Уже к концу XIX века теоретически было установлено, что нужно делать, чтобы осуществить передачу изображений на расстояние. Но установки с большими экранами,даже если бы и удалось их построить, были бы все же чересчур громоздкими, сложными и капризными. Самое же главное — их размеры ставили пределы всем попыткам увеличить число фотоэлементов и лампочек в них. А получить хотя бы узнаваемое изображение, составленное из нескольких сотен лампочек, было делом явно безнадежным. Поэтому, не оставляя попыток решить задачу описанными выше путями, ученые продолжали поиски новых механизмов для разбивки изображения на элементы в передатчике и складывания их снова в целое в приемнике.Возможность обойтись при работе приемника в каждый отдельный момент всего только одной лампочкой, если передавать сигналы не сразу, а по очереди, навела на такую мысль: нельзя ли при такой последовательной передаче элементов изображения обойтись и в передатчике тоже всего лишь одним фотоэлементом? Ведь в только что описанном передающем экране одновременно работает только один фотоэлемент, а остальные бездействуют. Отойти от подобия глаза? Оказалось, что это можно.В 1880 году знаменитый русский биолог П. И. Бахмен,141, много работавший и в области физики, предложил первый научно обоснованный проект передачи и приема движущихся изображений по проводам, основанный на этом принципе.Практически эту задачу в 1884 году после длительных опытов весьма остроумно разрешил польский инженер П. Пинков. Он изобрел весьма простое и удобное устройство для разбивки (или, как ее после этого стали называть, «развертки») изображения на отдельные элементы, пользуясь в передатчике только одним фотоэлементом, а и приемнике — лишь одной лампочкой.Что же представляет собой развертка изображения?Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, как вы читаете книгу?Некоторые утверждают, что они читают сразу целыми страницами — взглянул на нее и сразу прочитал все, что па ней напечатано. Большинство читает, «пробегая» главами строку за строкой. Школьники первых классов читают ее по буквам.Если внимательно присмотреться к процессу чтения, то мы установим, что наш взгляд пробегает строку текста,буква за буквой, слева направо. Затем взгляд очень быстро возвращается снова налево, но только строкой ниже, совершая в этот момент одновременно два движения — справа налево и сверху вниз. Получается косая линия.Дойдя до последней буквы самой нижней строки страницы, наш глаз совершает уже более сложное движение. Взгляд должен теперь переместиться не налево и вниз, а, наоборот, налево и высоко вверх, к началу следующей страницы, которую заботливая рука уже успела придвинуть на место предыдущей.Таким образом, читая книгу, мы незаметно для себя непрерывно развертываем ее по элементам, буква за буквой, строка за строкой, страница за страницей, причем с разной скоростью: буквы — быстро, строки — помедленнее, а страницы — совсем медленно.И как бы ни уверяли нас сверхбыстрые чтецы, что они «глотают» книги сразу целыми страницами, глаза при чтении непрерывно делают известные, правда незаметные, усилия, чтобы не читать соседних букв и слов, хотя они их и видят.Любой аппарат, который мы могли бы придумать для чтения, конечно таких усилий совершать не может. Поэтому в каждый отдельный момент он должен видеть только один элемент. В нашем случае таким элементом является отдельная буква, или, говоря точнее, площадь, занимаемая каждой буквой, включая и пустые промежутки.Представьте себе, что мы закрыли страницу книги длинной лентой. Над тем местом, где стоит первая буква самой верхней строки, мы сделали в ленте квадратное отверстие, вмещающее только одну букву . Начнем тянуть ленту вправо, так чтобы это отверстие скользило вдоль верхней строки. Тогда мы можем по буквам прочесть всю строку, хотя читать таким образом оказывается очень трудно.Дойдя с этим отверстием за последнюю букву строки, мы останавливаемся и делаем пониже в ленте второе отверстие — на том месте, под которым находится первая буква второй строки, и протягиваем ленту дальше.Так мы повторяем каждый раз, до тех пор пока не дойдем до последней буквы самой нижней строки. Таким образом, мы сделали столько отверстий в ленте, сколько у нас было строк в странице. Теперь, собственно говоря, надо менять страницу и продолжать всё сначала.Но можно и не делать новых отверстий в ленте, а склеить ее кольцом. Тогда наша лента с отверстиями, расположенными как бы ступеньками, окажется пригодной и для развертывания всех остальных страниц книги.Теперь, если мы при помощи какого-либо механизма начали бы вращать ленту вокруг страницы со скоростью не менее 10—12 раз в секунду, то вместо отдельных букв, видимых при медленном продвижении ленты только сквозь одно отверстие, мы увидели бы всю страницу целиком, как будто бы лента ее вовсе и не закрывала. Хотя наш глаз фактически в каждый отдельный момент видит только по одной букве, инерция глаза нас обманывает. Мы видим каждую букву дольше, чем она на самом деле была перед глазами. К изображению первой буквы добавляется впечатление от второй буквы, затем от третьей и т. д.; и когда по истечении ’/ю доли секунды в глазу отпечатается изображение последней буквы последней строки, тогда только исчезнет из глаза впечатление от самой первой буквы первой строки.Это объясняет н то, почему нам легче читать книгу, видя все ее буквы, а не отдельно одну за другой. Глаз видит буквы задолго до того, как их фактически читает, и продолжает видеть их некоторое время после того, как уже прочел.Однако для развертки изображения таким способом не обязательно иметь бесконечную ленту. Нипков нашел, что для этого много удобнее применить диск, отверстия в котором размещены по окружности в виде спирали . Отверстия эти должны быть сделаны друг от друга на расстоянии, равном ширине развертываемой страницы, а начало и конец спирали — па расстоянии, равном высоте страницы. Число отверстий в диске, естественно, должно равняться числу строк в странице.