Файл: Кривошеев М.И. Световые измерения в телевидении.pdf

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

Световые измерения С ПОМОЩЬЮ

. телевизионных устройств

7.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вряде случаев световые измерения могут осуществляться с помощью телевизионных методов и устройств. Такого рода изме­ рения в последние годы все более широко 'применяются как в ве­

щательных телевизионных системах, так и в других областях нау­ ки и техники.

Классификация световых измерений, выполняемых телевизион­ ными методами, показана на рис. 7.1. Всю совокупность таких из-

Световые измерения телевизионными -методами

На телевизионном изображении

Рис. 7.1. Классификация световых измерении, выполняемых телевизионщьшп методами

мерении можно разделить на два вида в зависимости от того, где выполняются измерения — на телевизионном изображении или непосредственно на объекте. В последнем случае это может быть либо объект, подлежащий передаче по телевидению, либо объект, световые параметры которого должны быть измерены в данном случае с помощью телевизионного устройства.

Измерения яркости и цвета на телевизионном изображении, лоспропзводнмом па приемном экране, могут выполняться как при •'спользованип соответствующей передающей телевизионной каме- , р;л. так и без нее, например, косвенными методами с помощью мо­ дулирующих видеосигналов. Здесь измерительная установка с ка­ мерон выполняет задачи фотоэлектрического фотометра или коло­ риметра, а измерения на экране без камеры аналогичны визуаль­ ному фотометрированпю пли колориметрированшо.

При измерениях яркости и цвета на объекте измерительная те­ левизионная установка содержит передающую камеру. При этом принцип измерении и требования к камере различны в зависи­ мости от того, имеется ли при измерениях эталон для сравнения. Кроме измерений абсолютных значений яркости или цвета объек­ тов, может проводиться также классификация объектов по их яр­ кости пли цвету по заданному алгоритму, что отражено на рис. 7.1 в общем случае как классификация и допусковый контроль.

Измерение яркости и цвета на объекте с помощью телевизион­ ных методов и устройств имеет ряд преимуществ перед рассмот­ ренными выше обычными светотехническими способами. Телеви­ зионный метод позволяет выполнять измерения яркостей и цветов удаленных объектов, контролировать световые характеристики при производственных процессах, при которых невозможно присутст­ вие человека. Телевизионный колориметр позволяет одновременно измерять цвет на нескольких участках объекта, находящегося в толе восприятия камеры. Местоположение участка, цвет которого измеряется, можно легко выбрать, контролировать и, если нужно, изменять при одновременном визуальном наблюдении изображе­ ния на видеоконтрольном устройстве.

В ряде случаев, например, в космических телевизионных систе­ мах, используемых для исследования как Земли, так и других не­

спектра излучения, позволит получать значительно больший объем информации о характеристиках и свойствах наблюдаемых объек­ тов [125].

7.2.ИЗМЕРЕНИЯ НА ТЕЛЕВИЗИОННОМ ИЗОБРАЖЕНИИ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (КАМЕРЫ)

При оценке черно-белых и цветных телевизионных изображений важно измерять такие показатели, как окантовки, тянущиеся про­ должения, .уровень помех и другие искажения, проявляющиеся в виде нарушения распределения яркости и цвета. Для этого важно иметь возможность измерять и сравнивать яркость и цвет отдель-

— 194 —

ных как мелких, так и крупных деталей изображения на приемном' экране. Применение для таких измерений обычных способов с ис­ пользованием фотометров и колориметров в ряде случаев затруд­ нительно, а иногда, например, при измерении уровня помех, прояв­ ляющихся в виде хаотических изменений яркости отдельных дета­ лей, практически невозможно. Для оценки такого рода световых параметров телевизионных изображений применяют способ, при котором на приемном экране создается поле сравнения или спе­ циальные яркостные отметки (79, 126—130].

