Параметры воспроизводимых телевизионных изображений
Согласование параметров воспроизводимых телевизионных изображений с характеристиками зрения.При общей оценке качества телевизионных изображений применимы понятия физически, физиологически и психологически точного воспроизведения.
При физически точном воспроизведении яркость и цвет каждой точки рассматриваемого объекта должны быть одинаковыми аналогичным параметрам соответствующих точек телевизионного изображения. .
При физиологически точном воспроизведении зрительный аппарат человека практически не замечает разницы между наблюдаемым объектом и телевизионным изображением, хотя яркость и цвет одноименных элементов могут быть неодинаковыми.
При психологически точном воспроизведении яркость и цвет одноименных элементов объекта и соответствующего телевизионного изображения могут значительно различаться. Однако по общему восприятию изображения в сознании человека создается вполне определенное суждение о наблюдаемом объекте.
Потребностям среднестатистического наблюдателя отвечает физиологически точное воспроизведение, которое обеспечивает экономическую и техническую возможности реализации телевизионной аппаратуры массового применения.
К основным параметрам телевизионных изображений относятся: формат и размеры, номинальное число строк разложения, число воспроизводимых кадров в секунду, яркость и контраст изображения. Оценим номинальные значения основных параметров телевизионных изображений.
Формат и размеры телевизионного изображения.Вещательные телевизионные системы предусматривают наблюдение изображений в пределах угловых размеров поля ясного зрения. Исходя из этого условия выбирается формат кадра kф т.е. отношение ширины изображения b к его высоте h (kф=b/h). Первоначально в телевидении был принят формат изображения kф = 4:3 = 1,33. Из геометрических соотношений оптимальное расстояние рассматривания A в этом случае устанавливается следующим образом:
А = 0,5h/tgαв, фактически А ≈ 5h.
Таким образом, на практике непосредственные размеры устройств воспроизведения телевизионных изображений определяются условиями наблюдения.
Последующие психофизиологические исследования показали, что телезрители предпочитают формат телевизионного кадра с соотношением сторон 16:9. Причем, при достаточно больших размерах телевизионного экрана воспроизводимое изображение становится более реальным. Главная причина этого заключается в увеличении угла зрения в горизонтальном направлении, что ведет к росту объема воспринимаемой информации. При этом в восприятии участвуют периферические области сетчатки, которые уменьшают заметность границ изображений, повышают впечатление объемности и относительного пространственного расположения рассматриваемых объектов. Таким образом, возникает эффект «присутствия» зрителя, заключающийся в сопричастности телезрителя показываемым на экране событиям, в возрастании эмоционального и смыслового воздействия телевизионных изображений на зрителя.
Поэтому в разрабатываемых перспективных системах телевидения наблюдается тенденция к увеличению угловых размеров телевизионных изображений при условии, что рассматривание изображения будет осуществляться с расстояния, не превышающего 3h. В этом случае будут обеспечены условия максимальной комфортности при наблюдении телевизионных изображений.
Рассматривать телевизионные изображения с более близкого расстояния (А< 2,5h) не рекомендуется. Это объясняется тем, что при малых расстояниях наблюдения зритель не может охватить взглядом весь экран и не успевает прослеживать быстрые движения (со скоростью 20...30 град/с) объектов в телевизионном кадре. Восприятие телевизионных изображений в таких условиях может привести к сильному утомлению глаз.
Определение необходимого числа воспроизводимых строк.Число строк разложения z является важнейшим параметром телевизионных изображений, так как оно характеризует степень воспроизведения мелких деталей в вертикальном направлении растра, т.е. четкость по вертикали. При оценке требуемого числа строк обычно исходят из условия слияния строчной структуры телевизионного изображения на заданном расстоянии рассматривания (рис. 4.11). Практически значение z находится из следующего выражения:
z = 2αв/δmin.
При 2αв = 12°, δmin ≈ 1', z≈ 720 строк. В приведенном расчете взята номинальная разрешающая способность глаза, равная 1'. Опытным путем было установлено, что разложение телевизионного изображения примерно на 600 строк является достаточным, обеспечивая вполне хорошее качество (субъективная четкость достигает 95% от максимального значения).
Рис. 4.11. Схема определения числа воспроизводимых строк
На практике номинальное число строк разложения в телевизионных системах было взято равным 625 при условии, что А ≈ 5h.
Если А ≈ (2,5...3)h, то число строк в одном кадре должно быть равным 1200... 1250. По этой причине разрабатываемые перспективные системы воспроизведения изображений получили название «телевидение высокой четкости», т.е. ТВЧ.
Частота кадров воспроизводимых изображений. Наблюдение телевизионного изображения не должно сопровождаться мельканиями яркости при смене кадров. Номинальная частота смены кадров в телевидении выбрана равной 25 Гц, что значительно ниже fкр. Поэтому в телевизионном вещании применяется так называемая чересстрочная развертка, при которой кадр состоит из двух последовательно передаваемых полей. Номинальная частота полей равна 50 Гц. Время смены полей (0,02 с) полностью согласуется с инерционностью зрительного ощущения (0,1...0,25 с), следствием чего является незаметность мельканий при наблюдении телевизионного изображения.
Яркость и контраст телевизионного изображения. Яркостными параметрами телевизионного изображения являются его средняя яркость Lиз.ср, максимальная яркость Lиз.max, контраст и число полутонов - различимых градаций яркости mиз. Средняя яркость, соответствующая наилучшему восприятию, зависит от условий наблюдения, свойств зрения и от содержания изображений. Многолетней практикой установлено, что средняя яркость Lиз.ср = 30 кд/м2 вполне достаточна для наблюдения изображения и рассматривания его деталей без особого утомления зрения. При этом яркость в белых местах изображения может достигать Lиз.max = 100.. .300 кд/м2.
При восприятии телевизионных изображений динамический диапазон изменения яркости - контраст Киз и число воспроизводимых градаций mиз ограничиваются:
- параметрами воспроизводящих устройств;
- условиями наблюдения телевизионных изображений: расстоянием рассматривания, паразитными засветками телевизионных воспроизводящих устройств.
Например, паразитная засветка Lпар снижает воспринимаемый контраст Кʹ по сравнению с номинальной контрастностью Киз, обусловленной диапазоном воспроизводимых яркостей в телевизионном изображении.
Перечисленные причины приводят к тому, что в телевизионном изображении уменьшается число воспринимаемых градаций яркости относительно расчетного значения.
Число различимых градаций яркости mиз влияет на зрительное подобие воспринимаемого телевизионного изображения с непосредственным наблюдением объекта. Абсолютные значения градаций яркости в данном случае не могут быть равными, так как не равны воспринимаемые контрастности. Поэтому имеет важное значение, как распределяются воспринимаемые в телевизионном изображении градации яркости относительно яркостных градаций наблюдаемого объекта. При пропорциональном воспроизведении градации яркости телевизионного изображения распределяются равномерно по шкале полутонов рассматриваемого объекта. Например, две градации яркости объекта воспроизводятся одной градацией в телевизионном изображении.
При пропорциональном воспроизведении полутонов
mиз = γ mоб (4.6)
где mиз и mоб - соответственно числа градаций яркости телевизионного изображения и наблюдаемого объекта; γ - коэффициент пропорциональности, равный числу градаций яркости изображения, воспроизводящих одну градацию яркости объекта (в данном случае γ<1).
Подставив выражение (4.3) в соотношение (4.6), имеем
lg Kиз = γ lg Kоб, т.е Kиз = ,
где Kиз и Коб - соответственно значения контраста телевизионного изображения и наблюдаемого объекта.
Таким образом, пропорциональной зависимости градаций яркости соответствует степенная зависимость контрастов, а коэффициент пропорциональности равен показателю степени γ.
Обычно градации яркости воспроизводимого телевизионного изображения непропорционально распределяются по градациям рассматриваемого объекта (шкале полутонов). Например, в темных местах несколько градаций яркости объекта воспроизводятся одной градацией яркости изображения, а одна градация яркости в светлых местах воспроизводится интервалом яркости, равным нескольким градациям. В этом случае полутона в темных местах объекта на воспроизводимом телевизионном изображении будут одинаковой яркости (сольются), а в светлых местах будут иметь повышенную контрастность.
В телевидении задача пропорционального воспроизведения полутонов решается использованием специальных электронных корректоров, имеющих необходимую амплитудную характеристику. Подобные устройства получили название гамма-корректоров.
Практикой телевидения установлено, что наилучшее качество изображения в большинстве случаев наблюдается, когда значение результирующего коэффициента γрез всей телевизионной системы, определяющего форму амплитудной характеристики, больше единицы, т.е. γрез = 1,2... 1,3. Этот случай наиболее приемлем не только для черно-белых, но и для цветных телевизионных систем, несмотря на некоторые искажения цветности объектов, так как сюжетно важные детали, как правило, находятся в области большей освещенности.
Контрольные вопросы:
4.1. Поясните принципы работы зрительной системы человека.
4.2. Перечислите основные характеристики зрительного анализатора.
4.3. Назовите основные положения теории цветового зрения.
4.4. Объясните принципы построения цветовой системы XYZ.
4.5. Каким образом осуществляется выбор формата и размеров телевизионного изображения?
4.6. Из каких условий определяется число строк разложения телевизионного изображения?
4.7. Чему равняется частота смены кадров в телевизионной системе?
4.8. Дайте количественную оценку яркости и контраста телевизионных изображений.
4.9. Почему в телевизионной системе обеспечивают пропорциональность между воспроизведением полутонов и распределением яркостей в наблюдаемых объектах?
4.10. Как называются электронные устройства, корректирующие амплитудную характеристику телевизионной системы?
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 3781;