Если такой диск можно было бы наложить на страницу книги и начать его быстро вращать, то, так же как и в примере с бесконечной лентой, мы увидели бы всю страницу. Только в этом случае наш диск должен быть очень большим — выше человеческого роста. Кроме того, изображение страницы будет казаться не прямоугольным, а несколько шире вверху, чем внизу.Рассмотрим теперь, как будет действовать такой способ развертки для передачи изображения при помощи всего только одного фотоэлемента. Схема такого устройства показана на рисунке.При помощи объектива сильно уменьшенное изображение передаваемого предмета наводится на чувствительную к свету поверхность фотоэлемента. Между объективом и фотоэлементом ставится диск Нипкова. При вращении диска лучи света, идущие от объектива, могут попадать на фотоэлемент, только проходя по очереди через отверстия спирали, сначала через самое верхнее, затем следующее и так далее — до самого нижнего. Фотоэлемент видит не все передаваемое изображение, а только узенькую но,миску его, и то не всю одновременно, а как бы скользя вдоль нее взглядом. Двигаясь непрерывно, каждое отвергни' диска как бы прочертит по поверхности фотоэлемента узенькую световую черточку. Этим самым каждое отверстие диска разбивает изображение на отдельные строки .Так как при этом каждый, даже самый небольшой,участок передаваемого изображения может отличаться от соседнего по яркости, то естественно, что и отражаемые от них лучи света, поочередно попадающие на фотоэлемент, будут иметь разную яркость, отчего электрический ток, проходящий через фотоэлемент, будет также изменяться.Здесь может возникнуть вопрос: как же все-таки производится дальнейшее деление строки изображения на элементы?Это деление скрыто непрерывным движением отверстия диска вдоль каждой строки. Предположим, что для передачи развертывается изображение шахматной доски, состоящее из чередующихся черных и белых квадратов. Пусть для ясности размер одного элемента развертываемого изображения доски точно равняется квадрату в диске, то-есть нам надо при помощи диска Нипкова, имеющего восемь отверстий, разбить на элементы и передать изображение 64 квадратов доски.Если бы диск Нипкова с квадратными отверстиями двигался не равномерно, а маленькими скачками и каждое его отверстие всегда останавливалось точно против квадрата шахматной доски, то все обстояло бы очень просто. На фотоэлемент каждый раз падал бы свет, отраженный только от одного квадрата — или от белого, или от черного. В этом случае каждый элемент изображения был бы отделен от своего соседа по строке слева и справа так же четко, как и строка от строки сверху и снизу. Нетрудно видеть, что в каждой строке уложилось бы точно восемь квадратов, или элементов изображения .Электрический ток фотоэлемента также изменялся бы просто. При остановке отверстия диска против черного квадрата доски ток через фотоэлемент практически протекать не будет.При остановке же отверстия против белого квадрата доски ток будет максимальным. За время прохождения отверстия диска вдоль всей строки ток будет изменяться ступеньками так, как показано на рисунке (вверху).Когда же диск вращается, то сто отверстия движутся вдоль строки не скачками, а непрерывно. Поэтому свет, отраженный от каждого квадрата доски, целиком попадает на фотоэлемент только и тот короткий момент, когда отверстие диска оказывается как раз против квадрата. В остальное время на фотоэлемент попадает снет, исходящий одновременно от двух квадратов доски: одного — но мере движения диска непрерывно уменьшающегося, а другого- -непрерывно увеличивающеюся.Вместо четкой световой границы, отделяющей каждый элемент от соседнего, мы получим искаженные, не резкие световые переходы, такие, как показано на рисунке (внизу).Вместо 64 четких квадратов изображения непрерывно движущийся диск Нипкова развернул и пропустил на фотоэлемент весьма искаженную картину, состоящую из восьми размытых и как бы изогнутых полос, на которых четкими являются только горизонтальные линии, разделяющие эти полосы.Вместо ступенек электрический ток фотоэлемента стал похож на волны. А ведь это только начало пути наших электрических сигналов. Что же с ними произойдет дальше, раз уж в них сейчас трудно узнать первоначальное изображение?Совсем устранить этот недостаток в системах, применяющих плавную развертку изображения — элемент за элементом, — нельзя. Его можно только сгладить, значительно увеличив число элементов развертки, то-есть число отверстий в диске. Для этого надо либо очень увеличивать размеры диска, либо делать отверстия в нем очень маленькими. И то и другое значительно усложняет дело, но об этом мы скажем дальше. Пока же на рисунке дано изображение шахматной доски, развернутой на большее число элементов. Правда, и здесь переходы между элементами в строках немного размазаны.Для того чтобы не повторяться дальше, условимся, что, говоря о числе элементов в строке, мы всегда имеем в виду количество отверстий диска, которое уместилось бы в этой строке.Нипков пошел дальше всех своих предшественников и сильно упростил всю установку для передачи изображений. В ней на один-единственный фотоэлемент в каждый отдельный момент воздействует свет всего лишь от одного элемента изображения. Но зато передатчик должен передавать электрические сигналы, создаваемые фотоэлементом, друг за другом очень быстро: как сверхскорострельный пулемет — выстрел за выстрелом.Теперь рассмотрим, как при помощи диск Нипкова решается задача на приемном устройстве.Здесь тоже вместо целой батареи стоит всего лишь одна-единственная лампочка.Но эта лампочка имеет особое устройство, резко отличающее ее от обычной лампочки накаливания. Это так называемая газосветная лампочка, обладающая малой инерцией свечения. В ней светится не раскаленная добела нить, излучающая, помимо света, еще и большое количество тепла, а небольшое количество газа. Газ вводится в лампу после того, как из нее тщательно выкачан весь воздух. Обычно для этого берется один из инертных газов: неон,аргон — или же их смесь.