachovávají obraz až do nového impulsu bez pekreslování. Proto mají jasný obraz bez blikání, srovnatelný s TFT LCD, - rychlejší odezva na zmny elektrického pole než u klasických LCD, Nevýhody: - nároná výroba,