Графический планшет;

1.   Графический планшет;

2.   Устройство указания (курсор или световое перо).

Принцип действия: - основан на регистрации местоположения устройства указания с помощью интегрированной в планшет сетки, состоящий из проводников. Расстояние между соседними проводниками может быть 3-6 мм.

В зависимости от механизма определения местоположения устройства указания, дигитайзеры подразделяются: - электростатические и электромагнитные.

В первом случае: – определение местоположения устройства осуществляется путем регистрации локального изменения электрического потенциала сетки под курсором.

Во втором случае: - курсор является передатчиком, а сетка – приемником.

Характеристики дигитайзера:

-     разрешение – характеризует шаг считывания информации в ячейке сетки и измеряется количеством линий на 1мм. (линий/мм).

-     Погрешность в определении координат, которая возникает вследствие погрешностей регистрирующей сетки, влияние температуры, помех и т.д. И составляет 0,1 – 0,7мм.

В среднем погрешность электромагнитных дигитайзеров меньше чем электростатических.

Графический планшет

Графический планшет бывает на твердой (планшетный дигитайзер) или гибкой (гибкий дигитайзер) основе. Размер рабочего поля дигитайзера как формат бумаги (например, А4, А3).

Курсор, перо

В качестве устройства указания в дигитайзерах может использоваться курсор или перо.

Среди пользователей приложений САПР (CAD) наиболее популярен курсор. Он может быть: 4-, 8-, 12- или 16 кнопочный. Одним из лучших признан 4-кнопочный курсор. Перья имеют одну, две или три кнопки. Существуют перья, чувствительные к нажатию, имеющие до 256 градаций степени нажима. От нажатия зависит либо толщина линии, либо оттенок цвета. Перо имитирует кисть при рисовании акварелью, масляными красками, и т.д.

Для реализации возможностей дигитайзера необходимо специальное программное обеспечение (Adobe PhotoShop Fractal Designer).

Питание дигитайзера

Питание для дигитайзера подается со встроенного или внешнего блока питания. Для некоторых моделей - от последовательного порта.

3.1.3. Сканеры, типы сканеров и их технические характеристики. Назначение, состав и принцип работы Назначение и классификация сканеров

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др. Сканеры можно классифицировать по следующим признакам:

*    по способу форматированию (кодированию) изображения;

*    по типу кинематического механизма (способу перемещения преобразователя свет-сигнал и оригинала относительно друг друга);

*    по типу вводимого изображения;

*    степени прозрачности оригинала;

*    особенностям аппаратного и программного обеспечения.

à   Способ форматирования изображения

·   Линейный

·   Матричный

à   Кинематический механизм

·   Ручной

·   Настольный

·   Комбинированный

à   Тип сканируемого изображения

·   Черно-белый

·   Полутоновый

·   Цветной

à   Прозрачность оригинала

·   Отражающий

·   Прозрачный

à   Аппаратный интерфейс

·   Специализированный

·   Стандартный

à   Программный интерфейс

·   Специализированный

·   TWAIN - совместимый

Способ формирования изображения

Технология считывания данных в современных устройствах оцифровывания изображений реализуется на основе использования светочувствительных датчиков двух типов: приборов с зарядовой связью (ПЗС) или фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Кинематический механизм

Определяющим фактором для данного критерия является способ перемещения считывающей головки сканера и бумаги относительно друг друга. Поэтому параметру сканеры подразделяются на две группы: - ручные и настольные.

Во всех сканерах имеются:

-     источники света;

-     механизм перемещения датчика (или система отклоняющих зеркал) вдоль оригинала, либо перемещение оригинала относительно датчика;

-      электронное устройство (для преобразования считанной информации в цифровую форму).

Ручной сканер

Сканирование осуществляется вручную последовательным перемещением сканера относительно оригинала.

В корпусе шириной не более 10-12см. размещаются лишь датчики и источник света.

Преимущество:

-     низкая стоимость;

-     небольшой размер;

-     широкие возможности выбора оригинала.

Недостатки:

-     не постоянство скорости перемещения сканера относительно оригинала вызывает искажение сканированного образа.

-     Ограниченные возможности использования совместно с программами распознавания.

Настольные сканеры

К категории настольных сканеров относятся: - планшетные, роликовые, барабанные и проецируемые сканеры.

Планшетные сканеры

Основной отличительный признак планшетного сканера – сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя.

Преимущества: - простота и удобство в эксплуатации.

Недостаток: - большие габариты.

Роликовые сканеры (листовой сканер)

Оригинал пропускается через ролики механизма подачи бумаги и попадает в поле зрения линейки датчиков.

Режимы работы сканера:

-     режим сканирования;

-     режим факсимильной передачи.

Преимущества:

1.   компактность;

2.   возможность автоматического функционирования;

3.   низкая стоимость.

Недостатки:

1.   сложность выравнивания оригиналов;

2.   ограниченный диапазон типов оригинала;

3.   неудобство работы с листами разного размера;

4.   возможность повреждения оригинала.

Барабанные сканеры

Оригинал закрепляется на поверхность прозрачного цилиндра из органического стекла (барабан) укрепленного на массивном основании. Барабан вращается с большой скоростью (от 300-1350 об/мин). Находящиеся рядом сканирующие датчики через маленькую апертуры, считывают изображение с высокой точностью.