По своему внешнему виду лампочка несколько напоминает обыкновенную лампочку накаливания, но вместо нити в ней помещены две пластинки — электроды, стоящие параллельно на расстоянии 2—3 миллиметров и хорошо изолированные друг от друга. Для лучшей видимости одну из пластин заменяют прямоугольной рамкой.Если к электродам такой лампы подвести постоянное напряжение, то при строго определенной его величине, например 100 вольт, ближайший к электродам слой газа сразу начинает ярко светиться. Оба электрода при этом кажутся раскаленными докрасна, если лампа наполнена неоном, или добела, если в лампе находится аргон. На свечение газа расходуется столь ничтожная энергия, что лампа остается все время холодной, отчего ее часто называют лампой холодного света.Такая лампочка обладает одной замечательной особенностью: после того как она вспыхнула, яркость ее свечения будет резко изменяться даже от самого незначительного увеличения напряжения. Поэтому достаточно подвести к ней пульсирующее напряжение слабых сигналов, принятых от фотоэлемента передатчика, чтобы под действием этого добавочного напряжения лампочка стала вспыхивать то ярче, то слабее, чутко отзываясь на малейшие изменения в силе приходящих сигналов.И еще одним достоинством обладает такая лампочка: как бы быстро ни изменялись приходящие сигналы, лампочка столь же быстро на них отзывается.Газосветная лампочка не требует времени на разогревание или охлаждение. Это выгодно отличает ее от любых ламп накаливания, особенно при приеме сигналов телевидения.Маленькая светящаяся пластинка (электрод) лампочки и является экраном нашего приемника. Перед лампочкой устанавливается диск Нипкова. В нем столько же отверстий и то же расположение, как и у диска на передатчике. Оба диска должны вращаться строго в такт друг другу, как одно целое, настолько точно, чтобы одни и те же отверстия проходили перед фотоэлементом передатчика и перед экраном газосветной лампочки приемника одновременно.Оба диска вращаются так называемыми синхронными моторчиками переменного тока. Для согласования их одновременной работы передатчик наряду с сигналами изображения посылает еще и сигналы, поддерживающие вращение этих моторов в такт друг другу.По мере вращения приемного диска перед газосветной лампочкой каждое его отверстие по очереди открывает глазу наблюдателя один участок поверхности светящейся пластинки за другим. Сначала первое отверстие развертывает первую, самую верхнюю строку, за ним второе отверстие — вторую строку ниже первой, и так далее — по строке за раз. Какой бы участок пластинки ни открыло отверстие диска, в этот момент лампочка будет светиться с яркостью, соответствующей силе света, падающего на фотоэлемент передатчика только от передаваемой в данный момент точки изображения; при этом хотя сквозь отверстие диска мы в каждое мгновение видим только одну небольшую точку пластинки, вспыхивает понапрасну вся лампочка. Но зато здесь все получается очень просто. Если диск совершает свой полный оборот за 1/10 долю секунды, то наш глаз сольет впечатления, полученные от всех светившихся по-разному отдельных точек лампочки, в одно целое, и мы увидим передаваемое изображение целиком.С чем это можно сравнить? Есть рассказ о том, как однажды группа ребят хотела посмотреть на футбольное состязание, но билетов достать не сумела. На беду, футбольное поле оказалось огороженным высоким забором, а щели между досками забора были настолько узки, что как ребята ни старались, сквозь них ничего, кроме узенького участка поля, видно не было. А посмотреть состязание очень хотелось. Пробегая быстро мимо забора, один из них сделал открытие, что ему почему-то стало видно все поле. Ребята начали бегать вдоль забора, и действительно, им стало видно все поле, а не маленький его участок, видимый сквозь любую щель. Их приятели, которые стали ездить вдоль забора на велосипедах, устроились совсем хорошо — для них забора как бы не существовало. Быстро мелькающие доски создавали лишь легкую дымку. Забор стал как бы невидимым благодаря инерции глаза. В течение ’/ю доли секунды глаз успевал удерживать каждый видимый через щели отдельный участок поля, а все эти участки, сливаясь вместе, давали уже изображение всего поля.Но вернемся обратно — к вопросу качества изображения.Часть шахматной доски на рисунке мы получили, развертывая изображение на восемь строк по восемь элементов в строке, а всего на 64 элемента. Получилось нечто вроде корзины. Доску на рисунке мы развернули уже на большее число элементов, и она стала напоминать что-то более определенное.Первые передатчики телевидения с дисками Нипкова развертывали изображение на 30 строк. У них ширина изображения относилась к высоте, как 4 к 3, следовательно, в каждой строке укладывалось около 40 поперечников отверстий диска. Значит, все изображение составлялось или развертывалось на 30X40—1200 элементов. При шестидесяти отверстиях в диске изображение развертывается уже на ПО строк по 80 элементов в каждой, а всего на 4800 элементов. Если, наконец, в диске сделать 120 отверстий, то-есть рн торговать изображение на 120 строк, то число передан-пых элементов будет уже равно 120X160=19 200 и т. д.Как с числом строк и элементов развертки растет четкость получаемого изображения, видно на рисунке.Но, производя очень много делений и упрощений, мы незаметно для себя с передачи непрерывно движущихся изображений, как это было в первой установке с многоячеечными экранами, перешли к передаче серии неподвижных изображений в установке с поочередно загорающимися лампочками или с диском Нипкова. Когда же и как это произошло? Очень просто. Когда на экране передатчика действовали одновременно все фотоэлементы, то при перемещении наведенного на него изображения переставали работать одни, но зато начинали работать другие фотоэлементы.
