1.4. Телевизионное изображение и его качество

При оценке качества ТВ изображения обычно сопоставляют его с оптическим изображением или изображением, непосредственно наблюдаемым глазом. При этом могут использоваться различные критерии степени соответствия.

Критерий физической точности предполагает, что излучение каждой точки ТВ изображения по спектральному составу и мощности идентично соответствующим элементам оригинала. Рассматриваемый критерий в телевидении не используется, из-за невозможности в большинстве случаев выполнить требования этого критерия. Например, ТВ система не может воспроизвести яркости объектов наблюдения до 10⁴ кд/м².

Физиологическая точность воспроизведения полагает, что зрительные ощущения, вызываемые оригиналом и изображением, одинаковы, хотя физическая точность может быть и не соблюдена. Для примера, положим, что мощность излучения элемента наблюдаемого объекта постоянна во всем диапазоне частот светового излучения. При таком излучении цвет этого элемента кажется нам белым. На экране цветного ТВ рассматриваемый элемент воспроизводится путем наложения друг на друга его трех цветных изображений в красном, синем и зеленом цветах. Каждому из этих цветов соответствует строго определенная длина волны светового излучения. При определенном соотношении яркостей этих цветных изображений также создается ощущение белого цвета.

При использовании психологического критерия изображение оценивается наблюдателем как высококачественное, хотя физиологическая точность не соблюдается. Цвет наиболее важных сюжетных деталей изображения должен быть по возможности близок к цвету этих же деталей объекта наблюдения. К таким деталям обычно относят лицо, руки, волосы, листву деревьев и т.п. При этом цвет второстепенных предметов может воспроизводиться с большими погрешностями.

При оценке качества ТВ изображения следует иметь в виду, что ТВ изображение имеет меньшие размеры деталей, чем объект, заключено в ограничивающую рамку, которой нет в передаваемом объекте. Яркость фона, окружающего изображение, мала по сравнению с яркостью изображения. В этих условиях важную роль играет относительность наших зрительных оценок, что позволяет не воспроизводить абсолютное значение яркостей отдельных элементов изображений оригинала, а сохранить лишь соотношение между яркостями отдельных элементов изображения и их цветности.

Качество ТВ изображения характеризуют рядом параметров. К таким параметрам относят: формат изображения, размер изображения, геометрические искажения, воспроизведение градаций яркости внутри яркостного динамического диапазона, четкость, цветовоспроизведение, неравномерность воспроизведения по полю изображения. Эти параметры определяются следующим образом.

Формат изображения соответствует формату кадра.

Размер изображения при заданном формате обычно оценивают диагональю изображения.

Геометрические искажения характеризуют точность воспроизведения координат передаваемых элементов изображения. На рис.1.10 приведены часто встречающиеся геометрические искажения растра.

а б в г

д е ж з

Рис.1.10. Геометрические искажения растра: а - бочкообразные; б - подушкообразные; в - трапецеидальные; г - искажения типа «параллелограмм»; д - нарушение вертикального размера кадра; е - нарушение горизонтального размера кадра; ж,з - искажения, вызванные нелинейностью кадровой и строчной разверток

Четкость изображения характеризует минимальные размеры деталей изо­бражения, которые раздельно могут быть воспроизведены на ТВ экране. Чет­кость зависит от вида изображения, условий его наблюдения, контрастности деталей, субъективных особенностей глаза. Для того, чтобы устранить все эти неопределенности, четкость в телевидении оценивают по специальным табли­цам, воспроизводимым на ТВ экране. В ряде таблиц четкость определяют по количеству раздельно видимых черно-белых полос, размещаемых на единице длины либо на всем экране. Полосы проводятся перпендикулярно направлению, в котором оценивается четкость. Ширина белых и черных полос делается одинаковой. В качестве направлений обычно выбирают горизонтальное и вертикальное.

Горизонтальная четкость (М_Г) может быть оценена как М_Г = в/d, где

в – размер экрана по горизонтали, а d – минимальный размер полоски, при которой полосы разрешаются (рис. 1.11). Аналогично четкость по вертикали

М_В = h/d, где h – вертикальный размер экрана.

Четкость изображения по вертикали обусловлена, в основном, количест­вом строк. При этом она зависит от взаимного расположения строк и элементов изображения. Максимальная четкость изображения по вертикали равна количеству строк. Для вещательного ТВ М_В = 625.

