Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Бердышев Сергей Николаевич

Создание телевизионной техники приходится на 1940-е гг., когда американским инженером Зворыкиным, русским по происхождению, был сконструирован иконоскоп. Он представляет собой трубку наоборот, т. е. не для показа изображения, но для его передачи. Экран иконоскопа покрыт мозаичным слоем из фотоэлементов весьма малых размеров. По этому слою пробегает электронный луч, обеспечивающий контакт фотоэлементов с усилителем сигнала.

Когда на экран проецируется кинематографическое изображение, оно превращается фотоэлементами в импульсы тока, преобразуемые усилителем. Впоследствии такие сигналы

передавались по радио на волнах метрового диапазона. Их приемником служил телевизор, представлявший собой видоизмененный иконоскоп. В настоящее время телевизионный тракт включает в себя массу устройств, начиная от объектива кинокамеры и заканчивая выходом кодирующего устройства в телеприемнике.

Телевидение тесно связано с электричеством, магнетизмом и радиосвязью, поскольку базируется на принципах этих отраслей физики. Оптика же объясняет физические закономерности восприятия зрительной информации и обосновывает ключевые позиции техники формирования телевизионного изображения. Если бы оптика не открыла удивительных особенностей нашего глаза, то люди никогда бы не смогли создать телевизор.

Поэтому величайшая заслуга в изобретении этого устройства принадлежит в первую очередь оптической науке. Оптики установили, что зрение человека обладает несколькими особенностями: инерционностью, ограниченной разрешающей способностью по угловому расстоянию и перемещениям, одинаковой разрешающей способностью по угловому расстоянию. Инерционность зрения позволяет воспроизводить на телеэкране изображение, разбив его на элементы. То есть последовательность быстро сменяющихся картинок воспринимается нами как одна картинка.

Воспроизведение на экране движущихся предметов на сменяющихся картинках осуществляется путем подачи компонентов движения. Изменение положения объектов изображается поэлементно — в виде отдельных подвижек. Ограничивающая разрешающая способность зрения по перемещениям создает у телезрителя иллюзию пластичности движений. Ограничивающая разрешающая способность по угловому расстоянию сводится к тому, что глаза не различают далеко расположенные предметы. Если угловое расстояние между любыми двумя объектами меньше 1 с, то оба воспринимаются как один предмет.

Одинаковая разрешающая способность заключается в независимости остроты глаза от направления зрения. Оба вида разрешающей способности позволяют подобрать ограниченную полосу частот телесигнала. Под частотами понимаются горизонтальная частота строк изображения и вертикальная частота кадров. Они задаются строчной и кадровой развертками (горизонтальной и вертикальной, как их иногда называют).

Заголовок раздела обещает дать объяснение принципов работы цветного телевизора. Внимание цветному телевидению уделено не случайно. Во-первых, конечно, черно-белые экраны сейчас безвозвратно уходят в прошлое. Во-вторых, и это самое главное, заслуги оптики в данном случае более очевидны. Не сразу техники догадались, как сделать картинку цветной. Человек воспринимает 500 000 цветов и оттенков. Все это богатство красок нельзя превратить в один-единственный слой люминофора. Ответ пришел от нейрофизиологов и, разумеется, оптиков, которые сообща открыли физико-химический механизм цветовосприятия.

Вклад оптиков был решающим, поскольку существование разных цветов объясняется разными длинами волн и, соответственно, различными частотами светового излучения. Человек способен видеть только три цвета, тогда как остальные не воспринимает. Об этом впервые догадался великий русский ученый М. В. Ломоносов. Сегодня известно, что человеческое зрение работает по особому принципу.

Ранее сообщалось, что, хотя свет и распространяется в виде волн, поглощается он минимальными порциями — квантами. Точно так же вода в реках движется в виде волн, но вот пить ее можно лишь порциями — стаканами, бутылками, кружками и т. д. Каждая световая порция обладает какой-то энергией, зависящей от частоты излучения.

Поскольку частота связана

с длиной волны, то получается, что энергия порций светового потока связана с длиной волны. Попадая в глаз, кванты света вызывают там химические реакции, которые приводят к появлению у человека цветоощущения. Дно глазного яблока выстлано тканью, называемой сетчаткой. Она содержит светочувствительные клетки — колбочки и палочки. Расположенные в центральной части сетчатки колбочки насчитывают 7 млн штук. Они бывают трех типов, отличающихся один от другого по виду содержащегося в них светочувствительного фермента.

В клетках одного типа — определенный фермент из группы родопсинов. В колбочках других типов такого фермента нет, там находятся совершенно иные родопсины. Каждый родопсин способен реагировать только при попадании на него светового кванта с определенной энергией. Колбочки с родопсином, реагирующим на энергию красного излучения, возбуждаются под влиянием волны длиной 760–620 нм. Их нервное возбуждение передается в сборники информации — базальные клетки, откуда сигнал через разные виды клеток-«посредников» поступает в головной мозг. Там уже возникает ощущение красного цвета.

Если же на колбочки попадают волны из желтой части спектра, то их энергия возбуждает в некотором соотношении колбочки, «видящие» красный и зеленый цвета. «Синие» колбочки остаются совершенно безучастными. На ганглиозные клетки поступает смешанная информация, что приводит к возникновению нового светового ощущения. В зависимости от соотношения «красных» и «зеленых» колбочек в мозгу формируется той или иной интенсивности желтый цвет.

Понятно, что предельно точное цветовосприятие глазом такого строения невозможно, т. к. соотношение разных типов колбочек для одной и той же длины волны не всегда и не для всех одинаково. Оттого способность различать цвета развита у каждого по-своему. Кто-то способен назвать переданный на картине изумрудный оттенок светло-зеленым, а кто-то аквамариновым.

Не следует все же относиться к человеческому зрению с осуждением. Наше неточное цветовосприятие превосходит по совершенству цветное зрение большинства живых существ, не говоря уже об оптической технике. Глаз является самым универсальным инструментом, когда речь идет о распознавании цветов.

Быть может, человек не всегда сумеет выразить словами разницу между антрацитовым, пепельно-черным, иссиня-черным и бархатно-черным оттенками, зато сможет эту разницу увидеть.

Экран цветного кинескопа телевизора или компьютерного дисплея покрыт точками (зернами) зеленого, красного и синего люминофора. Во время передачи цветного изображения люминофор под бомбардировкой электронным пучком испускает зеленое, красное и синее свечение. В зависимости от сочетания основных цветов методом аддитивного смешения у зрителя создается ощущение появления нового цвета или оттенка.

Скажем, луч бомбардирует электронами ближайшие точки экрана, расположенные по три, — красное, синее и зеленое зерна. Одни точки светятся красным, другие синим, а не различающий отдельных точек телезритель воспринимает световой сигнал как фиолетовый. Зеленый сигнал подается слабым и не влияет на изображение. Нужно заметить, что получение нужного оттенка зависит не столько от количества точек, сколько от интенсивности основных цветов.

Количество же позволяет придать цветному участку угловые размеры, необходимые для отчетливого его восприятия. Близко расположенные цветные детали сливаются и зрительно окрашиваются в общий, пространственно усредненный оттенок. Слияние всех основных цветов при одинаковой интенсивности дает ровный белый цвет. На катоде цветного кинескопа расположены три электронно-лучевые пушки, управляемые обособленными системами. Каждая пушка направляет луч только на определенные зерна люминофора: либо красные, либо синие, либо зеленые.