Так же действовали и соединенные с ними лампочки. В последующих установках этого сделать было уже нельзя. Там за 1/10 долю секунды каждый фотоэлемент подключался к передающей линии только по одному разу. Остальное время он только дожидался своей очереди на развертку. Тогда в приемнике за 1/10 долю секунды, то-есть за один полный оборот переключателя, получалось только одно слитное и целое изображение. Но оно — увы! — было хотя и мгновенным, но неподвижным, то-есть таким, каким его схватил бы фото-аппарат с выдержкой в 1/10 долю секунды. То же самое получается и с диском.У читателя сразу же возникает и решение этой задачи — раз один оборот диска за 1/10 долю секунды передает целое, но неподвижное изображение, то, следовательно, надо сделать так, чтобы диск вращался непрерывно.Тогда, если в промежуток времени между двумя оборотами диска изображение успело переместиться, следующий оборот диска ловил и развертывал уже это новое, изменившееся положение, и так далее — десять раз в секунду.Конечно, к этому выводу вы пришли столь легко и быстро потому, что знакомы еще с одним гениальным открытием человеческого ума — кинематографом. Если вам до сих пор и не приходилось задумываться над тем, каким образом он работает, то уж какие-то отрывочные сведения вы о нем имеете и хоть раз да видели или держали в руках кусочки киноленты.А ученые занимались вопросами передачи изображений на расстояние еще до изобретения кино и догадались они о том, что же им делать дальше, только после многих неудач и разочарований.Здесь мы подошли к другой важной задаче телевидения: как же теперь, упростив всё до предела, все-таки передать движущееся изображение?Тот, кто хорошо знаком с фотографией, знает, что, например, снять с длительной выдержкой движущегося человека нельзя. На пластинке получится размазанное пятно. А вот если снять этого же человека с очень короткой выдержкой, то можно получить хороший снимок. Только время выдержки в каждом отдельном случае и в зависимости от характера движения будет различным. Если человек выполняет быстрые спортивные движения и перемещается вдоль пластинки, выдержку приходится брать очень короткой — от 1/,250 до 1/1000 секунды.Медленные движения можно снять при выдержке в 1/100 и даже в 1/50 секунды.Но это всё будут неподвижные изображения одного определенного положения объекта съемки, мгновенно схваченного фотоаппаратом.Предположим теперь, что мы поставили в ряд несколько десятков заряженных фотоаппаратов и сняли движение человека, например ходьбу, так, что сначала его с выдержной заслонкой, вроде вентилятора, которая открывает изображение и снова закрывает его только тогда, когда кадр стоит неподвижно.Получается как будто все очень просто. А чтобы изобрести кино, людям понадобилось несколько десятков лет упорной работы. Следовательно, и в телевидении, для того чтобы после развертки на отдельные элементы передать на расстояние уже движущееся изображение, необходимо разбить, в свою очередь, на некоторое количество отдельных положений, или кадров, и само движение, точно так же, как это делается в кино. Быстрое следование друг за другом отдельных сюжетов позволяет в итоге получить слитное движение.Опыт кино показал, что число сменяющихся кадров должно быть по крайней мере 12—16 в секунду. При меньшем числе кадров изображение уже становится плохим, движение получается отрывистым, а не плавным, быстрые движения размазываются. Глаза зрителей при этом сильно утомляются.По техническим причинам развертку изображения диском Нипкова стали производить со скоростью 12,5 оборота в секунду.Теперь подведем итоги и подсчитаем, какая же предстоит работа, чтобы передать на расстояние движущееся изображение при помощи диска Нипкова.Если каждый неподвижный кадр изображения состоит из 1200 элементов, а всего таких кадров надо передать 12,5 в секунду, то по проводу от передатчика к приемнику в каждую секунду должно проходить 1200X12,5=15000 отдельных электрических сигналов.Использование диска Нипкова было очередным и весьма важным шагом на пути к созданию современного телевидения.На передатчике вместо сложного и громоздкого экрана с множеством отдельных фотоэлементов диск позволил оставить всего лишь один фотоэлемент, а в приемнике вместо такого же количества электрических лампочек осталась тоже одна лампочка. И, наконец, передатчик и приемник соединились всего одним проводом, причем отпала даже необходимость в каких-либо вращающихся переключателях.Однако такое, казалось бы очень удачное, решение вопроса повлекло за собой и новые осложнения. Дело в том, что свойство человеческого глаза удерживать зрительный образ в течение приблизительно 1/10 доли секунды вовсе не означает, что для глаза безразлично, воздействовал ли на него свет в течение нескольких секунд или только в течение ничтожных долей секунды. Когда это воздействие длительно, то зрительный образ будет ярким. Когда же воздействие непродолжительно, то образ получается бледным.Приемный экран, состоящий из 1200 одновременно, но с разной яркостью светящихся лампочек, дает более яркое изображение, чем экран, в котором в каждое отдельное мгновение по очереди светится лишь одна лампочка.При разбивке движущегося изображения диском Нипкова на 1200 элементов в глаз зрителя попадает света в 15 тысяч раз меньше, чем от экрана с неподвижными лампочками. Выгадав в простоте передачи, мы явно проигрываем в количестве света. Оказывается, наш природный фотоаппарат снимает с сильной недодержкой.
