ELEKTRONİK KURGULAR VE CİHAZLAR

İskra Yovanovska Yasna Domazetovska Hristina Lazaroska Stoyanovska ELEKTRONİK KURGULAR VE CİHAZLAR IV SINIF ÜSKÜP, 2011

ELEKTRONİK KURGULAR VE CİHAZLAR Yük. El. Müh. İskra Yovanovska Yük. El. Müh. Yasna Domazetovska Yük. El. Müh. Hristina Lazaroska Stoyanoska Değerlendirenler: 1. Dr. Tsveta Martinovska 2. Yük. El. Müh. Deyan Antonovski 3. Yük. El. Müh. Katerina Malova Mladenovska Redaksiyon: Prof. Dr. Arif Ago Düzeltici: Dr. Aktan Ago Çeviri: Ervin Salih Bilgisayar hazırlığı Yasna Domazetovska Kapak tasarım ve yapım Kristiyan Kuzmanoski Yayıncı: Makedonya Cumhuriyeti Eğitim ve Bilim Bakanlığı Basımevi: Grafiçki Centar Ltd., Üsküp Tiraz: 30 Ders Kitapları Milli Komisyon tarafından 17.06.2011 tarihinde ve no. 22-1046/1 kararıyla Elektroteknik alanında elektroteknik ve telekomünikasyon elektroteknisyeni mesleği için Elektronik Kurgular ve Cihazlar ders kitabın kullanımı onaylanmıştır. CIP - Каталогизација во публикација Национална и универзитетска библиотека Св.Климент Охридски, Скопје АВТОР: Јовановска, Искра - автор ОДГОВОРНОСТ: Домазетовска, Јасна - автор Лазароска Стојановска, Христина - автор НАСЛОВ: Електронски склопови и уреди: електротехничка струка IV година: електротехничар за електроника и телекомуникации ИМПРЕСУМ: Скопје: Министерство за образование и наука на Република Македонија, 2011 ФИЗИЧКИ ОПИС.: 436 стр.: илустр. ; 30 см ISBN: 978-608-226-239-0 УДК: 621.38/39(075.3) ВИД ГРАЃА: монографска публикација, текстуална граѓа, печатена ИЗДАВАЊЕТО СЕ ПРЕДВИДУВА: 07.11.2011 COBISS.MK-ID: 89001994

Elektronik kurgular ve cihazlar ÖNSÖZ Elektronik kurgular ve cihazlar dersini, elektroteknik mesleğinden elektronik ve telekomunikasyon dalından üçüncü ve dördüncü sınıf öğrencileri okuyor. Üçüncü sınıfta sesi bir enerji şeklinden başka enerji şekline dönüştüren cihazlar ve ses sinyallerini kaydetme ve oynatma cihazları inceleniyor. Dördüncü sınıfta video sinyallerin, görüntü ve sesin üretimi, iletimi ve reprodüksiyonu okunuyor. Malzeme on iki başlığa ayrılmıştır. Ders kitabında ışık dönüştürücüleri, video sinyalin işletimi, kaydedilmesi, dağıtımı ve reprodüksiyonu inceleniyor. Işık ve onun özellikleri yanısıra, elektronik video cihazların özelliklerini belirlemekte insan gözünün olanakları hakkında söz ediliyor. Bilim ve teknik kazanımların uygulanmasıyla, video elektronik cihazların gelişimi kapsanmıştır.özellikle görüntü ve sesin işletimi, dağıtımı ve reprodüksiyon cihazların çalışma prensibleri, olası gerçekleşmeleri, özellikleri ve kullanımına önem verilmiştir.yapılımlar en basitlerden başlayarak daha kompleksli yapılımlar üzerinden en modern çözümlere kadar gösterilerek incelenmiştir. Ders kitabının yapılmasında meslektaşlarımıza, Emiter dergisinden arkadaşlarımıza, Üsküp Elektroteknik ve Bilişim Teknoloji Fakültesi nden meslektaşlarımıza ve ders kitabının değerlendiricilerine verdikleri uzman yardımlar ve yapıcı önerilerinle aldığımız yardımdan dolayı teşekkürlerimizi sunuyoruz. Bu malzemenin hazırlanması sırasında aldığımız destek,anlayış ve yardım için ailelerimize ayrıca teşekkür ediyoruz. Burada incelenen malzemenin sürekli geliştiğini göz önüne alarak, öğretmenin bu dallardan malzemenin hakkında bilgilerini sürekli yükseltmesi gerektiğini düşünüyoruz. Tabii ki, ilerdeki baskıların bu alanlarda olası yeniliklerle zenginleştirmeye çaba göstereceğiz. Ayrıdan ek öneriler ve görüşlere önem vererek önceden teşekkür ediyoruz. Yazarlar

