《計算機圖形學基礎與CAD開發(fā)》課件-第2章 圖形輸入輸出設備

Ch2圖形輸入與輸出設備

圖形輸入設備圖形顯示設備圖形輸出設備本章掌握各種圖形設備的結構、工作原理、性能指標。2.1圖形輸入設備

圖形輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數字化儀、觸摸屏、數字攝像頭、激光筆等。

1.鍵盤鍵盤是計算機通用的輸入設備。通過按鍵操作，配合各種事先編排好的程序，可以輸入字符、圖表數據及圖形命令等。

2.鼠標器

（1）種類

從工作原理不同，分為機械、光機、光電、無線、3D振動鼠標；從用途可分為游戲鼠標和普通鼠標。最新出來的觸摸板鼠標（實際上就是把滾輪換成了觸摸板）。

光電鼠標無線鼠標(2)光電鼠標的工作原理光電鼠標是通過檢測鼠標器的位移，將位移信號轉換為電脈沖信號，再通過程序的處理和轉換來控制屏幕上的鼠標箭頭的移動。傳感系統(tǒng)是由發(fā)光二極管(LED)、反射式襯墊和光敏元件組成。當光電式鼠標在帶有特制的反射式襯墊（印有間隔相同的網格）上移動時，傳感系統(tǒng)通過反射光的強弱變化檢測出鼠標的移動。

解析度和刷新率是衡量光電鼠標技術性能的關鍵指標，它們分別反映了光電鼠標在時間和空間層面上的捕捉能力。

無線鼠標又可以分類為27Mhz、2.4G和藍牙無線鼠標三類。前用的最多是無線2.4G。藍牙鼠標隨著筆記本、上網本的普及也開始慢慢出現在市面上了。

(3)功能

所有鼠標均有拾取、定位和選擇功能。3.圖形掃描儀功能：圖形掃描儀是利用光電技術和數字處理技術，以掃描方式將圖形或圖像或者實物信息轉換為數字信號的一種輸入裝置。主要用在圖形圖像處理、排版印刷、人事檔案管理、圖紙存檔管理、文字識別、機器翻譯等領域。種類：掃描儀主要分為滾筒式掃描儀和平面掃描儀。近幾年出現了筆式掃描儀、便攜式掃描儀、膠片掃描儀、底片掃描儀和名片掃描儀。按顏色等級劃分，掃描儀有黑白式、灰度式和彩色式三種

掃描儀工作原理：自然界的每一種物體都會吸收特定的光波，而沒被吸收的光波就會反射出去。掃描儀就是利用此述原理工作的。

掃描儀工作時發(fā)出的強光照射在稿件上，沒有被吸收的光線被反射到光學感應器上。光感應器接收到這些信號后，根據光線的強弱不同將其轉換成不同的電平值，并將這些信號傳送到模數（A/D）轉換器，模數轉換器再將其轉換成計算機能讀取的信號，然后通過驅動程序轉換成顯示器上能看到的正確圖像。掃描儀的主要部件為燈管和光電耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）?！罢障嗍健睊呙鑳x是新一代掃描儀，與傳統(tǒng)的激光掃描儀和三座標測量系統(tǒng)相比，其測量速度提高數十倍。

它采用可見光將特定的光柵條紋投影到測量工作表面，借助兩個高分辨率CCD數碼相機對光柵干涉條紋進行拍照，利用光學拍照定位技術和光柵測量原理，可在極短時間內獲得復雜工作表面的完整點云。

由于有效地控制了整合誤差，整體測量精度大大提高。三維“照相式”掃描儀

4.數字化儀

結構與工作原理：由臺板和游標（或觸筆）組成。

臺板內在X、Y方向每隔一定距離有許多平行的印制線。游標的前端是一檢測線圈，當線圈中通有交流信號時，在十字叉線的中心產生一個電磁場。當游標移動時，繼而產生感應電流。當使用者在臺板上移動游標到指定位置，并將十字叉的交點對準數字化的點位時，按動按鈕，數字化儀則將此時對應的命令符號和該點的位置坐標值排列成有序的一組信息，通過接口（多用串行接口）傳送到計算機。

