Чёткость телевизионного изображения

Четкость телевизионного изображения определяется относительными размерами элемента изображения и характеризует различимость мелких деталей на изображении.

Четкость является важнейшим качеством изображения. Недостаточная четкость приводит к неприятному ощущению дефокусировки, размытости изображения. Передаваемые по ТВ лица мелким и средним планом становятся неузнаваемыми, неразборчивыми.

ЧеткостьТВ –изображения определяется, в первую очередь, разрешающей способностью устройств ТВ –тракта – способностью различать и воспроизводить мелкие детали изображения. Разрешающая способность зависит, в свою очередь, от выбранного числа элементов (или строк) изображения, от качества работы передающих и приемных электроннолучевых трубок, от частотных и фазовых характеристик усилителей, передатчиков, приемников и др. Чем выше разрешающая способность ТВ – системы, тем более четким можно получить изображение.

Иногда понятие четкости подразделяют детальность (воспроизведение мелких деталей) и резкость (воспроизведение резких скачков яркости). Существуют радиотехнические приемы, позволяющие независимо влиять только на детальность или на резкость. Однако в обычных элементах ТВ – тракта улучшение или ухудшение воспроизведения мелких деталей сопровождается соответствующим улучшением или ухудшением передачи скачков яркости.

Воспроизведение на ТВ – изображении мелких деталей и резких переходов связано, в первую очередь, с числом элементов разложения N, принятым в телевидении. При заданном формате p = l / h, где l – длина изображения, а h – его ширина (рис. 2.6.2), число элементов разложения однозначно связано с числом его строк Z: N = p ZZ = pZ² (2.7)

Очевидно, что наибольшее число мелких деталей составляет N/2, так как между белой деталью должен быть черный промежуток.

В отечественном стандарте p = 4/3, Z = 625 строк. Поэтому N = (625)²4/3 = 520×832 элемента. Эта подсчитанная величина N является идеальной в том смысле, что при ее подсчете не учитывалось пропадание некоторой части строк во время обратного хода луча по горизонтали. Относительная длительность обратного хода: Q = t₂/T (2.8)

(t₂ – длительность обратного хода, T – период развертки) составляет на практике:

а) по кадрам q_к = t_2к /T_к = 1,5 мс/20 мс = 0,075;

б) по строкам q_с = t_2с /T_с = (10¸14) мкс/64 мкс = 0,16¸0,22.

Так как во время обратного хода информация о содержании изображения не передается, истинное число элементов N_ист по сравнению с идеальным N составит

(2.9)

т. е. N_ист = (0,78¸0,84)×0,925×520×832 = 375780¸404687 элементов.

В среднем можно принять N_ист » 400000 элементов.

Числом N_ист можно было бы количественно характеризовать предельно достижимую четкость телевизионного изображения. Однако более удобно количественной мерой предельной четкости считать число строк стандартного разложения. Так можно сделать потому, что число строк и элементов однозначно связано формулой (2.7.), и при необходимости, зная число строк, всегда можно выделить истинное число элементов. Так, например, раньше (1950 г.) четкость советского телевидения составляла 343 строки, а сейчас эта четкость достигла 625 строк.

Возникает вопрос, какое число трок требуется для воспроизведения удовлетворительного по четкости изображения. На этот вопрос нельзя ответить однозначно. Требуемое число строк зависит от характера передаваемого изображения, от его «сложности», т. е. степени насыщенности средними и мелкими деталями, резкими переходами яркости. Важное значение имеет и тот факт, каким планом (мелким, средним или крупным) снимается ТВ камерой передаваемый объект. Для ориентировки в табл. 2.1 приводятся некоторые данные, взятые из практики (четкость изображения в этой таблице оценивается на «удовлетворенно»).

Так по ТВ возможны передачи самых разнообразных изображений, в том числе и мелкоструктурных (вроде публики не стадионе), то при разработке радиовещательной ТВ системы следует ориентироваться на возможно большее число строк. Однако увеличение их приводит к значительному повышению требуемой полосы частот ТВ сигнала, что приводит, в свою очередь, к значительным усложнениям ТВ техники.

