PLC-AUTOMATIZACE - HMI - TECHNOLOGIE ZOBRAZOVÁNÍ - CRT - ZOBRAZOVAČE
Provoz webu zajišťuje:

www.hapesoft.cz

CRT zobrazovače

Charactron / Typotron

Charactron (znaková trubice) byl vyvinut v USA (patent číslo 0585950 23. února 1954) společností Consolidated Vultee Aircraft Corporation (Convair) a jeho účelem bylo zobrazování více znaků, jako textu, na ploše obrazovky, tehdy ještě kulaté. Podobný Typotron byl v USA registrován již 23. listopadu 1953 společností Hughes Aircraft Corporation.

Charactron je řešení na bázi CRT pro zobrazování pevně daných znaků (64-116 znaků a symbolů), tedy nikoliv pro plné grafické podání. Toto řešení bylo vhodné pro první počítače. Charactron využívá pevnou kovovou znakovou masku, kdy znak je tvořen velmi tenkou štěrbinou ve tvaru znaku. Na příslušný znak v matici je namířen široký elektronový paprsek, který je maskou / štěrbinou redukován na potřebný tvar. Princip zobrazení je uveden na obrázku 1.

Charactron
Obrázek 1
Charactron (vlevo obrazovka se znaky, vpravo znak na stínítku a v pozadí maska znaku)

Systém vybere znak na masce pomocí jedné sady vychylovacích obvodů, druhá sada vychylovacích desek se zaměří paprsek tak, že je veden směrem ke středu obrazovky a třetí sada desek umístí znak na požadovanou pozici na stínítku obrazovky. Postupným výběrem potřebných znaků a jejich postupným polohováním lze pokrýt celou plochu obrazovky žádaným textem (znaky). Určitá pseudografika mohla být realizována pomocí výběru místa na masce s bodem zobrazením na odpovídající pozici v prostoru stínítka. Typické pro charactron bylo to, že měl mimořádně dlouhou trubici, protože bylo třeba tří vychylovacích systémů.

Výhody: první víceznakové a víceřádkové zobrazovací zařízení praktického využití ve spojení s počítačem, zobrazování velkého počtu znaků (abeceda, číslice). 

Nevýhody: rozměrově dlouhá křehká konstrukce, těžké olovnaté sklo, vysoké napětí.

Nimo (zobrazovač)

Nimo byla ochranná známka skupiny inženýrů průmyslové elektroniky. Funkce zobrazovače vycházela z CRT trubice (Cathode ray tube). Nimo zobrazovač obsahuje 10 elektronových děl (znaky 0, 1...9), které nezávisle generují elektronové svazky ve formě číslic podobným způsobem, jako u charactronu, tedy přes masku a obraz je promítán na horní fluorescenční ploše baňky (vrchlík). Baňky byly buď jednoznakové displeje viz obrázek 2 nebo integrované s 4 nebo 6 číslicemi zobrazované pomocí vhodného systému magnetického vychylování. Konstrukce není složitá a ovládání vyžaduje pouze relativně jednoduchý řídící obvod.

Nimo
Obrázek 2
Nimo - zobrazení znaku na stínítku, v pozadí maska znaku

Výhody: principielně miniaturizovaný zobrazovací prvek praktického využití ve spojení s počítačem, výška odpovídá malé elektronce.

Nevýhody: křehká konstrukce, vysoké napětí, omezený počet znaků na 0, 1...9.

CRT monitor

CRT (Cathode ray tube) monitor je elektronka, která obsahuje jeden (monochromatický monitor) nebo více (barevný monitor) zdrojů elektronů, které jsou elektrostaticky nebo elektromagneticky urychlovány směrem k fluorescenční vrstvě nebo barevné masce u barevného provedení, kde vytváří světelný bod. Vychylováním paprsku elektronů jak horizontálně vertikálně lze docílit rozsvícení požadovaného bodu na stínítku obrazovky.

Výhody: první víceznakové a víceřádkové zobrazovací zařízení praktického využití ve spojení s počítačem, zobrazování velkého počtu znaků (abeceda, číslice), zobrazování semigrafiky i plné grafiky, barevné zobrazení, možnost změny rozlišení (u moderních typů).

Nevýhody: rozměrově dlouhá křehká konstrukce, těžké olovnaté sklo, vysoké napětí.

