Obrazový podsystém I.

Transkript

1 Obrazový podsystém I. Barevné modely, principy elektrooptických systémů X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

2 Obsah přednášky Barevné modely (RGB, YUV, atd.). Principy elektrooptických měničů: CRT, LCD, plasma, EL, MEMS. Displej, interfejs, rozlišení.

3 Jak vzniká barevný obraz? Skládáním (aditivním míšením) několika obrazů v základních barvách. V CRT, LCD i v plazmovém displeji se používá aditivní míšení v barevném modelu RGB (Red-Green-Blue).

4 Chromatický diagram I. Nástroj pro vyjádření, resp. porovnávání barvy různých barevných podnětů. V grafu uvedené souřadnice x a y jsou nějaké relativní hodnoty (viz dále). Obvod trojúhelníku tvoří křivka čistých spektrálních barev.

5 Chromatický diagram II. K pojmu nějaké relativní souřadnice. Přitom platí x + y + z = 1, kde a x*( ), y*( ) a z*( ) jsou tzv. Color matching functions a f( ) je spektrální rozložení energie.

6 Chromatický diagram III. Maxwellův trojúhelník (je-li primárních barev více, tak núhelník). Vrcholy má v bodech reprezentujících základní barvy k míchání použité. Srovnání Maxwellova trojúhelníka pro standardní CIE primární barvy (červeně) a typický červený, zelený a modrý luminofor barevného CRT monitoru (modře).

7 Jsou i jiné barevné modely? Ano. Např.: CMYK, YUV, další, jako HSL, HSV, YCbCr, YPbPr a jiné. Víte, kde se používají?

8 Barevný model CMYK Používá se v tiskárnách. O něm podrobnosti jindy. Důvod? Tiskne se na bílou, ne na černou plochu! Z bílého odraženého světla se musí odfiltrovat (odečíst) jeho základní barevné složky.

9 Barevný model YUV Jeho základními barevnými složkami jsou Y luminance a U, V chrominance. Používá ho např. televizní norma PAL. Poznámka: nezaměňovat ale s barevným modelem YCbCr, od kterého se v detailech liší.

10 Obraz ve videu podle Martin Kolorose

11 RGB ->YUV model R U G V B Y

12 Fyzikální princip elektrooptického měniče CRT od Cathode Ray Tube, SED od Surface-conduction Electron-emitter Display, LCD od Liquid Crystal Display (STN,TFT), PDP od Plasma Display Panel, ELD od Electroluminiscent Display, popř. jiný (LED, LTPS).

13 Základní terminologie T e rm ín V ý zn am P ixel Z ákla d ní jed no tka o bra zu, je d e n ob ra zový bo d. CRT K lasická ob raz ovka (C ath od e R a y T ub e). P loch á ob ra zo vka, d isp lej s teku tým i krysta ly (L iq uid C rysta l D isp la y). T ech no lo gie zvyšu jící kon trast LC D ob ra zu (S up er T w ist N em atic). Z pů sob ovlá dá n í ja su je dn oh o p ixe lu LC D o brazu (T h in F ilm T ra nsisto r). O zn ače ní d ne šního stan da rd u LC D zob raz ova čů. LCD STN TFT S T N T F T

14 CRT (Cathode Ray Tube) Principem je katodová luminiscence, tedy kombinace termoemise na žhavené katodě a přeměna elektronů na fotony na luminiscenční vrstvě.

15 Jak se vytváří obraz na CRT monitoru?

16 Prokládané řádkování Aby postupně vytvářený obraz neblikal a aby nebyly takové technické nároky na kvalitu přenosové cesty, používá televize prokládané řádkování (lichý/sudý půlsnímek), angl. Interlaced Scan. Počítačové monitory naopak používají neprokládané řádkování, angl. Progressive Scan.

