Принцип дії факсимільних систем зв'язку

1. Принцип дії факсимільних систем зв'язку

В цілому, факсимільний зв'язок — це вид електрозв'язку, що забезпечує передачу і відтворення нерухомих зображень. Засобами факсимільного зв'язку однаково зручно передавати текст, надрукований чи написаний на будь-якій мові, чорно-білі і кольорові фотографії і креслення.

У перших факсимільних апаратах для запису зображень використовувалися методи, що застосовувалися у фотосправі. У зв'язку з цим такий вид зв'язку називався фототелеграфним зв'язком. В даний час застосовуються й інші способи запису зображень на папері. Тому в загальному випадку передачу нерухомих зображень відповідно до рекомендацій Міжнародного консультативного комітету з телеграфії і телефонії (МККТТ) називають факсимільним зв'язком.

Системи факсимільного зв'язку, що забезпечують передачу і відтворення чорно-білих зображень з максимально можливою точністю відновлення всіх градацій півтонів оригіналу, називаються фотофаксимільними системами

1.1 Поелементна передача зображень

Домовимося зображення, призначене для передачі по факсу, називати оригіналом, а переданий документ — репродукцією. Призначенням факсимільної системи є одержання на прийомі задовільної по якості репродукції з переданого оригіналу. З'ясуємо, що слід розуміти під «задовільною якістю» зображення і у якому співвідношенні повинні знаходитися оригінал і репродукція для одержання найкращої відповідності між ними.

На перший погляд здається, що фототелеграфна система має бути створена таким чином, щоб на прийомному бланку яскравість всіх крапок репродукції була рівна відповідним ступеням яскравості відповідних крапок переданого "оригіналу". Однак здійснити таку передачу внаслідок цілого ряду спотворень в апаратурі і каналі зв'язку практично неможливо, а крім того, в абсолютній відповідності оригіналу і репродукції немає необхідності. Будь-який оригінал містить у собі набагато більше даних, ніж сприймає нормальне око спостерігача. Це є наслідком особливостей людського ока, що не розрізняє дуже дрібні деталі і не відрізняє досить малі розходження яскравостей сусідніх полів на зображенні.

Тому завданням фототелеграфної системи не є створення рівних яскравостей між відповідними крапками і полями оригіналу і репродукції. Навпаки, фототелеграфна система має створити враження подібності оригіналу та репродукції. З огляду на те що людське око не сприймає дуже дрібних деталей, у фототелеграфії передача крапок зображення заміняється послідовною передачею яскравостей кінцевих ділянок (рис. 1), на які оригінал розчленовується в процесі передачі. Якщо розміри ділянок лежать поблизу межі, яка зумовлена здатністю ока розрізняти дрібні деталі, то всі елементи зображення, розміри яких менше зазначеної межі, оком не розрізняються, у той час як деталі, котрі дорінюють або мають більший розмір ніж гранична величина ділянки , на репродукції будуть сприйматися подібно тому, як вони сприймаються на оригіналі. Оскільки основні контури зображення являють собою сукупність елементарних площадок кінцевих розмірів, то наведені міркування відносяться також до випадку передачі контурів і границь зображення.

Таким чином, для задовільного відтворення дрібних деталей, контурів і границь полів нерухомого зображення, необхідно здійснити передачу кінцевого числа елементарних ділянок. Очевидно, що за для передачі усіх тонкостей оригіналу, елементарну діляноку слід брати як можна меншого розміру. Разом з тим потрібно пам'ятати, що зменшення розміру ділянки не повинне перевищувати вимог до заданої точності відтворення і меж, обумовлених здатністю ока розрізняти дрібні деталі. Інакше час передачі великої кількості дуже малих ділянок може значно збільшитися.

Рис. 1.2. Розділення плавного чорно-білого переходу на кінцеве число напівтонових градацій

1.2 Передача обмеженого числа напівтонових градацій

Якість відтвореної під час прийому репродукції визначається, крім передачі деталей і контурів, також якістю відтворення півтонів, тобто кількістю і правильністю відтворення перехідних градацій від самого чорного до самого білого тону. При висвітленні різних предметів перехід від світла до тіні звичайно є плавним. Здавалося б, що для відтворення такого переходу необхідно передати нескінченна безліч проміжних градацій. Однак, як і в розглянутому вище випадку, з огляду на те, що людське око не відрізняє досить малі розходження ясравостей сусідніх полів на зображенні, можна обмежитися передачею невеликого числа градацій Так наприклад, плавний перехід, представлений на рис. 2, може бути переданий декількома градаціями яскравостей, розходження між який майже не розрізняється оком. Отже, кількість рівнів сигналу, що визначають кількість напівтонових градацій, є кінцевим.