Elektronik kurgular ve cihazlar İçindekiler GİRİŞ...9 1. IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ...12 1.1. Işığın Fiziksel Özellikleri... 13 1.2. Gözün Özellikleri... 14 1.3. Kolorimetrinin Elemanları... 16 1.4. Rengin Belirlenmesi... 19 1.5. Kolorimetrik Renk Sistemleri... 23 1.5.1. RGB Renk Modeli...24 1.5.2. CMY(K) Renk Modeli...24 1.5.3. HSV Renk Modeli`...25 1.5.4. HLS Renk Modeli...27 2. ANALOG VİDEOSİNYAL...29 2.1. Görüntü Analizi... 29 2.2. Kademeli Analiz... 30 2.3. Aralıklı Analiz... 32 2.4. Görüntü Çözünürlüğü... 34 3. TELEVİZYON KAMERALARI...38 3.1. Süperortikon... 38 3.2. Vidikon... 40 3.3. Plambikon... 43 3.4. CCD Görüntü Sensörleri... 47 3.4.1. CCD Sensörlerin Çalışma Prensibi...48 3.4.2. Yarı İletken Görüntü Sensörlerin Yapısı...52 3.4.3. FF-CCD Görüntü Sensörü...53 3.4.4. ILT-CCD Görüntü Sensörü...54 3.4.5. FT - CCD Görüntü Sensörü...56 3.5. Renkli Kamera... 58 3.5.1. Renkli Kameranın Çalışma Prensibi...59 3.5.2. Gama Düzeltme...62 3.5.3. Uyumlu Renkli Görüntü İletim Sistemin Blok Diyagramı...64

Elektronik kurgular ve cihazlar 4. ANALOG TV-STANDARTLAR...67 4.1. Video Sinyal... 68 4.2. Bileşik Renkli Video Sinyal... 70 4.3. Bileşik Senkronizasyon Sinyali... 73 4.4. Amplitüt-Frekans Özelliği... 76 4.5. PAL-Sistemi... 78 4.6. Sinyal Farkların İletimi... 78 4.7. Renklilik Sinyali... 82 4.8. Faz Hatanın Düzeltilmesi... 84 4.9. PAL-Sisteminde Kodlayıcı... 87 4.10. Burst-Sinyali... 90 4.11. NTSC-Sistemi... 94 4.12. SECAM-Sistemi... 97 5. DİJİTAL TELEVİZYON... 103 5.1. A/D DÖNÜŞÜM... 103 5.2. PAL-Sinyalin Dijitalleştirilmesi... 110 5.3. Sinyalin Sıkıştırılması... 113 5.4. Video Sinyalin Sıkıştırma Standartları... 114 5.4.1. MPEG-1 Standardı...114 5.4.2. MPEG-2 Standardı...116 5.4.3. MPEG-4 Standardı...118 5.5. Dijital Televizyonun Dağıtımı... 119 5.5.1. DVB Sinyalin İletimi...121 6. TELEVİZYON ALICISI... 123 6.1. TV-Alıcının Blok-Diyagramı... 123 6.2. Renkli TV-Alıcı... 126 6.3. VHF/UHF-Tüner... 130 6.3.1. VHF-Kesimi...131 6.3.2. UHF-Kesimi...133 6.4. Analog TV-Alıcı... 133 6.5. Kanalların Uzaktan Seçilmesi... 136 6.5.1. Uzaktan Kumanda...136 6.5.2. Uzaktan Kumanda Alıcısı...138

Elektronik kurgular ve cihazlar 6.6. Kineskoplar... 144 6.6.1. Elektron Tabancaların Delta Sıralamalı Kineskop...148 6.6.2. Elektron Tabancaların Doğrusal Sıralamalı Kineskoplar...149 6.6.3. Trinitron-Kineskoplar...151 6.6.4. Rengin Yakınsaması...153 6.6.5. Renk Temizliği...157 7. DİJİTAL TELEVİZYON ALICILARI... 163 7.1. Plazma Ekranlar... 165 7.2. Sıvı Kristal Ekranlar(LCD)... 169 7.2.1. LCD-Ekranların Özellikleri...174 7.3. LCD ve Plazma Ekranların Karşılaştırılması... 177 7.4. Kısmen Dijitalleştirilmiş TV-Alıcılar... 179 7.4.1. Dijitalleştirilmiş TV-Alıcının İşlevsel Bütünleri...180 7.4.2. Dijital İşletme İşlemcileri...184 7.4.3. Dijital TV-Alıcılarda Veriyollar...185 7.4.4. TV-Alıcının Diğer Cihazlarla Bağlanması...186 7.5. Dijitalleştirilmiş TV-Alıcının Blok-Diyagramı... 188 7.6. Dijital LCD TV-Alıcının Blok-Diyagramı... 192 8. VİDEOSİNYALLERİN YAYINLANMASI... 196 8.1. TV-İletimde Yayıncılık... 196 8.2. PAL Amplitüt-Frekans Özelliği... 198 8.3. Televizyon Standartları ve Kanalları... 199 8.4. Renk-Sistemlerin Karşılaştırılması.... 200 8.5. Yayın İletimin İçin Frekans Kapsamları... 203 8.6. Dijital Televizyon Standardı... 206 9. UYDU VE KABLOLU TELEVİZYONU... 208 9.1. Uydu Televizyonu... 208 9.2. TV-Sinyallerin Uydu İletimi... 210 9.3. Uydu Alıcısı... 213 9.3.1. Analog Uydu Alıcı...213 9.3.2. Dijital Uydu Alıcı....214 9.4. Uydu Sinyallerin Frekans Kapsamı... 215 9.5. МАС Uydu Video Sistemi... 217

