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

способен оценить, на сколько яркость одной поверхности отличает-' ся от яркости другой. Поэтому визуальные способы световых из­ мерений основаны на установлении зрительного уравнивания яр­ костей двух смежных поверхностей. Одна из этих поверхностей освещается измеряемым источником, а яркость второй поверхности изменяется наблюдателем до тех пор, пока обе поверхности не бу­ дут казаться ему имеющими одинаковую яркость.

Для выполнения зрительного сравнения и уравнивания яркос­ тей свет от измеряемого и сравниваемого источников должен по­ ступать на две смежные поверхности небольшого размера, окру­ женные однородным (обычно темным) фоном. Это достигается в специальной фотометрической головке при помощи так называемо­ го фотометрического кубика.

Лабораторные измерения обычно выполняются на фотометри­ ческой скамье, которая имеет направляющие и средства для уста­ новки на них источников света и фотометрической головки. По­ следние могут перемещаться по направляющим скамьи или за­ крепляться на них. Уравнивание яркостей достигается за счет изменения расстояний от головки до источников света или путем ослабления света одного из источников. Для ослабления света мо­ гут применяться специальные нейтральные светофильтры, одинако­ во ослабляющие свет всех длин воли в пределах видимого спектра, или прерывистые вращающиеся поглотители в- виде непрозрачных дисков с вырезами {12].

Каждая половинка контрастного поля содержит два участка раз­ ной яркости. Задачей лица, выполняющего измерение, является уравнивание яркостей соответственных участков двух половинок поля, в результате чего контраст между яркостями двух участков

одним из сравниваемых источников света, а яркость участков // и Па — вторым. Участки 1а и Па имеют яркости на 5ч-10% меньше, чем яркости участков / и //. При достижении зрительного уравни-

— 40 —

Сила света обычно не определяется путем непосредственного сравнения с известной и не измеряется, а определяется косвенно через измерение освещенности и расстояния.

Для измерения освещенности применяются измерительные при­ боры, называемые люксметрами. Визуальные люксметры устроены следующим образом. Одно из полей сравнения образовано испы­ тательной пластинкой, которая может быть сделана съемной. Во время измерений ее располагают в положении, совпадающем с плоскостью, в которой должна быть измерена освещенность. Для возможности осуществления уравнивания яркостей нужно создать вторую половину поля сравнения и иметь возможность изменения ее яркости. Необходимые для этого приспособления и собраны в приборе. Имеются источник света в виде лампочки накаливания, источник питания, гальванометр, различные поглотители и т. д.

При внелабораториых измерениях используются переносные ви­ зуальные люксметры, но в телевидении их применение ограничено из-за громоздкости и сложности в обращении.

чающийся в сравнении измеряемой яркости с эталоном «анделы на квадратный метр, практически не применяется. Измерение осве­ щенности в обоих случаях косвенного измерения яркости может выполняться приборами как визуального, так и фотоэлектрическо­ го типа.

При измерении яркости поверхности по освещенности от нее вплотную к светящейся поверхности ставится плоский непрозрач­ ный экран с отверстием площадью S. На расстоянии / от экрана измеряется освещенность Е, создаваемая участком светящейся поверхности, вырезаемым экраном. При этом по (1.12) « (1.15) легко найти, что при условии перпендикулярности направления из­ мерения и измеряемой поверхности

Прибор, измеряющий освещенность, может быть в этом случае проградуирован непосредственно в кд/м2 при условии использова­ ния его с постоянными / и S, тогда этот прибор будет яркомером.

При измерении яркости по освещенности оптического изобра­ жения светящейся поверхности измерения не связаны условием расположения прибора на определенном расстоянии от измеряе­ мой поверхности <и выделения участка с определенной площадью. Яркомеры, в которых используется этот способ, работают следую­ щим образом [13].

— 42 —

2.4. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Для применения в фотоэлектрических приборах, предназначен­ ных для измерения освещенности, — люксметрах, естественно, под­ ходят фотоэлементы, поскольку ток фотоэлемента зависит от его освещенности. Для переносных приборов удобны селеновые фото­ элементы, так как они не требуют источников питания, которые нужны для фотоэлементов с внешним фотоэффектом.