種類：按結構與工作原理分，有電位梯度式、靜電耦合式、超聲波式及電磁感應式等，其中電磁感應式應用較多。

功能：具有定位、拾取、選擇三個基本功能。

主要性能指標有:(1)分辨率:指每英寸或每毫米長度上印制線的條數。

(2)數據精度:指圖形輸入板輸出點坐標時的精度。

(3)幅面:指可數字化的區(qū)域。

在許多的專業(yè)應用領域中，用戶需要繪制大面積的圖紙，僅靠CAD系統(tǒng)是無法完全完成圖紙繪制的，在精度上也會有較大的偏差，因此必須通過數字化儀來滿足用戶的需求。

高精度的數字化儀適用于地質、測繪、國土等行業(yè)。普通的數字化儀適用于工程、機械、服裝設計等行業(yè)。

5.觸摸屏觸摸屏最早應用在機場管制方面，后來作為計算機輸入設備應用得越來越廣泛。

觸摸屏是一種能對物體觸摸產生反應的屏幕，當人的手指或其他物體觸到屏幕不同位置時，計算機能接收到觸摸信號并按照軟件要求進行相應的處理。

按工作原理劃分，觸摸屏有電阻式、電容式、紅外線式、聲表面波式幾種。6.數字攝像頭數字攝像頭是一種連機圖像實時輸入設備，在多媒體課堂教學、視頻電話通信、網絡會議、電腦攝影等方面有著廣泛的應用。數字攝像頭的核心部件是CCD器件。CCD器件很小，面積通常只有3mm×5mm，在此面積上分布著250～350萬個與光學像素點相對應的單元，每一單元又包含紅、綠、藍三列色彩基元，以實現彩色圖像輸入。CCD將光信號轉換為電信號，攝像頭內部的電路將電信號再轉換為數字信號并直接輸入計算機。Ch2圖形輸入與輸出設備

圖形輸入設備圖形顯示設備圖形輸出設備本章掌握各種圖形設備的結構、工作原理、性能指標。

2.2圖形顯示設備

常用的有光柵掃描圖形顯示器、液晶顯示器（LCD）、等離子體顯示器（PDP），它們都屬于點陣顯示設備，其圖形顯示及顯示控制的基本原理是相同的，不同的是監(jiān)視器的物理結構和“點亮”像素的方式。LED顯示器基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，電流通過其中的化學物質而產生的光。

本節(jié)重點學習：

（1）基本概念

（2）光柵掃描顯示器的結構、工作原理

一、光柵掃描顯示器概念

顯示器尺寸（顯像管對角線的尺寸，以英寸為單位(1"=2.54cm)，如15"、19"顯示器）

像素點（Pixel)（1024×768640×480)

屏幕分辨率(ScreenResolution)

點陣縱橫比(AspectRatio)(豎直與水平方向每英寸像素點之比）

前景(Foreground)

（屏幕上被字符和圖形填充的區(qū)域）

背景(Background)二、光柵掃描顯示器的結構組成返回顯示器3121.圖形監(jiān)視器

圖形監(jiān)視器是一個單獨的部件，它類似于家用電視機，但無調諧系統(tǒng)。大多數圖形監(jiān)視器采用了電視掃描（光柵掃描）技術來不斷刷新屏幕上的圖像。圖形監(jiān)視器的核心部件是陰極射線管（CathodeRayTube，CRT），與電視機顯像管類似。CRT結構與組成：

