Кто изобрел механическое телевидение

Опубликовано: 30.11.2021

120 лет назад русский инженер Александр Полумордвинов изобрел «Телефот» для механической передачи цветного изображения на расстояние. 95 лет назад шотландец Джон Бэрд, купивший у него патент, впервые смог организовать демонстрацию механического телевидения. Как выглядели первые передачи?

Пионер телевидения


Официально первым человеком, который передал черно-белое изображение объекта на расстояние, считается шотландский инженер Джон Бэрд. В феврале 1924 года он впервые продемонстрировал механическую телевизионную систему, способную передавать и отображать движущиеся изображения. Все, что можно было увидеть, — лишь силуэты предметов, например изгибание пальцев.

В марте 1925 года в одном из крупнейших универмагов в Лондоне Selfridges была организована трехнедельная демонстрация телевидения. Посетители магазина могли разглядеть на экране приемника свои силуэты. В октябре того же года Бэрд транслировал изображение куклы-чревовещателя, а чуть позже смог впервые передать изображение человеческого лица. Честь быть первым человеком на экране телевизора выпала случайно подвернувшемуся 20-летнему курьеру Уильяму Тэйнтону.

В январе 1926 года Бэрд вел трансляцию из своей лаборатории в Лондоне для членов Королевского института Великобритании и журналистов газеты The Times. Ему удалось увеличить скорость сканирования до 12 с половиной изображений за секунду.

Движущееся изображение первые зрители смотрели по радио, без звука. Когда Бэрд впервые пришел к журналистам и хотел рассказать о своем изобретении, редактор газеты Daily Express принял его за сумасшедшего.

Что такое механическое телевидение?


Самые первые телевизионные системы были механическими. Для передачи сигнала требовалось наличие в передающем и приемном устройстве движущегося механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. В своих первых телевизионных экспериментах Бэрд использовал диск Нипкова — механическое устройство для сканирования изображений, изобретенное немцем Паулем Нипковым еще в 1884 году. Вращающийся диск с одинаковыми отверстиями, расположенными на равном угловом расстоянии друг от друга по спирали, служил для разделения изображения на отдельные элементы. Объектив, находящийся перед диском, проецировал изображение объекта съемки прямо на диск. Свет, проходя через отверстия, попадал на фотоприемник. Диск сканирующего устройства должен крутиться с той же скоростью, что и диск приемника. Первым зрителям механического телевидения, состоящего из бумажного диска с дырочками и лампочкой, требовалось два радиоприемника, чтобы в одном смотреть изображение, а в другом — ловить звуковое сопровождение. Естественно, это была неидеальная картинка, ведь на диске можно разместить ограниченное количество отверстий. В первых телевизорах использовались диски диаметром 30–50 см с 30–50 отверстиями. Это было мерцающее черно-белое изображение размером с почтовую марку, тем не менее устройство быстро распространилось по миру. Механическое телевидение также называется малострочным из-за низкого разрешения: оно у передаваемого при помощи диска изображения было достаточно низким — от 30 до 120 линий.

От первых опытов до регулярного вещания


Однажды Бэрд чуть не погиб — во время замены фотоэлектрического элемента камеры он получил электрический разряд в 2000 В. Но это не охладило пыл ученого к экспериментам. В 1928 году начались его опыты с цветным телевидением. Используя по три диска Нипкова в камере и телевизоре с фильтрами, которые могли пропускать один из трех основных цветов, он смог впервые передать цветное изображение. Затем последовали его новые изобретения: стереоскопическое телевидение, передача сигнала в диапазоне УКВ, создание «Фоновидения» — первого устройства для записи видеоизображения.

В 1928 году было организовано регулярное телевещание в Чикаго, а в следующем году в США начались трансляции со звуком, для чего использовалась отдельная радиостанция. В 1929 году в продажу впервые поступили серийные приемники Visionette, выпускаемые компанией Western Television. В СССР регулярное механическое телевещание запустили в октябре 1931 года. Студия располагалась в храме на Никольской улице, а антенна была закреплена на колокольне. Принимать сигнал можно было с помощью радио, специальных приемников Б-2 было мало, но в научных журналах публиковались инструкции для самостоятельного их изготовления. Сигнал можно было ловить даже в Германии. Первым человеком, попавшим на экран, стал председатель Совета народных комиссаров СССР Вячеслав Молотов.

В 1930-х годах телевизор состоял из десятка деталей, и его мог изготовить начинающий радиолюбитель. А для создания первого работающего телевизионного устройства в 1923 году Бэрд использовал подручные материалы: старую шляпную коробку, ножницы, несколько иголок для шитья, воск и клей, сундучок из-под чая и несколько рассеивателей от велосипедных фар.

Русский след


Телевидение Джона Бэрда родилось во многом благодаря изобретению русского инженера Александра Полумордвинова. Именно у него шотландец купил патент, зарегистрированный в России еще в 1899 году. Устройство Полумордвинова получило официальное название «светораспределитель для аппарата, служащего для передачи изображений на расстояние со всеми цветами и их оттенками и всеми тенями», а коротко воплотилась в приборе «Телефот». О своем изобретении Полумордвинов доложил еще на Первом электротехническом съезде в декабре 1899 года в Петербурге, и его высоко оценило научное сообщество. Но по иронии судьбы русскому ученому так и не удалось изготовить «Телефот»: для него банально не хватило деталей. Несколько лет он пытался его смастерить и даже заказывал детали из-за рубежа, а когда потерпел фиаско, продал патент Бэрду. И тот, наконец, смог изготовить действующий аппарат и продемонстрировать его работу — четверть века спустя.

Когда Бэрд следом за черно-белым изображением научился передавать цветное, он воплотил задумку Полумордвинова, основываясь на трехкомпонентной теории света, в опытах 1928 года. Весь мир заговорил о Бэрде как об изобретателе цветного телевидения, а он в своих публикациях честно ссылался на русского инженера и неоднократно обращался в Россию, чтобы найти его, но это так и не удалось сделать.