Преимущества:

1.   сканирование с наиболее высоким разрешением;

2.   широкий диапазон типов оригиналов.

Недостатки:

1.   большой размер;

2.   невозможность непосредственного сканирования книг и журналов;

3.   высокая стоимость этих устройств.

Проекционные сканеры

Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель или проекционный аппарат. Оригинал располагается изображением вверх на подсветке под сканирующей головкой на расстоянии около 30 см. Внутренний источник света не требуется, естественного освещения оказывается достаточным. Механизм поворота внутри головки датчика направляет «глаз» сканера на каждую линию оригинала.

Преимущества:

1.   удобство выравнивания оригинала;

2.   небольшая занимаемая площадь;

3.   разнообразие сканируемых оригиналов (в том числе трехмерных);

4.   возможность комбинирования плоских и трехмерных оригиналов.

Недостатки:

1.   зависимость от источника внешнего освещения;

2.   ограничения на размер оригинала;

3.   трудность расположения нестандартных оригиналов (например: - книги в развернутом виде).

Матричные сканеры

В слайдовых сканерах, цифровых фото и кинокамерах ПЗС – датчики имеют форму прямоугольной матрицы, что позволяет формировать образ оригинала целиком, а не построчно.

К матричным сканерам относятся:

-     цифровые камеры;

-     устройства захвата видео - изображений.

Цифровые камеры

Цифровая камера больше похожа на компьютер (как носитель мультимедийной информации). При помощи цифровой камеры можно не только фиксировать изображение, но и записывать звук, параметры съемки и т.п.

Возможности цифровых камер:

1.      возможна запись, как отдельных кадров, так и их последовательность;

2.      имеют жесткий съемный диск объемом 100-170 Мб;

3.      обеспечивают 24-36 – битовых представлений цвета;

4.      обладают разрешением 30-70 линий на дюйм.

5.      имеют жидкокристаллический экран, позволяющий просматривать и отбирать кадры.

Цифровые камеры подразделяются: - студийные, вне студийные и бытовые.

В бытовых камерах изображение с разрешением приемлемым для просмотра на мониторах или экранах TV, но не достаточно для печати.

Студийные и вне студийные цифровые камеры: - реализуют технологию трех - кадровой или однокадровой цветной съемки, используют матрицу ПЗС большого размера.

Видео-сканеры: (фрейм - грабберы, видеобластеры)

К видео-сканерам относятся устройства, которые представляют собой плату расширения, установленную в слот РС и имеющие входы для подключения видеокамеры, телевизора, видеомагнитофона.

Достоинство:

-     информация считывается не построчно, а целиком что избавляет от многих движущихся частей, присущих традиционным сканерам.

-     Обеспечивают высокую скорость сканирования.

Недостатки:

-     низкая разрешающая способность сканирования (определяется телевизионным стандартом).

Монитор компьютера не способен отображать видеосигналы непосредственно. Поэтому в комплект поставки некоторых видеокамер входит специальный интерфейс для подключения видеомонитора, с помощью которого можно просмотреть запись и выбрать кадр.

Принцип работы сканера

Неотъемлемой частью любого сканера являются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Они предназначены для преобразования непрерывно изменяющихся значений напряжений, получаемых с помощью ПЗС или ФЭУ, в числа, соответствующие оттенкам цвета или градаций серого. Качество сканированного изображения напрямую связано с разрядностью используемого в сканере АЦП. В черно-белых (двухуровневых) сканерах аналогичное преобразование выполняет компаратор, сравнивая зафиксированное значение напряжения с опорным напряжением.

Блок – схема черно-белого сканера

Рис. 3.1.3. Блок – схема черно-белого сканера

ПЗС - это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества датчиков, которые преобразуют интенсивность падающего на них света в пропорциональный ей электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости p-n - перехода обыкновенного проводникового диода к степени его освещенности. На p-n переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больше ток, проходящий через диод.

Блок – схема цветного сканера с вращающимся RGB - фильтром

Рис. 3.1.4. Блок – схема цветного сканера с вращающимся RGB - фильтром

Блок – схема цветного сканера с dichroic - фильтром
Рис. 3.1.5. Блок – схема цветного сканера с dichroic - фильтром

В зависимости от типа сканера ПЗС могут иметь различную конфигурацию. При линейном способе считывания информации микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для проходного сканирования). Такая конфигурация позволяет устройству производить выборку всей ширины исходного аналогового изображения и записывать его как полную строку. Данный способ формирования изображения (Рис. 3.1.6.) обычно используется в доступных широкому кругу пользователей ручных, планшетных и проекционных сканерах.

Рис. 3.1.6. Способ формирования изображения в планшетных сканерах

Барабанные сканеры

В барабанных сканерах (Рис. 3.1.7) в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. В качестве источника света в этих сканерах используется ксеноновая или вольфрамо-галогенная лампа, излучение которых с помощью конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируется на небольшой области оригинала. Отраженный от оригинала луч попадает через объектив на фотоэлектронный умножитель. Свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины динодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Напряжение, пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код.

Рис. 3.1.7. Способ формирования изображения в барабанных сканерах

Характеристики сканеров

1. Оптическое разрешение - определяется размером элементарного ПЗС датчика и характеризует плотность, с которой сканирующее устройство производит выборку информации в заданной области оригинала. Разрешающая способность сканера измеряется в пикселях на дюйм.

