Технические средства компьютерной графики


Устройства ввода графических изображений

Мышь - наиболее распространенный тип манипуляторов. Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране дисплея команду или место ввода данных.
Компьютерная мышь появилась в 1964 году. Её изобрел Дуглас Карл Энгельбарт из Стэнфордского исследовательского института. Это была небольшая деревянная коробочка с двумя дисками. Один из дисков поворачивался, когда устройство двигали вперед и назад, второй отвечал за движение мыши вправо и влево. Энгельбарт говорит, что назвал устройство мышью из-за его небольшого размера и провода, похожего на хвост.
В корпусе современной механической мыши установлены кнопки для выполнения действий и шарик для ее перемещения по коврику. Качество мыши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм - dpi (dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мышей среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi.
Мыши различаются:
- по способу считывания информации (механические, оптико-механические, оптические);
- количеству кнопок (2- и 3-кнопочные мыши);
- способу соединения (проводные и беспроводные мыши).
Установка колесика между двумя традиционными кнопками мыши обеспечивает перемещение по документу без использования экранных линеек прокрутки.
Первые беспроводные мыши появились в середине 90-х годов. Беспроводные мыши используют для передачи информации инфракрасный луч или радиосигнал.
Первые оптические мыши работали на принципе отражения света, исходящего от одного светодиода, от специальной подложки с координатной сеткой. Технология современных оптических мышей была разработана Agilent Technologies в конце 1999 г. Теперь в качестве приемника отраженного света используется ПЗС-матрица, можно сказать, миниатюрная видеокамера, передающая в цифровой процессор изображение освещаемого источником света участка подстилающей поверхности. Мышь оснащена небольшим красным светодиодом, который подсвечивает поверхность.
Специализированный процессор, находящийся внутри мыши, имеет производительность примерно 18 миллионов операций в секунду. Он выделяет отдельные участки изображения и определяет их перемещение относительно предыдущего снимка. Компьютер передвигает курсор на экране в соответствии с информацией , полученной от мыши. Благодаря большой частоте опроса движения курсора выглядят плавными. Такая мышь незаменима при работе с графическим приложениями. Она не требует специального коврика. Не нужно проводить гигиеническую протирку коврика, шарика мыши и роликов.
Графический планшет, дигитайзер, используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков. Изображение преобразуется в цифровые данные. Условия создания изображения приближены к реальным, достаточно специальным пером сделать рисунок на специальной поверхности. Результаты работы воспроизводятся на экране монитора и в случае необходимости могут быть распечатаны на бумаге. Дигитайзерами обычно пользуются архитекторы и дизайнеры.
Перо является источником сигнала, который принимает антенна, находящаяся внутри планшета. Она представляет собой проволочную сетку с шагом 3-6 мм или аналогичную печатную плату. Антенна принимает сигнал и определяет положение манипулятора, а также другие данные. Физический предел разрешения планшета определяется шагом сетки. Погрешность современных графических планшетов не более 0,1 мм.
Сейчас планшеты стали весьма популярны в связи с бурным развитием Интернета и популяризацией электронных подписей для использования их в различных операциях. На новый уровень вышли программы проектирования, где без графических планшетов приходится весьма тяжело.
Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьтера.
Отличительные черты сканеров:
- глубина распознования цвета: черно-белые, с градацией серого, цветные;
- оптическое разрешение или точность сканирования, измеряется в точках на дюйм (dpi) и определяет количество точек, которые сканер различает на каждом дюйме; стандартные разрешения - 200, 300, 600, 1200 точек на дюйм;
- программное обеспечение: обучаемые сканеры имеют образцы почерков для распознования рукописного текста, интеллектуальные сами обучаются;
- конструкция: ручные, страничные (листовые) и планшетные.
Сканеры находят широкое применение в издательской деятельности, в системах проектирования, анимации. Сканеры незаменимы при создании иллюстративных материалов для презентаций, докладов, рекламы.
Цифровая фотокамера отличается от обычного фотоаппарата тем, что изображение не фиксируется на фотопленке химическим путем, а воспринимается матрицей ПЗС, после чего записывается в микросхемы памяти фотокамеры.
Матрица ПЗС ("Прибор с Зарядовой Связью") состоит из большого количества ячеек. Падающий на отдельный датчик ПЗС свет создает на нем электрический заряд, величина которого определяется интенсивностью падающего света. Изображение делится на множество ячеек, и каждая ячейка реального изображения соответствует ячейке ПЗС. Ячейки реагируют только на яркость, к цвету они безразличны, поэтому для получения цветного изображения перед матрицей ставят цветные фильтры. Каждый из пикселей регистрирует свет либо в красной, либо в зеленой, либо в синей части оптического спектра. Затем изображение обрабатывается в процессоре, и на основе этих трех цветов восстанавливается вся картина.
Основной характеристикой цифровой фотокамеры является количество пикселей матрицы ПЗС. Для представленной фотокамеры это 2,1 млн. пикселей. Глубина цветопередачи для серого изображения 8 бит, для цветного изображения от 10 бит и выше. Разрешение 1600х1200 (интерполированное 2048х1536).
Файлы изображения хранятся в сжатом виде в формате JPEG. Сжатие уменьшает размер файла от десятых долей процента до ста раз. Процесс сжатия приводит к потерям в качестве изображения. В дорогих профессиональных камерах для хранения изображения используют несжатый формат TIFF или несжатый и необработанный формат RAW.
Для записи и хранения изображений используются либо встроенная память, либо сменные носители информации (Compact Flash (Type I, Type II) card, Ultra Compact Flash card и др. с объемом памяти от 8 Мбайт и выше). Основные требования к таким носителям - малые размеры и низкое энергопотребление. Для данной фотокамеры на входящей в комплект карте SM 8 Мбайт можно хранить до 8 снимков размером 1600х1200 или до 22 снимков размером 640х480.
Изображение с фотокамеры поступает в компьтер, где происходит окончательная доводка картинки (ретушь, монтаж и т. д.), записывается во внешнюю память компьютера и распечатывается на принтере.

