Geum.ru

Конспект лекций по дисциплине «информационные технологии» для студентов направления 230700 «прикладная информатика»

Вид материалаКонспект

Содержание


3.4. Представление информации
3.4.1. Устройства вывода на электронный носитель
3.4.1.1. Мониторы, использующие ЭЛТ
3.4.1.2. Жидкокристаллические мониторы
3.4.1.3. Плазменные мониторы
3.4.2. Устройства вывода на бумажный носитель
Способ регистрации изображений при выводе
3.4.2.1. Технология формирования цвета
3.4.2.2. Струйная технология
3.4.2.3. Электрографическая технология
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7

3.4. Представление информации


Часто в фазу обработки данных включают их представление для пользователя. Эта процедура связана с использованием различных периферийных устройств вывода компьютера, которые позволяют представить результаты обработки в форме, наиболее удобной для пользователя. Эти устройства в зависимости от вида сигнала-носителя информации делятся на устройства вывода на бумажный и электронный носитель.

3.4.1. Устройства вывода на электронный носитель


Эти устройства называются мониторами (или дисплеями). В соответствии с технологиями работы мониторов наиболее распространенными являются следующие их виды: использующие электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), жидкокристаллические, плазменные.

3.4.1.1. Мониторы, использующие ЭЛТ


Часть со­временных настольных компьюте­ров использует мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). По принципу действия подобные мониторы мало чем отличаются от обычного телевизора: испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на эк­ран, покрытый люминофором, вы­зывает его свечение. Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (как, впрочем, и теле­визора) состоит из множества дис­кретных точек люминофора - пикселей. Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. В случае цветного монитора имеются три электронных пуш­ки с отдельными схемами управ­ления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основ­ных цветов: R (Red, красный), G (Green, зеленый), В (Blue, си­ний):



1 – электронные пушки,

2 – отклоняющие пластины,

3 – решетка,

4 – экран


Каждый цвет представлен на поверхности экрана зерном, причем они расположены так, что образуют вершины равностороннего треугольника, как показано на рисунке:


Воображаемый центр треугольника, являющийся позицией пикселя



R G B


B R G

Эти цвета называются обыч­но первичными, поскольку путем сложения соответствующего их ко­личества можно получить любой другой цвет. Такая модель цветообразования называется аддитивной (addition - сложение), или RGB. Яркость конкретного цвета определяется интенсивностью падающего на ту или иную точку луча. Для коррекции пучков электронов (чтобы они попадали на нужную каплю люминофора) используется теневая маска. Так как электронные пушки находятся на расстоянии друг от друга, углы падения пучков электронов немного различаются, что дало возможность создать теневую маску таким образом, что нужный луч попадает на нужную каплю люминофора, а два остальных луча закрыты маской, т.е. капля находится «в тени».

Каждый пиксель имеет координаты на плоскости экрана монитора, которые используются для генерации изображения в этой точке.

3.4.1.2. Жидкокристаллические мониторы


Работают в режиме пропускания или отражения света. Состоят из множества пропускающих или отражающих ячеек, схемы которых показаны на рисунках:

4 4

2 2


1
1 – стеклянные пластины;

2 – жидкий кристалл;

3 – герметизирующие прокладки;

4 – прозрачный электрод;

5 – зеркальный электрод.
3 1 3
1 – стеклянные пластины;

2 – жидкий кристалл;

3 – герметизирующие прокладки;

4 – прозрачные электроды.


5


Схема пропускающей ячейки Схема отражающей ячейки


Управление ячейками ведется по принципу «включено – выключено» токами малой энергии, что исключает электромагнитные излучения, присущие ЭЛТ. При подаче напряжения на электроды кристалл становится непрозрачным и, в случае пропускающей технологии, не пропускает луч, а в случае отражающей технологии – не отражает луч.

Каждая ячейка – это пиксель, имеющий координаты, используемые для генерации изображения.

Для получения цветного изображения в стеклянной пластине интегрировано три цветных фильтра – красный, зеленый, синий, каждый из которых управляется с помощью прозрачного электрода. Для получения нужного цвета подается напряжение на нужные фильтры.

3.4.1.3. Плазменные мониторы


Схема плазменной панели представлена на рисунке:



1 – стеклянные пластины;

2 – проводники.

2


1

Проводники нанесены на две стеклянные пластины (отдельно – горизонтальные и вертикальные проводники). Пространство между пластинами заполнено инертным газом, который начинает светиться, как только к проводникам прикладывается напряжение переменного тока, превышающее некоторое пороговое значение. Для локализации свечения между пластинами помещается третья с круглыми отверстиями.