2. Максимальное разрешение сканера приводится с учетом интерполяционных возможностей устройства.

3. Область сканирования определяется самого большого оригинала, который может быть сканирован устройством.

4. Оптический диапазон, который характеризует способность сканирующего устройства воспроизводить плавные тоновые изменения и выражает различие между самыми светлыми и самыми темными тонами, которые могут быть зафиксированы с помощью сканера.

5. Разрядность битового представления в качестве показателя степени с основанием 2 определяет максимальное число цветов или градаций серого, которые может воспроизводить сканер.

6. Метод сканирования при описании моделей цветных сканеров определяет одно - или трехпроходовый способ считывания информации о яркости оригинального изображения в трех основных цветах системы RGB.

7. Скорость сканирования - показатель быстродействия сканера, который равен времени, затраченному на обработку одной строки оригинального изображения. Измеряется в миллисекундах (мс). На практике под скоростью сканирования понимают количество страниц черно-белого оригинала, сканируемых в минуту с максимальным оптическим разрешением.

8. Технология сканирования определяется типом и параметрами используемого светочувствительного датчика (ПЗС или ФЭУ).

9. Тип и цвет источника света. В зависимости от этого возможны различные варианты сканирования цветных оригиналов. Например, применение цветных светофильтров для удаления не желательных пятен или оттенков определенных цветов.

10. Поддерживаемые компьютерные платформы - характеристика совместимости сканера с различными компьютерными системами и всеми применяемыми в них периферийными устройствами и программными приложениями.

11. Дополнительные возможности сканера. Например - дополнительные возможности обработки прозрачных оригиналов, автоматическая подача листов и факсимильная передача сканируемых изображений.

12. Интерфейс - следует понимать варианты аппаратного подключения устройства к компьютеру.

Вопросы для повторения

1.   Клавиатура. Принцип действия по структурной схеме. Понятие СКЭН-КОДА. Конструктивное исполнение. Драйвер клавиатуры, и способы его инициализации.

2.   Мышь. Назначение, состав и принцип работы опто-механической мыши по структурной схеме. Способы подключения и инициализации драйвера мыши.

3.   Типы мыши. Их отличия и конструктивные особенности.

4.   Джойстик. Назначение, преимущества и их конструктивные особенности.

5.   Световое перо. Назначение, преимущества и недостатки. Конструктивные особенности.

6.   Дигитайзер. Назначение, состав, область применения и отличия, в зависимости от механизма определения местоположения устройства (электростатические, электромагнитные). Графический планшет. Курсор и перо.

7.   Назначение сканера. Классификация сканеров.

8.   Способы формирования изображения на основе приборов с зарядовой связью и фотоэлектронных умножителей.

9.   Принцип работы черно-белого сканера по блок схеме.

10.       Принцип работы цветного сканера по блок схеме с вращающимся RGB- фильтром.

11.       Принцип работы по блок схеме цветного сканера с dichroic - фильтром.

12.       Планшетные сканеры. Назначение, состав и способ формирования изображения.

13.       Барабанные сканеры. Назначение, состав и способ формирования изображения.

14.       Общие характеристики сканеров.

3.2. Устройства вывода 3.2.1. Мониторы и их характеристики. Назначение, состав и принцип работы.

Введение

Из сведений о ПК известно, что монитор относится к устройству вывода. Персональный компьютер может без особых проблем работать и без принтера, то использование РС без монитора даже трудно себе представить. Поэтому устройства вывода за исключением монитора обозначают как вторичные.

Мониторы

Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветные и монохромные. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Текстовый режим. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, символы:

 

~ ! @ # $ % ^ & * ( ) _ + { } [ ] ; : ’ ” < > / ? , .

а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т.д.

В число символов, изображенных на экране в текстовом режиме, могут входить и символы кириллицы (буквы русского алфавита).

Графический режим. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. Разумеется, что в этом режиме также можно выводить на экран и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т.д.

│┌┬├┼┤┘┴═║╒╓╔╕╖╗╘╙╚╛╜╝╞╟╠╡╢╣╤╥╦╧╨╩╪╫╬▀▄█▌▐░▒▓

В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть светлой или темной на монохромных мониторах или одного из нескольких цветов - на цветных. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Например, выражение “разрешающая способность монитора 640х480” означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по горизонтали и 480 - по вертикали. Следует заметить, что размер экрана монитора не влияет на разрешающую способность, равно как и большой и маленький телевизоры имеют на экране 625 строк развертки изображения.

Часто используемые мониторы.

Наиболее широкое распространение в компьютере IBM PC получили мониторы типов MDA, CGA, Hercules, EGA и VGA. Их характеристики приведены в Табл. 3.2.1..

Табл. 3.2.1.