Устройства вывода графических изображений

дисплей Дисплей - основное устройство вывода графических изображений. Наиболее распространены дисплеи, основной частью которых является электронно-лучевая трубка.
С фронтальной стороны внутренняя часть стекла электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) покрыта люминофором. Люминофор - это такое вещество, которое излучает свет при бомбардировке его заряженными частицами (электронами) и обладает способностью гаснуть не сразу. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т. п. Поток электронов, испускаемый электронной пушкой, на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему. В результате электроны приобретают большую энергию. Это и приводит к свечению люминофора, частично преобразующего, таким образом, энергию потока электронов. Светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на мониторе.
Теневая Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов трех типов, цвета которых соответствуют основным цветам (красному, зеленому, синему). Соответственно необходимо обеспечить их независимое свечение, что и достигается наличием трех электронных пушек. Каждая из трех пушек соответствует одному из трех основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофора.
Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого эффекта, используется специальная маска (теневая маска или апертурная решетка). Теневая маска состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем.
Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара (сплава железа и никеля). Теневая маска создает решетку с однородными точками, где каждая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов красного, зеленого и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек.
Однако для каждой триады описывать её положение на экране довольно сложно, поэтому поступают следующим образом. Экран делят на много рядов одинаковых квадратиков, получается таблица, в которой легко указать положение каждого квадратика. Сам квадратик называется "пиксель" (от англ. PICture'S ELement - элемент картинки). Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется "шагом точки" (dot pich). Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем меньше "зернистость" изображения и выше качество воспроизводимого на мониторе изображения.
Электронный луч пробегает по порядку все строки пикселей. При этом он модулируется по интенсивности. Поскольку после прекращения воздействия электронного луча на точку экрана ее свечение быстро затухает, то сканирование периодически повторяется - в зависимости от качества дисплея - от 60 до 120 раз в секунду. Чем чаще меняется изображение, тем меньше мерцание и тем меньше устают глаза.
В конце 80-х годов появились первые модели PC типа laptop. Такие PC имеют малый вес, в первую очередь, за счет того, что в них применяются жидкокристаллические дисплеи. Подобный экран состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находятся жидкие кристаллы, которые могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимости от электрического заряда, т. е. кристаллы под воздействием электрического поля изменяют свою ориентацию и тем самым по-разному отражают свет. Поскольку сопротивление относительно велико, кристаллы могут двигаться только с определенной скоростью. Появление ЖК-мониторов - это большой шаг вперед от ЭЛТ-мониторов. Побеждены такие основные недоcтатки ЭЛТ, как мерцание изображения, плохая четкость картинки из-за недостаточной фокусировки луча и несведения, нет самого вредного - статического потенциала экрана. Для работающих только с текстом ЖК-монитор - наилучший монитор.

Основные характеристики дисплеев

Размер диагонали экрана (измеряется в дюймах). Для работы в Windows используются мониторы с размером диагонали 15", 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими системами и системами автоматизированного проектирования используются мониторы с диагональю 20", 21".
Размер зерна. У хороших мониторов размер зерна не более 0,28 мм.
Разрешающая способность экрана (графическое разрешение) - одна из важнейших характеристик, определяющих качество изображения. Естественно при этом указывать не общее количество пикселей, а то, сколько их умещается в одной строке и сколько строк располагается на экране. Стандартный ряд графических разрешений включает следующие включает следующие:
- 640х480
- 800х600
- 1024х768
- 1200х1024
- 1600х1200
Частота обновления экрана (частота вертикальной (кадровой) развертки). У хороших мониторов кадровая частота поддерживается на уровне 70 - 80 Гц.

