Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
23.2 Mб
Скачать

ной испытательной таблицы, установленной на космических кораб­ лях «Сервейер» [141, 142].

В телевизионной камере на видиконе применялась медленная развертка на 600 строк. Один кадр развертывался примерно за 3,6 с. Система содержала зеркало, объектив с переменным фокус­ ным расстоянием л поворотный диск со 'светофильтрами. Виднкон был направлен на зеркало, которое вращалось и одновременно изменяло угол наклона, что позволяло осуществлять обзор в пре­ делах 360° по азимуту и 120° по высоте. Отраженный от зеркала

свет поступал на светочувствительную поверхность

видикона че­

рез светофильтр и объектив с переменным фокусным

расстоянием.

Любой фильтр поворотного диска мог быть поставлен на пути светового потока по команде с Земли. Один из четырех свето­ фильтров диска был прозрачным, а три остальных подобраны так, чтобы в качестве результирующих спектральных характеристик чувствительности камеры реализовывалпсь кривые сложения МК.0 X. У и Z.

Установка светофильтра с кривой У позволяла выполнять изме­ рения яркости.

Для периодической проверки работы телевизионной системы и ее калибровки были предусмотрены отражающие испытательные таблицы, позволявшие проверять как работу камеры, так и ее фо­ тометрические и колориметрические характеристики. Использова­ лись две таблицы. Диаметр круглой таблицы (8,4 см) выбран с таким расчетом, что при центральном положении ее в телевизион­ ном кадре угол восприятия таблицы камерой равен 6,43°. Таблица

Рис. 7.9. Калиброванная испытательная таблица

— 210 —

б) і/

530

5W

550

5Б0

570

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Элементь/ изображения

Рис. 7.10. Снимок затмения Солнца Землей (а) >и цветности различных точек солнечного ореола (б)

занимала несколько меньше половины угла восприятия камеры, так что, когда таблица располагалась не в центре кадра, вместе с ней могла быть видна часть лунной поверхности [142].

Калиброванная испытательная таблица показана на рис. 7.9 Она содержит градационный клин из 12 полей, расположенных по кругу, и одного центрального сегмента. Коэффициенты отражения этих полей, показанные на рис. 7.9, находятся в пределах от 3 до 30%, за исключением одного поля с отражением 87%. Такие коэф­ фициенты отражения выбраны с учетом ожидавшихся отражающих свойств лунной поверхности, которая по предварительным измере­ ниям с Земли имеет коэффициент отражения около 7%. Три сек­ тора центрального круга содержат цветные поля с известными ко­ ординатами МКО при дневном освещении.

Между четырьмя секторами центрального круга (цветовыми и серым) размещены четыре группы клинообразных полосок для

проверки разрешающей

способности. Каждая группа содержит

три черных и две серых

полоски.

В центральной части таблицы перпендикулярно к ее плоскости расположен столбик-гномон, служащий для определения утла па­ дения солнечных лучей после прилунения корабля. Для большей точности определения угла солнца гномон должен 'быть достаточно длинным, но тогда тень эдожет иногда выходить за пределы табли­ цы. Поэтому гномон имеет'выступы, и при различных углах падения солнечных лучей используют различные части гномона.

Цветные изображения на Земле составлялись из трех отдель­ ных фотографий, снимавшихся при помещении перед вндиконом каждого из трех светофильтров поворотного диска. Цветная фото­ графия получалась путем проектирования трех цветных позитивов через соответствующие светофильтры при точном совмещении меж­ ду собой. В процессе получения цветной фотографии осуществля­ лась коррекция, рассчитываемая на ЭВМ по калибровочным дан­ ным. При этом достигалось по возможности полное согласование сфотографированных калибровочных цветов на испытательной таб­ лице с цветами такой же таблицы на Земле. После этого цвета остальной части телевизионного изображения предполагались пра­ вильно скорректированными.

В качестве примера на рис. 7.10а показан переданный с кораб­ ля снимок затмения солнца Землей. В отмеченных цифрами точках были произведены измерения щвета. Соответствующие этим точ­ кам цветности показаны на графике цветностей МКО на рис. 7.106, где проведены также линии цветностей абсолютно черного тела и естественного дневного света.