Селеновый фотоэлемент соединяется с чувствительным микро­ амперметром. Фотоэлемент делается обычно съемным, что дает возможность помещать элемент в желаемое место. Для расшире­ ния пределов измерений к микроамперметру добавляют переклю­ чаемые шунты или же фотоэлемент прикрывают калиброванными поглотителями. Поглотители могут быть сделаны из молочного •стекла или иногда из измельченного графита .в желатиновой плен­ ке, помещенной между двумя прозрачными или матовыми стекла­ ми, или же могут выполняться в виде перфорированных масок. С помощью этих средств пределы измерений люксметром могут быть расширены от нескольких десятков до десятков тысяч люкс. Ниж­ ние пределы измерений могут быть понижены до единиц люкс лишь за счет применения в приборах чувствительных гальваномет­ ров вместо микроамперметров.

Точность измерений фотоэлектрическим люксметром зависит от точности его калибровки, стабильности всех его элементов, а так­ же от цвета измеряемого освещения и направления падения света на поверхность, освещенность которой измеряется.

Градуировка люксметра должна периодически проверяться па

скамьи. На неподвижной каретке располагается эталонный источ­ ник света, у которого известна сила света в направлении вдоль оси скамьи к центру фотоэлемента. Помещая фотоэлемент на различ­ ных расстояниях от эталонного источника света, определяют осве­ щенность его поверхности по закону квадрата расстояний и отме­ чают соответствующее отклонение стрелки гальванометра люксмет­ ра. На основании полученных данных строится градуировочная" кривая люксметра [12].

Если фотоэлемент используется без добавочных светофильтров, то измерения будут точными лишь для света того же спектрально­ го состава, что и свет, при котором была произведена градуировка прибора. Для того чтобы измерения можно было выполнять при источниках с различными цветами свечения, перед фотоэлементом должен помещаться специальный корректирующий светофильтр, рассчитанный и изготовленный таким образом, чтобы общая спект­ ральная характеристика чувствительности прибора совпадала с функцией относительной видности V{/.). Это обеспечивает так на-

— 44 —

зываемую цветовую кор­ рекцию. Ошибки при из­ мерении будут тем боль­ ше, чем больше спект­ ральная характеристика чувствительности люкс­ метра отличается от кри­ вой видности и чем боль­ ше (при неточной цвето­ вой .коррекции) измеряе­ мое освещение по цвету отличается от света, при котором производилась градуировка прибора.

— 45 —

егрируется рисунком 2.36, пде 1 — расчета а я спектральная характе­ ристика пропускания с т м а к с = 0,75, а 2 — характеристика свето­ фильтра из стекол ЖЗС18 и ЗС8. Каждый конкретный фотоэле­ мент будет скорректирован при помощи этого светофильтра не так хорошо, как «средний», так как спектральные характеристики чувствительности селеновых фотоэлементов имеют довольно зна­ чительный разброс, как показано на рис. 2.3а [/16].

Плоскость фотоэлемента совмещается с поверхностью, освещен­ ность которой измеряется. При различных положениях близкого к точечному источника света относительно освещаемой поверхности этот источник создает освещенность поверхности, которая пропор­ циональна косинусу угла между нормалью к поверхности и на­ правлением на источник (1.15). Если фотоэлемент не обладает та­ кой «косинусоидалыюй реакцией», то требуется специальная кор­ рекция, так называемая «косинусная коррекция». Практически та­ кая коррекция требуется для большинства фотоэлементов, так как с увеличением угла падения ток фотоэлемента уменьшается силь­ нее, чем нужно. Косинусная коррекция, так же как и цветовая, приводит, конечно, к уменьшению чувствительности прибора.

