Текст книги "Девять цветов радуги"
Автор книги: Александр Штейнгауз
сообщить о нарушении
Текущая страница: 21 (всего у книги 23 страниц)
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Телевидение начало развиваться уже до войны. Первая передача в СССР состоялась 29 апреля 1931 года в Москве. Изображение раскладывалось всего лишь на 30 строк при частоте повторения кадров 25 за 2 секунды. Это была еще электромеханическая телевизионная система. В ней развертка изображения осуществлялась с помощью специального вращающегося диска с отверстиями, расположенными по спирали. Такой диск заменял собой бегущий луч. За диском помещался фотоэлемент, подключенный к электронному усилителю. Для воспроизведения изображения использовался подобный же диск, но вместо фотоэлемента ставилась неоновая лампа с большим плоским электродом.
Телевизионные передачи такого рода велись в течение нескольких лет. Сигналы изображения передавались радиостанцией «РЦЗ», а звуковое сопровождение, кажется, станцией «ВЦСПС». В 1934 году в Измайловском парке культуры и отдыха в Москве была открыта выставка, посвященная связи и радио. Она размещалась в большом деревянном павильоне, неподалеку от круглого пруда. И там, на стендах, среди последних новинок радиоприемной техники «ЭЧЕЭС» и «СИ» стояло несколько фанерных ящиков красно-коричневого цвета с черным основанием и с небольшими окошками. Это и были первые телевизоры. Там же можно было посмотреть и телевизионные передачи – неясные дергающиеся картинки, видимые сквозь линзу размером не более сигаретной пачки. Это зрелище вызывало общий восторг – ведь многие из зрителей до этого никогда ничего подобного не видели. Им эти изображения казались подлинным чудом. И если вдуматься, это и было чудом.
Телевизионное изображение низкой четкости (оно разбито всего лишь на 30 строк).
Еще большее чудо произошло в последующие три-четыре года. За этот сравнительно короткий срок были созданы и введены в эксплуатацию принципиально новые системы – системы электронного телевидения высокой четкости. В них изображение передавалось с помощью уже знакомых нам передающих трубок, а воспроизводилось на экранах кинескопов. В СССР электронное телевидение началось в 1939 году. В Ленинграде ввели в эксплуатацию опытный телецентр, передававший изображение с четкостью в 240 строк. В Москве примерно в то же время начали вести передачи на оборудовании, закупленном в США. Четкость московских передач была более высокой – она составляла 343 строки. Число кадров и в Ленинграде и в Москве было одинаковым – 25 в секунду. Незадолго до войны в продаже появились и первые телевизоры с приемными электронно-лучевыми трубками, или, как их называют, кинескопами. Размер изображения в этих телевизорах был невелик – не более, чем в телевизорах «КВН». Но сам телевизор был очень громоздким – величиной с небольшой комод – и стоил страшно дорого: 14 тысяч рублей, в два раза дороже легкового автомобиля «КИМ», старшего «брата» нынешнего «Москвича».
Третье чудо в телевидении свершилось вскоре после конца второй мировой войны. В военные годы телевидением почти не занимались – все внимание радиоспециалисты уделяли совершенствованию радиосвязи и радиолокации. Но вот наступил мир, и уже года через три телевидение во всех развитых странах сумело сделать новый огромный шаг вперед.
Телевизоры стали дешевле, их начали выпускать сотнями тысяч, а вскоре и миллионами штук в год.
Намного улучшилось и качество изображения. Четкость его в Англии поднялась до 405 строк, в США – до 525 строк.
А в нашей стране, которая перед войной отставала от Соединенных Штатов в области телевизионного вещания, четкость изображения достигла 625 строк. В настоящее время стандарт разложения в 625 строк принят в Европе повсюду. Только во Франции недавно он был повышен до 819.
На этом развитие телевидения не закончилось. Ученые поставили перед собой новую цель – сделать изображение цветным. Первая система высококачественного цветного телевидения, более или менее пригодная для широкого распространения, была создана через девять лет после окончания войны. Однако она все еще очень сложна, особенно один из главнейших ее узлов – цветной кинескоп. Его производство очень трудоемко и дорого. Но можно не сомневаться, что техника преодолеет и это препятствие. Ведь первые телевизоры были тоже очень дороги и сложны.
Не менее важна и другая проблема, над которой работают специалисты, – это дальнее телевизионное вещание. Было бы очень удобно, если бы, подобно передачам обычного радиовещания, телевизионные программы можно было принимать на далеких расстояниях. Тогда удалось бы отказаться от обычных радиоприемников и заменить их телевизорами.
