Оглавление
- 1 Трубка видеокамеры
- 1.1 История видеокамерных трубок
- 1.2 Ранние исследования
- 1.3 Эксперименты с анализаторами изображений
- 1.4 Операции с анализаторами изображений
- 1.5 Трубки для накопления заряда
- 1.6 Принцип накопления заряда
- 1.7 Проблема низкой чувствительности и её решение
- 1.8 Изобретение Зворыкина
- 1.9 Эмитрон и его развитие
- 1.10 Суперэмитрон и его особенности
- 1.11 Иконоскоп изображений и его развитие
- 1.12 Операция суперэмитрона и иконоскопа изображений
- 1.13 История и развитие иконоскопа
- 1.14 Преимущества и проблемы низкоскоростных сканирующих трубок
- 1.15 Изобретение и усовершенствования
- 1.16 Orthicon и image orthicon
- 1.17 Конструкция и работа image orthicon
- 1.18 Эффект “ортиконного гало”
- 1.19 Трубка vidicon
- 1.20 Типы видиконов
- 1.21 Применение видиконов
- 1.22 Проблемы и ограничения
- 1.23 История и характеристики трубок Saticon
- 1.24 Пасекон и Ньювикон
- 1.25 Триникон
- 1.26 Легкое смещение и цветные камеры
- 1.27 Система последовательного окрашивания полей
- 1.28 Магнитная фокусировка в фотокамерах
- 1.29 Размер чувствительной области мишени
- 1.30 Оптический формат
- 1.31 Историческое использование и упадок
- 1.32 Преимущества современных датчиков
- 1.33 Переход на твердотельные сенсоры
- 1.34 Использование трубок для видеокамер
- 1.35 Полный текст статьи:
- 2 Трубка видеокамеры
Трубка видеокамеры
-
История видеокамерных трубок
- Использовались в телевизионных камерах до появления CCD в 1980-х годах
- Основаны на электронно-лучевой трубке
- Сканировали изображение сцены и фокусировали его на цели
-
Ранние исследования
- Алан Арчибальд Кэмпбелл-Суинтон предложил полностью электронную телевизионную систему в 1908 году
- Макс Дикман продемонстрировал ЭЛТ в 1906 году
- Кэмпбелл-Суинтон популяризировал идею в 1911 году
-
Эксперименты с анализаторами изображений
- Макс Дикман и Рудольф Хелл разработали трубку-диссектор в 1925 году
- Фило Фарнсворт усовершенствовал устройство в 1927 году
- Фарнсворт получил патент в 1930 году
-
Операции с анализаторами изображений
- Оптическая система фокусирует изображение на фотокатоде
- Электроны испускаются пропорционально интенсивности света
- Сканирующая апертура улавливает электроны, генерируя электрический ток
-
Трубки для накопления заряда
- Иконоскоп основан на принципе накопления заряда
- Проецирует изображение на пластину с мозаикой светочувствительных гранул
- Электронный луч сканирует изображение, разряжая конденсаторы
-
Принцип накопления заряда
- Открыт венгерским инженером Кальманом Тихани в 1926 году
- Привел к прорыву в разработке электронных устройств визуализации
-
Проблема низкой чувствительности и её решение
- В 1925 году Тиханьи разработал трубку камеры, накапливающую и сохраняющую электрические заряды.
- В 1926 году Тиханьи подал заявку на патент в Венгрии, но патент был признан недействительным в Великобритании.
-
Изобретение Зворыкина
- В 1924 году Зворыкин представил проект полностью электронной телевизионной системы.
- В 1925 году он подал заявку на патент, включающую пластину для накопления заряда.
- В 1931 году Зворыкин получил патент на иконоскоп, который был представлен в 1933 году.
-
Эмитрон и его развитие
- В 1932 году инженеры EMI подали заявку на патент на устройство “Эмитрон”.
- В 1936 году была запущена 405-строчная служба вещания с использованием эмитрона.
-
Суперэмитрон и его особенности
- В 1934 году Любшински, Родда и Макги разработали суперэмитрон, который был в десять-пятнадцать раз чувствительнее.
- Суперэмитрон был использован для трансляции в День перемирия 1937 года.
-
Иконоскоп изображений и его развитие
- В 1934 году Зворыкин поделился патентными правами с Telefunken, создав image iconoscope.
- Иконоскоп изображений стал промышленным стандартом в Европе с 1936 по 1960 год.
-
Операция суперэмитрона и иконоскопа изображений
- Суперэмитрон преобразует свет в электронное изображение, которое ускоряется к мишени.
- Мишень состоит из мозаики металлических гранул, накапливающих положительный заряд.
- Электронный луч сканирует изображение, разряжая конденсаторы.
- Иконоскоп изображений идентичен суперэмитрону, но мишень изготовлена из изолирующего материала.
-
История и развитие иконоскопа
- Иконоскоп был шумным из-за вторичных электронов.
- Решение: сканирование мозаики низкоскоростным электронным пучком.
- Изображение проецируется на фотоэлектрическую мозаику, заряды сохраняются и разряжаются.
-
Преимущества и проблемы низкоскоростных сканирующих трубок
- Низкий уровень побочных сигналов и высокая эффективность преобразования света.
- Проблемы: вторичные электроны, размытие изображения по краям.
-
Изобретение и усовершенствования
- Хенрото предложил использовать низкоскоростные электроны в 1929 году.
- Любшински и команда EMI создали CPS Emitron в 1934 году.
- В 1936 году Любшински предложил ортогональное сканирование для четкого изображения.
-
Orthicon и image orthicon
- RCA разработала orthicon в 1935 году.
- Image orthicon заменил иконоскоп в США с 1946 по 1968 год.
