ОЗВИ методичка

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

В методических указаниях по дисциплине «Основы записи и воспроизведения информации» приведены описания 4 лабораторных работ. Первые три работы посвящены пространственным, а четвертая временным преобразованиям изображения.

Пространственные преобразования изображения оказывают влияние на такой важный субъективный параметр качества изображения, как четкость. В первой лабораторной работе изучаются методы получения пространственно-частотных характеристик системы (звена). Во второй работе изучаются объективные критерии качества изображения, такие как информационная плотность, коэффициент информативности, устанавливаются связи между объективными и субъективными параметрами качества изображения в виде сенсорной характеристики. В третьей работе исследуется влияние дефокусировки на субъективную оценку четкости изображения, а также на объективные критерии его качества.

Не менее важны для кинотехники и вопросы, связанные с передачей движения. Наличие дискретизации по времени в кинематографической системе вызывает появление временных искажений изображения. В четвертой работе изучается методика построения временной частотной характеристики зрительного анализатора, с помощью коэффициента искажений анализируется заметность искажений в кинематографических системах с различными параметрами.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ 3АПИСИ-ТИРАЖИРОВАНИЯ- ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1.1. Теоретические основы лабораторной работы

Воспроизводящие свойства системы записи, тиражирования и воспроизведения изображения (ЗТВ) могут быть полностью охарактеризованы с помощью функции рассеяния точки (ФРТ), функции рассеяния линии (ФРЛ), функции рассеяния края (ФРК), про- странственно-частотной характеристики (ПЧХ). Однако обычно предпочтение отдают ПЧХ, так как итоговая частотная характеристика системы, составленной из последовательных звеньев, находится более простой операцией перемножения ПЧХ звеньев, чем сверткой их ФРТ или ФРЛ. ФРК звеньев непосредственно не годится для нахождения воспроизводящих свойств многозвенной системы.

Определение и основные закономерности ПЧХ:

1. ПЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи контраста К от пространственной частоты f (или зависимость коэффициента передачи модуляции от пространственной частоты). В свою очередь коэффициент передачи контраста есть отношение контраста изображения на выходе системы к контрасту входного изображения тест-объекта (миры). Таким образом, ПЧХ определится как

где Tвх - контраст (глубина модуляции) в изображении решетки

(миры) на входе системы. Под глубиной модуляции понимают отношение амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей сигнала;

Tвых (f) - контраст (глубина модуляции) в изображении решет-

ки на выходе системы, зависящий от пространственной частоты f.

5

2. ПЧХ является амплитудо-частотной характеристикой системы (звена). Поэтому смысл ПЧХ заключается в том, что она показывает амплитуду гармонического сигнала изображения на выходе системы, если на вход подан гармонический сигнал изображения

самплитудой, равной единице.

3.ПЧХ может быть найдена прямым преобразованием Фурье от импульсной реакции системы (звена):

−∞

где f - пространственная частота, мм-1;

x - пространственная координата, мм; F0 (x) - импульсная реакция системы.

Импульсная реакция описывает отклик системы на бесконечно малый в пространстве сигнал, поданный на ее вход. При пространственных преобразованиях изображения в качестве импульсных реакций выступают ФРТ и ФРЛ.

Практическое нахождение ПЧХ отдельных звеньев или всей системы в целом возможно несколькими путями.

РАСЧЕТ ПЧХ ПО ЗНАЧЕНИЯМ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ КОНТРАСТОВ ТЕСТ-ОБЪЕКТА (МИРЫ)

Этот способ нахождения ПЧХ системы (звена) основывается на предварительном определении входного и выходного контраста в изображении миры для различных пространственных частот.

Тестовые фигуры представляют собой миры с гармоническим или П-образным законом распределения освещённости вдоль одной из координат (рис. 1.1). Изготовление миры с гармоническим законом распределения коэффициентов отражения или пропускания имеет ряд сложностей. Поэтому на практике нашёл широкое распространение метод экспериментального нахождения ПЧХ систем и звеньев с использованием линейчатых мир с П-образным законом распределения отражения или пропускания, которые изготовить значительно легче.