Техника многого добилась на этом пути. Уже создана европейская телевизионная сеть, по которой разные страны могут обмениваться телевизионными программами. Именно с ее помощью жители многих стран Европы 14 апреля 1961 года могли видеть встречу первого космонавта Юрия Гагарина и демонстрацию на Красной площади. Это была первая телевизионная передача, транслировавшаяся из Москвы по европейской телевизионной сети.
Третья еще не решенная полностью задача заключается в повышении четкости изображения. Здесь телевидение пока сильно отстает от фотографии и глаза. При разложении изображения на 625 строк количество элементов изображения составляет около 500 тысяч. Примерно такую же четкость имеет изображение в микроскопе. Высококачественный отпечаток, полученный с малоформатного негатива, содержит до нескольких миллионов элементов – фотографических зерен. При значительном увеличении эти зерна будут ощущаться глазом при рассматривании отпечатка с небольшого расстояния. На расстоянии наилучшего видения, равном 25–30 сантиметрам, глаз может почувствовать эту зернистость даже в случае, если на квадратном сантиметре содержится до 10 тысяч зерен. Высококачественные крупноформатные фотографии содержат до нескольких десятков миллионов зерен. Их четкость такова, что глаз уже не в состоянии заметить зернистость изображения.
К счастью, наличие такой зернистости в изображении начинает вызывать у нас неприятные ощущения лишь тогда, когда зерна становятся чересчур заметными. И выбранный в телевизионном вещании стандарт разложения как раз таков, что телевизионное изображение оказывается вполне приемлемым.
Но, будучи вполне достаточной для вещания, четкость в 625 строк в ряде специальных случаев применения может оказаться и действительно оказывается недопустимо низкой. В настоящее время имеются специальные системы, предназначенные для промышленных и научных целей, которые обеспечивают значительно более высокую четкость: до 1000–1200 строк (до 1350–2000 тысяч элементов). К сожалению, это предел, который пока не в состоянии преодолеть ни конструкторы передающих телевизионных трубок, ни специалисты в области радиотехники.
Проблема передачи телевизионных изображений высокой четкости пока еще не стала проблемой первостепенной важности, но, видимо, в самые ближайшие годы она станет такой. И тогда, конечно, наука сумеет решить ее. Надо думать, что в этом помогут и новые знания о работе глаза, которые удастся получить за это время.
Мы уже говорили о путях развития техники и об основных этапах ее развития. В наше время электроника является одной из самых новейших и всемогущих областей техники. Она в небывалой степени расширила возможности наших чувств, создав самые чувствительные измерители температуры, давления, линейного перемещения, скорости, массы, расстояния, радио, световых, рентгеновских, ядерных излучений и великое множество других искусственных органов чувств. Слух человеческий, его зрение несовершенны, но радиоэлектроника одарила нас такими возможностями, что не представляет труда слышать самые слабые звуки, видеть в кромешной тьме.
Радиоэлектроника покорила время и пространство, позволив людям слышать и видеть на любых земных расстояниях. Она же начала связывать нас с космическими путешественниками.
Мы знаем о телевизионном вещании, о телевидении для научных целей. Хотелось бы добавить несколько слов об одном виде телевидения, который уже начал развиваться, но вскоре станет одним из самых распространенных. Вероятно, очень скоро настанет время, когда выделят специальные телевизионные каналы, по которым будут передавать различные учебные программы.
А это возможно сделать. Например, у студентов самых различных технических вузов программа обучения по многим важнейшим дисциплинам совершенно одинакова. И разве будет плохо, если лекции по этим дисциплинам будут читать по телевидению? Ведь их будут слушать с большой охотой студенты заочных и вечерних институтов, число которых теперь очень велико и все более возрастает. Польза от таких телевизионных лекций будет не только в том, что человеку после напряженного рабочего дня не придется тратить лишние силы и время на дорогу в институт. Как ни важно это обстоятельство, не оно самое главное. Главное же состоит в том, что вести такие телевизионные лекции и курсы смогут самые выдающиеся ученые, самые блестящие лекторы. Им на помощь придут кинофильмы, телевизионные экскурсии, демонстрации самой совершенной, уникальной аппаратуры, которую никогда не встретишь в лабораториях учебных институтов.
Но и это еще не все. На таких лекциях могут присутствовать все, кто хочет: люди, живущие в тех местах, где нет институтов; и те, кому не повезло на конкурсных экзаменах; и те, кто уже перешел предельный возраст, но стремится учиться, – словом, все смогут постигать премудрости физики, высшей математики и других научных дисциплин.
Вот что может дополнительно дать нам телевидение в самом близком будущем.