17 Stínící maska barevné obrazovky stínicí maska delta (bod) stínicí maska Trinitron stínicí maska št ěrbinová

18 Luminofor Luminofory (látky s luminiscenční, přesněji fluorescenční, (viz dále) vlastností) s krátkou dobou dosvitu. Vyžadují čast ější obnovování. Obraz tvořený luminofory s dlouhou dobou dosvitu zasenení možno tak rychlepřekreslovat. Není-li obraz dostatečněčasto obnovován, kolísá jeho jas a obraz bliká. Tyto problémy jsou již dnes vyřešeny a CRT monitory jsou kvalitní a levné.

19 Světelné spektrum Pozor! Je rozdíl mezi významem slov Phosphor a Phosphorus! Fosfor = Phosphorus, Phosphor = Luminofor.

20 Vložka: jak atomy emitují světlo?

21 Luminiscence = přebytek záření tělesa nad úrovní jeho teplotního záření v dané spektrální oblasti při dané teplotě. Pokud dochází k vyzáření světla prakticky současně s dodáním energie (po řádově 10-9 s), mluvíme o fluorescenci. Nastane-li světelná emise po delší době od dodání energie, jde o fosforescenci.

22 Luminiscence podle dodávané energie Mechanická chemická elektrická krystalizační tepelná světelná elektrony triboluminiscence, chemoluminiscence, elektroluminiscence, krystaloluminiscence, termoluminiscence, fotoluminiscence, katodoluminiscence.

23 Příklady luminoforů Typ Barva luminoforu Čas poklesu v ms na 10% jasu 1% jasu P1 zelená P22G zelená 6 16 P22B modrá 4,8 17 P22R červená 1,5 23 P118 bílá 0,05 0,8

24 Současný požadavek - plochý displej Možno dosáhnout: CRT, stálou nevýhodou je hloubka baňky. SED, LCD, plasmovým panelem, ELD, LED, popř. jiným principem elektrooptického měniče.

25 SED Novinka Canonu. Kombinace studené elektronové emise a luminiscence. SED (Surfaceconduction Electronemitter Display).

26 Srovnání CRT a SED

27 Jak se vytváří obraz na LCD? Principem je modulace procházejících polarizovaného světla kapalnými krystaly. Co je to polarizované světlo, kapalné krystaly? Kde se to používá?

28 Odpovědi - Polarizované světlo Světlo je příčné elektromagnetické vlnění. Vektor intenzity E elektrického pole je vždy kolmý na směr, kterým se vlnění šíří. V rovině kolmé k paprsku přirozeného světla se směr vektoru E nahodile mění. Tomu říkáme nepolarizované světlo. Polarizované a nepolarizované světlo se od sebe nijak neliší. K tomu abychom určili orientaci roviny polarizovaného světla musíme použít zařízení zvané analyzátor.

29 Odpovědi kapalné krystaly Kapalné krystaly jsou anizotropní kapaliny (látky s různými vlastnostmi v různých směrech). V tomto případě využíváme takové, které jsou anizotropní vzhledem k procházejícímu světlu. Twist Nematic

30 STN -Super Twist Nematic Je variantou TN LCD elektrooptického měniče. Poskytují kontrastnější (tedy kvalitnější) obraz. Rovina polarizace se v kapalině natáčí o násobky 90o (stupňů).

31 TFT Způsob ovládání jasu jednotlivých subpixelů barevného LCD pomocí tenkovrstvých tranzistorů (Thin Film Transistor) Dnešní standard. Obvykle se kombinuje s technologií STN.

32 Jak se vytváří barevný obraz na LCD?

33 Něco z výroby

34 Plazma (podle Wikipedie) Ve fyzice a chemii se za plazma považuje ionizovaný plyn složený z iontů, elektronů (a případně neutrálních atomů a molekul), který vzniká odtržením elektronů z elektronového obalu atomů plynu, či roztržením molekul (ionizací ). O plazmatu se často mluví jako o čtvrtém skupenství hmoty. Plazma existuje ve vesmíru v různých, často velmi odlišných formách. S plazmatem se můžeme setkat například ve formě blesku, polární záře, uvnitř zářivek a tzv. neonů, plazma tvoří také konvenční hvězdy, sluneční vítr, či mlhoviny. Parametry plazmatu v těchto formách se liší o mnoho řádů.