Řádkové zobrazování

Velmi častým způsobem je zobrazování v rastru, po řádcích, odvozené z principu přenosu a zobrazení televizního obrazu. Princip vychází z toho, že elektronový paprsek je trvale rozmítán po řádcích na celou plochu stínítka obrazovky a tak lze dosáhnout postupného rozsvícení všech jednotlivých bodů vykreslovací plochy, viz obrázek 3. Vykreslování probíhá shora dolu a zleva doprava po snímkových řádcích, při zpětném chodu z konce řádku na další, je elektronový paprsek zhasnut, stejně tak při návratu z pravého dolního rohu do levého horního rohu. Pokud je elektronový paprsek vhodně modulován co do intenzity, lze dosáhnout rozsvícení bodu v plné intenzitě, částečně nebo jej ponechat zhasnutý. Za použití vhodného řízení, rozkladu požadovaného celkového obrazu na jednotlivé řádky a postupným zobrazováním bodů jednotlivých řádků s řízením intenzity elektronového paprsku podle konkrétního bodu v řádku, je možno na obrazovce vykreslit znak.

CRT monitor
Obrázek 3
CRT monitor - vlevo plocha, vpravo znak

Postupným zlepšováním byly monitory schopny zobrazovat barevné podání a dospěly do plnografického režimu. Barevné podání obrazu je složitější pro konstrukci CRT. Příklad rozdílu monochromatického a barevného pixelu monitoru je na obrázku v části pixel (níže). Rozšíření na barevné podání obrazu s sebou neslo i vývoj potřebných grafických adaptérů s různým rozlišením a tudíž s vyššími nároky na rychlost zpracování a synchronizaci běhu elektronového paprsku s výstupní grafickou pamětí VRAM adaptéru. Za použití specifických adaptérů, lze na monitoru vykreslovat i vektorovou grafiku (viz níže).

Zobrazování rastrového písma (bimapa)

Pro aplikace v řízení byly zpočátku používány monochromatické monitory, případně se stupněmi šedi a zdrojem pro zobrazení byl pevný generátor znaků a semigrafikou (z počátku minimální matice 5x7 bodů, později např. 8x12 bodů). Postupným čtením bodů jednotlivých rastrových znaků, řádek po řádku (zobrazovací řádek) je modulován (svítí/nesvítí) vykreslovací paprsek. Vzhledem k tomu, že znak ja v tomto případě pevně uložen v generátoru znaků, není potřeba velké kapacity videopaměti (VRAM), postačí pouze velikost odpovídající počtu zobrazovaných znakových pozic. Například 40 znaků/řádek x 24 řádků = 960 znaků = 960 Byte (kódování 8 bitů/znak). Efektivně je na monitoru zobrazováno daleko více bodů; zobrazováno 960 znaků x počet bodů matice znaku, tj. 33.600 pixelů pro znakovou matici 5x7 nebo 92.160 pixelů pro matici 8x12 bodů.

Zobrazování vektorového fontu

Zobrazování vektorového fontu na CRT monitoru je již náročnějším případem než zobrazování rastrového písma. Princip vykreslení se sice nemění ale pro efektivní využití tohoto principu je nutno použít monitory s vyšším a vysokým rozlišením, odpovídající obnovovací frekvencí a tomu odpovídající HW podporu grafických karet. Vývojově se začínalo s monitory s malým rozlišením, které nebyly vhodné pro vektorové fonty a ani nebyly plně k dispozici odpovídající grafické karty. Teprve s nástupem monitorů s vyšším rozlišením a dostatečnou podporou grafických karet (i barevného podání), bylo reálné použití vektorových fontů pro zobrazování znaků. Tabulka 1 zobrazuje základní přehled označení grafických karet a jejich rozlišení.

označení poměr stran počet bodů
horizontálně vertikálně
CGA 4:3 320 240
VGA 4:3 640 480
SVGA 4:3 800 600
WSVGA ~17:10 1024 600
XGA 4:3 1024 768
XGA+ 4:3 1152 864
WXGA 16:9 1280 720
WXGA 5:3 1280 768
WXGA 16:10 1280 800
SXGA 5:4 1280 1024

Tabulka 1
Základní přehled označení grafických karet a jejich rozlišení.

Pro srovnání, při využití rozlišení "pouze" 1024x768 bodů je zobrazováno 786.432 bodů, tomu musí odpovídat i videopaměť grafického adaptéru (minimálně 96kB bez uvažování zobrazování barvy). U vysokého rozlišení nároky na paměť a rychlost zpracování stoupají, při rozlišení 1280x1024 se na displeji zobrazuje (a obsluhuje) již 1.310.720 bodů atd.

