Dysk Nipkowa - Nipkow disk

Schemat przedstawiający okrągłe ścieżki wyznaczone przez otwory w dysku Nipkowa

Dysku Nipkowa (czasami zanglizowanej jako dysk Nipkov, opatentowany w 1884 roku), znany również jako dysk skanowania jest mechaniczne, obrotowe, działające geometrycznie skanowania obrazu urządzenie opatentowany w 1885 roku Paul Nipkow . Ten dysk skanujący był podstawowym składnikiem telewizji mechanicznej , a tym samym pierwszych telewizorów , w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku.

Operacja

Urządzenie jest mechanicznie wirującą tarczą z dowolnego odpowiedniego materiału (metal, plastik, karton, itp.), Z wywierconymi w niej szeregiem równomiernie rozmieszczonych okrągłych otworów o równej średnicy . Otwory mogą być również kwadratowe dla większej precyzji. Otwory te są ustawione tak, aby tworzyły jednoobrotową spiralę rozpoczynającą się od zewnętrznego promieniowego punktu dysku i przechodzącą do środka dysku. Kiedy tarcza się obraca, otwory wyznaczają okrągłe wzory pierścieni, przy czym średnica wewnętrzna i zewnętrzna zależą od położenia każdego otworu na tarczy i grubość równa średnicy każdego otworu. Wzory mogą, ale nie muszą, zachodzić na siebie, w zależności od dokładnej konstrukcji dysku. Obiektyw wyświetla obraz sceny przed nim bezpośrednio na dysk. Każdy otwór w spirali zajmuje „wycinek” w obrazie, który jest wychwytywany przez czujnik jako tymczasowy wzór światła i ciemności. Jeśli czujnik ma kontrolować światło za drugim dyskiem Nipkowa obracającym się synchronicznie z tą samą prędkością i w tym samym kierunku, obraz zostanie odtworzony linia po linii. Rozmiar reprodukowanego obrazu jest ponownie określany przez rozmiar dysku; większy dysk daje większy obraz.

Podczas obracania dysku podczas obserwacji obiektu „przez” dysk, najlepiej przez stosunkowo mały okrągły sektor dysku ( rzutnię ), na przykład ćwiartkę lub ósmą część dysku, obiekt wydaje się „skanowany” linia po linii , najpierw według długości lub wysokości, a nawet po przekątnej, w zależności od dokładnego sektora wybranego do obserwacji. Obracając dysk wystarczająco szybko, obiekt wydaje się kompletny i uchwycenie ruchu staje się możliwe. Można to intuicyjnie zrozumieć, pokrywając cały dysk z wyjątkiem małego prostokątnego obszaru czarnym kartonem (który pozostaje nieruchomy), obracając dysk i obserwując obiekt przez niewielki obszar.

Zalety

Jedną z zalet stosowania dysku Nipkowa jest to, że czujnik obrazu (czyli urządzenie przetwarzające światło na sygnały elektryczne) może być tak proste, jak pojedyncza fotokomórka lub fotodioda , ponieważ w każdej chwili widoczny jest tylko bardzo mały obszar przez dysku (i widoku), a więc rozkładanie obrazu na linie jest wykonywane prawie samodzielnie, przy niewielkiej potrzebie synchronizacji linii skanowania i bardzo wysokiej rozdzielczości linii skanowania . Proste urządzenie do akwizycji można zbudować za pomocą silnika elektrycznego napędzającego dysk Nipkowa, małego pudełka zawierającego pojedynczy element światłoczuły (elektryczny) i konwencjonalnego urządzenia do ogniskowania obrazu (soczewki, ciemne pudełko itp.).

Inną zaletą jest to, że urządzenie odbiorcze jest bardzo podobne do urządzenia pobierającego, z tym wyjątkiem, że urządzenie światłoczułe jest zastąpione zmiennym źródłem światła, napędzanym sygnałem dostarczanym przez urządzenie rejestrujące. Należy również opracować pewne sposoby synchronizacji dysków na obu urządzeniach (możliwych jest kilka opcji, od ręcznych po elektroniczne sygnały sterujące).

Fakty te niezmiernie pomogły w zbudowaniu pierwszego telewizora mechanicznego dokonanego przez szkockiego wynalazcę Johna Logiego Bairda , a także pierwszych społeczności „entuzjastów telewizji”, a nawet eksperymentalnych radiowych audycji telewizyjnych w latach dwudziestych XX wieku.

Niedogodności

Rozdzielczość wzdłuż linii skanowania dysku Nipkowa jest potencjalnie bardzo wysoka, będąc skanem analogowym. Jednak maksymalna liczba linii skanowania jest znacznie bardziej ograniczona, równa liczbie otworów na dysku, która w praktyce wahała się od 30 do 100, przy testowaniu rzadkich dysków 200-dołkowych.

Kolejna wada dysku Nipkowa jako urządzenia do skanowania obrazu : linie skanowania nie są liniami prostymi, ale raczej krzywymi . Zatem idealny dysk Nipkowa powinien mieć albo bardzo dużą średnicę, co oznacza mniejszą krzywiznę , albo bardzo wąski kątowy otwór w jego okienku. Innym sposobem uzyskania akceptowalnych obrazów byłoby wiercenie mniejszych otworów (w skali milimetrowej lub nawet mikrometrowej ) bliżej zewnętrznych sektorów dysku, ale ewolucja technologiczna sprzyjała elektronicznym metodom pozyskiwania obrazu.

Kolejna istotna wada polegała na odtwarzaniu obrazów na odbiorczym końcu transmisji, co również odbywało się za pomocą dysku Nipkowa. Obrazy były zazwyczaj bardzo małe, tak małe jak powierzchnia użyta do skanowania, która przy praktycznych zastosowaniach telewizji mechanicznej była wielkości znaczka pocztowego w przypadku dysku o średnicy od 30 do 50 cm.

Dalsze wady obejmują nieliniową geometrię skanowanych obrazów i niepraktyczny rozmiar dysku, przynajmniej w przeszłości. Dyski Nipkowa używane we wczesnych odbiornikach telewizyjnych miały około 30–50 cm średnicy i 30–50 otworów. Urządzenia, które z nich korzystały, były również hałaśliwe i ciężkie, z bardzo niską jakością obrazu i dużym migotaniem. Część akwizycyjna systemu nie była dużo lepsza, wymagając bardzo mocnego oświetlenia obiektu.

Skanery dyskowe mają wspólne główne ograniczenie z dysektorem obrazu Farnsworth . Światło jest przenoszone do układu czujnikowego, gdy mała apertura skanuje całe pole widzenia. Rzeczywista ilość zebranego światła jest natychmiastowa i przechodzi przez bardzo małą aperturę, a wydajność netto to tylko mikroskopijny procent energii padającej.

Ikonoskopy (i ich następcy) gromadzą energię na celu w sposób ciągły, integrując w ten sposób energię w czasie. System skanujący po prostu „odbiera” nagromadzony ładunek, przechodząc obok każdego miejsca docelowego. Proste obliczenia pokazują, że w przypadku równie czułych receptorów światłoczułych ikonoskop jest setki do tysięcy razy bardziej czuły niż dysk czy skaner Farnswortha.

Dysk skanujący można zastąpić lustrem wielokątnym, ale cierpi na ten sam problem - brak integracji w czasie.

Aplikacje

Oprócz wspomnianej wcześniej telewizji mechanicznej, która nie stała się popularna ze względów praktycznych wspomnianych powyżej, w jednym rodzaju mikroskopu konfokalnego stosuje się dysk Nipkowa - potężny mikroskop optyczny .

Bibliografia

Linki zewnętrzne