7.6. ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРИ ДОПУСКОБОМ КОНТРОЛЕ

Кроме измерения яркости и цвета объектов, телевизионные из­ мерительные установки позволяют выполнять и другие операции, связанные с оценкой яркостного .и цветового содержания иссле-

— 212 — *

дуемого объекта. Например, можно выделить участки изображе­ ния, обладающие яркостями, попадающими в определенные интер­ валы диапазона яркостей, и определить долю площади изображе­ ния, приходящуюся на соответствующие участки. При цветовом, анализе можно определять принадлежность цветов объекта, нахо­ дящегося в поле зрения камеры, к той или иной области графика цветностей или определять долю площади изображения, занимае­ мую цветами, цветности которых попадают в некоторую областьграфика цветностей и т. л.

Возможности выполнения подобного телевизионного анализа яркости объекта проиллюстрируем на примере устройства, назван­ ного «фотометрическим анализатором» [143]. При помощи этого устройства на телевизионное изображение исследуемого объекта накладываются .изофоты, т. е. линии равной яркости, которые поз­ воляют, в частности, очертить и выделить участки с малой ярко­

стью (соответствующие освещенности менее

6 лк).

В дополнение

к прочерчиванию .на экране изофот оредняя

яркость

объекта выше

выбранного для изофоты порога может регистрироваться на само­ писце. Время, затрачиваемое на развертку участков с яркостью выше выбранного уровня, дает меру площади участка, ограничен­ ного изофотой, и также записывается.

Блок-схема фотометрического анализатора показана на рис. 7.11, Видеосигнал проходит к видеоконтрольному устройству через.

Видеосигнал

 

Формирователь

Видео­

Компаратор

усилитель

напряжения

импульсов

 

 

Регулировка

Смеситель

Видеосигнал

 

фооня

 

 

 

 

 

Сигнал

 

 

Интегратор

^Площади."

 

 

площади

—о

 

 

 

Сигнал

 

Детектор

Интегратор

Интенсив-

 

"—оности "

 

уровня

интенсивности

Рис. 7.11. Блок-схема

телевизионного

«фотометрического

анализатора»

усилитель, компаратор, генератор импульсных меток и смеситель. Измерительное, устройство содержит детектор порогового уровня? и интеграторы площади и интенсивности.

— 213 —

Работа фотометрического анализатора .поясняется на рис. 7.12. а рис. 7.12а показан видеосигнал в течение одной строки вместе тремя контрольными уровнями, с которыми он сравнивается в

Уровень д~елого

а)

входной видеосигнал с тремя контрольными уровнями;

б) ,

в), г) выходной сигнал компаратора напряжения для

уровней /, II, III; д) дифференцированный

сигнал для уров­

ня

II; е) импульсы меток для уровня //;

ок)

видеосигнал

 

с наложенным')! метками для уровня

/ /

 

— 214 —

 

 

компараторе. На выходе компаратора появляется последователь­ ность сигналов соответствующих пересечению видеосигналом конт­

рольного

уровня,. как показано

на рис. 7.126, в и г для

уровней

/, //,

/ / /

рис. 7.12а. Полученные

сигналы дифференцируются, как

показано

на рис. 7Л2д, для сигнала //

уровня рис. 7.12е,

и сигнал

вида

рис. 7.12с? преобразуется в

узкие

положительные

импульсы

(рис.

7.12,?). Эти импульсы смешиваются с видеосигналом (рис.

7.12ж) перед подачей его на ВКУ, в результате чего на экране ВКУ возникает изображение изофоты, соответствующей выбран­ ному контрольному уровню.

Сигналы с выхода компаратора подаются также на интегратор для измерения времени, затрачиваемого лучом на прохождение участков изображения со значениями видеосигнала, большими дан­ ного контрольного уровня. Выходное напряжение интегратора про­ порционально заштрихованной на рис. 7.126, в или г площади и является мерой площади, ограничиваемой соответствующей нзофотой.

Среднюю яркость объекта выше порога, определяемого конт­ рольным уровнем, можно оценить при помощи второго интеграто­ ра и детектора порогового уровня; выходное напряжение пропор­ ционально площади, заштрихованной на рис. 7.12ж.