Монитор	Цвет/моно	Текстовый режим	Графический режим
MDA	Монохромный	80х25, 2 цвета	640х200, 2 цвета
CGA	Цветной	80х25, 16 цветов	640х200, 2 цвета 320х200, 4 цвета
Hercules	Монохромный	80х25, 2 цвета	720х348, 2 цвета
EGA	Цветной	80х25, 16 цветов 80х43, 16 цветов	640х350, 16 цветов
VGA	Цветной	80х25, 16 цветов 80х50, 16 цветов	640х480, 16 цветов 640х350, 16 цветов 320х200, 256 цветов

В настоящее время мониторы MDA, CGA, EGA и Hercules практически не используются, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Большинство компьютеров выпускаемых в настоящее время используют мониторы типа VGA, которые обеспечивают достаточное качество изображения в текстовом и графическом режимах. Для многих программ, использующих графический интерфейс, требуется лучшее качество, чем у мониторов VGA. В таких случаях используют мониторы Super VGA(SVGA) c разрешающей способностью 800х600, 1024х768 и 1560х1024.

Скорость работы.

Важной характеристикой адаптера монитора является скорость работы. В тестовом режиме все адаптеры работают достаточно быстро, но при выводе графических изображений с высоким разрешением скорость работы довольно существенна. В данном случае может оказаться необходимым использование видеоускорителя.

Видеопамять.

Монитор по отношению к процессору выступает в той же роли, что телевизор по отношению к телецентру: он показывает изображение, формируемое процессором.

В графическом режиме монитора в видеопамяти для каждой точки экрана должен быть записан тот цвет, которым она выводится. Так что чем больше разрешающая способность и чем больше может одновременно изображаться цветов на экране, тем больше должен быть объем видеопамяти. Для режима 800х600х256 и 1024х768х16 требуется видеопамять размером 512Кбайт, а для 1024х768х256 - 1Мбайт.

Размер точки (зерна) экрана.

На качество изображения на экране существенно влияет размер точки (пикселя) на экране. Чем меньше размер точки, тем четче изображение. На мониторах стандартного размера (14’’) при максимальном разрешении 640х480 удовлетворительное изображение получается при размере зерна 0,39мм, а хорошее - при 0,31мм, а для режима 1024х768 - 0,25 - 0,28 мм.

Качество изображения.

Если на компьютере приходится работать не 10-15 мин в день, а часами или даже весь день, то следует особое внимание обратить на качество изображения: не мерцает ли экран, нет ли на нем цветных пятен и т.д. Нежелательно, если справа от ярких или темных полос появляется их тень. Мониторы с дефектным изображением приводят к быстрому утомлению людей, которые с ними работают - такие мониторы покупать не следует.

Экранные фильтры.

Для защиты от бликов на поверхности экрана, а также для уменьшения излучений, исходящих от экрана, используют экранные фильтры. Наилучшую защиту от бликов дают стеклянные поляризационные фильтры.

Принцип работы монитора

Принцип действия монитора на базе электронно-лучевой трубки мало отличается от принципа обычного телевизора и заключается в том, что созданный катодом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытой люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находится дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения, и отклоняющая система, позволяющая изменить направления пучка.

Любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (так же, как и телевизора) состоит из множества дискретных точек люминофора, представляющий собой минимальный элемент изображения (растра) и называемых пикселями. Такие мониторы называются растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует весь экран, образуя на нём близко расположенные строки развёртки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали, например, 640х480 или 1024х768 пикселов.

Для формирования растра (Рис. 3.2.1.) в мониторе используются специальные сигналы. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналами строчной (горизонтальной - H.Sync) развертки, а по вертикали - кадровой (вертикальной - V.Sync) развертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонтали) и из крайней правой позиции последней строки экрана, а крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) осуществляется специальными сигналами обратного хода.

Рис. 3.2.1.Формирование растра на экране монитора

Таким образом, наиболее важными для монитора являются следующие параметры: частота вертикальной (кадровой) развертки, частота горизонтальной (строчной) развертки и полоса пропускания видеосигнала.

Описанный выше способ формирования изображения применяется и в телевизионной технике. Частота обновления изображения (частота кадров) составляет 25 Гц. С первого взгляда кажется, что это очень низкая частота. Однако в телевидении для сужения полосы частот спектра телевизионного сигнала применяется чересстрочная развертка, т.е. полный растр получается за два приема. Сначала за время, равное 1/50 с, передается (воспроизводятся) только нечетные строки: 1, 3, 5 и т.д. эта часть растра называется полем нечетных строк или нечетным полукадром. Затем развертывающий электронный луч быстро переводится от нижнего края экрана вверх и попадает в начало 2-й (четной) строки. Далее луч прорисовывает все четные строки: 2, 4, 6, т.д. так формируется поле четных строк или четный полукадр. Если наложить оба полукадра друг на друга, то получится полный растр изображения.

Данный способ формирования изображения, как в мониторе, так и в телевизорах оказался возможным благодаря двум свойствам, а точнее, недостаткам, нашего зрения:

n Инерционность восприятия световых раздражений, т.е. возникновение и прекращение фотохимических реакций в сетчатки глаза после начала и окончания воздействия импульса света происходит не мгновенно, а с задержкой, характеризующей эту инерционность (приблизительно 0,1 с). Время сохранения светового возбуждения сетчатки глаза составляет 0,4-1,0 с после окончания действия светового раздражения. Благодаря такому свойству зрения оказалось возможным производить поэлементную развертку изображения от строки к строке и от одного полукадра к другому (при чересстрочном способе формирования изображения), т.е. изображение представляется в виде быстро сменяющейся последовательности строк и кадров

n Ограниченная разрешающая способность по перемещению. Это свойство учитывается при отображении движущихся предметов на экране монитора или телевизора. Для того чтобы движения казались плавными, каждое изменение положения предметов должно быть передано небольшими порциями. Глаз человека воспринимает изображение как непрерывное, если смена кадров происходит с частотой 20-25 Гц. Частотой смены кадров определяется устойчивость изображения. Чем выше устойчивость, тем меньше утомляемость глаз от мерцания экрана. Поэтому с использованием построчного формирования изображения, частоту кадров мониторов PC стараются повышать. У хороших мониторов кадровая частота достигает 70-80 Гц.

