книги из ГПНТБ / Кривошеев М.И. Световые измерения в телевидении

fa

і

ты — вспомогательные и .измерительные. В поступающих видео­ сигналах (рис. 7.46) при помощи группы импульсов (рис. 7.4е) вы­ резаются участки, соответствующие месту расположения поля сравнения на экране кинескопа (вырезанные участки видеосигна­ лов х—у находятся на уровне гасящих импульсов рис. 7.4а). За­ тем в эти участки видеосигнала помещают прямоугольные измери­ тельные импульсы, 'создающие поле сравнения равномерной ярко­ сти 'Unc- На эти импульсы накладываются помехи (рис. 7.4(9), соз­ даваемые генератором 10, имеющим на выходе соответствующий частотный фильтр / / . Уровень этих помех измеряют в эффектив­ ных или квазипнковых значениях прибором 12.

С выхода слагателя 7 видеосигналы с замешанными в них из­ мерительными импульсами (рис. 7.4е) и помехами подводятся к управляющему электроду приемной трубки 8. Местоположение на экране трубки «• размеры поля сравнения регулируют фазосдвигающими элементами J и 2 и генераторами 3 и 4. Размер поля сравнения должен 'быть порядка 10% высоты изображения, так как при малых полях сравнения понижается точность измерений.

При помощи описанной измерительной схемы с соответствую­ щими дополнениями можно оценивать помехи в цветном телеви­ дении.

Формы спектров флуктуационных помех в телевизионном трак­ те весьма разнообразны, поэтому требования к допустимому отно­ шению сигнала к помехе в зависимости от спектров помех также резко различаются.

Экспериментальным путем установлено, что не только при близ­ ких, но и при отличающихся формах спектров помех, регулируя их уровни в поле сравнения, можно достигать идентичности ви­

Естественно, что в каждом случае измерять спектр помехи к устанавливать ее допустимый уровень в зависимости от ее визуаль­ ного восприятия практически невозможно, если учесть сложность измерения спектрального распределения энергии помехи. Поэтому важно знать, какие помехи можно примешивать к полю сравне­ ния для имитации визуального восприятия помех с разнообраз­ ными спектрами.

В качестве «эталона» имитирующих помех удобно использовать помехи с равномерным спектром в полосе частот до 6ч-7 МГц. При этом разброс в установке величины «эталонной» помехи не пре­ вышает 1-М,5 дБ.

Преимущества рассмотренного способа измерения отношения сигнала к помехе и обеспечиваемая им точность подтверждены также в работе [133]. Было проведено 40 измерений одного и того

— 201 —

ной величины. Экспериментальным путем установлено, что, напри­ мер, при датчике типа «бегущий луч», развертывающая трубка которого работала с небольшим током луча, удалось определять отношение сигнала к размаху помехи, равное 40 дБ. При измере­ нии помех, создаваемых различными датчиками, источником оши­ бок может явиться неподвижный мелкоструктурный фон, завися­ щий, например, от зерна пленки диапозитива, или в системе с бе­ гущим лучом, определяемый структурой светящегося экрана раз­ вертывающей трубки. Однако практически установлено, что дефокусируя развертывающий луч, эти трудности можно устранить без искажения результатов измерении.

Достоинство такого способа сравнения помех и измерения от­ ношения сигнала к помехе — возможность свободного перемеще­ ния поля сравнения в любое место растра для оценки помех на любом из участков телевизионного изображения независимо от их яркости, цвета и местоположения. Это, в частности, важно, когда отношение сигнала к помехе неоднозначно при различных уров­ нях видеосигнала.

Описанный способ измерения отношения сигнала к помехе не­ посредственно на приемном экране рассмотрен и одобрен XI ис­ следовательской комиссией МККР [129, 134].

7.3. ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ И ЦВЕТА НА ТЕЛЕВИЗИОННОМ ИЗОБРАЖЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕДАЮЩЕЙ ТРУБКИ

Яркость или цвет телевизионного изображения на экране вос­ производящего устройства могут измеряться с помощью установ­ ки, содержащей в качестве световоспринимающего элемента пере­ дающую телевизионную трубку. Измеряя величину выходного ви­ деосигнала передающей трубки для определенного участка изобра­ жения, можно судить о яркости этого участка. Соответствующие значения видеосигналов в установке, например, с тремя передаю­ щими трубками, могут характеризовать значения трех цветовых координат цвета данного участка изображения в некоторой цвето­ вой координатной системе.