Рассмотрим теперь, как молено выполнить анализ цветового содержания объекта. Пусть, в самом простом случае, график цвет­ ностей разделен на две части прямой линией (рис. 7.13а) и нужно определить, в какой из двух областей графика цветностей распо­ ложена цветность анализируемого цвета.

Каждой прямой графика цветностей соответствует равенство

нулю определенной линейной комбинации трех цветовых

коорди­

нат [9], например, в системе МКО XYZ

 

A = AxX + AYY+AzZ.

(7.1)

Для цветов, точки цветностей которых лежат на даннойпря­ мой, соответствующее выражение обращается в нуль. Для цвет­ ностей, находящихся по одну сторону от этой прямой, это выра­ жение будет больше нуля, а для цветностей, находящихся по дру­ гую сторону от этой прямой, меньше нуля. Таким образом, поло­ жение точки данной цветности в одной из двух областей графика цветностей будет определяться знаком выражения (7.1), представ­ ляющего собой некоторую комбинацию трех выходных сигналов анализирующей камеры.

Для примера рассчитаеїм комбинацию выходных сигналов дат­ чика, по которой можно определить, в какой из двух областей гра­ фика цветностей рис. 7.13а находится точка цветности анализи­ руемого цвета. Предположим при этом, что в датчике реализована цветовая система МКО XYZ.

Запишем уравнение прямой а рис. 7.13а в следующем виде:

у= kx - j - b.

215 —

Рас. 7.13. К определению нахождения точки анализируемого цвета в одной из двух областей графика цветностей (а) и п пределах треугольной зоны графика цветностей (б)

Это уравнение надо .переписать так, чтобы ввести в него коорди­

нату

-z.

Учтя, что

x+y+z=\,

это

можно сделать

їв

виде-

kx—у+Ь

(x + y + z) =0,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

{k+b)x-\-{b—l)y+bz

 

= 0

 

(7.2)

Умножив все члены выражения (7.2) на T=X+Y+Z,

 

имеем

окончательно

 

 

 

 

 

 

 

 

(k + b)X+ ф—

\)Y+

bZ=0.

 

(7.3)

По рис. 7.13а находим &=1,5,

6 = —0,2.

Подставляя

эти

значе­

ния в

(7.3), получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

1,ЗЛГ —1,247 —0,2Z =

0.

 

(7.4)

Для

некоторого упрощения матрицы

 

в цветоанализирующем

устройстве один из коэффициентов можно сделать равным 1-, на­

пример, коэффициент ах-

Тогда (7.4)

примет вид

 

X — 0.923Г — 0,154Z = 0.

(7.4а)

Это уравнение прямой а рис. 7.13а.

 

 

Таким образом, для

определения,

в какой из двух

областей

графика цветиостей, на которые последний разбивается прямой а

рис. 7.13а,

находится точка цвета с координатами X, Y, Z,

надо

рассчитать

выражение

 

 

А = X — 0,923F — 0J54Z.

(7.5)

Какому знаку полученного выражения будет соответствовать нахождение данного цвета в той или другой области графика цвет­ иостей, можно определить по знакам коэффициентов. Легко ви­ деть, что для точек основных цветов (X), (Y) и (Z) выражение Л в (7.5) будет равно коэффициенту при соответствующей цветовой,

координате. Выражение (7.5) будет больше нуля

для точки (X) и

меньше нуля для точек (Y) и (Z). Таким образом,

положению точ­

ки левее прямой а будет соответствовать Л < 0

и положению ее пра­

вее прямой а — Л > 0 , как показано на рис. 7.13а.

 

Если требуется определить, находится ли точка цветности дан­

ного цвета в пределах некоторой ограниченной

зоны графина цвет­

иостей, то проще всего это можно сделать,

представив границы

этой зоны в виде отрезков прямых, т. е. аппроксимировав ее мно­ гоугольником. Самый простой случай, когда количество таких пря­ мых минимально — равно трем. Точка анализируемой цветности попадает в данную треугольную зону при соответствующих знаках трех выражений вида (7.5). На рис. 7.136 для примера показана треугольная зона. Условие нахождения точки в этой зоне будет иметь вид:

Д = Х — 1 , 0 3 0 Г + 0 , 8 6 7 2 > 0 ; A2 = — X+0,684Z<0; А3=Х—0.935Г— 0,122Z<0.