Формирование цветного изображения

Принцип Формирования растра цветного монитора такой же, как и у монохромного, однако, в основу формирования цветного изображения положены другие свойства цветового зрения.

*     Трехкомпонентность цветового восприятия

Это означает, что все цвета могут быть получены путем сложения трех основных цветов (синий, зеленый, красный), что позволило в цветных мониторах использовать метод аддитивного смешения цветов (Рис. 3.2.2.).

Рис. 3.2.2. Модель смешения цветов

·   Пространственное усреднение цвета.

Если на изображении имеются близко расположенные цветные детали, то с большого расстояния мы не различим цвета отдельных деталей. Учитывая это свойство зрения, в электронно-лучевой трубке монитора формируется цвет одного элемента изображения из трех цветов люминофорных зерен, расположенных рядом. В соответствии с особенностями человеческого зрения в электронно-лучевой трубке цветного монитора имеются три лучевые пушки с отдельными схемами управления, а на внутреннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов (RGB) (Рис. 3.2.3.).

Рис. 3.2.3. Полная модель образования цветов на экране монитора

Таким образом, каждая пушка стреляет по своим пятнам люминофора. Для этого в каждом кинескопе имеются апертурная решетка или теневая маска. Она служит для того, чтобы каждая пушка попадала только в точки люминофора соответствующего цвета. Теневая маска представляет собой пластину из спец. металла - инвара, с очень низким коэффициентом линейного расширения. На нее наносят систему отверстий, соответствующих точкам люминофора на внутренней поверхности кинескопа. Апертурная решетка образована системой щелей с аналогичными функциями.

Среднее расстояние между пикселями называется зерном и составляет 0,25-0,41мм.

Люминофорное покрытие экрана

При изготовлении дешевых мониторов экран покрывается люминофором, частицы которого светятся при попадании на них электронного пучка, но имеют короткий период послесвечения. Высвеченные пиксели экрана должны продолжать светиться в течение времени, которое необходимо электронному лучу, чтобы просканировать весь экран и вернуться для активизации данного пикселя уже при прорисовке следующего кадра. Следовательно, минимальное время послесвечения должно быть не меньше периода смены кадров - 20мс. Если это не выполняется, происходит мерцание изображения. При использовании высококачественных дорогих материалов такой эффект не наблюдается. Каждая точка светится в течение всего времени, которое необходимо лучу для сканирования всего экрана. Изображения на экранах, покрытых высококачественными люминофорами, кажется контрастным, абсолютно чистым и немерцающим.

Типы мониторов и их характеристики Аналоговые мониторы.

В данном случае речь пойдет о мониторах, которые работают с адаптерами VGA, SVGA и др. Они способны поддерживать разрешение 640х480 и более. В названии аналоговый отражаются не возможности разрешения (в отличие от TTL-мониторов), а способ передачи информации о цветах от видеокарты к монитору.

Аналоговый сигнал передается путем изменения амплитуды напряжения. VGA мониторы могут работать не только в цветном, но и монохромном режиме. В монохромном режиме цвета заменяются оттенками серого цвета. В аналоговом монохромном мониторе для отображения информации используется только видеосигнал зеленого. Сигналы красного и синего при этом не передаются.

Мультичастотные мониторы.

Все современные мониторы можно разделить на 3 большие группы:

*    С фиксированной частотой

*    С несколькими фиксированными частотами

*    Многочастотные (их также называют мультичастотные)

Мониторы с фиксированной частотой воспринимают синхросигналы какой-либо одной частоты, например, для кадровой развертки 60 Hz, а для строчной - 31,5 kHz. Мониторы с несколькими фиксированными частотами менее критичны к значениям частот синхроимпульсов и могут работать с набором из 2 или более сочетаний частот синхроимпульсов кадровой и строчной развертки. Мультичастотные мониторы называемые иногда Multisync, обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некоторого определенного диапазона, например, 30-64 kHz - для строчной и 50-100 Hz - для кадровой.

Диагональ монитора.

Диагональю монитора, как и телевизора, называется расстояние между левым нижним и правым верхним углами экрана. Это расстояние измеряется в дюймах. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 14’’ и 15’’. Для оптимальной работы в Windows 9x c более высоким разрешением следует установить монитор с диагональю 17 дюймов. А для профессиональной с работы с настольными издательскими системами и системами автоматического проектирования (САПР) рекомендуется монитор с диагональю 20, 21 дюйм (разумеется, не стоит забывать и об upgrade видеокарты).

Маска экрана.

Качество изображения зависит в значительной степени от типа и характеристик используемой теневой маски. Расстояние между отверстиями маски измеряется в мм.