Телевидение на Луне


Механическое телевидение просуществовало до начала Второй мировой войны, а затем уступило место более продвинутому электронному телевидению. Однако в 1966 году о ретротехнологиях вспомнили, когда понадобилось получить изображение поверхности Луны. Советская космическая станция «Луна» мягко прилунилась и передала с высокой четкостью панорамные изображения лунной поверхности. Один кадр состоял из 1500 вертикальных строчек, а передавался целых полтора часа. Телевизионная техника для исследования дальнего космоса, когда один кадр изображения передается в течение длительного времени, и теперь строится на принципах механического телевидения.

Механическое телевидение, электромеханическое телевидение — разновидность телевидения, использующая для разложения изображения на элементы и последующего обратного синтеза электромеханические устройства вместо электронно-лучевых трубок или полупроводниковых приборов.

Самые первые телевизионные системы были механическими и чаще всего не предусматривали звукового сопровождения. В отличие от современного, полностью электронного телевидения, механическое предполагает наличие в передающем и приемном устройствах движущегося механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. Как правило, это диск Нипкова или зеркальный винт. Первая работоспособная система подобного типа была создана Джоном Бэрдом (англ. John Logie Baird) в 1920-е годы. Из-за небольшого количества передаваемых элементов изображения иногда используется термин малострочное телевидение.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Начало вещания
    • 1.2 Современное использование
  • 2 Принцип действия
  • 3 Запись передач

История

Первые опыты передачи изображений на расстояние проводились уже в XIX веке. В 1862 году итальянский изобретатель Джованни Казелли создал устройство, позволяющее передавать изображение по проводам, и названное им «Пантелеграф». Однако, технология была пригодна только для передачи рисунков, нанесённых на токопроводящей медной пластинке. Реальная возможность передачи изображения без его предварительной подготовки появилась только после открытия фотопроводимости селена Уиллоуби Смитом в 1873 году, а также внешнего фотоэффекта Генрихом Герцем в 1887 году. Не менее важной оказалась идея поэлементного способа последовательной передачи изображения, высказанная Адрианом де Пайва в 1878 и Порфирием Бахметьевым в 1880 году.

Разработанный Александром Столетовым на основе теории Герца фотоэлемент позволил Артуру Корну уже в 1902 году наладить передачу неподвижных фотографий на расстояние. Эта технология, позднее усовершенствованная и получившая название «фототелеграф», быстро нашла применение в уголовном розыске и новостной фотожурналистике, но была неприменима для передачи движущегося изображения из-за инерционности селеновых фотоэлементов. Сканирование одного фотоснимка с качеством, приемлемым для газетной полиграфии, занимало 10—15 минут. Проекты, создававшиеся на бумаге, стали действующими образцами лишь в 1920-х годах, благодаря появлению электронных усилителей на основе первых радиоламп.

В 1898 году польский изобретатель Ян Щепаник получил английский патент № 5031 на «телектроскоп», предназначенный для передачи на расстояние цветного движущегося изображения. Термин ввёл в оборот французский писатель Луи Фигуэр, и кроме Щепаника он использовался другими европейскими изобретателями, в том числе Джорджем Кэри, Адриано де Пава и Мечиславом Вольфке. Однако, ни одного работоспособного устройства им создать не удалось.

4 января 1900 (23) декабря 1899 года лаборант Казанского университета Александр Полумордвинов подал патентную заявку № 10739 на конструкцию «телефота», ключевым элементом которого был механический «светораспределитель». В том же месяце изобретение получило высокую оценку на Первом электротехническом съезде в Петербурге, но практической реализации «телефот» не получил. Позднее патент был продан Джону Бэрду, использовавшему идеи Полумордвинова при разработке английской системы цветного механического телевидения.

Первую в мире «демонстрацию мгновенной передачи изображений» в 1909 году осуществил француз Жорж Рину (фр. Georges Rignoux), транслировавший неподвижные буквы с помощью мозаики из селеновых фотоэлементов. Их изображения разрешением 8×8 элементов обновлялись на приёмном устройстве с электромеханическим коммутатором 1 раз в секунду. Из-за технического несовершенства «телефотографический аппарат» Рину так и остался лабораторным курьёзом. В 1922 году в Нижегородской радиолаборатории Михаил Бонч-Бруевич разработал конструкцию «радиотелескопа», также не получившего практического воплощения. Через год американец Чарльз Дженкинс (англ. Charles Francis Jenkins) впервые передал движущееся силуэтное изображение, а 13 июня 1925 года состоялась телетрансляция полутонового изображения с борта судна в Атлантическом океане. В последнем случае использовалась разработка английского изобретателя Джона Бэрда, ставшая первой в мире действующей системой механического телевидения.

Начало вещания

Первая передача по системе Бэрда состоялась 26 января 1926 года из его лондонской лаборатории. Однако регулярное вещание впервые начала телевизионная станция WCFL, которая вышла в эфир в Чикаго 12 июня 1928 года. Её создателем был Улисс Санабриа (англ. Ulises Armand Sanabria), который 19 мая 1929 года впервые начал передавать звуковое сопровождение, использовав для этого отдельную радиостанцию WIBO. Видеосигнал передавался станцией WCFL на отдельной несущей частоте того же диапазона, что и звук. Первые серийные телевизионные приемники «Вижнетт» (англ. Visionette) с 45-строчной механической развёрткой начали выпускаться компанией Western Television в 1929 году по цене чуть меньше 100 долларов.

Первые попытки создать механическое телевидение в СССР проводились в 1920–1926 годах (С. Н. Какурин, Л. С. Термен, А. А. Чернышев, В. А. Гуров и др.). При этом был использован «немецкий» стандарт с разложением на 30 строк и частотой кадров 12,5 к/сек. Соотношение сторон кадра было принято близким к «классическому» — 4:3 с разрешением примерно 30×40 элементов. В 1931 году в СССР был создан Московский радиовещательный технический узел (МРТУ) на базе передающей ТВ-аппаратуры лаборатории телевидения Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), в которую входили П. В. Шмаков (руководитель), В. И. Архангельский (устройство оптико-механической развёртки), С. И. Катаев, П. В. Тимофеев (фотоэлементы), А. М. Шемаев (неоновые лампы).

