Формирование знаков на экране ЭЛТ
Существующие методы формирования знаков на экране ЭЛТ в общем виде могут быть сведены к трем: знакопечати (матричный), функциональному и растровому.
Метод знакопечати реализуется в специальных знаковых ЭЛТ. Знаковые ЭЛТ содержат матрицу знаков, необходимых для задач отображения. Обычно это набор из 64 или 128 знаков. Конструктивное исполнение знаковых ЭЛТ различно. Выпускаются знаковые ЭЛТ типа характрон, тайпотрон, композитрон, принтоскоп.
На рис. 6.1 показано устройство знаковой ЭЛТ типа характрон.
Рис. 6.1 - Знаковая ЭЛТ типа характрон
Пучок электронов, создаваемый прожектором 1, имеет ширину, равную максимальному размеру знака. При прохождении через матрицу он приобретает в поперечном сечении форму выбранного знака. Выбор знака производится с помощью выбирающих пластин 2. После прохождения матрицы пучок электронов компенсирующими пластинами 4 возвращается на продольную ось трубки и фокусируется катушкой 5. Затем с помощью отклоняющей системы 6 пучок направляется на нужное место экрана 7 для отображения выбранного знака.
Переброс луча с одного знака матрицы на другой может вызывать появление следа. Для устранения этого имеется схема формирования сигналов подсвета. Благодаря большой скорости движения луча и использования экранов с послесвечением изображения всех символов на экране видны одновременно.
Данный метод характеризуется высококачественным скоростным построением изображений, высокой разрешающей способностью. Весь знак формируется одномоментно. Время формирования знака не зависит от его сложности и складывается из времени выбора положения знака на экране и времени его воспроизведения. Быстродействие знаковых ЭЛТ составляет не менее 50 000 знак/с. К недостаткам данного метода следует отнести:
- необходимость в специальной ЭЛТ;
- воспроизведение только ограниченного алфавита знаков;
- большие габариты;
- трудности оперативной смены алфавита.
В знаковой ЭЛТ «Композитрон» знаковая матрица в виде диапозитива располагается вне трубки. Символы проецируются на катод, который создает пучок с сечением в виде знака с матрицы. В ЭЛТ «Принтоскоп» имеется электростатическое управление, что позволяет увеличить быстродействие ЭЛТ.
Функциональный способ характеризуется индивидуальным для каждого знака алфавита законом отклонения луча в ЭЛТ, а траектория луча на экране совпадает с начертанием знака. Так как в ЭЛТ отклонение луча происходит под воздействием двух систем отклонения - по осям Х и Y, то в функциональном способе знакогенерирующая схема состоит из двух одинаковых частей, обеспечивающих одновременное отклонение луча по осям Х и Y. Форма отклоняющих напряжений (или токов - в ЭЛТ с магнитоэлектрической системой отклонения) зависит от принятой конфигурации знака и тем сложнее, чем сложнее это начертание. На рис. 6.2 на примере буквы «В» поясняется принцип получения формы отклоняющих напряжений 
и 
для двух случаев: конфигурация буквы включает отрезок прямых и две дуги, и конфигурация буквы включает лишь отрезки прямых. На рассматриваемом примере принято, что за некоторый интервал времени 
луч проходит отрезок 
, причем скорость луча на экране остается относительно постоянной. Это условие необходимо выполнять, чтобы яркость свечения отдельных элементов знака была также постоянной.
Рис. 6.2 - Функциональный способ формирования знаков:
а - конфигурация буквы включает отрезок прямой и две дуги; б - конфигурация буквы включает лишь отрезки прямых
Сравним полученные эпюры 
и 
. В первом случае (рис. 6.2, а) они сложны по форме, генерация таких напряжений (индивидуальных для каждого знака алфавита) представляет очевидные трудности. Эпюры 
и 
для второго случая включают лишь элементы отрезков прямых. Для их получения могут быть использованы генераторы линейных напряжений, что существенно упрощает схему знакогенератора. В примере обход контура знака принят от точки 1 к точкам 2, 3,..., 6. Разумеется, можно было бы принять и другую схему обхода. Важно лишь, чтобы траектория обхода была минимальной и не включала бы одних и тех же участков более одного раза (если это возможно). В примере полное время формирования знака 
. Это время зависит от длины контура знака. Понятно, что время формирования знака «1» составляет лишь 
(без учета времени вывода луча в исходную точку знакоместа). Таким образом, функциональный способ знакоформирования характеризуется тем, что позволяет на генерацию каждого знака затрачивать минимально возможное время, зависящее от длины всех элементов знака. Напряжение на модуляторе яркости ЭЛТ 
отпирает луч от точки 1 до точки 6 постоянно, т.е. на время 
, так как сам знак «В» представляет замкнутый контур, который можно обойти, не отрывая карандаша от бумаги. А вот для знака «Ч» это невозможно, если учесть, что луч будет перемещаться от той же исходной точки знакоместа (левый нижний угол), а каждый элемент знака должен быть пройден засвечивающим лучом один раз. Следовательно, закон подсветки луча 
оказывается также индивидуальным для каждого знака или группы знаков.