Pixel - grafický bod

Pixel (picture element), bezrozměrný obrazový prvek, ve zkratce "px" je bodová jednotka používaná u grafických displejů. Pixel je jeden svítící bod na monitoru, displeji, kdy rozsvícením několika bodů je vykreslen (zobrazen) objekt, jako je alfanumerický znak nebo jiný grafický objekt. Podle provedení displeje může pixel svítit/nesvítit u monochromatického podání nebo může být částečně rozsvícen, kdy vytváří stupně odstínu. U barevného podání pak v poměru základních barev RGB (nebo CMYK) emituje/propouští světlo odpovídající barvy a odpovídající intenzity. U monochromatických displejů je pixel nejmenším optickým prvkem celé plochy (která jich obsahuje tisíce i miliony), u barevných displejů je pixel tvořen ještě třemi subpixely, kdy každý odpovídá jedné základní barvě RGB. Barva subpixelu je definována pixelem samotným.

Při porovnání počtu prvků v displeji: malý monochromatický displej 640x480 bodů obsahuje 307.200 pixelů, barevný displej obsahuje sice stejný počet pixelů ale ty jsou tvořeny celkem 921.600 subpixely. Pro ilustraci je monochromatický a násobnost barevného pixelu zobrazena na obrázku 4. Pro barevné zobrazení je stínítko monitoru osazeno kovovou maskou podle provedení konstrukce, nejčastěji DELTA (uspořádání do trojúhelníku, otvory v masce), TRINITRON (svislá drátová mřížka). Otvory v mřížce vytvářejí barevné subpixely. Účelem masky je zachytit parazitní elektronové paprsky, které by jinak narušovaly barevné podání.

Pixel displeje
Obrázek 4
Pixel displeje monochromatický (nahoře), DELTA (střed), TRINITRON (dole)

Popis k obrázku: v levé části je zobrazen obecný výřez displeje s lomenou čárou; ve střední části je zobrazeno vykreslení čáry rozdělené na pixely; v pravé části nahoře pak detail pixelu u monochromatického displeje, v pravé části ve středu detail pixelu DELTA provedení a v pravé části dole detail pixelu TRINITRON. Velikost subpixelů je tak malá a jsou umístěny tak těsně vedle sebe, že lidské oko není schopno rozlišit jednotlivé barevné plochy a výslednou barvu si složí z barevných bodů (v tomto případě bílou). V podstatě to odpovídá pohledu na velkoplošný barevný LED displej, z velké vzdálenosti, kdy již nelze rozeznat jednotlivé LED diody.

Vektorové zobrazování

V úvodu kapitoly byl apriory uveden příklad řízení vykreslování plochy po řádcích a postupným skládám grafického tvaru objektu. CRT není ale v principu právě jen řádkový (vykreslování) monitor ale je to obecně technologie vykreslování na fluorescenční ploše, stejně jako u osciloskopu. Jinými slovy, i monitor s příslušnou videokartou a řízením vychylování elektronového paprsku dokáže vektorově (spojitě) vykreslovat znaky, symboly a grafické objekty. Toto řízení je sice relativně náročnější na výkon ale poskytuje kvalitnější podání obrazu s ohledem na aplikaci a užití. Příklad vektorového vykreslování je na obrázku 5.

Obrazovka a vektorové vykreslení znaku
Obrázek 5
Obrazovka a vektorové vykreslení znaku

Znak nebo jiný grafický objekt se vykresluje tak, že se zhasne elektronový paprsek a nasměruje se na výchozí znak bodu (vlevo dole) kde je rozsvícen, následně vykoná zapnutý paprsek pohyb ve směru naznačených šipek do pravého dolního bodu. Zde je zhasnut a přemístěn na začátek spojovací linky písmene, kde je opět rozsvícen a linka se vykreslena. Na jejím konci je zhasnut a přemístěn na výchozí, počáteční, pozici dalšího objektu.


PLC-AUTOMATIZACE - HMI - TECHNOLOGIE ZOBRAZOVÁNÍ - CRT - ZOBRAZOVAČE

Reference:

  • Cathode Ray Tube". Medical Discoveries. Advameg, Inc. 2007
  • Cathode Ray Tube and its Applications, International Journal of Innovative Research in Technology.
  • How CRT and LCD monitors work.
  • The Shadow Mask and Aperture Grill.
 
Publikovaný obsah je určen pouze pro individuální studium.
Není povolena distribuce, prodej, přetisk a použití textu a/nebo vyobrazení (úplný, dílčí a/nebo částečný), použití ke školení a/nebo výuce (hromadné, skupinové nebo zadávané), veřejné a/nebo skupinové prezentace a ani jiné formy šíření v hmotné a/nebo nehmotné podobě.