В последние годы наряду с телевизионным вещанием бурно развивается научное и промышленное телевидение. О нем вам приходилось слышать значительно реже, и, наверное, далеко не каждый из вас представляет себе, насколько важную роль играет сейчас телевидение в науке и технике.
Когда-нибудь будет написана история телевизионной техники. И те, кто заинтересуется ею, сумеют точно узнать, кто, когда и по какой причине первым применил телевизионную установку не по ее прямому назначению – для вещания, а для научных целей.
Возможно, это было сделано при изучении процессов, связанных с опасными для жизни и здоровья радиоактивными излучениями, а может быть, первой прикладной задачей, которую решило телевидение, была передача хирургической операции для большой аудитории врачей-практикантов.
Так или иначе, первые опыты передачи телевизионных изображений не потребовали создания новых специальных устройств – все необходимое уже имелось в распоряжении техники телевизионного вещания. Эти опыты подтвердили блестящие возможности и перспективы прикладного телевидения, и оно начало применяться все чаще, а вскоре превратилось в совершенно самостоятельную и крайне важную область телевизионной техники.
Но оно не развивалось бы так быстро и не приобрело столь широкого признания, если бы телевизионная аппаратура для научных и технических целей оставалась такой же самой, как и в обычном телевидении, – громоздкой, сложной в эксплуатации и дорогой. Специалисты всех промышленно развитых стран сделали очень много, чтобы упростить и удешевить прикладные телевизионные установки, уменьшить их размеры и вес, упростить в эксплуатации и повысить надежность. Особенно больших успехов они добились в совершенствовании передающих камер. Сейчас в США и ФРГ уже есть камеры, построенные с применением транзисторов и минивидикона, которые весят всего лишь 500 граммов. Это во много десятков раз меньше веса обычной камеры для телевизионного вещания. Конечно, этих успехов удалось добиться не только за счет совершенствования телевизионных электронных схем, большое значение имело изобретение видикона – самой лучшей трубки для прикладных телевизионных установок.
Это, однако, не значит, что в телевизионных камерах специального назначения не применяются другие типы трубок. Там, где они приносят пользу, их обязательно используют и прежде всего в тех случаях, когда требуется высокая чувствительность.
Именно по этой причине телевизионные устройства с суперортиконами применяются в астрономии, и даже не обычные типы, а специальные, особочувствительные суперортиконы применяются в этом случае. Среди них есть такие, которые имеют чувствительность в 100 раз более высокую, чем самые чувствительные фотопластинки. Правда, суперортиконы пока еще значительно уступают им по четкости получаемого изображения.
Каждый фотолюбитель знает, что нельзя вести портретную съемку, освещая натуру прямым резким светом. При таком освещении лицо на фотографии получается плоским и невыразительным. Лобовой свет уничтожает мягкие и плавные переходы светотени, создающие ощущение рельефности, выявляющие детали. Но портрет не станет лучше, если при фотографировании дать сильный боковой свет, – получатся слишком резкие тени. Они затмят часть лица и опять-таки не позволят выявить детали. Поэтому фотографы-портретисты чаще всего используют три света: два боковых и рассеянный. Тогда удается получить хорошо проработанный в деталях портрет.
Луну нельзя перенести в фотоателье и осветить по всем правилам искусства– Мы вынуждены наблюдать ее освещенной резким солнечным светом. В полнолуние лучи солнца отвесно падают на ее обращенную к Земле лунную поверхность, а во все остальное время она освещена односторонним боковым светом. И так как на Луне отсутствует атмосфера, тени, ложащиеся на ее поверхность, совершенно черные – они скрывают все затененные детали.
Все же до последнего времени наиболее удачные фотографии удавалось получать в тех случаях, когда солнечные лучи падали на лунную поверхность не отвесно. При этом удавалось запечатлеть довольно много деталей, но возникали некоторые другие помехи. Их можно было избежать в полнолуние, но тогда фотография не передавала всех деталей лунной поверхности, которые глаз мог видеть с помощью телескопа.
Не так давно американские инженеры создали специальную телевизионную установку, в которой применен сверхчувствительный суперортикон. Они назвали ее «кошачий глаз». Само название говорит о том, что она имеет высокую чувствительность. И это действительно так: телевизионный «кошачий глаз» видит значительно лучше настоящего. Но не только в высокой чувствительности заключаются его замечательные свойства.
Наш глаз в состоянии различать до 300 градаций в черно-белой гамме, и в этом он значительно превосходит возможности фотографии. Но нашему глазу далеко до телевизионного «кошачьего глаза». Последний способен реагировать на фантастически малые различия контраста и, что особенно ценно, усиливать, увеличивать их. Так, «кошачий глаз» позволил астрономам наблюдать в дневное время звезды и планеты. Изображение этих звезд и планет на экране кинескопа было ярким и контрастным.