У найпростішому випадку напівтонові оригінали відтворюються при прийомі у вигляді чорно-білих репродукцій, без проміжних градацій. Такі системи забезпечують задовільну якість відтворення текстових матеріалів, креслень, графіків, таблиць і інших близьких до них оригіналів. У тих випадках, коли необхідно здійснити передачу фотографій, малюнків, географічних і топографічних карт та ін., кількість необхідних градацій істотно збільшується. Якщо розходження в яскравостях сусідніх ділянок на зображенні лежить поблизу межі, обумовленої здатністю ока розрізняти розходження в яскравостях сусідніх полів, то напівтонова картина на репродукції буде подібною до напівтонової картини на оригіналі.

Зі сказаного випливає, що для задовільного відтворення півтонів необхідно здійснити передачу кінцевого числа напівтонових градацій. Стремління до більш точної передачі напівтонової картини зображення приводить до необхідності збільшувати число переданих градацій. Число градацій повинне бути таким, щоб забезпечувалося виконання заданих вимог до точності відтворення півтонів, але у всякому разі не перевищувалися межі, обумовлені розпізнавальною чутливістю ока.

Отже, особливості людського зору дозволяють здійснити передачу зображення шляхом передачі кінцевого числа елементарних ділянок і кінцевого числа напівтонових градацій. Якщо розміри переданих ділянок і розходження між послідовно переданими рівнями яскравостей не перевищують деяких граничних для ока значень, то зорове враження від репродукції буде подібне зоровому враженню від оригіналу і в цьому разі можна вважати, що репродукція має задовільну якість.

Для передачі зображення на відстань електричними засобами необхідно:

Здійснити розгортку оригіналу і послідовно перетворити яскравості В' кожної елементарної ділянки оригіналу в тимчасову послідовність електричних сигналів U’(t)

Передати електричні сигнали по електричному каналу зв'язку на прийомну станцію з як найменшими спотвореннями.

Перетворити тимчасову послідовність прийнятих електричних сигналів U(t) у яскравості В елементарних ділянок репродукції, координати яких відповідали б координатам переданого зображення.

Зазначені процеси послідовного перетворення яскравостей ділянок оригіналу в електричні сигнали і зворотне перетворення тимчасової послідовності електричних сигналів у яскравості відповідних ділянок репродукції є сутністю фототелеграфного методу передачі зображень.

На підставі викладеного сформулюємо принципи передачі зображень електричними засобами:

1. Дискретизація первинного зображення — представлення зображення сукупністю елементарних ділянок, розмір яких визначається граничною просторовою частотою. У межах елементарних ділянок приймаються до уваги середні величини або яскравості коефіцієнта відображення в заданій (дискретній) ділянці спектра оптичного випромінювання. На передачу інформації про стан кожного елемента і всього зображення виділяється обмежений (дискретний) час, протягом якого зображення вважається нерухомим (статичним). Зображення об'єктів, що рухаються, відтворюються шляхом швидкої зміни статичних зображень, що відповідають окремим фазам переданого сюжету.

2. Послідовне в часі перетворення кольору, чи яскравості коефіцієнта відображення в електричні сигнали (факсимільний аналіз зображення). У результаті аналізу двовимірна функція розподілу яскравості (коефіцієнта відображення) у площині первинного зображення перетвориться в електричний сигнал — одномірну функцію часу. Це здійснюється при спільному використанні фотоелектричного перетворення і розгортки.

3. Передача сигналів зображення на відстань з використанням каналу зв'язку, що включає в себе кабельні, радіорелейні і супутникові системи.

4. Послідовне в часі перетворення електричних сигналів в колір чи яскравість елементів зображення (факсимільний синтез). У результаті синтезу електричний сигнал перетвориться в двовимірну функцію розподілу чи яскравості коефіцієнта відображення в площині вторинного зображення.