При помощи системы велись регулярные передачи кинофильмов и трансляции из студии первого московского телецентра на Никольской улице, дом 7, 2 раза в неделю по 30—40 минут. Первые экспериментальные передачи состоялись 29 апреля и 2 мая 1931 года на волне 56,6 метров без звукового сопровождения. Регулярное механическое вещание из телецентра началось 15 ноября 1934 года с передачи 25-минутного эстрадного концерта. Изображение передавалось на волнах 379 метров, а звук транслировался радиостанцией ВЦСПС на длине волны 720 метров с полуночи до часа ночи 12 раз в месяц.

С 1933 до 1936 года отечественной промышленностью было выпущено более 3000 телеприставок марки «Б-2». Механические телевизоры тех лет представляли собой приставку к обычному радиоприёмнику. Для приёма звукового сопровождения, при его наличии, требовался ещё один радиоприёмник. В 1935 г. МРТУ преобразовали в Московский вещательный узел аппаратных и студий (МВУАиС). С 1937 года звуковое сопровождение дублировалось по московской городской радиотрансляционной сети, как обычная радиопрограмма. Одним из немногих достоинств механического телевидения (вытекающим из его главного недостатка — низкой чёткости изображения) была относительно узкая полоса частот видеосигнала, что позволяло использовать для его передачи диапазон средних радиоволн. Это, в свою очередь, давало возможность принимать телепередачи на больших расстояниях (сотни и тысячи километров), как и обычное радиовещание.

В начале 1930-х годов среди советских радиолюбителей получило распространение конструирование самодельных телеприставок для приёма телетрансляций, в том числе зарубежных. В то же время, их иностранные коллеги имели возможность создания любительских телестанций. После запуска московского телецентра передачи механического телевидения начались из Одессы и Ленинграда. 10 сентября 1933 года начались передачи из Новосибирска. Регулярные передачи механического телевидения из Москвы прекратились в апреле 1940 года после открытия нового телецентра на Шаболовке, основанного уже на электронных принципах.

Количество строк систем с диском было ограничено и составляло от 30 до 120. После 1935 года благодаря некоторым техническим достижениям появились механические системы, рассчитанные на 180 и более строк. Однако, качество изображения электронного телевидения для механического осталось недостижимым. Лучшей системой механического телевидения считалась британская «Скофони» (англ. Scophony), которая воспроизводила 405 линий на экране размером до 2,8×3,7 метров (9×12 футов). Было собрано несколько аппаратов этой системы, в том числе для домашнего использования с экраном 24×22 дюйма (56×61 см). В системе Scophony для создания изображения использовалось несколько барабанов, вращающихся с большой скоростью. Массовый выпуск телевизоров этого типа не состоялся из-за приближения мировой войны. Также известна американская система с 441 линией развёртки, использовавшая несколько барабанов, один из которых вращался со скоростью 39 690 об/мин, а другой — несколько сот оборотов в минуту.

Современное использование

Механические системы телевидения существовали до начала Второй мировой войны, уступив своё место более технологичным и надежным электронным после её окончания. Принципы механического телевидения применялись в фототелевизионных системах для передачи изображений с Луны и других планет автоматическими межпланетными станциями. 25 декабря 1966 года советская АМС «Луна-13» впервые передала панораму лунной поверхности при помощи механической развёртки. Кадр, состоящий из 1500 вертикальных строк, передавался в течение полутора часов. За счёт невысокой скорости передачи удалось использовать более надёжный диапазон радиоволн и получить изображение неподвижных объектов с высокой чёткостью.

C 1970-х годов некоторые радиолюбители экспериментировали с системами механического телевидения. Оборудование перепроектировалось с учётом новых технологий: старые неоновые лампы заменялись сверхъяркими светодиодами и т. п. В таких системах есть свои достоинства, важные для создания узкополосного телевидения, с шириной диапазона менее 40 килогерц (современные телевизионные системы используют радиоканал шириной порядка 6 мегагерц, в 150 раз шире). На практике, всё-таки чаще используется электронное, а не механическое оборудование (например, телевидение с медленной развёрткой).

Технологии механического телевидения нашли применение в современных DLP-проекторах. В них используется матрица маленьких (16 мм²) электростатически заряженных зеркал, которые выборочно отражают свет для создания изображения. Многие дешёвые DLP проекторы используют цветовое колесо для создания цветного изображения. Эта же технология в 1950-х годах применялась в гибридных системах цветного телевидения до изобретения кинескопов с теневой маской.

Другая сфера применения опто-механических технологий — лазерные принтеры, где небольшое вращающееся зеркало используется для управления модулированным лазерным лучом по одной оси, в то время как движение барабана используется для управления по другим осям. Вариант данной схемы с применением мощных лазеров используется в лазерных проекторах с разрешением до 1024 линий (каждая линия насчитывает более 1500 точек). Такие системы отличаются высоким качеством изображения и используются, например, в планетариях и новейших кинотеатрах IMAX.

Принцип действия

Развёртка изображения в механическом телевидении чаще всего выполняется при помощи диска Нипкова, впервые предложенного немецким изобретателем Паулем Нипковым в 1884 году. Диск имеет ряд отверстий, расположенных по спирали.

В передающей камере позади диска, расположенного в фокальной плоскости съёмочного объектива, установлен фотоэлемент для регистрации попадающего на него света. В приёмнике вместо фотоэлектрического элемента используется источник модулированного света, обычно неоновая лампа, обладающая малой инерционностью. Каждое отверстие в своём движении образует одну линию развёртки с переменной яркостью, соответствующей яркости передаваемых участков объекта съёмки. Для передачи сигнала яркости от камеры к приёмнику используется электрическое соединение или радио. Передающие камеры с диском обладали рядом существенных недостатков: в частности, они закреплялись неподвижно из-за риска нарушения развёртки при сотрясении. Панорамирование могло осуществляться только при помощи поворотного зеркала, установленного перед объективом, снимающим объекты отражёнными.