«Кошачий глаз» помог астрономам получить очень хорошую фотографию лунной поверхности, сделанную при отвесном падении солнечных лучей, то есть в полнолуние. Он настолько увеличил контрасты, что смогли запечатлеть едва заметные переходы светотени и различия в окраске. Фотография Луны, полученная таким способом, составлена из 200 отдельных снимков. Диаметр Луны на этой фотографии равен метру.
Телевизионная приставка к телескопу. На переднем плане – камера с передающей трубкой; на заднем – приемная часть, на экране которой наблюдается изображение.
«Кошачий глаз» оказался очень полезным устройством. Но по своему принципу он не отличается в главном от обычных телевизионных систем. Иначе говоря, он представляет собой весьма совершенный искусственный орган зрения.
Современная техника во многих случаях стремится объединять искусственные органы чувств с искусственными думающими устройствами и исполнительными механизмами. При таком объединении рождается устройство нового типа – автомат.
Инженеры создали один из видов телевизионных автоматов для астрономии. Как и обычная телевизионная установка, он позволяет получать телевизионные изображения и в этой части ничем не отличается от обычных телевизионных систем. В сочетании с телескопом он дает возможность вести телевизионное наблюдение светил, подобно тому как это делалось с помощью «кошачьего глаза». Но автомат умеет делать и нечто другое. Тот, о котором идет речь, может самостоятельно и непрерывно производить наводку на резкость.
Некоторые читатели могут спросить, зачем это нужно астрономии – ведь расстояние до небесных объектов очень велико и практически не изменяется. Но вспомните о мешающем действии изменений плотности атмосферы. Оно проявляется в непрерывной и произвольной расфокусировке изображения. Уследить за такой расфокусировкой и скорректировать ее человек не в состоянии. Автомат же отлично справляется с такой задачей и в некоторых случаях позволяет уменьшить вредное влияние изменений плотности атмосферы.
Телепередача из космоса
Кто первым посетит Луну и планеты: человек или автомат?
Совершенно точно ответить на этот вопрос пока еще нельзя, но думается, что первым окажется все же автомат. В правильности такого предположения убеждает нас все то, что уже совершено космической наукой. Первые спутники имели на борту только автоматы (Лайка не была активным участником полета). Первый облет Луны совершила автоматическая станция. Первой ушла к Венере автоматическая межпланетная станция. И только лишь после этого в космос проникли люди, облетевшие Землю на кораблях-спутниках.
Советская автоматическая межпланетная станция, с помощью которой было осуществлено обследование невидимой с Земли поверхности Луны.
Скорее всего на Луну или на планеты высадится первым не человек, а автомат. Это будет очень сложное кибернетическое устройство, состоящее из многих автоматов различного назначения. И среди них важнейшим будет автоматическое телевизионное устройство, имеющее не одну, а даже несколько телевизионных камер и телевизионный передатчик для передачи изображений на Землю.
Как известно, на борту первых искусственных спутников Земли (как советских, так и американских) не было телевизионных устройств. Между тем передача изображения с борта спутников имеет важное значение.
Изображение невидимой с Земли лунной поверхности, переданное на Землю автоматической межпланетной станцией.
Отсутствие таких устройств на самых первых спутниках можно объяснить тем, что вначале следовало разрешить задачи, связанные с запуском спутников и с исследованиями околоземного пространства. Но последующие запуски спутников, не оборудованных телевидением, вряд ли объяснимы тем же. Возможно, что техника телевидения «оказалась неподготовленной» к столь бурному развитию космических исследований. Возможно, что эксперименты с использованием телевидения просто не попали в список первоочередных задач космических исследований.
Первыми создали установку космического телевидения советские специалисты. С ее помощью были переданы изображения невидимой с Земли лунной поверхности.
В этой установке отсутствовала передающая телевизионная трубка. Луна фотографировалась с борта автоматической станции, затем пленка проявлялась, и фотографическое изображение преобразовывалось в электрические сигналы по методу бегущего луча. Этот луч представлял собой яркую точку, перемещавшуюся по экрану миниатюрного кинескопа в соответствии с известным нам законом преобразования. Яркость точки оставалась неизменной. Свет от нее проходил через соответствующие точки фотографического изображения и поступал на фотокатод миниатюрного фотоумножителя. Количество света, приходящего на фотоумножитель, менялось пропорционально степени прозрачности точек фотографического изображения. На последнем электроде фотоумножителя при этом получались достаточно интенсивные сигналы. Они и передавались по радио на Землю.