*    Remarks:

Расстояние между отверстиями теневой маски часто отождествляют с размером зерна монитора, что вполне оправдано, поскольку оба параметра должны быть равны. Однако это условие выполняется не всегда, а в зависимости от технологии производства электронно-лучевой трубки и ее качества. Кроме того, расстояние между отверстиями теневой маски по сравнению с зерном, которое можно увидеть под лупой прямо на экране, является менее наглядной характеристикой.

Все мониторы с зерном более 0,28 мм считаются “дешевыми” и “грубыми”. Лучшие мониторы имеют зерно 0,26 мм, а у самого качественного известного монитора зерно - 0,19 мм.

Разрешение.

Аналоговые мониторы обеспечивают разрешение не ниже 1024х768, а мультичастотные имеют разрешение 1280х1024 и более.

Кинескоп.

Существенное значение имеет тип ЭЛТ (кинескопа). Предпочтительны такие типы кинескопов, как Black Trinitron, Black Matrix or Black Planar. Люминофорное покрытие экрана мониторов этих типов состоит из специального вещества, которое имеет существенный недостаток - слишком восприимчиво к свету. Если монитор с подобным кинескопом длительное время находится под действием света, это значительно сокращает срок его службы.

Излучение и защитные экраны

Медицинские исследования показали, что излучение, сопровождающее работу монитора, может отрицательно сказываться на здоровье человека.

Спектр этого излучения достаточно широк – это и рентгеновское излучение, и инфракрасное, и радиоизлучение, а также электростатические поля. Именно поэтому, приобретая монитор, не следует забывать о защитном экране.

Фильтры бывают сеточные, пленочные и стеклянные. Их защитные свойства и, соответственно, цена возрастают в порядке перечисления- Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, вставляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества. Кроме того, они несколько ухудшают контрастность изображения. Однако эти фильтры ослабляют блики от внешнего освещения, что при интенсивной работе за компьютером является немаловажным фактором.

Пленочные фильтры также не защищают от статического электричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Обычные пленочные фильтры стоимостью 3–7 USD плохо защищают от бликов внешнего излучения, однако существуют также поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid, которые способны обеспечивать поляризацию отраженного света и подавлять возникновение бликов. Поляризационные фильтры, как правило, стоят дороже обычных фильтров.

Стеклянные фильтры выпускаются в нескольких различных модификациях. Простые стеклянные фильтры стоимостью 3–10 USD снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контрастность изображения.

Выпускаются также стеклянные фильтры категории полная защита. Они обладают наиболее полной совокупностью защитных свойств; практически не дают бликов (доля отраженного света менее 1%), повышают контрастность изображения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастотное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из стекла специального сорта, легированного атомами тяжелых металлов, и имеют многослойное покрытие. Стоят такие фильтры недешево – свыше 150 USD.

В первую очередь, такие мониторы имеют более чувствительный люминофор, который обеспечивает ту же яркость свечения при менее интенсивной электронной бомбардировке. В результате удается значительно снизить величину ускоряющего анодного напряжения, а вместе с ним – интенсивность рентгеновского излучения. Кроме того, меньшая скорость соударения снижает температуру разогрева люминофора, в результате чего уменьшается интенсивность инфракрасного и ультрафиолетового излучений.

В мониторах класса low radiation применяется специальное стекло, которое поглощает все эти виды излучений. Это стекло обладает свойствами, аналогичными свойствам защитных экранов, которые используются совместно с обычными мониторами. Экран монитора low radiation имеет характерную матовую поверхность, которая устраняет блики.

Снижение электростатического потенциала достигается использованием специальных экранирующих материалов, соединенных с заземляющим проводом.

В результате принятия указанных мер нет необходимости использовать специальные защитные экраны, которые считались непременным атрибутом для первых мониторов.

Мониторы Plug & Play

Любой современный PC поддерживает технологию Plug&Play, обеспечивающую автоматическое конфигурирование подключаемого оборудования.

В целях реализации данной технологии для мониторов ассоциация VESA разработала спецификацию DDC (Display Data Channel), которая предусматривает обмен информацией между монитором и PC по обычному кабелю, т. е. через стандартный VGA-разъем. Существует несколько версий этого протокола:

·     DDC1 – односторонняя передача данных от монитора к PC

·     DDC2 (DDC2A, DDC2B, DDC2AB) – двухсторонний обмен данными между PC и монитором

Мониторы Plug&Play позволяют системе установить оптимальные для конкретной модели характеристики вывода изображения (частоту кадровой и сточной развертки, цветовую модель и др.).

Срок службы

Относительно надежный критерий для оценки продолжительности работы монитора – это количество выделяемого им тепла. Если монитор очень сильно нагревается, то можно ожидать, что срок его службы будет невелик. Если же монитор в течение долгого времени остается только теплым, – это указывает на небольшие потери энергии и предполагаемый длительный срок службы. Монитор, на корпусе которого имеется много вентиляционных отверстий, хорошо охлаждается, что не позволяет монитору быстро выйти из строя.

При покупке монитора следует провести тепловой тест: если его корпус кажется только теплым – это хороший монитор.

Жидкокристаллические дисплеи (LCD)

В конце 80-х годов были представлены первые модели PC типа laptop. Такие PC имеют малый вес, в первую очередь, за счет того, что в них применяются жидкокристаллические дисплеи {Liquid Crystal Display, LCD}. Подобный экран состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находятся жидкие кристаллы, которые могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимости от электрического заряда, т. е. кристаллы под воздействием электрического поля изменяют свою ориентацию и тем самым по-разному отражают свет. Поскольку сопротивление относительно велико, кристаллы могут двигаться только с определенной скоростью.