Помимо диска Нипкова существует ряд других технологий. Вместо диска может использоваться вращающийся барабан либо с отверстиями, либо с набором зеркал установленных на нём: например, так называемая конструкция с «зеркальным винтом». На вертикальной оси расположена стопка металлических полированных пластин, повернутых друг относительно друга на небольшой угол. Количество пластин соответствует количеству строк развёртки. При освещении щелевой неоновой лампой, её отражение на зеркальной поверхности перемещается за счёт вращения винта и в результате получается изображение, сопоставимое с размерами всей конструкции. В этом отношении зеркальный винт превосходит диск Нипкова, многократно более громоздкий, чем размер создаваемого кадра. Однако, винт применим только в приёмных устройствах.

Ещё один известный метод «бегущего луча» (англ. flying spot) был попыткой использования аналогичной технологии телекинопроекции, разработанной Манфредом фон Арденне в 1931 году. Объект съёмки находился в затемнённой студии и сканировался узким пучком света, проходящего через отверстия диска Нипкова, 16 раз в секунду. Отражённый от объекта свет попадал не на один фотоэлемент, а на целый блок таких элементов, позволяя суммировать сигнал для повышения светочувствительности системы. Метод «бегущего луча» использовался телекомпанией BBC до 1935 года и в Германии до 1938 года. К недостаткам этого метода стоит отнести условие съёмки — объект должен находиться в темноте, то есть метод не годится для внестудийного вещания. Несмотря на это, такие теледатчики широко использовались для вещания из студии в 30-х годах. При этом диктор усаживался в тёмной кабине и читал новости, а его изображение сканировалось бегущим лучом.

В некоторых ранних механических системах строки располагались не горизонтально, как в современном телевидении, а вертикально. В качестве примера можно привести британскую 30-строчную систему Бэрда. Эта система создавала вертикальное прямоугольное изображение («книжная» ориентация), вместо горизонтального («альбомная» ориентация), распространённого в наши дни. Направление линий зависит от расположения маски кадра относительно диска Нипкова: при расположении слева или справа линии развёртки вертикальные, сверху или снизу — горизонтальные. Из-за низкого разрешения изображений в системе Бэрда, достаточной только для более-менее чёткого изображения одного человека, вертикальная (портретная) ориентация становилась предпочтительней, нежели горизонтальная. Однако, в конце концов победил горизонтальный кадр, совпадающий с кинематографическим.

Запись передач

В дни коммерческой эксплуатации механического телевидения были разработаны системы для записи изображения без звука с использованием модифицированного аппарата для записи граммофонных пластинок. Система, известная как «Фоновидение» (англ. Phonovision) не получила широкого распространения из-за сложности, низкой надёжности и весьма внушительной цены. Но, тем не менее, благодаря этому аппарату до нас дошли уникальные записи широковещательных передач тех лет. В наши дни шотландский инженер Дональд Маклин (англ. Donald F. McLean) создал оборудование для проигрывания этих пластинок и проводит лекции и демонстрации записей, сделанных в 1925—1933 годах.

В коллекции дисков Маклина есть серия тестовых записей, сделанных лично пионером телевидения Джоном Бэрдом. Один диск, датированный 28 марта 1928 года с пометкой «Мисс Паунсфорд» (англ. Miss Pounsford) представляет собой запись длиной в несколько минут изображения женского лица, ведущего оживлённую беседу с кем-то за кадром. В 1993 году личность женщины была установлена — это Мэйбл Паунсфорд, и её короткое появление на диске считается самой первой видеозаписью с участием человека.








26 января 1926 года шотландский инженер Джон Бэрд в присутствии членов лондонского Королевского института впервые продемонстрировал на публике изобретённое им механическое телевидение.

Принцип работы механического телевидения основывался на сканирующем элементе в приёмном и передающем устройстве. Скорость сканирования была 12,5 изображений в секунду. Изображение удавалось получить с помощью вращающихся дисков Нипкова*. Объектив, находящийся перед диском, проецировал «картинку» прямо на диск, а каждое отверстие спирали при движении образовывало линию, через которую проходил свет, попадавший на фотоприёмник. Приёмник соединяли с источником света позади второго диска, который вращался с такой же скоростью, как и первый. В результате на экране можно было увидеть изображение, воспроизведённое построчно.

Механическое телевидение позволяло получать контрастный чёрно-белый снимок, оно было немым и не позволяло передавать звук.

Свой цветной телепередатчик Бэрд показал в 1928 году. Он использовал в нём уже три цветных диска Нипкова с тремя рядами отверстий, закрытых светофильтрами красного, зелёного и синего цветов. Перед каждым диском стоял фильтр, пропускающий только один из трёх основных цветов, а в телевизоре за каждым диском была установлена соответствующего цвета лампа.

Джон Бэрд, 1917 г.

Биография Джона Бэрда

Джон Лоуги Бэрд родился 14 августа 1888 года в шотландском Хеленсбурге. В юности он активно интересовался электричеством и его свойствами. По окончании курса электромеханики в Глазго и Технического колледжа Западной Шотландии он принялся изучать электромеханику, однако был вынужден прервать это занятие в связи с началом Первой мировой войны.

После войны Бэрд не вернулся в колледж, решив вместо этого самостоятельно изучать электрические устройства. После нескольких попыток собрать работающий телевизор Бэрд переехал в Гастингс на южном побережье Англии, где ему наконец удалось собрать несколько рабочих моделей.

Для своих ранних телевизоров он использовал довольно простые предметы — велосипедные линзы, коробку из-под чая, штопальные иглы, коробку от шляпы, ножницы, воск и клей. После нескольких экспериментов Бэрд начал использовать диск Нипкова, и в феврале 1924 года он продемонстрировал механическую телевизионную систему, способную воспроизводить только силуэты снимаемых объектов.

2 октября 1925 в своей лаборатории ему удалось передать чёрно-белое изображение куклы, после чего при помощи телевизионной системы он демонстрировал передачу изображения различных предметов и человека.