Такие измерительные установки аналогичны по своему дейст­ вию фотоэлектрическому фотометру и колориметру и могут быть названы «фотоэлектрическим телевизионным фотометром» и «фо­ тоэлектрическим телевизионным колориметром».

В установках, предназначенных для анализа изображения с эк­ рана кинескопа, применяют передающие телевизионные трубки с накоплением заряда, реагирующие на интегральную яркость теле­ визионного изображения за период накопления. Ограничения, свя­ занные с применением трубок мгновенного действия, определяются практическими трудностями обеспечения совпадения положення

— 202 —

развертывающего пятна ч-іа экране кинескопа со считывающим эле­ ментом на фотокатоде передающей трубки в каждый момент вре­ мени [122].

Требования к телевизионным установкам, предназначенным для выполнения измерений яркости или цвета на экране кинескопа, зависят от требуемой точности измерений. По сравнению с пере­ дающими камерами, предназначенными для вещательных целей, требуется большая стабильность «нуля» — уровня черного и ли­ нейность световой характеристики. Если применяемая передающая

В «фотоэлектрическом телевизионном колориметре» спектральные характеристики чувствительности не обязательно подгонять под определенные кривые сложения, когда установка предназначена лишь для измерений цвета на экранах кинескопов. В этом случае можно использовать метод работы с произвольными спектральны­ ми характеристиками чувствительности, рассмотренный в разд. 3.8. При этом отпадают требования реализации определенных кривых спектральной чувствительности, но пересчетная матрица должна определяться для каждого кинескопа, на котором производятся измерения.

В условиях, когда приходится многократно выполнять измере­ ния световых параметров телевизионного изображения, например, для контроля при производстве кинескопов, требуются автомати­ ческие методы измерений. Автоматическая измерительная установ­ ка содержит «фотоэлектрический телевизионный фотометр» или «колориметр» и анализирует их выходные сигналы, получаемые при подаче на исследуемый кинескоп специальных испытательных сигналов. На рис. 7.5 показана блок-схема установки для автома­ тической оценки качества телевизионного изображения [135].

В соответствии с заданной программой кодированные сигналы управления из программного устройства подаются на генератор испытательных сигналов.. Выработанные этим генератором испы­ тательные сигналы поступают в определенной последовательности на проверяемый объект (кинескоп, видеоконтрольное устройство или телевизионный приемник) и создают на его экране испыта­ тельное изображение. Видеосигналы, снимаемые с расположенно­ го перед испытуемым объектом телевизионного датчика, посту­ пают на логическое устройство. В этом устройстве параметры пос­ тупающих видеосигналов измеряются и сравниваются с эталонны­ ми сигналами, после чего производится анализ результатов срав­ нения. На основании этого анализа в программное устройство по­ даются командные сигналы, о продолжении анализа параметров

— 203 —

Проверяемое ТелєВизи-

устройство • оннап

камера

Регистри­

рующее

устройство

Рис. 7.5. Блок-схема установки для автоматическом оценки каче­ ства телевизионного изображения

изображения или о его прекращении. Одновременно осуществля­ ется индикация и регистрация результатов анализа.

В автоматических установках предпочтительно применение видикона — наиболее простой и малогабаритной трубки с накопле­ нием. Режим работы видикона в описываемых установках можег значительно отличаться от стандартного режима, используемого в камерах вещательного телевидения. В телевизионном датчике ана­ лизирующей установки может применяться однострочная или ша говая развертка со значительно уменьшенной скоростью.

На рис. 7.6 приведена блок-схема логического автомата, пред­ назначенного для оценки яркостных параметров телевизионного изображения {135, 136]. Распределение яркости анализируемого изображения в горизонтальном .направлении преобразуется в элек­ трические сигналы с помощью передающей трубки типа видикон, работающей в режиме однострочного .разложения. Сигналы с вы­ хода телевизионного датчика подаются на анализатор и после пре­ образования регулируют количество импульсов, поступающих or генератора «эталонных» сигналов на реверсивный счетчик им­ пульсов.

