диск Нипкова

Диск Нипкова (иногда англизированный как диск Нипкова; запатентован в 1884 году), также известный как сканирующий диск , представляет собой механическое, вращающееся, геометрически работающее устройство сканирования изображений , запатентованное Паулем Готлибом Нипковым в Берлине . ^[1] Этот сканирующий диск был фундаментальным компонентом механического телевидения и, следовательно, первых телевизоров в 1920-х и 1930-х годах. ^[2]

Операция

Устройство представляет собой механически вращающийся диск из любого подходящего материала (металла, пластика, картона и т. д.) с рядом равном расстоянии круглых отверстий одинакового диаметра просверленных на . Отверстия также могут быть квадратными для большей точности. Эти отверстия расположены так, чтобы образовывать одновитковую спираль, начинающуюся от внешней радиальной точки диска и идущую к центру диска. Когда диск вращается, отверстия образуют круговые кольцевые узоры, внутренний и внешний диаметр которых зависят от положения каждого отверстия на диске, а толщина равна диаметру каждого отверстия. Узоры могут частично перекрываться, а могут и не перекрываться, в зависимости от точной конструкции диска. Линза проецирует изображение сцены перед ней прямо на диск. ^[3] Каждое отверстие в спирали занимает «срез» изображения, которое воспринимается датчиком как временной узор света и темноты. Если датчик предназначен для управления светом за вторым диском Нипкова, вращающимся синхронно с той же скоростью и в том же направлении, изображение будет воспроизводиться построчно. Размер воспроизводимого изображения снова определяется размером диска; диск большего размера создает изображение большего размера.

При вращении диска и наблюдении за объектом «сквозь» диск, желательно через сравнительно небольшой круговой сектор диска ( окно просмотра ), например угловую четверть или восьмую часть диска, объект кажется «сканированным» построчно. , сначала по длине или высоте или даже по диагонали, в зависимости от того, какой именно сектор выбран для наблюдения. Если вращать диск достаточно быстро, объект кажется законченным и становится возможным запечатлеть движение . Это можно интуитивно понять, накрыв весь диск, кроме небольшой прямоугольной области, черным картоном (который остается фиксированным), вращая диск и наблюдая за объектом через небольшую область.

Преимущества

Одним из преимуществ использования диска Нипкова является то, что датчик изображения (то есть устройство, преобразующее свет в электрические сигналы) может быть таким же простым, как одиночный фотоэлемент или фотодиод , поскольку в каждый момент времени через диск видна только очень небольшая область. диск (и область просмотра), поэтому разложение изображения на строки выполняется практически само по себе, без необходимости синхронизации строк сканирования и с очень высоким разрешением строки сканирования . Простое устройство для сбора данных можно построить, используя электродвигатель, приводящий в движение диск Нипкова, небольшую коробку, содержащую один светочувствительный (электрический) элемент, и обычное устройство фокусировки изображения (линзу, темный ящик и т. д.).

Еще одним преимуществом является то, что приемное устройство очень похоже на устройство сбора данных, за исключением того, что светочувствительное устройство заменено на переменный источник света, управляемый сигналом, подаваемым устройством сбора данных. Необходимо также придумать какие-то средства синхронизации дисков на двух устройствах (возможны несколько вариантов — от ручного до электронных управляющих сигналов).

Эти факты очень помогли в создании первого механического телевидения, созданного шотландским изобретателем Джоном Логи Бэрдом , а также первых сообществ «телеэнтузиастов» и даже экспериментальных имиджевых радиопередач в 1920-х годах.

Недостатки

Разрешение по строке сканирования диска Нипкова потенциально очень высокое, поскольку это аналоговое сканирование. Однако максимальное количество строк развертки гораздо более ограничено и равно количеству отверстий на диске, которое на практике варьировалось от 30 до 100, при этом тестировались редкие диски с 200 отверстиями.

Еще один недостаток диска Нипкова как устройства сканирования изображений : линии развертки представляют собой не прямые линии, а кривые . Таким образом, идеальный диск Нипкова должен иметь либо очень большой диаметр, что означает меньшую кривизну , либо очень узкое угловое отверстие окна просмотра. Другим способом получения приемлемых изображений было бы просверливание отверстий меньшего размера (в масштабе миллиметра или даже микрометра ) ближе к внешним секторам диска, но технологическая эволюция отдала предпочтение электронным средствам получения изображений.

Еще один существенный недостаток заключался в воспроизведении изображений на приемной стороне передачи, что также достигалось с помощью диска Нипкова. Изображения обычно были очень маленькими, такими же маленькими, как поверхность, используемая для сканирования, которая при практическом применении механического телевидения была размером с почтовую марку в случае диска диаметром от 30 до 50 см.

К дополнительным недостаткам относятся нелинейная геометрия сканируемых изображений и непрактичный размер диска, по крайней мере, в прошлом. Диски Нипкова, использовавшиеся в первых телевизионных приемниках, имели диаметр от 30 до 50 см и имели от 30 до 50 отверстий. Устройства, использующие их, также были шумными и тяжелыми, с очень низким качеством изображения и сильным мерцанием. Часть системы съемки была не намного лучше, поскольку требовала очень мощного освещения объекта.

У дисковых сканеров есть одно общее ограничение с диссектором изображений Фарнсворта . Свет передается в сенсорную систему, когда небольшая апертура сканирует все поле зрения. Фактическое количество собираемого света происходит мгновенно, через очень маленькую апертуру, а чистый выход составляет лишь микроскопический процент падающей энергии.

Иконоскопы (и их преемники) непрерывно накапливают энергию на цели, тем самым интегрируя энергию с течением времени. Система сканирования просто «отбирает» накопленный заряд, когда он проносится мимо каждого участка цели. Простые расчеты показывают, что для одинаково чувствительных светочувствительных рецепторов иконоскоп в сотни и тысячи раз чувствительнее диска или сканера Фарнсворта.

Сканирующий диск можно заменить многоугольным зеркалом, но здесь возникает та же проблема – отсутствие интеграции с течением времени.

Приложения

Помимо вышеупомянутого механического телевидения, которое не стало популярным по упомянутым выше практическим причинам, диск Нипкова используется в одном типе конфокального микроскопа — мощном оптическом микроскопе .

Ссылки

^ « Первый немецкий телевизионный патент Пауля Нипкова». Журнал ПК . 30 июня 2015 г. Проверено 28 апреля 2017 г.
^ «Диск Нипкова» [Диск Нипкова]. Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам (на немецком языке). 19 ноября 2019 года. Архивировано из оригинала 15 февраля 2019 года . Проверено 29 марта 2020 г.
^ Жаден, Филипп. «Диск Нипкова» . пользователи.swing.be . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 2 марта 2010 г.

Внешние ссылки

Вводная статья о микроскопии вращающегося диска
Биография Пола Нипкова включает описание и рисунок диска Нипкова.
Изобретение телевидения: первые пионеры
Диск Нипкова – инструкция по созданию картонного диска Нипкова для экспериментов.

[pc-magazin-1] « Первый немецкий телевизионный патент Пауля Нипкова». Журнал ПК . 30 июня 2015 г. Проверено 28 апреля 2017 г.

[2] «Диск Нипкова» [Диск Нипкова]. Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам (на немецком языке). 19 ноября 2019 года. Архивировано из оригинала 15 февраля 2019 года . Проверено 29 марта 2020 г.

[3] Жаден, Филипп. «Диск Нипкова» . пользователи.swing.be . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 2 марта 2010 г.

[1]

[2]

[3]