Нипков дискісі: 1884-те патенталданған механикалық сканерлеу құрылғысы. Механикалық теледидардың, алғашқы теледидарлардың маңызды бөлігі. Телевизия тарихы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кескінді сканерлеу құрылғысы
Image scanning device
Нипков дискісі (кейде Ніпков дискісі деп ағылшынша аталады; 1884 жылы патенттелген), сонымен қатар сканерлеу дискісі деп те аталады, – Пол Готтлиб Нипков Берлинде патенттеген механикалық, айналатын, геометриялық принципте жұмыс істейтін кескінді сканерлеу құрылғысы. Бұл сканерлеу дискісі механикалық теледидардың және, демек, 1920-1930 жылдардағы алғашқы теледидарлардың маңызды бөлігі болды.
A Nipkow disk (sometimes Anglicized as Nipkov disk; patented in 1884), also known as scanning disk, is a mechanical, rotating, geometrically operating image scanning device, patented by Paul Gottlieb Nipkow in Berlin. This scanning disk was a fundamental component in mechanical television, and thus the first televisions, through the 1920s and 1930s.
Операция
Құрылғы кез келген қолайлы материалдан (металл, пластик, картон және т.б.) жасалған, механикалық түрде айналатын диск болып табылады. Онда бірдей диаметрлі, бір-бірінен тең арақашықтықтағы дөңгелек тесіктер бұрғыланады. Тесіктердің пішіні дәлдікті арттыру үшін шаршы болуы да мүмкін. Бұл тесіктер дискінің сыртқы радиалдық нүктесінен басталып, дискінің ортасына қарай бір толық айналымдық спираль құрауы үшін орналастырылған. Диск айналғанда, тесіктер шеңбер тәрізді сақиналардың үлгісін жасайды, мұндағы ішкі және сыртқы диаметр әр тесіктің дискідегі орнына байланысты, ал қалыңдығы әр тесіктің диаметріне тең. Үлгілер дискінің нақты құрылысына қарай толық жабысуы немесе жабыспауы мүмкін. Объектив дискіге алдындағы көріністің бейнесін тікелей проекциялайды. Спиральдағы әр тесік бейнеден "қима" алып, оны сенсор жарық пен қараңғының уақытша үлгісі ретінде қабылдайды. Егер сенсор синхронды түрде, бірдей жылдамдықпен және бір бағытта айналатын екінші Нипков дискісінің артындағы жарықты басқаруға бағытталса, бейне жол-жол қайта жаңартылады. Қайта жаңартылған бейне өлшемі дискінің мөлшерімен анықталады; үлкен диск үлкен бейне береді. Дискіні айналдырғанда, нысанды диск арқылы, әсіресе дискінің салыстырмалы түрде кішкентай шеңберлік секторы (көру терезесі) арқылы, мысалы, дискінің төрттен бірін немесе сегізден бірін қарап, нысан сызықтан сызыққа, алдымен ұзындығы, биіктігі немесе тіпті диагональ бойынша, бақылауға арналған нақты секторға байланысты "сканерленгендей" көрінеді. Дискіні жеткілікті жылдамдықпен айналдырса, нысан толық көрінеді және қозғалысты бейнелеу мүмкін болады. Бұны түсіну үшін, дискінің барлық бөлігін, бірақ кішкентай тіктөртбұрышты бөлігін қара картонмен (орнында тұрақты) жауып, дискіні айналдырып, кішкентай бөлік арқылы нысанды қарау жеткілікті.
The device is a mechanically spinning disk of any suitable material (metal, plastic, cardboard, etc. ), with a series of equally distanced circular holes of equal diameter drilled in it. The holes may also be square for greater precision. These holes are positioned to form a single turn spiral starting from an external radial point of the disk and proceeding to the center of the disk. When the disk rotates, the holes trace circular ring patterns, with inner and outer diameter depending on each hole's position on the disk and thickness equal to each hole's diameter. The patterns may or may not partially overlap, depending on the exact construction of the disk. A lens projects an image of the scene in front of it directly onto the disk. Each hole in the spiral takes a "slice" through the image which is picked up as a temporal pattern of light and dark by a sensor. If the sensor is made to control a light behind a second Nipkow disk rotating synchronously at the same speed and in the same direction, the image will be reproduced line by line. The size of the reproduced image is again determined by the size of the disc; a larger disc produces a larger image. When spinning the disk while observing an object "through" the disk, preferably through a relatively small circular sector of the disk (the viewport), for example, an angular quarter or eighth of the disk, the object seems "scanned" line by line, first by length or height or even diagonally, depending on the exact sector chosen for observation. By spinning the disk rapidly enough, the object seems complete and capturing of motion becomes possible. This can be intuitively understood by covering all of the disk but a small rectangular area with black cardboard (which stays fixed), spinning the disk and observing an object through the small area.