Бэрд внёс большой вклад в развитие телевидения, а также работал над огромным множеством изобретений, стремясь создать согревающие носки, стеклянную бритву и пневматическую обувь. Работа над телевизионной системой едва не закончилась для учёного трагически. Его ударило током напряжением в 2000 вольт. По огромному счастью, изобретатель выжил.

*Диск Нипкова — механическое устройство для сканирования изображений, изобретённое Паулем Нипковым в 1884 году. Устройство представляет собой простой вращающийся диск из любого непрозрачного материала (металл, пластик, картон и т. п.) с рядом отверстий одинакового диаметра на равном угловом расстоянии друг от друга.

Происхождение слова и рождение телевидения

Слово «телевидение» произошло от греческого «теле» (далеко) и латинского «визио» (видение). В нашей стране телевидение прошло огромный путь развития – от механического до электронного и цифрового. Можно утверждать, что ни одно другое средство массовой информации не имеет столь насыщенной и стремительно развивающейся истории.

Сегодня трудно представить, что можно было смотреть изображение не на экране привычного кинескопа, а на вращающемся металлическом диске с отверстиями, через которые свет попадал на установленный напротив фотоэлемент, который превращал его в электрические сигналы. Разложение изображения происходило за счет вращения диска. Быстрое вращение диска позволяло зрителю видеть целую картинку. С этого простого оптико-механического устройства для построчной развертки, изобретенного немецким студентом Паулем Нипковым, и начинается рождение телевидения.

Пауль Юлиус Готлиб Нипков (1860-1940) фотография

Пауль Юлиус Готлиб Нипков (1860-1940)

Изобретатели, которые внесли свой вклад в развитие телевидения

История телевидения – это история исследований, изобретений, технических экспериментов. У телевидения нет одного изобретателя. С самого начала развитие идей электрической передачи изображений было интернациональным. К началу XX в. было выдвинуто не менее двух десятков проектов, в том числе пять в России, под названиями «телефотограф», «электрический телескоп», «телефот» и т. п.

Так, проект первой в мире телевизионной системы передачи изображений на расстояние был предложен в 1880 г. русским ученым, профессором Порфирием Ивановичем Бахметьевым.

Порфирий Иванович Бахметьев (1860—1913) фотография

Порфирий Иванович Бахметьев (1860—1913)

Схема, предложенная им, позднее легла в основу телевидения. Для передачи изображения на расстояние, как считал ученый, оно должно быть предварительно разложено на отдельные элементы, затем – элементы последовательно переданы и вновь собраны в единое целое. Такую возможную телевизионную систему Бахметьев назвал «телефотографом». Практически реализовать ее в то время не было возможности, отсутствовала материально-техническая база.

В 1900 г. талантливым экспериментатором Александром Аполлоновичем Полумордвиновым была разработана первая оптико-механическая система передачи цветного изображения названная «телефотом». Система стала важнейшим технологическим открытием. Изобретатель получил привилегию, а разработанный им принцип цветопередачи используется до сих пор.

Александр Аполлонович Полумордвинов (1874-1941) фотография

Александр Аполлонович Полумордвинов (1874-1941)

В 1907 г. профессор Петербургского технологического института Борис Львович Розинг, которого весь мир считает основоположником электронного телевидения, после многолетних опытов запатентовал способ «электрической телескопии», то есть передачи изображений на расстояние с помощью электронно-лучевой трубки. Опыты Розинга были продолжением технологии разложения телевизионного изображения на ряд элементов с передачей по каналам связи и вновь их воссозданием принимающей системой. В применении электронных приборов Розинг видел единственно правильный путь реализации телевидения, и задачу эту, считал он, можно решить лишь при помощи электронного пучка. Этот смелый вывод был сделан ученым в то время, когда сама электроника находилась в зачаточном состоянии. Идеи Розинга получили развитие в разработках его ученика Владимира Зворыкина, эмигрировавшего в 1919 г. в Америку и ставшего там «изобретателем американского электронного телевидения».

Борис Львович Розинг (1869-1933) фотография

Борис Львович Розинг (1869-1933)

Однако еще раньше, в конце XIX в., немецкий изобретатель Пауль Нипков придумал основу для механического телевидения. Будучи студентом, он в 1883—1884 гг. создал систему, идея которой заключалась в использовании диска с отверстиями для разделения изображения на отдельные элементы.

Ходят легенды, что первой жертвой его экспериментов стал журнальный столик, в котором Нипков насверлил множество отверстий, размещенных по спирали Архимеда. Следующей жертвой Нипкова стали его скромные сбережения, отданные на покупку патента, который он получил через год, 15 января 1885 г. Этот патент на «электричес кий телескоп» (позже известный как диск Нипкова), который затем будет широко применяться в механическом телевидении, сделал Нипкова знаменитым, а диск – важным элементом так называемого механического телевидения на протяжении нескольких десятилетий (в нашей стране, например, вплоть до начала 1940-х гг.). Но, получив патент на изобретение, молодой исследователь так и не смог разработать свое устройство, и через 15 лет патент отозван из-за отсутствия интереса к изобретению. К этому времени Пауль Нипков работал уже конструктором в институте Берлине и больше не интересовался темой передачи изображений.

Пройдет еще два десятка лет, прежде чем это изобретение будет востребовано. Ученые и изобретатели Англии, Германии, России, Америки интенсивно вели работы по совершенствованию аппаратуры для передачи движущихся изображений. Для реализации идеи передачи изображения необходим был не только механизм развертки, которым стал диск Пауля Нипкова, но и преобразователь световой энергии в электрическую. Светочувствительный прибор-датчик появился в 1888 г. благодаря работам ученого Московского университета Александра Григорьевича Столетова, доказавшего лабораторными опытами возможность преобразования световой энергии в электрическую. Опираясь на это открытие Столетова, в Петербургском технологическом институте Борис Львович Розинг и сделает впоследствии разработки, которые позволят назвать его основоположником электронного телевидения.