Но, к счастью, человеческий глаз, помимо способности сохранять некоторое время зрительное впечатление, обладает еще одним замечательным «недостатком», без которого не бывать бы вообще телевидению, к каким бы остроумным ухищрениям люди при этом ни прибегали. Это так называемая адаптация, или приспособляемость, глаза к различным яркостям света.Когда свет становится слишком ярким, помимо того, что зрачок глаза уменьшается, почти мгновенно снижается и чувствительность самой сетчатки.В темноте же — наоборот: кроме того, что зрачок сильно расширяется, чувствительность сетчатки к свету спустя некоторое время сильно обостряется .Все это ведет к тому, что действительное уменьшение яркости в 15 тысяч раз глаз воспринимает как уменьшение всего в несколько десятков раз. Но даже и это счастливое обстоятельство уже не могло выручать, когда для повышения четкости и качества изображения число элементов, на которое оно разбивалось, требовалось увеличить в сотни или тысячи раз.Создавался как бы заколдованный круг — при малом числе элементов развертки изображение могло быть достаточно ярким, но становилось недостаточно четким; при увеличении числа элементов увеличивалась четкость, но в результате уменьшения общего количества света изображение получалось бледным и трудно различимым. Поистине, как в пословице: нос вытащишь — хвост увязнет, хвост вытащишь — нос увязнет.Еще задолго до появления диска Нипкова выявилось и другое, на этот раз совсем серьезное препятствие, грозившее теперь уже полной гибелью телевидению — этому еще только пробивающему себе дорогу слабому ростку.Было установлено, что сопротивление селена — сетчатки нашего искусственного глаза — изменялось не сразу после того, как изменялась яркость падающего на него света, а с некоторым опаздыванием. Селён не успевал следовать за очень быстрой сменой ярких и темных участков изображения и «видел» дольше, чем это было нужно для получения четкого изображения. В этом отношении он был столь же несовершенным инструментом, как... человеческий глаз. При очень быстрой развертке изображения сопротивление селена переставало изменяться вовсе. Поэтому для дальнейшего развития телевидения селен оказался уже непригодным.Выходом из этого очередного тупика телевидение обязано знаменитому русскому физику Александру Григорьевичу Столетову.
щается снова налево, но только строкой ниже, совершая в этот момент одновременно два движения — справа налево и сверху вниз. Получается косая линия.Дойдя до последней буквы самой нижней строки страницы, наш глаз совершает уже более сложное движение. Взгляд должен теперь переместиться не налево и вниз, а, наоборот, налево и высоко вверх, к началу следующей страницы, которую заботливая рука уже успела придвинуть на место предыдущей.Таким образом, читая книгу, мы незаметно для себя непрерывно развертываем ее по элементам, буква за буквой, строка за строкой, страница за страницей, причем с разной скоростью: буквы — быстро, строки — помедленнее, а страницы — совсем медленно.И как бы ни уверяли нас сверхбыстрые чтецы, что они «глотают» книги сразу целыми страницами, глаза при чтении непрерывно делают известные, правда незаметные, усилия, чтобы не читать соседних букв и слов, хотя они их и видят.Любой аппарат, который мы могли бы придумать для чтения, конечно таких усилий совершать не может. Поэтому в каждый отдельный момент он должен видеть только один элемент. В нашем случае таким элементом является отдельная буква, или, говоря точнее, площадь, занимаемая каждой буквой, включая и пустые промежутки.Представьте себе, что мы закрыли страницу книги длинной лентой. Над тем местом, где стоит первая буква самой верхней строки, мы сделали в ленте квадратное отверстие, вмещающее только одну букву . Начнем тянуть ленту вправо, так чтобы это отверстие скользило вдоль верхней строки. Тогда мы можем по буквам прочесть всю строку, хотя читать таким образом оказывается очень трудно.Дойдя с этим отверстием за последнюю букву строки, мы останавливаемся и делаем пониже в ленте второе отверстие — на том месте, под которым находится первая буква второй строки, и протягиваем ленту дальше.Так мы повторяем каждый раз, до тех пор пока не дойдем до последней буквы самой нижней строки. Таким образом, мы сделали столько отверстий в ленте, сколько у нас было строк в странице.