Контраст изображения (глубина модуляции) системы или звена определяется по формуле

6

где Fmax , Fmin - максимальное и минимальное значения яркости или освещенности в изображении миры.

F

x, мм

а)

F

x, мм

б)

Рис 1.1 Миры с гармоническим законом распределения (а) и с П-образным законом распределения (б) освещённости

При использовании миры с гармоническим законом распределения освещенности ее штрихов ПЧХ системы (звена) K(f) рассчи-

тывается в полном соответствии с выражением (1.1).

Если для измерений была использована мира с П-образным (иначе прямоугольным) законом изменения освещенности штрихов, то согласно выражению (1.1) первоначально находится ПЧХ, отвечающая данному прямоугольному закону изменения, – Kпр (f).

7

Далее по формуле Кольтмана осуществляется приведение этой ПЧХ к ПЧХ, отвечающей гармоническому закону распределения:

где Kпр (f) - коэффициент передачи контраста в зависимости от

частоты f при использовании миры с П-образным законом распределения освещенности штрихов.

РАСЧЕТ ПЧХ ПО ИЗВЕСТНЫМ ФУНКЦИЯМ РАССЕЯНИЯ КРАЯ, ЛИНИИ, ТОЧКИ

Функция рассеяния точки Fт (x, y) описывает распределение

освещенности, яркости или коэффициента пропускания в изображении светящейся точки. ФРТ представляет собой двумерную импульсную реакцию системы (рис. 1.2) при подаче на ее вход изображения светящейся точки. Само же входное изображение точки описывается двумерной дельта-функцией Дирака δ(x, y). Дельта-

функция δ(x, y) определяется следующими выражениями:

δ(x, y) = 0 при x ≠ 0, y ≠ 0;

−∞

δ(x, y) = δ(−x,−y).

Функция рассеяния линии Fл (x) описывает распределение ос-

вещённости, яркости или коэффициента пропускания в изображении светящейся линии (рис. 1.3, а,б). ФРЛ также представляет собой импульсную реакцию системы, на вход которой подано изображение светящейся линии. Причем если входное изображение линии совпадает с осью 0у, то ФРЛ может быть представлена в системе двух координатах, т. е. одномерной функцией Fл (x) (рис.

1.3, в,г). В этом случае входное изображение линии описывается

8

одномерной дельта функцией δ(x), которая определяется следующими уравнениями:

δ(x) = 0 при x≠0;

−∞

δ(x) = δ(−x).

Рис. 1.2. Графики функции, описывающей входное изображение светящейся точки (а), и функции рассеяния точки (б)

Рис. 1.3. Графики функции, описывающей входное изображение светящейся линии (а, в), и функции рассеяния линии (б, г)

9

Функция рассеяния края Fк (x) описывает распределение освещённости, яркости или коэффициента пропускания в изображении края светящейся полуплоскости (рис. 1.4), т.е. показывает воспроизведение системой (звеном) перехода между темным и светлым полем, поэтому ФРК иногда также называют пограничной кривой.

Рис. 1.4. Графики функции, описывающей входное изображение края светящейся полуплоскости (а), и функции рассеяния края (б)

ФРК не является импульсной реакцией системы, поскольку не является откликом на δ-функцию. Входное изображение края светящейся полуплоскости описывается единичной функцией Хэвисайда 1(х):

ФРК, ФРЛ и ФРТ однозначно связаны между собой. Рассчитав или экспериментально определив одну из этих функций, можно найти и две остальные. Наиболее просто получить тест-объект для определения функции рассеяния края. Это связано с тем, что для получения тест-объекта ФРТ и ФРЛ системы (звена) требуется изготовление диафрагм с малым отверстием или узкой щелью соот-

10