Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Преобразования изображения и звука при киносъемке

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

искажений первого рода, проявляющихся при просмотре кинофильма зрителями как стробоскопический эффект. Для предотвращения появления таких искажений необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. Идеальным вариантом будет, если выполняются тре-

бования теоремы Котельникова: временные частоты измене-

′

ния яркости объектов съ¸мки не должны превышать половины частоты киносъ¸мки, а если временной сигнал содержит спектр временных частот, то максимальная временная частота из спектра временных частот не должна превышать поло-

′

вины частоты киносъ¸мки. Однако в реальной практике киносъ¸мки обеспечить выполнение этого условия часто не представляется возможным.

2. Если имеются основные временные частоты

′

îá

èçìå-

нения яркости объектов съ¸мки, превышающие половину частоты киносъ¸мки, то необходимо по формуле:

360

nν⋅

α=

îá

(4.8)

произвести подбор оптимальных допустимых углов раскрытия обтюратора, при которых искажения первого рода не возникают.

Если удобнее работать не с углами раскрытия обтюратора, а с величинами времени экспонирования, то вместо формулы (4.8) предлагается использовать очень простую формулу:

ýêñ

îá

(4.9)

5. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ЦИФРОВЫХ КИНОИЗОБРАЖЕНИЙ

Под пространственными преобразованиями киноизображения понимаются преобразования вдоль двух пространственных координат в плоскости кинопл¸нки или матрицы.

В качестве примера рассмотрим периодическую пространственную структуру в объекте киносъ¸мки (рис. 5.1), представляющую собой чередующиеся т¸мные и светлые полосы одинакового размера (например, полоски на платье героини). Киносъ¸мочный объектив строит изображение этого объекта съ¸мки в плоскости светочувствительного слоя с

′

уменьшенным размером близительно рассчитать из формулы (2.6) или более точно  из формулы (2.7). Изображение на поверхности светочувствительного слоя настолько мало, что на 1 мм помещается, как правило, несколько периодов изменения освещ¸нности (пар из двух полос: одной ч¸рной и одной белой) в изображении такого объекта съ¸мки.

Как показано в разделе 3.3, периодический сигнал можно представить в виде его спектра, т. е. набора гармоник с разными амплитудами и частотами, которые при их сложении составляют анализируемый сигнал, в рассматриваемом примере периодическую структуру чередующихся ч¸рных и белых полос. При этом, частота первой гармоники совпадает с частотой периодического сигнала, а частоты остальных гармоник кратны частоте периодического сигнала. Каждая из гармоник спектра пространственного сигнала и есть пространственная частота сигнала.

, величину которого можно при-

Рис. 5.1. Пример периодической пространственной структуры в объекте киносъ¸мки (например, полоски на платье героини или штриховая мира для контроля качества киноизображения)

Итак, пространственная частота это количество периодов гармонического распределения освещ¸нности в киноизображении, приходящихся на длину в 1 мм по поверхности матрицы или кинопл¸нки. Измеряются пространственные частоты, в соответствии с их определением, в линиях на миллиметр (ещ¸ раз подчеркн¸м, что под линией понимается пара из ч¸рной полосы и светлой полосы), а поскольку количество линий это безразмерная величина, то пространственные ча-

1

стоты измеряются в 1/мм или мм

В театральном кинематографе, основанном на пл¸ночной технологии, при киносъ¸мке производится разв¸ртка оптического изображения, сформированного киносъ¸мочным объективом, по поверхности светочувствительного слоя кинопл¸нки, т. е. совмещение оптического изображения со светочувствительным слоем кинопл¸нки в кадровом окне. В процессе киносъ¸мки происходит фильтрация и преобразования киноизображения по пространственным координатам, приводящие к снижению ч¸ткости и резкости киноизображения.

Все происходящие при киносъ¸мке трансформации киноизображения, а также при преобразовании и воспроизведении киноизображения описываются функциями рассеяния точки каждого элемента кинематографического процесса. Целиком кинематографический процесс характеризуется итоговой функцией рассеяния точки, определяемой как св¸ртка функ-

ций рассеяния точки всех элементов кинематографического процесса.

Как и в случае временных сигналов, часто удобнее ана-

′

лизировать прохождение сигнала киноизображения в кинематографическом процессе в частотной области. Для этого, используя двумерное преобразование Фурье, переходят к частотным характеристикам входного и выходного сигналов киноизображения, а вместо функций рассеяния точки применяют пространственные частотные характеристики* элементов кинематографического процесса. На любом этапе анализа преобразований киноизображения всегда можно вернуться к сигналу киноизображения, с помощью обратного двумерного преобразования Фурье.