35 Plazmový panel

36

37 Vznik světelné emise

38 Ještě jednou plazmový displej

39 Čili opět luminofory, resp. látky s fluorescenční vlastností, konvertující energii dodávanou plasmovým výbojem na fotony ve viditelné části spektra.

40 ELD Principem je emise světla (fotonů) v silném elektrickém poli. ELD je zkratkou pro Electro-luminicscent display.

41 Řadič ELD

42 HTPS Je vlastně inovovanou implementací LCD, používá se v mikrodisplejích (datové projektory). Použití podporuje např. AnalogDevices svými budiči (viz obrázek).

43 HTPS panel a budič AD8380

44 DMD Patří do skupiny zařízení MEMs (Micro Electro-Mechanical systems), podporuje ji Texas Instruments.

45 DMD - funkce Prohlédnětesi:

46 Část zobrazovacího pole

47 Ale vycházející hvězdou je LCOS Obě zmíněné technologie mají horní hranici, zejména pro zvyšování počtu pixelů, dosažitelný poměr jasu a pozorovacího úhlu. Perspektivní je (prý) LCOS technologie, zvláště v provedení Intel: je plně digitální, škálovatelná, dostatečně jasově dostatečná. Říkají jí Cayley.

48 LCOS podrobněji LCD vrstva na pixlovém reflexním substrátu, elektronika je v substrátu, nepřekáží v průhledu, podporuje ji Intel.

49 LCOS obrázek Další info hledejtena: nebo

50 LCOS dílčí závěr Intel očekává, že od roku 2005 bude nejlevnějším mikrodisplejem, Obrazové rozlišení 1280 x 768, 1920 x 1080 a více pixelů, Vyšší kontrast, vynikající barevné podání, Kvalita obrazu je filmová.

51 Hlavní součásti displeje

52 Rozhraní k monitoru

53 VGA konektor

54 Varianty DVI rozhraní

55 DVI-I dual link konektor

56 Video formáty DTV a rozlišení LDTV (Low-defininition) SDTV (Standarddefinition) 480 (NTSC), 576 (PAL, SÉCAM) EDTV (Enhanceddefinition) HDTV (High-definition)

57 Rozlišení počítačových monitorů Zdroj: Wikipedia

58 SDTV a HDTV SDTV Obraz 4:3 a 16:9 Výhody digitální televize Rozlišení stejné jako u analogové televize(ntsc, PAL, SÉCAM) HDTV Obraz 16:9 Vysoká ostrost obrazu Větší rozlišení obrazu Vícebarev (kvalita DVD a vyšší) Vícekanálový digitální zvuk (5.1 dolby digital )

59 DTV formáty detailně Řádkování Rozlišení Snímky za sec Poměr obrazu SDTV 525 celkem 480 aktivních 640 x p, 30p, 60p or 60i fps 4:3 525 celkem 480 aktivních 704 x p, 30p, 60p or 60i fps 4:3 nebo 16:9 750 celkem 720 aktivních 1280 x p, 30p, 60p 16:9 1125celkem 1080 aktivních 1920 x p, 30p, 60i 16:9 HDTv

60 HDTV ve světě V USA, Japonsku - vysílání HDTV realitou už mnoho let. (NBC, CBS) EVROPA - zaostává. Velký tlak na zavedení HDTV v Evropě vyvíjí Japonsko (přenosy z mistrovství světa ve fotbale 2006). Česká republika. Čeští operátoři vyčkávají. České radiokomunikace - HDTV 720p v roce 2006 nebo 2007 UPC - počítá se zavedením HDTV jak do kabelových rozvodů tak do satelitní službu UPC Direct.