Теперь, собственно говоря, надо менять страницу и продолжать всё сначала.Но можно и не делать новых отверстий в ленте, а склеить ее кольцом. Тогда наша лента с отверстиями, расположенными как бы ступеньками, окажется пригодной и для развертывания всех остальных страниц книги.Теперь, если мы при помощи какого-либо механизма начали бы вращать ленту вокруг страницы со скоростью не менее 10—12 раз в секунду, то вместо отдельных букв, видимых при медленном продвижении ленты только сквозь одно отверстие, мы увидели бы всю страницу целиком, как будто бы лента ее вовсе и не закрывала. Хотя наш глаз фактически в каждый отдельный момент видит только по одной букве, инерция глаза нас обманывает. Мы видим каждую букву дольше, чем она на самом деле была перед глазами. К изображению первой буквы добавляется впечатление от второй буквы, затем от третьей и т. д.; и когда по истечении ’/ю доли секунды в глазу отпечатается изображение последней буквы последней строки, тогда только исчезнет из глаза впечатление от самой первой буквы первой строки.Это объясняет н то, почему нам легче читать книгу, видя все ее буквы, а не отдельно одну за другой. Глаз видит буквы задолго до того, как их фактически читает, и продолжает видеть их некоторое время после того, как уже прочел.Однако для развертки изображения таким способом не обязательно иметь бесконечную ленту. Нипков нашел, что для этого много удобнее применить диск, отверстия в котором размещены по окружности в виде спирали . Отверстия эти должны быть сделаны друг от друга на расстоянии, равном ширине развертываемой страницы, а начало и конец спирали — па расстоянии, равном высоте страницы. Число отверстий в диске, естественно, должно равняться числу строк в странице.Если такой диск можно было бы наложить на страницу книги и начать его быстро вращать, то, так же как и в примере с бесконечной лентой, мы увидели бы всю страницу. Только в этом случае наш диск должен быть очень большим — выше человеческого роста. Кроме того, изображение страницы будет казаться не прямоугольным, а несколько шире вверху, чем внизу.Рассмотрим теперь, как будет действовать такой способ развертки для передачи изображения при помощи всего только одного фотоэлемента. Схема такого устройства показана на рисунке.
При помощи объектива сильно уменьшенное изображение передаваемого предмета наводится на чувствительную к свету поверхность фотоэлемента. Между объективом и фотоэлементом ставится диск Нипкова. При вращении диска лучи света, идущие от объектива, могут попадать на фотоэлемент, только проходя по очереди через отверстия спирали, сначала через самое верхнее, затем следующее и так далее — до самого нижнего. Фотоэлемент видит не все передаваемое изображение, а только узенькую но,миску его, и то не всю одновременно, а как бы скользя вдоль нее взглядом. Двигаясь непрерывно, каждое отвергни' диска как бы прочертит по поверхности фотоэлемента узенькую световую черточку. Этим самым каждое
ент от соседнего, мы получим искаженные, не резкие световые переходы, такие, как показано на рисунке (внизу).Вместо 64 четких квадратов изображения непрерывно движущийся диск Нипкова развернул и пропустил на фотоэлемент весьма искаженную картину, состоящую из восьми размытых и как бы изогнутых полос, на которых четкими являются только горизонтальные линии, разделяющие эти полосы.Вместо ступенек электрический ток фотоэлемента стал похож на волны. А ведь это только начало пути наших электрических сигналов. Что же с ними произойдет дальше, раз уж в них сейчас трудно узнать первоначальное изображение?Совсем устранить этот недостаток в системах, применяющих плавную развертку изображения — элемент за элементом, — нельзя. Его можно только сгладить, значительно увеличив число элементов развертки, то-есть число отверстий в диске. Для этого надо либо очень увеличивать размеры диска, либо делать отверстия в нем очень маленькими. И то и другое значительно усложняет дело, но об этом мы скажем дальше. Пока же на рисунке дано изображение шахматной доски, развернутой на большее число элементов. Правда, и здесь переходы между элементами в строках немного размазаны.Для того чтобы не повторяться дальше, условимся, что, говоря о числе элементов в строке, мы всегда имеем в виду количество отверстий диска, которое уместилось бы в этой строке.Нипков пошел дальше всех своих предшественников и сильно упростил всю установку для передачи изображений. В ней на один-единственный фотоэлемент в каждый отдельный момент воздействует свет всего лишь от одного элемента изображения. Но зато передатчик должен передавать электрические сигналы, создаваемые фотоэлементом, друг за другом очень быстро: как сверхскорострельный пулемет — выстрел за выстрелом.Теперь рассмотрим, как при помощи диск Нипкова решается задача на приемном устройстве.Здесь тоже вместо целой батареи стоит всего лишь одна-единственная лампочка.Но эта лампочка имеет особое устройство, резко отличающее ее от обычной лампочки накаливания. Это так называемая газосветная лампочка, обладающая малой инерцией свечения. В ней светится не раскаленная добела нить, излучающая, помимо свет