Видеокарта

Практически все современные видеокарты принадлежат к комбинированным устройствам и помимо своей главной функции - формирование сигналов, в соответствии с которыми монитор может отображать ту или иную информацию на экран, - осуществляют ускорение выполнения графических операций. Такие устройства называются видеоадаптерами (видеоконтроллерами).
Видеоконтроллер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.
Видеопамять предназначена для хранения видеоинформации - двоичного кода изображения, выводимого на экран. Видеопамять - это электронное энергозависимое запоминающее устройство. В ней могут храниться одновременно несколько страниц высококачественного графического изображения. От объема видеопамяти зависит доступное графическое и цветовое разрешение.
Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея. От свойств дисплейного процессора (видеопроцессора) зависит скорость, с которой выполняются операции с графическими объектами на экране и загруженность основного процессора.

Принтеры

Принтеры в зависимости от порядка формирования изображения поразделяются на последовательные, строчные и страничные. Принадлежность принтера к той или иной группе зависит от того, формирует ли он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу.
По физическому принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.
Матричный принтер имеет печатающую головку, представляющую собой матрицу из отдельных иголочек. Таким образом, на бумаге образуются символы, состоящие из точек-отпечатков, оставляемых ударами иголочек по красящей ленте. В зависимости от конструкции печатающая головка матричного принтера может иметь 9, 18 иголок или 24 иголки.
Печатающие головки струйных принтеров вместо иголок содержат тоненькие трубочки - сопла, через которые на бумагу выбрасываются капельки чернил. Печатающая головка струйного принтера содержит от 12 до 64 сопел, диаметры которых тоньше человеческого волоса.
Известно несколько принципов действия струйных печатающих головок. В одной из конструкций на входном конце каждого сопла расположен маленький резервуар с чернилами. Позади резервуара располагается нагреватель (тонкопленочный резистор). Когда резистор нагревается проходящим по нему током до температуры 500 градусов, окружающие его чернила вскипают, образуя пузырёк пара. Этот расширяющийся пузырек выталкивает из сопла капли чернил диметром 50...85 мкм со скоростью около 700 км/час.
В другой конструкции печатающей головки источником давления служит мембрана, приводимая в движение пьезоэлектрическим способом.
В матричных и струйных принтерах электромеханичекие устройства перемещают печатающую головку и бумагу так, чтобы печать происходила в нужном месте.
В отличие от матричных в струйных принтерах пишущее устройство не находится в постоянном соприкосновении с твёрдой поверхностью, а потому изнашивается не скоро и работает практически бесшумно.
Важнейшей особенностью струйной печати является возможность создания высококачественного цветного изображения.
В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения. Процесс печати включает в себя содание невидимого рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с последующей его визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка - тонера, наносимого на бумагу. Тонер представляет собой частички железа, покрытые пластиком. Наиболее важными частями лазерного принтера являются полупроводниковый барабан, лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч.
Лазер генерирует тонкий световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, формирует электронное изображение на светочувствительном полупроводниковом барабане.
Поверхности барабана предварительно сообщается некоторый статический заряд. Для получения изображения на барабане лазер должен включаться и выключаться, что обеспечивается схемой управления. Вращающееся зеркало служит для разворота луча лазера в строку, формируемую на поверхности барабана. Поворот барабана на новую строку осуществляет прецизионный шаговый двигатель. Это смещение определяет разрешающую способность принтера и может составлять, например, 1/300, 1/600 или 1/1200 часть дюйма. Процесс развертки изображения на барабане во многом напоминает построение изображения на экране монитора (создание растра).
Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный барабан, заряд "стекает" с освещенной поверхности. Таким образом, освещаемые и неосвещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. В результате сканирования всей поверхности полупроводникового барабана на нем создается скрытое (электронное, невидимое для человека) изображение.
На следующем этапе работы принтера происходит проявление изображения, то есть превращение скрытого электронного изображения в видимое изображение. Заряженные частицы тонера притягиваются только к тем местам барабана, которые имеют противоположный заряд по отношению к заряду тонера.
Когда видимое изображение на барабане построено, и он покрыт тонером в соответствии с оригиналом, подаваемый лист бумаги заряжается таким образом, что тонер с барабана притягивается к бумаге. Прилипший порошок закрепляется на бумаге за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления.
Кроме лазерных принтеров существуют светодиодные принтеры, которые получили своё название из-за того, что полупроводниковый лазер в них заменен линейкой светодиодов. В этом случае не требуется сложная механическая система вращения зеркала. Изображение одной строки на полупроводниковом барабане формируется одновременно.

Характеристики Тип принтера
Матричный Струйный Лазерный
Разрешающая способность, dpi 60...240 300...720 300...1200
Производительность (листов А4 в минуту) 2 1...8 4...16


Проверьте свои знания

Нажмите кнопку "Сброс" и приступайте к решению.
Предыдущая страница Начало страницы Следующая страница

Реклама