Кемшіліктер
Нипков дискісінің сканерлеу сызығының ажыратымдылығы аналогтық сканерлеу болғандықтан, өте жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, сканерлеу сызықтарының максималды саны әлдеқайда шектеулі, ол дискідегі тесіктер санына тең, ал практикада 30-дан 100-ға дейін, сирек 200 тесікті дискілер сынақтан өтті. Нипков дискісінің бейне сканерлеу құрылғысы ретінде тағы бір кемшілігі – сканерлеу сызықтары түзу емес, керісінше қисық сызықтар. Сондықтан, идеалды Нипков дискісінің диаметрі өте үлкен болуы керек, яғни қисықтығы аз немесе оның қарау терезесінің бұрыштық ашылуы өте тар болуы тиіс. Жақсы бейнелерді алудың тағы бір жолы – дискінің сыртқы бөліктеріне миллиметрлік немесе тіпті микрометрлік өлшемдегі кіші тесіктерді бұрғылау, бірақ технологиялық даму бейнелерді алудың электрондық тәсілдерін ұсынды. Тағы бір маңызды кемшілік – Нипков дискісімен жүзеге асырылатын хабардың қабылдау бөлімінде бейнелерді қайта жарату. Бейнелер әдетте өте кішкентай болады, сканерлеуге қолданылатын беткейге ұқсас, ал механикалық теледидардың іс жүзіндегі іске асырылуында 30-50 см диаметріндегі дискі үшін почта маркасының мөлшерінде болады. Басқа кемшіліктерге сканерленген бейнелердің геометриясының тура емес болуы және дискінің үлкен мөлшері жатады, кем дегенде бұрынғы кезде. Ерте теледидар қабылдағыштарында қолданылатын Нипков дискілерінің диаметрі шамамен 30-50 см, ал тесіктері 30-50 аралығында болған. Оларды пайдаланатын құрылғылар да шулы, ауыр, бейне сапасы төмен және көп қыбырлаған. Жүйенің бейне түсіру бөлігі де жақсы емес еді, объектіні өте күшті жарықпен жарықтау қажет болды. Дискілі сканерлер Фарнсуорттың бейне бөлігішімен бірдей шектеулерге ие. Жарық кішкентай апертура арқылы сканерлегенде, сезімтал жүйеге жеткізіледі. Жиналған жарықтың мөлшері өте кішкентай апертура арқылы бірден пайда болады, ал жалпы өнім – түскен энергияның микроскопиялық пайызы ғана. Иконоскоптар (және олардың ұрпақтары) энергияны мақсатқа үнемі жинақтап, уақыт өте энергияны біріктіреді. Сканерлеу жүйесі тек жиналған зарядты "алыстатады", ол мақсаттың әр нүктесінен өтеді. Қарапайым есептеулер көрсеткендей, бірдей сезімтал фотосезгіш қабылдағыштар үшін иконоскоп дискіге немесе Фарнсуорт сканеріне қарағанда жүздеген, тіпті мыңдаған есе сезімтал. Сканерлеу дискісін көпбұрышты айнамен алмастыруға болады, бірақ ол уақыт бойынша интеграцияның болмауына байланысты сол мәселеге тап болады.
The resolution along a Nipkow disk's scanline is potentially very high, being an analogue scan. However the maximum number of scanlines is much more limited, being equal to the number of holes on the disk, which in practice ranged from 30 to 100, with rare 200 hole disks tested. Another drawback of the Nipkow disk as an image scanning device: the scanlines are not straight lines, but rather curves. So the ideal Nipkow disk should have either a very large diameter, which means smaller curvature, or a very narrow angular opening of its viewport. Another way to produce acceptable images would be to drill smaller holes (millimeter or even micrometer scale) closer to the outer sectors of the disk, but technological evolution favoured electronic means of image acquisition. Another significant disadvantage lay with reproducing images at the receiving end of the transmission which was also accomplished with a Nipkow disk. The images were typically very small, as small as the surface used for scanning, which, with the practical implementations of mechanical television, were the size of a postage stamp in the case of a 30 to 50 cm diameter disk. Further disadvantages include the non linear geometry of the scanned images, and the impractical size of the disk, at least in the past. The Nipkow disks used in early TV receivers were roughly 30 cm to 50 cm in diameter, with 30 to 50 holes. The devices using them were also noisy and heavy with very low picture quality and a great deal of flickering. The acquisition part of the system was not much better, requiring very powerful lighting of the subject. Disk scanners share a major limitation with the Farnsworth image dissector. Light is conveyed into the sensing system as the small aperture scans over the entire field of view. The actual amount of light gathered is instantaneous, occurring through a very small aperture, and the net yield is only a microscopic percentage of the incident energy. Iconoscopes (and their successors) accumulate energy on the target continuously, thereby integrating energy over time. The scanning system simply "picks off" the accumulated charge as it sweeps past each site on the target. Simple calculations show that, for equally sensitive photosensitive receptors, the iconoscope is hundreds to thousands of times more sensitive than the disk or the Farnsworth scanner. The scanning disk can be replaced by a polygonal mirror, but this suffers from the same problem – lack of integration over time.
Қолданбалар
Жоғарыда айтылған, практикалық себептерге байланысты кең таралмаған механикалық теледидардан өзге, Нипков дискісі күшті оптикалық микроскоп болып табылатын конфокалды микроскоптың бір түрінде қолданылады.
Apart from the aforementioned mechanical television, which did not become popular for the practical reasons mentioned above, a Nipkow disk is used in one type of confocal microscope, a powerful optical microscope.