При этом способе для измерения яркости или цвета на некото­ ром участке изображения рядом с этим участком располагается специально создаваемое поле сравнения. Его яркость или цвет при непосредственном наблюдении телевизионного изображения зри­ тельно уравнивается с яркостью или цветом исследуемого участка. После этого измеряются соответствующие полю сравнения импуль­ сы на управляющем электроде приемной трубки, которые при опре­ деленных условиях характеризуют величину яркости или цветовые координаты цвета исследуемого участка изображения.

Рассмотрим сначала яркостные измерения, выполняемые нз экране черно-белого кинескопа. Упрощенная блок-схема устрой­ ства для создания поля сравнения приведена на рис. 7.2а. Ко вхо- зу устройства подводят строчные и кадровые синхронизирующие импульсы, временное расположение которых можно изменять со­ ответственно в пределах длительности одной строки фазосдвигающим устройством / и в пределах длительности одного поля разло­ жения фазосдвигающим устройством 2.

Эти импульсы запускают генераторы 3 и 4. С выходов этих ге­ нераторов импульсы попадают на схему совпадения 5, на выходе которой образуются серии импульсов частоты строк. В усилителе 6- регулируется размах этих импульсов поля сравнения, вводимых вместо вырезаемых соответствующих участков видеосигнала.

С выхода слагателя 8 видеосигнал с замешанными в него изме­ рительными импульсами подводится- к управляющему электроду кинескопа 9. Местоположение тюля сравнения на экране трубки я его размер устанавливают, регулируя соответствующие фазосдвигающие цепи / и 2 и генераторы 3 и 4. Яркость поля сравнения определяют величиной измерительных импульсов и оценивают при помощи устройства 10. Поскольку между величиной -напряжения на управляющем электроде и яркостью экрана существует нели­ нейная зависимость, то до подачи на смеситель измерительные им­ пульсы проходят через гамма-корректор 7. Для более точной ком­ пенсации нелинейности характеристики передачи кинесхопа лучшеиметь гамма-корректор с регулируемой «гаммой» и подстраивать его по тому кинескопу, на котором выполняются измерения (см. разд. 4.8).

Кроме определения соотношения размахов измерительных им­ пульсов, в ряде случаев важно знать абсолютное значение ярко­ сти поля сравнения. Для этого при помощи фотометра измеритель-

видеоусилителей 16, 17, 18. Видеосигналы с выходов этих усилите­ лей с замешанными в них 'измерительными импульсами поступают на управляющие электроды приемной трубки. Измерительные им­ пульсы в каждом цветовом канале имеют одинаковую длитель­ ность и одно и то же временное расположение относительно им­ пульсов развертки, благодаря чему обеспечивается одновременное оптическое сложение свечений соответствующих им цветовых изме­ рительных отметок.

Раздельно регулируя размах измерительных импульсов в каж­ дом цветовом канале, на экране приемной трубки можно создать поле сравнения любой яркости и цветности в пределах диапазона яркостей кинескопа и диапазона цветностей, охватываемых тре­ угольником его основных цветов. Положение и размеры поля срав­ нения устанавливаются регулировкой фазосдвитающих цепей 1 и 2 и генераторов 3 и 4.

Выбирая необходимые соотношения размахов измерительных импульсов в каждом цветовом канале, можно достигнуть визуаль­ ного уравнивания цвета поля 'сравнения ;и цвета исследуемого уча­ стка изображения. При этом яркость и цветность как поля срав­ нения, так и исследуемого участка оценивают измерением разма­ хов трех измерительных импульсов в каждом из трех цветовых каналов, калиброванных измерительными устройствами 7, 8, 9.

Эти измерения по своему характеру подобны измерениям, про­ изводимым при работе с визуальными аддитивными колориметра­ ми, в которых цвет поля сравнения изменяется путем оптического сложения нескольких разноцветных излучений. По этой аналогии описанное устройство можно назвать «визуальным телевизионным колориметром».