а, еще и большое количество тепла, а небольшое количество газа. Газ вводится в лампу после того, как из нее тщательно выкачан весь воздух. Обычно для этого берется один из инертных газов: неон,аргон — или же их смесь.По своему внешнему виду лампочка несколько напоминает обыкновенную лампочку накаливания, но вместо нити в ней помещены две пластинки — электроды, стоящие параллельно на расстоянии 2—3 миллиметров и хорошо изолированные друг от друга. Для лучшей видимости одну из пластин заменяют прямоугольной рамкой.Если к электродам такой лампы подвести постоянное напряжение, то при строго определенной его величине, например 100 вольт, ближайший к электродам слой газа сразу начинает ярко светиться. Оба электрода при этом кажутся раскаленными докрасна, если лампа наполнена неоном, или добела, если в лампе находится аргон. На свечение газа расходуется столь ничтожная энергия, что лампа остается все время холодной, отчего ее часто называют лампой холодного света.Такая лампочка обладает одной замечательной особенностью: после того как она вспыхнула, яркость ее свечения будет резко изменяться даже от самого незначительного увеличения напряжения. Поэтому достаточно подвести к ней пульсирующее напряжение слабых сигналов, принятых от фотоэлемента передатчика, чтобы под действием этого добавочного напряжения лампочка стала вспыхивать то ярче, то слабее, чутко отзываясь на малейшие изменения в силе приходящих сигналов.И еще одним достоинством обладает такая лампочка: как бы быстро ни изменялись приходящие сигналы, лампочка столь же быстро на них отзывается.Газосветная лампочка не требует времени на разогревание или охлаждение. Это выгодно отличает ее от любых ламп накаливания, особенно при приеме сигналов телевидения.Маленькая светящаяся пластинка (электрод) лампочки и является экраном нашего приемника. Перед лампочкой устанавливается диск Нипкова. В нем столько же отверстий и то же расположение, как и у диска на передатчике. Оба диска должны вращаться строго в такт друг другу, как одно целое, настолько точно, чтобы одни и те же отверстия проходили перед фотоэлементом передатчика и перед экраном газосветной лампочки приемника одновременно.Оба диска вращаются так называемыми синхронными моторчиками переменного тока. Для согласования их одновременной работы передатчик наряду с сигналами изображения посылает еще и сигналы, поддерживающие вращение этих моторов в такт друг другу.По мере вращения приемного диска перед газосветной лампочкой каждое его отверстие по
очереди открывает глазу наблюдателя один участок поверхности светящейся пластинки за другим. Сначала первое отверстие развертывает первую, самую верхнюю строку, за ним второе отверстие — вторую строку ниже первой, и так далее — по строке за раз. Какой бы участок пластинки ни открыло отверстие диска, в этот момент лампочка будет светиться с яркостью, соответствующей силе света, падающего на фотоэлемент передатчика только от передаваемой в данный момент точки изображения; при этом хотя сквозь отверстие диска мы в каждое мгновение видим только одну небольшую точку пластинки, вспыхивает понапрасну вся лампочка. Но зато здесь все получается очень просто. Если диск совершает свой полный оборот за 1/10 долю секунды, то наш глаз сольет впечатления, полученные от всех светившихся по-разному отдельных точек лампочки, в одно целое, и мы увидим передаваемое изображение целиком.С чем это можно сравнить? Есть рассказ о том, как однажды группа ребят хотела посмотреть на футбольное состязание, но билетов достать не сумела. На беду, футбольное поле оказалось огороженным высоким забором, а щели между досками забора были настолько узки, что как ребята ни старались, сквозь них ничего, кроме узенького участка поля, видно не было. А посмотреть состязание очень хотелось. Пробегая быстро мимо забора, один из них сделал открытие, что ему почему-то стало видно все поле. Ребята начали бегать вдоль забора, и действительно, им стало видно все поле, а не маленький его участок, видимый сквозь любую щель. Их приятели, которые стали ездить вдоль забора на велосипедах, устроились совсем хорошо — для них забора как бы не существовало. Быстро мелькающие доски создавали лишь легкую дымку. Забор стал как бы невидимым благодаря инерции глаза. В течение ’/ю доли секунды глаз успевал удерживать каждый видимый через щели отдельный участок поля, а все эти участки, сливаясь вместе, давали уже изображение всего поля.Но вернемся обратно — к вопросу качества изображения.Часть шахматной доски на рисунке мы получили, развертывая изображение на восемь строк по восемь элементов в строке, а всего на 64 элемента. Получилось нечто вроде корзины. Доску на рисунке мы развернули уже на большее число элементов, и она стала напоминать что-то более определенное.Первые передатчики телевидения с дисками Нипкова развертывали изображение на 30 строк. У них ширина изображения относилась к высоте, как 4 к 3, следовательно, в каждой строке укладывалось около 40 поперечников отверстий диска. Значит, все изображение составлялось или развертывалось на 30X40—1200 элементов. При шестидесяти отверстиях в диске изображение развертывается уже на ПО строк по 80 элементов в каждой, а всего на 4800 элементов. Если, наконец, в диске сделать 120 отверстий, то-есть рн торговать изображение на 120 строк, то число передан-пых элементов будет уже равно 120X160=19 200 и т. д.Как с числом строк и элементов развертки растет четкость получаемого изображения, видно на рисунке.Но, производя очень много делений и упрощений, мы незаметно дл
я себя с передачи непрерывно движущихся изображений, как это было в первой установке с многоячеечными экранами, перешли к передаче серии неподвижных изображений в установке с поочередно загорающимися лампочками или с диском Нипкова. Когда же и как это произошло? Очень просто. Когда на экране передатчика действовали одновременно все фотоэлементы, то при перемещении наведенного на него изображения переставали работать одни, но зато начинали работать другие фотоэлементы.