Уравнения пересчета сигналов вида (7.5) несколько упроща­ ются, если зону можно аппроксимировать прямыми, проходящими

— 217 —

через точки основных цветов цветовой системы анализатора. В этом случае, коэффициент при цветовой координате, соответст­ вующей основному цвету, через точку которого проходит данная прямая, равен нулю. На рис. 7.136 — это прямая ог.

Блок-схема цветового телевизионного анализатора для более об­

щего случая

построения зоны

в

виде четырехугольника

показана

на рис. 7.14

[44]. Три выходных

сигнала светоэлектрического пре-

 

 

 

Порого -

 

 

Матрица

 

вый

 

 

 

элемент

 

 

 

 

 

 

 

 

Порого -

 

 

Матрица

 

вый

 

 

 

 

элемент

 

 

 

 

Схема

 

 

 

совпаде­

 

 

 

ния

 

 

 

Порого­

 

 

Матрица

 

вый

 

 

 

 

элемент

 

 

 

 

Порого­

 

 

Матрица

 

вый

 

 

 

 

элемент

 

Рис. 7.14. Блок-схема устройства

контроля нахождения цветов

объекта

 

в определенной зоне графика цветностей

 

образователя

подаются на входы четырех матричных схем, где из

них формируются сигналы А п по выражениям вида (7.5). Эти сиг­ налы поступают на пороговые элементы, определяющие знаки со­

ответствующих выражений

Art. Сигналы, содержащие информацию

о знаках А п , подаются на

схему совпадения. В процессе непрерыв­

ного анализа цвета объекта при развертке изображения на выходе

схемы совпадения образуется

сигнал

+ 1

в моменты совместного

выполнения четырех условий

(/4„^0)

и

сигнал — 1 , когда хотя

бы одно из этих условий не выполняется.

 

Л и т е р а т у р а

1. М е ш к о в

В. В. Основы светотехники. Ч. I. М.—Л., Госэиергоиздат,

1957,

166 с. схем.

 

 

2. Г у р е в и ч

М. М. Цвет и его измерение. М, ЛИ СССР, 1950, 222 с. с

плл.

3.Единицы физических величин (проект ГОСТ). — «Измерительная техника», февраль 1970, № 2.

-4. Справочник по

телевизионной

технике. Пер. с

англ. с

доп. под общ. ред.

С .И. К а т а ев

а. Т. 1. М.—Л.,

Госэнергонздат,

1962, 616

с. с илл.

 

 

— 218,—

 

 

5. Фа

бір и

Ш. Общее введение в фотометрию. Л,—М., Гостехтеорязд. 1934,

199

с. с

черт.

6.D u be с A. Mesures photometriques et colorimetriques en television. — «Tele­ vision*, Mars :19(68, No. 18-1.

7.

К у с т а р е в А. К. Об

основных

цветах физиологической цветовой

систе­

 

мы. — «Светотехника»,

июнь ІІ965, № 6.

 

8.

М е ш к о в В. В. Основы светотехники. Ч. П. М.—Л., Госэнергоиздат,

1961,

 

416 с.

 

 

 

9. . К у с т а ре в А. К. Колориметрия

цветного телевидения. М., .«Связь»,

1967,

 

335 с. с черт., 2 л. схем.

 

 

 

10.J u d d D. В. A Maxwell triangle yielding uniform chromaticity scales.— «Jour. Opt. Soc. Amer.», Vol. 25, January 19:35, No. 1.

11.

M a c A d am

D. L. Projective transformation

 

of I.C.I, color

specifications.

 

«Jour. — Opt. Soc. Amer.», Vol. 27, August

1937, 'No. 8.

 

 

 

 

12.