Elektronik kurgular ve cihazlar 9.6. Kablolu Televizyon... 219 9.7. Kablolu Televizyonla Dağıtım... 220 9.8. Dijital Kablolu Televizyon... 221 9.9. Ortak Anten Sistemli Binalarda TV-Sinyallerin Dağıtımı... 222 9.9.1. Anten Kuvvetlendiricisi...224 10. ANALOG VİDEO KAYIT... 227 10.1. Manyetik Yazdırma ve Reprodüksiyon... 228 10.1.1.Reprodüksiyon Süreci...228 10.2. Enine Manyetoskoplar... 229 10.3. Helikoidal Manyetoskoplar... 230 10.3.1. Manyetoskoplarda Kaydetme...232 10.4. Manyetoskopta Reprodüksiyon... 234 10.5. Video Sinyalin Manyetik Kaydedilmesi... 236 10.6. VHS-Manyetoskoplar... 237 11. DİJİTAL VİDEO KAYIT... 240 11.1. Dijital Manyetoskopların Çalışması... 241 11.2. D-Biçimden Kompozit Dijital Manyetoskoplar... 242 11.3. DVC Formatlar... 243 11.3.1. DVC PRO Formatı...244 11.4. DV Formatı... 248 11.4.1. DVCAM Formatı...248 11.5. D9 - Digital Formatın Bileşenleri... 251 11.6. D10 (MPEG IMX) Dijital Formatı... 252 11.7. BETACAM SX... 253 11.8. Sabit Disk Kaydediciler... 254 11.9. Video Disk - DVD Video... 255 11.9.1. DVD-Diskin Kaydedilmesi...255 11.9.2. DVD-Diskin Reprodüksiyonu...257 11.9.3. DVD Video Disk...258 11.10. Optik Diskli Profesyonel Kamkorderler... 261 11.11. P2 Bellek Kartlar Formatı... 262 11.12. TV-Prodüksiyonda Montaj... 263 11.12.1. P2 Reprodüktör (P2 dek)...265

Elektronik kurgular ve cihazlar 12. VİDEO İLETİMDE VE KAYDETMEDE YENİLİKLER... 268 12.1. Teletekst-Videotekst... 268 12.2. Genişletilmiş Çözünürlüklü Televizyon - EDTV... 271 12.3. Yüksek Çözünürlüklü Televizyon - HDTV... 273 12.4. Projeksiyon Televizyonu... 278 12.5. Dahili Televizyon... 280

GİRİŞ Uzaktan görüntü aktarımı tüm dünyada kabul edilen sistemle gerçekleşiyor ve bu sisteme televizyon (TV) sistemi denir. TV-sistemi şu altsistemlerden oluşuyor: TV-merkez, verici ve alıcı. Verici tarafında, kaydedilen görüntü ya da sahne hakkında optik bilgiler uygun elektrik sinyale dönüştürülüyor. Bu sinyaller kuvvetlendiriliyor, uzak mesafeye iletim için uygun şekilde biçimlendiriliyor ve sinyallerin alınacağı yere kadar gönderiliyor. Alıcı tarafında ters süreç gerçekleşiyor, yani elektrik sinyalleri uygun optik bilgilere dönüştürülüyor. Televizyon kelimesi ve Yunanca tele (uzak, mesafe) ve Latince vizio (görünüm) sözlerinden oluşan kompleks bir kelimedir. Televizyon proğramının oluşması kompleks bir süreçtir ve elektrik sinyaller, video sinyaller ve ses sinyalleri elde etmek için elektronik, optik, elektromekanik ve diğer video cihazların ve donanımın kullanılmasını gerektiriyor. Televizyon proğramı hemen yayınlanabilir ya da daha geç yayınlamak için kaydediliyor. Bilindiği gibi, nesneleri ve elemanları sadece belli bir ışıkla aydınlatılmış olunca farkedebiliyoruz. Nesnelerin belirli kısımlarını, bu kısımlardan izleyiciye yansıyan ışık miktarı arasında fark olmasından dolayı ayırt edebiliyoruz. Renkli görüntülerin aktarılması kompleks bir süreçtir. Bu kompleks süreç, renkli televizyonun teknik gerçekleşmesinin kolorimetrenin temel prensiplerine ve insan gözünün özelliklerine (kusurlarına) dayanan bilim adamlar grubunun fikri sayesinde çözülmüştür. Kolorimetri renkleri ölçmekle incelemeyi ve araştırmayı kapsayan psikofiziğin bir dalıdır. Kolorimetrenin temel prensiplerin uygulanmasıyla ve insanın görüntüyü görünce yaşanan psikolojik süreçlerin incelenmesiyle, renkli görüntülerin iletimi için modern TV-sistemlerin temelleri verilmiştir.