Скорость развертки в передающей трубке датчика значительно

Меньшая разрешающая способность передающей трубки по сравнению с измеряемой разрешающей способностью кинескопа не препятствует анализу, так как на передающую трубку проек­ тируется не все изображение, а лишь небольшой его участок.

— 204 —

Рис. 7.6. Блок-схема логического автомата для анализа яркостных параметров телевизионного изображения

Испытательный сигнал Л>° 1

Испытательный, сигнал/V°Z

Рис. 7.7. Испытательные сигналы для оценки различных параметров теле­ визионного изображения

В установке используются различные испытательные сигналы, позволяющие анализировать различные параметры изображения (рис. 7.7). Д л я определения разрешающей. способности применя­ ется испытательный сигнал в виде пакетов импульсов различной длительности или синусоидальных колебаний различных частот,

.создающий на экране кинескопа параллельные вертикальные по­ лосы различной ширины (рис. 7.7, испытательный сигнал № 1). Испытательный сигнал № 2 состоит из прямоугольного и синусквадратичного импульсов и позволяет оценивать детальность изо­ бражения, а также искажения, проявляющиеся в виде нарушений распределения яркости на различных участках изображения (окан­ товки, тянущиеся продолжения и повторные изображения). Для определения модуляционной характеристики кинескопа применяет­ ся испытательный сигнал «окошко» (рис. 7.7, испытательный сиг­ нал № 3) с последовательным ступенчатым /возрастанием размаха.

— 206 —

левизионные устройства для выполнения яркостных и цветовых измерений на объекте представляют собой фотоэлектрические те­ левизионные «фотометр» и «колориметр» соответственно. Из-за различия природы света, подлежащего измерению в обоих этих случаях, требования к измерительным установкам также различны.

Основные различия заключаются в том, что в телевизионных «фотометре» -и «колориметре», предназначенных для измерений на объекте, могут применяться передающие трубки без накопления,, обладающие для измерительных целей рядом преимуществ, и, вовторых, в телевизионном «колориметре» для измерений на объекте спектральные характеристики чувствительности трех каналов дол­ жны обязательно совпадать с кривыми сложения некоторой цве­ товой координатной системы. Последнее требование обусловлива­

Рассмотрим более подробно цветовые измерения на объекте. Блок-схема телевизионной цветоизмерительной установки пока­

Матрица Гімма - корректор

Рис. 7.8. Блок-схема телевизионной цветоизмерительной устаяовкк

реальных объектов используется телевизионная камера. При изме­ рении цвета на различных репродукциях может применяться так­ же установка с бегущим лучом, работающая на просвет или отряжение в зависимости от типа репродукции. В блоке выделенияосуществляется селекция видеосигналов от участка изображения,, цвет которого должен быть измерен. В счетно-решающем устрой­ стве может выполняться расчет координат цветности по выделен­ ным видеосигналам, а также, если нужно, пересчет цветовых коор­ динат в другую цветовую координатную систему, отличную от цве­ товой системы, используемой в цветоанализирующем устройстве

— 207 —

I

(камере). При 'изменении координат цветности измеряемого уча­ стка во времени значения этих координат записываются в блоке записи.

ВКУ используется для визуального контроля выделяемого уча­ стка изображения. До подачи на ВКУ сигналы от датчика прохо­ дят через матрицу, преобразующую цветовые координаты из цве­ товой системы датчика в систему приемной трубки ВКУ, и гаммакорректор. Для индикации контролируемого участка на ВКУ по­ даются импульсы от блока выделения.