В пл¸ночном киносъ¸мочном аппарате дискретизация киноизображения по пространственным координатам не производится. Поэтому и искажений, вызываемых дискретизацией по пространственным координатам, быть не может.

В цифровом киносъ¸мочном аппарате разбиение светочувствительного слоя на отдельные пиксели приводит к дискретизации киноизображения по пространственным координатам. Каждый пиксель в процессе поглощения им фотонов сигнала киноизображения усредняет освещ¸нность в пределах площади пикселя на светочувствительном слое матрицы.

Изменения освещ¸нности по пространственным координатам светочувствительного слоя для каждого элементарного участка кадра являются входным сигналом киноизображения для матрицы. Если форма поверхности пикселя прямоугольная, как показано на рис. 2.5, то пропускная характери-

* В литературе, особенно в оптической, наряду с термином «пространственная частотная характеристика» часто используются термины «оптическая передаточная функция», «частотно-контрастная характеристика», «контрастно-частотная характеристика», определяющие одно и то же понятие. В теории преобразований сигналов киноизображений правильнее применять термин «пространственная частотная характеристика» для разделения с частотными характеристиками преобразования сигналов киноизображения по другим координатам, например по времени.

x1 0 x2 x

Рис. 5.2. Характеристика пропускания пикселя по пространственной координате x

стика пикселя по пространственной координате x будет иметь вид, показанный на рис. 5.2, где

lxx=−

 ширина

светочувствительной области на поверхности пикселя. Применяя преобразование Фурье к прямоугольной характеристике пропускания пикселя по пространственной координате, получаем пространственную частотную характеристику пикселя (пример привед¸н на рис. 5.3), характеризующую зависимость коэффициента передачи контраста от пространственных частот.

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 f

Рис. 5.3. Пространственная частотная характеристика пикселя с прямоугольной площадью и шириной пикселя 10 микрон

Пространственная частотная характеристика пикселя при прямоугольной характеристике пропускания равна нулю, когда частоты

fl=

(5.1)

Поскольку форма у рассматриваемого пикселя, чаще всего, квадратная, то пространственные частотные характеристики пикселя по двум ортогональным пространственным координатам будут одинаковыми.

Частота пространственной дискретизации

киноизображения определяется расстоянием

öï

сигнала

между пиксе-

лями в матрице:

fl=

öï

(5.2)

Заметим, что расстояние

íû

светочувствительной области пикселя (см. рис. 2.5).

l в матрицах больше шири-

öï

Размещение перед каждым пикселем собирающих линз не-

сколько снижает разницу между

öï

, тем самым снижая

потери света и неизбежное при этом паразитное светорассеяние матрицей. В идеальном случае

öï ï

Рассмотрим конкретный пример. Пусть ширина светочувствительного слоя матрицы равна 30,7 ном разрешении 6144

´3160 пикселей (кинокамера RED

´15,8 ìì ïðè ïîë-

Dragon), тогда частота пространственной дискретизации

1

составит 100 мм

. Если же ширина светочувствительного слоя матрицы, например, равна 24 мм, а количество пикселей по горизонтали  1920, то частота пространственной

1

дискретизации составляет всего 40 мм

Как показано в разделе 3.5, искажения первого рода при пространственной дискретизации сигнала не возникнут, если частота пространственной дискретизации как минимум в два раза больше максимальной пространственной частоты в

спектре сигнала киноизображения. Таким образом, спектр пространственных частот сигнала киноизображения должен быть в первом примере ограничен пространственными часто-

1

òàìè äî 50 ìì

, а во втором случае  до 20 мм1.

Большинство реальных объектов съ¸мки характеризуется ч¸ткими границами, поэтому имеет спектры, в которых присутствует большое количество пространственных частот, возможно и бесконечное число частот в спектре. Например, объект съ¸мки, показанный на рис. 5.1, характеризуется бесконечным количеством гармоник в его пространственном спектре.

Высокие пространственные частоты входного сигнала киноизображения фильтруются киносъ¸мочным объективом, выполняющим не только функцию формирования оптического изображения, но и оптического фильтра из-за присутствующих у него оптических аберраций и из-за дифракции света на апертурной диафрагме. Однако в цифровой киносъ¸мочной аппаратуре фильтрующего действия объектива недостаточно для устранения возможности появления искажений первого рода. Поэтому в цифровых киносъ¸мочных аппаратах перед матрицей устанавливают дополнительный оптический фильтр, так называемый OLPF-фильтр, который не только выполняет пространственную фильтрацию сигнала киноизображения, но и корректирует сигнал киноизображения по спектру, в том числе отсекает инфракрасное излучение*, а также является защитным фильтром, предохраняющим светочувствительный слой матрицы от внешнего воздействия и пыли.