В условиях наблюдения двух смежных полей на экране реали­ зуется высокая чувствительность глаза при обнаружении малых перепадов яркости и различий в цветности. Отсутствие различий в спектральных составах сравниваемых излучений снижает лич­ ную ошибку наблюдателя до минимальной. Хотя точность изме­ рения яркости и цветности при помощи описанных выше визуаль­ ных «телевизионного фотометра» и «телевизионного колориметра» ниже, чем при применении современных фотометров и колоримет­ ров, однако использование поля сравнения позволяет проводить ряд исследований, которые трудно было бы выполнить другим пу­ тем. Сигналы подвижного поля сравнения применяются также для имитации различного рода искажений яркости и цветности отдель­ ных участков изображения, для обнаружения ряда искажений, вносимых видеоканалом.

Рассмотрим подробнее измерение флуктуационных помех непо­ средственно на экране кинескопа.

При наблюдении этого вида помех на телевизионном изобра­ жении их уровень и степень мешающего действия оценить коли­ чественно обычно не удается. Каждый наблюдатель по-своему ха­ рактеризует наблюдаемый им визуальный эффект помехи. При

— 198 —

этом обычно дают такие оценки, как «рябь на изображении», «мел­ кие и крупные зерна», «хлопья» и т. д.

Сравнивать между собой искажения различных телевизионных изображении из-за присутствия флуктуационных помех очень трудно.

В то же время при разработке допусков на помехи, при срав­ нении качества изображений, обеспечиваемых разными типами те­ левизионного оборудования, количественная оценка проявления флуктуационных помех непосредственно на приемном экране край­ не необходима. Важно иметь возможность сравнивать визуальное проявление помехи на изображениях независимо от расстояния между точками контроля, например, на выходе передающей каме­ ры и- на экране телевизионного приемника, при разных телевизи­ онных стандартах, на входе и на выходе междугородной линии связи и т. п.

Замена глаза наблюдателя соответствующим взвешивающим фильтром, учитывающим лишь частотные особенности восприятия помех, существенно облегчает измерение помех в видеосигнале, однако фильтр не учитывает других важных особенностей восприя­ тия-помех, таких, как различие в заметности помех в зависимости от яркости и цветности фона, на котором они наблюдаются, внеш­ нее освещение экрана и т. п.

Поэтому наряду со способами измерения помех в видеосигнале, удобными при проверке преобразователей свет-сигнал и во многих других случаях (см. гл. 5), необходимы также способы оценки флуктуационных помех при непосредственном наблюдении их на телевизионном изображении. Способ измерений, используемый для этой цели, состоит в следующем [79, 126, 132, 133]. На приемном экране создается поле сравнения, которое устанавливается на гра­ нице или внутри любого участка изображения, на котором наблю­ даются помехи, подлежащие оценке. К импульсам, создающим по­ ле сравнения, примешивают «искусственные» помехи, которые слу­ жат для имитации в пределах поля сравнения помех, аналогичных по своему визуальному восприятию помехам .на изображении. Ре­ гулируя уровень импульсов поля сравнения и имитирующих по­ мех, добиваются визуального равенства в восприятии поля срав­ нения, искаженного введенной помехой, и исследуемого участка изображения. После этого измеряют размах импульсов поля срав­ нения Uuc, характеризующих усредненную глазом яркость детали, величину имитирующих помех Оип и определяют, таким образом, отношение сигнала к помехе, при котором зрительные восприятия поля сравнения с помехой и исследуемого участка изображения эквивалентны.

Измерительная схема приведена на рис. 7.4а. Блок-схема уст­ ройства аналогична приведенной на рис. 7.2а с той разницей, что здесь добавляются узлы 10, И и 12 для имитации измеряемой флуктуацнонной помехи. С выхода каскада совпадения 5 на вход усилителя 6 подают две группы серий импульсов строчной часто-

— 199 —