Пиксель – это воображаемая точка, полученная на пересечении проводников на двух пластинах. Номера проводников есть координаты этой точки, которые используются для генерации в ней изображения.

3.4.2. Устройства вывода на бумажный носитель


Устройства вывода на бумажный носитель разделяются на принтеры и плоттеры (или графопостроители). Считается, что принтеры предназначены в основном для вывода текста (хотя могут выводить и графические изображения), а плоттеры – для вывода графики (хотя могут выводить и тексты). Классификация устройств вывода на бумажный носитель приведена в таблице:



Способ регистрации изображений при выводе
Рабочий формат
Внутреннее представление выводимой информации

Механические
Малоформатные
Векторные

Немеханические

Среднеформатные
Растровые

Крупноформатные


Механические устройства вывода используют механические принципы действия. На современном уровне развития информатики к ним относятся струйные устройства вывода. Немеханические используют в качестве принципа работы физико-химические процессы, возникающие в специальных носителях при воздействии различных источников энергии (светового потока, магнитного поля, электростатического напряжения, лазерного луча). Основными их типами являются: электрографические, магнито- (или ферро-) графические, электростатические, термические.

В соответствии с рабочим форматом различают три типа устройств вывода, имеющих следующие форматы, соответственно типам из таблицы: А4 и А3; А2 и А1; больше А0.

Векторные устройства вывода используют представление выводимых данных как набор векторов. Например, выводимое изображение – цифра 1, шаблон для которой представлен на рисунке. В случае векторного представления данных это изображение задается набором векторов в системе координат XxY, т.е. множеством {(xi, yi)}. В нашем случае i{1,2,…,15}, поскольку символ представлен пятнадцатью точками (на рисунке этим точкам соответствуют единицы).

Растровые устройства вывода используют представление изображения в виде растровой матрицы (рисунок), которая сканируется строка за строкой при выводе. Таким образом, изображение формируется из точек строго последовательно. По такому принципу работают немеханические устройства вывода.


0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

































0
0
0
0
0
1
0
0
0
0


















1












0
0
0
0
1
1
0
0
0
0















1
1












0
0
0
0
1
1
0
0
0
0















1
1












0
0
0
0
1
1
0
0
0
0















1
1












0
0
0
0
1
1
0
0
0
0















1
1












0
0
0
0
1
1
0
0
0
0















1
1












0
0
0
1
1
1
1
0
0
0












1
1
1
1









0
0
0
0
0
0
0
0
0
0





















(xi,yi)






0
0
0
0
0
0
0
0
0
0


































а) б)

Растровое - а) и векторное – б) представление цифры 1

3.4.2.1. Технология формирования цвета


Устройства вывода на бумажный носитель работают с другими пер­вичными цветами, нежели мониторы, и используют соответственно иную модель цветообразования - субтрактивную (subtraction - вычитание). Это может создавать боль­шие проблемы при выводе инфор­мации с экрана на устройство вывода, пос­кольку не всегда достигается пол­ное соответствие цветов. Для это­го обычно служит специальное про­граммное обеспечение.

Первичными цветами для цветных принтеров являются зеле­но-голубой (Cyan), светло-красный (Magenta) и желтый (Yellow). На­ложение двух из этих первичных цветов в данном случае дает красный, зеленый или голубой цвет. Смешение всех трех первичных цветов субтрактивной модели дает черный цвет. В некоторых устройствах вывода для получения истинно черного цвета используется отдельный чер­ный краситель (blacK), поэтому данная модель цветообразования называется также CMY или CMYK.

Модели цветообразования для мониторов и устройств вывода на бумажный носитель различаются по следующим причинам. Человеческие глаза являются сложной оптической системой, ко­торая воспринимает излучаемый или уже отраженный от освещае­мых предметов свет. Цвет, в свою очередь, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частот­ный спектр которого и представляет видимый свет. Таким образом, нанесенные на экран точки люминофора воспри­нимаются именно того цвета, ка­кой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр, поглощая (вычитая!) одни и отражая другие длины электромагнитных волн. Напомним также, что насыщенность цвета (розовый, красный, пурпур­ный) зависит от количества бело­го цвета. Таким образом, промежу­точные цвета при выводе изобра­жения, например, розового, полу­чаются, как правило, путем пропус­ка (не печати) нескольких точек.

Собственно, это обычный подход, связанный с растрированием изо­бражения. Оттенки соответствующего цвета получаются путем группиров­ки нескольких точек изображения в псевдопиксели размером 2х2, ЗхЗ и более точек. Отношение количес­тва цветных точек к белым и оп­ределяет уровень насыщенности цвета.