陰極－－》當燈絲加熱它時發(fā)射出電子；

控制柵－－》控制發(fā)射的電子方向和電子的發(fā)射率；CRT結構

加速結構－－》提高電子的速度以使電子束轟擊熒光屏時能產生一個可見的亮點；

聚焦系統(tǒng)－－》使電子束變細以使它轟擊熒光屏時成為一個細小的點；

偏轉系統(tǒng)－－》控制電子束在希望的位置轟擊熒光屏而產生亮點；

熒光粉層－－》當電子束轟擊它時發(fā)出輝光。CRT結構

電子槍黑白CRT中僅有一支電子槍。彩色CRT有三支電子槍

彩色CRT的三支電子槍，發(fā)射的電子束分別轟擊熒光粉層上的紅、綠、藍熒光點。圖示為一種帶有蔭罩板的彩色CRT，可用于光柵掃描圖形顯示器。

在蔭罩式彩色CRT中，三支電子槍分別對應紅、綠、藍（即RGB）三原色。通常，三支電子槍安置成三角形，和CRT表面上的紅、綠、藍熒光點的類似三角形圖案相對應。光柵掃描顯示器——借助高速電子轟擊熒光粉“點亮”像素；液晶顯示器（LCD)——白色光通過RGB濾光片產生RGB三色光，然后依靠液晶的翻轉來實現光通道的控制，實現彩色顯像。等離子體（PDP）顯示器——是用紫外線激發(fā)熒光管發(fā)光的技術實現顯像。

PDP的發(fā)光原理與CRT更為接近，屬于主動發(fā)光；而液晶則是被動發(fā)光的典型代表。顯示器成像的不同點：一、顯示器的結構組成返回顯示器312

2.幀緩沖存儲器

一幀即一屏。幀緩沖存儲器（也叫視頻存儲器），簡稱幀緩存，用來存放圖形信息。

幀緩存的地址和屏幕地址是一一對應的，其中所存的信息就是屏幕上對應位置的圖形信息，這些信息在存儲器內的分布和大小完全和屏幕上所顯示圖形的形狀及顏色、明暗程度一致。

屏幕分辨率多大，幀緩存器中就有多少個存儲地址，每個地址存放著以二進制表示的像素亮度（色彩）信息。將如1024X768這樣的存儲地址區(qū)稱作位平面。位平面的大小取決于屏幕分辨率。增加位平面?zhèn)€數，可顯示更多的顏色和灰度。N個位平面，則顯示的顏色數為2N

帶有調色板的幀緩存器工作原理：調色板(palette):顏色索引與三原色亮度值之間的查找表。它是顏色索引和實際顯示色之間的映射。從位平面中取出像素的顏色索引（地址、像素值、顏色屬性），由顏色屬性索引從調色板中查找紅、綠、藍三原色的亮度值，經過數/模轉換器后得到模擬信號，用模擬信號控制電子槍發(fā)出電子束，在屏幕上經過顏色合成后就得到該像素的顯示顏色。

幀緩沖器的一個重要指標是其存儲容量。

存儲容量可由屏幕分辨率和顯示顏色（或灰度等級）估算，計算方法為：存儲容量≈屏幕分辨率×(字節(jié))例：屏幕分辨率為640×480,顯示色為16色，則估算的幀緩存器容量為？

一、顯示器的結構組成返回顯示器312

顯示控制器的作用是反復掃描幀緩存器，取出像素的顏色值（即實際顏色），并經數/模轉換后把模擬信號送給監(jiān)視器的亮度與色彩控制部件。同時，控制器按像素的X、Y地址控制監(jiān)視器將電子束偏轉到相應的位置，轟擊熒光點，產生不同亮度（或色彩）的圖像。3.顯示控制器

2.2圖形顯示設備

常用的有光柵掃描圖形顯示器、液晶顯示器（LCD）、等離子體顯示器（PDP）等，它們都屬于點陣顯示設備，其圖形顯示及顯示控制的基本原理是相同的，不同的是監(jiān)視器的物理結構和“點亮”像素的方式。

本節(jié)重點學習：

（1）基本概念

（2）光柵掃描顯示器的結構、工作原理

(3)光柵掃描顯示器性能參數

顯示器尺寸

點距：指屏幕上兩個相鄰同樣顏色熒光點之間的距離屏幕分辨率掃描頻率：指垂直掃描頻率，即每秒刷新屏幕的次數，通常用赫茲（Hz）表示。75Hz、85Hz視頻帶寬：指每秒鐘電子槍掃描過的總像素數，即反映顯示器每秒數據傳輸量的大小。安全認證三、光柵掃描顯示器性能參數液晶顯示器自學Ch2圖形輸入與輸出設備

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2.3圖形輸出設備

1.打印機：點陣式、熱敏式、噴墨、激光打印機。

2.

繪圖機：