- Image orthicon использовал прямые показания заряда, что улучшало детализацию.
-
Конструкция и работа image orthicon
- Состоит из фотокатода, сканера и электронного умножителя.
- Свет падает на фотокатод, преобразуется в электронное изображение.
- Электроны ускоряются к мишени, вызывая вторичную эмиссию.
- Сканирующий луч генерируется электронной пушкой и отклоняется катушками.
- Отраженные электроны возвращаются к первому диноду, мешая яркости.
-
Эффект “ортиконного гало”
- Система ввода-вывода использует фотоэлектроны, которые могут накапливаться при ярком освещении.
- Избыточные электроны нейтрализуют положительный заряд, создавая темные области на изображении.
- Эффект был создан производителями для улучшения контраста.
-
Трубка vidicon
- Разработана в 1950 году для замены image orthicon.
- Использует фотопроводник для формирования диаграммы плотности заряда.
- Мишень поддерживается при положительном напряжении, катод при отрицательном.
- Выходной сигнал поступает из слоя ITO.
-
Типы видиконов
- Si-видиконы: кремниевые видиконы, устойчивы к выгоранию, но страдают от размытия.
- Plumbicons: трубки на основе оксида свинца, имеют низкое энергопотребление и высокое разрешение.
- Saticons: трубки на основе селена, устойчивы к выгоранию и имеют высокое разрешение.
-
Применение видиконов
- Использовались в космических аппаратах, таких как Galileo и Landsat.
- Применялись в медицине и для получения изображений в инфракрасном спектре.
- Устарели из-за появления твердотельных датчиков изображения.
-
Проблемы и ограничения
- Задержки изображения, выгорание, размытие и другие эффекты.
- Повреждение при высокой интенсивности света и прямом воздействии солнца.
- Непригодность для широковещательных программ из-за сильного размытия.
-
История и характеристики трубок Saticon
- Название SAT происходит от SeAsTe.
- Светочувствительность эквивалентна ASA 64.
- Менее выгодный диапазон рабочих температур и большая задержка изображения по сравнению с Plumbicon.
- Мишень состоит из оксида олова, SeAsTe, SeAs и трисульфида сурьмы.
- HARP увеличивает светочувствительность до 10 раз.
- Мишень в HARP состоит из ITO, CeO2, селена, легированного мышьяком и фторидом лития, селена, легированного мышьяком и теллуром, аморфного селена и трисульфида сурьмы.
-
Пасекон и Ньювикон
- Пасекон разработан Toshiba в 1972 году, зарегистрирован Heimann GmbH с 1977 года.
- Поверхность состоит из триоксида селенида кадмия.
- Не подходит для широковещательных программ из-за сильного запаздывания изображения.
- Newvicon разработан Matsushita в 1974 году, зарегистрирован с 1973 года.
- Высокая светочувствительность, поверхность состоит из селенида цинка и теллурида цинка-кадмия.
- Не подходит для широковещательных программ из-за высокой задержки изображения и неравномерности.
-
Триникон
- Trinicon разработан Sony в 1971 году, зарегистрирован с 1971 года.
- Использует вертикально расположенный цветной RGB-фильтр.
- Используется в недорогих бытовых камерах и профессиональных камерах средней стоимости.
- Позже Sony объединила Saticon с цветовым фильтром RGB, что обеспечило низкую светочувствительность и превосходную цветопередачу.
-
Легкое смещение и цветные камеры
- Легкое смещение улучшает чувствительность и контрастность.
- Светочувствительная мишень освещается источником света ровно настолько, чтобы обеспечить заметное излучение.
- Ранние цветные камеры использовали отдельные красные, зеленые и синие трубки с цветоделителем.
- Более распространенный метод – наложение цветного полосатого фильтра на мишень.
-
Система последовательного окрашивания полей
- Разработана в 1930-х и 1940-х годах.
- Использовала синхронизированные диски с цветными фильтрами.
- Позволила обычным черно-белым фотоприемникам и ЭЛТ генерировать цветные изображения.
-
Магнитная фокусировка в фотокамерах
- Открыта А. А. Кэмпбелл-Суинтоном в 1896 году.
- Фокусирующие катушки окружают трубу камеры, имеют параллельные силовые линии.
- Электроны движутся по спиральной траектории, фокусировка регулируется током катушки.
- В обычных ЭЛТ катушки вертикального отклонения эквивалентны катушкам, намотанным вокруг горизонтальной оси.
-
Размер чувствительной области мишени
- Обычно составляет две трети от общего диаметра
- Выражается в дюймах
-
Оптический формат
- Приблизительно равен истинной диагонали сенсора, умноженной на 3/2
- Выражается в дюймах и округляется до удобной дроби
- Пример: сенсор 6,4 × 4,8 мм имеет оптический формат 1×2 дюйма
-
Историческое использование и упадок
- Срок службы технологии videotube продлился до 90-х годов
- ПЗС-диски не были признаны адекватными для высокого разрешения
-
Преимущества современных датчиков
- Отсутствие запаздывания изображения
- Высокое качество изображения
- Высокая светочувствительность и динамический диапазон
- Лучшее соотношение сигнал/шум
- Высокая надежность и неприхотливость
- Отсутствие источников питания и схемы привода фокусирующих катушек
- Низкое энергопотребление
-
Переход на твердотельные сенсоры
- Ранние сенсоры имели низкое разрешение и производительность
- Видеотрубки достигли высокого уровня качества
- Переход на твердотельные датчики привел к устареванию оборудования
-
Использование трубок для видеокамер
- Относительная нечувствительность к радиации
- Иногда используются в условиях высокой радиации, таких как атомные электростанции