Александр Григорьевич Столетов (1839-1896) фотография

Александр Григорьевич Столетов (1839-1896)

Интересно, что Пауль Нипков впервые увидел практическое применение своего изобретения через 40 лет, в 1928 г., на одной из международных выставок достижений радиотехники в Берлине. «Наконец я могу быть спокойным, –поделился он своими впечатлениями от просмотра механического телевизора. Я видел мерцающую поверхность, на которой что-то двигалось, хотя нельзя было различить, что именно».

Постройка передающего устройства и приемника (с диском Нипкова) активно велась во Всесоюзном электротехническом институте в Москве. Созданная система давала изображение, разложенное на 30 строк (1200 элементов). Профессор П. В. Шмаков так вспоминает первые дни работы аппарата: «Экран со спичечный коробок и передача, которую нам удалось “словить”, – танцующая пара. Она в белом, он в черном. На прощанье она помахала платочком, а он закурил. Был виден дым. Вот и все. Незамысловато, ничего фантастического, но передача преодолела тысячекилометровое пространство, это была маленькая победа человека над пространством, и от одного этого распирало грудь» (Узилевский В. Легенда о хрустальном яйце. Л.: Лениздат, 1965).

Первое опытное телевизионное вещание

Опытное телевизионное вещание с механической системой развертки 30 строк стартовало в 1929-1931 гг. в ведущих странах мира практически одновременно. Формат 30 строк, созданный в Германии, стал фактически международным стандартом.

Газета «Правда» 30 апреля 1931 г. напечатала сообщение: «Завтра впервые в СССР будет произведена опытная передача телевидения (дальновидения) по радио. С коротковолнового передатчика РВЭИ-1 Всесоюзного электротехнического института (Москва) на волне 56,6 метра будет передаваться изображение живого лица и фотографии » (Правда. 1931. 30 апр.). В этой первой публичной телепередаче были показаны сотрудники лаборатории (движущиеся изображения!) и фотографические портреты – без звукового сопровождения, « немые».

После целого ряда опытных сеансов телевизионной связи было решено провести пробные передачи телевизионного вещания. Для этой цели в здание Московского радиотрансляционного узла на Никольской, д. 7, откуда была возможность подачи сигнала на вещательные радиопередатчики и где была оборудована небольшая студия, перенесли аппаратуру из лаборатории Всесоюзного электротехнического института. Первая пробная п ередача состоялась в ночь на 1 октября 1931 г. через радиостанцию Московского совета профсоюзов. Не известно сколько телевизоров принимало ее в тот момент, но современники утверждали, что их было не менее десяти. Передачи стали регулярными. Содержательная сторона этих передач специально не готовилась, это была самодеятельность. А выступать приходилось в темной студии, которая освещалась «бегущим лучом», создаваемым светом мощной кинолампы, закрытой вращающимся диском Нипкова.

Первая отечественная телепередача

Сведения о первой вещательной телепередаче 1 октября 1931 г. попали в центральные газеты и эта дата считается официальной датой начала отечественного телевизионного вещания.

Передачи, адресованные радиозрителям, как тогда называли тех, кто принимал телевизионные передачи, велись на основе твердой программы. Правда, телевизоров было очень мало. Размер экрана не превышал размера спичечного коробка. По нынешним понятиям техника телевидения начала 1930-х гг. выглядит крайне скромной, но именно тогда, в 1931 г., телевидение стало практической реальностью и в этом неоценимая заслуга первопроходцев.

Первый в стране комплект телевизионного оборудования, посредством которого из аппаратной Московского радиовещательного узла шли передачи, был создан выдающимся ученым Павлом Васильевичем Шмаковым. Кстати, ему принадлежит идея использования в качестве ретранслятора самолета, летающего между пунктами передачи сигнала и приема. Эта идея ученого получила свое развитие во время Всемирного фестиваля молодежи и студентов в Москве в 1957 г. и при встрече первого космонавта Планеты Юрия Гагарина в 1961 г.

Павел Васильевич Шмаков (1885-1982) фотография

Павел Васильевич Шмаков (1885-1982)

Механическое телевидение в короткое время получило широкое распространение и стало доступно всем. Передачи принимались радиолюбителями в Томске, Нижнем Новгороде, Одессе, Смоленске, Ленинграде, Киеве, Харькове.

Благодаря тому, что телевидение в нашей стране началось как механическое, идею «видения на расстоянии» удалось распространить гораздо быстрее и шире, чем это позволило бы сделать телевидение электронное.

Так как п ередачи механического телеви дения ведутся на средних и длинных волнах, их можно принимать всюду, и телецентр в Москве мог охватить практически всю террито рию СССР. Передачи же электронного телевидения могут вестись лишь на ультракоротких волнах, которые распространяются только в пределах прямой видимости от антенны передатчика до антенны приемника. Поэтому, если бы советское телевидение начиналось как электронное, интерес к нему могли бы проявлять только жители Москвы и пригородов. Разумеется, такая ограниченность зоны действия телецентра не имела бы возможности широкого распространения идеи телевидения. Интерес к телевидению, разбуженный первыми опытными передачами, стимулировал рост общественной потребности в нем.

Развитие советского телевидения в 1950-е гг.

Чтобы покрыть огромную территорию страны телевизионным вещанием, нужно было либо построить достаточное количество программных телецентров, либо связать города и села сетью кабельных или радиорелейных линий. Развитие советского телевидения в 1950-е гг. пошло по первому пути.

У механического телевидения был один существенный недостаток – очень низкое качество изображения. На столь маленьком экране другого и быть не могло. Чтобы увеличить экран до размера средней фотографии (9 х 12 см), диск в телекамере должен был быть более двух метров в диаметре. Примерно 20 лет электронное и механическое телевидение конкурировали друг с другом, и только к началу 1940 -х гг. последнее вынуждено было уступить дорогу более совершенной и перспективной системе.

В большинстве развитых стран опытные телевизионные передачи через электронные системы ТВ, которые в итоге отодвинули механическое телевидение в сторону, начались в период с 1936 по 1940 г.

Передачи механического телевидения из Москвы прекратились в декабре 1938 г. с запуском нового телецентра на Шаболовке, основанного уже на электронных принципах.

Автор: Костоусов Владимир Порфирьевич, «Телевидение в лицах, цифрах и событиях».