Качество изображений, полученных таким образом, было очень хорошим. Вы можете убедиться в этом, посмотрев на одну из фотографий, переданных с автоматической станции. Она помещена здесь.
Телевизионное изображение собак, переданное с борта советского корабля-спутника.
На основании таких фотографий советские ученые сумели составить первый в истории астрономии атлас невидимой с Земли лунной поверхности.
Огромную помощь науке оказало телевидение и при полетах кораблей-спутников с первыми космическими пассажирами – собаками. Ученые смогли судить о поведении и самочувствии животных не только по показаниям приборов, но и видеть собственными глазами то, что происходило с ними во время полета.
На корабле-спутнике «Восток» были установлены даже две телевизионные камеры.
Одна передавала изображение первого космонавта в анфас, а другая – в профиль. И поистине Родина не только «слышала и знала», но и видела то, что происходило с Ю. Гагариным, Г. Титовым, А. Николаевым и П. Поповичем в этих исторических полетах.
Внутренний вид кабины корабля-спутника «Восток»: 1 – пульт пилота: 2 – приборная доска с глобусом; 3 – телевизионная камера; 4 – иллюминатор с оптическим прибором; 5 – ручка управления; 6 – радиоприемник; 7 – контейнеры с пищей.
Специалисты в США создали телевизионные установки для спутников позже советских. И, надо сказать, первые изображения, полученные ими со спутника, имели очень низкое качество. Только опытный глаз мог отличить на них облачный покров от земной поверхности. В последующие год-два им удалось усовершенствовать телевизионные установки для спутников, и недавно они получили очень неплохие изображения облачного покрова и земной поверхности.
Передача изображений такого рода имеет очень большое значение для метеорологии. С помощью спутников оказывается возможным получить наиболее подробные сведения о состоянии облачности над огромными территориями. При этом сбор таких сведений осуществляется за очень малое время, что особенно важно для точного предсказания погоды.
Телевизионное изображение земной поверхности, переданное со спутника США «Тирос». Видны Нил, Суэцкий и Акабский заливы, Красное море и облачность над Землей.
Здесь помещена фотография телевизионного изображения, полученного со спутника «Тирос». На ней отчетливо видны Красное море, Суэцкий и Акабский заливы и узкая темная лента Нила. Изображение было получено с высоты 700 километров при помощи телевизионной камеры с широкоугольным объективом. На фотографии запечатлен участок земной поверхности площадью примерно в 1300х1300 квадратных километров. На другой фотографии видно устье реки Святого Лаврентия в Канаде и южное побережье полуострова Лабрадор. Последняя фотография интересна тем, что на ней отчетливо видна кривизна земной поверхности.
Это изображение также передано со спутника «Тирос». На нем можно различить устье реки Святого Лаврентия в Канаде и побережье полуострова Лабрадор.
Надо сказать, что пока еще космическое телевидение не может обеспечить передачу изображений весьма высокой четкости. Это оказывается чрезвычайно сложной проблемой, так как ни современные передающие трубки, ни техника передачи телевизионных сигналов, ни возможные запасы электроэнергии на борту спутников не позволяют значительно поднять четкость. Так, изображение, передававшееся со спутника «Тирос», имело четкость 500 строк, то есть было таким же, как и в американском телевизионном вещании.
Но то, что вполне приемлемо для вещания, оказывается совершенно недостаточным, когда требуется передать мелкие детали, видимые на земной поверхности или на поверхности какой-либо другой планеты. Так, разрешающая способность телевизионной камеры «Тироса» с широкоугольным объективом составляла всего 2,5–5 километров при высоте полета 700 километров[39]39
Сравните эти цифры с разрешающей способностью 500-сантиметрового рефлектора, равной 50 метрам на расстоянии 384 тысяч километров.
[Закрыть]. Поэтому на спутнике была установлена вторая камера, снабженная узкоугольным объективом. Она могла передавать более подробные изображения, но площадь обзора при этом значительно сокращалась.
Устройство спутника «Тирос».
Космическое телевидение делает лишь самые первые шаги. Нельзя сказать, что они неудачны, но если сравнить уже полученные результаты с тем, что оно должно дать в самое ближайшее время, то их можно считать весьма скромными. Полеты автоматических межпланетных станций уже стали реальностью, а специалистам в области телевидения, вероятно, еще много придется потрудиться, чтобы создать эффективную систему передачи подробных изображений с Марса или с Венеры. И от того, как справятся с подобными труднейшими задачами специалисты, будут зависеть не только судьбы телевидения, но и вообще от многих видов космических исследований.