3.4.2.2. Струйная технология


Струйная технология явля­ется на сегодняшний день самой распространенной для реализации цветных устройств вывода. Упрощенная схема струйного устройства вывода представлена на рисунке:


Эмиттер

Ускоряющий блок

Блок управления

Блок синхронизации


лист бумаги




В эмиттере под давлением из сопла поступают чернила. Ускоряющий блок электризует и ускоряет капельный поток, при этом каждой из капель сообщается определенный электрический заряд. В блоке управления изменяется траектория полета капель с помощью отклоняющих пластин, а также выполняется включение и отключение струи. Блок синхронизации синхронизует работу остальных устройств.

Струйные устройства вывода подразделяют­ся на устройства непрерывного и дискретного дей­ствия. Последние, в свою очередь, делят­ся на две категории: с нагревани­ем чернил («пузырьковая» техноло­гия) и основанные на действии пьезоэффекта.

В простейшем случае принцип действия устройства по технологии непрерывного действия основан на том, что струя чернил, постоянно испуска­емая из сопла печатающей голов­ки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чер­нила подаются микронасосом, а элементом, задающим их движение, является, как правило, пьезодатчик. Данный принцип дейст­вия ис­пользует сегодня очень небольшое количество устройств вывода.

При реализации дискретного метода с нагреванием чернил в каждом сопле печатающей головки находится маленький нагреватель­ный элемент (например, тонкопленочный резистор). При пропуска­нии тока через тонкопленочный резистор последний за несколько микросекунд нагревается до темпе­ратуры около 500 градусов и отда­ет выделяемое тепло непосредствен­но окружающим его чернилам. При резком нагревании образуется чер­нильный паровой пузырь, который старается вытолкнуть через выход­ное отверстие сопла каплю жидких чернил. Поскольку при отключении тока тонкопленочный резистор так­же быстро остывает, паровой пу­зырь, уменьшаясь в размерах, «под­сасывает» через входное отверстие сопла новую порцию чернил, ко­торые занимают место «выстреленной» капли. Схема термоструйной головки показана на рисунке:


2 3 1 – сопловая пластина;

1 2 – тонкопленочная плата;

3 – корпус;

6 4 – резервуар для чернил;

5 – микрорезистор;

5 4 6 – сопловое отверстие.


Второй метод для управления соплом при дискретной технологии ос­нован на действии диафрагмы, со­единенной с пьезоэлектрическим элементом. Пьезоэффект заключается в дефор­мации пьезокристалла под воздей­ствием электрического поля. Изме­нение размеров пьезоэлемента, рас­положенного сбоку выходного от­верстия сопла и связанного с диа­фрагмой, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное от­верстие новой порции чернил.

Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке струйных устройств вывода, через которые разбрызгиваются чернила, соответ­ствуют «ударным» иглам матричных принтеров. Поскольку размер каж­дого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человечес­кого волоса), а количество сопел может быть больше, то получаемое изображение теоретически должно быть в этом случае четче. К сожа­лению, на практике это достигается только применением специальных чернил.

3.4.2.3. Электрографическая технология


Примером устройства вывода, использующего электрографическую технологию, является лазерный принтер (плоттер). Схема лазерного принтера приведена на рисунке:


1 3







6

2 7

5










4

Обозначения:

1 – источник лазерного луча, включающийся и выключающийся управляющим микропроцессором;

2 – шестигранное зеркало, разворачивающее луч в строку;

3 – отражающее зеркало;

4 – печатающий барабан;

5 – валик, подающий из специального контейнера красящий материал (тонер) на барабан;

6 – очиститель валика от тонера;

7 – узел фиксации изображения.


Наиболее важными час­тями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (4), полупроводниковый лазер (1) и прецизионную оптико-ме­ханическую систему, перемещаю­щую луч (2). Лазер формирует электронное изображение на светочувствительном фотоприемном покрытии барабана последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). Перед приемом строки изображения барабан заряжается с помощью облегающей его сетки (на рисунке не показана), которая под напряжением вызывает возникновение ионизированной области вокруг барабана, которая его и заряжает. Попадающий на барабан луч разряжает некоторые участки. После формирования строки изображения шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования следующей строки. Когда изображение на фоточувствительном слое полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер из устройства 5 попадал на барабан, а затем с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления (это осуществляется в блоке 7): тонер содержит легко плавящееся вещество (полимер или смолу); при нагревании и повышении давления порошок плавится и соединяется с бумагой. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге (не показаны).