Это свойство проявлялось при перемещении курсора мыши по LCD-экрану первых дисплеев: при быстром перемещении курсор просто исчезал. Жидкие кристаллы получали электрический импульс, но не успевали среагировать, когда курсор уже переместился.

Время реакции первых цветных дисплеев составляло примерно 500 мс. Для уменьшения «смазанности» и увеличения контрастности изображения были разработаны жидкокристаллические дисплеи, выполненные по технологии DSTN (Dual-scan Super-Twisted Nemattc). Благодаря использованию специальных жидких кристаллов и двойного сканирования, время реакции сократилось до 150 мс.

Фирма Toshiba разработала жидкокристаллический дисплей с активной матрицей на тонкопленочных транзисторах (так называемая технология Thin Film Transistor– 777). Стоимость подобных дисплеев на 700–900 USD выше, чем стоимость дисплеев DSTN. Однако эти затраты вполне оправданы, поскольку TFT-дисплеи практически не уступают своим электронно-лучевым собратьям.

Разновидностью DSTN-технологи и явилась технология MLA (Multiline Addressing). Благодаря многолинейной адресации время реакции панели уменьшилось до 50–75 не.

Размер экрана жидкокристаллического дисплея составляет от 10,2" до 13,3" по диагонали, а разрешение – 800х600 и 1024х768.

Один из недостатков таких дисплеев может быть вам знаком по наручным часам, калькуляторам и т. п., которые работают с LCD-индикаторами, Если посмотреть на экран под углом, то можно увидеть только серебристую поверхность. Восприятие изображения на LCD-экранах зависит от угла наблюдения. Хорошее качество изображения достигается при угле наблюдения 90° к экрану.

Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому подобные мониторы нуждаются в подсветке {Backlight} или во внешнем освещении. Дальнейшее развитие LCD-дисплеев направлено на представление цвета, то есть на изменение отдельными кристаллами своей окраски под воздействием электрических импульсов, а также на "активные" LCD-дисплеи, излучающие свет,

Интересной особенностью некоторых моделей LCD-дисплеев является то, что их можно поворачивать на 180°, что весьма удобно при работе с текстовыми документами.

Газо-плазменные мониторы

Для газо-плазменных мониторов нет таких ограничений, как для LCD-дисплеев. Они также имеют две стеклянные пластины, между которыми находятся не кристаллы, а газовая смесь, которая высвечивается в соответствующих местах под действием электрических импульсов. Недостаток таких мониторов – их нельзя использовать в переносных компьютерах с аккумуляторным и батарейным питанием из-за того, что они потребляют много тока.

3.2.2. Принтеры ударного действия. Интерфейс

В противоположности другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к РС через параллельный интерфейс. Для старых моделей имеется возможность подключения через последовательный интерфейс. Однако надо иметь в виду, что передача информации на принтер через последовательный интерфейс значительно замедляет его работу, особенно при печати в графическом режиме.

Последние модели лазерных принтеров для повышения быстродействия снабжены высокоскоростным портом с расширенными возможностями ECP для быстрой печати. Длина кабеля может составлять до 10 м, а не 3м при более ранних разработках интерфейса.

Некоторые модели принтеров различных фирм оборудованы инфракрасными передатчиками, что позволяет передавать файлы с помощью инфракрасного излучения, делая ненужным кабельное соединение.

По принципу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются:

v Принтеры ударного действия;

v Принтеры не ударного (безударного) действия (Рис. 3.2.4.).

Рис. 3.2.4. Классификация принтеров

 

Принтеры ударного действия

Принтеры ударного действия, основанные на создании изображения шрифта механически «выколачивания» красителя ленты прямо на бумагу. В качестве ударного механизма могут быть использованы шаблоны символов или иголки.

Типовые принтеры (ударные) аналогичны электрическим пишущим машинкам.

Достоинства

Типовой принтер дает очень чистое изображение букв, конечно при условии, что красящая лента достаточно черная и неизношенная.

Недостатки

n Низкая скорость печати от 30 до 40 знаков в секунд;

n Недостаточная универсальность типовых принтеров, которая препятствует их широкому распространению. Принтеры такого типа располагают одним шрифтом и не нельзя выделить отдельные места документа курсивом или жирным начертанием;

n Невозможность печати графического изображения.

Область применения

Принтеры могут применяться только в машинописном бюро, где для оформления документа, кроме чистоты, ничего не требуется. По стоимости они сравнимы с игольчатыми принтерами.

Игольчатые принтеры

Игольчатый принтер долгое время являлся стандартным устройством вывода для РС по отношению к струйным и лазерным принтерам. Достоинством игольчатых принтеров определяются, в первую очередь, скоростью печати и их универсальностью, которая заключается в способности работать с любой бумагой, а также низкой стоимостью.

Принцип действия

Принцип, которым игольчатый принтер печатает знаки на бумаге, очень прост. В отличие от других принтеров, игольчатый принтер формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера.

Механизм подачи бумаги аналогичен с пишущей машинкой. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголке по этой ленте на бумаге остается закрашенный след.