Таблица 2.1

В 30-х годах в нашей стране существовала опытная вещательная ТВ система с 30 строками разложения (механическое ТВ). При этом требуемая полоса частот составляла примерно 6 кГц. В 1937 г. в Москве стала действовать электронная ТВ система с 343 строками и полосой частот порядка 1,5 МГц. Сейчас используется ТВ стандарт разложения в 625 строк с полосой частот около 6 МГц.

Являются ли 625 строк разложения разумным пределом или имеет смысл улучшать четкость путем увеличения числа строк, несмотря на усложнение ТВ аппаратуры? Решение этого вопроса связано со строением нашего глаза и, в первую очередь, с остротой зрения. Для определения остроты зрения пользуются объектом в виде двух светлых полосок (или точек) на темном фоне. Такой объект постепенно отодвигается от наблюдателя.

При яркостях, наблюдающихся на экране телевизора, острота зрения составляет j = 1¢ (угловая минута). Основываясь на этой цифре, подсчитаем максимальное число строк разложения, выше которого не имеет смысла двигаться. К современному ТВ изображению предъявляются требования различения мелких деталей и обеспечения эффекта присутствия, как в современном кинематографе (широкоэкранном). Эффект присутствия зависит от угла наблюдения j под которым рассматривается ширина ТВ изображения. Оптимальный формат ТВ изображения определяется по сути дела формой жёлтого пятна человеческого глаза. Наилучшим угловым размером j рассмотрения телевизионного наблюдения является таким, чтобы глаз наблюдателя не замечал строчной структуры ТВ – изображения.

В широко используемом в настоящее время ТВ – стандарте (Z=625) расстоянием зрителя от телевизионного экрана следует считать расстояние, в 5 – 6 раз больше высоты экрана (угловой размер высоты изображения составляет 10^о), т. е. L(5¸6)h (рис. 2.8). При таком расстоянии наблюдения не возникает необходимости двигать головой для обзора изображения. Угол зрения a оказывается таким, что человек охватывает своим взором всю поверхность экрана. Этот угол равен примерно 14 – 20 градусов.

Строчная структура ТВ растра не будет заметной, (светящийся растр представляется в виде тонких светлых линий – строк, разделенных более темными промежутками), если расстояние между строками в угловой мере окажется не больше остроты зрения. Так определяется максимальное число строк:

При выборе стандартного числа строк разложения необходимо учитывать

также следующие обстоятельства. При определение Z_макс мы пользовались полной остротой зрения в одну угловую минуту. В повседневной жизни человек редко пользуется максимальной остротой зрения. Чтобы разглядеть отдельные элементы с угловым расстоянием между ними порядка одной минуты, нужно с напряжением в них всматриваться. Такое напряжение пришлось бы сохранять долго (в течение всей телевизионной передачи). Кроме того, мелкие детали в телевидении воспроизводятся с пониженной контрастностью, что ухудшает остроту зрения. Далее, в ТВ значительное место занимает передача движущихся изображений, при рассмотрении которых разрешающая сила глаза существенно падает. Наконец, в ТВ, так же как и в кино, для лучшей разборчивости и выразительности можно основной объект (например, лицо артиста) дать крупным планом. Исходя из этих соображений и из графика рис. 2.8, можно утверждать, что стандарт разложения в 625 строк следует признать хорошим по воспроизводимой четкости.

Надо заметить, однако, что часто на экране телевизора при 625 строках разложения изображения оказывается неудовлетворительным по качеству (размытым, нечетким). Объясняется это не недостаточностью строк разложения, а плохой работой отдельных узлов ТВ – аппаратуры из-за ограничения спектра частот во многих приемниках, недостаточно хорошим качеством работы передающей трубки, плохой амплитудной характеристикой тракта, влиянием помех.