Четкость изображения по горизонтали определяется полосой частот телевизионной системы (ΔF), отводимой для передачи изображения. Экспериментальные исследования по оценке величины ΔF показали, что для реализации одинаковой максимальной четкости по вертикали и горизонтали величина ΔF должна выбираться в соответствии с выражением (1.5) [3].

а б

Рис. 1.11. К определению четкости изображения: а – по горизонтали; б – по вертикали

Резкость изображения - определяется пространственными размерами зоны перехода от деталей с одним уровнем яркости к деталям с другой яркостью. Если эта зона меньше размеров деталей, то изображение считается резким.

К яркостным характеристикам изображения относят: максимальную яркость, контраст, число градаций, перераспределение градаций яркости по динамическому диапазону.

Контраст к - это отношение максимальной яркости изображения (L_max) к ми­нимальной (L_min).

к = L_max/L_min.

Для ТВ изображения L_max=100 КД/м², L_min=1 КД/м², к = 100.

Число различимых градаций яркости изображения (А). В заданном диапазоне яркостей L_min  L_max зритель может воспринять только вполне определенное количество ступеней изменения яркости. (Первая ступень L₁=L_min+L_min, вторая ступень L₂=L₁+L₁ и т.д., где - относительный разностный порог раздражения). Общее количество таких ступеней в диапазоне яркостей ТВ изображения от L_min=1 кд/м² до L_max=100 кд/м² составляет А=92 [4].

Перераспределение градаций яркости в ТВ изображении.

Количество градаций яркости на ТВ экране составляет А=92, в то время как количество градаций яркости объектов наблюдения достигает 10⁴ [4]. Т.е. все градации яркости объектов ТВ система воспроизвести не может: одна градация яркости на ТВ экране соответствует нескольким градациям яркости объекта. Это приводит к снижению качества изображения.

Однако и при ограниченном количестве воспроизводимых градаций яркости на экране ТВ имеется возможность несколько улучшить качество изображения. Качество изображения в основном определяется воспроизведением количества градаций яркости оригинала в области белого. Поэтому количество градаций яркости изображения при больших и средних значениях яркости стараются приблизить к числу градаций оригинала. (При этом число градаций слабо освещенных деталей уменьшается, т.к. общее количество градаций яркости на экране при любом перераспределении остается неизменным). Такое перераспределение градаций яркости достигается выбором формы зависимости яркости изображения (L) от яркости объекта наблюдения (L₀). Зависимость L(L₀) называется характеристикой передачи уровня яркости ТВ системы. Оптим альная форма этой зависимости, с точки зрения качества передачи изображения, приведена на рис.1.12.

Математически эту зависимость можно записать как L/L_max=(L₀/L_{0 max})^1,2 [3], где L_{0 max} и L_max – максимальные значения яркостей объекта наблюдения и его изображения на экране ТВ.

К

Рис.1.12. Характеристика передачи уровней яркости ТВ системы

раткие итоги

Качество ТВ изображения характеризуется следующими основными параметрами: форматом изображения, размером изображения, геометрическими искажениями, четкостью, яркостными и цветовыми характеристиками.

• Формат изображения - это отношение горизонтального размера растра к вертикальному.

• Размер изображения оценивается длиной диагонали изображения.

• Геометрические искажения характеризуют точность воспроизведения координат элементов изображения.

• Четкость изображения характеризует минимальные размеры деталей изображения, которые раздельно могут быть воспроизведены на экране ТВ.

К яркостным характеристикам изображения относят: максимальную яркость, контраст, число градации яркости.

• Под контрастом понимают отношение максимальной яркости изображения к минимальной.

• Число различимых градаций яркости – это количество степеней изменения яркости в диапазоне от минимальной до максимальной яркости, которые может воспринять телезритель.

• Цветовоспроизведение характеризуется степенью отличия цветов изображения от цвета соответствующих участков объекта наблюдения.

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами характеризуется качество ТВ изображения?

2. Какие виды геометрических искажений ТВ изображений Вы знаете?

3. Что такое четкость ТВ изображения и от чего она зависит?

4. С какой целью осуществляется перераспределение градаций яркости в ТВ изображении?

25