Механическое телевидение — разновидность телевидения, использующая для разложения изображения на элементы электромеханические устройства вместо электронно-лучевых трубок. Самые первые телевизионные системы были механическими и чаще всего не предусматривали звукового сопровождения. В отличие от современного, полностью электронного телевидения, механическое предполагает наличие в передающем и приемном устройствах специального механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. Как правило, это диск Нипкова. Первая работоспособная система подобного типа была создана Джоном Бэрдом (англ. John Logie Baird ) в 1920-е годы. Из-за небольшого количества передаваемых элементов изображения, механическое телевидение иногда называют малострочным.



Содержание

История

Ранние опыты

Первые опыты передачи изображений на расстояние проводились уже в XIX веке. Шелфорд Бидуэлл (англ. Shelford Bidwell ) продемонстрировал систему передачи неподвижных фотографий в 1881 году, которая использовала механическое разложение на элементы. Эта технология быстро нашла применение в новостной фотожурналистике, но была неприменима для передачи движущегося изображения из-за крайне низкой светочувствительности селеновых фотоэлементов. Сканирование фотографии с качеством, приемлемым для газетной полиграфии, занимало несколько минут. Лишь в 1909 году удалось добиться мгновенного сканирования изображений, не содержащих полутонов. В 1923 году американец Чарльз Дженкинс (англ. Charles Francis Jenkins ) передал первое движущееся силуэтное изображение, а 13 июня 1925 года состоялась демонстрация передачи полутонового движущегося изображения со звуком.

На рубеже XIX и XX веков русский изобретатель А. А. Полумордвинов работал над своим «телефотом», ключевым элементом которого был т. н. «светораспределитель» [1] . Это была первая в мире система цветного телевидения с диском Нипкова, ставшая прообразом современных систем на теории трёхкомпонентного цветового зрения. Она была предложена лаборантом Казанского университета Полумордвиновым 5 января 1900 года. В том же месяце изобретение получило высокую оценку на Первом электротехническом съезде в Петербурге. Однако систему собрать не удалось, и в 1925 году патент был продан английскому изобретателю Д. Бэрду [2] .

Первые телестанции

Бэрду удалось создать первую в мире работоспособную систему телевидения, передающую движущееся полутоновое изображение. Первая передача состоялась 26 января 1926 года в его лондонской лаборатории. Первая телевизионная станция WCFL [3] вышла в эфир в Чикаго 12 июня 1928 года. Её создателем был Улисс Санабриа [4] (англ. Ulises Armand Sanabria ), который впервые использовал для передачи изображения и звука один диапазон радиоволн, начав 19 мая 1929 года трансляцию звукового сопровождения радиостанцией WIBO, а видеосигнала — станцией WCFL. Первые серийные телевизионные приемники «Вижэнет» (англ. Visionette ) с 45-строчной механической развёрткой начали выпускаться компанией Western Television в 1929 году по цене чуть меньше 100 долларов [5] .

В СССР существовал стандарт механического телевидения с разложением на 30 строк и частотой кадров 12,5 к/сек [6] . Соотношение сторон кадра было принято близким к «классическому» — 4:3 с разрешением примерно 30х40 элементов. При помощи системы велись регулярные передачи кинофильмов и трансляции из студии первого московского телецентра на Никольской улице. Первая экспериментальная передача состоялась 1 мая 1931 года на волне 56,6 метров без звукового сопровождения [7] . Регулярное механическое вещание из телецентра началось 15 ноября 1934 года с передачи 25-минутного эстрадного концерта [7] . Изображение передавалось на волнах 1107 метров, а звук транслировался радиостанцией ВЦСПС на длине волны 726 метров с полуночи до часа ночи 12 раз в месяц [8] . С 1933 до 1936 года отечественной промышленностью было выпущено более 3000 телевизоров марки «Б-2» [9] . Механические телевизоры тех лет представляли собой приставку к обычному радиоприёмнику. Для приёма звукового сопровождения, при его наличии, требовался ещё один радиоприёмник. Одним из немногих достоинств механического телевидения была возможность приёма его передач на больших расстояниях из-за использования диапазона средних радиоволн [10] . В начале 1930-х годов среди советских радиолюбителей получило распространение конструирование самодельных телеприставок [11] для приёма телетрансляций, в том числе зарубежных [6] . В то же время, их иностранные коллеги имели возможность создания любительских телестанций [12] . После московского телецентра передачи механического телевидения начались из Одессы и Ленинграда [10] . Регулярные передачи механического телевидения из Москвы прекратились в апреле 1940 года после запуска нового телецентра на Шаболовке, основанного уже на электронных принципах [9] .

Количество строк систем с диском было ограничено и составляло от 30 до 120. После 1935 года благодаря некоторым техническим достижениям появились механические системы, рассчитанные на 180 и более строк. Однако, качество изображения электронного телевидения для механического осталось недостижимым. Лучшей системой механического телевидения можно по праву назвать британскую «Скофони» (англ. Scophony ) [13] , которая воспроизводила 405 линий на экране размером до 2,8×3,7 метров (9×12 футов). Было собрано несколько аппаратов этой системы, в том числе для домашнего использования [14] с экраном 24×22 дюйма (56×61 см). В системе Scophony для создания изображения использовалось несколько барабанов [14] , вращающихся с большой скоростью. Массовый выпуск телевизоров этого типа не состоялся из-за приближения мировой войны. Также известна американская система с 441 линией развёртки, использовавшая несколько барабанов, один из которых вращался со скоростью 39 690 об/мин, а другой — несколько сотен оборотов в минуту.

Механические системы телевидения существовали до начала Второй мировой войны, уступив своё место более технологичным и надежным электронным после её окончания.

Принцип работы



В основе механической части обычно лежит диск Нипкова, который имеет ряд отверстий, расположенных по спирали.