Косинусная коррекция выполняется различными способами, например, при помощи интегрирующего купола над фотоэлемен­ том или диска из молочного стекла. При незначительном снижении

падения света (рис. 2.4) [17]. Горизонтальная линия / показывает соответствие тока требуемой косинусной зависимости. При угле

Цветовую и косинусную коррекции можно осуществлять и од­ новременно. Для этого используют, например, пластмассовый све­ тофильтр в виде сферического сегмента. Этот светофильтр лишь не­ много хуже корректирует спектральную чувствительность «средне­ го» селенового фотоэлемента, чем светофильтр из стекол ЖЗС18 и

— 46 —

ЗС8. О степени коррекции можно судить по рис. 2.3б, где показа­ ны кривая относительной видности (кривая /) и спектральная ха­ рактеристика чувствительности «среднего» селенового фотоэлемен­ та с пластмассовым светофильтром (кривая 2) [17]. Наряду с кор­ рекцией спектральной чувствительности селенового фотоэлемента этот светофильтр почти полностью компенсирует отклонение чув­ ствительности фотоэлемента от косинусной зависимости, вносимое плоским стеклянным светофильтром (рис. 2.4, кривая 4).

В фотоэлектрических приборах для измерения яркости — яркомерах — яркость измеряется по освещенности оптического изо­ бражения (см. разд. 2.3). В качестве приемников излучения в яркомерах применяются фотоэлементы, ФЭУ и фотосопротивления.

Яркомеры, применяемые в телевидении, можно разделить ус­ ловно на две основные группы в зависимости от угла световосприятия |[18]. Приборы с большим углом световосприятия (десятки градусов) используются при измерениях в месте создания телеви­ зионных программ — в студии или при внестудийных передачах — для определения средней яркости передаваемого участка сцены. Приборы с малым углом световошриятия (от Г и меньше) исполь­ зуются для измерения яркости отдельных участков и деталей («то­ чечные» яркомеры). При измерениях на передаваемой сцене таки­ ми приборами можно измерять яркости отдельных деталей, что по­ зволяет, например, контролировать яркость «ключевой» детали, по которой устанавливается основной свет при студийных передачах, и «баланс» яркостей между различными участками передаваемой сцены.

В широкоугольных приборах применяются в основном фотоэле­ менты с запорным слоем. Вследствие этого они имеют малую чув­ ствительность, что требует использования с ними высокочувстви­ тельных измерительных приборов. Для повышения чувствительно­ сти к этим приборам добавляются иногда транзисторные усилите­ ли {19]. В узкоугольных приборах в качестве приемников излуче­ ния применяются в основном ФЭУ, что обусловливает их высокую чувствительность. В последнее время появились приборы с исполь­ зованием в качестве светоприемников сернисто-кадмиевых фотосо­ противлений, которые имеют достаточно высокую чувствительность в видимой области спектра. Применение фотосопротивлений по­ зволяет создать весьма портативные и легкие приборы. Однако недостатком таких приборов является их значительная инерцион­ ность (обычно несколько секунд при малых уровнях освещения), зависимость показаний от температуры, а также некоторое утом­ ление при измерении малых яркостей вслед за большими [18].

Спектральная чувствительность фотоэлектрического светоизме­ рительного прибора должна быть согласована со спектральной чувствительностью используемого приемника светового излучения. Для этой цели применяются корректирующие светофильтры. При измерениях яркостей, что относится к восприятию света глазом, в яркомере, как и в люксметре должно обеспечиваться совпадение

— 47 —

•общей спектральной характеристики чувствительности прибора с кривой видности стандартного наблюдателя V(X), т. е. должна быть обеспечена цветовая коррекция, как это предусмотрено, на­ пример, в фотоэлектрическом фотометре АФМ (20]. Вследствие большого разброса спектральных характеристик чувствительности фотоэлементов светофильтры должны подбираться для каждого

.прибора в отдельности.

В цветном телевидении спектральные характеристики чувстви­ тельности передающей камеры, как правило, лучше согласованы со спектральными характеристиками глаза стандартного наблю­ дателя (кривыми сложения МКО), чем в черно-белом телевидении. Поэтому для измерения яркости сцен, передаваемых в цветном те­ левидении, молено использовать приборы, скорректированные по спектральной чувствительности под кривую видности. В черно-бе­ лом телевидении спектральные характеристики передающих тру­ бок обычно не корректируются. Поэтому для того, чтобы резуль­ таты измерения яркостей передаваемой сцены соответствовали бы яркостям воспроизводимого изображения, измерительные приборы должны корректироваться по спектральным характеристикам под спектральную чувствительность используемой передающей трубки.

