(注:本文属『商品探索类』,与具体选购关系不大;动图较多,建议 Wifi 下观看)

电视,一种传输图像的装置。

先是电子式灭了机械式,后来 LCD(液晶显示)压制前辈 CRT (阴极射线管),又逼退对手 PDP(等离子显示)。

下一仍盟主是谁,OLED?(有机发光二极管)。

不管将来怎么样,我们先来看看它们究竟用了什么『魔法』,把图像传到千里之外,再从静止变为动态。

本文分为两个部分,上篇聊『机械式』电视和『CRT』电视,下篇谈『液晶』电视和『等离子』电视。

『拼图』游戏

从最初的机械式电视,到现在的电子式电视,各式各样显示图像的技术,都像是在玩『拼图』游戏。

像素便是『拼图』上的『方块』,与之不同的是,这个方块会产生明暗和色彩的变化。

『游戏』通常从屏幕的一角开始,比如左上,从左到右,从上到下。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

一种 CRT 电视从从左到右,依次显示像素的方式,来源:Physics - Electromagnetism: How a Television Works - EducationCommonsRW's channel

黑白电视的像素点只有『明暗』或『亮度高低』的变化。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

黑白电视上明暗不同的像素组成图像,来源:Development Of Television - Dap Dapple

彩色电视的像素点则有亮度和色彩的变化。

一个像素点通常由三种颜色的『小单元』组成,改变每种颜色的亮度,就可以像混合颜料一样,让像素整体呈现出不同的颜色。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

CRT 彩色电视上色彩不同的『小单元』组成『像素』,像素再组成图像,来源:How a CRT TV works - 13slam

视觉残留

老一辈武术家『火云邪神』曾经说过:『天下武功,唯快不破』。

我们之所以注意不到像素变化的过程,就是因为它们的速度非常的快,而人眼又具有有『视觉残留』的特性。(Persistence of vision,或称『视觉暂留』)

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

『视觉残留』的经典实验,快速转动纸片,鸟看起来像在笼子里,来源:How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

同一张图片,被分拆成多块,在对应的位置快速、连续的出现,人眼就自动把它们组合成一张完整的图片。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

同一张图片,被分拆成多块,快速的闪现,人眼就自动把它们组合成一张完整的图片,来源:How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

多种连续的静止图片快速出现,就变成动态的图像。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

多张连续的图片快速切换,马看起来就像在奔跑,来源:How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

各种电视之间的不同,主要就在于『还原图像』的方式和原理。

机械式电视

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

机械式电视的一端,来源:Television History - Largest Dams

最初的电视大多是机械式电视,源自一种叫做『尼普科夫圆盘』(Nipkow Disc)的装置。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

机械式电视,左边是扫描装置,右边是显示装置,来源:hesston.edu

盯着这个圆盘,难免会心生疑惑:就这几个小孔,怎么看到完整的图像?

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

Assignment Discovery: The First TV - howstuffworks

想一想,圆盘快速转起来会怎样?

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

Nipkow Disc(尼普科夫圆盘)演示,来源:Nipkow Disk Arduino Project - David Henderson

由于人眼『视觉残留』的特性,圆盘只要转得足够快,我们的眼睛就会把上面的圆孔看成一条线。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

圆盘快速转动,每个圆孔形成一条线,来源:How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

圆孔在不同时间的位置就是排成一线的多个像素,圆孔呈螺旋状分布,线上下排列,组合起来便是一幅完整的图像。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

多条『线』组成完整的图像,来源:How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

可见,圆盘转得越快,像素就越多。

圆盘上孔越多,线数就越多,图像就越清晰。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

机械式电视显示的图像,来源:The Origins of Television - Discover Magazine
电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

线数越高,像素越多,图像越清晰,后面是两张好像是 CRT 电视的显示效果,来源:《Tele-Visionaries The People Behind the Invention of Television》- R. C. Webb

我们来看一遍机械式电视扫描、传输、显示图像的完整过程:

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

扫描图像,转换成电信号,来源:Television History - Largest Dams

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

传输电信号,来源:Television History - Largest Dams
电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

转换电信号,显示图像,来源:Television History - Largest Dams

受限于原理,机械式电视始终不成气候,虽然人们努力研发出彩色的机械式电视,但还是惨遭 CRT 灭门。

CRT 电视

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

CRT 电视显示图像的模拟图,来源:Development Of Television - Dap Dapple

CRT 就是阴极射线管(Cathode ray tube),俗称的『大屁股』电视/显示器。

它的一个像素点由一组三基色的荧光体组成,一般是红绿蓝荧光粉。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

CRT 电视的像素点由一组三基色的荧光体组成,来源:howstuffworks.com

在布满荧光体的屏幕后面,是核心部件『阴极射线管』。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

早期的阴极射线管,来源:Development Of Television - Dap Dapple

CRT 里面有一种发射『电子束』的装置,俗称电子枪,其发射电子束撞击荧光体,荧光体再发出对应颜色的光线。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子枪透视图,来源:《知识大图解》第七期

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子枪发射电子束,来源:CRT How to work - underdogThai

黑白 CRT 只有一把枪,彩色电视 CRT 有三把枪,分别对应像素点里面的红绿蓝荧光体。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

彩色 CRT 内部的三把电子枪,来源:CRT How to work - underdogThai

三把电子枪发射电子束,穿过『透镜』和『荫罩』,分别撞击同一像素点里的红、绿、蓝荧光体。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

三把电子枪分别发射电子数撞击对应的荧光体,来源:CRT How to work - underdogThai

电子枪发射的电子束越强,其撞击的荧光体发出的光线亮度就越高。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子枪发射的电子束越强,其撞击的荧光体发出的光线亮度就越高,来源:CRT How to work - underdogThai

一个像素点整体的颜色,由红绿蓝混合而成,三者比例不同,产生的色彩就不同。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子束撞击一个像素点里面的三色荧光体,产生不同颜色的组合,来源:CRT How to work - underdogThai

再用磁场改变电子束的方向,从左做右、从上到下撞击荧光体。(方向或相反)

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子束在磁场作用下改变方向,来源:CRT How to work - underdogThai

各个像素点依次高速变化,人眼看到的便是完整图像。

电视系列:视觉『魔法』(上)-器物与我

电子枪由左到由,由上到下,撞击荧光体,改变像素,生成图像,来源:CRT How to work - underdogThai

一个又一个像素组成图像的一条线,一条又一条线组成完整的图像。

这一过程高速进行,图像快速切换,从静止变为动态,这便是视觉『魔法』的奥义。

主要信息来源

How Television Works - howstuffworks

Assignment Discovery: The First TV - howstuffworks

Tele-Visionaries The People Behind the Invention of Television - R. C. Webb

图解电气大百科 - 曾根悟

发光材料与显示技术 - 徐叙瑢

以下是 youtube 的视频

Television History - Largest Dams

Nipkow Disk Arduino Project - David Henderson

Presentation Program for CRT, LCD/TFT, Plasma Displays - Lumpiluk

How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

The Origins of Television - Discover Magazine

CRT How to work - underdogThai

How a CRT TV works - 13slam

Physics - Electromagnetism: How a Television Works - EducationCommonsRW's channel