В передающей камере сзади диска, расположенного в фокальной плоскости съёмочного объектива, установлен фотоэлемент для регистрации попадающего на него света. В приёмнике вместо фотоэлектрического элемента используется источник модулированного света, обычно неоновая лампа, обладающая малой инерционностью. Каждое отверстие в своём движении образует одну линию развёртки с переменной яркостью, соответствующей яркости передаваемых участков объекта съёмки. Для передачи сигнала яркости от камеры к приёмнику используется радио. Передающие камеры с диском обладали рядом существенных недостатков: в частности, они закреплялись неподвижно из-за риска нарушения развёртки при сотрясении. Панорамирование могло осуществляться только при помощи поворотного зеркала, установленного перед объективом, снимающим объекты отражёнными [15] .

Помимо диска Нипкова существует ряд других технологий. Вместо диска может использоваться вращающийся барабан либо с отверстиями, либо с набором зеркал установленных на нём: например, так называемая конструкция с «зеркальным винтом» [16] .

Ещё один известный метод «бегущего луча» (англ. flying spot ) был попыткой использования аналогичной технологии телекинопроекции, разработанной Манфредом фон Арденне в 1931 году. Объект съёмки находился в затемнённой студии и сканировался узким пучком света, проходящего через отверстия диска Нипкова, 16 раз в секунду. Отражённый от объекта свет попадал не на один фотоэлемент, а на целый блок таких элементов, позволяя суммировать сигнал для повышения светочувствительности системы. Метод «бегущего луча» использовался телекомпанией BBC до 1935 года и в Германии до 1938 года. К недостаткам этого метода стоит отнести условие съёмки — объект должен находиться в темноте, то есть метод не годится для съёмок днём вне студии.

Некоторые из вышеописанных систем были в состоянии воспроизводить изображения размером до полуметра с качеством, сравнимым с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), вытеснившей впоследствии механическое телевидение. Возможности электронного («катодного») телевидения в то время были ограничены маленькими экранами с весьма низкой яркостью и контрастностью изображения.

Некоторые ранние механические системы сканировали строки не по горизонтали, как это происходит сейчас, а по вертикали. В качестве примера можно привести британскую 30-строчную систему Бэрда (англ. Baird ). Эта система создавала вертикальное прямоугольное изображение (книжная ориентация), вместо горизонтального (альбомная ориентация), распространённого в наши дни. Направление линий зависит от расположения маски кадра относительно диска Нипкова: при расположении слева или справа линии развёртки вертикальные, сверху или снизу — горизонтальные. Из-за низкого разрешения изображений в системе Бэрда, достаточной только для более-менее чёткого изображения одного человека, вертикальная (портретная) ориентация становилась предпочтительней, нежели горизонтальная. Когда в изображении используется 60 или более линий, в кадре можно будет разместить несколько человек. Именно тогда маска была перенесена для создания горизонтального изображения, что и используется по сегодняшний день.

Развитие электронного телевидения (после появления иконоскопа для передающих камер и кинескопа для приёмников) означало завершение эры механического телевидения. Механическое телевидение годилось только для воспроизведения небольших изображений и было вне конкуренции до середины 1930-х. Но, перед началом Второй мировой войны развитие электронного телевидения ускорилось — появлялись электронные системы с 400 и даже 600 линиями и ещё более высокой чёткостью.

Запись передач

В дни коммерческой эксплуатации механического телевидения были разработаны системы для записи изображений (но не звука) с использованием модифицированного аппарата для записи граммофонных пластинок. Система, известная как «Фоновидение» не получила высокого распространения из-за высокой сложности, низкой надёжности и весьма внушительной цены. Но, тем не менее, благодаря этому аппарату до нас дошли записи широковещательных передач, которые могли бы быть утеряны.

В наши дни шотландский инженер Дональд Маклин (Donald F. McLean) создал оборудование для проигрывания этих пластинок и проводит лекции и демонстрации записей, сделанных в 1925 — 1933 годах [17] .

В коллекции дисков Маклина есть серия тестовых записей, сделанных лично пионером телевидения Джоном Бэрдом. Один диск, датированный 28 марта 1928 года с пометкой «Мисс Паунсфорд» (англ. Miss Poundsford ) представляет собой запись длиной в несколько минут изображения женского лица, ведущего оживлённую беседу с кем-то за кадром. В 1993 году личность женщины была установлена — это Мэйбл Паунсфорд, и её короткое появление на диске считается самой первой видеозаписью с участием человека [18] .

Современное использование



Системы механического телевидения применялись в фототелевизионных системах для передачи изображений с Луны и других планет автоматическими межпланетными станциями. 25 декабря 1966 года советская АМС «Луна-13» впервые передала панораму лунной поверхности при помощи механической развёртки. Кадр, состоящий из 1500 вертикальных строк, передавался в течение полутора часов. За счёт невысокой скорости передачи удалось использовать более надёжный диапазон радиоволн и получить изображение неподвижных объектов с высокой чёткостью [6] .

C 1970-х годов некоторые радиолюбители экспериментировали с системами механического телевидения. Оборудование перепроектировалось с учётом новых технологий: старые неоновые лампы заменялись сверхъяркими светодиодами и т. п. В таких системах есть свои достоинства, важные для создания узкополосного телевидения, с шириной диапазона менее 40 килогерц (современные телевизионные системы используют радиоканал шириной порядка 6 мегагерц, в 150 раз шире). На практике, всё-таки чаще используется электронное, а не механическое оборудование (например, телевидение с медленной развёрткой).

В наше время, технологии механического телевидения нашли применение в DLP-проекторах. В них используется матрица маленьких (16 мм²) электростатически заряженных зеркал, которые выборочно отражают свет для создания изображения. Многие дешёвые DLP проекторы используют цветовое колесо для создания цветного изображения. Эта технология применялась также в электронном цветном телевидении до изобретения кинескопов с теневой маской.

Другая сфера применения опто-механических технологий — лазерные принтеры, где небольшое вращающееся зеркало используется для управления модулированным лазерным лучом по одной оси, в то время как движение барабана используется для управления по другим осям. Вариант данной схемы с применением мощных лазеров используется в лазерных проекторах с разрешением до 1024 линий (каждая линия насчитывает более 1500 точек). Такие системы отличаются высоким качеством изображения и используются, например, в планетариях.

Читайте также: