Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

разом, 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 телевизионных системах высокой четкости 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/сек) объектов в телевизионном кадре. Восприятие телевизионных изображений в таких условиях может привести к сильному утомлению глаз.

Сравнивая телевизионные изображения с различными форматами кадра, с определенным приближением можно считать, что в большинстве случаев достаточно высококачественное (или, по крайней мере удовлетворительное) изображение формата 4:3 относительно легко формируется из оригинала форматам 16:9, но получить удовлетворительное по качеству изображение формата 16:9 из оригинала форматом 4:3 практически не удается.

2.3. Яркость и контраст телевизионных изображений

Яркостными параметрами телевизионного изображения являются его средняя яркость Lср, максимальная яркость Lmax, контраст K и число полутонов – различимых градаций яркости N. Средняя яркость, соответствующая наилучшему восприятию, зависит от условий наблюдения, свойств зрения и от содержания изображения. Многолетней практикой установлено, что средняя яркость Lср 50 кд/м² вполне достаточна для наблюдения телевизионного изображения и рассматривания его деталей без особого утомления зрения. При этом яркость в белых местах изображения может достигать значений Lmax = 100…300 кд/м². Следует отметить, что повышение яркости телевизионного изображения улучшает комфортность восприятия и оказывает благоприятное влияние на психофизиологическое состояние телезрителей.

Средняя яркость телевизионного изображения должна изменяться при колебаниях средней яркости наблюдаемого объекта. Например, изображение одной и той же сцены будет иметь различную яркость в зависимости от того, в какое время дня она воспроизводится: в солнечный день или в сумерки. Поэтому в телевизионной системе для приемных устройств дополнительно передается специальный сигнал, величина которого пропорциональна средней яркости оригинала.

Диапазон воспроизводимых яркостей большинства рисунков, фотографий и киноизображений не превышают 100 (100:1), при этом они восприни-

Рис. 2.1. Субъективная зависимость оценки качества телевизионного изображения в зависимости от контрастности

маются как изображения очень хорошего качества. Практически, в первом приближении, можно считать, что данная закономерность справедлива и для телевизионных изображений. Для примера на рис. 2.1 изображена субъективная зависимость оценки качества телевизионного изображения при различных значениях контрастности [4].

При восприятии телевизионных изображений динамический диапазон изменения яркости – контраст K и число различимых градаций яркости N ограничиваются:

параметрами воспроизводимых устройств;

условиями наблюдения телевизионных изображений: расстоянием рассматривания, паразитными засветками телевизионных воспроизводящих устройств.

Например, паразитная засветка Lпар снижает воспринимаемый контраст K по сравнению с номинальной контрастностью К, обусловленной диапазоном воспроизводимых яркостей в телевизионном изображении

K Lmax Lпар K1 LпарLmax , то есть K < K.

Перечисленные причины приводят к тому, что в телевизионном изображении уменьшается число воспроизводимых градаций яркости относительно расчетного значения.

2.4. Особенности воспроизведения градаций яркости

Число различимых градаций яркости N влияет на зрительное подобие воспринимаемого телевизионного изображения по сравнению с непосредственным наблюдением физических объектов. Абсолютные значения градаций яркости в данном случае не могут быть равными, так как в значительной степени отличаются воспринимаемые контрасты. Поэтому имеет важное значение распределение воспринимаемых в телевизионном изображении градаций 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

где N и Nоб – соответственно числа градаций яркости телевизионного изображения и наблюдаемого объекта; – коэффициент пропорциональности, равный числу градаций яркости изображений, воспроизводящих одну градацию яркости объекта (в данном случае < 1).

Подставив выражение (1.5) в соотношение (2.1), имеем

lgK lgKоб, то есть K Kоб ,

где K и Kоб – соответственно значение контраста телевизионного изображения и наблюдаемого объекта.

Таким образом, пропорциональной зависимости яркости соответствует степенная зависимость контрастов, коэффициент пропорциональности равен показателю степени .

Обычно градации яркости воспроизводимого телевизионного изображения пропорционально распределяются по градациям яркости 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 названия гамма-корректоров.