Возникающие искажения первого рода, порожд¸нные пространственной дискретизацией сигналов киноизображения, проявляются в виде муара на периодических пространственных структурах.

Рассмотрим два конкретных примера.

Пусть при киносъ¸мке объекта, имеющего периодическую пространственную структуру (см. рис. 5.1), его изобра-

* Современные матрицы, применяемые в цифровой киносъ¸мочной аппаратуре, чувствительны к инфракрасному излучению.

жение таково, что ширина изображения одной полосы равна расстоянию между центрами пикселей по вертикали, а направление изображения полос параллельно направлению горизонтальных рядов пикселей матрицы. Тогда если каждая полоса располагается строго вдоль одного ряда горизонтальных пикселей, то изображение объекта съ¸мки запишется без искажений. Однако если изображение рассматриваемого объекта сместится в вертикальном направлении на половину расстояния между центрами соседних пикселей, то после дискретизации изображение такого объекта будет равномерным по яркости, т. е. информация о полосах в объекте съ¸мки исчезнет.

Допустим, что расстояние между центрами пикселей равно 10 микронам (100 пикселей на 1 мм), а ширина каждой полосы в изображении объекта  12,5 микронам (80 полос на 1 мм). Следовательно, пространственная частота дискре-

1

тизации составляет 50 мм частота в сигнале киноизображения  40 мм

, а основная пространственная

1

. При таких исходных данных не выполняется теорема Котельникова, и в результате дискретизации появляются ложные пространственные частоты, минимальная из которых равна

40 50 10−=

Рис. 5.4. Увеличенное изображение объекта киносъ¸мки с периодической пространственной структурой из рис. 5.1 при пространственной частоте дискретизации 50 мм1 и основной пространственной частоте в сигнале киноизображения 40 мм1. Видна выраженная частота дискретизации (по общему количеству полос) и ложная низкочастотная пространственная частота 10 мм1  (повторяющиеся блоки по пять полос)

ìì1.

Результат пространственной дискретизации при таких

исходных данных киносъ¸мки показан на рис. 5.4, на кото-

1

ром ярко выражена частота дискретизации 50 мм

(именно такое количество полос помещается на 1 мм в киноизображении в плоскости матрицы) и ложная низкочастотная про-

1

странственная частота 10 мм

 повторяющиеся в кино-

изображении группы по пять полос.

Теперь рассмотрим вариант, при котором изображения полос наклонены относительно горизонтальных рядов пикселей. В этом случае искажения в виде муара появятся даже тогда, когда частота пространственной дискретизации совпадает с основной частотой изображения периодического объекта.

В качестве примера на рис. 5.5 показано киноизображение, образующееся при цифровой киносъ¸мке при частоте

1

пространственной дискретизации 50 мм странственной частоте в сигнале киноизображения 40 мм

, основной про-

1

и наклоне изображения полос относительно горизонтальных рядов пикселей в 5,7º. На рис. 5.5 ч¸тко видны вертикальные полосы муара, расстояние между которыми определяется углом наклона полос относительно горизонтального ряда пикселей: чем меньше угол наклона, тем больше расстояние между вертикальными полосами муара.

Рис. 5.5. Увеличенное изображение объекта киносъ¸мки с периодической пространственной структурой из рис. 5.1 при пространственной частоте дискретизации 50 мм1, основной пространственной частоте в сигнале киноизображения 40 мм1 и наклоне изображения полос относительно горизонтальных рядов пикселей в 5,7º. Видны выраженные вертикальные полосы муара

à)

Рис. 5.6. Пример вариантов муара, вызванного пространственной дискретизацией сигнала киноизображения при реальной киносъ¸мке [24]:

à  платье целиком, á  увеличенный фрагмент левого

платья

á)

В реальной киносъ¸мке объекты, имеющие периодическую структуру, почти всегда смещены и наклонены относительно горизонтальных или вертикальных (когда полосы в объекте съ¸мки вертикальны) рядов пикселей, да ещ¸ и изменяют сво¸ пространственное положение во время киносъ¸мки (объекты съ¸мки могут перемещаться относительно киносъ¸мочного аппарата). Поэтому появляются причудливые картины муарового узора, сочетающие появление ложных пространственных частот с ортогональными ложными полосами муара, изменяющимися в течение времени демонстрации сцены при кинопоказе.

На рис. 5.6 показан реальный пример муара, вызванного пространственной дискретизацией сигнала киноизображения, на котором можно различить оба типа пространственных искажений, рассмотренных выше.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]