Г у т о р OB M. M. Основы светотехники

и источники

света. М.,

«Энергия»,

 

1968, 392 с. с плл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

Т . и х о д е е . в

П. М. Световые

измерения

в светотехнике. М.—Л.,

'Госэнерго­

 

издат, 1962 . 464 с. с нлл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

M a r s den

А. М. Illumination and luminance

meters. — «Light

and Ligh­

 

tings, Vol. 62, January 1969, No.

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

В е й н б е р г

Т. И. Светофильтр

для

исправления

спектральной

чувстви­

 

тельности селенового фотоэлемента.—.«Светотехника», .июнь 1958, № 6,

16.

И о ф ф е

Р. С. .Приемники

излучения

для

фотоэлектрической

колоримет­

 

рии. — «Светотехника», нюнь 1958, № 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ь7. Кір а й м а и

Т. Я.,

Д о л г о й

о л о в а

Л. Н. Пластмассовый

светофильтр

 

для исправления спектральной

чувствительности

селенового

фотоэлемен­

 

та. — «Светотехника», июнь 1970, № 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.

Ч е р н и л о в с к а я

Г. 3.

Яркомеры для профессиональных

киносъемок н

 

телевидения. — «Техника

кино и телевидения»,

февраль 1970, № 2.

 

19.

V o g e l

R. Q. Luminance measurement

techniques

for

color television

picture-

 

tubes. — «Trans. ІЕЕЕ», Vol. BTR-13, November

1967, No. 3.

 

 

 

20. Л у к и н

H. 1-І. Фотоэлектрический

фотометр

АФМ. — «Светотехника», де­

 

кабрь 1963, № 12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21.

M a r k e r J., P o h l e n z

H.-R. Lichtmessungen

im Fernsehstudio. — «Tech-

 

nische Mitteilungen des RFZ», Jg. 9, September

 

1965, No. 3.

 

 

 

22.

С її д e л Ь'К о в с к.и й Ю. 'П. Исследование влияния пульсации

светового по­

 

тока от экрана электроннолучевой трубки г(ЭЛТ) «а точность измерения-

 

габаритной

яркости

растра

фотоэлектрическим

яркоме.рам.

«Электро­

 

вакуумная техника».

Вып. 42,

1967.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.ГОСТ 9021—71. Приемники телевизионные черно-белого изображения. Ме­ тоды электрических, оптических н акустических измерений.

24.

О'D о n n е 1 1 J. P., V o g e l

R. Q. Ipstrumentation for

determining

proper

 

white Held balance when measuring luminance of color

television

picture

 

tubes. — «Trans. ІЕЕЕ», Vol. BTR-,15, July 1969, No. 2.

 

 

25.

Г д а ли и iB. С, К у р ы ш е в а

В. iM., ' К у т у з о в В. С, Л а п у ш к ни а Л. В.

 

Измерение

яркости пятна просвечивающих

и приемных трубок. — і«Техіника

 

кино и телевидения», апрель іЮ7і1, № 4.

 

 

 

26.

М а р ь и н а

Н. И., Ч е ч п к А. М. Влияние

характеристик

частотных

детек­

 

торов на качество цветного телевизионного изображения. «Техника -мимо и

 

телевидения»,

октябрь 197il, № 110.

 

 

 

27.

О л ь ш - в а и г

Э. В., X е с и н А. Я. 'Измерение и контроль

параметров теле­

 

визионных

приемников. М., «Связь», ІІ972. 223 с. с нлл.

 

 

28.R o t . t h a l e r М. Der Unbuntabgleich von Farbfernsehbildrohren. — «Fernsehund Kino-Technib, Bd. 23, H. 8, August 1969.

29.

S a n d e r s C. L., G a w W., W y s z e c k i G. Color calibrator for. monitors

 

in television studios. — «Jour. SMPT'E»,

Vol. 77, June 1968, No. 6.

30.

V o g e l R. Q.

Contrast measurement

on color television picture tubes.—

 

«Trans. ІЕЕЕ»,

Vol. BTR-17, February /197(1, N.o. 1.

31.

С її д е л ьк ов с к а й Ю. П. Измерение

контрастности н.а экранах кинеско­

 

пов.— «Техника чшшо и телевидения», апрель 1964, № 4.

 

 

— 219 —