Иголки, расположенные внутри головки, обычно активизируются электромагнитным методом. Головка движется по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем (Рис. 3.2.5.).

Рис. 3.2.5. Расположение иголок на 9-игольчатой головке (в один и два ряда)

Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарных кодов. По этой причине головка принтера «знает», какие иголки и в каких позициях необходимо активизировать, чтобы, например, создать за 10 шагов головки букву «К» (Рис. 3.2.6.).

Рис. 3.2.6. Матрицы для буквы «К», зависящей от количества иголок в головке

Хотя наличие девяти иголок в головке принтера обеспечивает высокую скорость печати, однако, хорошего качества достичь не удается. Это заметно сказывается на отпечатке шрифта принтера, когда на бумаге виден отпечаток каждой из иголок, а в связи с износом красящей ленты качество еще больше ухудшается.

Для улучшения качества каждую строку пропечатывают два раза, при этом отдельные точки, составляющие знаки, несколько смещаются при втором проходе печати. Такой метод хотя и улучшает качество изображения, но увеличивает время процесса печати.

Дальнейшим развитием 9 игольчатого принтера стал 18-игольчатый принтер, а позднее 24-игольчатый. Он имел расположение иголок в головке в два ряда по 9 иголок.

24-игольчатый принтер

Иголки расположены в два ряда по 12 штук. Кроме этого имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, чтобы знаки пропечатывались еще раз с небольшим смещением.

Строчный принтер

У строчного принтера головка отсутствует, но имеется печатающая планка. Таким образом, при печати изображение матрицы, соответствующей строке, полностью переносится на бумагу. Так как головка не подвижна, а строка печатается целиком за один раз, это дает преимущество в скорости печати.

Особенности работы игольчатого принтера:

*    Возможность печатать несколько копий;

*    Является более универсальным при работе с бумагой, чем лазерный или струйный принтеры, для которых отсутствует возможность использовать бумагу в рулоне.

*     Игольчатые принтеры характеризуются скоростью печати (числом знаков, которое принтер переносит на бумагу за 1 сек);

*    Одним из недостатков работы игольчатого принтера можно отнести сопровождение шумом;

*    Для игольчатых принтеров разрешение играет роль только тогда, когда печатается в графическом режиме, где должно точно рассчитывается положение каждой отдельной точки на бумаге.

*    Цветная печать, реализуется только с помощью многоцветной красящей ленты;

*    Шрифты в игольчатых принтерах реализуются наличием встроенных шрифтов или возможностью записи их в RAM принтеров.

3.2.3. Принтеры не ударного действия

Принтеры не ударного действия работают по другому принципу. Выводимое изображение создается с помощью применения тепла, чернил или других ксерографических методов.

Струйные принтеры

Основной принцип работы струйных принтеров чем-то напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок применяются тонкие как волос, сопло, которые находятся в головке принтера. В головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Число сопел (от 6 до 64) и зависит от модели принтера и изготовителя. Последние разработки принтеров такого типа имеют от 300 для черных чернил и до 416 сопел для цветных.

Для хранения чернил используются два метода:

q  головка принтера объединена с резервуаром для чернил; замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки;

q  используется отдельный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

Принцип действия

Современные модели струйных принтеров используют следующие методы печати;

q  Пьезоэлектрический метод;

q  Метод газовых пузырей;

q  Метод drop-on-demand.

Пьезоэлектрический метод

Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанной диафрагмой. Под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента. При печати, находящиеся в трубке пьезоэлементы, сжимая и разжимая трубку, наполняют капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар. Чернила, которые «выдавливаются» наружу, оставляют на бумаге точку (Рис. 3.2.7.).

Рис. 3.2.7. Принцип действия струйного принтера с пьезоэлементами

Метод газовых пузырей

Этот способ является термическим и больше известен под названием «инжектируемые пузырьки». Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500⁰. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил, которая переносится на бумагу (Рис. 3.2.8.). При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил.

Рис. 3.2.8. Принцип работы принтера по методу газовых пузырей

Метод Drop-on-demand

Также как и в методе газовых пузырей, метод drop-on-demand для подачи чернил из резервуара на бумагу используется нагревательный элемент. Однако для подачи чернил используется специальный механизм (Рис. 3.2.9.).

Рис. 3.2.9. Принцип работы принтера по методу Drop-on-demand.

Благодаря тому, что в механизмах печати, реализованных с использованием метода газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, такие принтеры надежней в работе и срок их эксплуатации значительно дольше. Кроме того, позволяет добиться высокой разрешающей способности принтеров.

Цветной струйный принтер

Обычно цветное изображение формируется при печати наложением друг на друга трех основных цветов: циан, пурпурный и желтый. Теоретически наложение этих трех цветов должно в итоге давать черный цвет, на практике получается серый или коричневый, и поэтому в качестве четвертого основного цвета добавляют черный. На основании этого такую цветную модель называют CMYK (по названию основных цветов). Таким образом, принтеры применяют не три, а четыре цвета, включая черный дополнительный патрон.

Особенности работы струйного принтера

1.   Низкий уровень шума;

2.   Скорость, как и игольчатый принтер, зависит от качества печати (от 3-4 страниц в минуту до 8-9 страниц);

3.   Качество печати зависит от типа применяемой бумаги и её качества. Хорошо зарекомендовала себя бумага для ксерокса (80 г/м²);