Так же действовали и соединенные с ними лампочки. В последующих установках этого сделать было уже нельзя. Там за 1/10 долю секунды каждый фотоэлемент подключался к передающей линии только по одному разу. Остальное время он только дожидался своей очереди на развертку. Тогда в приемнике за 1/10 долю секунды, то-есть за один полный оборот переключателя, получалось только одно слитное и целое изображение. Но оно — увы! — было хотя и мгновенным, но неподвижным, то-есть таким, каким его схватил бы фото-аппарат с выдержкой в 1/10 долю секунды. То же самое получается и с диском.У читателя сразу же возникает и решение этой задачи — раз один оборот диска за 1/10 долю секунды передает целое, но неподвижное изображение, то, следовательно, надо сделать так, чтобы диск вращался непрерывно.Тогда, если в промежуток времени между двумя оборотами диска изображение успело переместиться, следующий оборот диска ловил и развертывал уже это новое, изменившееся положение, и так далее — десять раз в секунду.Конечно, к этому выводу вы пришли столь легко и быстро потому, что знакомы еще с одним гениальным открытием человеческого ума — кинематографом. Если вам до сих пор и не приходилось задумываться над тем, каким образом он работает, то уж какие-то отрывочные сведения вы о нем имеете и хоть раз да видели или держали в руках кусочки киноленты.А ученые занимались вопросами передачи изображений на расстояние еще до изобретения кино и догадались они о том, что же им делать дальше, только после многих неудач и разочарований.Здесь мы подошли к другой важной задаче телевидения: как же теперь, упростив всё до предела, все-таки передать движущееся изображение?Тот, кто хорошо знаком с фотографией, знает, что, например, снять с длительной выдержкой движущегося человека нельзя. На пластинке получится размазанное пятно. А вот е
сли снять этого же человека с очень короткой выдержкой, то можно получить хороший снимок. Только время выдержки в каждом отдельном случае и в зависимости от характера движения будет различным. Если человек выполняет быстрые спортивные движения и перемещается вдоль пластинки, выдержку приходится брать очень короткой — от 1/,250 до 1/1000 секунды.Медленные движения можно снять при выдержке в 1/100 и даже в 1/50 секунды.Но это всё будут неподвижные изображения одного определенного положения объекта съемки, мгновенно схваченного фотоаппаратом.Предположим теперь, что мы поставили в ряд несколько десятков заряженных фотоаппаратов и сняли движение человека, например ходьбу, так, что сначала его с выдержной заслонкой, вроде вентилятора, которая открывает изображение и снова закрывает его только тогда, когда кадр стоит неподвижно.Получается как будто все очень просто. А чтобы изобрести кино, людям понадобилось несколько десятков лет упорной работы. Следовательно, и в телевидении, для того чтобы после развертки на отдельные элементы передать на расстояние уже движущееся изображение, необходимо разбить, в свою очередь, на некоторое количество отдельных положений, или кадров, и само движение, точно так же, как это делается в кино. Быстрое следование друг за другом отдельных сюжетов позволяет в итоге получить слитное движение.Опыт кино показал, что число сменяющихся кадров должно быть по крайней мере 12—16 в секунду. При меньшем числе кадров изображение уже становится плохим, движение получается отрывистым, а не плавным, быстрые движения размазываются. Глаза зрителей при этом сильно утомляются.По техническим причинам развертку изображения диском Нипкова стали производить со скоростью 12,5 оборота в секунду.Теперь подведем итоги и подсчитаем, какая же предстоит работа, чтобы передать на расстояние движущееся изображение при помощи диска Нипкова.Если каждый неподвижный кадр изображения состоит из 1200 элементов, а всего таких кадров надо передать 12,5 в секунду, то по проводу от передатчика к приемнику в каждую секунду должно проходить 1200X12,5=15000 отдельных электрических сигналов.Использование диска Нипкова было очередным и весьма важным шагом на пути к созданию современного телевидения.На передатчике вместо сложного и громоздкого экрана с множеством отдельных фот
оэлементов диск позволил оставить всего лишь один фотоэлемент, а в приемнике вместо такого же количества электрических лампочек осталась тоже одна лампочка. И, наконец, передатчик и приемник соединились всего одним проводом, причем отпала даже необходимость в каких-либо вращающихся переключателях.Однако такое, казалось бы очень удачное, решение вопроса повлекло за собой и новые осложнения. Дело в том, что свойство человеческого глаза удерживать зрительный образ в течение приблизительно 1/10 доли секунды вовсе не означает, что для глаза безразлично, воздействовал ли на него свет в течение нескольких секунд или только в течение ничтожных долей секунды. Когда это воздействие длительно, то зрительный образ будет ярким. Когда же воздействие непродолжительно, то образ получается бледным.Приемный экран, состоящий из 1200 одновременно, но с разной яркостью светящихся лампочек, дает более яркое
Все это ведет к тому, что действительное уменьшение яркости в 15 тысяч раз глаз воспринимает как уменьшение всего в несколько десятков раз.