Практикой телевидения установлено, что наилучшее качество изображений в большинстве случаев наблюдается, когда значение результирующего коэффициента рез всей телевизионной системы, определяющего форму амплитудной характеристики, больше единицы, то есть рез = 1,2…1,3. Этот случай наиболее приемлем при воспроизведении цветных телевизионных изображений, несмотря на некоторые искажения цветности объектов, так как сюжетно важные детали, как правило, находятся в области бóльшей освещенности.

2.5. Определение разрешающей способности телевизионных изображений высокой четкости

Число строк разложения z является важнейшим параметром телевизионных изображений, так как оно характеризует степень воспроизведения мелких деталей в вертикальном направлении растра, то есть разрешающую способ-

Рис. 2.2. Схема определения числа воспроизводимых строк

ность по вертикали. При оценке требуемого числа строк (количество воспроизводимых элементов по вертикали изображения) обычно исходят из условия слияния строчной структуры телевизионного изображения на заданном расстоянии рассматривания (рис. 2.2).

Практически значение z находится из следующего выражения:

Условие (2.2) неоднозначно, так как углы в и min могут принимать различные значения, зависящие от условий наблюдения. Для примера на рис. 2.3 представлены зависимости необходимого числа строк разложения z от относительного расстояния наблюдения A/h и угловой разрешающей способности глаза min . При относительных расстояниях А/h = 4…6 и угле min = 1…3 требуемое число строк разложения изменяется в пределах 400 < z < 1700 и существенно возрастает в случае дальнейшего уменьшения отношения А/h.

Однако число строк, определяемое соотношением (2.2), является номинальным и характеризует номинальную четкость, то есть максимально возможное число мелких деталей, различаемых в телевизионных изображениях.

Экспериментально установлено, что кажущаяся, то есть субъективная четкость G, непосредственно оцениваемая зрительной системой человека, не растет пропорционально числу строк разложения, а подчиняется закону ВебераФехнера. Согласно этому закону кажущаяся четкость пропорциональна логарифму от числа строк разложения, то есть G = alnz, где а – коэффициент про-

Рис. 2.3. Зависимость требуемого числа строк разложения при различных условиях наблюдения

Рис. 2.4. Зависимость кажущейся четкости от числа строк разложения при различных условиях наблюдения

порциональности. Фактически кажущаяся четкость G изменяется в значительно более узких пределах по сравнению с номинальной четкостью при изменении параметра z. Экспериментально полученные зависимости кажущейся четкости от числа строк разложения при различных значениях отношения А/h и min 1 представлены на рис. 2.4.

Анализ данных графических зависимостей показывает, что при неизменных условиях наблюдения увеличение числа строк в растре сопровождается существенным улучшением кажущейся четкости, лишь при относительно небольших значениях z. Поэтому на практике было введено понятие оптимального числа строк zopt, соответствующего 95% максимальной кажущейся четкости. Следовательно, фактическое число строк разложения в телевизионных изображениях должно выбираться равным zopt. Таким образом, на основании анализа рисунка 2.4 можно считать, что при A/h = 3 число строк в одном кадре телевизионного изображения высокой четкости должно быть равным примерно

1200…1250.

2.6. Выбор частоты кадров воспроизводимых изображений

Воспроизведение движущихся изображений – характерная особенность любой телевизионной или кинематографической системы. В эксплуатируемых телевизионных (кинематографических) системах для воспроизведения движущихся изображений осуществляется их дискретизация по времени t. Вследствие этого при просмотре телепередач или кинофильмов на сетчатки глаз проецируется последовательность статических изображений объектов. Причем совокупность статических кадров отличается от изображения, образующегося на сетчатке глаза при наблюдении действительно движущегося объекта. Поэтому в современных телевизионных и кинематографических системах можно воспроизвести лишь физиологически точные движущиеся изображения.

Качество воспринимаемого телевизионного изображения с точки зрения воспроизведения движения объекта, в первую очередь, зависит от числа воспроизводимых кадров в одну секунду.

Из многолетнего опыта кинематографа установлено, что для восприятия плавного (естественного) движения объектов в большинстве случаев достаточно воспроизводить 16…20 отдельных фаз движений в одну секунду.