К телевизионным камерам в цветоизмерительных устройствах предъявляются, естественно, более жесткие требования, чем к ка­ мерам для вещательного телевидения. В основном эти требования относятся к точности реализации спектральных характеристик чув­ ствительности трех каналов камеры, к равномерности чувствитель­

т. е. к точности совпадения их с кривыми сложения выбранной для цветоанализа цветовой системы, аналогичны требованиям, предъ­ являемым к таким кривым в фотоэлектрических колориметрах. Допуски на возможные отклонения спектральных характеристик от требуемой формы зависят от заданной точности измерений цве­ та каждым конкретным 'измерительным устройством и могут быть установлены как и для колориметра (см. гл. 3).

При телевизионном анализе ошибки измерения цветовых коор­ динат могут возникать также из-за неравномерности чувствитель­ ности по поверхности фотокатода передающей трубки [138]. На различных участках фотокатода может быть разной как спектраль­ ная чувствительность, так и общая, приводящая к изменению ве­ личины выходного сигнала. При использовании в цветоизмерительной установке одной передающей трубки (со сменой цветов по по­ лям) изменение общей чувствительности трубки при переходе с одного участка изображения на другой не будет нарушать соот­ ношения между тремя поочередно снимаемыми выходными сигна­ лами, так как неоднородность чувствительности 'будет одинаково сказываться для всех трех сигаал-ов. В результате этого будут воз­ никать ошибки только яркости, а цветность будет измеряться без ошибок. Применение в цветоизмерительиой установке поочередно­ го цветоанализа, упрощая камеру, может, однако, усложнить уста­ новку из-за необходимости запоминания сигналов, которые должны обрабатываться одновременно. При 'использовании трех передаю­ щих трубок изменение общей чувствительности по поверхностям трех фотокатодов не будет сказываться на .измерении цветности только в том случае, если закон изменения чувствительности оди­ наков для трех трубок. Это на практике не имеет места. Если за­ коны изменения чувствительности по поверхности фотокатода из-

— 208 —

вестны, то ошибки измерения можно .существенно снизить благо­ даря использованию автоматической коррекции неравномерности чувствительности [139].

Из-за непостоянства уровня черного появляются ошибки в из­ мерениях как яркости, так « цветности определяемого цвета. В от­ личие от ошибок из-за неравномерности общей чувствительности по площади изображения, ошибки цветности 'будут иметь место и в случае одинакового изменения уровня черного в трех передаю­ щих трубках. При этом величина ошибки цветности будет зависеть для одной и той же измеряемой цветности от яркости соответству­ ющего цвета.

Важным фактором, от которого зависит точность измерения цвета телевизионной установкой, является линейность амплитуд­ ных характеристик трех каналов камеры. Если передающие труб­ ки имеют нелинейные световые характеристики, то эти нелинейно­ сти должны быть скорректированы при помощи гамма-коррек­ торов.

Сравнение трех типов передающих трубак-суперортикона, видикона и диссектора показало, что в отношении рассматриваемых параметров из этих трубок наилучшей для использования в цветоизмерительной телевизионной установке является диссектор {140]

7.5. ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ И ЦВЕТА НА ОБЪЕКТЕ

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕДАЮЩЕЙ КАМЕРЫ

ИЭТАЛОНА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ

Ошибки измерений яркости и цвета из-за различных несовер­ шенств и неста'бильностей телевизионной измерительной камеры можно существенно уменьшить, если в процессе измерений наряду с исследуемыми объектами одновременно или периодически изме­ рять некоторый «эталон», например, в виде специальной испыта­ тельной таблицы с известными световыми параметрами. Данные, полученные при измерении калиброванной таблицы, могут быть использованы при обработке результатов измерений исследуемых объектов для их корректировки. Это особенно важно в тех слу­ чаях, когда измерительная установка работает 'без обслуживаю­ щего персонала и недоступна для выполнения регулировок, в ко­ торых может возникнуть необходимость в процессе работы каме­ ры. В частности, такой способ проверки работы измерительной камеры и внесения необходимых корректировок в результаты изме­ рений используется при космических исследованиях с помощью беспилотных кораблей {141]. Информация о цвете объектов при таких исследованиях очень важна. Она помогает, например, опре­ делять состав далеких планет при сравнении их по цвету с извест­ ными земными породами.

Так, например, яркость и цвет лунной поверхности измерялись при помощи телевизионной камеры с использованием калиброван-

— 209 —