Во многих яркомерах, предназначенных для измерений в теле­ видении, предусмотрена коррекция спектральной характеристики чувствительности как под кривую видности, так и под чувстви­ тельности различных типов передающих трубок. >В приборах бо­ лее широкого применения, предназначенных как для телевидения, так и для киносъемок, также предусматривается коррекция под чувствительности либо панхроматической пленки, либо различных слоев цветной кинопленки [18].

В случае использования в черно-белых телевизионных переда­ чах приборов, скорректированных под кривую видности глаза, ре­ комендуется применять поправочные коэффициенты, рассчитанные для разных источников освещения и разных типов передающих трубок (суперортикон, видикон и др.) [21].

2.5. ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ ЭКРАНА КИНЕСКОПА

Экран кинескопа представляет собой пульсирующий источник -света, который .кажется непрерывным благодаря 'инерционности зрения. Исследования показали, что для измерения яркости экра­ на кинескопа можно применять обычные фотоэлектрические при­ боры; результаты измерений .при помощи этих приборов совпадают с результатами, получаемыми при визуальных измерениях (22].

Для измерения яркости экранов кинескопов лучше подходят приборы с ФЭУ, так как измеряемые яркости невелики и может требоваться малый угол световосприятия.

При измерениях яркости на экранах кинескопов оговариваются условия их проведения. Необходимо поддерживать постоянство

— 48 —

анодного напряжения и размеров растра. Растр должен быть син­ хронизирован, и линейность должна быть по возможности лучшей.

Так, например, при измерении максимальной яркости экрана приемника черно-белого телевидения на его вход подается сигнал несущей частоты изображения, модулированный видеосигналом, соответствующим шахматному полю. При этом площадь каждой клетки этого поля должна превышать площадь окна фотометра не менее чем в 10 раз. Измерения выполняются поочередно для трех значений яркости черного: 1, 3 и 10 кд/м2 , которые поддерживают­ ся неизменными при помощи регулировки яркости, в то время как яркость белого увеличивается при помощи регулировки контраст­ ности. За максимальную принимается яркость, при которой на белых полях еще сохраняется строчная структура изображения(23].

При измерениях яркости на экранах трехцветных приемных трубок на одном из основных цветов два других цвета должны быть полностью выключены, а также должно быть обеспечено хо­ рошее совмещение. Поскольку ФЭУ помещают на некотором рас­ стоянии от экрана, чтобы измерению подлежала не очень малая площадь во избежание влияния местных неодиородностей экрана, то при измерениях важно отсутствие внешнего освещения. При ука­ занных мерах предосторожности достигается хорошая повторяе­ мость результатов для измерений с одним и тем же прибором (1-4-2%) и хорошее совпадение между результатами измерений с разными приборами одного типа (5-4-10%) {19]. Больший разброс между результатами измерений с помощью разных приборов обус­ ловливается в основном неточностью в подгонке под кривую видности спектральных характеристик чувствительности, которые раз­ личны в разных приборах. Эти неточности больше на краях кривой (на краях видимого спектра), поэтому разброс показаний разных приборов .при измерении яркостей лолей основных цветов (особенно красного и синею, где основная энергия излучения сосредоточена вблизи краев видимого спектра) на цветных экранах больше, чем при измерении яркости белого поля.

При измерении яркости свечения белого поля на экранах цвет­ ных кинескопов наряду с поддержанием постоянства высокого на­ пряжения и размеров растра важно поддерживать определенный белый цвет свечения экрана. Это нужно при сравнении по яркости различных трубок и в особенности трубок с различающимися цве­ тами свечения люминофоров. Поскольку общая яркость цветного экрана складывается из яркостей свечения трех цветных люмино­ форов, то изменение соотношения между последними на разных цветах изменяет общую яркость. Так, при установке на одной и той же трубке, работающей в одинаковом режиме и при одном и том же суммарном токе трех прожекторов, двух различных белых

— 49 —