Elektronik kurgular ve cihazlar Televizyon proğramların radyo difüzyon yayınlama başlangıçları, tüp teknik zamanından ya da vakumlu elektronik tüpler zamanından geliyor. Siyah-beyaz televizyondan renkli televizyona geçiş başarılı yapılmış ve bu sırada standart olarak uyumluluk çözümü kabul edilmiş. Yarı iletken teknolojisinin gelişimi, özel olarak televizyon ses ve video cihazları için önce transistörlerin, ondan sonra da tümleşik devrelerin üretimine yol açmış. Cihazların küçülmüş boyutları ve ağırlıkları dışında, çalışmak için gereken elektrik enerjinin tüketimi de büyük ölçüde azalmış. Bu gelişme özelikle evde kullandığımız TV-alıcılar, manyetoskoplar, çalarlar, TV-kameralar ve benzer ev cihazları için önemlidir, çünkü bazı tahminlere göre dünya çapındabu türden yüzlerce milyon böyle cihaz kullanılıyor. Dijitalleştirme (sayısallaştırma) ile önce televizyonun yönetim işlevleri kapsan mıştır, modern alıcılarda ise sinyal işletimi de kapsanmıştır. Son yıllarda vericileri ve alıcıları kapsayan, tamamen dijital televizyon sistemleri gelişmiştir ve giderek fazla kullanılıyor. Televizyon alıcısı televizyon proğramlarının alınması ve reprodüksiyonu için kullanılan cihazdır. Yeryüzü ve uydu televizyonlardan analog ve dijital proğramların alınması, içinde TV-kartı yerleşmiş bilgisayar ile de gerçekleşebilir. Klasik alıcılarda görüntü, katot tüplü CRT (Cathode Ray Tube) ekranlarında üretiliyor. Modern alıcılar düz ekranlarla yapılıyor, LCD (Liquid Crystal Display) sıvı kristallerle ve plazma ya da PDP (Plazma Display Panel). anten uydu anteni Video Server PTT Komütasyon İnternet Protokol (IP) uydu alıcı STB dönüştürücü ADSL modem video kaydedirici LD, video, DVD Sinyaller RF video ses TV alıcı Şek.1.1: Farklı kaynaklardan TV-proğramın alınması ve reprodüksiyonu 10

GİRİŞ Her televizyon alıcısı, proğramı televizyon merkezlerin iletim ağından ya da kaset veya disk gibi bellek medyumun yardımıyla alıyor. Televizyon proğramının farklı alma ve reprodüksiyon şekilleri şematik olarak Şek.1.1 de verilmiştir. Proğram alımı ve reprodüksiyon zemin televizyondan, bireysel bağlantı aracılığıyla veya uydu alıcı aracılığıyla uydu ve kablolu televizyondan olabilir. Alım ve reprodüksiyon ev video cihazlarla gerçekleşebilir: LD (Laserdisc) ve DVD (Digital Video Disk). STB dönüştürücü (Analog to Digital TV Convertor) ve A/D dönüştürücüyle alıcı MATV ye (Master Antenna Television), SMATV (Satellite Master Antenna Television) ana antenli televizyon ile CATV (Community Antenna Television) ortak antenli televizyonla, kablolu televizyona, MMDS (Multichannel Multipoint Distribution) çok kanallı çok kutuplu dağıtım ya da telsiz kablo, LMDS (Local Multipoint Distribution Service) yerel çok kutuplı dağıtım servisi ile bağlıdır, ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)-asimetrik dijital abone hattı ile modem PTT den (Posta-Telefon- Telegraf) komütasyondan video serverler ve İnternet protokolları ile bağlanabilir. Video cihazlar kameralar, manyetoskoplar, monitörler, karıştırıcı ve benzer cihazlar gibi, temel frekans kapsamında video veya video ve ses sinyallerin işletilmesi için kullanılan elektronik veya elektromekanik kurgulardır. Zemin (yeryüzü) televizyonu belli bir bölgede TV-proğramların dağıtımı ve yayını için televizyon vericilerden oluşan ağ tanımlıyor. Bu temel yayın şeklidir ve uzun yıllar boyunca tek iletim şekliymiş. Elektromanyetik dalgaların doğrusal yayılımıyla daha geniş kullanıcı bölgesi ya da hizmet bölgesinin kapsanması amacıyla, TV-vericisi genelde daha yüksek noktalarda yerleşiyor. Uydu televizyonu dünyanın yapay uydularında bulunan alıcı-vericiler yardımıyla TV-proğramların dağıtımı ve yayınıdır. Ekvatoryel düzleminin yer durağan yörüngesinde yerlemiş olan, yapay yeryüzü uyduların kullanılmasıyla, büyük alanlar kapsayan kapsama bölgelerinde televizyon proğramların yayınlanması ve dağıtımı sırasında avantajlar sağlanıyor. Yeryüzü vericilerden sinyallerin alınması için kullanlan bireysel anten sistemleri, uygun filtre bölümleri (FS) ile bağlanmış olan bir veya fazla VHF/UHF antenden oluşuyor. Alınan sinyal, koaksiyel kablo aracılığıyla radyofrekans (RF) girişinden TV-alıcıya götürülüyor. 11

Elektronik kurgular ve cihazlar 1. IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ Işık psikolojik süreçlerle yorumlanan fiziksel olaydır. Işık psikofizik bir olaydır. Fiziksel anlamda, görünür ışık, ışık ışınımları 380nm den 780nm ye kadar dalga uzunluğunda elektromanyetik ışınımlara uyumludur. Pratikte 400nm den 700nm ye kadar kapsam alınıyor, çünkü bu kapsam dışında gözün hassasiyeti çok küçüktür. Bu kapsam dışında 400nm altında olan morötesi ışıklar tayfı (spektrumu), 100nm altında olan x-ışınımların tayfıdır, kızıl ötesi ışığın tayfı ise 780 nm üzerindedir (Şek.1.2). X-ışınımlar morötesi tayfı görünür ışık kızıl ötesi tayfı dalga uzunluğu Şek.1.2: Işığın tayfı (spektrumu) Görünür tayfın kapsamında elektromanyetik dalgalar yayan her yüzeye ya da cisime ışık kaynağı denir. Işık kaynakları birincil ya da ikincil olabilir. Birincil kaynaklar kendi enerjilerini yayıyor, ikincil kaynaklar ise diğer kaynaklardan ışığın bir bölümünü yansıyan yüzeylerdir. En önemli doğal ışık kaynağı güneştir. Yapay kaynaklar çok sayıda vardır ve onları sıcaklık kaynaklarına ve gazlardan elektrik enerjinin akmasıyla elde edilen kaynaklara ayırabiliriz. Doğasına göre, iki ışınım türü farkediyoruz: Işığın monokromatik ve bileşik ışınımı. Monokromatik (tek renkli) ışınım, belirli dalga uzunluğu olan aynı, tek düze ışınımdır, bileşik ışınım ise fazla monokromatik ışınımın toplamıdır (beyaz rengi böyledir).

IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ 1.1. Işığın Fiziksel Özellikleri Işık kaynakların en önemli özelliği onların spektral (tayf) özelliğidir ya da zaman biriminde yayılan enerjinin ayrı ışınım bileşenlere dağıtımı (ışınım akısı). Kaynağın doğasına bağlı olarak, spektral özelliği sürekli ve doğrusal olabilir. Doğrusal tayf aralarında boş alanlar bulunan, belirli dalga uzunluğuyla sonlu sayıda monokromatik çizgilerden oluşuyor. Doğrusal tayflı kaynakları uygun dalga uzunlukları olan monokromatik kaynakların toplamı olarak kabul edilebilir. Işık kaynaklarından çoğunun, görünür tayfta sonsuz sayıda dalga uzunlukları olan bileşenlerden oluşan bileşik ışınımı vardır. Böyle kaynaklar güneş ve ısıtılmış metallerdir. Işık kaynaklarının en büyük sayısı katı cisimlerin yüksek sıcaklıkta ısınmakla elde ediliyor. Fotometri, kaynağın yaydığı enerjiye göre, aydınlatmanın nicelikli belirlemesini yapan bilim dalıdır. Belli ışınımların göze farklı etkileri vardır.bu durum elektromanyetik dalgaların fiziksel özelliklerini gözün psikolojik özellikleriyle bağlayan fotometrik büyüklüklerin tanımlanmasını koşullandırmıştır. Fotometrik büyüklüklerin en büyük kısmı nicelik olarak iki şeklide belirleniyor: nesnel ya da fiziksel ve öznel ya da fizyolojik şeklinde. Bu büyüklükler fotometrik büyüklükler olarak adlandırılıyor ve gözün standart büyüklüklerine dayanıyor. Temel fotometrik büyüklükler şunlardır: ışık akısı (ışık flüksü), ışık yoğunluğu, aydınlık, parlaklık. Işık akısı ya da ışınım gücü (F) zaman biriminde yayılan, aktarılan ya da emilen (absorbe olan) ışık enerji miktarıdır. Mutlak birimi vat tır (W), efektif birimi ise Lumen dir (lu). Efektif (fizyolojik) birim, gözün ışık kapsamına göre değerlendirilen ışık akısı için tanımlanıyor. Işık kaynağının şiddeti (yoğunluğu), I ile işaretleniyor ve kaynağın verilen yönde ışımaların kuvvetidir. Işığın (θ) açısıyla verilen yönde, alansal yoğunluğu olarak tanımlanıyor. Kaynak izotroplu (eşyönlü) ise, o zaman ışık şiddeti her yönde eşit olacak: W I s r (1.1) Bu birim sayısal olarak bireysel alan açısına gelen ışık akısı birimine uygundur, efektif birim ise bir kandela dır (cd). 13

Elektronik kurgular ve cihazlar Işınıma, ışık kaynağına maruz kalan bir yüzeyin aydınlatılması (E), o yüzeyde ışık akısının yoğunluğuna eşittir: d W E 2 ds m (1.2) Efektif birim lüks tür (lx) ve 1m 2 lik yüzeyde düşen, eşit olarak dağıtılmış 1lu akıyla elde edilen aydınlatmaya eşittir. Güneş ışınımların dik açıda düştüğü yüzeyin aydınlatılması yaklaşı 50.000lx değerindedir. Çalışmak için 700lx değerinde aydınlatma yeterlidir. Televizyon stüdyolarında aydınlatmanın büyüklüğü 200lx ile 2.000lx arasında değişiyor. Bir yöndeki parlaklık (B), o yöndeki ışık kuvvetinin ve yayıldığı yüzeyin dik projeksiyonu arasındaki ilişkidir: I W B ds cos s r m 2 (1.3) Efektif birim [cd/m 2 ] dir ve verilen yüzeye dik yönde ışık yoğunluğu 1cd olduğu, 1m2 lik yüzeyde parlaklığı tanımlıyor. Kusursuz difüz (yayılım) yüzeyi ışığı her yönde eşit olarak yayan yüzeydir. Parlaklığın (B) yöne bağlı olmadığı ışık kaynaklarına Lambert ışık kaynakları denir. 1.2. Gözün Özellikleri Gözün görsel hassasiyeti (duyarlığı) ışığın dalga uzunluğuna bağlıdır. Göz en duyarlı, görünür tayfın orta bölümünde bulunan yeşil rengin dalga uzunluğundadır (550nm). Daha yüksek ve daha alçak dalga uzunluklarına doğru giderek, hassasiyet azalıyor. Gözde belli bir etki için daha yüksek ışık akısı gerekirse, gözün duyarlığı daha az olacak. Sarı-yeşil ışık etkisinin elde edilmesi için, en düşük ışık akısı gerekiyor, görünür tayfın kenarlarında ise aynı etki için çok daha yüksek ışık akısı gerekiyor. Böyle akının evrik değeri gözün farklı dalga uzunlukarı (λ) için de görsel hassasiyeti için ölçü olarak alınabilir, aydınlatma ise S λ ile işaretleniyor. Fiziksel ve fiziyolojik büyüklüklerin kompleks ilişkilerinden dolayı ve gözün bireysel özelliklerinden dolayı, S λ -hassasiyet relatif hassasiyet olarak ifade ediliyor ve bu arada en yüksek hassasiyet S λmax = 1. 14

IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ Relatif hassasiyetin dalga uzunluğundan bağımlılığı Şek.1.3. teki grafikle verilmiştir. A eğri çizgisi şiddetli ışık (gün ışığı) olduğu zaman hassasiyeti gösteriyor. O zaman hassasiyetin en yüksek değeri 500nm dalga uzunluğunda bulunuyor. B eğri çizgisi, etraftaki ışığın düşük yoğunluğu olduğu zaman, yani akşam vakti (gözün renklere duyarlı olmadığı zaman) hassasiyeti gösteriyor. Bu eğri çizgisinin en yüksek değeri daha düşük dalga uzunluklarına ya da 510nm değerine doğru kaymıştır. Göz hassasiyeti bireysel özelliktir. Grafikte verilen eğriler ortalama göz için geçerlidir. Hassasiyet sadece etraftaki ışığın şiddetine bağlı olarak değişmiyor, alının ışığın dalga uzunluğuna bağlı olarak da değişiyor. Yaklaşık olarak, göz hassasiyetinin aralığı ortalarındaki dalga uzunlukları için, görünü aralığın sonlarındaki dalga uzunlaklarda hassasiyete kıyasen 20.000 kat daha büyük olduğunu alabiliriz. Şek. 1.3: Gözün dalga uzunluğuna göre relatif hassasiyeti Televizyonun gelişimini koşulladıran ve iletim sisteminin bazı büyüklüklerine etkileyen temel özellikler şunlardır: çözünürlük, devamlılık (persistans) ve titreşme. Çözünürlük gözün ince detayleri tanıma olanağıdır. Gözün detayler tanıma olanağı, iki noktanın birbirinden ayrılamadığı iki komşu noktanın arasındaki mesafeyle ölçülüyor. Devamlılık uyarılmanın sona ermesinden sonra ışık duyarlılığın devam edilmesidir. Bu özellik, gözün aydınlatmanın değişmesine anında tepki gösteremediğinden kaynaklanıyor. Işık teşfiğinin, retinadan görme merkezine kadar yolu geçmek için zaman gerekiyor ve bu süre yaklaşık 0.1s dir. Gözün devamlılığı statik resimlerin yardımıyla hareketin iletimini sağlıyor. 15

Elektronik kurgular ve cihazlar Titreşme. Göz ışık dürtülerle peryodik şekilde uyarılınca, tekrarlama frekansı da alçak ise, her peryodik dürtü görünür olacak çünkü onların tekrarlama peryodu, göz devamlılığın peryodundan çok daha büyüktür. Dürtülerin tekrarlanma frekansı, peryodu göz devamlılığından daha alçak olma şeklinde artarsa, izleyen kişi ışık kaynağının devamlı ancak değişen büyüklükte ya ışık kaynağı ya da görüntünün titreştiğini görecek. Frekans yükselmeye devam ederse, titreşme izlenimi yavaşça kaybolacak. Kritik frekans olarak adlandırılan belli bir frekansa ulaşınca engeller kaybolacak ve hareketli görüntüyü göreceğiz. Görüntülerin normal hareket hızı için saniyede 24 resimin reprodüksiyonu yeterlidir. 1.3. Kolorimetrinin Elemanları Kolorimetri (renk ölçüm), trikromatik (üç renklilik) kanununu belirleyerek ve kullanarak, ışık kaynağından ya da yansıtılarak yayılan rengin ölçmesiyle ve özellikleriyle ilgilenen psiko-fiziğin bir dalıdır. Trikromatik özellikler, ışığın belirli rengine seçici olarak tepki göstererek, gözün üç çeşit reseptörün (tıkaçın) tanıma olanağının sonucudur. Renk izlenimi dürtüye bağlıdır. Renk psiko-fizik özellikleriyle belirlenmiş duyu olarak tanımlanıyor. Bu özellikler şunlardır: parlaklık (luminens), hakim dalga uzunluğu ve kolorimetri saflığı (temizliği). Renk belirli yoğunluğu olan ve tayf içerikli elektro-manyetik eneridir. Kolorimetrinin temel kanunlarını Grassmann açıklamış. Birinci Grassmann kanunu: Göz ışığın sadece üç parametresini ayırt edebiliyor: hakim dalga uzunluğu, parlaklık ve saflık. İkinci Grassmann kanunu: İkibileşenli bir ışığın, bir bileşeni sürekli değişirse, diğer bileşeni ise sabit kalırsa, renk sürekli değişecek. Üçüncü Grassmann kanunu en önemlidir ve bu kanuna göre: Aynı renkli ışıklar (aynı hakim dalga uzunluğu, kolorimetri saflığı ve parlaklık), onların spektral özelliklerine bağlı olmadan karışınca aynı etki veriyor. Dördüncü Grassmann kanun: Farklı renklerin parlaklığı ayrı renklerin parlaklıklar toplamıdır. Aynı renkli, ancak farklı spektral özelliklere sahip olan ışıklara metameriler denir. Belli bir ışıktan her renk için sonsuz çok sayıda metameri vardır, metamerizm derecesi ise onların spektral özellikleri arasındaki farkı belirliyor. Metamerizm daha büyükse, renkle- 16

IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ rin özdeşliği görme koşullarına bağlı olacak. İki nesnenin rengi belli ışıklandırma sırasında aynıysa ve metamerizm derecesi büyükse (tayflar arasında fark), başka bir ışıkta nesnelerin renkleri bambaşka olabilir. Her renk, onun şu üç özellikle kesin olarak belirlidir: hakim dalga uzunluğu, doygunluk ve parlaklık. Hakim dalga uzunluğu: DIN e uygun olarak, her renk renkler üçgeninde tanımlanıyor. Her açıda birer renk vardır: mavi, yeşil ve kırmızı (Şek.1.4). Üçgenin kenaraları uzunluklarında renkler, gökkuşağında renklerin değiştiği gibi, birbirine karışıyor. Üçgenin ortasına doğru renkler giderek soluyor. X = 0,3 ve Y = 0,3 koordinatlı noktada beyaz rengi bulunuyor. Şek.1.4: Renkler üçgeni Görünür ışık 380nm den 780nm ye kadar dalga uzunluğu olan elektromanyetik ışınımdır, bu kapsamda ise Tablo1 de verilmiş hakim dalga uzunluklu renkler bulunuyor: 17

Elektronik kurgular ve cihazlar Tablo 1: Görünür ışık tayfın renkleri renk kırmızı turuncu sarı yeşil mavi mor Dalga uzunluğunun aralığı, kapsamı Frekans aralığı, kapsamı 700 630 nm 430 480 THz 630 590 nm 480 510 Hz 590 560 nm 510 540 Hz 560 490 nm 540 610 Hz 490 450 nm 610 670 Hz 450 400 nm 670 750 Hz Renkli televizyonda koordinatlı renkler ağı, renkler çemberine dönüşüyor (Şek.1.5). Renkler çemberinde birbirine karşı bulunan renkler çiftlerine bütünleyici renkler denir: sarı ve mavi veya kırmızı ve camgöbeği (mavimsilyeşil). Renkler üçgeninde X ve Y yerinde koordinat eksenleri, renkler çemberinde U ve V dir. kırmızı mor sarı mavi yeşil camgöbeği (a) (b) Şek. 1.5: Koordinat eksenleriyle renkler çemberi: (а) x-y-z; (b) U ve V 18

IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ Renklerin doygunluğu: Aynı renk kuvvetli (canlı) doymuş veya soluk doymamış olabilir. Renkler çemberinde dış taraflara doğru daha canlı renkler, merkeze doğru ise daha soluk renkler bulunuyor. Doygunluk derecesini belli bir rengin amplitüdü veriyor. Amplitüt yarı olunca daha az doygunluğu, cansız rengi var ve tersi. Buna göre, renk tonu, faz açısı α (Şek.1.5) ve vektör uzunluğuyla verilmiş olan doygunluk derecesiyle (daha küçük uzunluk-daha zayıf renk) belirlenebiliyor: Renk = Renk tonu + rengin doyması (1.4) (Kolorimetri saflığı) (Dalga uzunluğu) Luminans veya parlaklık uygun noktalarda ışığın yoğunluğudur. Işık yoğunluğunun değişmesiyle, aynı koşullar altında renk değişmiyor. Renkli kayıtlar, panjurun küçük ya da büyük açıklarla yapılmış olup olmadığı önemli olmadan, yani yüzeyde daha az veya daha çok ışıkla, her zaman aynı renkte olacak. 1.4. Rengin Belirlenmesi Görmenin trikromatik özelliklerinden dolayı, göz retinasında ek olarak her üç seçilen kaynağın akıları çakışmış olabilir ve reklerin geniş kapsamları için sadece akıların relatif ilişkisi değişerek görsel duyusu elde edilebilir. Renklerin ölçülmesi ve spesifikasyonu üç seçilen monokromatik ışık yardımıyla gerçekleşebilir. Ölçmek istenen rengin elde edilmesi için gereken üç rengin ışık akıların miktarların relatif ilişkilerin belirlenmesi olacak. Standart ışık olarak beyaz ışık alınıyor. Enerjinin düzgün dağılımıyla beyaz ışığını elde etmek için monokromatik ışıkların dalga uzunlukarı şöyledir: λ R =700nm; λ G = 546,1nm ve λ B =435,8nm. Böyle ışıklar kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B) ışıklarıdır. Bu üç bağımsız değişken ışıklara birincil ışıklar denir. Birincil ışıklar için şunları söyleyebiliriz: - belli bir rengin her ayırtısı birincil renklerin karışmasıyla elde edilebilir; - hiçbir birincil renk diğer iki birincil rengin karışmasıyla elde edilemez, ve - rengin her tür değişmesi için birincil renklerin uygun değişmesi gerekiyor. Renklerin karşılaştırması ve sentezi alansal ve zamansal gerçekleşiyor. Süreç toplamalı ve çıkarmalı olabilir. Enerjilerin spektral yoğunlukları farklı olan iki veya üç ışık kaynağının ışıkları karışınca, spektral yoğunluğu ayrı spektral yoğunlukların toplamına eşit olan ışık elde ediliyor. Bileşik renkleri bu şekilde üreten sistemlere toplamalı renk-sistemleri denir. Sadece 19