При растровых методах синтеза знаков траектория перемещения луча по экрану не зависит от формируемой информационной модели. Формирование изображения осуществляется модуляцией яркости луча при его прохождении соответствующих элементов. В СОИ применяют телевизионный растр, микрорастр, полиграммный растр.
Телевизионный растр представляет собой совокупность прямых линий, расположенных друг под другом. Движения луча по горизонтали называют строчной разверткой, а прочерчиваемые при этом линии - телевизионными строками. Перемещение луча по вертикали называют кадровой разверткой.
Перемещение луча осуществляется формированием отклоняющих сигналов Х, Y, которые формируются генераторами строчной и кадровой разверток.
В телевидении стандартом принято число строк Z в кадре равным 625. В высококачественных СОИ Z=1000 и более.
Период строчной развертки 
включает в себя время прямого и обратного хода 
, 
. Изображение формируется за время прямого хода. Если полный растр образуется за один период кадровой развертки - это прогрессивная развертка. Если полный растр образуется за два периода кадровой развертки - это чересстрочная развертка.
При чересстрочной развертке полный кадр изображения формируется из двух полей, передаваемых последовательно. В первом поле прочерчиваются нечетные, а во втором четные строки растра. Дискретное смещение изображения на одну строку в каждом поле не фиксируется глазом из-за инерционности к восприятию объектов, если частота смены изображений не менее 1516 Гц. Для СОИ рекомендуется прогрессивная развертка, при которой отсутствуют чересстрочные мелькания, приводящие к утомлению зрения оператора. Частоту кадровой развертки обычно выбирают равной частоте сети переменного тока. В этом случае исключается эффект перемещения по экрану создаваемой сетью помехи.
Рис. 6.3 - Структура матрицы знакоместа
Особенность синтеза знаков в СОИ с телевизионным растром заключается в том, что каждый символ формируется по частям разрывно во времени. В процессе формирования находятся все знаки одной текстовой строки. Растр разбивается на отдельные участки - знакоместа, в пределах которых условно располагаются матрицы знаков.
Для описания знаков обычно используют точечную матрицу. Чаще всего такая матрица содержит 57, 79, 913 точек. На рис. 6.3 показан пример формирования буквы Т для матрицы 57. Формирование текстовой строки заканчивается после прохода лучом семи телевизионных строк. Затем через одну, или несколько строк, образующих интервал между текстовыми строками, начинается формирование знаков следующей текстовой строки.
Краевые зоны растра не включают в информационное поле, так как там наблюдаются наибольшие нелинейные искажения. Коэффициент использования растра по вертикали и горизонтали составляет обычно 0,70,9.
Микрорастровый способ формирования символов на экране отличается от растрового только тем, что растр образуется не на всем экране, а лишь в пределах одного знакоместа. Знак при этом образуется также из отдельных элементов, например, точек. Количество элементов, на которое распадается знакоместо (матрица элементов) определяет качество знака. Чем больше элементов, тем более качественный (с большим количеством характерных особенностей) знак может быть получен на экране. Однако при этом усложняется знакоформирующая аппаратура и увеличивается время формирования знака.
Принцип микрорастрового формирования поясняет рис. 6.4, а, б. За исходную точку принят левый нижний угол знакоместа, а отклонение луча в пределах знакоместа идет по столбцам с постепенным смещением луча вправо. Как видно, форма отклоняющих напряжений 
и 
не зависит от вида выводимой информации. Таким образом, микрорастровый способ формирования характеризуется стандартным (одинаковым для всех знаков!) законом отклонения луча, но индивидуальным законом изменения на модуляторе яркости. На рис. 6.4, в, г для примера показан закон 
для символов «В» и «1». Единый закон отклонения луча приводит к постоянству времени формирования всех знаков алфавита, а, следовательно, и к увеличению времени формирования текста на экране по сравнению с функциональным способом. Другими словами, за одинаковое время формирования
Рис. 6.4 - Микрорастровый способ формирования знаков
кадра, например, 1/50 с=20 мс, функциональный способ позволяет вывести на экран большее число знаков, нежели микрорастровый. Для отклонения луча (формирования микрорастра) могут быть использованы ступенчатые отклоняющие напряжения (или токи), эпюры которых показаны на рис. 6.4, б.
Рис. 6.5 - Семи-сегментная полиграмма
Полиграммный способ знакогенерирования отличается от микрорастрового лишь тем, что траектория луча на знакоместе представляет собой не растр, а полиграмму - геометрическую фигуру, включающую все элементы символов, образующих алфавит. Например, семисегментная полиграмма имеет вид, показанный на рис. 6.5.
Цифры определяют очередность прохождения лучом отрезков в полиграмме. Форма отклоняющих напряжений в полиграммном способе остается постоянной для всех символов (также как и в микрорастровом способе). Хотя сама форма оказывается более сложной. Разработана 19 сегментная полиграмма, позволяющая формировать цифры, русский и латинский алфавит. Однако в этом случае большая длина траектории луча приводит к увеличению времени формирования символа на экране.