Elektronik kurgular ve cihazlar üç renk ile renklerin büyük sayıda ayırtısı elde edilebileceği biliniyor. Böyle renklere birincil renk denir, kullanılan sisteme ise trikromatik (üç renkli) sistem denir. Toplamalı renksisteminde, farklı kaynaklardan ışık alansal olarak kombine ediliyor ve göz retinasının aynı yerine etkiliyor. Toplamalı karıştırma, her üç monokromatik kaynakların ışık akılarının karışmasıyla bir rengin oluşmasıdır. Televizyonda görüntünün reprodüksiyonu için birincil renklerin toplamalı olarak karışma şekli kullanılıyor. Reklerin toplamalı karışması, alanda birincil renkler (RGB) yayan üç reflektör yardımıyla gerçekleşebilir. Birincil renklerle aydınlatılmış yüzeyler birincil renk veriyorlar. Birincil renklerin birleştikleri yer beyazdır (Şek.1.6). Bunlar RGB (Red-Green-Blue) renkler sistemi ya da kırmızı-yeşil-mavi renkli sistemleridir. RGB (Red-Green-Blue) sisteminin birincil renkleri şunlardır: kırmızı (R); yeşil (G) ve mavi (B), onların karışmasıyla elde edilen renkler ikincil renklerdir, onlar da şunlardır: sarı (Y); beyaz; camgöbeği; kırmızı-mor (macenta) (M) sarı kırmızı yeşil mor camgöbeği mavi Şek. 1.6: RGB (Red-Green-Blue) renkler sistemi: (а) üç reflektörle, (b) renkler çemberi Deneysel olarak, renkler kolorimetre ile ölçülebilir. Kolorimetre tüm renklerin üç birincil kaynağı yardımıyla ölçülmesini sağlayan cihazdır. Kolorimetre iki tarafı reflektörlerle aydınlatılmış prizmadır. Işığın şiddeti, kaynak önündeki deliğin değişmesiyle değişebiliyor. Kolorimetre ile ölçtüğümüz zaman, gösterge insan gözüdür, bundan dolayı hatalar da meydana gelebilir. Deneysel olarak, insan gözünde dürtüleri, R, G ve B bileşenlerin aktif birikmesi meydana geldiği beyine taşıyan, sınır lifleri olan üç tür tıkaçın bulunduğu kanıtlanmıştır. Kolorimetre ile birincillerin orantısı değişebilir. 20

IŞIĞIN TEMEL ÖZELLİKLERİ Sıkça, ışık kaynaklarının ışıklarını karıştırmak, renklerin elde edilmesi için tek yöntem değildir. Birincillerin ilişkisi aşağıdaki kolorimetri denklemiyle ifade edilebilir: s = R+ G + B (1.5) (s) = RS RW GS GW BS BW (1.6) Φ RS, Φ GS, Φ BS, bazı S ışığı (rengi) için ayrı birincillerin akılarıdır, Φ RW, Φ GW, Φ BW ise referent beyaz ışığın akılarıdır. Tüm ışıkların, üç birincil ışığın cebirsel taplamıyla elde edildiğini söyleyebiliriz. S ışığının toplam ışık akısı şudur: (1.7) Φ S = Φ RS + Φ GS + Φ BS = RΦ RW + GΦ GW + BΦ BW Φ RW, GΦ GW ve Φ BW akılarının sayısal değerleri farklıdır ve referent beyaz ışığa bağlıdırlar. İnsan gözünün spektral özelliğini göz önüne alarak, beyaz renginin elde edilmesi için gereken orantı aşağıdaki orantının olduğu kanıtlanmıştır: Y = 0,3R + 0,59G + 0,11B (1.8) Çünkü gözümüz yeşil renk alanında en hassasiyetlidir, kırmızı alanında daha az hassasiyetlidir, mavi renk alanında ise en az hassasiyetlidir. Bu Y sinyaline aydınlatma ya da parlaklık sinyali de denir. Y denklemi, beyaz ışığın elde edilemesi için R,G,B toplamalı birincillerin toplamı şöyle de yazılabilir: 1lu(Y) = 0,3lu(R) + 0,59lu(G) + 0,11lu(B) (1.9) (1 lumen beyaz = 0,3 lumen kırmızı + 0,59 lumen yeşil + 0,11 lumen mavi) Bu denklem renkli televizyonlarda temel denklemdir. Kırmızı, yeşil ve mavinin katsayıları, toplamı bir olması gereken sayılar olmalıdır. Çıkarmalı renk-sisteminde, karıştırma orta değerlere göre yapılıyor. Renklerin bu şekilde karışması sırasında, renk bileşenlerin çıkarılması yapılıyor ve bu yüzden bu sisteme çıkarmalı renk-sistemleri denir. Renklerin bu şekilde karışması ressamcılıkta ve renkli baskıda kullanılıyor. Renkli filmlerin yapımında ve ressamcılıkta özel boyalanmış malzemeler ya da pigmanlar (renklendiriciler) kullanılıyor. Genel beyaz ışık bu renklendirilmiş malzemelere düşünce, belirli dalga uzunluklu bazı tayf bölümlerin emilmesi, çıkarılması veya eksiltirilmesi meydana gelip göze yansıyan ışık bazı rengin izlenimini oluşturuyor. Bu yüzden renklerin böyle karışmasına çıkarmalı denir. 21